Kuliah 6 - Proteksi TRAFO

111/4/2003 PROTEKSI SISTEM TENAGA LISTRIK 1

FT UI Jurusan Elektro Ir. Djoko Prasetyo, Ph.D

PROTEKSI TRAFO TENAGA

Kuliah Minggu ke-6



INTRODUKSI

Trafo merupakan salah satu komponen terpenting dalam sistem tenaga listrik, dan merupakan komponen termahal di sebuah gardu induk.

Gangguan pada satu trafo tenaga berkapasitas besar dapat menyebabkan pemadaman yang besar. Jika gangguan ini tidak diisolir dengan cepat, akan terjadi kerusakan yang parah, disamping akan mengganggu stabilit as sistem.

Seperti halnya proteksi peralatan sistem tenaga listrik lainnya, pemilihan proteksi trafo juga dipengaruhi oleh pertimbangan ekonomi.

Proteksi trafo-trafo kecil (beberapa ratus kVA) cukup dengan fuse, namun proteksi trafo-trafo besar (beberapa ratus MVA) harus komprehensif.

Gangguan trafo dapat dikategorikan dalam :

Gangguan belitan dan terminal

Gangguan pada inti besi

Kondisi operasi abnormal (overvoltage, overfluxing, overload)

External fault yang berkepanjangan



V

I

EP

ff

A1

A2

a1

V

I

EP

A1

A2

ES

a1

a2

V

IP

EP

A1

A2

ES

a2 IS

Arus I diperlukan untuk menghasilkan f

Tegangan induksi

HUBUNGAN VEKTOR TRAFO TIGA FASA

KONVENSI :SISI PRIMER : huruf besar, A1, A2SISI SEKUNDER : huruf kecil, a1, a2



Yy0Pergeseran fasa = 0o

DIAGRAM VEKTOR DAN DIAGRAM KONEKSI BELITAN

A

BC

A1

A2

N

A

B

C

a

b

c

A2 A1

B2 B1

C2 C1

a1 a2

b1 b2

c1 c2

N n

a

bc

a1

a2

b2b1

n



Yd1


A

BCN

a=a-c

b=b-a

c-b=c n

A

B

C

a

b

c

A2 A1

B2 B1

C2 C1

a1 a2

b1 b2

c1 c2

N

Pergeseran fasa = 30o



Yd11


A

BCN

a=a-b

b=b-c

c=c-a

n


A

B

C

a

b

c

A2 A1

B2 B1

C2 C1

a1 a2

b1 b2

c1 c2

N



Yd5


A

BCN

a=b-a

c=a-c

c-b=b n

A

B

C

a

b

c

A2 A1

B2 B1

C2 C1

a1 a2

b1 b2

c1 c2

N




VARIASI ARUS EARTH FAULT PADA BELITAN TRAFO

x

V2 V1

IFR

Trafo Star dengan Pentanahan ResistorBesar arus tergantung nilai R dan sebanding dengan jarak gangguan dari titik netral (x) karena tegangan gangguan sebanding dengan jarak ini.

Rasio transformasi antara belitan primer dan lilitan yang hubung singkat juga bervariasi dengan posisi gangguan.

Dengan demikian arus yang mengalir di terminal trafo akan sebanding dgn kuadrat dari bagian belitan yang hubung singkat.

T1T2



Misalkan nilai resistor R diset untuk menghasilkan arus gangguan tanah = IFL(arus beban penuh), maka

FL1 IR3

V=

Asumsi V1 = V 2, maka rasio lilitan : 12 T3T =

Untuk hubung singkat yang terjadi pada jarak x pu dari netral : dan

ratio lilitan efektifnya adalah T2/xT 1. Jadi arus primer adalah :R3

xVI 1f =

3

1.Ix

TxT

R3

xVI FL

2

2

11primer ==

Jika rasio CT adalah berdasar IFL, maka arus sekunder CT (pada trafo tenaga sisi

primer) adalah :3

x2

Jika relai diferensial*) disetel 20%, maka relai akan bekerja jika arus > 20% atau

%203

x2> atau x > 59%, yaitu 59% dari belitan tidak terproteksi !!



