## ANALISIS PROTEKSI TRANSFORMATOR DAYA GARDU INDUK PT. BUKIT ASAM (Persero) Tbk TANJUNG ENIM
Surya Darma [1] , RM Edi Suherman [2] , Obie Juliandra [3]
suryadarma.st.mt@gmail.com/redisuherman67@gmail.com/obiejuliandra@gmail.com
Dosen Tetap Prodi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Palembang 1&2
Alumni Prodi Teknik Elektro Universitas Palembang 3

## ABSTRAK
Sistem  proteksi  pada  transformator  daya  terhadap  gangguan  internal  dan  eksternal  di  Gardu  Induk Muara Bungo, dimana suatu transformator daya merupakan peralatan kelistrikan yang sangat penting dalam  sistem  penyaluran  daya  listrik  kepada  konsumen  dan  dapat  bekerja  secara  terus-menerus. Mengingat  pentingnya  fungsi  dari  transformator  daya  tersebut  maka,  transformator  daya  harus dilengkapi  dengan  proteksi  yang  sebaik-baiknya  agar  kemungkinan  kerusakan  pada  transformator daya yang diakibatkan oleh gangguan-gangguan dapat dihindarkan dan dikurangi sampai pada tingkat yang  sekecil  mungkin.  Data  penunjang  dalam  penelitian  ini  didapat  dari  buku-buku  referensi,  serta melakukan  observasi  langsung  kelapangan  dimana  penelititan  ini  dilakukan.  Pada  akhir  penelitian, berdasarkan pada hasil analisa dan pembahasan disimpulkan bahwa terdapat sedikit perbedaan antara setting  yang  terpasang  dan  setting  hasil  perhitungan  pada  proteksi  transformator  daya  terhadap gangguan  internal  dan  eksteral,  tetapi  perbedaan  ini  masih  dalam  batas  yang  diizinkan  dan  tidak melebihi setting terpasang maka tidak perlu dilakukan perlu dilakukan perubahan setting.

## Kata Kunci : Transformator, Proteksi, Relay

## 1. PENDAHULUAN

## 1.1. Latar Belakang
Transformator daya merupakan salah satu peralatan listrik yang sangat penting dalam sistem penyaluran  daya  listrik  kepada  konsumen  dan  diharapkan  dapat  bekerja  secara  terus-menerus.  Saat beroperasi kadang kala transformator ini mengalami berbagai gangguan yang dapat berasal dari dalam maupun  dari  luar  Gangguan-gangguan  yang  terjadi  dapat  mengurangi  kontinuitas  penyaluran  daya listrik dan dapat merusak transformator itu sendiri, oleh karena itu perlu adanya pengaman yang baik dan memenuhi persyaratan untuk menanggulangi gangguan yang akan timbul.
Mengingat  pentingnya  fungsi  dari  transformator  daya  tersebut,  maka  transformator  daya  harus dilengkapi  dengan  proteksi  yang  sebaik-baiknya  agar  kerusakan  dapat  dihindarkan  dan  dikurangi sampai  pada  tingkat  yang  sekecil  mungkin.  Peralatan  proteksi  transformator  daya  harus  memiliki keandalan  yang  baik,  agar  peralatan  proteksi  tersebut  mampu  untuk  melindungi  transformator  daya dari  gangguan-gangguan  yang  mungkin  timbul.  Untuk  mencapai  tujuan  tersebut  dalam  studi  ini terlebih  dahulu  akan  dibahas  gangguan-gangguan  yang  terjadi  pada  transformator  daya  yakni gangguan yang berasal dari dalam dan gangguan yang berasal dari luar  lalu membahas proteksi yang digunakan untuk menanggulangi gangguan-gangguan tersebut.

## 1.2. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah menganalisa gangguan yang terjadi pada transformator daya dan  sis  kerja  peralatan  proteksi  transformator  daya  dalam  hal  ini  sudah  sampai  sejauh  mana  suatu peralatan  proteksi  tersebut  mampu  memberikan  suatu  perlindungan  pada  transformator  daya  dari gangguan-gangguan yang terjadi.

## 1.3. Manfaat Penelitian
Dengan  melakukan  penelitian  ini  diharapkan,  hasil  dari  penelitian  dapat  dijadikan  bahan informasi untuk mengetahui proteksi transformator daya Gardu Induk PT. Bukit Asam (Persero) Tbk Tanjung Enim. Dan sebagai bahan untuk mengembangkan ilmu serta pengetahuan yang telah didapati khususnya pada proteksi transformator daya.

