TUGAS AKHIR ANALISIS PERHITUNGAN KAPASITAS PEMUTUS TENAGA PADA SUATU INSTALASI TENAGA LISTRIK. Disusun Oleh : Nama : ACHMAD SURYADI NIM :

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR ANALISIS PERHITUNGAN KAPASITAS PEMUTUS TENAGA PADA SUATU INSTALASI TENAGA LISTRIK Disusun Oleh : Nama : ACHMAD SURYADI NIM : JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA 006

2 ABSTRAKSI Dalam perancangan sistem jaringan listrik suatu industri, maka yang harus diperhatikan adalah kemampuan peralatan. Kemampuan peralatan dalam kondisi beban penuh, maupun dalam kondisi ketika terjadi gangguan hubung singkat. Arus hubung singkat akan mengakibatkan terjadinya pelepasan energi dalam bentuk panas yang akan menyebabkan kerusakan pada peralatan. Metode perhitungan kapasitas pemutus tenaga akan menghasilkan alat proteksi yang baik, agar ketika terjadi hubung singkat maka tidak akan terjadi kerusakan pada sistem. Setiap instalasi memiliki sistem jaringan listrik yang sederhana maupun yang kompleks. Pada umumnya setiap instalasi akan mengambil daya listrik dari beberapa sumber yaitu sumber daya utama dan sumber daya cadangan (generator pabrik). Ini mengakibatkan peluang terjadinya gangguan semakin besar. Dengan menggunakan rumus-rumus dan memperhitungkan nilai resistansi dan reaktansi dari kabel serta nilai reaktansi dan rating peralatan. Kemudian menentukan besar arus hubung singkat tersebut, sehingga dapat ditentukan kapasitas alat pemutus tenaga yang akan dipasang. iii

3 KATA PENGANTAR Syukur Alhamdulillah saya panjatkan kepada Allah SWT yang telah memberikan rahmat-nya, terutama nikmat Islam, iman dan kesehatan. Sholawat dan salam semoga tercurahkan untuk nabi Muhammad SAW dan semoga mendapat syafa at untuk para pengikutnya yang selalu setia dalam memegang panji Islam sampai akhirat nanti. Penulis sangat bersyukur karena telah diberi kesehatan untuk selalu berupaya keras, berdo a dan tawakal kepada Allah SWT agar dapat menyelesaikan penulisan tugas akhir ini dengan baik. Pada kesempatan ini pula, penulis ingin menyampaikan rasa terimakasih kepada : 1. Bapak dan ibuku tercinta yang selalu memberikan dorongan baik moril maupun materil dan selalu berjuang dan pantang menyerah.. Untuk adik-adikku tercinta : Udin, Khulis, Rachma serta keponakanku yang imut : Rozi dan juga untuk mbak Dewi yang selalu memberikan semangat untuk menyelesaikan tugas akhir ini. 3. Kekasihku cintaku Rini Wahyuni yang telah menemani dan membantuku dalam penyelesaian tugas akhir ini. 4. Bapak Ir. Bambang Trisno, Msc, selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan saran dalam pembuatan tugas akhir ini. 5. Bapak Ir. Yudhi Gunardi, MT, selaku koordinator tugas akhir 6. Bapak Ir. Budi Yanto Husodo, Msc, selaku ketua jurusan teknik elektro. iv

4 7. Sahabatku : Abang Hendry Gf, Yophee, Wawan, Imam ST., Toto ST., Sigit ST., Billy, Adi Candra, Syarif, Jefri ST., Edwin serta rekan-rekan di MBMC yang telah memberikan banyak dorongan, semangat serta saran selama penulisan tugas akhir ini. 8. Teman-teman Jurusan Teknik Elektro khususnya angkatan dan semua rekan rekan mahasiswa elektro pada umumnya, terimakasih atas segalanya. Dan juga kepada semua pihak yang telah membantu, baik secara langsung maupun tidak langsung dalam pembuatan tugas akhir ini, saya ucapkan banyak terimakasih. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini mungkin masih terdapat banyak kekurangan, baik itu berupa penyusunan maupun penulisannya. Untuk itu penulis mengharapkan saran yang bersifat membangun guna menyempurnakan penulisan tugas akhir ini agar bisa lebih baik dan bermanfaat. Akhir kata, penulis berharap semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi pihak yang membutuhkannya. Jakarta, Juli 005 Penulis v

5 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL i LEMBAR PENGESAHAN. ii ABSTRAK iii KATA PENGANTAR iv DAFTAR ISI... vi DAFTAR GAMBAR.. viii DAFTAR TABEL... ix BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Penulisan Batasan Masalah Metodologi Penelitian Sistematika Penulisan.. 3 BAB II SISTEM PROTEKSI TERHADAP HUBUNG SINGKAT 5.1. Tujuan Sistem Proteksi 5.. Jenis-jenis Gangguan Akibat-akibat Dari Gangguan 6... Tingkat Arus Gangguan (Fault Level) 6.3. Peralatan Proteksi Terhadap Hubung Singkat Sekring Atau Pengaman Lebur (Fuse) Pemutus Tenaga (Circuit Breaker) Selektifitas Alat Pengaman Sumber Daya dan Beban Pada Instalasi Industri Sumber Daya Utama Sumber Daya Cadangan (Generator Set) Motor Sinkron Motor Induksi Mutu dan Kehandalan Instalasi Listrik 1 vi

6 BAB III METODA PERHITUNGAN ARUS HUBUNG SINGKAT PADA INSTALASI TENAGA LISTRIK Sumber-sumber dari Arus Gangguan Arus Hubung Singkat Pengertian-pengertian Arus Hubung Singkat Metoda Perhitungan Per Unit (PU) BAB IV PENENTUAN KAPASITAS PEMUTUS TENAGA Perhitungan Arus Hubung Singkat Per Unit Menentukan Nilai Hubung Singkat Pada Suatu Titik Menghitung Arus Hubung Singkat Pada Bus Menghitung Arus Hubung Singkat Pada Bus Menghitung Arus Hubung Singkat Pada Bus BAB V KESIMPULAN 53 DAFTAR PUSTAKA 55 LAMPIRAN vii

7 DAFTAR GAMBAR Gambar.1. Selektifitas alat pengaman 9 Gambar.. Diagram skematis pemutus tenaga. 11 Gambar.3. Penentuan arus puncak awal, arus pemutus dasar dan Prosentase komponen dc Gambar.4. Waktu pemutusan langsung Gambar 3.1. Gelombang arus hubung singkat simetris... 6 Gambar 3.. Penurunan arus hubung singkat simetris... 7 Gambar 3.3. Gelombang arus hubung singkat asimetris... 8 Gambar 3.4.a. Sekering pembatas arus Gambar 3.4.b. 1,5 Gelombang pemutus sirkuit Gambar 4.1. Diagram satu baris sebelum dihitung dengan metode per unit Gambar 4.. Diagram satu baris setelah dihitung dengan menggunakan metode per unit viii

8 DAFTAR TABEL Tabel 3.1. Tabel menentukan nilai dasar.. 33 Tabel 4.1. Rating pemutus tenaga pada lokasi hubung singkat ix

