PENERAPAN

## RELE DIFFERENSIAL
DI TRANSFORMATOR 30 MVA

## Irine Kartika F
Dosen Tetap Yayasan pada program studi teknik elektro Fakultas teknik universitas PGRI Palembang e-mail : irinekartika1@gmail.com

## ABSTRAK
Alat  proteksi  pada  STL  (Sistem  Tenaga  Listrik)  merupakan  bagian  yang  penting  di  bidang ketenagalistrikan.Gardu  Induk  merupakan  tempat  pusat  pengatur  kebutuhan  pembebanan.  Di  Kota Palembang  terdapat  banyak  tempat  yang  berkembang  pesat  namun  penyediaan  fasilitas  energi listriknya tidak seimbang, sehingga fasilitas energi listrik yang ada tidak memadai dari segi kuantitas maupun  kualitas.  Pada  tulisan  ini,  penulis  akan  membahas  mengenai  penerepan  rele  differensial dimana  dalam  hal  ini  akan  dibahas  mengenai  penentuan  lokasi,  ukuran,  dan  juga  transformator  30 mva.  Pembahasan  akan  mengkaji  lebih  lanjut  mengenai  kajian  kelayakan  operasi  dari  penggunaan transformator pada daerah yang diteliti. Fungsi proteksi adalah untuk melokalisir gangguan jadi hanya daerah  yang  terganggu  saja  yang  dibebaskan  dari  rangkaian  tenaga  listrik  dan  juga  harus mempertimbangkan tingkat keamanan terhadap peralatan, stabilitas tenaga listrik dan juga keamanan terhadap  manusia  Sistem  proteksi  harus  memenuhi  persyaratan  yaitu  Cepat,  Aman  /  Stabil,  Peka, Andal  dan  Selektip  sehingga  apabila  terjadi  gangguan  maka  proteksi  akan  bekerja  sesuai  dengan fungsinya  sebagai  pengaman.  ini  merupakan  perhitungan  dan  analisis  penyetelan  koordinasi  rele proteksi  transformator  30  MVA  di  gardu  induk  70  kV,  sehingga  dari  hasil  perhitungan  dan  setting yang benar diharapkan apabila terjadi gangguan rele proteksi akan bekerja dengan baik sesuai dengan fungsi proteksi sebagai pengaman. dilaksanakan.

## Kata kunci : rele differensial, impedansi, setting rele

## PENDAHULUAN
Alat  proteksi  pada  STL  (Sistem  Tenaga  Listrik)  merupakan  bagian  yang  penting  di  bidang ketenagalistrikan.  Gardu  Induk  berfungsi  sebagai  pusat  proteksi  peralatan-peralatan  STL  (Sistem Tenaga Listrik) dan sebagai pusat proses penormalan terhadap gangguan-gangguan yang ada. Apabila tidak  ada  sistem  proteksi  maka  kelangsungan  STL  tidak  selalu  tersedia.  Sebelum  sistem  proteksi  di implementasikan,  diperlukan  perhitungan  dan  analisis  agar  setting  rele  dapat  diketahui  supaya  rele dapat  bekerja  secara  baik.  Apabila  nantinya  terjadi  gangguan,  sebagai  contoh overload atau  beban lebih, hubung singkat antara fasa dengan fasa, hubung singkat antara fasa dengan tanah maka sistem proteksi  akan  bekerja  sesuai  fungsinya  sebagai  pengaman,  sehingga  stabilitas  tenaga  listrik  akan berlangsung.  Untuk  menghindari  kejadian  gangguan  tersebut  dan  juga  untuk  mencegah  kerusakan transformator 30 MVA maka perlu dilakukan koordinasi proteksi, baik sisi penyulang 20 KV dan sisi 150 KV.Berdasarkan uraian di atas maka bagaimana Transformator 30 MVA yang baru dipasang dan beroperasi sehingga perlu dipasang relay utama dan back up Electric Yaitu Relay differensial.

