LAPORAN TUGAS AKHIR. STUDI GANGGUAN HUBUNG SINGKAT FASA TIGA KE TANAH PADA SALURAN KABEL TEGANGAN MENENGAH (SKTM) 20 kv DI GARDU INDUK PLN KEMBANGAN

Transkripsi

1 LAPORAN TUGAS AKHIR STUDI GANGGUAN HUBUNG SINGKAT FASA TIGA KE TANAH PADA SALURAN KABEL TEGANGAN MENENGAH (SKTM) 20 kv DI GARDU INDUK PLN KEMBANGAN Diajukan Untuk Mencapai Gelar Strata Satu (S-1) Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana Disusun oleh : Nama : SAIPUL BAHRI NIM : JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA 2009

2 LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN TUGAS AKHIR STUDI GANGGUAN HUBUNG SINGKAT FASA TIGA KE TANAH PADA SALURAN KABEL TEGANGAN MENENGAH (SKTM) 20 kv DI GARDU INDUK PLN KEMBANGAN Nama : Saipul Bahri Nim : Disetujui dan disahkan oleh : Koordinator Tugas Akhir Dosen Pembimbing Yudhi Gunardi, ST, MT Dr. Ir. Hamzah Hillal, MSc Mengetahui, Kaprodi Teknik Elektro Yudhi Gunardi, ST, MT

3 KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, yang telah memberikan rahmat dan karunia sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini sebagai hasil dari Analisis pada Gardu Induk PLN Kembangan, Jakarta- Barat. Dalam laporan ini penulis mengambil judul studi gangguan hubung singkat fasa tiga ke tanah pada saluran kabel tegangan menengah (SKTM) 20 kv di gardu induk PLN Kembangan, Jakarta-Barat. Adapun dalam laporan tugas akhir ini penulis berusaha untuk menyusun laporan yang berkaitan dengan gangguan hubung singkat fasa tiga ke tanah pada salah satu penyulang pada gardu induk kembangan tepatnya pada penyulang Ji ih. Tersusunnya laporan tugas akhir ini tidak terlepas dari pihak-pihak yang telah banyak membantu penulis mulai dari penyusunan hingga penyelesaian penulisan laporan ini. Oleh karena, itu penulis ingin mengucapkan banyak terima kasih kepada pihak-pihak yang telah memberikan dukungan, baik moral maupun spiritual sehingga laporan ini dapat tersusun dengan baik. Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan pada laporan ini, baik dalam penyajian bahasa yang digunakan maupun isinya karena keterbatasan ilmu pengetahuan dan pengalaman. Penulis sangat berharap kritik dan saran yang bersifat membangun dari para pembaca sehingga penulis dapat memperbaiki hal-hal yang dianggap masih kurang dalam penyusunan laporan ini. Penulis ingin Mengucapkan banyak terima kasih kepada pihak-pihak yang telah banyak membantu dan memberikan saran, kritik, bimbingan serta motivasi untuk penyelesaian laporan tugas akhir ini, diantaranya adalah: 1. Allah SWT atas Rahmat, Ridho, Taufik dan Hidayah-Nya. 2. Kedua Orangtuaku yang telah banyak memberikan masukan, doa dan semangat serta dukungannya. 3. Bapak Yudhi Gunardi, ST, MT, selaku Ketua Prodi Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana. 4. Bapak Yudhi Gunardi, ST, MT, selaku Koordinator Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana. i

4 5. Bapak Dr. Ir. Hamzah Hillal, MSc, selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana. 6. Staff dan karyawan PT. PLN (Persero) yang telah banyak membantu dalam pengambilan data tugas akhir serta memberi saran dan kritik. 7. Bang Fahmi dan Bu Sadriana yang telah banyak membantu dalam menyelesaikan laporan tugas akhir ini 8. Ika_Cute wanita yang tak henti-hentinya menyemangati dan memberikan do a dan dukungannya pada penulis untuk menyelesaikan laporan tugas akhir ini. 9. Om Doli dan Teh Enjun yang selalu menyemangati serta memberikan do a serta motivasinya kepada penulis dalam proses penyelesaian tugas akhir ini. 10. Nurul, Aris, Ridho, Eki, Rida, Rama adik-adik Ku yang selalu mendoakan penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini. 11. Teman-teman jurusan Teknik Elektro pada umumnya serta teman-teman di Peminatan Teknik Tenaga Listrik POWER khususnya Angkatan 2004 (004,008,009,011,013,022,025,028,dkk) dan Peminatan ELEKTRONIKA Angkatan 2004 (014,017,027,dkk) serta Elya.K, S.Ikom. Thanks For All My Friends 12. Bang Zainal 98, Uni Linda 01, Irvan Rosya 01, Apendi 01, Om Roy 01 serta Alumni Teknik Elektro lainnya. 13. May Prima Copy terima kasih atas bantuannya. 14. Semua pihak yang telah banyak membantu dalam proses penyelesaian tugas akhir ini. Jakarta, Oktober 2009 Penulis ii

5 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL LEMBAR PENGESAHAN KATA PENGANTAR... i DAFTAR ISI... iii DAFTAR GAMBAR... v DAFTAR TABEL... vi ABSTRAK... vii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah Tujuan Penelitian Ruang Lingkup Masalah Metode Penelitian Sistematika Penulisan... 3 BAB II GANGGUAN HUBUNG SINGKAT Definisi Gangguan Terjadinya Gangguan Hubung Singkat Macam-macam Gangguan Hubung Singkat Operator a Metode Komponen Simetris... 9 BAB III GANGGUAN PADA SISTEM INTERKONEKSI Besar Gangguan Hubung Singkat Impedansi Urutan Gangguan Hubung Singkat iii

6 BAB IV PERHITUNGAN GANGGUAN HUBUNG SINGKAT Studi Kasus Tegangan Pada Titik Gangguan Tegangan Akibat Gangguan Fasa Tiga Pada Gardu BC Arus Gangguan Hubung Singkat Dengan Simulasi Program ETAP.. 37 BAB V PENUTUP Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN iv

7 DAFTAR GAMBAR 1. Diagaram fasor dari fungsi-fungsi operator a Tiga himpunan fasor seimbang yang merupakan komponen simetris dari tiga fasor tak seimbang Penjumlahan secara grafis komponen-komponen untuk mendapatkan tiga fasor tak seimbang Impedansi beban tak seimbang Konfigurasi penghantar fasa tiga menurut Carson Jaringan urutan nol fasa tiga dari transformator dua lilitan Jaringan urutan nol untuk hubungan wye dan delta beban fasa tiga Gangguan Fasa Tiga Gangguan fasa tunggal ke tanah Single line diagram Penyulang Ji ih pada Gardu Induk PLN Kembangan Gangguan Fasa Tunggal ke tanah dan rangkaian ekivalen gangguan Gangguan Fasa Tiga ke tanah dan rangkaian ekivalen gangguan v