9 Pendahuluan BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Pada era globalisasi ini jumlah pemakai energi listrik semakin meningkat, energi listrik sudah menjadi tulang punggung kegiatan manusia baik itu untuk industri maupun kegiatan komersial. Dalam penggunaan energi listrik sering timbul bermacam-macam gangguan yang dapat membahayakan jiwa manusia, sistem jaringan dan peralatan-peralatan yang digunakan. Gangguan yang sering kali terjadi ialah gangguan hubung singkat yang disebabkan oleh beberapa faktor antara lain: Kesalahan manusia (human error) Kerusakan atau kesalahan dari peralatan pada sistem. Kesalahan akibat pengaruh dari luar banjir, cuaca buruk dan binatang. Kegagalan instalasi. Kesalahan dalam pemasangan. Gangguan hubung singkat ini menimbulkan arus hubung singkat awal yang mempunyai nilai yang tinggi, kemudian menurun sampai tercapai nilai tetapnya. Arus hubung singkat ini jika dibiarkan terus menerus akan merusak sistem serta peralatannya oleh karena itu harus cepat diisolir. Untuk mengisolir arus hubung singkat biasanya digunakan alat proteksi dan pada umumnya untuk memasang sebuah alat proteksi diperlukan nilai arus hubung singkat pada sebuah sistem sehingga dapat dipasang alat proteksi yang tepat. 1

10 1.. Tujuan Penulisan Pendahuluan Adapun tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah untuk menghitung kapasitas pemutus tenaga pada suatu instalasi tenaga listrik dengan menggunakan metode nilai per unit. Metode per unit ini adalah untuk menghitung arus hubung singkat pada satu atau beberapa titik tertentu melalui beberapa tingkat tegangan antara sumber dan titik gangguan Batasan Masalah Dalam penulisan tugas akhir ini yang akan dibahas adalah cara perhitungan arus hubung singkat pada suatu instalasi yang memiliki sumber jaringan listrik utama maupun sumber cadangan, transformator sebagai penghubung tenaga, beban-beban terpasang seperti motor induksi dan motor sinkron dan juga menghitung nilai per unitnya dari suatu penghantar. Nilai per unit didapat dengan mengacu pada daya semu dari sumber listrik umum (PLN) dan tegangan yang terpasang, kemudian ditentukan nilai hubung singkat pada titik-titik tertentu dengan menggunakan perhitungan impedansi seri dan paralel sehingga akan didapat nilai ekivalen impedansinya Metodologi Penelitian Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: Studi literatur, yang pada intinya dilakukan dengan cara studi pustaka yaitu berupa penelusuran dibeberapa perpustakaan akademis, perpustakaan non akademis (terutama di perpustakaan PLN-JKT) maupun pengumpulan bahan-bahan kuliah.

11 Pendahuluan Mengadakan kunjungan ke PT. Defarama Utama untuk mengambil datadata. Menganalisa bahan-bahan literatur yang terkait dengan tugas akhir ini. Melaporkan dan berkonsultasi dengan dosen pembimbing Sistematika Penulisan Agar memudahkan dalam Pembahasan masalah sekaligus memudahkan pembaca untuk memahami masalah yang dibahas pada tugas akhir ini, maka penulisan tugas akhir ini dibagi dalam beberapa bab yang terdiri dari: Bab I PENDAHULUAN Bab ini berisi latar belakang masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metodologi penelitian, sistematika penulisan. Bab II PROTEKSI TERHADAP HUBUNG SINGKAT Bab ini berisikan tujuan dari sistem proteksi, jenis-jenis alat proteksi terhadap hubung singkat dan prinsip kerjanya, kehandalan alat proteksi. Bab III METODE PENGHITUNGAN ARUS HUBUNG SINGKAT PADA INSTALASI TENAGA LISTRIK Bab ini berisikan metode perhitungan kapasitas pemutus tenaga yang akan menghasilkan suatu alat proteksi yang baik, agar ketika terjadi gangguan hubung singkat maka dengan cepat alat proteksi mengisolir sehinggga tidak menyebabkan kerusakan pada sistem. 3

12 Bab IV PENENTUAN KAPASITAS PEMUTUS TENAGA Pendahuluan Bab ini berisikan perhitungan dengan menggunakan metode per unit. Bab V KESIMPULAN Bab ini berisikan kesimpulan dari permasalahan diatas. 4

13 Sistem Proteksi Terhadap Hubung Singkat BAB II SISTEM PROTEKSI TERHADAP HUBUNG SINGKAT.1. Tujuan Sistem Proteksi Tujuan sistem proteksi tenaga listrik adalah mengamankan bagian jaringan yang terganggu dari sistem keseluruhan, sehingga sistem yang masih sehat tidak ikut terganggu. Gangguan-gangguan tersebut umumnya disebabkan oleh beban lebih dan hubung singkat. Gangguan ini umumnya merusak peralatan ditempat terjadinya gangguan dan juga dapat mengganggu kontinuitas penyaluran daya. Untuk mengatasi kesulitan ini, maka diperlukan adanya suatu pengamanan. Ada banyak situasi yang dapat mengganggu operasi normal dari sistem instalasi tenaga listrik, keadaan abnormal didalam suatu jaringan distribusi meliputi antara lain : Gangguan saluran Beban lebih (Overload) Gagalnya perlengkapan Campur tangan manusia dan hewan dengan sistem Gangguan saluran bisa disebabkan oleh kerusakan pada sistem isolasi. Pertumbuhan beban yang tidak terlihat sebelumnya merupakan sebab utama dari beban lebih, sedangkan gagalnya perlengkapan bisa disebabkan oleh adanya isolasi yang rusak, perencanaan yang tidak tepat atau pemakaian yang tidak tepat. 5

14 .. Jenis-jenis Gangguan Sistem Proteksi Terhadap Hubung Singkat Jenis-jenis gangguan yang terjadi tergantung dari sistem konfigurasi suatu instalasi. Pada sistem fasa tiga gangguan yang sering terjadi adalah gangguan fasa ketanah, fasa ke fasa dan dua fasa ke tanah. Sedangkan pada sistem satu fasa gangguan yang terjadi hanyalah gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah. Gangguan satu fasa ke tanah terjadi apabila ada satu penghantar yang terhubung ketanah atau terhubung dengan kawat netral yang ditanahkan, gangguan fasa ke fasa terjadi apabila ada dua penghantar terhubung pendek, sedangkan gangguan dua fasa ketanah terjadi apabila dua penghantar terhubung dengan tanah atau apabila dua penghantar terhubung dengan netral dari sistem fasa tiga yang ditanahkan...1. Akibat-akibat dari Gangguan Adapun akibat-akibat yang disebabkan dari gangguan adalah sebagai berikut: 1. Dapat merusak peralatan pada daerah terjadinya gangguan.. Dapat mengganggu stabilitas kerja. 3. Penurunan tegangan yang cukup besar yang dapat menyebabkan rendahnya mutu tenaga yang dikirimkan dan merintangi kerja normal dari peralatan. 4. Menginterupsi kontinuitas pelayanan daya ke beban, apabila gangguan tersebut dapat menyebabkan sampai terputusnya suatu sirkit.... Tingkat Arus Gangguan (Fault Level) Tingkat arus gangguan adalah suatu nilai yang menggambarkan besarnya arus gangguan disuatu tempat dalam sistem tenaga listrik untuk suatu kondisi tertentu. 6

