rele proteksi pada transformator
Post on 17-Feb-2015
122 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Rele Proteksi Pada Transformator
Pengamanan pada trafo merupakan pengamanan yang sangat penting di
karenakan trafo merupakan sumber tenaga bagi gardu induk. Adapun tujuan dari
proteksi trafo ini adalah :
a. Mencegah kerusakan trafo karena gangguan yang terjadi di daerah
letak trafo dan di dalam trafo itu sendiri.
b. Membatasi luas daerah terganggu (pemadaman) sekecil mungkin.
c. Memberikan pengamanan cadangan bagi instalasi lainnya, misalnya
jaringan tegangan menengah.
Macam-macam gangguan/ketidaknormalan yang mungkin terjadi adalah :
a. Hubung singkat di dalam trafo
b. Hubung singkat diluar trafo
c. Gangguan sistem pendinginan
Dibawah ini akan di jelaskan macam-macam rele proteksi beserta fungsi dan
prinsip kerjanya.
1. Rele Suhu
Rele ini adalah rele mekanis yang berfungsi mendeteksi suhu minyak
dan kumparan secara langsung yang akan membunyikan alarm serta
mengeluarkan PMT. Rele suhu ini dipasang pada semua trafo.
Prinsip kerja rele suhu dapat di jelaskan dengan gambar dibawah ini.
Diagram kerja rele suhu
a. Rele suhu minyak
Rele ini mempunyai sensor temperatus yang di tempatkan pada ruangan
(pocket) berisi minyak yang terletak di bagian atas tangki trafo. Sensor
tersebut dihubungkan ke instrumen (termometer + kontak-kontak) melalui
pipa kapiler.
b. Rele suhu kumparan
Sensor temperatur mendapat panas dari elemen pemanas yang dialiri arus
dari trafo arus yang sebanding dengan arus beban trafo. Sensor tersebut
dihubungkan ke instrumen (termometer + kontak-kontak) melalui pipa
kapiler.
Besaran panas yang diterima sensor temperatur di ubah menjadi gerakan
mekanis untuk menggerakan suatu poros yang mempunyai jarum
penunjuk suhu dan beberapa kontak. Kontak-kontak ini bekerja bertahap
sesuai kenaikan suhu. Tahap pertama akan menjalankan sistem
pendinginan, tahap kedua memberikan alarm dan tahap terakhir
memberikan perintah trip ke PMT.
2. Rele Beban Lebih
Rele ini berfungsi untuk mengamankan trafo terhadap suhu yang
berlebihan dipakai rele beban lebih yang menggunakan sikuit simulasi untuk
mendeteksi suhu kumparan trafo yang pada tahap pertama membunyikan
alarm dan pada tahap kedua menjatuhkan PMT.
Rele ini disebut juga rele thermis yang prinsip kerjanya dengan
menggunakan elemen bimetal. Rele ini terdiri atas elemen pemanas yang di
lalui arus dari trafo arus dan memanaskan elemen bimetal serta beberapa
keping logam yang ketebalanya akan menentukan kecepatan rele ini menjadi
panas. Suatu trafo bila mendapat sejumlah panas yang disebabkan oleh arus
beban suhunya akan naik secara eksponensial seperti di tunjukkan pada
gambar dibawah ini.
To = Suhu awal = kenaikan suhu =Tn-ToTn = Suhu Akhir = konstanta waktu termis
Grafik perubahan suhu pada trafo
Kecepatan trafo menjadi panas ditentukan oleh kapasitas (MVA) dan
sistem pendinginannya, sedangkan suhu akhir ditentukan oleh besarnya arus.
Ukuran untuk menunjukan kecepatan kenaikan suhu disebut konstanta
waktu termis (thermal time constant) yang pengertiannya adalah waktu yang
diperlukan untuk mencapai 63% dari T. Semakin kecil harga konstanta
waktu termis suatu trafo, berarti trafo tersebut semakin cepat panas.
Arus yang mengalir pada arus beban sebanding dengan arus beban
trafo, dimana arus ini akan menaikkan suhu trafo dan suhu rele secara
bersama-sama, agar rele dapat menirukan sifat termis trafo, maka konstanta
waktu termis rele harus sama dengan atau lebih kecil daripada konstanta
waktu termis trafo.
Pada tabel 1 diberikan konstanta waktu termis untuk pengaman beban
lebih trafo.
