PROTEKSI TRANSFORMATOR
OlehIr. J. Soekarto
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 2
1. PENDAHULUAN.Fungsi transformator ialah memindahkan energi dari satu tegangan ke tegangan yang lain secara magnetik
Transformator (trafo) dapat merupakan fase tunggal ataupun fase tiga.
Arus penguatan trafo dari 0,1% - 0,6% untuk trafo tenaga,dan 0,5% s/d 2,5% untuk trafo distribusi, sehingga kapasitas trafo sisi primer praktis sama dengan sisi sekender.
Pendinginan trafo- ONAN : Oil natural air natural- ONAF : Oil natural air force- OFAF : Oil force air force
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 3
2. JENIS & SIFAT GANGGUAN
Gangguan di luar daerah pengamanan yang berpengaruh pada trasformator
Gangguan hubung singkat pada jaringan, dan kemungkinan kegagalan relai
Beban lebih
Surja petir atau surja hubung
Jenis Gangguan
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 4
Gangguan di dalam daerah pengamanan
Gangguan pada lilitan trafo
Hubung singkat antar faseHubung singkat antar fase dan badan (bumi)Hubung singkat antar belitanTegangan lebih (penguatan lebih, over excitation)Suhu lebih
Gangguan pada intiGangguan pada sadapan (tap changer)Gangguan pada bushingKebocoran minyak, atau minyak terkontaminasi (umumnya dengan uap air)
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 5
Sifat Gangguan(a) Gangguan serius yang dapat dideteksi oleh arus atau
tegangan, karena arusnya besar atau tegangannya seimbang tidak seimbang
(b) Gangguan insiepientGangguan ini kecil dan tidak dapat dideteksi oleh relai arus atau tegangan tetapi potensial dan gangguan ini menimbulkan gas.
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 6
3. POLA PROTEKSI TRAFO
LBS
T.M T.RSekring MCCB
Trafo distribusiT.M = Tegangan menengah
T.R = Tegangan rendah
LBS = Load Break Switch
MCCB = Molded Case Circuit Breaker
Trafo Distribusi
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 7
Trafo Distribusi
F 51 = Relai arus lebih
CB
T.M T.RMCCB
Trafo distribusi
F 51
T
B
T = Relai suhu
B = Relai Bucholz
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 8
Trafo Tenaga
F 51 = Relai arus lebih
T T = Tegangan Tinggi
B = Relai Bucholz
CB
T.T T.MCB
Trafo Tenaga
F 51
T
B
F 51
T = Relai suhu
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 9
Trafo Tenaga
F 87 = Relai diferensial
CB
T.T T.MCB
F 51
T
B
F 51
F 87
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 10
2. JENIS GANGGUAN Gangguan Di Luar Daerah Pengamanan Yang Berpengaruh Pada Trasformator
Gangguan hubung singkat pada jaringan, dan kemungkinan kegagalan relai
Beban lebih
Surja petir atau surja hubung
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 11
V
F
Conservator
Trip
Alarm
Bushing
TRAFO TENAGA
R. Bucholz
4. RELAI BUCHOLZ.
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 12
Relai Buchholz fungsinya mendeteksi gas yang timbul di dalam transformator karena adanya percikan bunga api atau pemanasan setempat di dalam transformator.
Tingkat 1 : mendeteksi gangguan inciepient SinyTingkat 2 : gangguan hubung singkat Trip
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 13
Analisa gas yang terkumpul di dalam relai Bucholz
H2 dan C2H2 menunjukkan adanya busur api pada minyak antara bagian-bagian konstruksi
H2, C2H2 dan CH4 menunjukkan adanya busur api sehingga isolasi phenol terurai, misalnya terjadi gangguan pada sadapan.
H2, C2H4 dan C2H2 menunjukkan adanya pemanasan pada sambungan inti.
H2, C2H, CO2 dan C3H4 menunjukkan adanya pemanasan setempat pada lilitan inti.