Setting Relai Diferensial % belitan yang terproteksi

10%

20%

30%

40%

50%

58%

41%

28%

17%

7%

X [pu]

If[xIFL]

1.00.50

1.0

0.5

0

Sisi star

Sisi delta



Trafo Star dengan Pentanahan Langsung (Solid Grounded)

Sisi star

Sisi delta

X [pu]1.00.50

[xIFL]10

5

0

Arus hubung singkat hanya dibatasi oleh reaktansi bocor dari trafo, yang bervariasi secara sangat kompleks dengan posisi gangguan (X).

Variasi arus hubung singkat kira-kira digambarkan seperti pada diagram di samping ini.



XIP INIF

IN/3

IN/3

IN/3IP+2IN/3

INIP

IF

X [pu]

IF[xIFL]

Kesimpulan : Dari pengetahuan mengenai distribusi arus hubung tanah dapat disimpulkan bahwa relai arus lebih tidak dapat memberikan proteksi yang memadai. Jika sistem ditanahkan langsung, relai diferensial dapat meng-cover gangguan cukup banyak, tetapi secara umum tetap diperlukan relai gangguan tanah.

10

5

0



PROTEKSI OVERLOAD Overload dapat dibiarkan berlangsung cukup lama sepanjang kenaikan suhu

belitan trafo masih berada dalam batas yang diperbolehkan

Panas berlebihan akan menyebabkan memburuknya isolasi, dan akhirnya menyebabkan kegagalan isolasi.

Overload dapat dibedakan dalam 2 kategori :

1. Overload yang tidak mengurangi umur teknis trafo.

Hal ini dimungkinkan karena thermal time constant trafo menyebabkan trafo membutuhkan waktu tertentu sebelum terjadinya suhu maksimum akibat beban lebih.

Beban lebih yang cukup besar diperbolehkan sepanjang berlangsunguntuk waktu yang pendek.

2. Overload yang mengurangi umur trafo

Umur isolasi tidak mudah ditebak, namun diperkirakan umur isolasi berkurang separohnya untuk setiap kenaikan suhu 6oC pada daerah antara 80-140oC.

Di bawah 80oC penurunan umur isolasi dapat diabaikan.



Karena overload menyebabkan pemanasan lebih (diatas yang direkomendasikan), maka proteksi overload dilakukan berdasar temperatur belitan.

Sensor temperatur ditempatkan di bagian atas minyak trafo, kemudian sebuah heater kecil yang diinjeksi arus dari CT diletakkan di dekat sensor tsb untuk menghasilkan kenaikan temperatur lokal, kira-kira sama dengan temperatur belitan, yaitu diatas temperatur rata-rata minyak trafo.

Ada pula model proteksi overload yang berupa relai thermal yang ditempatkan di gedung kontrol, yang dinjeksi dengan arus dari CT yang juga digunakan untuk proteksi overcurrent. Dalam hal ini harus dipilih relai thermal yang time constant-nya lebih kecil daripada time constant trafo yang diproteksi.



PROTEKSI OVERCURRENT

OCR merupakan satu-satunya proteksi pada trafo kecil. Pada trafo besar, OCR dipakai sebagai proteksi backup.

OCR jenis inverse di sisi HV harus dikoordinasikan dengan OCR di sisi LV, dimana OCR di LV ini sendiri harus dikoordinasikan dengan OCR di LV feeder.

Waktu kerja relai karena itu akan cukup lama, hal ini menyebabkan kesulitan dalam menyetel waktu-kerja zone 2 dari distance relay. Untuk mengatasi kesulitan ini, digunakan OCR high-set yang disetel instantaneous. Agar selektif, setting arus relai ini harus >120% dari arus through-fault. Hati-hati dalam menyetel relai ini agar relai tidak bekerja oleh arus inrush trafo.



