SIMULASI ALIRAN DAYA DAN SITEM PROTEKSI TRANSFORMATOR PADA

PT WIRE ROD MILL

M.Azamul Faiz Dinul Haq K1, Ir. Bambang Winardi

2

1Mahasiswa dan

2Dosen Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro

Jl. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia

Email : 2106110141014@muhammad.azzam26@gmail.com

Abstrak

Studi aliran daya merupakan penentuan atau perhitungan tegangan, arus, daya aktif maupun daya reaktif

yang terdapat pada berbagai titik jaringan listrik pada keadaan operasi normal, baik yang sedang berjalan maupun

yang diharapkan akan terjadi di masa yang akan datang. Dengan studi aliran daya dapat mengetahui tegangan-

tegangan pada setiap bus yang ada dalam sistem, baik magnitude maupun sudut fasa tegangan, daya aktif dan daya

reaktif yang mengalir dalam setiap saluran yang ada dalam system, kondisi dari semua peralatan, apakah

memenuhi batasbatas yang ditentukan untuk menyalurkan daya listrik yang diinginkan.

Untuk menyelesaikan studi aliran daya, metode yang sering digunakan adalah metode Gauss-Seidel dan

metode Newton Raphson. Metode Newton Raphson lebih cepat mencapai nilai konvergen sehingga proses iterasi

yang berlangsung lebih sedikit.

Pada Laporan kerja praktek ini, penulis akan membahas tentang simulasi aliran daya pada PT Wire Rood

Mill dengan menggunaka software ETAP 7.0. Adapun metode aliran daya yang digunakan adalah metode newton-

raphson.

Selain itu untuk menjaga kosistensi tenaga listrik yang merupakan salah satu kebutuhan pokok saat ini,

oleh karenanya tenaga listrik harus tersedia secara ekonomis dengan memperhatikan mutu baik tegangan maupun

frekwensi dan keandalan Untuk menjaga kelangsungan tenaga listrik diperlukan sistem proteksi yang sesuai dengan

kebutuhan, Fungsi proteksi adalah untuk melokalisir gangguan jadi hanya daerah yang terganggu saja yang

dibebaskan dari rangkaian tenaga listrik dan juga harus mempertimbangkan tingkat keamanan terhadap peralatan,

stabilitas tenaga listrik dan juga keamanan terhadap manusia.

Sistem pengamanan elektris atau rele adalah suatu susunan piranti, baik elektronik maupun magnetik yang

direncanakan untuk mendeteksi suatu kondisi ketidaknormalan pada peralatan listrik yang membahayakan atau

tidak diinginkan.. Jika bahaya itu muncul maka rele pengaman akan secara otomatis memberikan sinyal atau

perintah untuk membuka pemutus tenaga (circuit breaker) agar bagian yang terganggu dapat dipisahkan dari

sistem yang normal.

Transformator tenaga merupakan salah satu peralatan tenaga listrik yang wajib memiliki

sistem proteksi. Mengingat begitu pentingnya tugas dari peralatan itu sendiri juga karena trafo

merupakan salah satu peralatan tenaga listrik yang sangat mahal. Pada transformator tenaga

terdapat rele mekanik dan juga rele elektris sebagai pengamannya. Diharapkan dengan adanya sistem proteksi ini

gangguan yang terjadi disekitar transformator tenaga dapat diminimalisir.

Kata kunci:Aliran daya, newton-raphson, ETAP Sistem Pengamanan Elektris, Transformator Tenaga, Rele

Elektris, Rele Mekanis

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Studi aliran daya merupakan penentuan

atau perhitungan tegangan, arus, daya aktif

maupun daya reaktif yang terdapat pada

berbagai titik jaringan listrik pada keadaan

operasi normal, baik yang sedang berjalan

maupun yang diharapkan akan terjadi di masa

yang akan datang. Dengan studi aliran daya

dapat mengetahui tegangan-tegangan pada setiap

bus yang ada dalam sistem, baik magnitude

maupun sudut fasa tegangan, daya aktif dan

daya reaktif yang mengalir dalam setiap saluran

yang ada dalam system, kondisi dari semua

peralatan, apakah memenuhi batasbatas yang

ditentukan untuk menyalurkan daya listrik yang

diinginkan.

1.2 Tujuan

Mengetahui dan bisa menjalankan

software ETAP Power Station untuk

menganalisa aliran daya.

Mengetahui losses, drop tegangan, dan total

demand daya serta sistem proteksi transformator

daya pada pabrik Wire Rod Mill PT. Krakatau

Stell TBK.

1.3 Pembatasan Masalah

Makalah ini membahas mengenai sitem

proteksi transformator yang digunakan pada PT

Wire Rood Mill dan analisis aliran daya pada PT

Wire Rood Miil dengan menggunakan ETAP

Power Station 7.0. Metode aliran daya yang

digunakan adalah Newton-Raphson.

