Setting Tap CCT Terhadap Relay Differensial pada Trafo Daya 6000 kVA Unit Urea ! PT. PIM

BAB II

DASAR TEORI

2.1       Sistem Dasar Transmisi Dan Distribusi

Sistem dasar transmisi dan distribusi diawali oleh Generator sinkron yang mengubah energi mekanis yang dihasilkan pada poros penggerak mula menjadi energi listrik tiga fasa. Melalui transformator penaik tegangan (step-up transformafor) energi listrik ini kemudian dikirim melalui saluran transmisi bertegangan tinggi 13,8 kV. Peningkatan tegangan dimaksudkan untuk mengurangi jumlah arus yang mengalir pada saluran transmisi. Dengan demikian akan mengurangi rugi-rugi panas (head loss) yang menyertainya.  Ketika saluran transmisi mencapai pusat beban, tegangan tersebut diturunkan menjadi tegangan menengah, melalui transformator penurun tegangan (Step down Transformator) dari 13,8 kV ke 2,4 kV. Saluran transmisi yang bertegangan tinggi bertugas menyalurkan tenaga listrik ke pusat-pusat beban dalam kapasitas yang cukup besar, dan seluran distribusi bertugas rnembagikan daya listrik tersebut kepada pelanggan melalui saluran tegangan rendah. Sistem dasar pada saluran transmisi dan distribusi dapat digarnbarkan seperti pada Gambar 2.1 berikut.

Gambar 2.1 Sistem dasar transmisi dan distribusi PT. PIM

2.2       Transformator Daya

Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain, melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi electromagnet Transformator digunakan secara luas, baik dalam bidang tenaga listrik maupun elektronika. Penggunaan transformator dalam sistem tenaga memungkinkan terpilihnya tegangan yang sesuai, dan ekonomis untuk tiap-tiap keperluan misalnya kebutuhan akan tegangan tinggi dalam pengiriman daya listrik jarah jauh.

Transformator dalam bidang elektronika digunakan antara lain sebagai gandengan impedansi antara sumber dan beban, untuk memisahkan satu rangkaian dari rangkaian yang lain, dan untuk menghambat arus searah sambil tetap melakukan atau mengalirkan arus bolak-balik antara rangkaian.

Kegunaan transformator dalam bidang listrik khususnya untuk transmisi adalah untuk memungkinkan pengiriman anergi listrik melalui jaringan transmisi dalam bentuk tegangan tinggi, karena dengan tegangan tinggi yang dibawa melalui jaringan transmisi akan dapat memperkecil arus, sehingga luas penampang penghantar transmisi dapat diperkecil. Sedangkan dalam bidang elektronika transformator digunakan sebagai gandengan impedansi antara sumber dan beban. Dalam bidang tenaga listrik pemakaian transformator dikelompokkan menjadi :

1.      Transformator daya

2.      Transformator distribusi, dan

3.      Transformator pengukuran (yang terdiri dari transformator arus dan transformator tegangan).

Prinsip kerja transformator yaitu berdasarkan induksi elektromagnetik dengan adanya inti besi (lamel) tempat melakukan fluks bersama sehingga adanya gandengan magnet antara rangkaian sisi primer dan rangkaian sisi sekunder. Berdasarkan lilitan kumparan pada inti besi seperti pada Gambar 2.2 dikenal ada dua macam tipe transformator yaitu:

1.      Tipe inti

2.      Tipe cangkang

Gambar 2.2 Transformator tipe cangkan dan tipe inti. ^[3]

2.3       Keadaan Transformator Tanpa Beban

Bila pada kumparan primer transformator dihubungkan dengan sumber tegangan V₁ yang sinusoidal seperti pada gambar 2.3, maka akan mengalir arus primer I_o, arus I_o menimbulkan tegangan (V) atau Gaya Gerak Listrik (GGL) sebesar:

V = φ maks sin ω t  …………………..……………………..              (2 . 1)

Gambar 2.3 Transformator tanpa beban. ^[3]

Dari hukum Faraday, Fluks yang sinusoidal akan menghasilkan tegangan induksi pada sisi primer sebesar:

          …………………………………………………        (2 . 2)

Dengan φ = φ_maks sin ωt, maka ;

          …………..……………………….        (2 . 3)

          .………………………………         (2 . 4)

Maka harga efektifnya sisi primer adalah :

