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