8 DAFTAR TABEL 1. Fungsi fungsi operator a... 8 vi

9 ABSTRAK PT. PLN (Persero) merupakan perusahaan listrik yang sangat penting peranannya dalam suatu penyaluran energi listrik ke setiap konsumen-konsumennya, dimana dalam penyaluran energi listrik ke konsumen tersebut banyak terjadi gangguan dalam penyaluran, diantaranya adalah gangguan hubung singkat pada jalur 20 kv. Gangguan hubung singkat dapat terjadi pada setiap jaringan tegangan tinggi, tegangan menengah maupun tegangan rendah. Gangguan hubung singkat pada jalur 20 kv tidak dapat diprediksi kapan akan terjadi gangguan hubung singkat tersebut. Oleh karena itu, kontribusi PT. PLN (Persero) dalam mengatasi gangguan hubung singkat pada jalur 20 kv tersebut adalah dengan cara mengetahui gangguan tersebut secepat mungkin dan besar gangguan tersebut dapat diminimalisir. Sehingga, terjadinya pemadaman pada penyaluran energi listrik ke konsumen dapat dihindari sedini mungkin. Mengingat adanya gangguan yang terjadi pada jaringan PT. PLN (Persero) tersebut, maka penulis ingin menyampaikan masalah tersebut dengan batasan masalah yakni studi gangguan hubung singkat fasa tiga ke tanah pada saluran kabel tegangan menengah (SKTM) 20 kv di gardu induk PLN Kembangan, Jakarta-Barat dengan menggunakan penyulang Ji ih. Perhitungan gangguan akan dilakukan dengan menggunakan perhitungan manual dan juga perhitungan dengan menggunakan program ETAP dikembangkan yang hasilnya sama dengan perhitungan manual. vii

10 BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG MASALAH PT. PLN (Persero) sebagai suatu perusahaan yang mempunyai peranan penting dalam pengelolaan sumber energi listrik di Indonesia. Dimana PT. PLN (Persero) berusaha untuk mempertahankan agar penyaluran energi listrik ke konsumen atau masyarakat dapat terpenuhi tanpa adanya masalah gangguan apapun. Maka saat ini PT. PLN (Persero) berusaha menjaga mutu energi listrik yang akan digunakan oleh konsumen atau masyarakat agar dapat dihindari dari segala gangguan yang dapat menyebabkan penyaluran energi listrik ke konsumen tidak dapat terpenuhi. Gangguan yang sering terjadi dalam penyaluran energi listrik ke konsumen yakni pada sistem jaringan distribusi atau jaringan transmisi, dimana energi listrik yang akan disalurkan tersebut sering kali terjadi gangguan hubung singkat sehingga dapat terjadi pemadaman sementara dan bisa terjadi pemadaman total untuk perbaikan masalah gangguan tersebut. Hal ini dapat dimengerti, karena pentingnya distribusi tenaga listrik yaitu menyatukan energi listrik dari pusat-pusat pembangkit ke konsumen, maka diusahakan agar kerusakan akibat gangguan dapat dihindari sebaik mungkin. Untuk tujuan tersebut maka perlu dilakukan perhitungan arus hubung singkat pada jaringan distribusi, diantaranya : a. Menentukan kapasitas alat pemutus daya. Pada setiap gardu distribusi dihubung singkat lalu dihitung arus hubung singkatnya. Hal tersebut dilakukan agar alat pemutus daya yang digunakan jaringan tidak terlalu berlebihan kapasitasnya. b. Menentukan aliran hubung singkat pada saluran-saluran, sehingga rele-rele pengamanan atau koordinasi rele-rele dapat diatur. Adapun tujuan koordinasi rele adalah agar rele dapat mendeteksi gangguan bila ada gangguan hubung singkat dan mempunyai sifat selektivitas yakni rele hanya bekerja pada daerah gangguan saja. 1

11 Besar arus hubung singkat tergantung pada jenis dan sifat gangguan hubung singkat tersebut, kapasitas dari sumber tenaga konfigurasi sistem, metoda hubungan netral dari trafo peralatan-peralatan utama yang digunakan pada unit distribusi. Gangguan hubung singkat tidak hanya dapat merusak peralatan atau bagian-bagian dari jaringan, tetapi juga dapat menyebabkan jatuhnya tegangan dan frekuensi sistem energi listrik sehingga kerja paralel dari unit-unit distribusi menjadi terganggu juga. 1.2 TUJUAN PENELITIAN Mengevaluasi dan menganalisa gangguan hubung singkat fasa tiga ke tanah pada saluran kabel tegangan menengah (SKTM) 20 kv di Gardu Induk PLN Kembangan, Jakarta Barat. 1.3 RUANG LINGKUP MASALAH Dalam laporan tugas akhir ini yang menjadi pokok perhatian adalah analisa perhitungan gangguan hubung singkat akibat gangguan fasa tunggal ke tanah (SLG Fault) pada gardu BC.60 dan akibat gangguan fasa tiga pada gardu BC.60 di Gardu Induk Kembangan PLN, Jakarta Barat. 1.4 METODE PENELITIAN Metodologi selama pelaksanaan dan penulisan tugas akhir yakni sebagai berikut : a. Studi literature, yaitu dengan membaca buku-buku referensi untuk panduan penyelesaian tugas akhir ini. b. Diskusi dengan pimpinan dan petugas yang berwenang pada saat pengambilan data untuk penyelesaian tugas akhir. c. Membuat formulasi yang akan digunakan untuk analisis. d. Observasi langsung ke lapangan bersama pimpinan dan petugas yang berwenang. e. Pengukuran data-data yang digunakan pada penelitian. f. Menganalisa data-data yang telah didapat pada saat pengambilan data. 2

12 1.5 SISTEMATIKA PENULISAN Sistematika penulisan tugas akhir ini terbagi dalam lima bab. Bab satu memuat tentang latar belakang penulisan, tujuan penelitian tugas akhir, ruang lingkup permasalahan dalam penulisan tugas akhir, metode penelitian yang digunakan dalam pelaksanaan dan penulisan tugas akhir, serta sistematika penulisan tugas akhir. Bab dua membahas tentang definisi gangguan, terjadinya gangguan hubung singkat, macam-macam gangguan hubung singkat yang terdiri dari gangguan temporer, gangguan permanen, gangguan yang perlu diperhitungkan yang terdiri dari hubung singkat fasa tunggal ke tanah, dan hubung singkat fasa tiga, metode komponen simetris. Bab tiga berisi tentang besar gangguan hubung singkat, impedansi urutan, impedansi urutan beban sambungan Y, impedansi urutan transmisi, impedansi urutan mesin sinkron, impedansi urutan dari transformator, jaringan urutan nol, perhitungan arus hubung singkat fasa tiga dan perhitungan arus hubung singkat fasa tunggal yang terdiri dari gangguan fasa tunggal ke tanah (single line to ground fault). Sedangkan pada bab empat berisi tentang analisa perhitungan gangguan hubung singkat akibat gangguan fasa tunggal ke tanah (single line to ground fault) pada gardu BC.60 dan akibat gangguan fasa tiga pada gardu BC.60 di Gardu Induk Kembangan, Jakarta Barat. Kesimpulan dan saran yang diperoleh dari hasil analisa dijelaskan pada bab lima. 3