II. DASAR TEORI 2 DASAR TEORI

2.1 Studi Aliran Daya listrik

Studi aliran daya merupakan penentuan atau

perhitungan tegangan, arus, daya aktif maupun

daya reaktif yang terdapat pada berbagai titik

jaringan listrik pada keadaan operasi normal,

baik yang sedang berjalan maupun yang

diharapkan akan terjadi di masa yang akan

datang (Stevenson,1996).

Adapun tujuan dari studi analisa aliran

daya antara lain (Sulasno,1993):

a. Untuk mengetahui tegangan-tegangan pada

setiap bus yang ada dalam sistem, baik

magnitude maupun sudut fasa tegangan.

b. Untuk mengetahui daya aktif dan daya

reaktif yang mengalir dalam setiap saluran

yang ada dalam sistem.

c. Untuk mengetahui kondisi dari semua

peralatan, apakah memenuhi batasbatas

yang ditentukan untuk menyalurkan daya

listrik yang diinginkan.

d. Untuk memperoleh kondisi mula pada

perencanaan sistem yang baru.

e. Untuk memperoleh kondisi awal untuk

studi-studi selanjutnya seperti : studi

hubung singkat, stabilitas, dan pembebanan

ekonomis.

Beberapa hal di atas inilah yang sangat

diperlukan untuk menganalisa keadaan sekarang

dari sistem guna perencanaan perluasan sistem

yang akan datang.

Persamaan umum untuk arus yang mengalir

menuju suatu bus adalah (Pai,1979) :

I1 = Y11 V1 + Y12 V2 + Y13 V3 + … + Y1nVn

I2 = Y21 V1 + Y22 V2 + Y23 V3 + … + Y2n Vn

I3 = Y31 V1 + Y32 V2 + Y33 V3 + … + Y3n Vn

. . . .

.

. . . .

.

. . . .

.

In = Yn1 V1 + Yn2 V2 + Yn3 V3 + … + Ynn Vn

(1)

atau dapat juga ditulis dengan persamaan

berikut :

∑ (2)

Daya kompleks pada bus p tersebut adalah :

Sp = Pp + jQp = Vp Ip* (3)

dengan memasukkan Persamaan (2) ke

Persamaan (3) akan menghasilkan :

∑

(4)

Apabila bagian real dan imajiner dari

Persamaan (4) dipisahkan maka akan diperoleh :

[ ∑

] (5)

[ ∑

] (6)

apabila impedansi dinyatakan dalam bentuk

siku-siku maka :

Ypq = Gpq + jBpq

sehingga persamaan daya pada Persamaan

(5) dan (6) akan menjadi:

| | ∑ | |[ ( )

( )] (7)

| | ∑ | |[ ( )

( )] (8)

Metode Newton Raphson

Pada metode Newton Raphson, slack bus

diabaikan dari perhitungan iterasi untuk

menentukan tegangan-tegangan, karena besar

dan sudut tegangan pada slack bus telah

ditentukan. Sedangkan pada generator bus , daya

aktif dan magnitude tegangan bernilai tetap,

sehingga hanya daya reaktif yang dihitung pada

setiap iterasinya. Dalam analisa aliran daya, ada

dua persamaan yang harus diselesaikan pada

tiap-tiap bus. Kedua persamaan itu adalah

seperti pada Persamaan (7) dan Persamaan (8).

Dalam penyelesaian iterasi pada metode

Newton Raphson, nilai dari daya aktif (Pp) dan

daya reaktif (Qp) yang telah dihitung harus

dibandingkan dengan nilai yang ditetapkan,

dengan persamaan berikut (Pai,1979):

| | ∑ | |[ (

) ( )] (9)

| |∑ | |[ (

) ( )] (10)

dimana superskrip spec berarti yang

ditetapkan (specified) dan calc adalah yang

dihitung (calculated).

Proses iterasi ini akan berlangsung sampai

perubahan daya aktif (ΔPp) dan perubahan daya

reaktif (ΔQp) tersebut telah mencapai nilai

konvergen (ε ) yang telah ditetapkan. Pada

umumnya nilai konvergen antara 0,01 sampai

0,0001. (Sulasno,1993).

Matrik Jacobian terdiri dari turunan

parsial dari P dan Q terhadap masing-masing

variabel, besar dan sudut fasa tegangan, dalam

Persamaan (7) dan Persamaan (8). Besar dan

sudut fasa tegangan yang diasumsikan serta daya

aktif dan daya reaktif yang dihitung digunakan

untuk mendapatkan elemenelemen Jacobian.

