Sistem Proteksi Dan Pengaman Pada Transformator

Transformer adalah salah satu komponen paling kritis dan mahal dari sistem distribusi, Transformator ini adalah perangkat statis tertutup yang biasanya dibasahi minyak, makannya pada transformator sangat minim sekali terjadi kerusakan. 

Tetapi efek dari kesalahan yang jarang terjadi bisa sangat berbahaya bagi trafo, dan waktu yang di gunakan untuk memperbaiki dan penggantian sangat lama, Oleh karena itu perlindungan transformator daya menjadi hal yang sangat penting.

Gangguan yang terjadi pada trafo dibagi menjadi dua jenis, yaitu gangguan eksternal dan gangguan internal, untuk menghindari bahaya pada transformator, gangguan eksternal di proteksi oleh sistem relai yang kompleks dalam waktu sesingkat mungkin.

Kesalahan internal terutama didasarkan pada sensor dan sistem pengukuran, Kita akan bahas proses tersebut lebih lanjut di artikel ini. 

Sebelum kita sampai di sana, penting untuk dipahami bahwa ada banyak jenis trafo dan dalam artikel ini kita akan membahas tentang trafo daya yang digunakan dalam sistem distribusi, Anda juga dapat belajar tentang cara kerja transformator daya untuk memahami dasar-dasarnya di artikel Spesifikasi Transforator distribusi dan Bagaimana Cara Kerjanya?

Fitur proteksi dasar seperti proteksi eksitasi berlebih dan proteksi berbasis suhu dapat mengenali kondisi yang pada akhirnya menyebabkan kondisi kegagalan, tetapi proteksi trafo lengkap yang disediakan oleh relai dan trafo arus sesuai untuk trafo dalam aplikasi kritis.

Jadi pada artikel ini, kita akan berbicara tentang prinsip-prinsip paling umum yang digunakan untuk melindungi transformator dari kegagalan katastropik.

Proteksi Trafo untuk Berbagai Jenis Trafo

Sistem proteksi yang digunakan untuk transformator daya tergantung pada kategori transformator. Tabel di bawah ini menunjukkan bahwa,

• Trafo dalam kisaran 500 KVA termasuk dalam (Kategori I & II), sehingga dilindungi menggunakan sekering, tetapi untuk melindungi trafo hingga 1000 kVA (trafo distribusi untuk 11kV dan 33kV) biasanya digunakan pemutus sirkuit Tegangan Menengah.
• Untuk transformator 10 MVA ke atas, yang termasuk dalam (Kategori III & IV), relai diferensial harus digunakan untuk melindunginya.

Selain itu, relai mekanis seperti relai Buchholtz, dan relai tekanan banyak di gunakan pada sistem proteksi transformator.

Selain relai ini, perlindungan beban berlebih termal sering diterapkan untuk memperpanjang masa pakai transformator untuk mendeteksi kesalahan yang terjadi.

Jenis Umum Perlindungan Transformer

• Perlindungan dari suhu panas
• Perlindungan dari arus lebih
• Proteksi Diferensial Transformator
• Proteksi Gangguan Tanah 
• Relai Buchholz (Deteksi Gas).
• Perlindungan over-fluxing

Perlindungan Overheating di Transformers

Transformer terlalu panas karena kelebihan beban dan kondisi hubung singkat, Overload yang diijinkan dan durasi yang sesuai tergantung pada jenis trafo dan kelas insulasi yang digunakan untuk trafo.

Beban yang lebih tinggi dapat dipertahankan untuk waktu yang sangat singkat jika untuk waktu yang sangat lama, dapat merusak isolasi karena kenaikan suhu di atas suhu maksimum.

Temperatur dalam transformator berpendingin oli memiliki batas maksimal suhu ketika mencapai 95*C, jika suhu melebihi batas tersebut maka akan memiliki efek merugikan pada isolasi kawat. Itulah mengapa perlindungan terhadap panas berlebih menjadi penting.

Trafo besar memiliki alat pendeteksi suhu minyak atau belitan, yang mengukur suhu minyak atau belitan, biasanya ada dua cara pengukuran, satu disebut pengukuran hot-spot dan yang kedua disebut sebagai pengukuran minyak atas, gambar di bawah menunjukkan tipikal termometer dengan kotak pengatur suhu dari reinhausen digunakan untuk mengukur suhu transformator jenis konservatif berinsulasi cair.

Kotak tersebut memiliki dial gauge yang menunjukkan suhu trafo (yang merupakan jarum hitam) dan jarum merah menunjukkan titik setel alarm. Jika jarum hitam melampaui jarum merah, perangkat akan mengaktifkan alarm.

Jika kita melihat ke bawah, kita dapat melihat empat panah di mana kita dapat mengonfigurasi perangkat untuk bertindak sebagai alarm atau perjalanan atau dapat digunakan untuk memulai atau menghentikan pompa atau kipas pendingin.

Seperti yang Anda lihat pada gambar, termometer dipasang di bagian atas tangki trafo di atas inti dan belitan, hal itu dilakukan karena suhu tertinggi akan berada di tengah tangki karena adanya inti dan belitan. 