13 BAB II GANGGUAN HUBUNG SINGKAT 2.1 DEFINISI GANGGUAN Pengertian gangguan dalam operasi sistem tenaga listrik adalah kejadian yang menyebabkan bekerjanya relay dan menjatuhkan Pemutus Tenaga (PMT) diluar kehendak operator, sehingga menyebabkan putusnya aliran daya yang melalui PMT. Untuk bagian system yang tidak dilengkapi PMT, misalnya yang diamankan dengan sekering, maka gangguan adalah kejadian yang menyebabkan putusnya (bekerjanya) sekering. Ada juga gangguan yang tidak atau belum dilihat oleh relay tapi dilihat operator yang kemudian menjatuhkan PMT. Gangguan-gangguan pada sistem dapat terjadi disebabkan oleh 3 hal yaitu: a. Gangguan karena kesalahan manusia misalnya kelalaian pada saat mengubah jaringan sistem, lupa membuka pembumian setelah perbaikan, kurang pemeliharaan, dan sebagainya. b. Gangguan dari dalam misalnya gangguan-gangguan yang berasal dari sistem atau gangguan dari peralatan itu sendiri misalnya faktor usia alat yang sudah tua, arus lebih, tegangan lebih, dan lain-lain sehingga merusak isolasi peralatan. c. Gangguan dari luar yaitu gangguan yang berasal dari alam diantaranya cuaca, gempa bumi, petir dan banjir, pohon atau ranting, gangguan karena binatang diantaranya gigitan tikus pada kabel, kelelawar, burung, ular dan sebagainya. Gangguan-gangguan pada sistem tenaga listrik dapat merusak atau mempengaruhi sistem daya, antara lain: a. Jenis gangguan yang tidak normal dari batas yang diinginkan akan menyebabkan rusaknya alat yang dipergunakan. b. Gangguan dapat menghilangkan atau menaikan sistem tegangan di luar batas yang ditentukan. c. Gangguan dapat mengakibatkan sistem daya fasa tiga menjadi tidak simetris atau tidak seimbang, hal ini mengkibatkan peralatan fasa tiga tidak layak untuk dioperasikan. 4

14 d. Gangguan dapat mengakibatkan sistem tidak stabil dan menghentikan aliran daya sistem tenaga listrik. 2.2 TERJADINYA GANGGUAN HUBUNG SINGKAT Gangguan hubung singkat adalah suatu hubungan yang terjadi karena adanya kesalahan antara bagian-bagian yang bertegangan kerja. Tujuan dari analisa hubung singkat adalah untuk menentukan arus dan tegangan maksimum dan minimum pada bagian-bagian atau titik-titik tertentu dari suatu sistem tenaga listrik untuk jenis gangguan yang terjadi, sehingga dapat ditentukan pola pengaman, relay dan pemutus tenaga (CB) untuk mengamankan sistem dari keadaan tidak normal dalam waktu seminimal mungkin. yaitu : Penyebab terjadinya hubung singkat dapat disebabkan oleh beberapa hal, a. Adanya isolasi komponen jaringan yang tembus/rusak karena tidak tahan terhadap tegangan lebih, baik yang disebabkan oleh tegangan lebih dari dalam sebagai akibat dari manipulasi/switching atau tegangan lebih dari luar seperti petir, maupun karena isolasi peralatan tersebut sudah tua atau usang. b. Adanya pengaruh mekanis yang menyebabkan hantaran putus dan mengenai fasa yang lainnya seperti akibat angin atau pada kabel tanah biasanya dapat diakibatkan oleh kendaraan berat penggali tanah dan sebab yang lainnya. c. Disebabkan oleh gangguan binatang seperti tikus, ular, kucing dan lain-lain. Menurut tempat terjadinya, hubung singkat dapat dibedakan menjadi: a. Hubung singkat yang terjadi pada sistem pembangkitan.yang dimaksud adalah hubung singkat yang terjadi pada jepitan generator (dinamakan pula hubung singkat jepitan) dan umumnya sangat berbahaya. b. Hubung singkat yang terjadi cukup dekat dari sistem pembangkitan. Yang dimaksud disini adalah hubung singkat yang mungkin terjadi pada rel dibelakang transformator. 5

15 c. Hubung singkat yang terjadi jauh dari sistem pembangkitan. Yang dimaksud disini adalah hubung singkat yang mungkin terjadi pada jaringan listrik yang jauh dari sistem pembangkit atau pada bagian distribusi yang dekat dengan beban. 2.3 MACAM-MACAM GANGGUAN HUBUNG SINGKAT Ditinjau Dari Sifat Gangguan Bila ditinjau dari sifatnya, maka gangguan dapat terbagi atas : a. Gangguan temporer. Gangguan ini bersifat sementara atau temporer ditandai dengan normalnya kerja Pemutus Tenaga (PMT) setelah dimasukan kembali. Gangguan ini baru dapat di atasi setelah PMT trip karena gangguan akan hilang dengan sendirinya. Gangguan ini apabila terjadi berkali-kali dapat menyebabkan timbulnya kerusakan peralatan dan akhirnya menimbulkan gangguan yang permanen sebagai akibat timbulnya kerusakan pada peralatan tersebut. b. Gangguan permanen. Yang bersifat permanen ditandai dengan bekerjanya kembali PMT untuk memutuskan aliran energi listrik atau pada prakteknya disebut PMT trip kembali. Gangguan permanen baru dapat diatasi setelah sebab gangguannya dihilangkan. Gangguan ini bisa disebabkan karena adanya kerusakan pada peralatan sehingga gangguan ini baru dapat dihilangkan setelah kerusakan diperbaiki atau karena ada sesuatu yang mengganggu secara permanen. Sedangkan pada gangguan temporer sebab gangguan hilang dengan sendirinya setelah PMT trip Arus Gangguan Yang Perlu Diperhitungkan. Jenis-jenis arus gangguan yang perlu lebih diperhitungkan adalah jenis-jenis gangguan yang lebih sering terjadi dalam sistem tenaga listrik, antara lain adalah: a. Hubung singkat fasa tunggal ke tanah. Gangguan hubung singkat fasa tunggal ke tanah (single line to ground fault) merupakan jenis gangguan yang lebih sering terjadi pada sistem tenaga listrik dan terkadang bernilai sangat besar sehingga sangat perlu untuk diperhitungkan. 6

16 b. Hubung singkat fasa tiga. Gangguan hubung singkat fasa tiga merupakan jenis gangguan yang mempunyai nilai gangguan paling besar pada sistem tenaga listrik sehingga juga perlu untuk diperhitungkan. Jenis-jenis gangguan yang mungkin terjadi pada sistem tenaga listrik fasa tiga adalah sebagai berikut : a. Fasa dua ke tanah b. Antar dua fasa 2.4 OPERATOR a Dikarenakan aplikasi dari teori komponen-komponen simetris untuk sistem fasa tiga itu memerlukan sebuah unit fasor atau operator, yang akan memutar fasor lainnya sebesar 120º searah dengan jarum jam (akan menambah 120º untuk sudut fasa dari fasor) tetapi jika meninggalkan besarannya tidak berubah ketika digabungkan dengan fasor (lihat gambar 2.1). Nilai yang kompleks dari besaran unit dengan sudut 120º digambarkan sebagai berikut: a = = 1e j 2π/3 =1 cos 120 +j sin 120 = j0.866 dimana, j = -1 Jika operator a disimpulkan sebagai berikut: a =1 120 sehingga: a 2 = a a = = = a 3 = a 2 a = = = 1 0 a 4 = a 3 a = = = a a 5 = a 3 a 2 = = = a 2 7

17 a 6 = a 3 a 3 = = 1 0 = a 3 a n+3 = a 3 a n = a n Tabel 1.1 Fungsi-fungsi operator a FUNGSI-FUNGSI BENTUK POLAR BENTUK RECTANGULAR A 1 120º -0,5 + j0,866 a º = 1-120º -0,5 - j0,866 a º = 1 0º 1,0 + j0,0 a º -0,5 + j0, a = -a º 0,5 + j0,866 1 a 3-30º 1,5 - j0, a 2 = -a 1-60º 0,5 + j0,866 1 a º 1,5 + j0,866 a º -1,5 + j0,866 a + a º -1,0 + j0,0 a - a º 0,0 + j1,732 a 2 a 3-90º 0,0 j1,732 a º -1,5 j0, a + a 2 0 0º 0,0 + j0,0 Gambar 2.1 memperlihatkan gambar fasor dari fungsi-fungsi operator a. 8

