1 Candra Reza, 2013 Teknik Potensi Diferensial Pada Transformator Daya Tiga Fasa Dengan Menggunakan Transformasi Wavelet Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Peralatan proteksi merupakan komponen penting dalam sistem tenaga

listrik yang berguna untuk mendeteksi dan mengisolasi adanya gangguan. Skema

proteksi yang tepat haruslah dipilih sedemikian sehingga menghasilkan keamanan

operasi peralatan sistem tenaga dan menjaga keandalan pada sistem secara

keseluruhan (Attapol, 2006).

Transformator daya adalah salah satu peralatan yang penting dan mahal

dalam sistem tenaga listrik, maka diperlukan proteksi dengan teknik yang tepat

dan pemeliharaan yang berkelajutan. Proteksi pada transformator daya umumnya

menggunakan berbagai macam relai, diantaranya: relai arus lebih, relai tekanan,

relai Bucholz, dan relai diferensial yang bergantung dari tujuan penggunaan relai

tersebut. Proteksi diferensial transformator daya menggunakan arus diferensial

sebagai besaran listrik yang diukur. Arus diferensial didapat dengan cara

membandingkan antara arus primer dengan arus sekunder. Proteksi diferensial ini

bertujuan untuk mendeteksi gangguan dalam (internal) pada transformator daya.

Pada saat transformator beroperasi normal dan atau terjadinya gangguan luar

(eksternal), arus diferensial yang dihasilkan relatif kecil, sehingga pada kondisi

seperti ini relai diferensial tidak akan memberikan sinyal trip. Namun demikian,

2 Candra Reza, 2013 Teknik Potensi Diferensial Pada Transformator Daya Tiga Fasa Dengan Menggunakan Transformasi Wavelet Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

ada salah satu fenomena yang dapat menyebabkan terjadinya operasi yang tidak

diinginkan pada proteksi diferensial, yaitu fenomena arus magnetizing inrush.

Arus magnetizing inrush bukan merupakan arus gangguan (Adel, 2011),

tetapi keadaan transien pada saat transformator disuplay listrik (energized) dari

kondisi mati. Pengaruh dari arus magnetizing inrush biasanya memiliki amplitudo

yang cukup besar yang menyebabkan proteksi diferensial konvensional cenderung

untuk memberikan sinyal trip. Untuk menghindari kesalahan operasi yang tidak

diinginkan pada proteksi diferensial, maka dibutuhkan kemampuan relai untuk

membedakan antara arus gangguan dalam, arus magnetizing inrush, dan arus

gangguan luar yang terjadi pada suatu transformator daya.

Metode yang digunakan untuk menganalisa harmonik suatu sinyal yaitu

menggunakan transformasi Fourier (TF). Keluaran dari Transformasi Fourier (TF)

adalah sinusoidal pada berbagai frekuensi yang berbeda. Pada beberapa tahun

terakhir ini telah diketahui bahwa TF ternyata tidak tepat untuk menganalisa

gangguan pada sistem tenaga yang metode proteksinya berbasiskan pada kondisi

transien sinyal. Hal ini dikarenakan pada kondisi transien terkandung informasi

yang berada pada domain frekuensi dan domain waktu. TF hanya memberikan

informasi pada domain frekuensi (Attapol, 2006).

Perkembangan teknologi pemrosesan sinyal dan peralatan sistem cerdas

yang cukup pesat, membuat pengembangan sistem proteksi yang handal, cepat,

dan selektif sebagai sarana untuk menganalisa gangguan pada transformator daya.

Teknologi pemrosesan sinyal dan peralatan sistem cerdas ini ditunjukkan dengan

3 Candra Reza, 2013 Teknik Potensi Diferensial Pada Transformator Daya Tiga Fasa Dengan Menggunakan Transformasi Wavelet Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

adanya penggunaan Fuzzy Logic, Transformasi Wavelet (TW) (Sukanta, 2008 ;

Attapol, 2006), dan Artificial Neutral Network (ANN) (Sudha, 2007).

Transformasi wavelet sudah banyak digunakan pada berbagai aplikasi,

termasuk juga pada aplikasi sistem tenaga. Aplikasi wavelet pada sistem tenaga

sangat banyak diaplikasikan pada analisa dan deteksi transien elektromagnetik,

pengukuran kualitas daya, kompresi data (Effrina, 2002) dan deteksi gangguan

(Sendilkumar, 2010). Wavelet juga telah digunakan pada proteksi diferensial

(differential protection) trafo daya untuk mendeteksi sinyal gangguan pada arus

sekaligus mengetahui harmonik dari sinyal tersebut lalu diolah menggunakan

transformasi wavelet packet (TWP) sebagai proteksi berarah (directional

protection) pada transformator daya (Adel). Teknik yang digunakan

menggunakan dua buah besaran listrik, yaitu sinyal arus gangguan dan sinyal

tegangan sebelum gangguan sebagai sinyal arah.