## TINJAUAN PUSTAKA Relay Differensial
Salah  satu  komponen  yang  sangat  penting  peranannya  dalam  sistem  tenaga  listrik  adalah transformator  tenaga.  Transformator  tenaga  ini  berfungsi  untuk  mengubah  besaran  teganga,  dengan menggunakan  transformator  tenaga,  penyaluran  energi  dapat  luas  jangkauannya  sehingga  Untuk menjaga  transformator  tenaga  dari  gangguan  diperlukan  pengaman.  Salah  satu  pengaman transformator tenaga adalah relay differensial. pada penempatan pembangkitan tidak harus berdekatan dengan beban (Jetri,2007).
Relay differensial digunakan pada peralatan yang secara fisik mempunyai batas daerah proteksi relatif  dekat  disekitar  peralatan  tersebut.  Jadi  relay  ini  biasanya  digunakan  pada  peralatan  seperti  :
transformator, rel dan generator. Biasanya digunakan untuk memproteksi perlatan terhadap gangguan hubung singkat antar fase, maupun fase dengan tanah.
Relay  differensial  digunakan  untuk  mengamankan  generator  dari  kerusakan  akibat  adanya gangguan  internal  pada  kumparan  stator.  Dua  unit  transformator  arus  (CT)  masing-masing  dipasang pada  kedua  sisi  kumparan  generator,  Sekunder  CT  terhubung  bintang  yang  ujung-ujungnya dihubungkan  melalui  kawat-kawat  pilot.  Pada  kondisi  normal  dan  tidak  ada  gangguan  internal, besarnya arus kedua sisi kumparan sama, sehingga arus yang mengalir pada sisi-sisi sekunder CT juga sama. Hal ini menyebabkan tidak ada arus yang mengalir pada relay. Pada saat terjadi gangguan pada kumparan  generator,  mungkin  fase  dengan  fase  atau  fase  dengan  ground,  maka  arus  yang  mengalir pada kedua sisi kumparan akan berbeda, sehingga ada arus yang  mengalir pada relay. Relay bekerja menarik  kontak  sehingga  kumparan  triping  mendapat  tenaga  dari  catudaya  searah  yang  selanjutnya akan menarik kontak pemutus tenaga untuk memutuskan hubungan generator dengan sistem.
Relay  differensial  merupakan  suatu  relay  yang  prinsip  kerjanya  berdasarkan  kesimbangan (balance), yang membandingkan arus-arus sekunder transformator arus (CT) terpasang pada terminal- terminal peralatan atau instalasi listrik yang diamankan.  Penggunaan relay differensial sebagai relay pengaman, antara lain pada generator, transformator daya, bus bar, dan saluran transmisi.
Relay  differensial  digunakan  sebagai  pengaman  utama  (main  protection)  pada  transformator daya  yang  berguna  untuk  mengamankan  belitan  transformator  bila  terjadi  suatu  gangguan.  Relay  ini sangat selektif dan sistem  kerjanya sangat cepat. Prinsip Kerja Dari Relay Differensial Sebagaimana disebutkan  diatas,  Relay  differensial  adalah  suatu  alat  proteksi  yang  sangat  cepat  bekerjanya  dan sangat  selektif  berdasarkan  keseimbangan  (balance)  yaitu  perbandingan  arus  yang  mengalir  pada kedua sisi trafo daya melalui suatu perantara yaitu trafo arus (CT).
Dalam  kondisi  normal,  arus  mengalir  melalui  peralatan  listrik  yang  diamankan  (generator, transformator  dan  lain-lainnya).  Arus-arus  sekunder  transformator  arus,  yaitu  I 1 dan  I 2 bersikulasi melalui jalur IA. Jika relay pengaman dipasang antara terminal 1 dan 2, maka dalam kondisi normal tidak akan ada arus yang mengalir melaluinya.

## Rele differensial dalam keadan arus normal
Gambar 1.menunjukkan rele differensial dalam keadaan arus normal, dimana I p dan I s sama besar dan berlawanan arah.
Gambar 1 Rele Differensial Saat Arus Normal
I d = I p + I s = 0 Ampere Idif = I P + I S = 0 Ampere
Maka  tidak  ada  tegangan  yang  melintasi coil  rele dan  tidak  ada  arus  yang  mengalir  pada  rele tersebut, sehingga rele differensial tidak bekerja

## Gangguan Diluar Daerah yang Dilindungi
Pada  gangguan  diluar  (eksternal)  daerah  proteksi  rele  differensial  (diluar  kedua transformator arus), rele differensial  tidak akan bekerja, karena I p  dan I s  sama  besar dan berlawanan arah