## 1.4. Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini dilakukan pada peralatan proteksi yang digunakan pada Gardu Induk agar dapat memberikan  perlindungan  yang  baik  pada  transformator  daya  dari  gangguan-gangguan  yang  akan terjadi, sedangkan peralatan proteksi yang dipakai adalah Rele differensial dan Rele arus lebih.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1. Umum
Transformator  daya  merupakan  peralatan  listrik  yang  ada  di  gardu  induk  yang  berfungsi untuk  memindahkan  daya  listrik  dari  satu  rangkaian  ke  rangkaian  lainnya  dengan  menggunakan prinsip  elektromagnetik.  Pada  prinsipnya  transformator  daya  tiga  fasa  sama  dengan  transformator daya satu fasa, perbedaannya adalah seperti perbedaan sistem listrik satu fasa dengan listrik tiga fasa, yaitu mengenal sistem bintang (Y) dan segitiga (Δ). Transformator daya tiga fasa ini dikembangkan dengan alasan ekonomis, biaya lebih murah karena bahan yang digunakan lebih sedikit dibandingkan dengan  tiga  buah  transformator  satu  fasa  dengan  jumlah  daya  yang  sama  dengan  satu  buah transformator daya tiga fasa.

## 2.2. Konstruksi transformator daya biasanya terdiri atas bagian-bagian sebagai berikut
1. Inti atau teras ( core ) yang dilaminasi
2. Dua buah kumparan, yaitu kumparan primer dan sekunder
3. Tangki
4. Terminal
5. Bis kabel (bushing)
Berdasarkan letak kumparan terhadap inti, transformator daya terdiri dari dua macam konstruksi, yaitu :
a. Transformator Jenis Inti
Dimana kumparan atau lilitan transformator mengelilingi inti, sedangkan konstruksi dari inti transformator jenis ini umumnya berbentuk huruf L atau huruf U.
- Konstruksi  (peletakan)  kumparan  pada  praktiknya  diatur  saling  berhimpitan  antara kumparan primer dan kumparan sekunder.
- Kumparan  tegangan  tinggi  diletakkan  di  sebelah  luar  karena  pertimbangan    isolasi tegangan  tinggi  lebih  kompleks  mengatasinya  dan  lebih  sering  terkena  gangguan dibanding dengan tegangan rendah, sehingga jika terjadi kerusakan lebih mudah membuka kumparan tersebut.
b. Transformator Jenis Cangkang
Pada  transformator  jenis  ini  kumparan  atau  belitan  transformator  dikelilingi  oleh  inti, sedangkan konstruksi intinya umumnya berbentuk huruf E, huruf I atau huruf F.

## 2.3. Jenis-Jenis Hubungan Belitan Transformator Daya
Didalam  pelaksanaannya,  tiga  buah  lilitan  fasa  pada  sisi  primer  dan  sisi  sekunder  dapat dihubungkan  dalam  bermacam-macam  hubungan,  seperti  bintang  dan  segitiga,  dengan  kombinasi             , , , .

## 3. METODOLOGI PENELITIAN
Dalam penelitian ini menggunakan metodologi sebagai berikut :
1. Observasi  secara  langsung  kelapangan  guna  mengetahui  tempat  akan  dilakukannya  penelitian sehingga  dapat  menentukan  dan  langkah  langkah  yang  akan  dilakukan  pada  saat penelitian,wawancara  langsung  dengan  para  steak  holder  pemangku  kebijakan,karyawan  dan
karyawati yang terkait langsung dalam penelitian ini sehingga dapat memudahkan memperoleh data data yang diperlukan untuk bahan penelitian.
2. Studi Literatur dimana kita melakukan dan membaca Refrenci buku buku yang ada baik buku cetak maupun buku buku diktat sebagai refrenci pengoperasian alat alat yang ada dengan data data yang sudah tersedia dilapangan,refrenci dari internet sehingga dapat diolah untuk dijadikan objeck penelitian serta dikombinasikan dengan data yang dapat secara langsung tempat object penelitian untuk nantinya selesai penelitian ini dibahas dan dianalisis untuk di publikasikan.