Transformasi wavelet dalam beberapa tahun terakhir ini banyak digunakan

untuk mengetahui sinyal transien yang bertujuan untuk mengetahui informasi

yang berada pada domain frekuensi dan domain waktu (Mario, 2010).

Transformasi ini bertujuan untuk menganalisis fenomena sinyal transien pada

transformator daya untuk membedakan arus inrush dan arus normal dari arus

gangguan. Pada skripsi ini penulis akan mengaplikasikan transformasi wavelet

untuk keperluan proteksi diferensial pada transformator daya tiga fasa. Dengan

memakai filter tingkat ketiga dari transformasi wavelet paket untuk mengukur

tingkat akurasi dari perbedaan arus inrush dan arus normal dari semua jenis arus

gangguan (Adel, 2011).

4 Candra Reza, 2013 Teknik Potensi Diferensial Pada Transformator Daya Tiga Fasa Dengan Menggunakan Transformasi Wavelet Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

Berdasarkan latar belakang yang telah dijelaskan, penulis tertarik untuk

mencoba mengaplikasikan proteksi diferensial pada transformator daya tiga fasa

dengan menggunakan transformasi wavelet untuk mengetahui perbedaan arus

yang masuk dari semua jenis gangguan. Penulis pada skripsi ini penulis memberi

judul: Teknik Proteksi Diferensial pada Transformator Daya Tiga Fasa dengan

Menggunakan Transformasi Wavelet.

B. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah dibahas sebelumnya maka rumusan

masalah pada skripsi ini adalah sebagai berikut :

1. Bagaimana mensimulasikan transformasi wavelet untuk proteksi

diferensial transformator daya tiga fasa.

2. Bagaimana pengaruh saturasi trafo arus (CT) terhadap sensitivitas dan

respon kecepatan relai serta batas ambang (threshold) atau seting relai

untuk berbagai macam gangguan pada sistem proteksi diferensial trafo

daya tiga fasa berbasis transformasi wavelet.

3. Bagaimana pengaruh hubungan belitan trafo terhadap sensitivitas dan

respon kecepatan relai serta batas ambang (threshold) atau seting relai

untuk berbagai macam ganggguan pada sistem proteksi diferensial trafo

daya tiga fasa berbasis transformasi wavelet.

4. Bagaimana pengaruh tahanan gangguan dan tahanan tanah terhadap

sensitivitas dan respon kecepatan relai serta batas ambang (threshold) atau

5 Candra Reza, 2013 Teknik Potensi Diferensial Pada Transformator Daya Tiga Fasa Dengan Menggunakan Transformasi Wavelet Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

seting relai pada sistem proteksi diferensial trafo daya tiga fasa berbasis

transformasi wavelet.

5. Bagaimana pengaruh perubahan tap changer trafo terhadap seting dan

kinerja relai pada sistem proteksi diferensial trafo daya tiga fasa berbasis

transformasi wavelet.

C. Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian pada skripsi ini adalah sebagai berikut :

1. Mensimulasikan transformasi wavelet untuk proteksi diferensial

transformator daya tiga fasa.

2. Mengetahui pengaruh saturasi trafo arus (CT) terhadap sensitivitas dan

respon kecepatan relai serta batas ambang (threshold) atau seting relai

untuk berbagai macam gangguan pada sistem proteksi diferensial trafo

daya tiga fasa berbasis transformasi wavelet.

3. Mengetahui pengaruh hubungan belitan trafo terhadap sensitivitas dan

respon kecepatan relai serta batas ambang (threshold) atau seting relai

untuk berbagai macam ganggguan pada sistem proteksi diferensial trafo

daya tiga fasa berbasis transformasi wavelet.

4. Mengetahui pengaruh tahanan gangguan dan tahanan tanah terhadap

sensitivitas dan respon kecepatan relai serta batas ambang (threshold) atau

seting relai pada sistem proteksi diferensial trafo daya tiga fasa berbasis

transformasi wavelet.

6 Candra Reza, 2013 Teknik Potensi Diferensial Pada Transformator Daya Tiga Fasa Dengan Menggunakan Transformasi Wavelet Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

5. Mengetahui pengaruh perubahan tap changer trafo terhadap seting dan

kinerja relai pada sistem proteksi diferensial trafo daya tiga fasa berbasis

transformasi wavelet.

