## ANALISIS PROTEKSI GANGGUAN ARUS LEBIH PADA
TRANSFORMATOR DAYA DI PT. PUPUK SRIWIDJAJA (PERSERO)

## PALEMBANG
RADEN AHMAD YANI [1] , DIAN EKA PUTRA [2]
(ray_azhari@yahoo.co.id)
1,2 Dosen Tetap Yayasan pada Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Palembang

## ABSTRAK
Kesinambungan  pelayanan  beban  dan  energi  listrik  dari  suatu  pembangkit  tenaga  listrik kepada konsumen tidak terlepas dari adanya gangguan eksternal adalah gangguan yang bersumber dari luar pembangkit seperti gangguan satu fasa ke tanah, gangguan tiga fasa  ke tanah, gangguan fasa ke fasa, baik pada terminal maupun pada sisi transmisi atau distribusinya. Sedangkan gangguan internal adalah gangguan yang bersumber dari dalam pembangkit itu sendiri seperti terjadinya hubung singkat antara belitan pada fasa yang sama, antara belitan fasa yang berbeda, atau antara belitan ke tanah.
Pada arus gangguan karena hubung singkat pada transformator memiliki perhitungan dari sisi tegangan  primer  dan  sisi  tegangan  sekunder.  Transformator  adalah  alat  listrik  yang  dapat memindahkan  dan  mengubah  energi  listrik  dari  satu  atau  lebih  rangkaian  listrik  ke  rangkaian  listrik lain berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik.
Pengaman  atau  proteksi  untuk  transformator  tenaga  pada  gardu  distribusi  PT.  Pupuk Sriwidjaja (Persero) Palembang harus memiliki keandalan yang baik, agar peralatan proteksi tersebut dapat  melindungi  transformator  tenaga  dari  gangguan-gangguan  yang  mungkin  terjadi.  Salah  satu proteksi  yang  digunakan  pada  transformator  daya  adalah  rele  arus  lebih  (OCR).  Proteksi  arus  lebih adalah perlindungan sistem dan peralatan dari arus yang melebihi arus nominalnya. Berdasarkan hasil perhitungan pengaturan ( setting ) rele arus lebih transformator konstanta setting arus untuk sisi primer ialah 0,5 dan untuk sisi sekunder 1,2.
Kata kunci : Gangguan Relay, Relay Arus Lebih, Proteksi Arus Lebih, Transformator.

## 1. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang [1],[2]
Alat  proteksi  pada  sistem  tenaga  listrik  merupakan  yang  penting  di  bidang  ketenagalistrikan seperti  pada  PT.  Pupuk  Sriwidjaja  (Persero)  Palembang.  Sistem  ketenagalistrikan  akan  bekerja  tidak normal  atau  tidak  seimbang  apabila  mengalami  suatu  gangguan  yang  terjadi  diluar  sistem  tenaga listrik.
Gangguan-gangguan  yang  terjadi  dapat  merusak  bagian  dari  sistem  seperti  generator, transformator  tenaga  dan  peralatan  lainnya.  Suatu  bagian  sistem  tenaga  listrik  yang  mengalami kerusakan akibat gangguan merupakan suatu kerugian, baik dari sisi penyediaan tenaga listrik maupun dari konsumen.
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 elektromagnetik.
Pengamanan  atau  proteksi  untuk  transformator  tenaga  pada  gardu  distribusi  PT.  Pupuk Sriwidjaja (Persero) Palembang harus memiliki keandalan yang baik, agar peralatan proteksi tersebut dapat  melindungi  transformator  tenaga  dari  gangguan-gangguan  yang  mungkin  terjadi.  Salah  satu proteksi yang digunakan pada transformator daya adalah rele arus lebih (OCR).

## 1.2.  Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Menganalisis gangguan eksternal yang terjadi pada transformator tenaga akibat arus lebih.
2. Mengenal dan mengetahui cara kerja dan sistem proteksi terhadap transformator.

## 1.3.  Manfaat Penelitian
Dari Penelitian yang dilakukan diharapkan PT. Pupuk Sriwidjaja (Persero) Palembang dapat mengetahui  keandalan  dari  pada  sistem  proteksi  terhadap  transformator  pada  Gardu  Distribusi  PT. Pupuk  Sriwidjaja  (Persero)  Palembang,  serta  peralatan  proteksi  tenaga  diharapkan  dapat  menunjang keseimbangan tersedianya energi listrik.