## TRANSFORMATOR
30 MVA
( Id = Ip + Is = 0 Ampere , Idif = I P + I S = 0 Ampere ), Id = Ip + Is > 0 Ampere Idif = I P + I S > 0 Ampere
Seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 2.
Gambar 2. Rele Differensial Saat Gangguan Eksternal

## Gangguan Didalam Daerah yang Dilindungi
Untuk  gangguan  didalam  (internal)  daerah  proteksi  rele  differensial  (diantara  kedua transformator arus), I p dan I s searah
a. Gangguan internal
1. Terjadi busur api (arc).
2. Gangguan pada system pendingin
3. Arus sirkulasi pada transformator
b.   Gangguan External
1.External short circuit
2.Overload
Karena arus akan menuju titik gangguan, sehingga rele differensial akan bekerja, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Rele Differensial Saat Gangguan Internal
TRANSFORMATOR 30MVA
30 MVA
Pada  saat  ada  arus  yang  mengalir  lewat  rele,  maka  rele akan  mengirim  sinyal  pada lock  out rele. Sinyal ini akan diteruskan  ke C/S dan memerintahkannya untuk lock out  sehingga  aliran energi listrik terputus, maka transformator tenaga yang diamankan bebas dari pengaruh gangguan yang ada.

## Prinsip Kerja Relay Differensial
Sebagaimana disebutkan diatas, Relay differensial adalah suatu alat proteksi yang sangat cepat bekerjanya  dan  sangat  selektif  berdasarkan  keseimbangan  ( balance )  yaitu  perbandingan  arus  yang mengalir  pada  kedua  sisi  trafo  daya.Dalam  kondisi  normal,  arus  mengalir  melalui  peralatan  listrik yang  diamankan  (generator,  transformator  dan  lain-lainnya).  Arus-arus  sekunder  transformator  arus, yaitu  I1  dan  I2  bersikulasi  melalui  jalur  IA.  Jika  relay  pengaman  dipasang  antara  terminal  1  dan  2, maka dalam kondisi normal tidak akan ada arus yang mengalir melaluinya. Dapat dilihat pada gambar dibawah ini :

## Gambar 4 Pengawatan Dasar Relay Differensial
Jika  terjadi  gangguan  diluar  peralatan  listrik  peralatan  listrik  yang  diamankan  ( external  fault ),  maka arus  yang  mengalir  akan  bertambah  besar,  akan  tetapi  sirkulasinya  akan  tetap  sama  dengan  pada kondisi  normal,  sehingga  relay  pengaman  tidak  akan  bekerja  untuk  gangguan  luar  tersebut.  Jika gangguan  terjadi  didalam  ( internal  fault ),  maka  arah  sirkulasi  arus  disalah  satu  sisi  akan  terbalik, menyebabkan keseimbangan pada kondisi normal terganggu, akibatnya arus ID akan mengalir melalui relay pengaman dari terminal 1 menuju ke terminal 2. Selama arus-arus sekunder transformator arus sama  besar,  maka  tidak  akan  ada  arus  yang  mengalir  melalui  kumparan  kerja  ( operating  coil )  relay pengaman, tetapi setiap gangguan (antar fasa atau ke tanah) yang mengakibatkan sistem keseimbangan terganggu,  akan  menyebabkan  arus  mengalir  melalui Operating  Coil relay  pengaman,  maka  relai pengaman  akan  bekerja  dan  memberikan  perintah  putus  ( tripping )  kepada circuit  breaker (CB) sehingga peralatan atau instalasi listrik yang terganggu dapat diisolir dari sistem tenaga listrik. Seperti gambar dibawah ini :

## Gambar 5 Sistem Pengaman Relay Differensial

## METODE PENELITIAN
Survei literatur dilakukan untuk meninjau kembali sistem proteksi pada transformator tenaga 30 MVA. Sistem proteksi ini merupakan bagian yang sangat penting dalam suatu instalasi tenaga listrik, selain  untuk  melindungi  peralatan  utama  bila  terjadi  gangguan  hubung  singkat.  Sistem  proteksi juga
harus  dapat  meminimalisir  daerah  yang  terganggu  dan  memisahkan  daerah  yang  tidak  tergangggu, sehingga gangguan tidak meluas dan terhindar dari kerugian yang ditimbulkan.
Gambar 6 Single line transformator15 MVA