18 Variasi kombinasi operator a diberikan di dalam table a + a 2 = 0 (2.1) a - a 2 a - 1 a -a a 2 -a 3, -1 a 3, 1 a 2-1 a 2 -a 1 - a a 2 - a Gambar 2.1 Diagaram fasor dari fungsi-fungsi operator a 2.5 METODE KOMPONEN SIMETRIS Pada tahun 1918 salah satu cara yang paling ampuh untuk menangani rangkaian fasa majemuk (poly phase = berfasa banyak) tak seimbang telah dibahas C.L Fortescue dihadapan suatu sidang American Institute of Electrical Enginering. Sejak saat itu, metode komponen simetris menjadi sangat penting dan merupakan pokok perubahan berbagai artikel dan penyelidikan uji coba gangguan tak simetris pada system transmisi, yang dapat terjadi karena hubung singkat, impedansi antar saluran, impedansi dari sutu atau dua saluran ke tanah, atau penghantar yang terbuka, dipelajari dengan metode komponen simetris ini. Persoalan sistem tenaga listrik fasa tiga yang seimbang dapat diselesaikan dengan mengubah semua sistem fasa tunggal. Dua fasa lainnya sama dengan fasa pertama dengan pergeseran sudut fasa ± 120º. Metode komponen simetris mencoba menyelesaikan sistem fasa tiga tidak seimbang menjadi sistem fasa tunggal dengan bantuan fasor tak seimbang oleh Fortescue. Fasor fasa tiga tidak seimbang diuraikan 9

19 menjadi 2 pasang fasor fasa seimbang yang masing-masing disebut komponen urutan positif, dan komponen urutan negatif, dan satu pasang fasor fasa tunggal yang disebut komponen urutan nol. Karya Fortescue membuktikan bahwa suatu sistem tak seimbang yang terdiri dari n fasor yang berhubungan dapat diuraikan menjadi n buah sistem dengan fasor yang dinamakan komponen-komponen simetris (symmetrical components) dari fasor aslinya. n buah fasor pada setiap himpunan komponennya adalah sama panjang, dan sudut diantara fasor yang bersebelahan dalam himpunan itu sama besarnya. Menurut teorema Fortescue, tiga fasor tak seimbang dari sistem fasa tiga dapat diuraikan menjadi tiga sistem fasor yang seimbang. Himpunan seimbang komponen itu adalah: a. Komponen urutan positif, yang terdiri atas tiga fasor yang sama besarnya, terpisah satu dengan yang lain dalam fasa sebesar 120º, dan mempunyai urutan fasa yang sama seperti fasor aslinya. b. Komponen urutan negatif, yang terdiri atas tiga fasor yang sama besarnya, terpisah satu dengan yang lain dalam fasa sebesar 120º, dan mempunyai urutan fasa yang berlawanan dengan fasor aslinya, dan c. Komponen urutan nol, yang terdiri atas tiga fasor yang sama besarnya, dan dengan pergeseran fasa nol antara fasor yang satu dengan yang lain. Pada umumnya, ketika memecahkan permasalahan dengan menggunakan komponen simetris bahwa ke tiga fasa dari sistem dinyatakan sebagai a,b dan c dengan cara yang demikian, sehingga urutan fasa tegangan dan arus dalam sistem adalah a b c, sedangkan urutan fasa dari komponen urutan negatif adalah a c b. Jika fasor aslinya adalah tegangan, maka tegangan tersebut dapat dinyatakan dengan subskrip tambahan 1 untuk komponen urutan positif, 2 untuk komponen urutan negative, dan 0 untuk urutan nol. Komponen urutan positif dari V a, V b, V c adalah V a1, V b1, V c1. Demikian pula urutan nol adalah V a0, V b0, V c0. Gambar 2.2 menunjukan 3 himpunan komponen simetris semacam itu. Fasor arus akan dinyatakan dengan I dengan subskrip seperti untuk tegangan. Karena setiap fasor tak seimbang, yang asli adalah jumlah komponen fasor asli yang dinyatakan dalam suku-suku komponennya. V a V a1 V a2 V a

20 V b V b1 V b2 V b0 V c V c1 V c2 V c Sintesis himpunan tiga fasor tak seimbang dari ke tiga himpunan komponen simetris pada gambar 2.2 diperlihatkan pada gambar 2.3. Gambar 2.2. Tiga himpunan fasor seimbang yang merupakan komponen simetris dari tiga fasor tak seimbang. V a V a0 Va2 V c1 V a1 V c V c0 V c2 V b V b0 Vb2 V b1 Gambar 2.3. Penjumlahan secara grafis komponen-komponen untuk mendapatkan tiga fasor tak seimbang. 11

21 Pada gambar 2.3 merupakan sintesa tiga fasor tak simetris dari tiga himpunan fasor simetris. Sintesa itu telah dilakukan sesuai dengan persamaan (2.1) sampai dengan (2.4). V b1 = a 2 V a1 V b2 = a V a2 V c1 = a V a1 V c2 = a 2 V a2 V b0 = V a0 V c0 = V a0 (2.5) Dengan mensubsitusi persamaan diatas ke dalam persamaan (2.3) dan (2.4), tegangan pada masing-masing fasanya adalah: V a = V a0 + V a1 + V a2 (2.6) V b = V a0 + a 2 V a1 + a V a2 (2.7) V c = V a0 + a V a1 + a 2 V a2 (2.8) Atau dalam bentuk matriks dapat ditulis: V a V a0 V b = 1 a 2 a V a1 (2.9) V c 1 a a 2 V a2 Untuk memudahkan dapat dimisalkan: A = 1 a 2 a (2.10) 1 a a 2 maka, A -1 = a a 2 1 a 2 a 2.11 Dengan memperkalikan kedua sisi persamaan (2.9) dengan A -1 diperoleh: V a V a0 V a1 = V 3 1 a a 2 V b a2 1 a 2 a V c 2.12 Ini menunjukan bagaimana menguraikan tiga fasor tak simetris menjadi komponen simetrisnya. Hubungan ini demikian pentingnya sehingga dapat dituliskan dalam bentuk yang sederhana. 12

22 Dari persamaan (2.7), diperoleh: V a0 1 3 V a V b V c 2.13 V a1 1 3 V a a V b a 2 V c 2.14 V a2 1 3 V a a 2 V b a V c

23 BAB III GANGGUAN PADA SISTEM INTERKONEKSI 3.1 BESAR GANGGUAN HUBUNG SINGKAT Besar gangguan hubung singkat atau gangguan hubung singkat MVA pada rel K ditentukan dari besarnya tegangan rel dan arus gangguan. Gangguan hubung singkat MVA digunakan untuk menentukan besarnya ukuran pada rel dan batas untuk trip oleh circuit breaker. Berdasarkan pada definisi di atas, besarnya gangguan hubung singkat atau gangguan hubung singkat MVA pada rel K adalah: SCC 3 V LK I K F x 10 3 MVA 3.1 Dimana tegangan antar fasa V LK ditulis dalam satuan kilo volt dan I K(F) ditulis dalam satuan ampere. Arus gangguan fasa tiga secara simetris dalam satuan per unit adalah: I K F V K 0 X KK 3.2 Dimana V K (0) adalah besarnya tegangan pada rel sebelum gangguan dalam per unit dan X KK adalah besarnya reaktansi sampai titik gangguan dalam per unit. Untuk menentukan arus dasar adalah: I B S B V B 3.3 Dimana S B adalah daya dasar dalam MVA dan V B adalah tegangan antar fasa dasar dalam kilo volt. Maka arus gangguan dalam ampere adalah: I K F = I K F pu I B V K 0 S B 10 3 X KK 3 V B 3.4 Subsitusi untuk I K (F) dari persamaan (3.4) ke (3.1) adalah: SCC V K 0 S B V L X KK V B