D. Batasan Masalah

Untuk memudahkan penyusunan skripsi agar isinya tidak melebar dan

lebih terarah, maka penulis membuat batasan masalah untuk penulisan skripsi ini.

Batasan masalah secara umum adalah :

1. Sistim tiga fasa diasumsikan seimbang.

2. Transformator yang diproteksi adalah transformator 3 fasa dengan

hubungan Y - ∆ dan ∆ - Y.

3. Kondisi transformator daya yang dianalisis meliputi pada saat:

i. Gangguan dalam (internal fault) terjadi pada sisi sekunder (F1)

transformator daya dan gangguan luar (external fault) di dekat CT

(F2) untuk berbagai gangguan hubung singkat berikut:

- Gangguan hubung singkat tiga fasa (L-L-L-G)

- Gangguan hubung singkat dua fasa (L-L)

- Gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah (L-G)

ii. Kondisi arus magnetizing inrush.

4. Pemodelan trafo arus (CT) yang digunakan adalah trafo bersaturasi.

5. Harga tahanan gangguan bervariasi sebesar RF = {0.01, 5, 20, 50} ohm dan

tahanan tanah RG sebesar 5 ohm.

7 Candra Reza, 2013 Teknik Potensi Diferensial Pada Transformator Daya Tiga Fasa Dengan Menggunakan Transformasi Wavelet Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

6. Pemodelan didasarkan pada kondisi dimana gangguan yang sering terjadi

pada kondisi real maka dibuat suatu analisis dan simulasi gangguan.

E. Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan dapat memberikan dampak positif dalam bidang

proteksi sistem tenaga listrik. Berikut beberapa manfaat dari penelitian ini adalah:

1. Menghasilkan teknik proteksi diferensial trafo daya yang memiliki

selektifitas yang baik, yang mampu membedakan kondisi gangguan dalam

dan gangguan luar, serta menjaga trafo tetap bekerja pada saat adanya arus

inrush.

2. Menghasilkan teknik proteksi diferensial yang memiliki respon relai

dengan kecepatan tinggi.

3. Menghasilkan teknik proteksi diferensial yang mampu tetap bekerja

(robust) terhadap adanya variasi perubahan tahanan gangguan dan/atau

tahanan tanah serta tidak dipengaruhi oleh saturasi trafo arus (CT).

4. Menghasilkan teknik proteksi diferensial yang mampu tetap bekerja

(robust) terhadap adanya variasi perubahan tap changer trafo.

F. Metode Penelitian

Metode yang dilakukan dalam penyusunan Skripsi ini adalah:

8 Candra Reza, 2013 Teknik Potensi Diferensial Pada Transformator Daya Tiga Fasa Dengan Menggunakan Transformasi Wavelet Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

1. Metode Observation (observasi), dengan melakukan pengamatan terhadap

jurnal-jurnal yang telah ada dan mengembangkannya pada metode yang

akan diajukan.

2. Metode Discussion (diskusi), dengan melakukan diskusi yang mendalam

dengan pembimbing Skripsi seputar metode yang diajukan.

3. Studi Literature (studi pustaka), di dapat dari jurnal-jurnal dan buku yang

berkaitan dengan metode yang diajukan.

G. Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan pada skripsi ini adalah sebagai berikut:

Bab I PENDAHULUAN

Menjelaskan latar belakang masalah, rumusan masalah, tujuan penelitian,

batasan masalah, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan.

Bab II TIJAUAN PUSTAKA

Menjelaskan gangguan-gangguan yang terjadi pada sistem tenaga listrik

dan sistem proteksi tenaga listrik, sistem proteksi pada transformator daya, dan

metode-metode yang telah dikembangkan untuk proteksi diferensial pada

transformator daya.

Bab III TRANSFORMASI WAVELET

Menjelaskan metode penggunaan tranformasi wavelet untuk analisis

gangguan pada transformator daya beserta implementasinya dalam penelitian

skripsi ini.

9 Candra Reza, 2013 Teknik Potensi Diferensial Pada Transformator Daya Tiga Fasa Dengan Menggunakan Transformasi Wavelet Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

Bab IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Menjelaskan pemodelan, implementasi, analisis sistem jaringan, simulasi

seluruh gangguan hubung singkat yang mungkin terjadi pada jaringan

transformator daya, dan pada saat terjadinya saturasi trafo arus. Serta rangkaian

logika dari metode yang diajukan.

Bab V KESIMPULAN DAN SARAN

Menjelaskan kesimpulan dari hasil studi yang sekaligus penutup dari

skripsi ini dan saran-saran yang didasarkan pada hasil studi yang diperoleh.