Setelah itu akan diperoleh harga dari perubahan

besar tegangan, | |

| |, dan perubahan sudut fasa

tegangan, Δδ.

Secara umum persamaan tersebut dapat

ditulis sebagai berikut (Pai,1979):

[ ]( ) [

]( )[ | |

| |

]( )

(11)

Submatrik H, N, J, L menunjukkan

turunan parsial dari Persamaan (7) dan (8)

terhadap |V | dan δ, dimana matrik tersebut

disebut matrik Jacobian. Nilai dari masing-

masing elemen Jacobian sebagai berikut

(Pai,1979):

a. Untuk p ≠ q

| || |[ ( )

( )]

| | | || |[ ( )

( )]

| || |[ ( )

( )]

| | | || |[ ( )

( )]

(12)

b. Untuk p = q

| |

| | | |

| |

| | | |

(13)

dengan :

| | ∑ | |[ ( )

( )]

| | ∑ | |[ ( )

( )]

2.2 Sistem Proteksi Tenaga Listrik

sistem proteksi tenaga listrik adalah

sistem proteksi yang dilakukan kepada

peralatan-peralatan listrik yang terpasang

pada suatu sistem tenaga misanya generator,

transformator jaringan, dan lain-lain,

terhadap kondisi abnormal operasi sistem itu

sendiri. Kondisi abnormal itu dapat berupa

antara lain : hubung singkat, tegangan lebih,

beban lebih, frekuensi sistem rendah,

asinkron dan lain-lain.

2.2.1 Syarat Sistem Proteksi

Suatu proteksi sistem tenaga dipilih

berdasarkan syart-syrat berikut:

a. Selektifitas (slektiity), hanya mendeteksi

dan mengisolasi peralatan yang

mengalami gangguan

b. Keandalan (reliability), sistem proteksi

yang handal didasarkan pada 2 hal yaitu:

- Terpercaya (dependability),

tidak boleh gagal bekerja

- Aman (security), tidak boleh

trip saat memang tidak terjadi

gangguan .

c. Kecepatan (speed), beroperasi secepat

mugkin untuk mengurangi dampak

waktu kegagalan produksi dan

memastikan keaman para pekerja.

d. Kepekaan (sensitivity), mendeteksi

gangguan sekecil apapun,baik arus atau

ketidaknormalan sistem dan beroperasi

setelannya.

2.2.2 Komponen Dasar Sistem Proteksi

Ada 5 komponen dasar dari sistem proteksi

tenaga listrik yaitu:

a. Relai berfungsi sebagai pengubah sinyal

dari alat pemantau dan memberikan

perintah untuk membuka rangkaian saat

terjadi gangguan.

b. Trafo arus dan trafo tegangan berfungsi

untuk memantau dan memberikan data

yang akurat tentang kesehatan sistem.

c. Pengaman Lebur (fuse)

Fuse dapat menghancurkan diri

(putus/melebur) untuk mengamankan

perlengkapan yang terlindungi.

d. Pemutus tenaga (PMT)

Berfungsi untuk menyalurkan arus

dalam jumlah yang besar kedalam

rangkain dan memutus rangkaian ketika

terdapat arus gangguan berdasarkan

perintah dari relai.

e. Baterai DC

Baterai DC memberikan catu daya

kepada relai dan kontrol pemutus PMT.

2.3 Transformator Tenaga

Transformator tenaga merupakan suatu

alat listrik yang berfungsi untuk menaikan

atau menurunkan teganggan bolak-balik

melalui suatu gandengan magnet dan

bedasarkan prinsip induksi elaktro magnet

Gamabar 1 Transformator

Ada beberapa jenis transformator tenaga

yaitu:

a. Transformator step-down

b. Transformator step-up

c. Autotransformator

d. Autatransformator variabel

e. Transformator isolasi

f. Transformator pulsa

g. Transformator Tiga fasa

Suatu transformator tenaga terdiri dari

beberapa bagian.

a. Bagian utama :

1. Inti Besi

2. Kumparan Transformator

3. Minyak transformator

4. Bushing

5. Tangki konservator

b. Peralatan Bantu :

1. Pendingin

2. Tap changer

3. Alat Pernapasan

4. Indikator-indikator

c. Peralatan Proteksi

1. Rele bucholtz

2. Rele sudden pressure

3. Rele thermis

4. Rele differensial

5. Rele over current

6. Rele hubung tanah

d. Peralatan Tambahan

1. Pemadam kebakaran

2. Arrester

2.4 Gangguan Pada Transformator tenaga

Gangguan pada tranformator tenaga

dikelompokan menjadi 2 (dua) bagian

yaitu :

a. Gangguan Internal

Gangguan internal

adalah gangguan yang terjadi di

dalam transformer tenaga itu

sendiri. Gangguan internal dapat

berupa :

Incipient fault

Gangguan hubung

singkat

b. Gangguan eksternal

Gangguan yang tejadi di luar

transformator tenaga (pada

sistem tenaga listrik) tetapi

dapat menimbulkan gangguan

pada transformator yang

bersangkutan. Gangguan yang

dapat di golongkan dalam

gangguan eksternal ini adalah

sebagai berikut:

- Gangguan hubung

singkat di luar

transformator.