24 Jika tegangan dasar besarnya sama dengan tegangan fasa V B = V L, maka: SCC V K 0 S B X KK 3.6 Besarnya tegangan pada rel sebelum gangguan diasumsikan sebesar 1.0 pu. Oleh karena itu, dari hasil persamaan (3.6) maka besarnya gangguan hubung singkat atau gangguan hubung singkat MVA adalah: SCC S B X KK MVA IMPEDANSI URUTAN Impedansi urutan adalah impedansi peralatan listrik terhadap arus urutan positif, negatif dan nol ( Z 1, Z 2, Z 0 ). Peralatan utama terdiri atas transmisi, trafo, mesin, dan beban listrik Impedansi Urutan Beban Sambungan Y Beban fasa tiga seimbang dengan titik netral yang dibumikan dapat dilihat seperti pada gambar 3.1: a + Ia Zs Ia b + Ib Zs Zm Zm Ib Zn Va Zm In c n - Ic + Vb Vc - - Zs Ic Gambar 3.1. Impedansi beban tak seimbang. 15

25 dimana, Tegangan fasa-netral V a = Z s I a + Z m I b + Z m I c + Z n I n V b = Z m I a + Z s I b + Z m I c + Z n I n (3.8) V c = Z m I a + Z m I b + Z s I c + Z n I n Dari hukum arus Kirchoff s, didapat: I n I a I b I c 3.9 Dengan mengsubsitusikan persamaan (3.9) ke persamaan (3.8), maka dalam bentuk matriks didapat: V a V b = V c I a I b Ic 3.10 Sehingga dapat dituliskan dalam bentuk matriks: V abc Z abc I abc 3.11 dimana, Z s Z n Z m Z n Z m Z n Z abc Z m Z n Z s Z n Z m Z n 3.12 Z m Z n Z m Z n Z s Z n Dengan mengubah bentuk V abc dan I abc ke bentuk komponen simetris, maka: A V a012 Z abc AI a012 Kemudian dengan mengalikan persamaan (3.13) dengan A -1, maka: V a012 A 1 Z abc I a012 Z 012 I a012 dimana, Z 012 A 1 Z abc A Melalui substitusi Z abc, A, dan A -1, maka: Z Z s Z n Z m Z n Z m Z n a a 2 Z m Z n Z s Z n Z m Z n 1 a 2 a a 2 a Z m Z n Z m Z n Z s Z n 1 a a 2 16

26 Setelah melakukan perkalian matriks ini akan diperoleh: Z s 3Z n 0 0 Z Z s Z m Z s Z m Bila Z m = 0 maka: Z s 3Z n 0 0 Z Z s Z s Matriks impedansi urutan adalah matriks diagonal, sehingga untuk beban seimbang atau simetris semua besaran urutan bebas satu sama lain yang berarti setiap arus fasa menimbulkan tegangan dropnya sendiri-sendiri pada fasa yang bersangkutan. Dengan demikian analisis fasa tiga dapat dilakukan dengan menggunakan komponen fasa tunggal saja. Peralatan sistem tenaga yaitu transmisi, transformer dan mesin dengan beban harus dianalisis untuk mengetahui impedansi yang akan dialiri arus urutan positif, urutan negatif dan urutan nol Impedansi Urutan Transmisi Transmisi adalah rangkaian pasif sehingga urutan fasa tidak mempengaruhi impedansi, karena tegangan dan arus mengalami geometri penghantar yang sama, terlepas dari urutan sehingga impedansi urutan positif dianggap sama dengan impedansi urutan negatif atau Z 1 = Z 2. Pengaruh tanah dan shielding diabaikan dalam pehitungan parameter jaringan. Arus urutan nol fasa tunggal mengalir melalui fasa a, b dan c yang mengalir melalui kawat netral yang ditanahkan. Tanah atau sebarang kawat shielding efektif sebagai jalanya arus balik arus urutan nol. Jadi impedansi urutan nol Z 0 adalah dipengaruhi oleh lintasan balik melalui tanah. Hal ini berlainan dengan impedansi urutan positif dan negatif atau Z 1 dan Z 2. Misalnya konfigurasi penghantar fasa tiga menurut Carson sebagaimana ditunjukkan pada gambar 3.2 berikut: 17

27 D D D Dn Tanah Gambar 3.2. Konfigurasi penghantar fasa tiga menurut Carson Kawat fasa dialiri oleh arus urutan nol I a0, I b0, dan I c0 dan kembali melalui tanah yang jaraknya D n sama dari setiap konduktor. Penghantar netral dialiri oleh arus yang berlawanan arah dengan arus fasa dan dengan demikian, I a0 I b0 I c0 I n Karena I a0 = I b0 = I c0, maka: I n 3 I a Menurut rumus, fluks melingkar suatu konduktor dalam satu kelompok penghantar adalah: λ i 2x10 7 I i ln 1 1 I r' j ln untuk j 1 i D ij n j dimana r' i r 1 e Fluks melingkar total fasa a adalah: λ a0 2x10 7 I a0 ln 1 r' I b0ln 1 D I 1 c0 D I 1 n D n 3.20 Subsitusi I b0, I c0, I n dalam fungsi I a0 akan diperoleh: λ a0 2x10 7 I a0 ln 1 r' ln 1 D 1 D 3I 1 n D n λ a0 2x10 7 I a0 ln D n 3 r'd 2 Wb/m

28 maka: Karena L 0 = λ a0 / I a0 adalah induktansi urutan nol per fasa dalam mh/km, L ln D n 3 r'd ln DD 3 n r'd atau L ln D r' ln D n mh/km 3.24 D Suku pertama dari persamaan ini adalah induktansi urutan positif, sehingga reaktansi urutan nol dapat dinyatakan sebagai : X 0 X 1 3X n 3.25 dimana: X n 2πf 0.2 ln D n mω/km 3.26 D Impedansi urutan nol transmisi lebih besar dari pada tiga kali impedansi urutan positif atau impedansi urutan negatifnya Impedansi Urutan Mesin Sinkron Induktansi mesin serempak tergantung pada urutan fasa terhadap arah putaran rotor. Impedansi urutan positif generator muncul dari arus urutan positif yang ditimbulkan oleh tegangan urutan positif. Impedansi urutan positif terdiri atas berbagai besaran yaitu Xd, Xd, dan Xd yang digunakan pada studi gangguan fasa tiga seimbang. Kalau arus urutan negatif ada dalam stator, maka fluks bersih pada celah udara berputar melawan arah putaran rotor sehingga fluks bersih ini berputar dua kali putaran sinkron terhadap rotor. Karena tegangan medan penguat behubungan dengan variabel urutan positif, maka gulungan medan penguat tak mempengaruhi urutan negatif, sehingga hanya gulungan peredam yang berpengaruh pada sumbu tegak (quadratice axis). Tidak ada perbedaan reaktansi subtransien dengan reaktansi transien pada sumbu tegak lurus dan sumbu langsung (direct axis). Reaktansi urutan negatif sama dengan reaktansi subtransien urutan positif. 19