## 1.4.  Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian  yang  dilakukan  adalah  tentang  p engamanan  atau  proteksi  untuk  transformator tenaga  pada  gardu  distribusi  PT.  Pupuk  Sriwidjaja  (Persero)  Palembang,  selain  itu  juga penelitian dilakukan pada peralatan-peralatan proteksi yang ada di gardu distribusi resebut.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1. Transformator Daya [2],[4],[5]
Transformator  daya  adalah  merupakan  suatu  peralatan  listrik  yang  berfungsi  untuk menyalurkan  tenaga  /  daya  listrik  arus  bolak-balik  dari  tegangan  rendah  ke  tegangan  tinggi  atau sebaliknya  pada  frekuensi  konstan,  berdasarkan  prinsip  elektromagnetis.  Penggunaan  transformator dalam  sistem  tenaga  dapat  di  sesuaikan  tegangannya  sesuai  dengan  keperluannya.  Dalam  bidang tenaga listrik pemakaian transformator dikelompokkan menjadi;
a. Transformator daya
b. Transformator distribusi
c. Transformator pengukuran

## Gambar : Transformator daya
Transformator daya terdiri dari beberapa bagian :
1. Inti  Besi,  berfungsi  untuk  mempermudah  jalan  fluksi  yang  di  timbulkan  oleh  arus  listrik  yang melalui  kumparan.  Bahan  inti  terbuat  dari  lempengan-lempengan  besi  tipis  yang  berisolasi  untuk mengurangi panas.
2. Minyak  Trafo,  sebagian  transformator  Tenaga  kumparan-kumparan  dan  intinya  di  rendam  dalam minyak transformator terutama transformator-transformator tenaga yang berkapasitas besar, karena minyak  trafo  mempunyai  sifat  sebagai  media  pemindah  panas  (disirkulasi)  dan  bersifat  pula
sebagai  isolasi  (daya  tegangan  tembus  tinggi),  sehingga  minyak  transformator  tersebut  berfungsi sebagai media pendingin dari isolasi.
3. Bushing,  hubungan antara kumparan  transformator  ke jaringan  luar  melalui  sebuah  bushing  yaitu sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator yang sekaligus berfungsi sebagai penyekat antara konduktor tersebut dengan tangki transformator.
4. Tangki  Minyak,  pada  umumnya  bagian-bagian  dari  transformator  yang  terendam  minyak  trafo berada (di tempatkan) dalam tangki, untuk menampung pemuaian minyak transformator.
5. Kumparan Trafo, beberapa lilitan kawat yang berisolasi membentuk kumparan-kumparan tersebut di  isolasi  baik  terhadap  inti  besi  maupun  terhadap  kumparan  lain  dengan  isolasi  padat  seperti karton,  pertinax  dan  lain-lain.  Umumnya  pada  transformator  terdapat  kumparan  primer  dan sekunder.  Bila  kumparan  primer  dihubungkan  dengan  tegangan  /  arus  bolak-balik  maka  pada kumparan  tesebut  akan  timbul  fluksi.  Fluksi  ini  akan  menginduksikan  tegangan  dan  bila  pada kumparan  sekunder  di  hubungkan  pada  beban  maka  akan  menghasilkan  arus  pada  kumparan  ini. Jadi kumparan merupakan sebagai alat transformasi tegangan dan arus.

## Hubungan Belitan Pada Transformator Daya
1. Hubungan Bintang (Yy)
Pada  hubungan  bintang  tiga  ujung  bersamaan  dari  ketiga  kumparan  di  hubungkan  pada  satu titik  bintang.  Simbol  untuk  sisi  tegangan  tingginya  adalah  Y  dengan  huruf  besar  (kapital),  dan untuk sisi tegangan rendahnya adalah y dengan huruf kecil.

## Gambar : Lilitan transformator hubungan bintang
2. Hubungan segitiga (Dd)
Dalam  hubungan  segitiga  tiap  ujung  kumparan  di  sambung  pada  ujung  kumparannya,  sehingga terbentuk  semacam  segi  tiga  (Δ).  Simbol  D  untuk  sisi  tegangan  tinggi  dan  simbol  d  untuk  sisi tegangan rendah.