- Beban lebih (over load)

- Gelombang surja

III. SIMULASI ALIRAN DAYA DENGAN

MENGGUNAKAN ETAP DAN SISTEM

PROTEKSI TRAFO ABB 30 W

3.1 Single Line Diagram PTKS-WRM

Gambar 2 Single line diagram pabrik Wire Rod M

3.2 Hasil Simulasi dengan Menggunaka

ETAP

Tabel 1Daya yang mengalir pada bus

Bus Generation Load

Load Flow

ID kV MW Mvar MW Mvar ID MW Mvar Amp %PF

Bus14 30,000 19,883 3,360 0 0 HV Distribution 19,883 3,360 388,1 98,6

Bus15 30,000 19,883 3,360 0 0 HV Distribution 19,883 3,360 388,1 98,6

Bus22 0,500 0 0 1,650 0,799 HV Distribution -1,650 -0,799 2104,8 90,0

Bus23 0,500 0 0 1,650 0,799 HV Distribution -1,650 -0,799 2104,8 90,0

Bus24 0,500 0 0 1,444 0,700 HV Distribution -1,444 -0,700 1884,9 90,0

Bus41 0,500 0 0 1,363 0,578 HV Distribution -1,363 -0,578 1720,2 92,1

Bus43 0,380 0 0 0,676 0,334 HV Distribution -0,676 -0,334 1149,3 89,7

Bus50 0,380 0 0 0,690 0,289 HOV 22 -0,690 -0,289 1164,9 92,2

Bus58 0,380 0 0 0 0 HOV 21 -1,774 -0,791 3104,5 91,3

LV distrib. rough

&inter 0,602 0,266 1052,1 91,5

LV Distribution

CO2-C22 0,768 0,339 1341,6 91,5

LV Distribution

DO2-D22 0,119 0,053 208,4 91,3

LV Distribution

Oil 0,285 0,133 502,5 90,6

Bus71 0,380 0 0 0,487 0,216 LV Distrib.Furn&

Wtr Pl 2 -0,487 -0,216 852,1 91,4

Bus91 0,380 0 0 1,442 0,588 Water Suplai -1,442 -0,588 2457,3 92,6

Bus92 0,380 0 0 2,136 0,931 Water Suplai -2,136 -0,931 3677,1 91,7

Bus106 6,000 0 0 0 0 Bus110 3,321 1,234 337,1 93,7

Bus110 3,321 1,234 337,1 93,7

HV Distribution -6,642 -2,467 674,2 93,7

Bus110 1,470 0 0 6,609 2,065 Bus106 -3,304 -1,032 1375,9 95,5

Bus106 -3,304 -1,032 1375,9 95,5

Bus124 6,000 0 0 0 0 Bus125 3,321 1,234 337,1 93,7

Bus125 3,321 1,234 337,1 93,7

HV Distribution -6,642 -2,467 674,2 93,7

Bus125 1,470 0 0 6,609 2,065 Bus124 -3,304 -1,032 1375,9 95,5

Bus124 -3,304 -1,032 1375,9 95,5

D0 E11-14 0,700 0 0 1,889 1,171 HV Distribution -1,889 -1,171 1879,2 85,0

HOV 21 0,380 0 0 0 0 HV Distribution -3,119 -1,379 5451,4 91,5

Bus58 1,774 0,791 3104,5 91,3

LV Distrib.Furn&

Wtr Pl 2 1,345 0,588 2347,0 91,6

HOV 22 0,380 0 0 1,105 0,487 HV Distribution -1,795 -0,776 3045,4 91,8

Bus50 0,690 0,289 1164,9 92,2

HOV 23 0,380 0 0 1,148 0,471 HV Distribution -1,148 -0,471 1900,4 92,5

HV Distribution 6,000 0 0 0,000 -

15,906 Bus14 -19,799 -1,816 1891,8 99,6

Bus15 -19,799 -1,816 1891,8 99,6

Water Suplai 3,978 2,057 426,1 88,8

HOV 22 1,808 0,916 192,9 89,2

HOV 21 3,172 1,761 345,3 87,4

HOV 23 1,154 0,518 120,4 91,2

Bus43 0,677 0,357 72,8 88,5

Bus41 1,368 0,631 143,3 90,8

intermediatemill

14-17L1 1,785 0,991 194,3 87,4

intermediatemill

14-17L2 1,785 1,242 206,9 82,1

stelmor blower 1,678 0,758 175,2 91,1

D0 E11-14 1,896 1,309 219,2 82,3

prefinishl1 1,115 0,752 127,9 82,9

prefinishl2 1,116 0,736 127,1 83,5

Bus23 1,664 0,898 179,9 88,0

Bus22 1,664 0,898 179,9 88,0

