Proteksi Trafo (Part 1 : Electrical Protection)

Proteksi trafo menjadi salah satu bagian dari proteksi listrik secara umum. Sebelum membahas tentang proteksi trafo , saya akan mengingatkan tentang prinsip dasar dari proteksi listrik. Prinsip fundamental dari proteksi listrik adalah : selective dan sensitive. Selective artinya proteksi hanya mentripkan equipment atau sistem yang diproteksinya pada saat terjadi fault. Misalkan : proteksi differensial pada trafo hanya mentripkan trafo itu saja pada saat terjadi short fasa-ground pada trafo tersebut. Salah satu tips untuk menciptakan sistem proteksi yang selektif adalah dengan menggunakan time-grading.

Selanjutnya adalah sensitive yang artinya proteksi harus mentripkan peralatan atau sistem yang diproteksinya dengan durasi lebih kecil dari ketahanan peralatan terhadap arus gangguan. Hal ini penting agar kerusakan pada peralatan tidak bertambah parah.

Pada post sebelumnya, saya telah membahas tentang nameplate trafo yang merupakan salah satu dasar untuk dapat memahami trafo secara lebih aplikatif.

Understading Distribution Transformer Nameplate

Contoh yang telah saya berikan pada artikel tersebut adalah trafo distribusi dengan kapasitas 10 MVA, 11kV/3.3 kV. Saya berharap, artikel tersebut telah dipahami sebelum membahas lebih jauh tentang artikel proteksi trafo ini.

Prinsip dasar dari sebagain besar proteksi peralatan listrik termasuk dalam hal ini proteksi trafo adalah perubahan magnitude arusnya. Umumnya apabila terjadi peningkatan arus di atas nilai setpoint maka dapat disimpulkan bahwa terjadi gangguan. As simple as that ya. Tetapi ternyata dalam aplikasinya, terdapat beberapa tantangan, misalnya pada transformer, short antar turn tidak akan menyebabkan kenaikan arus yang signifikan pada terminalnya. Pada saat short antar turn mencapai 10% arus pada terminal akan naik hingga full load. Nah, dapat dibayangkan apabila short antar turn hanya 1% jelas akan sulit untuk dideteksi. Apalagi banyak kasus short circuit yang diawali dengan short antar turn.

Tantangan yang lain adalah membedakan arus inrush dengan gangguan pada saat start up. Besar arus inrush ini dapat mencapai 6 kali dari FLA sehingga mirip dengan kejadian short circuit.  Kemajuan teknologi ke relay digital membuat tantangan ini dapat teratasi karena adanya teknologi harmonik blocking orde 2.  Silahkan baca artikel harmonic blocking orde 2 berikut :

https://www.gegridsolutions.com/smartgrid/Aug07/Inrush_restraint.pdf

Arus inrush adalah arus yang muncul pada beban-beban induktif, misalnya trafo dan motor listrik. Menurut teori, arus inrush muncul sebagai akibat proses charging pada kapasitor dan induktor pada beban listrik tersebut, baik motor ataupun transformer.

Pada artikel kali ini, saya akan membahas aspek teoritis terkait dengan  jenis dan fungsi proteksi trafo, khusunya untuk proteksi listrik. Proteksi pada trafo terbagi atas proteksi listrik dan proteksi mekanik. Proteksi listrik akan saya bahas pada part 1 yang meliputi proteksi diferensial, proteksi arus lebih fasa dan proteksi arus lebih ground.

Untuk study case dengan menggunakan relay proteksi (Multilin GE seri T60), akan saya bahas pada postingan yang berikutnya. Sebagai referensi, standard yang saya gunakan adalah ANSI C37.91.

a. Proteksi Diferensial

Proteksi diferensial umumnya digunakan untuk trafo dengan kapasitas lebih dari 10 MVA. Secara harafiah, proteksi diferensial artinya proteksi yang akan bekerja apabila terdapat perbedaan arus input dan output.

Tujuan dari proteksi ini adalah untuk mengcover  gangguan short circuit antar fasa dan short circuit fasa-ground pada internal transformer . Proteksi ini dapat bekerja dengan sangat cepat pada saat terjadi gangguan internal karena proteksi ini tidak membutuhkan time grading yang terkoordinasi seperti halnya pada proteksi overcurrent dan proteksi ground overcurrent.

Dalam aplikasinya, jenis proteksi yang umum digunakan adalah percentage diferential protection. Keunggulan dari proteksi ini adalah sensitive at low current dan juga reliable at high current. Artinya, relay ini dapat mengkompensasi arus starting pada trafo yang sangat tinggi dan juga sangat sensitif pada saat kondisi normal operasi (steady state).