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 14
5. RELAI SUHU LILITAN
Mempunyai beberapa kontak untuk mengatur kipas, sinyal alarm dan trip
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 15
6. RELAI TEKANAN MEMDADAK.
Transformator yang tidak menggunakan konservator, tidak dapat dipasang relai Bucholz, dalam hal ini dipasang relai tekanan mendadak.
Tipikal seting relai ini untuk bekerja dengan kecepatan kenaikan tekanan 5g / cm / detik dan minimum beda tekanan20 g /cm
Oil
Oil
(a)
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 16
7. PENGAMAN DENGAN SEKRING & MCCB.
LBS
T.M T.RSekring MCCB
Trafo distribusi
Trafo distribusi
Trafo distribusi dari tegangan menengah ke tegangan rendah tanpa pemutus tenaga di TM tetapi menggunakan LBS proteksi seperti gambar di atas.
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 17
Contoh karakteristik sekring dan MCCB
Penentuan elemen sekring dan seting MCCB
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 18
Penentuan seting MCCB
Penentuan seting overload relai pada MCCB didasarkan pada kemampuan pembebanan dari transformatornya.
Penentuan seting seketikanya didasarkan dengan arus hubung singkat yang terjadi di rel tegangan rendah.
Penentuan elemen sekring
Sekring di TM pada dasarnya untuk mengamankan bila terjadi hubung singkat di dalam trafo distribusinya.
Dengan demikian didasarkan besarnya arus hubung singkat yang mungkin terjadi, dalam hal ini diambil besarnya arus hubung singkat di rel TR.
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 19
Arus hubung singkat
Sirkit ekivalen
T.M T.R
MVAHS MVAT
T.R
MVAHS MVAT
%ZS %ZT
% 100 * MVAMVAZ%
HS
TS =
NTTS
HS I * Z%Z%
100I+
=
MVAHS = MVA hubung
singkat sisi TM
MVAT = MVA trafo distribusi
%ZT = %ZT sumber
%ZT = %ZT trafo distribusi
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 20
8. PENGAMAN DENGAN RELAI ARUS LEBIH.
CB
T.T T.MCB
Trafo Tenaga
F 51
T
B
F 51
Trafo tenaga yang relatif kecil misalnya < 10 MVA hanya diamankan dengan relai arus lebih
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 21
Fungsi relai arus lebih di sisi sekundair
Sebagai pengaman utama bila terjadi gangguan setelah trafo dan gangguan di rel TM
Sebagai pengaman cadangan bila proteksi penyulang (feeder) TM bila gagal bekerja.
Dasar seting relai arus lebih dengan waktu F 51
Seting arus harus dapat menjangkau ujung saluran penyulang yang terpanjang
Seting waktu dikoordinasikan dengan relai pada penyulang
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 22
Karakteristik relai harus sama dengan relai di penyulangnya.
Bila di TM terdapat pembumian dengan tahanan (resistans), seting arus pada resistans diusahakan sesuai dengan kontinyu rating dari tahanannya, dengan koordinasi waktu dengan relai di penyulangnya.
Seting waktu seketikanya (instantaneous, moment) F 50
Bila diseting akan tidak selektif dengan relai di penyulangnya
Bila tidak diseting, kalau terjadi gangguan setelah trafo sampai rel TM akan bekerja dengan perlambatan waktu sesuai dengan seting waktunya.
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 23
Cara mengatasi digunakan relai numerikal dan disusunlogic seperti gambar di bawah
F 50 F 50
F 50
F 50
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 24
Fungsi relai arus lebih di sisi primair
Sebagai pengaman utama trafo
Sebagai pengaman cadangan bila proteksi trafo sisi sekundair gagal bekerja.
Dasar seting relai arus lebih dengan waktu F 51
Seting arus harus dapat menjangkau rel sisi TM
Seting waktu dikoordinasikan dengan relai trafo pada sisi sekundair.