15 Sistem Proteksi Terhadap Hubung Singkat Hal-hal yang mempengaruhi tingkat arus gangguan adalah: 1. Kapasitas unit pembangkit yang beroperasi.. Konfigurasi sistem. Untuk suatu titik tertentu dalam sebuah sistem tenaga listrik, tingkat arus gangguan dapat ditentukan dari perhitungan impedansi dari semua titik kearah titik yang dihitung. Berkaitan dengan naiknya tingkat arus gangguan maka yang perlu diperhatikan adalah kemampuan peralatan dalam menghadapi arus gangguan ini. Perubahan konfigurasi sistem juga mempengaruhi besar kecilnya tingkat arus gangguan, misalnya dengan dioperasikannya beban yang baru maka hal-hal demikian dapat mempengaruhi besar kecilnya tingkat arus gangguan tergantung kepada macam perubahan konfigurasi yang dilakukan dalam sistem. Secara periodik tingkat arus gangguan harus dihitung kembali, hasil perhitungan ini kemudian harus digunakan untuk peninjauan kembali penyetelan relai yang akan menggerakkan pemutus tenaga agar dapat mengatasi tingkat arus gangguan. Jika ditinjau dari segi kemampuan termisnya, kehandalan peralatan dalam menghadapi arus gangguan tersebut tergantung dari besarnya arus gangguan dan juga lamanya arus gangguan itu berlangsung. Hal ini berarti bahwa kemampuan peralatan sistem proteksi tersebut tergantung pada kecepatan relai bersama pemutus tenaga untuk membebaskan sistem dari gangguan. Dalam pemilihan suatu pemutus tenaga harus diperhatikan kemampuan dalam memutuskan arus gangguan bila terjadi gangguan disamping kemampuan termisnya. Perlu diingat juga bahwa kemampuan pemutus tenaga dalam memutus 7

16 Sistem Proteksi Terhadap Hubung Singkat arus gangguan sangat tergantung pada pemeliharaan atau perawatan dari pemutus tenaga tersebut. Dalam perkembangan teknologi akhir-akhir ini cenderung mengembangkan relai dan pemutus tenaga yang dapat bekerja lebih cepat. Untuk sebuah relai, para produsen pembuat peralatan proteksi banyak yang mengembangkan relai-relai solid state yang bekerja lebih cepat daripada relai eletromekanik, sedangkan untuk pemutus tenaga menggunakan gas SF6 dan pemutus tenaga hampa, pemutus tenaga dengan gas SF6 dan pemutus tenaga hampa tidak jauh berbeda dengan pemutus tenaga minyak atau pemutus tenaga dengan tekanan udara, perbedaannya hanya pada segi pemeliharaan yang lebih sederhana..3. Peralatan Proteksi Terhadap Hubung Singkat Sekring (fuse) dan pemutus tenaga (circuit breaker) merupakan peralatan proteksi terhadap hubung singkat yang pada umumnya sering digunakan. Pemakaian sekring dan pemutus tenaga atau gabungan keduanya ditujukan untuk mencapai proteksi yang selektif total atau parsial, untuk susunan sistem proteksi yang diinginkan ada dua selektifitas yang bisa digunakan yaitu: 1. Proteksi total. Yang dimaksud dengan proteksi total adalah apabila pemutus B bekerja maka pemutus A tidak bekerja sampai arus hubung singkat maksimum yang terjadi pada daerah proteksi B. 8

17 . Proteksi parsial. Sistem Proteksi Terhadap Hubung Singkat Yang dimaksud dengan proteksi parsial adalah apabila pemutus B bekerja maka pemutus A tidak bekerja tetapi tidak untuk daerah kerja B, jika ada daerah kerja B yang kelebihan beban dengan daerah kerja A, untuk daerah yang kelebihan beban bila pemutus B bekerja maka pemutus A juga akan bekerja. Untuk mendapatkan proteksi yang selektif maka yang harus diperhatikan adalah karakteristik dari peralatan proteksi tersebut. A B Gangguan Gambar.1 Selektifitas alat pengaman.3.1. Sekring atau Pengaman Lebur (Fuse) Sekring atau pengaman lebur merupakan alat proteksi yang paling sederhana. Pada prinsipnya alat ini terdiri atas rumah (housing), elemen lebur, terminal kontak dan isolator. Ada beberapa macam tipe sekring tapi yang banyak dijumpai adalah: Fuse biasa atau plug. N-H fuse Cartrige fuse (mini fuse) 9

18 Sistem Proteksi Terhadap Hubung Singkat Prinsip kerja sekring itu sendiri yaitu bila arus yang melalui sekring melebihi batas nominal maka akan terjadi penumpukan panas yang akan mampu melebur elemen lebur dari sekring, waktu kerja sekring berbanding terbalik terhadap arus. Keuntungan sekring tidak memerlukan perawatan khusus dan tidak peka terhadap kondisi lingkungan, sedangkan kerugiannyatidak dipakai berulang-ulang..3.. Pemutus Tenaga (Circuit Breaker) Pemutus tenaga (PMT) adalah suatu alat pemutus otomatis yang mampu memutus atau menutup rangkaian pada semua kondisi (kondisi saat gangguan maupun kondisi normal). Dalam pemilihan sebuah pemutus tenaga harus diketahui dahulu spesifikasinya, spesifikasi dari pemutus tenaga tersebut dibagi menjadi beberapa bagian, yaitu: a. Prinsip kerja pemutus tenaga. b. Rating pemutus tenaga. c. Karakteristik pemutus tenaga. d. Klasifikasi pemutus tenaga. Secara singkat tugas pokok dari pemutus tenaga adalah: Keadaan normal. Membuka atau menutup rangkaian listrik. keadaan tidak normal. Dengan dibantu relai, PMT dapat membuka sehingga gangguan dapat dihilangkan (fault clearing). 10

19 A. Prinsip Kerja Pemutus. Sistem Proteksi Terhadap Hubung Singkat Pada gambar. dapat dilihat diagram skematis dari pemutus tenaga yang terdiri dari kontak yang tetap dan kontak yang bergerak. Pada ujung kontak-gerak terdapat kontak geser yang dapat menggerakkan kontak-gerak baik secara manual maupun secara otomatis yang dibantu suatu peralatan mekanisme. Alat mekanik tersebut merupakan sebuah belitan kerja (operating coil) yang bekerja bila diberi energi dari sekunder trafo arus. Pada keadaan normal, ggl yang diinduksikan pada sekunder trafo arus tidak akan membuat belitan bekerja tetapi pada keadaan gangguan, arus cukup besar sehingga ggl induksinya mampu mengerjakan belitan bekerja. Dan ini menyebabkan peralatan mekanisnya bekerja yang selanjutnya pemutus tenaga membuka. Gambar. Diagram skematis pemutus tenaga (PMT) B. Rating Pemutus Tenaga Pemutus tenaga mempunyai beberapa kriteria pengenal dasar (rating) seperti yang diperlihatkan pada gambar.3, adapun rating pemutus tenaga adalah sebagai berikut: 11

20 Sistem Proteksi Terhadap Hubung Singkat 1. Arus pemutus dasar simetris (Symetrical breaking current) Dimana I ac adalah amplitudo komponen arus bolak-balik dan besarnya arus pemutus simetris adalah sama dengan harga efektif dari komponen arus bolak-balik = I ac. Arus pemutus dasar asimetris (Asymetrical breaking current) Arus pemutus I mc adalah nilai efektif arus total, dimana I mc terdiri dari komponen I ac dan I dc dasar asimetris pada saat EE (saat kontak terpisah) Gambar.3 Penentuan arus puncak awal, arus pemutus dasar dan prosentase komponen dc AA ' = selubung atau sampul gelombang arus BB' BX = garis nol normal CC = garis tengah antara AA dan BB DD = nilai komponen arus bolak-balik efektif pada setiap saat EE = saat kontak-kontak terpisah (saat terjadinya busur api) I mc = I s = arus puncak awal (making current) 1