           …………………….        (2 . 5)

Pada sisi sekunder fluks bersama akan menimbulkan GGL (Gaya Gerak Listrik) yaitu  :

          ……………………………………………….           (2 . 6)

          …….…………….…………          (2 . 7)

Harga efektif pada sisi skunder adalah :

           ……..…………….         (2 . 8)

Sehingga,

          ……………………………………………………….         (2 . 9)

Dengan mengabaikan rugi tahanan dan arus bocor, maka menghasilkan :

           …………………………..………………        (2 . 10)

Dimana :

V         = Tegangan EMF dari transformator

 = Fluks maksimum dalam inti besi (core) transformator.

N₁       = Jumlah lilitan sisi primer

N₂       = Jumlah lilitan sisi sekunder

f           = Frekuensi sumber jala-jala listrik

e₁         = Tegangan induksi sisi primer

e₂         = Tegangan induksi sisi sekunder

E₁        = Tegangan efektif sisi primer

E₂        = tegangan efektif sisi sekunder

V₁        = Tegangan supply sisi primer

V₂        = tegangan output sisi sekunder

k          = Perbandingan transformator

2.4         Keadaan Transformator Berbeban

Apabila kumparan sekunder dihubungkan dengan beban R_L (Resistansi Load), maka I₂ mengalir pada sisi sekunder seperti pada gambar 2.4 dibawah ini.:

Gambar 2.4 Transformator berbeban ^[3]

Arus I₂ akan menimbulkan gaya gerak magnet (ggm), jadi arus yang mengalir pada sisi primer menjadi :

I₁ = I₀ + I₂’ …………………………………………………          (2 . 11)

Dengan I_m dianggap kecil, maka I₂’ = I₁

Jadi,

N₁.I₁ = N_2.I₂………………………..………………………           (2 . 12)

Atau :

I₁/I₂ = N₂/N₁..………….………….…………………….....           (2 . 13)

Dimana:

I₁         = Arus sisi primer transformator

I₂         = Arus beban sisi sekunder transformator

I₂’        = Arus imbas dari sisi sekunder ke sisi primer

Untuk tansformator berdaya besar konstruksinya ditambah dengan beberapa bagian yang disamakan untuk pemanasan inti, belitan serta wadah minyak trafo digunakan untuk mengisolasi terminal-terminal dari tangki transformator dan juga bertindak sebagai pendingin.

2.5              Bagian-bagian transformator distribusi

Transformator yang digunakan pada gardu distribusi sebagai penurun tegangan memiliki beberapa bagian utama antara lain :

1.      Pengubah sadapan

2.      Inti transformator

3.      Lilitan

Pengubah sadapan, inti transformator, dan lilitan merupakan bagian utama transformator yang sangat berpengaruh terhadap keadaan transformator sebagai pensupply tegangan.

2.5.1                  Pengubah Sadapan

   Pengubah sadapan adalah suatu alat untuk mengubah nilai tegangan pada transformator sehingga didapat nilai tegangan yang dikehendaki sesuai dengan kebutuhan. Sadapan yang dapat digeser umumnya terletak pada primer.

Semakin baik keandalan alat (sadapan), maka penempatannya dapat diletakkan dalam tangki transformator. Suatu pengubah sadapan mempunyai mekanisme hubung yang dapat mengubah tap dalam keadaan transfomator berbeban, dan terdiri dari pemilih sakelar pengelih serta tahanan sebagai pembatas arus.

2.5.2             Inti Transformator

Inti transformator dibuat dari lempengan-lempengan baja silikon dengan kadar 4-5%. Lempengan ini mempunyai tebal 0.35 - 0.5 mm dan disusun sedemikian rupa sehingga membentuk inti transformator yang telah distandarisasi, misalnya bentuk E dan I, antara lempengan satu dengan yang lain diberi isolasi vernis, atau isolasi kertas yang tebalnya kira-kira 0.04 mm. Keuntungan baja silicon sebagai bahan inti adalah dapat mengurangi rugi-rugi inti besi. Bentuk inti transformator ada dua yaitu"core type" dan"shell type" yang banyak dipakai pada transformator tenaga berkapasitas daya kecil.

