Proteksi Transformator

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


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


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)


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.


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


Trafo Distribusi

F 51 = Relai arus lebih

CB

T.M T.RMCCB

Trafo distribusi

F 51

T

B

T = Relai suhu

B = Relai Bucholz


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


Trafo Tenaga

F 87 = Relai diferensial

CB

T.T T.MCB

F 51

T

B

F 51

F 87


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


V

F

Conservator

Trip

Alarm

Bushing

TRAFO TENAGA

R. Bucholz

4. RELAI BUCHOLZ.


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


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.


5. RELAI SUHU LILITAN

Mempunyai beberapa kontak untuk mengatur kipas, sinyal alarm dan trip


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)


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.


Contoh karakteristik sekring dan MCCB

Penentuan elemen sekring dan seting MCCB


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.


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


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


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


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.


Cara mengatasi digunakan relai numerikal dan disusunlogic seperti gambar di bawah

F 50 F 50

F 50

F 50


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


Seting waktu seketikanya (instantaneous, moment) F 50

Relai tidak boleh menjangkau rel sisi TM


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


Proteksi gangguan tanah.Relai arus lebih untuk mendeteksi arus sisi untuk trafo dengan sambungan delta (d), proteksi restricted earth fault yang prinsipnya diferensial tanah.


Gangguan 1 fase ke bumi di luar daerah proteksi

Relai F 64 tidak dilalui arus sehingga tidak bekerja


Gangguan 1 fase ke bumi di dalam daerah proteksi

Relai F 64 dilalui arus sehingga relai bekerja


Relai pengaman tangki


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.


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


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


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


Proteksi Diferensial Pada Transformator

F 87 = Relai diferensial

CB

T.T T.MCB

F 51

T

B

F 51

F 87

ACT

I1 I2


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


Salah satu contoh sambungan relai diferensial untuk transformator dengan Yd1


Penyesuaian sudut pada ACT

Cara penyambungan secara rinci lihat lampiran


Relai diferensial Numerikal

Penyesuai sudut dan ACT pada relainya.

Penyesuai sudut dinyatakan dalam seting


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


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


Contoh perhitungan Tap


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 ==


Tap ACT

02,501,5

5x = 55*

02,501,5x ==


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


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


Bentuk gelombang arus inrush


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


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


Menggunakan ACT jenis jumlah lilitan.


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 ===


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


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 −


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=


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


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%


RELAI DIFERENSIAL NUMERIKAL


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


Penyesuai sudut dan ACT pada relainyadinyatakan dalam seting.

Sambungan relai diferensial numerikal


Sambungan relai diferensial numerikal dilengkapi dengan ERF


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


Vektor tegangan dan arah arus pada trafo daya atau trafo arus.


Dasar penyambungan trafo Yy0


Dasar penyambungan trafo Yd1


Macam-macam vektor grup transformator.


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


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.


Tahap 3 :

Sambung relai diferensial dan arus sekender CT yang seharusnya pada sisi bintang Y didasarkan arus pada sisi delta


Tahap 4 : Sambung arus sekender CT pada sisi Y didasarkan arus yangditentukan pada tahap ke 3.


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.


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.


Sambungan relai diferensial


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.


Sambungan relai diferensial Yy0

Bila arah arus hendak diubah berlawanan, tanda dibalik

Documents

Proteksi Transformator