## Gambar : Lilitan Transformator hubungan segitiga

## Transformator Ideal
Pada  transformator  ideal  tidak  ada  arus  yang  mengalir  pada  kumparan  primer  jika  tidak  ada beban  terhubung  pada  sisi  sekunder.  Ketika  suatu  beban  terhubung  pada  sisi  sekunder  maka  akan mengalir arus kumparan sekunder demikian pula pada kumparan primer. Tegangan induksi baik pada sisi  primer  maupun  sisi  sekunder  adalah  sebanding  dengan  jumlah  lilitan  masing-masing kumparannya. Secara matematis dapat ditulis dalam rumus :
dengan V = tegangan (Volt) N = jumlah lilitan kumparan Indeks p dan s adalah menyatakan sisi primer dan sekunder
Gambar : Diagram fasor untuk transformator satu fasa dalam kondisi tanpa beban
Keterangan gambar : V 1 = tegangan terminal sisi primer (Volt) E 1 = tegangan induksi sisi primer (Volt) E 2 = tegangan induksi sisi sekunder (Volt) I o = arus primer tanpa beban (Ampere) I o R 1 = tegangan jatuh sisi primer (Volt) I c = arus rugi inti sisi primer (Amper) I m = arus magnetisasi sisi primer (Ampere)
m = fluks magnetik maksimum (Weber) Cos o = faktor daya tanpa beban

## 2.2. Rele Proteksi Pada Transformator

## A. Pengertian Rele Proteksi
Pengertian rele  proteksi  secara  umum  adalah suatu  rele  yang  di  gunakan  untuk mengamankan peralatan-peralatan listrik terhadap kondisi abnormal (adanya gangguan). Rele proteksi adalah sebuah alat  yang  bekerja  secara  otomatis  untuk  mengatur  atau  menghubungkan  suatu  rangkaian  listrik (rangkaian  trip  atau  alarm)  akibat  adanya  perubahan  rangkaian  yang  lain.  Istilah  rele  paling  sering dipakai pada rangkaian listrik, oleh karena itu sering disebut juga dengan rele listrik.

## B. Pembagian lokasi Rele
Menurut pembagian lokasi pengaman rele proteksi dibagi atas dua kelompok yaitu :
1. Rele proteksi pembangkit
2. Rele proteksi jala-jala atau distribusi
C. Bentuk Rele Proteksi
Ada  dua  bentuk  rele  proteksi  yang  pokok  yaitu  elektromagnetik  dan  semi  konduktor  ( solid state ).  Untuk  tujuan-tujuan  khusus  misalnya  proteksi  over  load  di  gunakan  suatu  proteksi  termal bimetal.  Bentuk-bentuk  dasar  tipe  elektromagnetik  antara  lain  piringan  induksi,  mangkok  industri, armatur  berengsel  dan  aksi  plunger.  Armatur  berengsel  dan  tipe  plunger  adalah  tipe  yang  paling sederhana dan bersandar pada penarikan armatur atau plunger akibat suatu gaya elektromagnetik yang dapat di aliri tegangan AC dan DC.
D. Fungsi Rele dan Peranan Rele Proteksi
Adapun keuntungan penggunaan rele proteksi adalah :
1. Rele-rele  digunakan  untuk  memutuskan  suplay  pada  suatu  bagian  power  sistem  yang  mengalami gangguan  atau  operasi  tidak  normal.  Jadi  dapat  dikatakan  bahwa  rele  memberikan  signal
memberikan  signal  pada  circuit  breaker  untuk  segera  trip  atau  mengisolasikan  bagian  yang terganggu.
2. Rele  dapat  menunjukkan  indikasi  tipe  gangguan  yang  terjadi,  lokasi  gangguan  sehingga  dapat membantu untuk mencari gangguan dan mempermudah perbaikan.

## 3. METODE PENELITIAN
3.1. Proteksi Gangguan Pada Transformator [2],[3]
Gangguan Internal
Gangguan internal ini dapat di bagi dalam dua kelompok gangguan, yaitu :
 Gangguan permulaan ( incipient fault )
 Gangguan permulaan yang berkembang ( through fault )

## Gangguan Eksternal
 Gangguan Arus Lebih Karena Hubung Singkat ( Short Circuit )
 Gangguan Arus Lebih Karena Beban Lebih ( Overload )

## 3.2. Proteksi Transformator Terhadap Gangguan Arus Lebih
Pada prinsipnya, skema sistem rele proteksi dapat digolongkan menjadi dua jenis, yaitu :
- Sistem rele proteksi utama atau proteksi umum
- Sistem rele proteksi cadangan

## Rele Arus Lebih
Rele  arus  lebih  merupakan  alat  proteksi  transformator  tenaga  yang  peka  terhadap  perubhan- perubahan arus listrik yang mengalir. Bilamana besar arus gangguan melampaui batas arus yang telah disetel  pada  rele  arus  lebih,  maka  rele  tersebut  akan  bertindak  memberi  tanda  bahaya  atau menggerakkan pemutus daya ( circuit breaker ).