Transformator tipe shell, lilitan primer dan sekunder terletak pada satu kaki inti transformator. Keuntungan tipe shell adalah mudah dalam pembuatan dan juga fluksi bocor dapat diperkecil, sedangkan kerugiannya adalah kurang ekonomis dalam pemakaian inti. Transforrnator tipe core banyak dipakai pada transformator tenaga berkapasitas besar. Lilitan primer sekunder dapat dipasang pada satu kaki inti transformator. Keuntungan lain dari tipe ini adalah dapat mempergunakan kawat dengan isolasi rendah. pemakaian inti ekonomis, sedangkan kerugiannya adalah kebocoran fluksi cukup besar jika di bandingkan dengan tipe shell. Inti besi seperti pada Gambar 2.5 berfungsi untuk mempermudah jalan fluksi, yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melalui kumparan.

Gambar 2.5 Inti besi transformator ^[8]

2.5.3     Lilitan

Lilitan transformator mempunyai fungsi penting, karena lilitan ini menentukan keadaan dari suatu transformator. Pada dasamya lilitan transformator ada 2 (dua) macam yaitu : lilitan primer dan lilitan sekunder dihubungkan ke beban. Lilitan ini menentukan besar dan kecilnya tegangan dan arus yang dikeluarkan oleh transformator dengan cara memperbanyak atau memperkecil jumlah lilitan. Kemampuan transformator harus memenuhi beberapa syarat, antara lain :

1.      Efisien, baik harga maupun mudahnya mendapatkan tembaga atau komponen lainnya di pasaran bila pada suatu saat ada perbaikan.

2.      Keadaan panas kumparan, karena jika panas melebihi nilai standar akan memperpendek umur isolasi transformator'

3.      Kekuatan mekanik kumparan harus tahan hubungan singkat.

4.      Tahan terhadap tegangan tinggi.

Beberapa lilitan kawat berisolasi akan membentuk suatu kumparan. Kumparan tersebut diisolasi baik terhadap inti besi maupun terhadap kumparan lain dengan isolasi padat seperti karton, peretinax dan lain-lain. Umumnya pada transformator terdapat kumparan primer dan sekunder.

Bila kumparan primer dihubungkan dengan tegangan / arus bolak-balik maka pada kumparan tersebut akan timbul fluksi, fluksi ini akan menginduksikan tegangan, dan bila pada rangkaian sekunder dihubungkan dengan beban maka akan menghasilkan arus beban pada kumparan tersebut, karena kumparan sebagai alat transfortasi tegangan dan arus. Susunan kumparan transformator seperti pada terlihat pada Gambar 2.6

Gambar 2.6 Susunan kumparan transformator ^[8]

2.6              Transformator Arus

Transformator arus disebut juga transformator pengukuran yang digunakan untuk mengukur arus beban suatu rangkaian. Dengan menggunakan tranformator arus, maka arus-arus beban dapat diukur dengan menggunakan alat ukur arus (Amp. Meter). Transformator arus hanya memiliki satu sisi untuk kumparannya yaitu n (Lilitan), jadi untuk trafo arus berlaku hubungan sebagai berikut:

1 . I₁ = N₂ . I₂…..……….…………………………………           (2 . 14)

Atau :

I₁ / I₂ = N₂ / 1 ….………………………………………….           (2 . 15)

Dimana :

I­₁            = Arus sisi primer transformator arus

I₂         = Arus sisi sekunder transformator arus

N₂          = Jumlah kumparan sisi sekunder transformator arus

N₁ = 1  = Kumparan fasa sisi primer transformator arus        

Gambar 2.7 Simbol transformator arus ^[7]

Dimana :

a          = b = Terminal arus masuk sisi primer

a’         = b’ = terminal arus masuk sisi sekunder

CT       = Current Transformer

Gulungan primer transformator arus terdiri dari lilitan tunggal seperti pada Gambar 2.7 yang ditandai dengan a dan b, lilitan primer diperoleh dengan memasukkan penghantar primer kedalam teras toroidal (toroidal steel cares). Sedangkan lilitan sekunder ditandai dengan a' dan b'. Transformator arus menyerupai transformator biasa, dimana arus primer yang memasuki terminal a dan arus primer yang meninggalkan terminal a' pada gulungan sekunder adalah sefasa dengan arus primer jika arus magnetisasi diabaikan. Berdasarkan konsep pada Analisa sistem tenaga tentang transformator arus rating arus nominal untuk transformator arus pada sisi sekunder yang telah dibakukan adalah 5 Amper, standar ke dua adalah 1 Amper yang dipakai di Eropa dan juga Amerika Serikat. Standar perbandingan arus CT telah ditetapkan seperti pada tabel 2.l