29 X 2 X d " 3.27 Impedansi urutan nol adalah impedansi yang mempunyai arus urutan nol yang sama besar dan fasa yang sama. Bila mmf ruangan adalah sinusoidal maka resultante fluks celah udara adalah nol sehingga tak ada reaktansi yang dibangkitkan oleh reaksi jangkar (armature reaction). bocor. Mesin mempunyai rekasi urutan nol yang sangat kecil mendekati reaktansi X 0 X Impedansi Urutan Dari Transformator Transformator tenaga mempunyai rugi-rugi inti dan arus magnetisasi sekitar 1% dari nilai nominal sehingga cabang magnetisasi boleh diabaikan. Trafo diibaratkan rangkaian seri yang besarnya ekivalen dengan impedansi kebocoran. Karena trafo adalah peralatan statik maka kebocoran impedansi tidak berubah bila urutan fasa berubah, sehingga impedansi urutan positif sama dengan impedansi urutan negatif dan juga bila trafo mengalirkan arus urutan nol maka impedansi urutan nol sama dengan impedansi bocor trafo, sehingga: Z 0 Z 1 Z 2 Z F 3.29 Untuk trafo Y- dan -Y tegangan fasa urutan positif pada sisi tegangan tinggi mendahului tegangan fasa pada sisi tegangan rendah sebesar 30. Tegangan urutan negatif tiap fasa bergeser sebesar -30. Rangkaian ekivalen untuk impedansi urutan nol tergantung pada sambungan gulungan trafo dan tergantung pada ada atau tidaknya pentanahan titik netral. Konfigurasi pentanahan netral dengan rangkaian ekivalen impedansi urutan nol untuk berbagai rangkaian adalah sebagai berikut (dalam hal ini reluktansi inti diabaikan sehingga arus primer ada bila arus sekunder ada). a. Sambungan trafo Y-Y dengan kedua netral ditanahkan. Arus urutan nol adalah sama dengan jumlah arus fasa. Arus urutan nol bisa mengalir baik di primer maupun di sekunder sehingga impedansi urutan nol sama dengan impedansi bocor trafo. Rangkaian ekivalennya dapat dilihat pada gambar 3.3.a. 20

30 b. Sambungan Y-Y, hanya primer yang ditanahkan. Karena sambungan sekunder tidak ditanahkan netralnya maka jumlah arus fasa adalah nol. Sehingga arus urutan pada primer adalah nol dengan perkataan lain rangkaian terbuka, seperti pada gambar 3.3.b. c. Transformator Y- dengan netral Y ditanahkan. Arus urutan nol primer ada karena adanya arus sirkulasi urutan nol pada sekunder. Tetapi tidak ada arus yang meninggalkan sambungan segitiga sehingga ada isolasi antara arus urutan nol primer pada hubungan Y dengan arus urutan nol sekunder pada hubungan, seperti pada gambar 3.3.c. d. Trafo sambungan Y- dengan netral diisolasi. Karena netral diisolasi maka impedansi urutan nol tak dapat mengalir dan rangkaian ekivalen kelihatan seperti rangkaian terbuka (impedansi tak terhingga), seperti pada gambar 3.3.d. e. Trafo sambungan -. Arus urutan nol berputar pada sambungan, tapi tidak keluar dari, seperti pada gambar 3.3.e. Impedansi netral memegang peranan pada rangkaian ekivalen. Bila netral dibumikan melalui impedansi Z n maka rangkaian ekivalen impedansi netral adalah 3Z n karena I n = 3 I 0 pada lintasan arus urutan nol. 21

31 Simbol Rangkaian hubungan Trafo Rangkaian ekivalen urutan nol p s p I a0 n n I a0 s Z 0 I a0 3I a0 3I a0 I a0 I a0 (a) I a0 N 0 p s Z 0 p s n (b) N 0 p I a0 s Z 0 p s n I a0 3I a0 I a0 (c) N 0 p s p n s Z 0 (d) N 0 p s p s Z 0 N 0 (e) p s Z 0 p s n n N 0 (f) Gambar 3.3. Jaringan urutan nol fasa tiga dari transformator dua lilitan Jaringan Urutan Nol Catatan penting bahwa sistem urutan nol adalah bukan sistem fasa tiga tetapi sistem fasa tunggal. Karena arus urutan nol dan tegangan adalah sama besarnya dan pada setiap titik fasa dalam semua sistem fasa. Bagaimanapun juga, arus urutan impedansi hanya didapat pada rangkaian jika rangkaian tersebut dapat dilalui arus. Adapun, jika rangkaian tersebut tidak dapat dilalui arus impedansi urutan nol dalam rangkaian, 22

32 maka urutan impedansi tersebut terbatas. Dalam penggambaran jaringan urutan nol, keterabatasan impedansi ditunjukan dengan cara rangkaian terbuka. Pada gambar 3.4 menjelaskan bahwa jaringan urutan nol untuk hubungan Y (wye) dan (delta) beban fasa tiga. Diagram hubungan beban Rangkaian eqivalen urutan nol Z 0 Ia0 Z 0 n Z 0 Z 0 (a) N 0 Ia0 n Z 0 Ia0 Z 0 n Z 0 Z 0 Ia0 3I a0 Ia0 N 0 (b) Ia0 n Z 0 Ia0 Z 0 n Z 0 Z n Z 0 Ia0 3Z n 3I a0 Ia0 N 0 (c) n Z 0 I a0 = 0 Z 0 Z 0 Z 0 N 0 (d) Gambar 3.4. Jaringan urutan nol untuk hubungan wye dan delta beban fasa tiga: (a) hubungan beban wye tanpa pentanahan; (b) hubungan beban wye dengan pentanahan; (c) hubungan beban wye dengan pentanahan menggunakan impedansi; (d) hubungan beban delta 3.3 GANGGUAN HUBUNG SINGKAT Gangguan Fasa Tiga Pada umumnya, gangguan fasa tiga merupakan gangguan yang seimbang (symmetrical), tetapi juga bisa dianalisa dengan menggunakan komponen simetris. gambar 3.5(a) memperlihatkan gambaran umum dari gangguan fasa tiga seimbang pada gangguan di titik F dengan impedansi Z f dan Z g. Gambar 3.5(b) 23

33 memperlihatkan rangkaian ekivalen jaringan urutan, dengan V f adalah tegangan sebelum terjadi gangguan (V f = 1,0 0 p.u). Arus urutan positif, negatif dan nol dapat digambarkan sebagai berikut: I a0 0 I a I a Z 1 Z f 3.32 Dengan mensubsitusikan persamaan (3.30), (3.31), (3.32) ke dalam persamaan matriks, maka dapat ditulis: I af I bf 1 a 2 a I cf 1 a a 2 I a0 I a1 I a sehingga, I af I bf 1 a 2 a I cf 1 a a I a Dari persamaan di atas diperoleh: I af I a1 I bf a 2 I a1 I cf a I a Z 1 Z f Z 1 Z f Z 1 Z f maka: Ketika jaringan urutan dihubung singkat dengan impedansi gangguannya, V a0 0 V a1 Z f I a1 V a Dengan mensubsitusikan persamaan (3.38), (3.39), (3.40) ke persamaan matriks adalah sebagai berikut: 24