TABEL 1
konstanta waktu termis untuk pengaman beban lebih trafo
Jenis Pendinginan Rating (MVA) Konstanta Waktu Rele
(MENIT)
Alamiah Semua rating 80
Dengan kipas, minyak
bersirkulasi alamiah
15---30 80
> 30 110
Dengan kipas, minyak
bersirkulasi paksa 40 110
Air < 30 80
> 30 110
3. Rele Bucholz
Rele ini berfungsi untuk mendeteksi adanya loncatan bunga api di
dalam minyak trafo. Bagi trafo tanpa konservator dipasang rele tekanan
mendadak yang dipasang pada tangki dan bekerja dengan pertolongan
membran. Rele ini dipasang pada semua trafo.
Rele bucholz dan pemasangannya pada trafo ditunjukan pada gambar
dibawah.
Selama trafo beroperasi normal, rele terisi penuh dengan minyak.
Pelampung akan berada pada posisi awal. Bila terjadi gangguan kecil di
dalam tangki trafo, misalnya hubungan singkat dalam kumparan, akan
menimbulkan gas. Gas yang terbentuk akan berkumpul dalam rele pada saat
perjalanan menuju tangki konservator, sehingga level minyak dalam rele
turun dan akan mengerjakan kontak alarm ( kontak pelampung atas ).
Bila level minyak trafo turun secara perlahan-lahan akibat kebocoran,
maka pelampung atas akan memberikan sinyal alarm dan bila penurunan
minyak ini terus berlanjut maka pelampung bawah akan memberikan sinyal
trip.
Bila terjadi busur api yang besar , kerusakan minyak akan terjadi
dengan cepat dan timbul juga tekanan pada minyak yang bergerak melalui
pipa ke rele bucholz. Pada kecepatan aliran tertentu pelampung bawah akan
menutup kontak untuk sinyal trip.
Kerja rele buchloz
4. Rele Tekanan Lebih
Rele ini berfungsi untuk mengamankan trafo terhadap tekanan lebih.
Bila pada tangki trafo terjadi tekanan yang berlebihan akibat gangguan di
dalam trafo, maka tekanan tersebut akan berusaha keluar melalui tempat-
tempat yang tekanannya lebih rendah. Bila pada tekanan gas atau minyak
didalam tangki trafo naik melebihi kekuatan dari pelat tersebut, maka pelat
akan pecah. Dengan pecahnya pelat tersebut maka jarum pemecah (breaking
needle) akan keluar karena kekuatan pegas mengerjakan switch. Kontak-
kontak microswitch dapat di gunakan untuk memberikan alarm ataupun untuk
mentripkan PMT. Bahan pelat yang digunakan dari rele tersebut biasanya
tersebut dari baja, plastik atau tembaga. Untuk lebih jelasnya lihat gambar
berikut . Selain rele tekanan lebih seperti diatas, terdapat juga jenis rele yang
tidak mempunyai kontak trip dan hanya mempunyai membran pengaman.
Rele Tekanan Lebih
Keterangan :
1. Breaking needle 7. Micro Switc 13. Spring for bellows
2. Bursting plate 8. Terminal box
3. Bursting plate fitting flate 9. Spring
4. Bellows 10. Roller
5. Preasure adjuster 11. Lever
6. Flange for pipping 12. Connecting plate
5. Rele Arus Lebih (OCR)
Rele ini berfungsi untuk mengamankan trafo terhadap gangguan
hubungan singkat antar fasa di dalam maupun di luar petak trafo. Juga
diharapkan rele ini mempunyai sifat komplementer dengan rele beban lebih.
Rele ini berfungsi pula sebagai pengaman cadangan bagi bagian instalasi
lainnya.
Pada rele arus lebih seketika (instantaneous OCR) jika waktu rele pick
up sampai dengan selesai bekerja, sangat pendek (Time Delayer). Untuk
memungkinkan “selected Tripping”dari gangguan dalam waktu sesingkat
mungkin, sebaiknya dipakai rele dengan karakteristik pengunduran waktu
yang terbalik (Inverse time delay), bila nilai arus hubung singkat ditentukan
terutama pada titik gangguan. Bila nilai tersebut dalam keadaan operasionil,
maka sebaiknya dipakai rele dengan karakteristik pengunduran waktu tertentu
(definite time delay).
Instantaneous OCR
OCR dengan waktu tertentu (Definite Time OCR).
Yaitu jika jangka waktu rele mulai pick up sampai dengan kerja rele
selesai di perpanjang dengan nilai tertentu dan tidak tergantung
besarnya arus yang di perpanjang dengan nilai tertentu dan tidak
tergantung dengan besarnya arus yang menggerakanya. Rele ini terdiri
dari elemen arus dan elemen waktu.