Tabel 2.1 Standar perbandingan CT ^[3]

Perbandingan Arus	Perbandingan Arus	Perbandingan Arus
50 : 5	300 : 5	800 : 5
100 : 5	400 : 5	900 : 5
150 : 5	450 : 5	1000 : 5
200 : 5	500 : 5	1200 : 5
250 : 5	600 : 5	-

Rating gulungan sekunder CT dapat dilampaui untuk beberapa periode waktu yang singkat tanpa merusak gulungan tersebut. Arus yang lebih dari 10 sampai 20 kali arus normal sering dijumpai dalam gulungan CT yaitu pada saat terjadi gangguan hubung singkat. Untuk menjaga agar fluks tetap tidak berubah perlu diperhatikan agar rangkaian skunder selalu tertutup. Dalam keadaan rangkain skunder terbuka, maka gaya gerak magnet N₂.I₂ akan sama dengan nol (karena I₂ = 0) sedangkan gaya gerak magnet N₁.I₁ tetap ada, sehingga fluks normal (φ_normal ) akan terganggu. Operasi sebuah transformator disebut dalam keadaan ideal bila rangkaian skunder mempunyai impedansi yang rendah pada saat dipergunakan sebagai pengukuran atau dalam keadaan dihubung singkat.

2.7              Hubungan Dua Buah CT Untuk Areal Perlindungan

Transformator Arus dihubungkan secara seri seperti pada Gambar 2.8, keseluruhan dari EMF sekunder dari kedua CT yang digunakan untuk menyesuaikan impedansi kombinasi dari CT. Gangguan dalam daerah perlindungan menyebabkan mengalir dua arah arus yang sama menuju rele Diferensial.

Gambar 2.8 Hubungan dua transformator arus ^[11]

Pemilihan CT disesuaikan dengan alat ukur dan proteksi, pemilihan CT dengan kualitas baik akan memberikan perlindungan sistem yang baik pula, relai differensial sangat tergantung terhadap karakteristik CT.

Sistem akan dilindungi oleh relay differensialsecara optimal jika karakteristik CT bekerja dengan baik.CT (Current Transformer) ditempatkan dikedua sisi transformator yang akan diamankan, yaitu pada sisi primer trafo dan pada sisi sekunder trafo.

2.8              Relay Differensial dan Prinsip Kerja

Prinsip kerja Relay Diferensial adalah membandingkan vektor arus I₁ dan I₂. Pada waktu tidak terjadi gangguan/keadaan normal atau gangguan berada diluar daerah pengamanan I₁ dan I₂ sama atau mempunyai perbandingan serta sudut fasa tertentu, dalam hal ini relay tidak bekerja. Pada waktu terjadi gangguan di daerah pengaman I₁ dan I₂ tidak sama perbandingan serta sudut fasanya berubah dari keadaan normal disini relay akan bekerja.

Sifat dari relay diferensial adalah: sangat selektif dan cepat, tidak perlu dikoordinasi dengan rele lain, sebagai pengaman peralatan (equipment), tidak dapat digunakan sebagai pengaman cadangan untuk seksi atau daerah berikutnya, daerah pengamannya dibatasi oleh pasangan trafo atau dimana relay diferensial dipasang. Adapun penggunaan rele diferensial adalah sebagai pengaman generator, pengaman trafo daya, pengaman motor--motor dan pengaman saluran transmisi.

Daerah pengamanan relay differensial dibatasi oleh pasangan trafo arus, dimana relay differensial dipasang sehingga relay differensial tidak dapat dijadikan sebagai pengaman cadangan untuk daerah berikutnya. Proteksi relay differensial bekerja berdasarkan prinsip keseimbangan arus (current balance).