34 V af V bf 1 a 2 a V cf 1 a a 2 V a0 V a1 V a maka, V af V bf 1 a 2 a V a1 V cf 1 a a sehingga, V af V a1 Z f I a V bf a 2 V a1 Z f I a1 240 V cf a V a1 Z f I a Sehingga, tegangan fasa-fasa menjadi : V ab V af V bf V a1 1 a 2 3 Z f I a V bc V bf V cf V a1 a 2 a 2 3 Z f I a V ca V cf V af V a1 a 1 3 Z f I a a F b Zf + 3Zg Zf Zf Ia0 I a1 I a2 c If If If F0 F1 F2 Z f Z f Z f Va0 - + Z 3 -+ Va Z 1 Va2 - + Z 2 Z f I f + I f + I f = 3I a0 N0 N1 N2 (a) (b) Gambar 3.5. Gangguan Fasa Tiga (a) gambaran umum; (b) rangkaian ekivalen jaringan urutan 25

35 3.3.2 Gangguan Fasa Tunggal Ke Tanah (SLG Fault) Pada umumnya, gangguan fasa tunggal ke tanah pada sistem transmisi terjadi ketika satu penghantar fasanya terhubung singkat ke tanah baik secara langsung (solidly), R F = 0 atau terhubung dengan kawat tanah. Gambar 3.6 (a) memperlihatkan gambaran umum dari gangguan fasa tunggal ke tanah pada gangguan di titik F dengan impedansi gangguan Z F. Gambar 3.6 (b) memperlihatkan rangkaian ekivalen jaringan urutan. Pada analisa gangguan fasa tunggal ke tanah dimisalkan terjadi pada fasa a, dengan V f adalah tegangan sebelum terjadi gangguan (V f = 1,0 0º p.u), dimana: I a0 I a1 I a Z 0 Z 1 Z 2 3Z f 3.49 I af I a0 I bf 1 a 2 a I a1 I cf 1 a a 2 I a Arus gangguan untuk fasa a adalah: I af I a0 I a1 I a atau I af 3I a0 3I a1 3I a Dari gambar 3.6 (a) V af Z f I af 3.53 Dengan mensubsitusikan persamaan (3.52) ke persamaan (3.53), tegangan pada fasa a adalah sebagai berikut: V af 3Z f I a sehingga: Pada gambar 3.6 (b) memperlihatkan rangkaian jaringan urutan di seri, V af V a0 V a1 V a2 V a0 V a1 V a2 3Z f I a

36 Tegangan urutan nol, positif dan negatif bisa didapat dari persamaan: V a0 0 Z I a0 V a Z 1 0 I a1 V a Z 2 I a Gangguan fasa tunggal ke tanah pada fasa b dan c tegangan dihubungkan untuk mengetahui komponen tegangan fasa a, dari persamaan matriks dapat ditulis: V af V bf 1 a 2 a V cf 1 a a 2 V a0 V a1 V a adalah V bf V a0 a 2 V a1 av a dan V cf V a0 a V a1 a 2 V a a F Ia 0 F0 b Z Va0 N0 c I af I bf = 0 I cf = 0 Ia 1 + F1 Vaf - Z f Z Va N1 Ia 2 3 Zf F2 Z Va2 N2 (a) (b) Gambar 3.6. Gangguan fasa tunggal ke tanah (a) gambar umum; (b) rangkaian ekivalen jaringan urutan 27

37 BAB IV PERHITUNGAN GANGGUAN HUBUNG SINGKAT 4.1 STUDI KASUS Jaringan tegangan menengah pada sistem kelistrikan di Indonesia kebanyakan menggunakan saluran udara yang tidak terlepas dari berbagai macam gangguan, kecuali untuk daerah Jakarta Raya dan Tangerang kebanyakan adalah dengan menggunakan saluran kabel. Dalam pembahasan sub-sub bab berikutnya, pada bab 4 ini gangguan hubung singkat (short circuit) pada salah satu penyulang pada GI Kembangan, Jakarta-Barat yaitu pada penyulang Ji ih akan dianalisis. Selain menganalisa besarnya tegangan akibat gangguan hubung singkat di gardu distribusi BC.60 besarnya tegangan pada tiap rel TM yang dekat dengan gardu distribusi BC.60 juga akan dianalisis. Penyulang yang akan dianalisa adalah penyulang Ji ih pada GI Kembangan, Jakarta-Barat seperti dapat dilihat pada gambar 4.1 dengan data sebagai berikut: a. Spesifikasi Transformer Pada GI Kembangan: Daya pengenal Tegangan primer Tegangan sekunder Keterangan vektor Pentanahan = 60 MVA = 150 kv = 20 kv = YNyno = 12 Ω Rn = 4,13 Z(%) = 12 R(%) = 0,37 X(%) = 11,98 b. Spesifikasi BC 60 Daya Tegangan primer (Tp) Tegangan sekunder (Ts) = 2 x 630 kva = 20 kv = 400 V 28

38 Keterangan vektor = DynS Z(%) = 4 R(%) = 1,2 X(%) = 3,82 29

39 Gambar 4.1. Single line diagram penyulang ji ih pada Gardu Induk PLN Kembangan 30

40 4.2 TEGANGAN PADA TITIK GANGGUAN Untuk menghitung tegangan gangguan hubung singkat pada jaringan tegangan menengah yang disebabkan oleh gangguan yang terjadi di lokasi pada saluran tegangan menengah (TM) tersebut diperlukan beberapa parameter, antara lain impedansi transformator TT/TM, sistem pentanahan pada sisi TM dan impedansi saluran dari GI ke titik lokasi gangguan. Semua parameter tersebut diubah ke dalam satuan standar yaitu satuan per-unit Perhitungan Per-Unit Dalam perhitungan per-unit dipilih dasar daya (S base ) dan dasar tegangan (V base ) pada sisi sekunder transformer yaitu: S base = 60 MVA V base = 20 kv a. Impedansi transformer dalam per-unit adalah: X T = = pu 60 Z T = jx Tpu = j0.120 pu b. Sistem pentanahan dalam per-unit adalah: Z base = = 6.67 Ω maka : R n = R n = 4.13 = 0.62 pu Z base Perhitungan Besarnya Tegangan Akibat Gangguan Fasa Tunggal Ke Tanah Pada Gardu BC 60 Pada gangguan fasa tunggal ke tanah (single line to ground fault) diasumsikan nilai impedansi gangguan Z F = 0 dan gangguan terjadi pada fasa a. Representasi rangkaian dengan gangguan fasa tunggal beserta rangkaian ekivalen urutan yang dapat dilihat pada gambar

41 Gambar 4.2 Gangguan fasa tunggal ke tanah dan rangkaian ekivalen gangguan Langkah perhitungan gangguan fasa tunggal ke tanah adalah sebagai berikut: a. Akibat gangguan fasa tunggal ke tanah pada BC.60 Dari hasil perhitungan seperti yang dapat dilihat pada lampiran B diperoleh: Impedansi urutan positif = impendasi urutan negatif Z 1 = Z 2 = 0,025 83,29 = 0,003 + j0,025 Impedansi urutan nol Z 0 = 0,032 88,76 = 0, j0,032 b. Arus urutan I a I ao I b 1 a 2 a I a1 Ic 1 a a 2 I a I a0 I a1 I a2 Z 0 Z 1 Z 2 3Z n = = = j j j j = = j