Dalam keadaan terpaksa dapat disamakan / bila terdapat relai diferensial trafo
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 25
Seting waktu seketikanya (instantaneous, moment) F 50
Relai tidak boleh menjangkau rel sisi TM
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 26
9. PENGAMAN GANGGUAN TANAH.
Gangguan 1 fase ke bumi (badan).Besar arus gangguan satu fase ke bumi tergantung :
- Hubungan transformator- Suplai dari sisi delta (segitiga) atau bintang- Pembumian sisi bintang
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 27
Proteksi gangguan tanah.Relai arus lebih untuk mendeteksi arus sisi untuk trafo dengan sambungan delta (d), proteksi restricted earth fault yang prinsipnya diferensial tanah.
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 28
Gangguan 1 fase ke bumi di luar daerah proteksi
Relai F 64 tidak dilalui arus sehingga tidak bekerja
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 29
Gangguan 1 fase ke bumi di dalam daerah proteksi
Relai F 64 dilalui arus sehingga relai bekerja
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 30
Relai pengaman tangki
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 31
9. PENGAMAN DEFERENSIAL.
Untuk transformator yang besar umumnya di atas 10 MVA untuk pengamanan gangguan antar fase digunakan relai diferensial.
Relai arus lebih hanyalah merupakan pengaman cadangan.
Pengaman diferensial merupakan pengamanan yang mempunyai selektif mutlak, artinya batas daerahnya apakah untuk sumber dari satu sisi atau 2 sisi serta untuk pembangkitan yang berubah-ubah adalah tetap.
Batas pengamanan ialah antara CT masuk dan keluar dari daerah/alat yang diamankan.
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 32
Dasar proteksi diferensial.
CT1
F 87
CT2
Daerah proteksi
I1I2
i2i1 id
I1 = I2 i1 = i 2 id = 0
Relai diferensial tidak bekerja
Tidak ada gangguan atau gangguan di luar daerah proteksi
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 33
I1 = besar I2 = 0 i1 = besar i 2 = 0
id = i1
Relai diferensial bekerja
Gangguan dalam daerah proteksi, sumber 1 sisi
CT1
F 87
CT2
Daerah proteksi
I1
i1 id
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 34
I1 = besar I2 = besar i1 = besar i 2 = besar
id = i1 + i 2
Relai diferensial bekerja
Gangguan dalam daerah proteksi, sumber 2 sisi
CT1
F 87
CT2
Daerah proteksi
I1I2
i2i1id
L L
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 35
Proteksi Diferensial Pada Transformator
F 87 = Relai diferensial
CB
T.T T.MCB
F 51
T
B
F 51
F 87
ACT
I1 I2
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 36
Hal-hal yang harus diperhatikan
Arus primer (I1) tidak sama dengan arus sekunder (I2)
Arus primer (I1) belum tentu sama fasenya dengan arus sekunder (I2), tergantung vektor grupnya
Hal ini menyebabkan
Trafo arus 1 (CT1) tidak sama dengan Trafo arus 2 (CT2)Rangkaian sekunder harus disesuaikan dengan vektor grup transformatornya
Secara umum diperlukan trafo arus pembantu ACT
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 37
Salah satu contoh sambungan relai diferensial untuk transformator dengan Yd1
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 38
Penyesuaian sudut pada ACT
Cara penyambungan secara rinci lihat lampiran
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 39
Relai diferensial Numerikal
Penyesuai sudut dan ACT pada relainya.
Penyesuai sudut dinyatakan dalam seting
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 40
TRAFO ARUS PEMBANTU (Auxilliary CT, ACT)
Fungsi ACT :
Hubungan yd sisi sekendernya 5/V3 atau 1/V3
Untuk menyesuaikan arus sekender CT sisi Primer dan sisi Sekender.
Untuk menyesuaikan pergeseran sudut fase.