## Prinsip Kerja Rele Arus Lebih
Prinsipnya, rele arus lebih ini bekerja berdasarkan asas electromagnet, dimana sebuah cakram berputar dan dapat memutuskan kontak penghubung. Rele arus lebih ini terdapat dua komponen yang dapat diatur, yaitu :
- Kumparan kerja ( trip coil )
- Kumparan penahan ( restraint coil )

## Karakteristik Beberapa Rele Arus Lebih
Adapun karakteristik rele arus lebih adalah : a. Definite time
b. Inverse Definite Minimum Time (IDMT)
c. Very Inverse
d. Extremly Inverse

## 4. PERHITUNGAN DAN ANALISA

## 4.1. Analisis Proteksi Arus Lebih Pada Transformator [3]

## Data Sistem Proteksi
Sistem  proteksi  yang  digunakan  untuk  melindungi  transformator  adalah  rele  gangguan  fasa berupa rele arcs lebih atau OCR (Over Current Relay) dengan spesifikasi : - Pada sisi tegangan tinggi/sisi primer
I n = 5 A  I setting = O,5. In rasio transformasi trafo arus = 400/5 A - Pada sisi tegangan rendah/sisi sekunder
I„ = 5 A   I setting = 0,8 In rasio transformasi trafo arus = 5000/5 A

## Diagram Hubungan Transformator

## Gambar 4.1. Line Diagram Transformator

## Gambar : Line Diagram Transformator

## 4.2. Perhitungan Arus Lebih karena Hubung Singkat
Tabel : Besar arus gangguan karena hubung singkat Pada transformator No. ID TR#55 di PT. Pupuk Sriwidjaja (Persero) Palembang
Sisi Tegangan Arus Gangguan (kA) 1 Fasa ke Tanah Fasa ke Fasa 3 Fasa 13,8 kV 0,14 0,82 0,95 0,48 kV 3,94 23,68 27,33 4.3.   Analisis Setting Rele Arus Lebih
a) Sisi tegangan tinggi atau sisi primer Arus nominal : I n = √ = √ = 52,30 A Arus setting : Berdasarkan persamaan (3.5) Isc min = arus hubung singkat minimum, dipilih1,1 berarti I S rele =41,09x 400 x I n = 0,5.I n ≈0,5. 1 n
b) Sisi tegangan rendah atau sisi sekunder Arus Nominal : I n = √ = √ = 1505,52 A Arus Setting : Berdasarkan persamaan (3.5) Isc min = arus hubung singkat minimum, dipilih 1,1
KSF = K d = faktor keamanan, dipilih 1,4
I S = I n I S = x 1503,52 = 1181,34
berarti I s rele =1181,34 x x I n = 1,18.In ≈1,2. I n
Tabel : Perbandingan arus setting rele (I s ) terpasang dengan hasil perhitungan
Sisi Tegangan Setting Arus Rele (Is) Terpasang Hasil Perhitungan 13,8 kV 0,5 . I n 0,5 . I n 0,48 kV 0,8. I n 1,2. I n
Hasil perhitungan setting rele sebesar 0,5. I n sama dengan setting rele yang terpasang yaitu 0,5 . I n Ini  artinya  bahwa  perhitungan  setting  rele  arus  lebih  pada  sisi  primer  oleh  PT.  Pupuk  Sriwidjaja (Persero)  tidak  memperhitungkan  koordinasi  rele  dengan  bagian  /  peralatan  lain.  Ketika  terjadi gangguan arus lebih karena hubung singkat pada sisi primer maka rele arus lebih pada transformator langsung  bekerja  (trip)  karena  rele  arus  lebih  (OCR)  yang  digunakan  dari  jenis definite  time .  Rele lainnya  pada  bagian  /  peralatan  lain  yang  juga  terkena  gangguan  akan  bekerja  sesuai  setting  waktu yang ditentukan pada rele tersebut, tidak bergantung dari bekerja atau tidaknya rele arus lebih ini.
Adapun  waktu  kerja  maksimum  rele  arus  lebih  pada  transformator  ini  dapat  diketahui  melalui persamaan berikut:
t =
Untuk nilai capability transformator TR#55 adalah sebesar 20. Kapabilitas transformator adalah kemampuan transformator bekerja dengan arus tak normal sebelum terjadinya kerusakan (misal karena hubung singkat, beban lebih, inrush, dan sebagainya).
 Untuk gangguan satu fasa ke tanah
I f (pu) = 2,62 pu
t = 7,63 detik
 Untuk gangguan dua fasa ke tanah
I f (pu) = 2,62 pu
t = = 1,27 detik
 Untuk gangguan fasa ke fasa
I f (pu) = 15,75 pu
t = = 1,10 detik
Angka-angka waktu tersebut diatas adalah nilai waktu maksimum (paling lambat) rele arus lebih harus bekerja sebelum terjadi kerusakan pada transformator. Misal untuk gangguan dua fasa ke tanah, rele  arus  lebih  harus  “melepas”  transformator  selambat-lambatnya  1,27  detik.  Bila  rele  diset melebihi  waktu  tersebut  sudah  dipastikan  transformator  akan  rusak  akibat  arus  lebih  bila  terjadi gangguan dua fasa ke tanah.
Apabila terjadi gangguan hubung singkat pada sisi beban maka rele arus lebih atau OCR ( Over Current  Relay )  pada  sisi  sekunder  transformator  akan  merasakan  adanya  gangguan.  Sebagian  arus gangguan  akan  mengalir  melalui  peralatan  pentanahan,  dalam  hat  ini  untuk  TR#55  berupa  elektroda batang  (pentanahan  langsung  /  solid).  Arus  gangguan  lain  yang  terdeteksi  oleh  OCR,  bila  sudah memenuhi arus pick-up rele, maka rele tersebut akan kontak.
Jika  rele  OCR  gagal  mendeteksi  arus  gangguan,  maka  rele  pada  peralatan  lain  akan  kontak. Namun  waktu  kontak  rele  lain  harus  lebih  rendah  atau  sekuran-kurangnya  sama  dengan  kapabilitas transformator  TR#55.  Bila  lebih  besar  dari  nilai  waktu  perhitungan  kapabilitas,  sudah  dipastikan transformator akan mengalami kerusakan.
Jadi penentuan urutan dan setting rele harus dikoordinasikan dengan rele lain atau peralatan lain dalam sistem.