Bus24 1,456 0,779 157,1 88,2

Bus106 6,642 2,467 674,2 93,7

Bus124 6,642 2,467 674,2 93,7

intermediatemill

14-17L1 0,700 0 0 1,778 0,861 HV Distribution -1,778 -0,861 1665,0

intermediatemill

14-17L2 0,700 0 0 1,778 1,102 HV Distribution -1,778 -1,102 1729,5

LV

Distrib.Furn&

Wtr Pl 2

0,380 0 0 0,858 0,372 HOV 21 -1,778 -1,345 -0,588 2347,0

Bus71 0,216 852,1 91,4

LV distrib.

rough &inter 0,380 0 0 0,602 0,266

Bus58

-1,345 -0,602 -0,266 1052,1

LV Distribution

CO2-C22 0,380 0 0 0,768 0,339

Bus58

-0,768 -0,339 1341,6

LV Distribution

DO2-D22 0,380 0 0 0,119 0,053

Bus58

0,487 -0,119 -0,053 208,4

LV Distribution

Oil 0,380 0 0 0,285 0,133

Bus58

-0,602 -0,285 -0,133 502,5

prefinishl1 0,840 0 0 1,111 0,689 HV Distribution

-1,111 -0,689 868,2

prefinishl2 0,840 0 0 1,111 0,689 HV Distribution

-0,768 -1,111 -0,689 862,8

stelmor blower 0,840 0 0 1,668 0,579 HV Distribution

-1,668 -0,579 1251,5

Water Suplai 0,380 0 0 0,345 0,150 HV Distribution

-0,119 -3,923 -1,668 6727,3

Bus91 0,588 2457,3 92,6

Bus92 -0,285 0,931 3677,1 91,7

Dari tabel di atas dapat dilihat daya yang

mengalir pada tiap bus. Besarnya daya yang

mengalir tergantung pada beban yang terpasang

pada bus tersebut. Pada beberapa bus besarnya

nilai beban sebesar 0 (nol), hal ini disebabkan

karena daya yang masuk pada bus tersebut sama

dengan daya yang keluar dari bus tersebut.

Tabel 5.5 Hasil simulasi tegangan dan

beban pada tiap bus

Bus Voltage

ID kV %Mag Ang.

Bus14 30 100 0,0

Bus15 30 100 0,0

Bus22 0,5 100,58 -6,9

Bus23 0,5 100,58 -6,9

Bus24 0,5 98,32 -6,7

Bus41 0,5 99,38 -6,1

Bus43 0,38 99,61 -5,9

Bus50 0,38 97,57 -7,8

Bus58 0,38 95,03 -9,5

Bus71 0,38 95,03 -9,5

Bus91 0,38 96,28 -11,0

Bus92 0,38 96,28 -11,0

Bus106 6 101,13 -4,4

Bus110 1,47 98,82 -7,4

Bus124 6 101,13 -4,4

Bus125 1,47 98,82 -7,4

D0 E11-14 0,7 97,53 -7,2

HOV 21 0,38 95,03 -9,5

HOV 22 0,38 97,57 -7,8

HOV 23 0,38 99,18 -6,2

HV

Distribution 6 101,13 -4,4

intermediatemi

ll 14-17L1 0,7 97,85 -7,6

intermediatemi

ll 14-17L2 0,7 99,74 -7,4

LV

Distrib.Furn&0,38 95,03 -9,5

Wtr Pl 2

LV distrib.

rough &inter 0,38 95,03 -9,5

LV

Distribution

CO2-C22

0,38 95,03 -9,5

LV

Distribution

DO2-D22

0,38 95,03 -9,5

LV

Distribution

Oil

0,38 95,03 -9,5

prefinishl1 0,84 103,48 -6,6

prefinishl2 0,84 104,14 -6,0

stelmor blower 0,84 97 -9,5

Water Suplai 0,38 96,28 -11,0

Dari tabel diatas dapat dilihat bahwa,

terdapat beberapa bus yang yang masuk

dalam kondisi over voltagedan under

voltage. Seperti pada bus prefinishl1 dan

prefinishl2 dimana rating/limitpada bus

tersebut sebesar 0,84 kV namun pada bus

tersebut beroprasi masing-masing yaitu

0,869 kV dan 0,875 kV sehingga bus

tersebut termasuk dalam kondisi Over

voltage. Akan tetapi profil tegangan masih

dalam batas toleransi ± 5%.