Perbandingan tranformasi untuk penyesuai sudut fase:
Hubungan yy sisi sekendernya 5 A atau 1 A
Dalam perbandingan jumlah lilitan
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 41
Letak ACT :a. Arus CT di sisi primerb. Arus CT di sisi sekenderc. Arus CT di sisi primer dan sekender
Contoh perhitungan Tap ACT
Menggunakan ACT jenis 5 + 10 x 0,25 / 5 A
Primer : 2,5 - 2,75 - . . . - 4,75 - 5 - 5,25 - . . . - 7,25 - 7,5
Sekunder : 5 A
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 42
Contoh perhitungan Tap
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 43
Arus nominal sisi H Arus nominal sisi M
A2313150
60000IH == A301235.11
60000IM ==
Primer CT dipilih : Primer CT dipilih 3000 A
A4003231 =Sekender CT untuk sisi H dan L dipilih 5 A
A.89,2A.231*4005iH == A.02,5A.3012*
30005iM ==
A01,5A389.2'i H ==
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 44
Tap ACT
02,501,5
5x = 55*
02,501,5x ==
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 45
Misalkan CT dipilih 300/5 A sisi H dan 3000/5 A sisi M
A.85,3A.231*3005iH == A.02,5A.3012*
30005iM ==
A.67,6A385.3'i H == iH" = IM = 5,02 A
Tap ACT02,567,6
5x = 64,65*
02,567,6x ==
Jadi tap ACT dipilih 6,50 A atau 6,75 A
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 46
10. ARUS INRUSH PADA SAAT STRAT.
Komponen arus inrush mengandung arus searah dan bermacam harmonis.Tipikan besarnya arus searah dan komponen harmonis seperti tabel
Komponen harmonis.
Komponen d.c Harmonis
2 3 4 5 6 7
Nilai tipilal 40-60 30-70 10-30 5,1 4,1 3,7 2
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 47
Bentuk gelombang arus inrush
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 48
Untuk menghindari kesalahan kerja relai diferensial di antaranya- Menahan harmonis
- Memblok harmonis.
- Memblok secara resonansi
Arus inrush hanya dirasakan pada sisi dimana trafo tersebut dimasukkan, sedang sisi lainnya tidak merasakan
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 49
Contoh ACT dinyatakan jumlah lilitan.Number of turn Transformer rating Number of turn Transformer ratingPreliminary tap Preliminary tap
Terminal 5/5 A 5/1 A 1/1 A Terminal 5/5 A 5/1 A 1/1 A
1 - 2 1 1 5 X - 7 5 5 252 - 3 1 1 5 7 - 8 5 5 253 - 4 1 1 5 8 - 9 5 9 254 - 5 1 1 5 S1 - S2 25 125 1255 - 6 25 25 125 S3 - S4 18 90 90
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 50
Menggunakan ACT jenis jumlah lilitan.
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 51
Perhitungan jumlah lilitan diambil CTH 300/5 dan CTM 3000/5 ADari perhitungan butir a didapat iH' = 6,67 A dan iM" = 5,02 ADipilih NM = 18 lilitan IH NH = IM NM L = N /IH" * NH
tanbeli..1925*67,602,5N*
iiN M
"H'MH
H ===
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 52
Relai diferensial dengan sadapan (tap) pada relai
Dari contoh di atas seting tap sisi 150 kV ialah 5,02 A ----> 5
serta sisi 11,5 kV ialah 6,67 A -----> 6,75
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 53
Mis Match
Bila kedua sisi mempunyai ACT dan antara perhitungan(keadaan ideal) dan kenyataan tap yang ada berbeda, maka akan terjadi kesalahan, kesalahan ini disebut mis match dan besarnya :
%100*s
TT
TisT
=match Mis s
pip −
a. ACT di dua sisi.
a. ACT di satu sisi.