## 5. PENUTUP
Hasil  perhitungan  dan  analisis  yang  dilakukan  terhadap  gangguan  arus  lebih  karena  hubung singkat pada transformator distribusi TR#55 di PT. Pupuk Sriwidjaja (Persero) unit P1B dapat diambil beberapa kesimpulan, yaitu :
1. Berdasarkan  hasil  perhitungan,  arus  gangguan  karena  hubung  singkat  pada  transformator TR#55 sebagai berikut :
a. Sisi tegangan tinggi atau sisi primer 13,8 kV
- Gangguan satu fasa ke tanah 0,14 kA
- Gangguan fasa ke fasa 0,82 kA
- Gangguan tiga fasa 0,95 kA
b. Sisi tegangan rendah atau sisi sekunder 0,48 kV
- Gangguan satu fasa ke tanah 3,94 kA
- Gangguan fasa ke fasa 23,68 kA
- Gangguan tiga fasa 27,33 kA
2. Berdasarkan  hasil  perhitungan,  transformator  TR#55  memiliki  ketahanan  terhadap  kondisi kerja tak normal sebelum terjadinya kerusakan sebagai berikut :
- Untuk gangguan satu fasa ke tanah, paling lama 7,63 detik
- Untuk gangguan fasa ke fasa, paling lambat 1,27 detik
- Untuk gangguan tiga fasa, paling lama 1,10 detik
3. Berdasarkan  hasil  perhitungan  dan  analisa,  pengaturan  ( setting )  rele  arus  lebih  transformator TR#55 diatur sebagai berikut :
a. Waktu operasi ( time dial ) 1,1 detik
b. Konstanta setting arus : 0,5 untuk sisi primer dan 1,2 untuk sisi sekunder
4. Perbedaan setting rele  menurut  perhitungan  dengan  yang  terpasang  terjadi  karena  adanya koordinasi proteksi dengan rele-rele di bagian / peralatan lain

## DAFTAR PUSTAKA
[1].  Anderson, P.M. 1999. Power System Protection . New York : IEEE Press.
[2].  Cekdin, Cekmas. 2007. Sistem Tenaga Listrik , Penerbit ANDI, Yogyakarta.
[3].  Rosidi,  Kurnia,  2010. Pengaruh  Pengetanahan  Sistem  pada  Koordinasi  Rele  Pengaman  PT. Pupuk  Sriwidjaja  Palembang .  Teknik  Sistem  Tenaga  Jurusan  Teknik  Elektro  Institut  Teknologi Surabaya, Indonesia.
[4].  Hadha Alamajibuwono, 2012. http://www.elektro.undip.ac.id/el_kpta/wpcontent/uploads/2012/05/L2F007034MKP.pdf .
[5].  http://eprints.polsri.ac.id/1675/2/BAB%20I.pdf