Tabel 5.6Losses dan drop voltage

ID Type

Losses Vd %

drop

in

Vmag

kW kVar

finishing L1 Trafo 16,594 201,4 2,31

finishingL1 Trafo 16,594 201,4 2,31

Finishing

L2 Trafo 16,594 201,4 2,31

finishing L2 Trafo 16,594 201,4 2,31

H1- T11 Trafo 83,004 1543,9 1,13

H2-T11 Trafo 83,004 1543,9 1,13

T2 Trafo 54,701 388,3 4,85

T 3 Trafo 13,121 140 3,56

T 4 Trafo 53,88 382,4 6,1

T 5 Trafo 6,548 46,5 1,95

T 6 Trafo 1,229 22,9 1,52

T 7 Trafo 4,97 53,0 1,75

T 8 Trafo 7,001 130,2 3,28

T 9 Trafo 7,554 140,5 1,39

T 10 Trafo 9,621 178,9 4,13

T 11 Trafo 7,432 138,2 3,6

T 12 Trafo 3,426 63,7 2,35

T 13 Trafo 4,411 47,1 3,01

T 14 Trafo 13,906 98,7 0,55

T 15 Trafo 13,906 98,7 0,55

T 17 Trafo 11,152 79,2 2,81

Total 45,24 5.901,7

0

Dari tabel di atas dapat mengetahui

bahwa semakin besar beban maka lossesnya

akan semakin besar pula, hal itu dikarenakan

pada saat beban bertambah maka arus akan

bertambah pula sehingga rugi-rugi saluran (I2R)

akan semakin besar pula.

Tabel 5.7 Total Beban dan losses

MW MVar MVA

Source 19,883 3,360 20,164

Demand 19,883 3,360 20,164

Load 39,765 6,72 46,782

Losses 0,445 5,902

Total demand pada Pabrik Wire Rod

Mill sebesar 19,883 MW dan 3,360MVar,

Sedangkan lossesnya sebesar 0,445 MW dan

5,902 MVar.

3.3 Sistem Proteksi Transformator

Transformator tenaga adalah alat

untuk mengkonversi nilai tegangan dan

arus listrik ke nilai tegangan dan arus

listik yang berbeda secara magnetik.

Seperti halnya perlatan listrik yang lain

pada transformator diperlukan peralatan

pengaman yang dapat membebaskan

tegangan pada trafo dari gangguan internal

maupun ekstrenal.

Tujuan pengamanan trafo adalah :

1. Menghindari kerusakan pada trafo

bila terjadi kegagalan alat

pengaman jaringan beban trafo

saat terjadi gangguan hubung

singkat.

2. Menghindari atau menekan

sekecil mungkin kerusakan trafo

akibat gangguan.

3. Menjaga stabilitas atau

kontinuitas penyaluran tenaga

listrik.

Pada transformator sendiri terdapat 2

jenis rele, yakni rele mekanik dan juga

rele elektris. Setiap rele tersebut memiliki

fungsinya masing-masing.

3.3.1 Rele Mekanik

1. Rele Bucholz

Relai bucholz merupakan sistem

proteksi yang khas untuk transformator,

khususnya transformator minyak. Relai

bucholtz adalah alat untuk mendeteksi dan

mengamankan terhadap gangguan di dalam

transformator yang menimbulkan gas. Gas

yang timbul diakibatkan oleh :

a. Hubung singkat antar lilitan pada/

dalam fasa

b. Hubung singkat antar fasa

c. Hubung singkat antar fasa ke tanah

d. Busur api listrik antar laminasi

e. Busur api listrik karena kontak yang

kurang baik

Gambar 3 rele bucholz

Reli bucholz akan bekerja ketika :

- Terjadi akumulasi gas pada

transformator akibat low-energey partial

discarge , arus bocor, pemanasan lokal

atau akibat kemasukan udara.

- Terjadi kebocoran oli transformator

sehingga cairan isolasi transformator

berkurang/habis

- Timbulnya gas dalam jumlah yang besar

akibat dekomposisi minyak secara cepat

karena terjadinya high –energy arc

discharge.

2. Relai junsen

Relai ini memiliki konstruksi dan

prinsip kerja yang sama dengan Relai

Bucholz, tapi relai ini digunakan untuk

mengamankan ruang On Load Tap Changer

(OLTC) pada transformer. Sedikit berbeda

dengan relai Bucholz, relai Jansen pada

Transformer Tenaga ABB 30 MW 150 / 20

kV yang menjadi fokus penulis hanya

memiliki 1 buah kontak. Relai Jansen ini

tidak memiliki kontak untuk alarm, tapi

hanya memiliki kontak untuk tripping coil

yang akan langsung memutus circuit

breaker / pemutus tenaga. Berikut ini adalah

gambar dari relai Jansen.