Adapun rumus yang digunan untuk mencari arus primer maksimum adalah:

                    ………………………….....         (2 . 16)

Dan untuk arus sekunder max adalah

I_S - max  …………………………………        (2 . 17)

Jika pada sisi sekunder trafo dipasang CT dengan hubungan delta, maka arus yang mengalir ke relay differensial (IRd) untuk I₁adalah berlaku persamaan :

IR_d …………..…………………………….        (2 . 18)

Jika pada sisi perimer trafo dipasang CT hubungan way (Y), maka arus yang mengalir ke relay differensial  untuk I₂ Berlaku persamaan:

………………………………….         (2 . 19)

2.9              Karakteristik Relay Differensial

Karakteristik Rele Diferensial seperti tertera pada Gambat 2.15 berikut :

Gambar 2.9 Kurva karaktristik rele differensial tap ^[17]

Dari Gambar 2.9 karakteristik rele diferensial. dimana kecuraman dari karakteristik arus kerja (Id) dapat diatur dengan mengatur k_r. Dengan naiknya arus pada kumparan Restraint (I_R). maka arus kerja (I_d) juga akan naik. Karakteristik rele akan memotong sumbu Io min, yang menyatakan arus kerja, jika arus pada kumparan Restraint adalah sama dengan nol.

Dimana:

K_r : Faktor Restaint

Dalam persen (%) = 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50

Dua buah CT yang mempunyai perbandingan gulungan yang sama ditempatkan pada batas daerah perlindungan dimana masing-masing fasa ditempatkan dua buah CT yaitu CT₁ dan CT₂, Untuk keadaan normal dalam daerah perlindungan dari CT berlaku persarnaan sebagai berikut:

            I₁ – I₂ = 0……………..………………………………….              (2 . 20)

Sedangkan untuk gangguan didalam daerah yang dilindungi oleh CT adalah :

            I₁ – I₂ = I_f ………………………………………………..             (2 . 21)

Dimana, I_f adalah arus gangguan yang terdeteksi dari sisi sekunder CT tersebut.

Dalam praktek untuk CT sering terjadi kesalahan dalam persen yang kecil pada pengoperasiannya, untuk memperhitungkan ketidak telitian dapat dipilih nilai arus [Ip] yang rendah sehingga.:

[I₁ – I₂ ] < [ I_p]  ………………………………………….              (2 . 22)

Untuk keadaan system yang normal dan untuk gangguan diluar daerah perlindungan berlaku :

[I₁ – I₂ ] > [ I_p] ……………………………………….......            (2 . 23)

Untuk gangguan didalamnya dapat didefinisikan :

[I₁ – I₂ ] > [ I_p]  CT bekerja ……...……………………….            (2 . 24)

[I₁ – I₂ ] < [ I_p] CT tidak bekerja  …………………………           (2 . 25)

Suatu relay dapat dibuat menurut modelnya, sehingga prinsip kerja untuk rele tersebut menjadi :

             CT bekerja ……………………………        (2 . 26)

Dimana :

No       = Jumlah Gulungan Operating Coil

Nr        = Jumlah Gulungan Restraint Coil

K         = Konstanta

S          = Mekanikal Pegas

Gambar 2.10 Rangkaian hubungan untuk perlindungan transformator daya ^[9]

Karakteristik diferensial dibuat sejalan dengan Unbalances current (Iμ), untuk menghindari terjadinya kesalahan kerja. Kesalahan kerja disebabkan karena CT ratio mismatch, adanya pergeseran fasa akibat belitan transformator tenaga terhubung  (Δ) – (Y).

Perubahan tap tegangan (perubahan posisi tap changer) pada transformator tenaga oleh On Load Tap Changer (OLTC) yang menyebabkan CT mismatch juga ikut berubah. Kesalahan akurasi CT, Perbedaan kesalahan CT di daerah jenuh (Saturasi CT), dan Inrush current pada saat transformator energize menimbulkan unbalances current (Iμ) yang bersifat transient.

Untuk mengatasi masalah unbalance current (Iμ) pada relai diferensial caranya dengan menambahkan kumparan yang menahan bekerjanya relai di daerah Iμ. Kumparan ini di sebut Restraining Coil, sedangkan kumparan yang mengerjakan relai tersebut di sebut Operating Coil.

Arus diferensial didapat dari menjumlahkan komponen arus sekunder perfasa di belitan 1   dan belitan 2 . secara vektor perfasa.

Jika arus berlawanan dalam arti yang satu menuju relai dan yang yang lainnya meninggalkan relai, maka akan saling mengurangi dan sebaliknya jika arus searah berarti yang kedua-duanya menuju atau meninggalkan relai, maka akan saling menjumlahkan.