21 3. Kapasitas pemutus dasar (Breaking capacity) Kapasitas pemutus ditentukan oleh: 3 (arus pemutus) x (tegangan dasar) Sistem Proteksi Terhadap Hubung Singkat karena nilai dari arus pemutus dasar ada dua, maka kapasitas pemutus dasar juga mempunyai dua harga, sesuai dengan arus pemutus dasarnya, yaitu: e. kapasitas pemutus dasar simetris f. kapasitas pemutus dasar asimetris jadi untuk kapasitas pemutus dasar simetris 3 x (arus pemutus dasar simetris) x (tegangan dasar) dan untuk kapasitas pemutus dasar asimetris 3 x (arus pemutus dasar asimetris) x (tegangan dasar) Satuan dari kapasitas pemutus tenaga adalah: MVA = 3 (ka) (kv) x 10 3 Dimana : Arus pemutus dasar dalam kilo-amper (ka) Tegangan dasar dalam kilo-volt (kv) 4. Kapasitas mula dasar (Making capacity) Kapasitas mula dasar ialah kemampuan dari pemutus tenaga yang dilalui arus puncak dasar (I mc, lihat gambar.) pada cycle pertama dari gelombang arus sewaktu terjadinya gangguan. Arus puncak dasar dari pemutus tenaga yang terjadi pada waktu gangguan merupakan nilai efektif total dari arus puncak pertama (termasuk komponen AC dan DC) dari gelombang arusnya. Persamaan kapasitas mula dasar pengenal adalah sebagai berikut: = 1,8 x x kapasitas pemutus dasar simetris =,5 x kapasitas pemutus dasar simetris 13

22 Sistem Proteksi Terhadap Hubung Singkat 5. Arus pengenal waktu-singkat (Short-time current rating) Besarnya arus yang mengalir dalam waktu singkat disebut arus waktu-singkat pada pemutus tenaga. Arus waktu singkat itu adalah nilai efektif dari kemampuan pemutus tenaga, keharusan dengan waktu tersebut berarti bahwa sebuah pemutus tenaga harus mampu dialiri arus yang besar dalam periode waktu singkat tertentu. Dalam keadaan normal, besarnya arus dinyatakan dalam kilo Amper (ka) dalam periode satu detik atau empat detik atau yang lebih dikenal dengan pengenal satu detik dan pengenal empat detik. Pengenal ini didasarkan pada batasan termisnya. Berdasarkan IEC publication 56-, third edition 1971, arus waktu-singkat tersebut terjadi selama satu detik dan bila diperlukan lebih dari satu detik disarankan tiga detik. C. Karakteristik Pemutus Tenaga Pemutus tenaga mempunyai beberapa karakteristik kerja yang antara lain adalah: 1. Pemutus dengan kelambatan waktu (Time delay tripping) Hal ini dimaksudkan untuk mencegah pemutusan yang salah terhadap arus lonjakan (in rush current) dan untuk melakukan pemutusan dengan cepat bila terjadi arus beban lebih (overload current). Pemutus dengan keterlambatan waktu dibagi menjadi dua bagian, yaitu: Kelambatan waktu lama. Kelambatan dengan waktu lama dimaksudkan untuk membedakan antara starting arus asut dan arus beban lebih. 14

23 Kelambatan waktu cepat. Sistem Proteksi Terhadap Hubung Singkat Kelambatan dengan waktu cepat dimaksudkan untuk koordinasi pemutus selektif terhadap rangkaian cabang dengan memberikan kelambatan kerja beberapa gelombang.. Pemutus langsung Pemutusan langsung dilakukan untuk mengisolir arus hubung singkat secepatnya. Total waktu pemutusan adalah total waktu awal terjadinya arus hubung singkat sampai pemutusan selesai. Macam-macam circuit breaker: Miniatur Circuit Breaker (MCB). Moulded Case Circuit Breaker (MCCB). Power Circuit Breaker (PCB). Air Circuit Breaker (ACB). Earth Load Circuit Breaker (ELCB). Remainder Current Circuit Breaker (RCCB). Hubung singkat terjadi Alat pemutus bekerja Kontak mulai membuka Pemutusan selesai Deteksi hubung singkat Kelambatan mekanis Peredaman bunga api Waktu pembukaan kontak Total waktu pemutusan Waktu deteksi hubung singkat pada umumnya berkisar antara sampai 5 milidetik. Gambar.4 Waktu pemutusan langsung 15

24 Sistem Proteksi Terhadap Hubung Singkat Karakteristik hubungan pada pemutusan langsung terletak pada kapasitas pemutusan (breaking capacity) dan kapasitas pemasukan (making capacity). Kapasitas pemutusan harus mampu melakukan pemutusan arus hubung singkat maksimum pada daerah proteksi sedangkan kapasitas pemasukan harus dapat menanggung arus transient pada saat pemasukan beban penuh. Besarnya kapasitas pemasukan atau pemutusan berhubungan dengan kecepatan dari pemutus, kemampuan meredam bunga api, titik kontak. Jadi dapat dikatakan bahwa pemutus tenaga mempunyai hubungan erat dengan bagan konstruksi mekaniknya. Berdasarkan kapasitas pemutus, sebuah pemutus tenaga dapat dikategorikan menjadi tiga bagian, yaitu: Kapasitas pemutusan rendah (Low breaking capacity) Kapasitas pemutusan normal (Standart breaking capacity) Kapasitas pemutusan tinggi (High breaking capacity) D. Klasifikasi Pemutus Tenaga Pemutus tenaga dapat diklasifikasikan menjadi tiga bagian, yaitu: 1. Pemutus tenaga minyak. Pemutus tenaga minyak dapat digolongkan menjadi dua bagian: Pemutus tenaga jenis tangki (bulk oil circuit breaker). Pemutus tenaga minyak volume kecil (low oil circuit breaker) yang bekerja dengan sedikit minyak.. Pemutus tenaga tanpa minyak Jenis-jenis pemutus tanpa minyak adalah sebagai berikut: 16

25 1) Pemutus tenaga udara. Sistem Proteksi Terhadap Hubung Singkat Cara kerja alat ini adalah dengan cara kontak-kontak dipisahkan dalam udara yang bertekanan biasa, demikian juga dengan busur apinya. Bila kontak-kontak dipisahkan akan terjadi busur api antara kontak-kontak tersebut, pemadaman busur api dilakukan dengan memperpanjang jarak busur api kemudian mendinginkan busur api dan membagi-bagikan busur api itu kedalam ruang-ruang yang terpisah satu sama lainnya. ) Pemutus tenaga semburan udara. Pemutus tenaga ini dilengkapi dengan kompresor udara bertekanan 18-0 kg/cm yang digunakan untuk memadamkan busur api, yaitu dengan cara menyemprotkan udara yang bertekanan tinggi pada busur api. Pemutus tenaga jenis ini hanya digunakan tegangan sampai dengan 400 kv dengan kapasitas pemutus mulai dari 7500 MVA keatas. 3) Pemutus tenaga gas SF6. Gas SF6 (Sulfur hexaffluorida) digunakan sebagai bahan pemadaman busur api menggantikan tekanan pada pemutus tenaga semburan udara. Pemutus ini banyak dipakai pada peralatan tegangan menengah. Keuntungan menggunakan gas SF6, yaitu: Tidak membahayakan manusia. Tidak dapat terbakar. Stabil sampai temperatur 500 C. Dielektrumnya,4 kali dari udara, 30 % lebih besar dari minyak. Pemadaman busur api lebih cepat. 17