Temperatur ini dikenal sebagai top oil temperature, Suhu ini memberi kita perkiraan Suhu Hot-spot inti transformator. 

Kabel serat optik digunakan dalam belitan tegangan rendah untuk mengukur suhu trafo secara akurat, Begitulah cara perlindungan terhadap panas berlebih diterapkan.

Proteksi arus lebih pada Trafo

Sistem proteksi arus lebih adalah salah satu sistem proteksi arus lebih awal yang dikembangkan di di dalam pengaman transformator, sistem arus lebih bergradasi dikembangkan untuk melindungi dari kondisi arus lebih. 

distributor daya menggunakan metode ini untuk mendeteksi kesalahan dengan bantuan relai IDMT. yaitu, relay memiliki:

1. Sifat terbalik, dan
2. Waktu operasi minimum.

Kemampuan relai IDMT dibatasi, Jenis relai ini harus disetel 150% hingga 200% dari arus pengenal maks, jika tidak, relai akan beroperasi untuk kondisi kelebihan beban darurat, Oleh karena itu, relai ini memberikan perlindungan kecil untuk gangguan di dalam tangki trafo.

Proteksi Diferensial Transformator

Persentase Biased Current Differential Protection digunakan untuk melindungi transformator daya dan merupakan salah satu skema perlindungan transformator paling umum yang memberikan perlindungan terbaik secara keseluruhan, Jenis proteksi ini digunakan untuk transformator dengan rating melebihi 2 MVA.

Trafo terhubung bintang di satu sisi dan delta terhubung di sisi lain, CT di sisi bintang terhubung dengan delta dan yang di sisi terhubung dengan delta terhubung dengan bintang, Netral dari kedua transformator di-ground.

Trafo memiliki dua kumparan, satu kumparan operasi dan yang lainnya adalah kumparan penahan. Seperti namanya, kumparan penahan digunakan untuk menghasilkan gaya penahan, dan kumparan operasi digunakan untuk menghasilkan gaya operasi.

Kumparan penahan dihubungkan dengan belitan sekunder transformator arus, dan kumparan operasi dihubungkan di antara titik ekuipotensial CT.

Perlindungan Diferensial Transformator Bekerja:

Biasanya, kumparan operasi tidak membawa arus karena arus dicocokkan di kedua sisi transformator daya, ketika kesalahan internal terjadi pada belitan, keseimbangan diubah dan kumparan operasi relai diferensial mulai menghasilkan arus diferensial di antara kedua sisi dari transformator. Dengan demikian, relai trip pemutus rangkaian dan melindungi trafo utama.

Proteksi Gangguan Bumi atau Ganguan Pentanahan

Arus gangguan yang sangat tinggi dapat mengalir ketika terjadi gangguan pada busing trafo. Dalam hal ini, kesalahan perlu dihilangkan sesegera mungkin. 

Jangkauan perangkat proteksi tertentu hanya boleh dibatasi pada zona trafo, yang berarti jika terjadi gangguan arde di lokasi yang berbeda, relai yang dialokasikan untuk zona tersebut harus dipicu, dan relai lain harus tetap sama. 

Jadi, itulah mengapa relai tersebut diberi nama Relay proteksi gangguan pembumian terbatas.

Pada gambar di atas, Alat Proteksi berada pada sisi trafo yang terproteksi, Mari kita asumsikan ini adalah sisi primer, dan mari kita asumsikan juga ada gangguan ground pada sisi sekunder trafo. 

Sekarang, jika ada kesalahan di sisi tanah, karena gangguan tanah, Komponen Urutan Nol akan ada di sana, dan itu hanya akan beredar di sisi sekunder. Dan itu tidak akan berpengaruh ke sisi primer trafo.

Relai ini memiliki sambungan tiga fasa, jika terjadi gangguan akan memiliki tiga komponen, yaitu komponen urutan positif, komponen urutan negatif, dan komponen urutan nol. 

Karena komponen positif dipindahkan sebesar 120*, maka setiap saat, jumlah semua arus akan mengalir melalui relai proteksi.

Jadi, jumlah arusnya akan sama dengan nol, karena dipindahkan sebesar 120*. Mirip dengan kasus untuk komponen urutan negatif.

Sekarang mari kita asumsikan kondisi kesalahan terjadi, Gangguan tersebut akan dideteksi oleh CT karena memiliki komponen urutan nol dan arus mulai mengalir melalui relai proteksi, ketika itu terjadi, relai akan trip dan memproteksi trafo.

Relai Buchholz (Deteksi Gas).

Gambar di atas menunjukkan relai Buchholz, Relai Buchholtz dipasang di antara unit trafo utama dan tangki konservator ketika terjadi kesalahan di dalam trafo, Relai Buchholz mendeteksi gas dengan bantuan sakelar pelampung.

Jika Anda perhatikan lebih dekat, Anda dapat melihat panah, gas mengalir keluar dari tangki utama ke tangki konservator, biasanya tidak boleh ada gas di dalam trafo itu.