PROTEKSI UNRESTRICTED EARTH FAULT

51 51 51 51N

51 51 5151N

Memberikan backup untuk sistem

Dibutuhkan time delay untuk koordinasi

Dapat memberikan sensitivitas lebih baik (ratio CT bisa lebih kecil d/p arus beban maksimum) setting efektif lebih baik

Memberikan backup untuk trafo dan sistem



PROTEKSI RESTRICTED EARTH FAULT

Relai hanya bekerja untuk gangguan tanah didalam zone proteksi

Digunakan relai berimpedansi tinggi

Stabilitas : arus hubung singkat eksternal maksimum.

REF

Zone proteksi



Tegangan pada terminal relai : Vs = IF (RCT + 2 RL)

Resistor RST di-set untuk membatasi arus Is (setting relai) :RST = Vs/Is RR (catatan : RR = relai burden)

Knee-point voltage dari CT :VKP = 2 V s = 2 IF (RCT + 2 RL)

OBYEK YANG

DIPROTEKSI

ZM ZM

R

RL

RL

RL

RL

IF

Vs

IsRST

Z>>

10



Contoh :

Hitung :

Tegangan setting VS

Nilai resistor RST yang dibutuhkan

REF

1 MVA, X = 5%11 kV/ 0.415 kV 1600/1 A,

RCT = 4,9 W

1600/1 ARCT = 4,8 W

80 MVA

Is = 0.1 A, R=100W

Kabel : 2 core 7/0.67 mm (7.41 W/km)Panjang 100 m



Dipilih : 80 MVA base source impedance = 1 puX trafo = 0,05 x 80/1 = 4 pu

Impedansi total = 14 pu I1 = I2 = I0 = 1/14 = 0,0714 pu

Arus dasar = 80.000/(1,7321x415) = 111296 A

Arus gangguan IF = 3x0,0714x 111296= 23840 A (primer)= 14,9 A (sekunder)

E1

1

4

4

4

I1

I2

I0

Diagram sequence network

Tegangan setting : V s = IF (RCT + 2 RL).Asumsikan CT di netral jenuh total : RCT = 4,8 W, 2 RL = 2x100x7.41x10 -3 = 1,482 W

Vs = 14,9 (4,8 + 1,482) = 93,6 volts

Resistor RST : Rs = V s/Is RR = 93,6/0,1 100 = 836 W.

11



PROTEKSI DIFFERENTIAL

External Fault FEXT : DI = I1 - I2 = 0

Internal Fault FINT : DI = I1+I2 relai bekerja

Syarat stabilitas : - Perbedaan besar arus I1 dan I2 masih dalam toleransi- Sudut fasa I1 dan I2 harus sama- Arus urutan nol tidak boleh melewati sirkit relai

DI

I1I2

I1 I2

FEXTFINT



arusdiferensial

arus through faultrata-rata

2II 21 +

21 II -operate

restrainIS

P1

P2

S1

S2

EP ES

Jika arus primer mengalir dari P1 ke P2, maka arus sekunder mengalir dari S2 ke S1.

Bias =Arus diferensial

arus through fault rata-rata

KONVENSI TRAFO ARUS :

12



R

S

T

r

s

t

YD11

arus sistem tenaga(through fault)

primer sekunder

P1P2 P1 P2

arus sekunder CT

IR Ir

S2 S1 S1 S2

iR

ir

Perhatikan bahwa walaupun jika magnitude telah dibuat sama, iR dan ir jika digabung tidak nol, karena itu perlu dilakukan penyesuaian fasa. Salah satu cara : gunakan Auxiliary CTs.



R

S

T

r

s

t

Yd11P1P2 P1 P2

S2 S1 S1 S2

Aux CT Aux CT

DifferentialRelay*)

*) hanya diperlihatkan untuk fasa R

Documents

Kuliah 6 - Proteksi TRAFO