26 4) Pemutus tenaga hampa udara. Sistem Proteksi Terhadap Hubung Singkat Kemajuan teknologi memungkinkan membuat ruang pemutusan hampa udara yang mampu melakukan lebih dari 100 kali memutuskan arus yang teraannya 5 ka atau kali operasi pada teraan arus 000 A. Karenanya pemutus ini banyak digunakan pada sistem distribusi, dimana pada sistem distribusi ini sering dilakukan opersi membuka atau menutup rangkaian dan juga pada industri yang menggunakan dapur listrik..4. Selektifitas Alat Pengaman Seperti yang telah dijelaskan diatas bahwa untuk susunan alat proteksi yang berurutan terdapat dua selektifitas yakni selektifitas total dan selektifitas parsial. Setelah kita mengetahui karakteristik suatu alat proteksi maka dapat dipilih selektifitas yang di inginkan. Dari gambar karakteristik gabungan, dapat disimpulkan bahwa proteksi selektif parsial menunjukkan ada daerah kerja yang saling tumpuk sedangkan proteksi selektif total menunjukkan daerah kerja terpisah. Selektifitas suatu pemutus dapat dicapai dengan dua cara, yaitu: 1. Seting arus magnetik (Magnetic trip current setting). Seting arus magnetik merupakan pengaturan selektifitas atas dasar karakteristik dari suatu alat pemutus rangkaian, hal ini dapat dicapai dengan: a. Mengatur seting arus beban lebih. b. Menggunakan pemutus rangkaian yang mempunyai perbedaan rating antara sisi suplai dan sisi beban. Makin besar perbedaannya maka selektifitasnya adalah total. c. Menggunakan pemutus rangkaian jenis pembatas arus. 18

27 Sistem Proteksi Terhadap Hubung Singkat d. Menggunakan pemutus rangkaian yang mempunyai karakteristik kelambatan waktu cepat.. Pengaturan dengan kelambatan waktu yang disengaja. Yang dimaksud dengan pengaturan dengan kelambatan waktu yang disengaja adalah dengan memasang alat kelambatan waktu, pemutus rangkaian harus mampu menahan kejutan panas dan dinamik selama kelambatan waktu. Pengaturan dengan kelambatan waktu yang disengaja memberikan selektifitas total..5. Sumber Daya dan Beban Pada Instalasi Industri Setiap instalasi memiliki sistem jaringan listrik yang sederhana maupun yang kompleks. Pada umumnya setiap instalasi akan mengambil daya listrik dari beberapa sumber yaitu: Sumber daya utama. Sumber daya cadangan (generator set). Ini akan mengakibatkan adanya peluang terjadinya gangguan yang cukup besar, besarnya arus gangguan tergantung dari sumber daya utama, generator, beban-beban seperti motor sinkron dan motor induksi Sumber Daya Utama Jaringan listrik modern merupakan sistem yang terkoneksi secara luas dan rumit, sistem ini terkoneksi mulai dari sumber pembangkit, saluran transmisi dan saluran distribusi sampai ke pelanggan. Saluran transmisi dan saluran distribusi serta trafo daya mempunyai impedansi sehingga dalam menghitung arus gangguan pada 19

28 Sistem Proteksi Terhadap Hubung Singkat suatu instalasi industri tidak hanya menganalisa jaringan lokalnya saja tetapi kontribusi sistem terkoneksi diatas harus dihitung juga. Sebelum melakukan perhitungan arus gangguan maka harus diketahui dahulu nilai arus hubung singkat pada jaringan sumber utama dan nilai impedansi sumbernya..5.. Sumber Daya Cadangan (Generator Set) Untuk menghitung arus hubung singkat yang disebabkan oleh generator diperlukan beberapa parameter seperti: Xd (reaktansi subtransien) yang menggambarkan besarnya arus gangguan pada siklus pertama sesudah terjadinya gangguan, Xd (reaktansi transien) yang menggambarkan besarnya arus gangguan pada rentang 1 atau detik sesudah terjadinya gangguan, Xd (reaktansi sinkron) yang menggambarkan aliran arus sesudah kondisi mantap tercapai. Pada umumnya reaktansi sinkron jarang digunakan dalam menghitung arus gangguan Motor Sinkron Motor sinkron akan menyuplai arus gangguan sama seperti yang dihasilkan oleh generator. Jatuh tegangan yang disebabkan oleh suatu gangguan akan menyebabkan motor sinkron menerima daya yang lebih kecil untuk menggerakkan bebannya. Inersia motor dan beban akan bertindak sebagai sebuah penggerak utama dengan eksitasi medan yang tetap maka sebuah motor akan bersifat seperti sebuah generator. Arus gangguan akan mengecil ketika kecepatan motor berkurang dan eksitasi medan melemah. 0

29 .5.4. Motor Induksi Sistem Proteksi Terhadap Hubung Singkat Kontribusi arus gangguan dari motor induksi dihasilkan dari aksi generator terhadap inersia motor sesudah terjadinya gangguan. Berbeda dengan motor sinkron, dimana fluks medan motor induksi dihasilkan oleh stator. Arus gangguan ini merupakan gambaran dari suatu nilai reaktansi subtransien yang nilainya sama dengan reaktansi rotor dalam keadaan diam, jadi kontribusi arus gangguan awal sama dengan arus awal pada keadaan beban penuh. Namun untuk motor berdaya rendah, nilai resistansinya cukup besar untuk mengurangi kontribusi arus gangguan..6. Mutu dan Kehandalan Instalasi Listrik Instalasi listrik harus mengikuti ketentuan atau syarat-syarat tertentu. Instalasi listrik harus direncanakan sesederhana mungkin agar alat-alat yang dipakai mudah dalam pemasangannya dan pemeliharaannya dan juga rugi-rugi daya listrik harus sekecil mungkin. Instalasi listrik harus dibuat sedemikian rupa sehingga kemungkinan timbul kecelakaan sangat kecil. Aman dalam hal ini berarti tidak membahayakan jiwa manusia, terjaminnya peralatan dan benda-benda disekitarnya dari kerusakan akibat adanya gangguan. Kelangsungan penyaluran atau pengaliran arus listrik kepada beban harus terjamin secara baik. Jadi dapat dikatakan bahwa sebuah instalasi listrik harus direncanakan sedemikian rupa sehingga kemungkinan terputusnya aliran listrik dapat diperkecil, kalau masih ada gangguan-gangguan yang terjadi sehingga menyebabkan terputusnya aliran listrik maka gangguan tersebut harus mudah dan cepat dalam perbaikannya. Instalasi listrik harus direncanakan agar apabila ada gangguan maka 1

30 Sistem Proteksi Terhadap Hubung Singkat gangguan tersebut hanya terjadi pada daerah yang sekecil mungkin dan langsung diisolir, juga agar perluasan beban tidak begitu sukar (tidak banyak berubah atau mengganti peralatan yang ada) jika diperlukan. Dalam proses penyediaan tenaga listrik tidak dapat dihindarkan timbulnya rugi-rugi dalam jaringan disamping adanya tenaga listrik yang harus disisihkan untuk pemakaian sendiri. Proses pembangkitan tenaga listrik pada pusat-pusat tenaga listrik termis memerlukan biaya bahan bakar yang tidak sedikit, biaya bahan bakar serta rugi-rugi dalam jaringan merupakan faktor-faktor yang harus ditekan agar menjadi kecil tetapi tetap harus memperhatikan mutu kehandalan. Mutu dan kehandalan instalasi diukur dengan parameter frekuensi, tegangan dan jumlah gangguan. Masalah mutu tenaga listrik tidak semata-mata merupakan masalah operasi sistem tenaga listrik tetapi erat kaitannya dengan pemeliharaan instalasi listrik dan masalah pengembangan sistem tenaga listrik, mengingat bahwa konsumsi tenaga listrik selalu bertambah dari waktu ke waktu. Oleh karena itu hasil dari operasi sistem tenaga listrik perlu dianalisa dan dievaluasi kembali untuk menjadi masukan bagi pemeliharaan instalasi serta pengembangan sistem tenaga listrik. Seperti yang telah diketahui bahwa sistem tenaga listrik merupakan kesatuan dari beberapa komponen yang terhubung menjadi satu dengan yang lainnya, antara lain generator, transformator dan kabel yang tentu saja biaya investasinya cukup besar. Oleh karena itu untuk menghindarkan peralatan tersebut dari kerusakan akibat gangguan maka diperlukan suatu alat pengaman yang berfungsi untuk:

31 Sistem Proteksi Terhadap Hubung Singkat Merasakan, mengukur dan menentukan bagian sistem yang terganggu serta memisahkan secepatnya sehingga sistem lainnya yang tidak terganggu dapat beroperasi secara normal. Mampu mengurangi kerusakan yang lebih parah dari peralatan yang terganggu. Mengurangi pengaruh gangguan terhadap bagian sistem yang masih sehat dalam sistem tersebut, disamping mencegah meluasnya gangguan. Memperkecil bahaya bagi manusia. Maka untuk memenuhi kriteria tersebut diatas alat pengaman harus dapat bekerja dengan cepat agar pengaruh gangguan dapat segera dihilangkan, sehingga sistem dapat berjalan seperti yang diharapkan. 3

32 Metoda Perhitungan Arus Hubung singkat pada Instalasi Tenaga Listrik BAB III METODA PERHITUNGAN ARUS HUBUNG SINGKAT PADA INSTALASI TENAGA LISTRIK Dalam merancang sistem jaringan listrik suatu industri adalah dengan memperhatikan kemampuan peralatan dalam semua kondisi, kemampuan peralatan dalam kondisi penuh maupun ketika dalam kondisi terjadi gangguan hubung singkat. Arus hubung singkat akan mengakibatkan terjadinya pelepasan energi dalam bentuk panas, arus hubung singkat ini akan menyebabkan kerusakan peralatan. Metoda perhitungan pemutus tenaga akan menghasilkan alat proteksi yang baik, agar ketika terjadi hubung singkat, tidak terjadi kerusakan pada sistem Sumber-sumber dari Arus Gangguan Sumber-sumber pokok dari arus gangguan adalah: 1. Generator Set (Genset).. Motor-motor sinkron. 3. Motor-motor induksi. Penggunaan listrik modern yang khusus menggambarkan interkoneksi yang luas dan kompleks dari peralatan-peralatan pembangkit, kabel-kabel transmisi, kabelkabel distribusi dan transformator memasukkan impedansi diantara penggunaan generator dan konsumen industri. Jika tidak karena impedansi ini, sistem yang digunakan merupakan sumber arus gangguan yang tidak terbatas. Sebelum 4

33 Metoda Perhitungan Arus Hubung singkat pada Instalasi Tenaga Listrik melakukan perhitungan, nilai-nilai yang tepat dan diproyeksikan dari arus hubung singkat dengan perbandingan R X atau impedansi sumber R + jx pada titik kirim harus diperoleh dari suplai yang digunakan. Generator-generator pada sebuah industri memberikan reaksi terhadap sistem arus hubung singkat dengan melihat karakteristik dari generator tersebut. Arus gangguan dari sebuah generator akan berkurang secara exponensial dari harga permulaan yang relatif tinggi menjadi nilai tetap yang lebih rendah. Karena generator digerakkan oleh penggerak utama (primeover), medannya diberi energi eksitasi yang terpisah, nilai tetap dari gangguan akan bertahan kecuali bila diputuskan oleh pemutus sirkit. Untuk perhitungan arus gangguan pada generator, terdapat tiga nilai reaktansi dari reaktansi-reaktansi pada generator, yaitu: 1. Xd = Reaktansi subtransien adalah untuk menentukan besar arus selama siklus pertama setelah gangguan terjadi.. Xd = Reaktansi transien adalah untuk menentukan besar arus dari waktu setengah siklus sampai dua siklus. 3. Xd = Reaktansi sinkron adalah untuk menentukan besar arus setelah tercapai keadaan tetap. Karena dari kebanyakan alat-alat proteksi bekerja sebelum mencapai posisi tetap maka reaktansi sinkron pada generator jarang dipakai untuk menghitung arusarus gangguan dengan memakai alat-alat proteksi. Mengalirnya arus gangguan pada motor induksi berasal dari gaya inersia motor setelah terjadi gangguan. Berbeda dengan motor sinkron dimana medan fluksnya berasal dari belitan medan langsung sedangkan pada motor induksi fluks medannya dibangkitkan melalui gerak induksi, pada saat medan fluks menurun 5

34 Metoda Perhitungan Arus Hubung singkat pada Instalasi Tenaga Listrik terjadi perubahan tegangan yang disebabkan oleh gangguan, gaya fluks pada motor induksi akan menurun dengan cepat yang pada akhirnya hilang sama sekali setelah hilangnya tegangan. Karena medan arus penguatan tidak dipertahankan maka tidak ada nilai tetap dari arus gangguan seperti pada motor sinkron. Motor-motor induksi hanya memberikan suatu reaktansi yang kira-kira ekivalen dengan reaktansi subtransien motor sinkron, sehingga menghasilkan nilai rata-rata arus gangguan sama dengan arus start tegangan penuh dari motor jika terjadi gangguan pada terminal-terminal motor. Belitan rotor motor induksi biasanya bekerja dengan cincin rotor yang dihubung singkat dan akan memberikan arus gangguan yang sama seperti motor induksi rotor sangkar. Kadang-kadang motor induksi belitan rotor yang dioperasikan dengan tahanan yang besar pada sirkuit luar rotor, karena itu mempunyai konstanta waktu hubung singkat yang cukup rendah sehingga pengaliran arus gangguan motor-motor tersebut tersebut tidak terjadi. 3.. Arus Hubung Singkat Bila terjadi hubung singkat pada rangkaian menimbulkan resistansi baru dengan impedansi yang lebih rendah sehingga arus bertambah besar. Fault Occurs Fault Currents Normal Arus Constant system Voltage Normal Current Gambar 3.1 Gelombang arus hubung singkat simetris 6

35 Metoda Perhitungan Arus Hubung singkat pada Instalasi Tenaga Listrik Pada gambar 3.1 terlihat bahwa arus hubung singkat simetris mempunyai sumbu yang sama dengan arus normal sebelum hubung singkat terjadi, untuk memperoleh arus hubung singkat simetris maka faktor daya pada saat terjadi gangguan arus hubung singkat harus sama dengan nol dan terjadinya gangguan tepat pada saat tegangan normal maksimum, sistem tegangan dianggap tetap konstan walaupun arus berubah. Jumlah arus hubung singkat merupakan jumlah komponen-komponen dari sumber yang dihubungkan dengan sirkuit (lihat gambar 3.), sehingga arus simetris awal berada pada harga maksimum tetapi kemudian turun hingga mencapai harga tetap. Gambar 3. Penurunan arus hubung singkat simetris 7

36 Metoda Perhitungan Arus Hubung singkat pada Instalasi Tenaga Listrik Pada gambar diatas menunjukkan penurunan arus hubung singkat yang simetris, kebanyakan arus hubung singkat tidak simetris tetapi bergeser beberapa gelombang. Jika faktor daya sama dengan nol hingga tercapainya harga yang tetap, hubung singkat terjadi pada titik nol dari gelombang tegangan maka arus mulai terbentuk dari titik nol tetapi tidak mengikuti arus sumbu normal, karena arus selalu tertinggal 90 o dibelakang tegangan. Walaupun arus itu simetris terhadap sumbu baru tetapi tidak simetris terhadap sumbu aslinya. Pada gambar 3.3 memperlihatkan asimetris maksimum yang mungkin terjadi. Bila tahanan sistem sampai titik gangguan tidak diabaikan (bukan pada faktor daya nol) maka titik gelombang tegangan akan menghasilkan asimetris maksimum atau minimum yang berbeda. Asimetris maksimum terjadi jika gangguan dimulai pada 8

