TEKNIK PROTEKSI DIFFERENSIAL DIJITAL PADA

TRANSFORMATOR DAYA TIGA FASA

DENGAN MENGGUNAKAN TRANSFORMASI HILBERT

LAPORAN TUGAS AKHIR

Oleh: MUHAMMAD FAUZY ABDULLAH

NIM : 132 03 087 / Teknik Tenaga Elektrik (A)

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO SEKOLAH TEKNIK ELEKTRO DAN INFORMATIKA

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2007

TEKNIK PROTEKSI DIFFERENSIAL DIJITAL PADA

TRANSFORMATOR DAYA TIGA FASA

DENGAN MENGGUNAKAN TRANSFORMASI HILBERT

LAPORAN TUGAS AKHIR

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh Gelar Sarjana Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika

Institut Teknologi Bandung

Oleh: MUHAMMAD FAUZY ABDULLAH

NIM : 132 03 087 / Teknik Tenaga Elektrik (A)

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO SEKOLAH TEKNIK ELEKTRO DAN INFORMATIKA

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2007

TEKNIK PROTEKSI DIFFERENSIAL DIJITAL PADA

TRANSFORMATOR DAYA TIGA FASA

DENGAN MENGGUNAKAN TRANSFORMASI HILBERT

Oleh: MUHAMMAD FAUZY ABDULLAH

NIM : 132 03 087 / Teknik Tenaga Elektrik (A)

Laporan Tugas Akhir Telah diterima dan disahkan sebagai

kolokium untuk memenuhi persyaratan memperoleh gelar

SARJANA TEKNIK ELEKTRO pada

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO SEKOLAH TEKNIK ELEKTRO DAN INFORMATIKA

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

Bandung, 29 Juni 2007

Menyetujui,

Pembimbing

Dr. Ir. Redy Mardiana NIP 132150425

ii

ABSTRAK

TEKNIK PROTEKSI DIFFERENSIAL DIJITAL PADA

TRANSFORMATOR DAYA TIGA FASA

DENGAN MENGGUNAKAN TRANSFORMASI HILBERT

Oleh

Muhammad Fauzy Abdullah

NIM : 13203087

Tugas akhir ini membahas tentang teknik baru untuk proteksi differensial

transformator daya tiga fasa dengan menggunakan transformasi Hilbert. Transformasi

Hilbert digunakan untuk memperoleh besar amplitudo (amplitude envelope) dan sudut

fasa dari sinyal gangguan. Dengan mengetahui besar amplitudo dan beda sudut fasa

(phase-angle difference) antara sinyal gangguan di sisi primer dan di sisi sekunder

transformator daya, maka teknik ini mampu membedakan jenis gangguan dalam

(internal fault) dan gangguan luar (external fault) serta arus magnetizing inrush.

Teknik proteksi ini menggunakan arus dari setiap fasa sebagai besaran listrik yang

dianalisis. Teknik ini telah diujicobakan dan dievaluasi dengan menggunakan

Matlab/SIMULINK untuk berbagai jenis gangguan yang meliputi gangguan tiga fasa,

dua fasa, dan satu fasa ke tanah. Evaluasi yang telah dilakukan juga memperhitungkan

pengaruh saturasi trafo arus (CT), pengaruh hubungan belitan transformator, dan

pengaruh tahanan gangguan dan tahanan tanah. Hasil evaluasi menunjukkan bahwa

teknik yang diusulkan memiliki selektifitas yang baik, yang mampu membedakan

kondisi gangguan dalam dan gangguan luar serta memiliki respon kecepatan tinggi

yang cukup tinggi.

Kata kunci : proteksi transformator, relai proteksi, transformasi Hilbert

i

ABSTRACT

DIGITAL DIFFERENTIAL PROTECTION TECHNIQUE OF

THREE PHASE POWER TRANSFORMER

USING HILBERT TRANSFORM

By

Muhammad Fauzy Abdullah

NIM : 13203087

This final project explains a novel technique for differential protection of three

phase power transformer using the Hilbert transform. Hilbert transform is employed

to obtain the amplitude envelope and phase-angle difference in primary side and

secondary side of transformer phase currents, hence this proposed technique is able to

distinguish between internal faults, external faults and magnetizing inrush. The

proposed technique uses each phase current as the only input and is independent on

differential currents. The technique has been tested and evaluated resulted from

Matlab/SIMULINK simulation for different types of faults, include three phase-to-

ground fault, line-to-line fault, and single phase-to-ground fault. The evaluation to the

technique has taken into account the effects of saturated CT model, transformer

winding connections, and fault and ground resistances. The evaluation results show

that the proposed technique gives good selectivity as indicated by its ability to

distinguish between internal and external faults and gives high speed relay response.

Key words : transformer protection, protective relaying, Hilbert transform

iii

KATA PENGANTAR

Pertama-tama penulis mengucapkan puji syukur kehadirat Allah Swt atas berkat

dan rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul Teknik

Proteksi Differensial Dijital Pada Transformator Daya Tiga Fasa Dengan

Menggunakan Transformasi Hilbert. Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi salah

satu syarat dalam menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata-1 pada Program Studi

Teknik Elektro, Institut Teknologi Bandung.

Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada kedua orang tua

tercinta dan seluruh keluarga yang telah memberikan dukungan luar biasa dalam

penyelesaian tugas akhir ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Dr. Ir.