Arus penahan (restrain) didapat dari arus maksimal komponen arus sekunder perfasa di belitan 1  dan belitan 2 .

Irestrain = Ir

   = max    ,   …………………………………       (2 . 27)

Untuk mencari batasan factor pengaman pada bagian primer digunakan rumus :

             X 100 ……………………………………….....        (2 . 28)

Sedangkan Untuk mencari batasan factor pengaman pada bagian sekunder digunakan rumus :

 X 100 …………………………………………      (2 . 29)

2.10          Relay  Differensial Pada Transformator Daya.

Pengaman diferensial adalah jenis pengaman yang sangat penting yang berguna untuk mengamankan gangguan fasa ke fasa dan fasa ke tanah. Pengaman differensial umumnya digunakan sebagai pengaman transformator yang mempunyai kapasitas tinggi. Setiap pergeseran dari intensitas arus normal ratio pada titik input dan output yang bisa menyebabkan kesalahan pada daerah yang diamankan, sehingga arus ambalance (arus tidak normal) dapat menyebabka  rele diferensial bekerja mentrip Circuit Breaker (CB) untuk mengamankan peralatan.

Pengaman diferensial dari transformator dikenal juga sebagai Merz price proteksi dari transformator. Gambar 2.11  merupakan pengaman diferensial yang umum digunakan untuk pengamanan transformator 3 fasa hubungan start-delta. Pada transformator start-delta arus beban didalam kedua gulungan tidak berlawanan fasa secara langsung, tetapi digeser 30⁰ untuk mengizinkan CT pada sisi sekunder untuk transformator dihubungkan secara delta dan sisi primer dihubungkan secara start.

Syarat utama pemasangan CT (Current Transformer) pada transformator untuk koordinasi relay differensial yaitu, jika transformator memiliki gulungan yang terhubung secara delta-star, maka pemasangan CT (Current Transformer) untuk transformator tersebut harus dengan star-delta, tujuan dilakukan demikian agar pengaman differensial pada transformator tersebut dapat menyeimbangkan arus untuk sistem proteksinya agar arus tersebut dinyatakan seimbang.

Gambar 2.11 Pengaman differensial untuk transformator daya ^[11]

2.10.1    Perlindungan Transformator Daya Terhadap Relay Differensial

Perlindungan transformator daya dengan rele diferensial adalah perlindungan yang lazim digunakan. Perlindungan dengan rele diferensial pada transformator daya terdapat pada dua gulungan fasa tunggal seperti pada gambar 2.11. Bila transformator daya tersebut mengalirkan arus beban I'₁ dan l'₂ pada gulungan primer dan sekundernya dengan mengabaikan arus magnetisasi seperti pada persamaan dibawah ini.

       …………………….………………………………..         (2 . 30)

Dimana :

N₁ dan N₂  = Banyak lilitan pada gulungan primer dan sekunder.

Arus sekunder CT adalah I₁ dan I₂, perbandingan lilitan dari CT pada sisi primer dan sekunder dari transformator daya berturut-turut adalah n₁ dan n₂ seperti pada persamaan 2 -31.

.            ……………………………………..…       (2 . 31)

Untuk mencegah bekerjanya relay differensial pada keadaan normal, maka I_l – I₂ yang melalui kumparan kerja (Trip Coil) harus sama nol, dengan kata lain I₁ harus sama dengan I₂. sehingga:

……..……………………………………………              (2 . 32)

Dengan adanya gulungan lilitan dalam (gulungan Internal), maka pada sisi sekunder transformator daya dan dengan arus gangguan (I'f) pada gangguan diperoleh:

I₁ – I₂ =  ……………………………………………....                 (2 . 33)

Untuk gangguan pada sisi primer transformator menyebabkan If/n₁. Bila rele diatur untuk arus picup (lp) dalam orde yang rendah, maka rele diferensial akan bekerja untuk gangguan dalam, dan bertahan tidak bekerja untuk gangguan luar atau untuk beban normal, Gambar 2.12 merupakan perlindungan transformator dengan rele differensial.