## Gangguan Hubung singkat satu fase ketanah
Gangguan hubung singkat satu fasa ketanah merupakan gangguan yang sering terjadi.
…………………………………………………..(1)
Dimana : Vf = tegangan
= impedansi urutan positif
= impedansi urutan negatif
= impedansi urutan nol
Untuk menentukan tegangan dalam satuan per unit sebagai berikut :
……………………………………… .(2) Untuk menentukan sebagai berikut : …………………………………………..…(3)
Dimana : daya dasar
tegangan dasar

## Impedansi transformator
Impedansi transformator dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :
= ……………………………………………… (4) = …………………….…………..……..(5) (p.u)            = ………………………………………..……..(6) = 3 x …………………………………………………...……...(7)
Dimana : Z    = impedansi transformator %
= impedansi urutan positif (ohm)
= impedansi urutan negative (ohm) KV = tegangan dasar (KV) = impedansi dasar (OHM)

## Relay Differensial
Relay  differensial  adalah  salah  satu  rele  pengaman  utama  sistem  tenaga  listrik  yang  bekerja seketika tanpa koordinasi rele disekitarnya sehingga waktu kerja dapat dibuat secepat mungkin.
Daerah  pengamanannya  dibatasi  oleh  pasangan  transformator  arus  dimana  rele  differensial dipasang sehingga  rele  differensial  tidak  dapat  dijadikan  sebagai  pengaman cadangan untuk  daerah berikutnya. Proteksi rele differensial bekerja dengan prinsip keseimbangan arus (current balance) .
Prinsip ini berdasarkan hukum kirchhoff yaitu membandingkan jumlah arus masuk ke primer ( Ip ) sama dengan jumlah arus yang keluar dari sekunder ( I S).
…………………………………….(8)
Dimana:
Id = Arus Differensial (A)
Ip = Arus Sisi Masuk (A)
Is = Arus Sisi Keluar (A)

## Setting Rele Differensial
Untuk menghitung arus setting rele differensial dapat menggunakan persamaan :
Dimana :
arus setting arus restain
Slope didapat dengan membagi antara komponen arus diferensial dengan arus penahan restain. Slope 1 untuk  arus  gangguan  internal  gangguan  internal  25  %  dan  slope  2  untuk  arus  gangguan  eksternal 100%

## Arus penahan (restrain)
Arus penahan (restrain) didapat dari arus maksimal komponen arus sekunder perfasa dibelitan dan belitan
Untuk menghitung arus penahan (restrain) ketika terjadi gangguan sebagai berikut : ……………………………………………….(9)
Dimana :

## Arus primer   (A)

## = arus sekunder  (A)
Untuk menghitung arus differensial (operasi) dapat menggunakan persamaan sebagai berikut : ………………………………………………(10)
Dimana :
= arus differensial (A)
= arus primer (A)
= arus sekunder (A)

## HASIL DAN PEMBAHASAN Data relay differensial
Tabel 1. Data relay differensial dan relay OCR DAERAH PROTEKSI RASIO CT/PT RELAY SPESIFIKASI SETELAN TRAFO II 30 MVA CT 70 KV : DIFF DIFF 70/20 KV 150-300 / 5 A MERK : SE IS1 = 0.2 PU TYPE  : MICOM P642 K1 = 30 % S.N : 36145958/01/12 IS2 = 7 PU YNYNO CT 20 KV 1000-2000/5 A REF 20 IS1 = 20 A IS2 = 400 A K1 = 20 % OCR P                 51 1 > = 285 A MERK : SE t  > = 0,365 SI TYPE  : MICOM 141 I0 > = 51 A S.N : 36145924/01/12 to > = 1 SI PT. Incoming 20 KV OCR S                 51 Is > = 960 A 20 / 01 / 01 KV MERK : SE t > = 0.25 SI 3/3/3 TYPE  : MICOM P141 I >> = 3500 A S.N : 36186036/10/12 t >> = 400 Ms Io > = 100 A to > = 0.23 SI Io >> = - A Tabel 2.  Data Transformator Tegangan 70 KV Sisi Primer 400 A Sisi Sekunder 5 A Perhitungan 400:5 Tabel 3. Data Proteksi Rele Differensial Type Schenider Merk MiCOM ACT Ttad