## 4. HASIL ANALISIS DAN PEMBAHASAN

## 4.1. Pembahasan Secara Umum
Pada gardu induk  terdapat empat buah transformator daya yaitu :
1. Transformator  daya  10  MVA  70/20  kV.  Transformator  ini  mempunyai  empat  buah penyulang Kemampuan memikul bebannya 288 Ampere, karena kapasitas yang ditransfer dari dua penyulang ini sudah mendekati nilai maksimum.
2. Transfomator  daya  5  MVA  70/12  kV.  Transformator  ini  mempunyai  3  buah  penyulang penyulang  pemakaian  sendiri  (PS)  Kemampuan  memikul  bebannya  251  Ampere. Transformator  ini  tidak  beroperasi  (tidak  aktif)  dikarenakan  Transformator  distribusi  12 kV sulit untuk diproduksi. Penyulang dipindahkan pada transformator tiga.
3. Transformator  daya  10  MVA  70/12  kV.  Transformator  inimempunyai  empat  buah penyulang Kemampuan memikul bebannya adalah 502 Ampere.
4. Transformator daya 10 MVA 70/20 kV. Transformator ini mempunyai 5 buah penyulang penyulang yang beroperasi kemampuan memikul bebannya adalah sebesar 288 Ampere.

## 4.2.  Data Peralatan Terpasang Transformator Daya
a. Data Transformator Daya
Merek : Hyundai Kapasitas daya : 10 MVA Jumlah Phasa : 3 Phasa Frekuensi : 50 Hz Tegangan primer : 70 kV Tegangan Sekunder : 20 kV Pendinginan : Onaf Hubungan belitan : Yyn0

## b. DataTransformatorArus
a) Transformator Arus sisi primer tegangan 70 kVPerbandingan transformator arus  : 150 / 5
Sisi primer : 150 A Sisisekunder : 5 A b) Transformator Arus sisi sekunder tegangan 20 kVPerbandingan transformator arus 400 / 5 Sisi primer : 400 A Sisi sekunder : 5 A c. Data Proteksi 1.. Data ReleDifferensial Tipe : MBCH 12 Merek : GEC Frekuensi : 50 Hz 2.Data ReleArusLebih Tipe : MCGG 52 Merek : GEC Frekuensi : 50 Hz
1.Arus Nominal (In) Transformator daya sisi primer tegangan 70 kV
In = 3 . kV MVA = 3 . 70 10 kV MVA = 732 , 1 . 70 000 . 10 kV kV = 24 ,
121 000 . 10 kV = 82,481 A
2. Arus Nominal (In) Transformator daya sisi sekunder tegangan 20 kV
In = 3 . kV MVA = 3 . 20 10 kV MVA = 732 , 1 . 20 000 . 10 kV kV = 64 , 34 10000 = 288,68 A
Berdasarkan hasil perhitungan diatas, maka dapat ditentukan besarnya kapasitas transformator arus  yang  akan  dipasang  pada  sisi  primer  dan  sisi  sekunder  dari  transformator  daya.  Untuk  sisi tegangan  tinggi  (primer)  arus  nominal  (In)  dalam  perhitungan  adalah  sebesar  82,481  Ampere,  dan berdasarkan  standar  yang  telah  ditentukan  besarnya  kapasitas  transformator  arus  yang  mendekati 82,481 Ampere adalah 150 Ampere. Untuk sisi tegangan rendah (sekunder) arus nominal (In) dalam perhitungan adalah sebesar 288,68 Ampere, dan berdasarkan standar yang telah ditentukan besarnya kapasitas transformator arus yang mendekati 288,68 Ampere adalah 400 Ampere.
Sedangkan besarnya rating arus untuk sekunder transformator arus pada sisi tegangan tinggi dan sisi tegangan rendah adalah sebesar 5 Ampere. Maka, besarnya arus pada transformator arus yang menuju rele adalah sebagai berikut :

##  Arus yang masuk ke rele pada sisi primer tegangan 70 kV
Iprimer = 150 5 . 481 , 82 = 150 405 , 412 = 2,749 Ampere
 Arus yang masuk ke rele pada sisi sekunder tegangan 20 kV
Isekunder  = 400 5 . 68 , 288 = 400 4 , 1443 = 3,6085 Ampere

## 4.3. Perhitungan Impedansi BocorTransformato Daya
X (p.u) = X %
       
        rating rating rating base kV kV MVA MVA = 9,45 %           kV kV MVA MVA 70 70 10 10 = 0,0945 ohm