Gambar 4 Relai Junsen

3. Relai Tekanan Lebih

Gangguan – gangguan berupa flashover dan

hubung singkat internal (antar phasa atau

antara phasa dan ground) biasanya diikuti

dengan kenaikan tekanan yang signifikan

pada tangki transformer. Hal ini disebabkan

oleh dekomposisi dan evaporasi

minyak.Apabila tekanan lebih ini tidak bisa

dieliminasi dalam waktu beberapa milidetik,

akan terjadi panas berlebih pada minyak

transformer atau lebih parah lagi akan

menyebabkan tangki transformer meledak.

Oleh karena itu, Transformer Tenaga ABB

30 MW 150 / 20 kVyang menjadi fokus

penulis dilengkapi oleh Relai Tekanan

Lebihyang berfungsi untuk membatasi

besar kenaikan tekanan saat terjadinya

gangguan.

Relai ini bekerja oleh kenaikan tekanan

gas yang tiba – tiba dan langsung

mentripkan pemutus tenaga (PMT) jika

tekanan di dalam tangki transformer

mencapai 2,2 bar. Alat pengaman tekanan

lebih ini berupa membran yang terbuat dari

kaca, plastik, tembaga atau katup berpegas,

sebagai pengaman tangki transformator

terhadap kenaikan tekan gas yang timbul di

dalam tangki yang akan pecah pada tekanan

tertentu dan kekuatannya lebih rendah dari

kekuatan tangki transformator. Berikut ini

adalah gambar dari Relai Tekanan Lebih.

Gambar 5. Relai Tekanan Lebih

4. Relai Temperatur Belitan (Winding

Temperature Relay) dan Relai

Temperature Minyak

Untuk proteksi pembebanan berlebih,

biasanya transformer dilengkapi dengan

beberapa sensor suhu / thermometer yang

dipasang pada bagian atas transformer.

Sensor – sensor suhu ini terhubung dengan

relai temperatur minyak dan relai temperatur

belitan yang memiliki kontak – kontak kipas

angin (fan), alarm, dan tripping coil yang

akan bekerja jika tercapai temperature

abnormal atau temperature yang berbahaya.

Berikut ini adalah skema dan gambar relai

temperatur minyak dimana sensor suhunya

ditempatkan di dalam tangki tansformer

bagian atas.

Gambar 6. Sekema Relai Temapetaur

Minyak

Gambar 7. Relai Temperatur Minyak

Temperatur belitan diukur dengan cara

tidak langsung (indirect). Temperatur

minyak diambil sebagai representasi dari

temperatur belitan, ditambah data

pengukuran arus dari CT yang akan

mengoreksi nilai temperatur belitan. Berikut

ini adalah skema dan gambar relai

temperatur belitan dimana sensor suhunya

ditempatkan di dalam tangki tansformer

bagian atas.

Gambar 8. Skema Relai Temperatur Belitan

Gambar 9. Gambar Relai Temperatur Belitan

Transformer Tenaga ABB 30 MW 150 /

20 kVyang menjadi fokus penulis memiliki

satu buah relai temperatur minyak dan 2

buah temperatur belitan, satu buah untuk sisi

High Voltage (HV) dan satu buah untuk sisi

Low Voltage (LV). Tabel berikut ini

menampilkan kontak – kontak relai yang

akan bekerja pada temperatur – temperatur

tertentu.

Temperatur (derajat

Celcius) Kontak yang Bekerja

90 Alarm step 1

105 Alarm step 2 (trip CB) 3.3.2 Relai Elektrik

1. Relai Difrensial

Relai diferensial sebuah transformer

membandingkan arus input yang masuk ke

transformer dan arus output yang keluar dari

transformer. Relai akan bekerja (memutus

circuit breaker / pemutus tenaga) jika arus

differensial yang melewati relay lebih besar

dari nilai tertentu, tergantung pada setting

dari relai.Relai ini akan melindungi

transformer dari gangguan internal dan

gangguan hubung singkat (antar phasa atau

phasa ke tanah) pada transformer. Berikut

ini adalah skema pemasangan relai

diferensial pada sebuah transformer tiga

phasa.

Gambar 10. Skema Pemasangan Relai

Diferensial

2. Relai Gangguan ke Tanah Terbatas

(Restricted Earth Fault Relay)

Relai gangguan ke tanah terbatas berfungsi

untuk mendeteksi gangguan internal dari

sebuah transformer. Berikut ini adalah

skema pemasangan relai diferensial pada

sebuah transformer tiga phasa.