Gambar 2.12 Perlindungan transformator dengan relay differensial ^[11]

2.10.2    Trafo Arus Pembantu Pada Transformator Daya.

Mengimbangi arus antara I₁ dan I₂ pada kondisi normal dimana keadaan arus yang tidak seimbang  (mismatched) yang terjadi bila digunakan perbandingan CT yang standar pada system perlindungan transformator daya yang dihubungkan secara Y - ∆ adalah kegunaan CCT. Pada transformator daya 6000 kVA ini, kerja CCT dalam mengkalibrasi arus normal adalah dengan cara perbuahan posisi tap sesuai dengan perbandingan CT₁ dan CT₂, seperti pada gambar 2.13 yang merupakan penggunaan Compensating Current Transformer CCT pada Transformator Daya.

Penggunaan Compensating Current Transformer (CCT) dapat dibedakan atas 2 tujuan :

a)      Untuk mengoreksi adanya perbedaan arus antara CT₁ dan CT₂.

b)      Untuk mengoreksi adanya pergeseran vector sisi tegangan tinggi dan tegangan rendah trafo daya.

Auxiliary Current Transformer (ACT) atau yang sering disebut dengan Compensating Current Transformer (CCT) adalah CT bantu yang berguna untuk menyesuaikan besar arus yang masuk ke relay differensial akibat pergeseran fasa oleh transformator arus dan beda arus primer dan sekunder transformator arus.

Meskipu dalam perhitungan telah didapat CT yang sesuai dan ada dipasaran, namun akan tetap terjadi kesalahan dalam membaca perbedaan arus dan tegangan disisi primer dan sekunder transformator daya serta pergeseran fasa pada trafo arus, kesalahan ini disebut error mismatch yang didapat dari perbandingan CT ideal dan CT yang ada di pasaran.

Gambar 2.13 Penggunaan trafo arus pembantu (CCT) pada trafo daya ^[10]

Penggunaan setting tap CCT pada transformator daya berlaku persamaan—persamaan sebagai berikut :

      ……………………………………………………………………….          (2 . 34)

Dimana:

K = Konstata Hubungan Transformasi

K = 1 Untuk Transformasi Koneksi Transformator arus Y – Y

K =   Untuk Transformasi koneksi Transformator Arus Y - ∆

K =   Untuk Transformasi Koneksi Transformator Arus ∆ - Y

Masalah-masalah yang timbul pada relay differensial dalam perlindungan transformator daya antara lain yaitu :

a)      Karakteristik yang tidak sesuai dari Current Transformer

b)      Perrubahan ratio, karena perubahan tap setting.

c)       Arus ganguan dari magnetisasi di dalam transformer.

2.10.3    Perubahan Ratio CT Karena Perubahan Tap Setting.

Peralatan tap change adalah hal yang paling umum dalam transformator daya, yang berguna untuk mengubah ratio dari gulungan. Dengan perubahan kompensetting dari perubahan tap pengaman differensial, sehingga CT tidak dapat digunakan.

Bias atau persentase dari relay differensial memberikan sejumlah kestabilan pada range tap change yang perbedaannya sangat besar. Bias relay lebih baik dipasang pada keseluruhan pengaman dari perbandingan transformator.

2.10.4    Persentase Relay Differensial.

Operasi yang tidak diinginkan pada gangguan external akibat kesalahan dari CT dan perubahan ratio tap charging retraining winding, maka perlu dilengkapi dengan CCT untuk mengurangi arus error yang diakibatkan oleh kesalahan ratio CT, dengan kata lain operasi winding dibias dan beroperasi dengan adanya arus dan kemudian relay menjadi lebih sensitif pada arus rendah tanpa mengetripkan gangguan luar (external). Dalam kondisi ini jika magnet restraining bekerja, maka rationya adalah T dan kriteria operasi dari statik perbandingan adalah:

                …………………...……………………………         (2 . 35)

Dan untuk perbandingan medan elektromagnetik adalah :

 ……………………………………………         (2 . 36)

Nilai dari T biasanya 0,05 digunakan untuk generator dan 0,1 sampai 0,4 digunakan untuk transformator, nilai lebih tinggi digunakan jika ratio trafo diubah oleh tap chaging. Pengaman bias differensial seperti pada gambar 2.14.