## 4.4. Perhitungan Impedansi Transformator
Z 1T =   Z 2T =   Z 1 . d d S V 2 = 9,45 %  . 10 20 2 = 0,0945 . 10 400 = 3,78 ohm
Impedansi transformator  urutan positif dan urutan negatif tersebut selanjutnya diubah dengan menggunakan persamaan 3.9.
Z 1T (p.u) =   MVA 10 70 20 . 70 78 , 3 2 = j 0,0945 ohm
Untukimpedansiurutannoldapatmenggunakanpersamaan 2.10. sehinggadidapathasilsebagaiberikut : Z 0T =  10 . Z IT =  10 .  0,0945  = j 0,945 p.u
4.5. Perhitungan Arus Gangguan Hubung Singkat Internal
 Arus Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa
I f  3 Φ =
1 Z Vf = 0945 , 0 1 =  10,582 A
I f  3 Φ (70 kV) = I f  3 Φ . I n (70 kV) = 10,582 . 82,481 = 872,81 Ampere
I f  3 Φ (20 kV) = I f  3 Φ . I n (20 kV) = 10,582 . 288,68 = 3054,81 Ampere
 ArusGangguanHubungSingkat 2 Fasa
I f 2 Φ = 2 1 Z Z Vf  = 0945 , 0 0945 , 0 1  =  5,291 Ampere
I f  2 Φ (70 kV)    =  I f 2 Φ .  I n (70 kV) = 5,29182,481 =  436,40 Ampere I f 2 Φ (20 kV) =  I f  2 Φ .  I n (20 kV) =  5,21288,68=  1527,40 Ampere

## 4.6. PerhitunganArusGangguanHubungSingkatEksternal
1. ArusGangguanHubungSingkat 1 fasaKetanah
I hs 1 Φ - t = 0 2 1 . 3 Z Z Z Vf   = 945 , 0 0945 , 0 0945 , 0 1 3 j j j    =
134 , 1 3 j = 3,207 % < 20,70Ampere.
I hs 1 Φ - t (70 kV)  =  I hs 1 Φ - t . I base (70 kV) =  3,20782,481=  264,51 Ampere I hs 1 Φ- t (20 KV) =  I hs 1 Φ - t .  I base (20 kV) = 3,207.288,68 =  925,79 Ampere
2.  Arus Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa Ketanah
I hs 2Φ – t =
) ( / . 0 2 0 2 1 Z Z Z Z Z V   = ) 945 , 0 0945 , 0 ( / 945 , 0 . 0945 , 0 0945 , 0 0 , 1 j j j j j   = 090 , 0 0 , 1 j =  1,478 < 47,46 Ampere
I hs 2Φ - t (70 kV)  =  I hs  . I base (70 kV)  =  1,478 . 82,481  = 121,90 Ampere I hs 2Φ - t (20 kV)   =   I hs   . I base (20 kV) =  1,478  .  288,68 = 426,66 Ampere
3.  Arus Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa Ketanah
I hs 3 Φ – t = 1 Z V = 0945 , 0 1
=  1,0044 < 5,39 ° Ampere
I hs 3 Φ – t (70 kV) =  I hs  . I base (70 kV) =  1,0044  .  82,481=  82,84 Ampere I hs 3 Φ – t (20 kV) =  I hs  . I base (20 kV) = 1,0044 288,68 =  289,95 Ampere

## 4.7. Hasil Pemeriksaan Dan Analisa Masalah
Pengamandifferensialpadaumumnyaterdiridari  :Transformatorarus,  transformatorarus  Bantu, kabel-kabelpenghubung, danreledifferensialdalamkeadaantidakadakesalahn-kesalahn.
 Ratio TransformasiTransformatorArus
Dari perhitungan arus nominal di dapat :
I n primer =  82,481 Ampere I n sekunder     =  288,68 Ampere
Dari  hasil  tersebut  maka  pemilihan  standar  arus  pada  sisi  primer  transformatror  arus  harus diambil sedekat mungkin dengan harga arus nominal transformator tersebut agar keseimbangan arus yang disebabkan perbandingan transformasi menjadi sedekat mungkin.
Pemilihan  transformator  arus  sisi  primer  tegangan  70  kV  sebesar  150  Ampere  sudah merupakan  harga  arus  yang  paling  mendekati  harga  standar.  Sedangkan  transformator  arus  sisi sekunder  tegangan  20  kV  sebesar  400  Ampere  juga  sangat  baik  dan  mendekati  standar  yang ditetapkan. Pemilihan ratio 150/5 dan 400/5 sudah memenuhi persyaratan yang diizinkan.

