Sunday, 1 January 2012

Proteksi Diferensial Trafo (87T)

Apakah yang dimaksud dengan trafo (daya)?
Trafo daya merupakan salah satu jenis trafo yang berfungsi mentransformasikan daya ac dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya. Trafo daya memiliki dua belitan, yaitu belitan untuk sisi tegangan tinggi dan belitan tegangan rendah.

Mengapa trafo perlu diproteksi?
Trafo merupakan peralatan yang penting dalam sistem tenaga. Terutama pada sistim distribusi. Peralatan inilah yang memungkinkan pengguna dapat mentransformasikan nominal tegangan yang akan digunakan pada sistem mereka. Ketika trafo mengalami gangguan, hal tersebut akan menyebabkan berhentinya produksi (penyaluran tenaga listrik).

Apa yang dimaksud dengan proteksi diferensial (Differential Protection)?
Differential berarti perbedaan atau selisih, Protection berarti pengamanan. Proteksi diferensial adalah pengamanan dari selisih. Proteksi diferensial trafo, yang memiliki kode ansi 87T, bertujuan melindungi trafo ketika terjadi perbedaan nominal arus yang mengalir pada sisi tegangan tinggi dan sisi tegangan rendah, dan bekerja tanpa waktu tunda. Perbedaan nominal arus tersebut disebabkan oleh adanya gangguan berupa short circuit.

Bagaimana cara 87T bekerja?
Arus akan mengalir dari sumber ke beban melewati trafo daya. Dengan pemasangan CT yang tepat pada kedua sisi trafo akan diperoleh arah arus seperti gambar dibawah. Beberapa buku menyebutkan tentang merz-pierce sebagai prinsip kerja 87T, dalam perhitungan yang menggunakan hukum kirchhoff arus (KCL). Jumlah arus pada satu node adalah nol.
Pada gambar dibawah, node yang dimaksud adalah 87T.
i1+i2=0
Karena arah arus yang berlawanan, dengan asumsi arus tersebut memiliki beda sudut 180, maka dapat dituliskan id, arus diferensial adalah id = |i1-i2|.
jika i1 = i2, maka id=|i1-i2|=|i2-i2|=0.
Sehingga ketika jumlah i1 dan i2 = 0 maka sistem tersebut setimbang, tidak terjadi perbedaan arus.



Kapan relai 87T energize?
87T bekerja ketika terjadi internal failure seperti pada gambar dibawah. Perlu digaris bawahi bahwa ketika terjadi failure, maka arus akan mengalir menuju titik gangguan tersebut. Sehingga ketika terjadi internal failure arah arus yang mengalir pada satu CT akan terbalik dari arah normalnya. Dengan asumsi besaran sudut sama pada kedua arus yang mengalir, maka secara sederhana dapat dituliskan sebagai berikut:
id=|i1+i2|
Dengan id tidak sama dengan 0, sistem dianggap tidak setimbang dan 87T harus energize



Sejauh mana 87T melakukan tugasnya?
87T mengamankan daerah yang diapit oleh dua buah trafo arus, yang disebut sebagai daerah pengamanan. Gangguan yang muncul pada daerah pengamanan disebut sebagai gangguan dalam (internal failure) dan yang muncul diluar daerah pengamanan disebut gangguan luar (external failure). 87T harus mampu mengenali musuhnya.
"Musuh" yang sebenarnya dari 87T adalah internal failure, musuh tersebut yang mengancam keamanan trafo ketika trafo bekerja. sehingga ketika internal failure terjadi, 87T akan memberikan sinyal trip pada sistem untuk mencegah kerusakan yang lebih parah.
Sedangkan external failure adalah gangguan yang muncul ketika sistim diluar area pengamanan mengalami gangguan, misalnya short circuit pada kabel transmisi, gangguan yang disebabkan oleh changeover PMT pada GI, dan gangguan lain yang terjadi diluar daerah pengamanan 87T. External failure tidak mengancam trafo daya, sehingga sangat disayangkan jika terjadi trip (hanya) karena 87T salah mengenali gangguan. Berapa banyak nilai kwh yang terbuang oleh kesalahan baca tersebut?

note:
jika internal failure terjadi, 87T harus mengirimkan sinyal trip ke CB
jika external failure terjadi, 87T tidak boleh mengirimkan sinyal trip ke CB



Bagaimana cara 87T mengenali jenis gangguan yang terjadi (internal failure dan external failure)?
Setiap rele proteksi dilengkapi dengan sistem pengaturan (setting) dan memberikan karakteristik tripping tertentu. Karakteristik inilah yang akan mengenali jenis gangguan. Pada relay 87T buatan woodward relay diff XD1-T, karakteristik trippingnya adalah seperti gambar dibawah ini:


id1 merupakan setting untuk menentukan pick-up relay, titik dimana relay mulai bekerja. id1 bertugas mengenali "musuh" sebenarnya, yaitu internal failure.
id2 merupakan setting untuk menentukan slope tripping. id2 bertugas mengenali "musuh palsu" yaitu external failure.

nilai id1 merupakan nilai kompensasi dari nilai id=|i1-i2|. Ketika terdapat error akurasi pada peralatan pengukur (CT), error pada interpose CT, error pada tap trafo, maka nilai id dapat bergeser dari angka 0. sehingga diberikan nilai id1 sebagai nilai penentu, kapan 87T mulai energize.

nilai id2 merupakan nilai yang digunakan untuk melihat adanya short circuit pada luar daerah pengamanan. Dengan arah arus yang masih sama, arus yang melewati trafo dapat menjadi sangat besar saat terjadi short circuit di sisi transmisi/distribusi. Arus yang besar tersebut idealnya ditransformasikan oleh CT bernilai sama besar pada masing-masing sisi trafo. Namun seetiap peralatan memiliki karakteristik error tersendiri, hal ini yang mengakibatkan selisih besar arus pada sisi belitan trafo.
Untuk membedakan apakah selisih yang terjadi adalah selisih yang disebabkan oleh gangguan dalam atau gangguan luar, maka digunakan perhitungan arus biasing, is=(i1+i2)/2, untuk mengetahui nilai arus rata-rata yang mengalir pada kedua sisi belitan trafo. perhitungan is ini yang digunakan sebagai dasar pengyetingan id2.
Nilai is dapat diperoleh dari analisa short circuit.

Berikut adalah program aplikasi yang saya buat untuk menentukan setting id1 dan id2 menggunakan perhitungan short circuit dan dilengkapi dengan tampilan pada hasil uji relai. filenya adapat diunduh di : download file setup (updated)