42 c. Arus gangguan hubung singkat pada fasa a I a = 3I a1 = = d. Besarnya arus pada fasa a, I dengan: S base BC.60 = 630 kva V base I base = = 20 kv 630 kva 20 kv = 31.5 A I a = A e. Tegangan Urutan = A = ka V a0 0 Z I ao V a Z 1 0 I a1 V a Z 2 I a2 0 0,032 88, = ,025 83, ,025 83, ,390 3, ,305-1,83 0 0,305-1,83 0 0,389+j0, ,305-j0, ,305-j0,010-0,389 j0,025 0,695+j0,010-0,305+j0,010 0, ,32 0,695 0,82 0, ,12 33

43 f. Tegangan gangguan hubung singkat pada fasa V a V a0 V b 1 a 2 a V a1 V c 1 a a 2 V a , ,32 1 a 2 a 0,695 0,82 1 a a 2 0, ,12 dimana, a = = -0,5 + j0,867 a 2 = = -0,5 j0,867 maka, V 0, ,32 + 0,695 0,82 + (0, ,12 ) a V b 0, ,32 + 0, ,18 + (0, ,12 ) V c 0, ,32 + 0, ,82 + 0,305 58,12-0,389-j0, ,695+j0,010 +(-0,305+j0,010) -0,389-j0, ,34-j0,607 +(0,144-j0,269) -0,389-j0, ,356+j0,597 +(0,161+j0,259) 0,001-j0,005 = -0,585-j0,901-0,458+j0,467 0,005-78,69 = 1, ,99 0, ,44 g. Besarnya tegangan pada fasa a, b, c, V base 20 kv V a (0,005-78,69 ) 20 kv 0,10-74,69 kv 0,026 j0,096 V b (1, ,99 ) 20 kv 21,48-122,99 kv - 11,7 j18,02 V c (0, ,44 ) 20 kv 13,08 134,44 kv - 9,16+ j9,34 34

44 h. Tegangan line to line pada saat gangguan V ab V a V b (0,026 j0,096) (- 11,7 j18,02) 11,73 + j17,92 21,42 56,79 pu V bc V b V c (- 11,7 j18,02) (- 9,16+ j9,34) -2,54 j27,36 27,48-95,30 pu V ca V c V a (- 9,16+ j9,34) (0,026 j0,096) - 9,19 + j9,44 13,17 134,23 pu 4.3 TEGANGAN AKIBAT GANGGUAN FASA TIGA PADA GARDU BC.60 Pada gangguan fasa tiga: Gambar 4.3. Gangguan fasa tiga ke tanah dan rangkaian ekivalen gangguan 35

45 a. Akibat gangguan fasa tiga pada BC.60 Z 1 0,003 + j0,025 0,025 83,29 b. Arus urutan I a0 I a2 0 I a1 1 0 Z 1 Z ground 1 0 = 0,025 83,29 = 40,00-83,29 = 4,674 j39, ,003 j0,025 c. Arus gangguan hubung singkat pada fasa I a I b = 1 a 2 a 40,00-83,29 Ic 1 a a ,00-83,29 = 40,00-203,29 40,00 36,71 d. Besar arus pada fasa 3, I base 3000 ka I a = (40,00-83,29 ) 31,5 A = ,29 A I b = (40,00-203,29 ) 31,5 A = ,29 A I c = (40,00 36,71 ) 31,5 A = ,71 A e. Tegangan urutan V a0 0 Z I a0 V a1 1 0 Z 1 0 I a1 V a Z 2 I a2 0 0,032 88, = 1-0 0,025 83, ,00-83, ,025 83,

46 f. Tegangan gangguan hubung singkat pada fasa V a 0 V b 0 V c 0 g. Besar tegangan pada fasa a, b, c, V base 20 kv V a 0 V b 0 V c 0 h. Tegangan line to line pada saat gangguan V ab 0 V bc 0 V ca ARUS GANGGUAN HUBUNG SINGKAT DENGAN SIMULASI PROGRAM ETAP Adapun tujuan dari pada menganalisa arus gangguan hubung singkat fasa tiga dengan menggunakan program ETAP yakni sebagai perbandingan antara perhitungan manual dengan menggunakan simulasi program ETAP. Dari hasil analisa diperoleh beberapa data gambar dan hasil laporan analisa sebagai mana dapat dilihat pada lembar lampiran A berikutnya. 37

47 BAB V PENUTUP 5.1 KESIMPULAN Gangguan hubung singkat pada suatu sistem tenaga listrik tidak dapat diprediksi kapan akan terjadi tetapi dapat ditangani ketika gangguan tersebut terjadi. Dari hasil laporan tugas akhir ini penulis dapat menyimpulkan tentang sebab gangguan secara umum serta hasil analisa gangguan hubung singkat fasa tunggal ke tanah maupun gangguan fasa tiga, yakni antara lain : a. Gangguan pada sistem dapat terjadi disebabkan oleh tiga hal yaitu : Gangguan karena kesalahan manusia misalnya kelalaian pada saat mengubah jaringan sistem, lupa membuka pembumian setelah perbaikan, kurang pemeliharaan, dan sebagainya. Gangguan dari dalam misalnya gangguan-gangguan yang berasal dari sistem atau gangguan dari peralatan itu sendiri misalnya faktor usia alat yang sudah tua, arus lebih, tegangan lebih, dan lain-lain sehingga merusak isolasi peralatan. Gangguan dari luar yaitu gangguan yang berasal dari alam diantaranya cuaca, gempa bumi, petir dan banjir, pohon atau ranting, gangguan karena binatang diantaranya gigitan tikus pada kabel, kelelawar, burung, ular dan sebagainya. b. Besarnya arus dan tegangan akibat gangguan fasa tunggal ke tanah pada gardu BC 60 : Besarnya Arus pada Phasa a, I adalah I a = ka Besarnya Tegangan pada Phasa a, b, c V base 20 kv V a 0,10-74,69 kv V b V c 21,48-122,99 kv 13,08 134,44 kv 38

48 c. Besarnya arus dan tegangan akibat gangguan fasa tiga pada gardu BC 60: Besar Arus pada Phasa 3, I base 3000 ka I a = ,29 ka I b = ,29 ka I c = ,71 ka Besarnya Tegangan pada Phasa a, b, c V base 20 kv V a 0 V b 0 V c 0 Dari hasil perhitungan arus gangguan hubung singkat fasa tiga pada gardu BC.60 dengan menggunakan perhitungan manual didapat I a = ka sedangkan dengan menggunakan simulasi ETAP didapat I a = ka seperti yang dapat dilihat pada lampiran A. 5.2 SARAN Beberapa saran dapat ditulis antara lain: a. Cara meminimalisir gangguan: Harus adanya sistem proteksi yang memadai dan handal sebagai pemutus utama apabila terjadi gangguan. Sistem monitoring jarak jauh sebagai pemonitor apabila terjadi suatu gangguan. Perlu adanya pergantian peralatan untuk instalasi listrik secara berkala dalam jangka waktu yang telah ditentukan bila dianggap perlu. b. Penulis juga ingin menyampaikan beberapa saran kepada pihak pengelola agar dapat menjadi bahan pertimbangan untuk meningkatkan kinerjanya dalam meningkatkan kualitas pelayanan listrik kepada konsumen dengan meminimalisir secepatnya apabila terjadi gangguan pada suatu sistem. 39

49 DAFTAR PUSTAKA [1] Gonen, T, Modern Power System Analysis, Mc Graw Hill, New York, [2] Saadat, H, Power System Analysis, Mc Graw Hill International Edition, Electrical Enginering Series, [3] Stevenson, W.D., Elements of Power System Analysis, Mc Graw Hill, New York, [4] Marsudi, Djiteng, Operasi Sistem Tenaga Listrik, Jakarta, 1990.