Gambar 2.14 Pengaman bias differensial ^[7]

Persentase relay differensial hubungan delta-way berlaku rumus:

P  X 100% ……………………………………………           (2 . 37)

Atau

P  X 100% …………………………………………         (2 . 38)

2.10.5    Persyaratan Pada Pengaman Dengan Menggunakan Relay Differensial.

Syarat-syarat yang harus diperhatikan dalam penggunaan relay differensial adalah sebagai berikut :

a)      CT₁ dan CT₂ harus mempunyai perbandingan transformasi yang sama, atau mempunyai perbandingan transformasi sedemikian sehingga arus sekundernya sama.

b)      Karakteristik CT₁ dan CT₂ harus sama.

c)      Rangkaian CT ke relay termasuk hubungan sambungan harus benar.

Bentuk umuum koordinasi relay differensial seperti pada gambar 2.15 berikut ini.

Gambar 2.15 Koordinasi relay differensial ^[19]

2.10.6    Kondisi Relay Differensial Dalam Keadaan Normal Atau Gangguan Yang Berada Diluar Kawasan Yang Diamankan.

Keadaan normal artinya keadaan tanpa gangguan atau gangguan yang terjadi bukan dalam pengawasan pengaman relay differensial, keadaan gangguan yang seperti ini relay differensial tidak bekerja, karena relay differensial hanya akan bekerja ketika gangguan tersebut berada dalam pengawasan relay differensial, untuk jelasnya seperti pada gambar 2.16 berikut:

Gambar 2.16 Kondisi relay differensial dalam keadaan normal ^[9]

Dalam keadaan tanpa gangguan maka koordinasi relay differensial seperti pada gambar 2.16 berlaku persamaan sebagai berikut.

            I₁ = I₂ atau i₁ = i₂     …………………………………..…..            (2 . 39)

            I_d  =  i₁ – i₂ = 0       ………………………………………            (2 . 40)

                   Kondisi I_d = 0 mengakibatkan relay differensial tidak bekerja.

2.10.7    Kondisi Relay Differensial Untuk Keadaan Gangguan Berada Dalam Kawasan Yang Diamankan.

Keadaan gangguan adalah suatu keadaan yang mengakibatkan parameter aris meningkat dengan beda potensial tegangan sangat rendah. Dalam keadaan gangguan suatu peralatan listrik atau sistem tidak bisa dipertahankan dalam keadaan lama, kalau sistem tetap dipertahankan dalam kondisi gangguan , maka peralatan atau sistem akan mengalami kerusakan akibat lonjakan arus sangat tinggi. Dalam keadaan gangguan pada kawasan pengaman relay differensial, maka relay differensial akan bekerja untuk mengetrip kedua CB-nya. Untuk menjelaskan koordinasi relay differensial dalam menangani gangguan dalam kawasan yang dilindungi seperti pada gambar 2.17 berikut:

Gambar 2.17 Kondisi relay differensial dalam keadaan gangguan ^[9]

Kondisi gangguan seperti pada gambar 2.17 berlaku persamaan sebagai berikut :

            I₁ > I_n  atau  i₁ > i_n   ………………………………………            (2 . 41)

            I₂ = 0  atau i₂ = 0    ………………………………………            (2 . 42)

      Pada kndisi ini, i_d = i₁ – i₂ = i₁  ……………….………………           (2 . 43)

Dari persamaan (2 - 43) i_d tidak sama dengan 0, tetapi i_d = i₁, keadaan ini mengakibatkan relay differensial akan tetap mengetrip (membuka) kedua CBnya.

2.10.8    Kondisi Relay Differensial Untuk Keadaan Gangguan Dari Kedua Arah Yang Berada Dalam Kawasan Yang Diamankan.

Gangguan pada kedua arah untuk peralatan yang diamankan dengan pedoman gangguannya tetap masih dalam pengawasan pengamanan relay differensial, pada kondisi ini relay tetap bekerja, seperti pada gambar 2.18 berikut:

Gambar 2.18 Kondisi relay differensial dalam keadaan gangguan dua arah ^[9]

Kondisi gangguan seperti pada gambar 2.18 berlaku persamaan sebagai berikut :

            I₁ > I_n,  dan  i₂ > i_n   ……………………….,,,………………        (2 . 44)

I₁ > I_n,  dan  i₂ > i_n   ……………………….,………………,,        (2 . 45)

        Pada kondisi ini, i_d = i₁ + i₂      …………………………………        (2 . 46)

Dengan i_d = i₁ + i₂ keadaan ini mengakibatkan relay differensial akan bekerja mengetrip  (membuka) kedua CB-nya, sehingga transformator daya berhenti bekerja dan peralatan listrik lainnya terselamatkan.