Rele Arus Lebih (OCR)
OCR dengan waktu berbanding terbalik (Inverse Time OCR)
Rele ini terdiri dari 2 elemen yaitu elemen tegangan dan elemen arus
prinsip kerja rele adalah berdasarkan azas induksi (sama dengan rele
arah pada proteksi pengulang tegangan menengah). Kumparan arus
dihubungkan dengan arus netral dan kumparan tegangan dihubungkan
pada tegangan delta terbuka dari tegangan. Bila terjadi gangguan
tanah pada SUTT yang diamankan, maka arus netral akan mengalir
pada kumparan arus sehingga timbul tegangan arus netral pada
kumparan tegangan rele. Rele ini akan bekerja dan mentripkan saluran
PMT.
Rele Arus Lebih Waktu Berbanding Terbalik.
6. Rele Hubung Tanah
Rele ini berfungsi untuk mengamankan trafo terhadap gangguan
hubung tanah.
Rele hubung tanah pada trafo pada dasarnya menggunkan rele arus
lebih seperti yang digunakan pada gangguan hubung singkat antar fasa, tetapi
berbeda rangkaiannya (lihat gambar dibawah ini).
Rangkaian pengawatan rele arus lebih gangguan fasa dan hubung tanah
Bila terjadi ketidakseimbangan arus atau terjadi gangguan hubung
singkat ke tanah, maka akan timbul arus urutan nol pada titik pentanahan
trafo, sehingga rele di netral trafo akan bekerja. Hal yang sama juga dirasakan
oleh rele hubung tanah pada out-going trafo.
Rangkaian pada gambar (a) diatas mempunyai keuntungan terhadap
gambar (b) karena dapat melihat gangguan F pada outgoing trafo, sedangkan
gambar (b) tidak dapat.
7. Rele Tangki Tanah
Rele ini berfungsi untuk mengamankan trafo terhadap hubung singkat
antar kumparan fasa dengan tangki trafo yang titik netralnya ditanahkan.
Rele tangki tanah pada prinsipnya adalah rele arus lebih jenis
instantaneous (tanpa waktu) yang berfungsi untuk mendeteksi arus hubung
singkat belitan fasa ke tangki trafo. Jadi rele ini hanya dapat merasakan
gangguan tanah dan hanya efektif pada trafo tenaga yang titik netralnya
ditanahkan, karena arus urutan nol dapat mengalir.
Agar rele tersebut dapat bekerja dengan baik, maka tangki trafo harus
diisolir terhadap tanah (lihat gambar dibawah). Rele tangki tanah dapat pula
bekerja bila tangki trafo terkena tegangan AC seperti untuk sumber motor
kipas pendingin, tap changer, alat pemanas (beater) dan sebagainya.
Rangkaian pengawatan rele tangki tanah
8. Rele Diferensial
Rele ini berfungsi untuk mengamankan trafo terhadap gangguan
hubung singkat yang terjadi di dalam trafo.
Prinsip kerjanya adalah membandingkan arus-arus masuk dan keluar
trafo (lihat gambar dibawah). Pada kondisi normal atau gangguan diluar trafo
(eksternal), arus akan bersirkulasi pada rangkaian sekunder
trafo arus tanpa melewati rele (gambar a). bila terjadi gangguan di dalam
trafo(internal), maka arus akan berbalik arah, sehingga arus sekunder dari
kedua trafo akan saling menjumlahkan dan masuk ke rel dan rele bekerja
(gambar b.)
Prinsip kerja rele diferensial
9. Rele Gangguan Tanah Terbatas (restricted-earth fault relay)
Rele ini berfungsi untuk mengamankan trafo terhadap gangguan tanah
di dekat titik netral yang tidak dapat dirasakan oleh rele diferensial.
Rele ini hanya dipasang pada trafo yang titik netralnya ditanahkan
langsung atau melalui tahanan dan berfungsi untuk membantu rele diferensial
dalam mengamankan trafo dari gangguan hubung tanah di dalam kumparan
trafo.
Rele ini diperlukan karena sensitivitas rele diferensial adalah sangat
terbatas, terutama dalam mendeteksi terjadinya hubung singkat di dekat titik
netral.