37 Metoda Perhitungan Arus Hubung singkat pada Instalasi Tenaga Listrik tegangan titik nol dengan sudut waktu sama dengan 90 o + θ (mulai dari titik nol gelombang tegangan), dimana θ = R X dari rangkaian. Pada gambar 3.3 terlihat pergeseran gelombang arus asimetris dari gelombang simetris dengan puncak yang sama merupakan suatu nilai arus positif yang dapat dianggap sebagai arus langsung, karena itu arus simetris merupakan jumlah komponen arus bolak-balik b dan komponen arus searah a. Pada saat permulaan gangguan (siklus 0 pada gambar 3.3), b negatif dan a + b = 0. Pada ¼ siklus, komponen arus bolak-balik simetris sama dengan nol dan jumlah arus sama dengan komponen arus searah. Pada ½ siklus, jumlah arus sama dengan maksimum yang merupakan jumlah komponen arus bolak-balik positif maksimum dan komponen arus searah, kemudian komponen arus searah secara perlahan-lahan menjadi turun hingga mencapai titik nol karena energi yang tersimpan dikeluarkan dalam bentuk rugi-rugi I R pada tahanan sistem jaringan. Angka penurunan awal dari komponen arus searah berbanding terbalik dengan perbandingan R X dari sistem sumber ke titik gangguan gangguan, semakin rendah perbandingan R X maka semakin cepat penurunannya, penurunan ini disebut pengurangan arus searah. Dengan demikian jumlah arus hubung singkat dipengaruhi oleh pengurangan arus searah sebelum mencapai titik yang tepat Pengertian-pengertian Arus Hubung Singkat Dari uraian diatas dapat dilihat bahwa perilaku arus hubung singkat berbeda pada beberapa siklus pertama dengan yang terjadi kemudian, jika dibiarkan berlangsung terus. Kebiasaan terdahulu bila menentukan arus hubung singkat 9

38 Metoda Perhitungan Arus Hubung singkat pada Instalasi Tenaga Listrik simetris ialah dengan mempergunakan alat pengali sederhana dari arus hubung singkat simetris yang telah dihitung. Pengertian-pengertian perhitungan arus hubung singkat juga diuji dari sudut pandang lain. Periode interupsi alat-alat proteksi bekerja pada beberapa siklus pertama periode gangguan dan sekring-sekring pembatas arus pada periode pertama, bagi sejumlah insinyur, nilai puncak arus hubung singkat simetris tidak cukup memadai untuk memastikan kondisi-kondisi hubung singkat. Pengertian I t dimasukkan untuk melengkapi pengertian arus simetris karena pengertian ini menggambarkan panas yang sesungguhnya dan tekanan-tekanan magnet pada peralatan yang melewati arus hubung singkat pada beberapa siklus pertama. Kuantitas I t menunjukkan I dt, integral waktu dari arus dengan waktu yang sedang dipertimbangkan. I t dipakai secara meningkat pada peralatan listrik dan mungkin seterusnya peralatan proteksi lebih dikoordinasikan pada dasar I t dari pada dasar arus maksimum. Maximum Availeble Fault Current Actual Fault Current (i) I t = i dt 0 i t 0 Gambar 3.4a Sekring pembatas arus Actual Fault Current (i) 0 i t 0 Gambar 3.4b 1,5 gelombang pemutus sirkuit 30

39 Metoda Perhitungan Arus Hubung singkat pada Instalasi Tenaga Listrik Pendistribusian tenaga listrik dimulai dari sumber tenaga listrik dengan tegangan menengah atau tinggi yang disalurkan kebeban melalui transformator penurun tegangan dimana penyaluran tenaga listrik dari satu peralatan ke peralatan yang lain dan dilengkapi dengan pengaman atau pemutus tenaga sehingga membentuk suatu jaringan distribusi. Sumber tenaga listrik merupakan suatu pembangkit yang membangkitkan tegangan antara 11-5kV, jika jarak dari pusat pembangkit listrik sampai ke pusat beban cukup jauh maka tegangan dari pembangkit ditransmisikan dengan cara menaikkan tegangan pada trafo penaik tegangan terlebih dahulu. Untuk mencatu daya listrik pada beban-beban penting yang memerlukan tenaga listrik tanpa terputus dan stabilitas tegangan yang mantap dilayani oleh pembangkit darurat Unitteruoptible Power Supply (UPS). Pembangkit-pembangkit tenaga listrik beroperasi menggunakan penggerak utama dengan memakai tenaga diesel, sedangkan UPS menggunakan saklar statik (semikonduktor) yang disebut inverter. Sistem pencatuan tegangan listrik dilakukan dengan Automatic Transfer Switch (ATS) yaitu saklar yang beroperasi secara otomatis untuk memindahkan posisi saklar apabila terjadi gangguan Metoda Perhitungan Nilai Per Unit (PU) Cara perhitungan dengan menggunakan nilai per unit mempunyai keuntungan tertentu, yaitu bahwa hasil kali dua nilai per unit adalah tetap suatu nilai perunit juga. Karena itu perhitungan per unit dianggap lebih menarik dari pada perhitungan secara persen terutama untuk perhitungan jaringan yang menggunakan banyak transformator dengan tingkat tegangan yang berbeda-beda. Dalam menggunakan 31

40 Metoda Perhitungan Arus Hubung singkat pada Instalasi Tenaga Listrik analisis per unit, semua kaitan antara tegangan, arus impedansi dan voltampere, menjadi tertentu pula. Biasanya tegangan dan arus dipilih sebagai nilai dasar, dimana dua nilai dasar lainnya dapat dinyatakan dengan kedua nilai dasar tersebut. Untuk menghitung nilai per unit dapat dilihat pada persamaan sebagai berikut: Nilai per unit = nilai asli nilai dasar Biasanya tegangan dan arus dipilih sebagai dua nilai dasar, dimana dua nilai dasar lainnya dapat dinyatakan dengan kedua nilai dasar tersebut. V = I Z Dimana: V = Tegangan (V) I = Arus (A) Z = Impedansi (Ω) Maka V dasar = I dasar Z dasar VA dasar I dasar = V dasar Z dasar V dasar ( V dasar ) = = I dasar VA dasar Karena persoalan rangkaian tiga fasa jaringan umumnya diselesaikan dengan rangkaian satu fasa ke netral, sedangkan data sistem biasanya diberikan dalam bentuk tiga fasa dengan tegangan kawat ke kawat maka diperlukan penyesuaian dengan langkah-langkah sebagai berikut: 1. Ubah tegangan kawat-kawat sistem tiga fasa menjadi kawat-netral sistem satu fasa.. Tentukan nilai per unit tegangan kawat-netral dan daya fasa tunggal. 3

41 Metoda Perhitungan Arus Hubung singkat pada Instalasi Tenaga Listrik 3. Lakukan analisis sistem per unit. 4. Ubah kembali hasil analisis sistem per unit menjadi besaran asli kawat-netral fasa tunggal, dengan mengingat bahwa nilai asli = (nilai per unit) x (nilai dasar). 5. Ubah hasil pada langkah empat menjadi besaran asli tegangan kawat-kawat dan daya tiga fasa. Pada persamaan daya semu didapat: S = V I Bila daya semu dasar sama dengan VA dasar, maka daya semu menjadi: S = V I dasar dasar dasar Sehingga persamaan menjadi S V I = VA V I dasar dasar dasar Tabel 3.1 Tabel menentukan nilai dasar No Uraian Nilai dasar Sistem satu fasa Sistem tiga fasa 1 Daya (kv dasar /MV dasar ) kva MVA kva MVA Tegangan (V dasar ) kv kv kv kv 3 Arus (I dasar ) kva 1000 MVA dasar dasar kva dasar 1000 MVA V V dasar dasar Vdasar Vdasar 4 Impedansi 1000 V dasar V dasar 1000 V dasar V dasar (Z dasar ) kvadasar MVAdasar kvadasar MVAdasar Catatan: untuk sistem fasa tiga, kva dasar /MVA dasar merupakan daya untuk fasa tiga dan tegangan V dasar adalah tegangan antar fasa. dasar 33