Gambar 11. Skema Pemasangan Relai

Gangguan ke Tanah Terbatas

3. Relai Arus Lebih (Over Current

Relay) dan Relai Gangguan ke

Tanah (Earth Fault Relay)

Relai arus lebih /overcurrent

relay(OCR) dan relai gangguan ke tanah

/earth fault relay(GFR) adalah relai yang

berfungsi sebagai proteksi back upterhadap

relai diferensial dan relai relai gangguan ke

tanah terbatas (restricted earth fault). Kedua

relai ini berfungsi untuk melindungi

transformer dari gangguan internal,

gangguan hubung singkat eksternal, dan

pembebanan berlebih yang terlalu tinggi.

Kedua relai ini tidak bisa membedakan

antara gangguan – gangguan di atas, namun

jika salah satu gangguan terjadi, relai – relai

ini akan bekerja.

Berikut ini adalah dua skema

pemasangan relai arus lebih (OCR) dan relai

gangguan ke tanah (GFR) pada sebuah

transformer tiga phasa dengan konfigurasi

Y.

Gambar 12. Skema Pemasangan Relai

Gangguan ke Tanah dan Relai Arus

Lebih

Gambar 13. Gam3bar Panel Relai Gangguan ke

Tanah dan Relai Arus Lebih

CT – CT yang terlihat pada gambar di

atas akan membaca arus yang mengalir pada

belitan ketiga phasa dan netral transformer. Bila

arus yang mengalir melewati nilai tertentu

selama kurun waktu tertentu, relai akan bekerja

dan memutus circuit breaker / pemutus tenaga.

Relai – relai ini tidak boleh bekerja (mentripkan

PMT) pada kondisi operasi normal dari

transformer.

IV. PENUTUP

4.1 Kesimpulan

Kerja Praktek merupakan kegiatan yang bagus,

karena para mahasiswa bisa terjun langsung ke

lapangan dan melihat permasalahan-

permaslahan yang ada. Permasalahan tersebut

nantinya juga akan dirasakan para mahasiswa

selepas kuliah nanti. Dan dari pelaksanaan Kerja

Praktek yang telah kami lewati di PT Krakatau

Steel Divisi WRM, dapat ditarik kesimpulan

sebagai berikut ini :

1. Supply listrik untuk keperluan pabrik ini

diambil dari PT Krakatau Daya Listrik

dan dibantu juga oleh Perusahaan Listrik

Negara (PLN).

2. Supply tegangan dari gardu induk

diturunkan secara bertahap mulai dari 30

kV sampai 380 V, 500 V, 700 V, 840 V,

1470 V menuju ke beban melalui

transformator stepdown.

3. ETAP (Electric Transient and Analysis

Program) merupakan suatu perangkat

lunak yang mendukung sistem tenaga

listrik.Tujuan dari studi aliran daya

penentuan atau perhitungan tegangan,

arus, daya aktif maupun daya reaktif

yang terdapat pada berbagai titik

jaringan listrik pada keadaan operasi

normal, baik yang sedang berjalan

maupun yang diharapkan akan terjadi di

masa yang akan datang.

4. Semakin besar beban maka lossesnya

akan semakin besar pula, hal itu

dikarenakan pada saat beban bertambah

maka arus akan bertambah pula

sehingga rugi-rugi saluran ( ) akan

semakin besar pula.

5. Terdapat 2 kondisi peringatan load flow

pada software ETAP ini, yaitu critical

dan marginal, yang jika terlampaui

maka dapat menyebabkan kerusakan

atau kegagalan operasi.

6. Total beban yang diterima gardu induk

PT. Krakatau Daya Listrik sebesar

19,883 MW dan 3,360 Mvar.

DAFTAR PUSTAKA

[1] John J. Grainger, William D. Stevenson, Jr.,

“Power System Analysis”, McGraw-Hill

Inc, 1994

[2] Hadi Saadat, “Power System Analysis”,

McGraw-Hill Inc, 1999

[3] Turan Gonen, “Modern Power System

Analysis”, John Wiley & Sons, 1988

[4] Sulasno, Ir. “Analisis Sistem

tenaga”,Semarang: Badan Penerbit

Universitas Diponegoro, 1993

[5] Sulasno, Ir. “Sistem Distribusi Tenaga

Listrik”,Semarang: Satya Wacana, 1993

BIODATA PENULIS

M.Azamul Faiz Dinul Haq,

lahir di Brebes 26 Maret

1992. Menempuh

pendidikan di SD Negeri

Mendala I , SMP

Muhammadiyah Sirampog , SMA

Muhammadiyah Bumiayu dan sekarang sebagai

mahasiswa Teknik Elektro Universitas

Diponegoro

Semarang, 18 Desember 2013

Mengetahui,

Dosen Pembimbing

Ir. Bambang Winardi

19610616 199303 1 002