## 4.8. Perhitungan Setting Rele Arus Lebih
Setting Waktu Kerja Rele Arus Lebih Pada Sisi Primer 70 kV
Dalam perhitungan setting waktu kerja rele arus lebih, diambil arus gangguan hubung singkat yang terbesar yaitu gangguan hubung singkat 3 fasa. Arus gangguan yang terjadi pada sisi primer 70 kV adalah sebesar 872,81 Ampere. Maka arus gangguan yang masuk ke rele adalah :
I f = 150 81 , 872 . 5 =  29,09 Ampere
Karena rele arus lebih dengan arus nominal sebesar 5 Ampere maka didapat setting arusnya sebagai berikut :
I fr = 5 09 , 29 =  5,818 Ampere
Dari hasilinidapatdipilih setting arusyaitu 6 ampere, maka :
= 6 09 , 29 =  4,848 Ampere TMS = 150 848 , 4 . 5 =  0,1616 s
Dengan demikian didapat setting kerja rele arus lebih (OCR) pada sisi primer adalah : I sett =  5,818 t =  0,1616 S

## Setting Waktu Kerja Rele Arus Lebih Pada Sisi Sekunder 20 kV
Arus gangguan yang terjadi pada sisi sekunder 20 kV adalah sebesar 3054,81 Ampere. Maka, arusgangguan yang masukkeReleadalah :
I f = 400 81 , 3054 . 5 =  38,185 Ampere
Karena  rele  arus  lebih  dengan  nominal  arus  sebesar  5  Ampere  maka  didapat  hasil  arusnya sebagai berikut :
I fr = 5 185 , 38 =  7,637 Ampere
Dari hasil ini dapat dipilih setting arus yaitu 8 Ampere, maka :
= 8 185 , 38 = 4,773 Ampere TMS = 400 773 , 4 . 5 =  0,059 s
Dengan demikian didapat setting kerja rele arus lebih (OCR) adalah : Isett =  7,637 Ampere t =  0,059 s

## 5. PENUTUP
1. Berdasarkan hasil perhitungan, besar arus nominal (In) pada transformator daya dengan kapasitas 10 MVA adalah arus nominal pada sisi primer 70 kV sebesar 82,481 Ampere dan arus nominal pada sisi sekunder 20 kV sebesar 288,68 Ampere
2. Berdasarkan  hasil  perhitungan,  arus  yang  masuk  menuju  ke  rele  pada  sisi  primer  70  kV  adalah sebesar  2,749  Ampere  dan  arus  yang  masuk  menuju  ke  rele  pada  sisi  sekunder  20  KkV  adalah sebesar 3,6085 Ampere.
3. Peralatan  proteksi  yang  digunakan  untuk  melindungi  transformator  daya  harus  memenuhi persyaratan-persyaratan  suatu  rele  proteksi  seperti  selektifitas,  sensitifitas,  keandalan,  kecepatan
dan  ketepatan  kerja  untuk  melindungi  dan  mencegah  kerusakan  pada  transformator  daya  akibat adanya gangguan.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Analisis  Ketidakseimbangan  beban  akibat  gangguan  asimetris  terhadap  kerja  rele gangguan tanah di PT.PLN (PERSERO) Gardu induk Tanjung Enim.
[2]   Moh.  Dahlan.  Akibat  ketidakseimbangan  beban  terhadap  arus  netral  dan  losses  pada transformator. Fakultas Teknik Universitas Muria Kudus.
[3]   Pabla,A.S., Abdul Hadi. Ir.1991, Sistem distribusi daya listrik , Jakarta. Cetakan kedua penerbit Erlangga.
[4] Weddy.B.M.1978  Sistem  Tenaga  Listrik,    Edisi  ketiga  Penerbit  Aksara  Persada Indonesia
[5]   Djiteng Marsudi. Operasi Sistem Tenaga Listrik penerbit Graha Ilmu
[6]   Dr.Suyitno M.,M.Pd. Pembangkit Energi Listrik Penerbit Rineka Cipta
[7] Ir.Muslimin Marappung. Teknik Tenaga Listrik. Armico Bandung