## Perhitungan Impedansi Transformator
Perhitungan Arus gangguan hubung singkat 1 fasa ke tanah
Untuk menghitung besarannya arus gangguan satu fasa ketanah sebagai berikut:
Jadi besarnya arus gangguan satu fasa ke tanah
Perhitungan Arus Primer Dan Arus Sekunder Id = Ip + Is Dimana:
Id = Arus Differensial (A) Ip = Arus Sisi Masuk (A) Is = Arus Sisi Keluar (A)
a. Menentukan Ip menggunakan persamaan 3.1 yaitu.
Maka,
b. Menentukan Is menggunakan persamaan 3.1 yaitu.
Maka,

## Perhitungan Arus Penahan  (resatain)
Perhitungan Setting Rele Differensial pada Transformator 3.2 Yaitu
Jadi, Tetapan PLN tambahkan 20 untuk Slope dari 5,2% menjadi 25%
Jadi setting differensial sebesar 1,30 Ampere
Untuk menghitung arus differensial dapat menggunakan persamaan sebagai berikut : Jadi, Id yang diketahui
Jadi, Id adalah 0,31 A
Untuk gangguan internal pada transformator yaitu membandingkan antara arus setting rele differensial set) dengan arus differensial  d), berdasarkan hasil perhitungan pada gangguan internal transformator adalah Iset < Id, maka rele differensial trip. Id = 1,786 A Iset = 0,223 A
Berdasarkan  hasil  perhitungan  di  atas  ,maka  didapat  setting  relay  differensial  sebesar  1,30  A dengan  setelan  arus  yang  digunakan  0,45  sampai  0,9  A.  dan  besarnya  kapasitas  transformator  arus yang  akan  dipasang  pada  sisi  primer  dan  sisi  sekunder  dari  transformator  daya.  Untuk  sisi  tegangan primer arus nominal (In) dalam perhitungan adalah sebesar
dan berdasarkan setandar yang telah ditentukan besarnya kapasitas transformator arus yang mendekati adalah , jadi
nilai  Arus sisi masuk (Ip)  8,25.  untuk  sisi  tegangan  sekunder  arus  nominal  (In)  dalam  perhitungan adalah  sebesar dan  berdasarkan  standar  yang  telah  ditentukan  besarnya  kapasitas transformator arus  yang  mendekati
adalah  900  A, jadi  nilai  Arus Sisi keluar (Is)  sebesar 4,34 sedangkan nilai arus differensial (Id) yang di dapat  adalah 0,31 A dan nilai slope sebesar menjadi 26 %.

## KESIMPULAN
Setelah di ambil perhitungan dan hasil pembahasan,maka dapat di simpulkan bahwa :
1. Reaktansi  transformator  daya  sebesar  0,119  p.u,  impendansi  urutan  positif  dan  negative  sebesar 0,0186 p.u, impedansi urutan nol sebesar 1,488 p.u, arus nominal primer 4,99,03 A, arus nominal sekunder sebesar 307,92 A arus gangguan satu fasa ketanah sisi primer dan sisi sekunder sebesar 17,32 A dan 34,98 A
2. hasil  perhitungan  setting  relay  differensial,  di  dapat  perbandingan  antara  perhitungan  dengan standar  setelan  arus  dari  hasil  perhitungan  setting  relay  differensial  sebesar  1,30  A,  hasil perhitungan proteksi arus dan waktu gangguan pada Transformator 30 MVA  menunjukan bahwa terdapat perbedaan arus dan waktu antara gangguan yang diasumsikan pada keadaan  110% 125% dan 150% pada keadaan 110% arusnya ialah 3049,42 ampere.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Jetri,    Studi  Penyetelan  Rele  Differensial  Pada  Transformator  PT.Petron  Pacific  Indonesia, downlood.portalgaruda.org/article.php?….STUDI%PENYETELA…,diakses  November 2016
2. Pandjaitan  Bonar,  Praktik  –praktik  Proteksi  Sistem  Tenaga  Listrik, Yogyakarta.  Penerbit  Andi, 2012
3. Sarimun  N.  Wahyudi,  Proteksi  Sistem  Distribusi  Tenaga  Listrik,  Depok,  Garamond,  edisi pertama, April 2006
4. Stevenson,jr William D, Analisis Sistem Tenaga Listrik , Jakarta, Erlangga, 1983.