42 Metoda Perhitungan Arus Hubung singkat pada Instalasi Tenaga Listrik Nilai dasar kva/mva dan tegangan dasar diubah dari: Dasar lama Dasar baru kva 1 /MVA 1 kva /MVA kv 1 kv ( kv ) dasar 1 Z PU = Znilai asli kva dasar kv dasar 1 kvadasar Z PU = Z PU kvdasar kvadasar 1 34

43 Penentuan Kapasitas Pemutus Tenaga Gambar 4. Diagram satu baris setelah dihitung dengan menggunakan metode per unit 35

44 Menghitung Arus Hubung Singkat pada Bus 1 Penentuan Kapasitas Pemutus Tenaga Z 1 0, , ,00 + j0,0100 j0,35 j0,45 Z j1,4400 0,018 + j0,005 0,018 + j1,445 Z 0, , , j0,774 j0,0050 j0,6670 j0,9494 ( = j,0010) 3 Z 4 0,044+ j0,01 0,106+ j0,7333 0,0039+ j0,0034 0,0696+ j9,64 0,365+ j10,3631 ( = 0,1391) + j19,4 ( 0,00) ( 0,0130) + ( 0,00)( 0,0130) + ( 0,0130)( 0,45) + ( 0,00)( 0,9494) Z 1 = ( 0,00+ 0,0130) + ( 0,45+ 0,9494) + j ( 0,00) ( 0,0949) + ( 0,0130) ( 0,45) + ( 0,45) ( 0,0949) + ( 0,45)( 0,0949) ( 0,00+ 0,0130) + ( 0, ) 0, j0,74839 = 1,4178 = 0, j0,19331 ( 0,018) ( 0,01335) + ( 0,018)( 0,01335) + ( 0,01335)( 1,445) + ( 0,018)( 0,19331) Z 13 = ( 0, ,01335) + ( 1,445+ 0,19331) Z tot + j ( 0,018) ( 0,19331) + ( 0,01335) ( 1,445) + ( 1,445) ( 0,19331) + ( 1,445)( 0,19331) ( 0,018+ 0,01335) + ( 1, ) 0, j0, =, = 0, j0,17056 = ( 0,365) ( 0,01064) + ( 0,365)( 0,01064) + ( 0,01064)( 10,3631) + ( 0,365)( 0,17065) ( 0,365+ 0,01064) + ( 10, ,17065) + j ( 0,365) ( 0,01064) + ( 0,365) ( 0,01064) + ( 0,01064) ( 10,3631) + ( 0,365)( 0,17065) ( 0,365+ 0,01064) + ( 10, ) 36

45 Penentuan Kapasitas Pemutus Tenaga 1, j18,6977 = 111,0096 = 0, j0,1678 Z tot = + X = ( 0,0104) + ( 0, 1678 ) R 0,1681 pu = 0,1681 X/R = 16,1 Z tot X = 16, R 1 1 Nilai arus hubung singkat pada bus 1: I hs = kva dasar 3 kv Z tot = ,16 0,1681 = 866 A Menghitung Arus Hubung Singkat Pada Bus 4 Z 1 0,00 + j0,45 0,018 + j1, 445 Z 3 Z 0, j0,9494 Z 4 4 0,044 + j0,01 0,106 + j0,733 0, j0,0034 0, j0,7389 Z 5 0, j9,64 37

46 Penentuan Kapasitas Pemutus Tenaga Z 13 = 0, j0, Z 1 Z Z 3 Z 4 Z 5 Z 134 = 0, j0, , j0,7389 0, j0, Z tot = + j ( 0,0696 ) ( 0, ) + ( 0,0696 )( 0,17754 ) + ( 0,17754 )( 9,64 ) + ( 0,0696 )( 0,90946 ) ( 0, ,17754 ) + ( 9,64 + 0,90946 ) ( 0,0696 ) ( 0,90946 ) + ( 0,17754 ) ( 9,64 ) + ( 9,64 ) ( 0,90946 ) + ( 9,64 )( 0,90946 ) ( 0, ,17754 ) + ( 9, ) 16, j 9, = 111, = 0,0104+ j0,1678 Z tot = R + X = ( 0,1487 ) + ( 0, 8333 ) 0,8465 pu = 0,8465 X/R = 5,6 Z tot X = 5, 6 R 4 Nilai arus hubung singkat pada bus 4: I hs = kva dasar 3 kv Z tot = 3 0,48 0,8465 = 146 A 38

47 4..3. Menghitung Arus Hubung Singkat Pada Bus 5 Penentuan Kapasitas Pemutus Tenaga Z 1 Z 3 0,00 + j0,45 0,018 + j1, 445 Z Z 4 0, j0,9494 0, j0, 7389 Z 5 Z 6 0, j9,64 0,854 + j0, Z 1 Z Z 3 Z 1345 Z 4 Z 5 Z 6 5 Z 6 5 Z 1345 = 0, j0, 8333 Z tot = 0, j0,8333 0,854 + j0,339 1,009 + j1,067 Z tot = + X = ( 1,009) + ( 1, 067 ) R 1,4645 pu = 1,4645 X/R = 1,064 Z tot X = 1, R

48 Nilai arus hubung singkat pada bus 5: Penentuan Kapasitas Pemutus Tenaga I hs = kva dasar 3 kv Z tot = ,48 1,4645 = 83 A Perbandingan antara harga rating pemutus tenaga hasil perhitungan dengan harga rating pemutus tenaga menurut standart PLN yang akan dipasang. Tabel 4.1 Rating pemutus tenaga pada lokasi hubung singkat No Lokasi hubung singkat Hasil perhitungan Rating PMT yang terpasang (standart PLN) 1 Bus 1 8,66 ka 10 ka Bus 4 14,6 ka 5 ka 3 Bus 5 8,3 ka 10 ka 40

49 Kesimpulan BAB V KESIMPULAN Berdasarkan hasil analisis yang telah dilakukan dalam menentukan kapasitas pemutus tenaga dengan menggunakan metode perhitungan per unit maka dapat disimpulkan adalah sebagai berikut: 1. Tujuan sistem proteksi tenaga listrik adalah untuk mengamankan bagian jaringan yang terganggu akibat adanya gangguan misalnya: arus hubung singkat, beban lebih, sambaran petir dan lain sebagainya dari sistem keseluruhan sehingga sistem lainnya yang masih sehat tidak ikut terganggu.. Perhitungan arus hubung singkat fasa tiga bertujuan untuk menentukan kapasitas pemutus tenaga. 3. Dalam pemasangan PMT, jika nilai kapasitasnya didapat dari hasil perhitungan maka dalam pemasangannya harus disesuaikan dengan rating PMT standart PLN yang berlaku. 4. Dari hasil analisis yang telah dilakukan ternyata pada bus 1 nilai arus hubung singkat sebesar 866 A maka rating PMT sebesar 10 ka, pada bus 4 nilai arus hubung singkat sebesar 149 A maka rating PMT sebesar 5 ka dan pada bus 5 nilai arus hubung singkat sebesar 83 A maka rating PMT sebesar 10 ka. 54