Konfigurasi Proteksi Diferensial Trafo

 

Prinsip Kerja

Pada proteksi ini, terdapat dua buah komponen utama yaitu operating coil (O) dan restraint coil (R). Pada operasi normal, tidak akan ada arus yang mengalir pada operating coil karena arus yang masuk pada restraint coil sama dengan arus yang keluar.

Pada saat terjadi gangguan maka akan terdapat perbedaan arus yang mengalir pada restraint coil sehingga terdapat arus yang mengalir pada operating coil. Apabila arus yang mengalir pada operating coil sudah cukup besar melebihi kurva persentase diferensial maka akan memerintahkan proteksi trafo diferensial ini untuk trip.

proteksi trafo

Kurva Proteksi Percentage Diferensial

Kurva di atas merupakan salah satu contoh percentage differential protection untuk trafo 10 MVA. Area di atas kurva disebut sebagai trip operation. Sedangkan dibawah kurve, relay diferensial tidak akan trip. Dari kurva tersebut terlihat bahwa pada kondisi low current (restraint kecil) yang artinya trafo dalam kondisi steady state, kurva tersebut sangat sensitif. Pembahasan yang lebih jelas secara aplikatif akan saya jelaskan pada postingan saya yang lain.

b. Proteksi Overcurrent

Proteksi trafo selanjutnya adalah proteksi arus lebih fasa dan ground.Proteksi arus lebih merupakan proteksi yang murah, sederhana dan handal. Proteksi overcurrent atau arus lebih digunakan untuk melindungi trafo dari gangguan arus lebih di luar trafo dan juga melindungi trafo dari kondisi overload. Gangguan yang terjadi di luar trafo perlu segera dihentikan sehingga tidak menyebabkan overheating pada transformer. Pada trafo kecil dimana tidak terdapat proteksi diferensial, proteksi overcurrent digunakan untuk juga untuk proteksi internal trafo.

Sedangkan pada trafo dengan kapasitas besar yang memiliki proteksi diferensial, proteksi arus lebih ini juga berfungsi sebagai proteksi back up untuk pressure relay dan temperature relay. Proteksi arus lebih dapat dibagi menjadi proteksi arus lebih fasa (time overcurrent dan instantaneous overcurrent) serta

Proteksi Arus Lebih Fasa

Seperti yang telah saya sebutkan diatas bahwa proteksi arus lebih merupakan proteksi yang murah, sederhana dan handal. Kelemahan dari proteksi arus lebih ini adalah tidak sensitif dan tidak memungkinkan fast-operation. Relay arus lebih tidak sensitif karena setting pick up-nya harus memperhatikan : inrush current dari trafo, full capacity dari trafo dan juga kondisi operasi. Relay arus lebih juga tidak memungkinkan fast operation karena harus mengkompensasi koordinasi relay pada beban-beban yang dilayaninya.

Secara umum, pick up setting harus mengkompensasi operasi pada kondisi full load tetapi tidak mencapai mechanical capability dari transformer.

Pick up setting untuk time overcurrent protection adalah

Time overcurrent protection pick up  : 125%-150% x FLA

Untuk proteksi overcurrent instantanoeus, setting pick upbeberapa hal yang perlu diconsider adalah:

  •  Through fault current pada sisi secondary dimana setting pick up harus lebih tinggi dari through fault current pada sisi secondary
  • Inrush current pada sisi primary dimana setting pick up harus lebih besar dari inrush current sehingga trafo tidak akan trip pada saat trafo distart
  • Available fault current dimana setting pick up harus dimana trafo

Pick up setting untuk instantaneous overcurrent protection adalah

Instantaneous overcurrent protection pick up  :  175%-200% x calculated maximum symmetrical fault current at lower side

Proteksi Arus Lebih Ground

Proteksi arus lebih ground umumnya terdiri dari residual ground serta ground differential. Kedua jenis proteksi trafo tersebut sangat efektif dan dapat menghasilkan sebuah skema proteksi dengan sensitivitas yang tinggi. Pemilihan jenis proteksi ground pada trafo tergantung pada konfigurasi belitan trafo (misalnya delta atau wye),  ada atau tidaknya fasilitas current transformer serta konfigurasi grounding pada trafo. Lihat posting saya sebelumnya untuk lebih memahami jenis tentang grounding disini.

proteksi trafo

Proteksi Grounding Trafo

Dari konfigurasi di atas, pada sisi wye umumnya menggunakan time residual ground protection sedangkan pada sisi wye dapat menggunakan differential ground protection.

Demikian postingan saya kali ini semoga bermanfaat

Share

You may also like...