Prinsip kerja rele gangguan tanah terbatas
Bila terjadi gangguan tanah di luar daerah pengamanan, maka tidak
ada arus yang mengalir di rele, tetapi kalau terjadi gangguan tanah di dalam
daerah pengamanan, maka akan timbul arus yang mengalir di rele.
Jenis rele yang dapat di gunakan sebagai rele gangguan tanah terbatas
adalah rele diferensial berimpedansi tinggi. Bila digunakan rele berimpedansi
tinggi, maka pada kondisi gangguan tanah internal akan timbul tegangan
yang tinggi pada terminal rele. Untuk mengamankan peralatan proteksi
dari tegangan tinggi ini digunakan tahanan non linier (Varistor). Rele ini
memberikan perintah trip tanpa waktu tunda.
Penentuan Setting Rele Proteksi
1. Rele arus Lebih Definite Untuk Gangguan Fasa
a. Setting arus dengan kelambatan waktu
Rele ini diset sebagai berikut :
Iset 2 < 0.75 Ihs 2 fasa
Iset = Iset1 bila Iset1 < Iset2
Iset = Iset2 bila Iset1 > Iset 2
Dimana :
In = arus nominal afo atau trafo arus ( dipilih harga
terendah).
Id/Ip = perbandingan arus kembali dengan arus kerja rele
(harus >0.7).
Ihs 2Ø = arus hubung singkat 2 fasa di terminal sekunder pada
pembangkitan minimun.
b. Setting waktu
Setting waktu rele trafo TT/TM adalah berbeda dengan trafo inter
bus (TT/TT).
Pada trafo TT/TM setting waktunya harus dikoordinasikan dengan
rele pada jaringan tegangan menengah, sedangkan pada trafo
interbus bila mungkin harus dikoordinasikan dengan rele pada
jaringan tegangan tinggi.
Setting waktu rele di trafo adalah lebih lambat antara 0.5—1.0 detik
daripada rele di jaringan tegangan menengah.
2. Rele arus Lebih Inverse Untuk Gangguan Fasa
a. Setting arus dengan kelambatan waktu ditentukan sebagai
berikut :
Iset = 1.3 x In
Dimana :
In adalah arus nominal trafo atau trafo arus (dipilih harga
yang terendah).
b. Pemilihan kurva karakteristik waktu
Kurva karakteristik waktu rele trafo dipilih sedemikian sehingga
pada arus singkat 3 fasa maksimum kurva rele trafo berada antara
0,5---1 detik di atas kurva rele JTM lihat gambar IV-11.
Prinsip koordinasi rele trafo dengan rele JTM
3. Rele Hubung Tanah Pada Trafo TT/TM Dengan Pentanahan
Melalui Tahanan.
a. Setting Arus
Is =
Dimana I.Gfr Jtm max adalah setting arus rele hubung tanah di
JTM yang terbesar, adalah faktor perbandingan antara arus
urutan nol pada JTM yang terganggu dan arus urutan nol di netral
trafo. Harga dapat dilihat pada kurva gambar IV-12.
b. Setting Waktu
Setting waktu rele adalah sama seperti butir 4.4.1.b atau 4.4.2.b.
Kurva harga B sebagai fungsi dari arus kapasitif urutan nol.
4. Rele Hubung Tanah Dengan Trafo TT/TM Dengan Pentanahan
Langsung
a. Setting Arus
Penentuan setting rele hubung tanah harus mempertimbangkan
besar arus hubung singkat 1 fasa. Arus ketidakseimbangan beban
dan arus kapasitip jaringan . karena jaringan sistem ini pada
umumnya adalah saluran udara, maka arus kapasitip dapat
diabaikan.
Umumnya ketidakseimbangan adalah lebih kecil daripada 0.15 x
arus nominal trafo. Arus setting harus ditetapkan lebih besar
daripada arus ketidakseimbangan dan umumnya diset antara 0.2
hingga 0.5 x In serta harus lebih kecil dari 0.75 x arus hubung
singkat 1 fasa minimum.
b. Pemilihan kurva karakteristik waktu
Prinsip pemilihan kurva karakteristik waktu adalah serupa dengan
butir 4.4.2.b
5. Rele Arus Lebih Pada Sisi TT Trafo TT/TM Dan Trafo Interbus
TT/TM
Rele ini umumnya mempunyai dua elemen ukur dengan tingkat
setting yang berbeda, yaitu :
Elemen dengan setting rendah (Low Threshold)
Elemen ini berfungsi sebagai pengaman trafo terhadap arus
hubung singkat antar fasa di sisi lain dari trafo, lihat gambar IV-
15.