Sebagian besar gas disebut sebagai gas terlarut dan sembilan jenis gas yang berbeda dapat diproduksi tergantung pada kondisi gangguan. 

Ada dua katup di bagian atas relai ini, katup ini digunakan untuk mengurangi penumpukan gas, dan juga digunakan untuk mengambil sampel gas.

Ketika kondisi kesalahan terjadi, Maka akan terjadi percikan api di antara belitan, atau di antara belitan dan inti. 

Pelepasan listrik kecil di belitan ini akan memanaskan minyak isolasi, dan minyak akan terurai, sehingga menghasilkan gas.

Pelepasan energi yang besar akan menghasilkan asetilena, dan seperti yang Anda ketahui, asetilena membutuhkan banyak energi untuk diproduksi. 

Dan Anda harus selalu ingat bahwa semua jenis patahan akan menghasilkan gas, dengan menganalisis jumlah gas, kita dapat menemukan tingkat keparahan kesalahan tersebut.

Bagaimana Relai Buchholz (Deteksi Gas) Bekerja?

Seperti yang dapat Anda lihat dari gambar memiliki dua pelampung: pelampung atas dan pelampung bawah, dan memiliki pelat baffle yang menekan pelampung bawah.

Ketika terjadi kesalahan listrik yang besar, itu menghasilkan banyak gas yang mengalir melalui pipa, yang menggeser pelat baffle dan memaksa pelampung bawah turun, sekarang kita memiliki kombinasi, pelampung atas naik dan pelampung bawah naik bawah dan pelat baffle telah miring. 

Kombinasi ini menunjukkan bahwa kesalahan besar telah terjadi, yang di fungsikan untuk mematikan transformator dan juga menghasilkan alarm. Gambar di bawah ini menunjukkan dengan tepat bahwa,

Tapi ini bukan satu-satunya skenario di mana relai ini dapat berguna, bayangkan situasi di mana di dalam trafo ada busur kecil yang terjadi, bahtera ini menghasilkan sejumlah kecil gas, gas ini menghasilkan tekanan di dalam relai dan pelampung atas turun menggantikan oli di dalamnya, sekarang relai menghasilkan alarm dalam situasi ini, pelampung atas turun, pelampung bawah tidak berubah dan pelat baffle tidak berubah jika konfigurasi ini terdeteksi, kita dapat yakin bahwa kita telah akumulasi gas yang lambat. Gambar di bawah ini menunjukkan dengan tepat bahwa,

Sekarang kita tahu ketika terjadi kesalahan, dan akan mengeluarkan sebagian gas menggunakan katup di atas relai dan menganalisis gas untuk mengetahui alasan pasti penumpukan gas ini.

Relay ini juga dapat mendeteksi kondisi dimana level minyak isolasi turun akibat kebocoran pada chasis trafo, pada kondisi tersebut upper float drop, lower float drop, dan baffle plate tetap pada posisi yang sama. Dalam kondisi ini, kita akan mendapatkan alarm yang berbeda. Gambar di bawah ini menunjukkan cara kerja.

Dengan ketiga metode ini, relai Buchholz dapat mendeteksi kesalahan.

Perlindungan Over-fluxing

Transformator dirancang untuk beroperasi pada tingkat fluks tetap melebihi tingkat fluks dan inti menjadi jenuh, saturasi inti menyebabkan pemanasan pada inti yang dengan cepat panas akan merambah ke bagian lain dari transformator yang menyebabkan komponen menjadi terlalu panas, sehingga perlindungan fluks itu juga penting, karena untuk melindungi inti transformator. Situasi fluks berlebih dapat terjadi karena tegangan lebih atau pengurangan frekuensi sistem.

Untuk melindungi trafo dari over-fluxing, relay over-fluxing digunakan, Relai over-fluxing mengukur rasio Tegangan / Frekuensi untuk menghitung kerapatan fluks dalam inti.

Peningkatan tegangan yang cepat karena transien dalam sistem tenaga dapat menyebabkan fluks berlebih tetapi transien mati dengan cepat, oleh karena itu, trip sesaat transformator tidak diinginkan.

Kerapatan fluks berbanding lurus dengan rasio tegangan terhadap frekuensi (V/f) dan instrumen harus mendeteksi ransum jika nilai rasio ini menjadi lebih besar dari satu, hal ini dilakukan oleh relai berbasis mikrokontroler yang mengukur tegangan dan frekuensi secara real-time, lalu menghitung laju dan membandingkannya dengan nilai yang telah dihitung sebelumnya.

Relai diprogram untuk waktu minimum pasti terbalik (karakteristik IDMT), Namun pengaturannya bisa dilakukan secara manual jika itu adalah kebutuhan. Dengan cara ini, tujuannya akan terpenuhi tanpa mengorbankan perlindungan over-flux. Sekarang, kita melihat betapa pentingnya mencegah trafo trip dari over-fluxing.

Aji Fitriyan Hidayat

Skill Comes From Within Yourself, Not Other Or Family, So Be Enthusiastic For Yourself.

Share this post