%100*s
TT =match Mis i −
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 54
dimana :
T = sadapan yang adaTi = Sadapan idialTip = Sadapan idial sisi primerTis = Sadapan idial sisi sekunderTp = Sadapan yang ada sisi primerTs = Sadapan yang ada sisi sekunder
kecil yg dipilihTT
ataauTT
ss
p
is
ip=
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 55
PENYETELAN KECURAMAN
A. Sadapan trafo dayanya dalam %B. Kemungkinan kesalahan CT sisi primer dan sisi sekunderC. Mis matchD. Arus beban nol dalam %E. Faktor keamanan
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 56
Sebagai contoh :Trafo daya 60 MVA, 150 +/- 10% /20 kV,
A. Sadapan trafo dayanya 10%
B. Kemungkinan kesalahan CT sisi primer dan sisi sekunder 2 x 5% = 10%
C. Berdasarkan perhitungan mis match = 3%
D. Arus beban nol dalam = 0,5 - 1%
E. Faktor keamanan 5%
Dengan demikian penyetelan kecuraman : 29% atau diambil 30%
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 57
RELAI DIFERENSIAL NUMERIKAL
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 58
3 x IP , 3 x IS
Analog - digitel - conversiom
CT adaptionVevtor group adaptionIdiff calculateIRest calculate
fault
Protection program
- ceking of characteristic (Idiff>)
- rush detecttion - oferflux detection - Idif >>
- monitiring of CT saturation
- data fault recording- data even recordin
Routin program
- output signal monitoring
- plausibility check- monitoring of measure
value
- procedure check- operation measurement
Command/information outputSerial information
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 59
Penyesuai sudut dan ACT pada relainyadinyatakan dalam seting.
Sambungan relai diferensial numerikal
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 60
Sambungan relai diferensial numerikal dilengkapi dengan ERF
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 61
Lampiran PENYAMBUNGAN RELAI DIFERENSIAL
Bilangan jam (vektor grup) trafo daya .
Vektor grup trafo daya menentukan pergeseran sudut arusprimer dan arus sekundernya, hal ini sangat menentukan sambungan relai diferensial.Vektor tegangan dan arah arus pada trafo daya atau trafo arus.
Dasar menentukan sambungan trafo didasarkan vektur grup trafo
- Sambungan Yy- Sambungan Yd
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 62
Vektor tegangan dan arah arus pada trafo daya atau trafo arus.
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 63
Dasar penyambungan trafo Yy0
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 64
Dasar penyambungan trafo Yd1
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 65
Macam-macam vektor grup transformator.
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 66
Cara penyambungan relai diferensial Yd1 (penyesuai sudut fase pada CT utama)
Tahap 1 : Tentukan sambungan trafo daya didasarkan vektor grup.
Tentukan arus sisi primer maupun sisi sekender
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 67
Tahap 2 : - CT di sisi delta (d) pada trafo dayanya disambung bintang. - Penyesuai fase di CT primer
- Tentukan arus sisi sekender didasarkan arus primer, di samping itu arah arusnya.
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 68
Tahap 3 :
Sambung relai diferensial dan arus sekender CT yang seharusnya pada sisi bintang Y didasarkan arus pada sisi delta
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 69
Tahap 4 : Sambung arus sekender CT pada sisi Y didasarkan arus yangditentukan pada tahap ke 3.
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 70
Cara penyambungan relai diferensial Yd1 (penyesuai sudut fase pada ACT)
Tahap 1 :- Tentukan sambungan trafo daya didasarkan vektor grup.- Tentukan arus sisi primer maupun sisi sekunder
Tahap 2 :
- CT di sisi delta (d) dan bintang (Y) pada trafo dayanya disambung bintang, penyesuai fase di ACT sehingga sambungannya yd. ACT sisi primer disambung y dan sisi sekunder disambung d
- Tentukan arus sisi sekunder didasarkan arus primer, disamping itu arah arusnya.
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 71
Tahap 3 :- Sambung relai diferensial dan arus sekunder CT yang
seharusnya pada sisi bintang Y didasarkan arus pada sisidelta
Tahap4 :- Sambung arus sekunder ACT pada sisi d didasarkan arus
yang ditentukan pada tahap ke 3.
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 72
Sambungan relai diferensial
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 73
Cara penyambungan relai diferensial Yy0Penyesuai sudut fase pada CT utama, dalam hal ini sambungan CT di primer maupun sekunder ialah sambungandelta (d)Pada dasarnya salah satu sisi CT disambung delta, dalam hal ini bebas.
Kemudian sambungan CT sisi lainnya mengikuti sambunganCT sisi lainnya.
28-31 Mei 2001 Kursus Proteksi Pada Pembangkit 74
Sambungan relai diferensial Yy0
Bila arah arus hendak diubah berlawanan, tanda dibalik