Elemen dengan setting tinggi (high threshold ; Instantaneous )
Elemen ini berfungsi untuk mengamankan daerah antara lokasi
trafo arus dengan bushing trafo, lihat gambar 15.
Elemen ukur dengan tingkat setting berbeda
a. Setting Arus
Elemen dengan setting arus rendah
Setting elemen ini dalah sama seperti pada butir 4.4.1.a.
Elemen dengan setting arus tinggi
Setting elemen ini ditetapkan Iset < 0.75 x Ihs 2 Ø min pada sisi
tegangan tinggi, tetapi lebih besar daripada Ihs3 Ø max pada
sisi lain dari trafo.
b. Setting Waktu
Elemen dengan setting arus rendah
Setting waktunya sama seperti butir 4.4.1.b.
Elemen dengan setting arus tinggi
Setting waktunya adalah minimum atau instantaneous.
6. Rele Tangki Tanah
Setting arus dan waktu rele tangki tanah adalah minimum dan tanpa
waktu tunda.
7. Rele Diferensial
1. Penyesuaian fasa (Pemilihan vektor group)
tanpa trafo arus bantu (ACT)
Pemberian nama vektor group tanpa trafo arus bantu
Cara penentuannya sebagai berikut :
Bila hubungan belitan trafo adalah Y, maka sekunder dari trafo
arus (CT) harus dihubungkan .
Bila hubungan belitan trafo adalah , maka sekunder dari trafo
arus (CT) harus dihubungkan Y.
Jumlah jam dalam rangkaian tertutup harus sama dengan nol (d=0)
Catatan :
Pemberian nama vektor group ACT selalu diberikan dari sisi primer
ke sisi sekunder, dan bila dilihat dari sisi sekunder ke sisi primer maka
nama vektor group berubah seperti berikut.
Pemberian nama vektor group dilihat dari sisi sekunder ke sisi primer
Dilihat dari primer ke sekunder vektor group trafo adalah Ydn maka
vektor group dilihat dari sekunder ke primer adalah dY (12-n),
disamping hal tersebut harus diperhatikan pula notasi polaritas dari
CT primer maupun sekunder.
misalkan vektor group CT2 . d2 =Yy0
d = 0
d = 5 + d2 + d1
0 = 5 + 0 + d1
d1 = -5 = 12-5 =7
vektor group CT1 . d1 = dy7 (dipandang dari sekunder).
misalkan vektor group Ct2 . d2 =Yd1
d = 0
d = 0 + d2 + d1
0 = 0 + 1 + d1
d1 = -1 = 12-1 = 11
vektor group CT1, d1 = dy7 (dipandang dari sekunder)
menggunakan trafo arus bantu (ACT)
Pemberian nama vektor group menggunakan trafo arus bantu
misalkan vektor group CT utama dan ACT
d1 = d2 = d4 =Yyo
d = 0
d = d2 + d4 + d3 + d1 + 5
0 = 0 + 0 + d3 + 0 + 5
d3= -5 = 12-5 = 7
vektor group ACT d3 = Yd7 (dipandang dari sekunder)
2. Penyesuaian arus
Penyesuaian arus dilakukan dengan memlilih rasio trafo arus
bantu (interposing CT) yang dapat dihitung dengan blanko
perhitungan.
3. Arus kerja minimum (minimum Pick-up)
Berikut ini diberikan contoh untuk rele Delle Alsthom type TMAD
misalnya ketidakseimbangan arus 3%, arus magnetisasi pada
tegangan nominal 2% dan perubahan rasio trafo akibat
pengubahan sadapan (tap changer) + 15%, maka setting arus
minimum ditetapkan lebih besar dari 2 + 3 + 15 = 20%, umumnya
diambil 30% In (selisih 10% adalah faktor keamanan terhadap
kemungkinan kesalahan-kesalahan diatas, dengan sensitivitas
yang dapat dipertanggung jawabkan).
1. Slope (bias, percentage)
Pemilihan harga slope ditentukan oleh perbedaan sifat kurva
magnetisasi trafo arus dan umumnya ditentukan 30%.
8. Rele Gangguan Tanah Terbatas
Setting rele ditetapkan sebagai berikut :
Us > Ihs (Rct + R1)
Dimana :
Us adalah setting rele
Is adalah arus hubung singkat 3 fasa max.
Rct adalah tahanan kumparan sekunder trafo arus, dan
R1 adalah tahanan kabel pengawatan
top related