Redy Mardiana selaku pembimbing Tugas Akhir yang telah memberikan bimbingan,

arahan, nasehat, dan dorongan sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini

sesuai dengan waktu studi yang diharapkan. Tak lupa juga penulis ucapkan terima

kasih kepada teman-teman Elektro 2003 khususnya Aroes Koeat 2003 yang telah

memberikan dukungan dan dorongan. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan

kepada semua pihak yang secara langsung maupun tidak langsung telah membantu

dalam penyusunan Tugas Akhir ini.

Penulis menyadari penulisan tugas akhir ini masih banyak kekurangan, baik

menyangkut materi pembahasan maupun teknik penulisan. Oleh karena itu, penulis

mohon maaf atas segala keterbatasan serta dengan segala kerendahan hati penulis

menerima kritik dan saran yang bersifat membangun untuk perbaikan Tugas Akhir ini

agar bermanfaat bagi perkembangan ilmu ketenagalistrikan.

Bandung, 29 Juni 2007

Penulis

iv

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRACT ………………………………………………………………. i

ABSTRAK ………………………………………………………………… ii

KATA PENGANTAR …………………………………………………….. iii

DAFTAR ISI ……………………………………………………………… iv

DAFTAR GAMBAR ……………………………………………………… vi

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ………..………………………………… 1

1.2 Tinjauan Pustaka…………………………………………. 3

1.3 Rumusan Masalah ………………………………………. 4

1.4 Tujuan Penelitian ……..…………………………………. 4

1.5 Batasan Masalah...... …………………………………….. 5

1.6 Manfaat Penelitian.......... ………………………………... 6

1.7 Sistematika Pembahasan………………………………….. 6

BAB II LANDASAN TEORI

2.1 Gangguan Pada Sistem Tenaga Listrik ..................…….. 8

2.2 Sistem Proteksi Tenaga Listrik ...................……………. 9

2.3 Proteksi Diferensial Pada Transformator Daya......……. 12

2.4 Metode Proteksi Diferensial Transformator Daya

Dan Permasalahannya…............................................…… 15

BAB III PROTEKSI TRANSFORMATOR DAYA MENGGUNAKAN

TRANSFORMASI HILBERT

3.1 Pengenalan Metoda Proteksi Transformator Daya

Menggunakan transformasi Hilbert……………….……… 18

v

3.2 Dasar Teori Transformasi Hilbert dan

Implementasi ..........................................…….………….. 19

3.3 Prinsip Kerja Metode yang Diajukan..................….....….. 21

3.4 Pemodelan Sistem Tenaga Listrik................................….. 22

3.5 Pemodelan Sistem dengan Saturasi Trafo Arus.........…… 25

3.6 Algoritma Metode yang Diajukan.............................……. 26

BAB IV HASIL DAN ANALISIS PENGGUNAAN TRANSFORMASI

HILBERT UNTUK PROTEKSI TRANSFORMATOR DAYA

4.1 Pemodelan Sistem dalam Simulasi.... ……………………. 29

4.2 Implementasi dan Analisis dalam Rangkaian Simulasi …. 31

4.2.1 Gangguan Hubung Singkat dengan Perubahan

Resistansi Gangguan………................................…….. 31

4.2.2 Gangguan Hubung Singkat dengan Perubahan

Hubungan Belitan pada Transformator Daya………... 71

4.2.3 Pengaruh dari Tap Changer Transformator Daya…..… 80

4.2.4 Magnetizing Inrush current......……………………..… 80

4.3 Arti dari Penggolongan Gangguan pada Transformator

Daya dan Kecepatan respon Rele…….............………..… 81

4.4 Analisis Rangkaian Logika dari Metode yang diajukan..... 81

BAB V KESIMPULAN

Kesimpulan ………………………………………………...... 83

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

vi

DAFTAR GAMBAR

Gbr 2.1 Skema Proteksi Diferensial Menggunakan Relai Diferensial... 13

Gbr 2.2 Skema Proteksi Diferensial 3 Fasa. …...…...………………… 14

Gbr 3.1 Diagram Blok dari Transformasi Hilbert…...…………………. 20

Gbr 3.2 Pemodelan Simulasi Gangguan Sistem..………………………. 21

Gbr 3.3 Pemodelan Simulasi dan Parameter Sistem..………………….. 24

Gbr 3.4 Pemodelan Simulasi Saturasi Trafo Arus.…………………….. 25

Gbr 3.5 Kurva B versus H dari Pemodelan Saturasi Trafo Arus...…….. 26

Gbr 3.6 Flowchart Metode yang Diajukan ....………………………….. 28

Gbr 4.1 Simulasi Model pada Simulink MatLab……………………….. 30

Gbr 4.2 Hasil Uji Coba Gangguan Dalam 3 Fasa ke Tanah…………….. 33

Gbr 4.3 Hasil Uji Coba Gangguan Dalam Fasa ke Fasa……………….... 38

Gbr 4.4 Hasil Uji Coba Gangguan Dalam 1 Fasa ke Tanah…………….. 43

Gbr 4.5 Hasil Uji Coba Gangguan Dalam 3 Fasa ke Tanah

dengan Saturasi Trafo Arus…………………………………….. 48

Gbr 4.6 Hasil Uji Coba Gangguan Luar 3 Fasa ke Tanah……………......53

Gbr 4.7 Hasil Uji Coba Gangguan Luar Fasa ke Fasa…………...……… 57

Gbr 4.8 Hasil Uji Coba Gangguan Luar 1 Fasa ke Tanah……………..... 62

Gbr 4.9 Hasil Uji Coba Gangguan Luar 3 Fasa ke Tanah

dengan Saturasi Trafo Arus…………………………………….. 67

Gbr 4.18 Rangkaian Logika Metoda yang Diajukan ....………………….. 82