BAB IV. PERHITUNGAN GANGGUAN SIMPATETIK PADA PENYULANG 20 kv GARDU INDUK DUKUH ATAS

Transkripsi

1 BAB IV PERHITUNGAN GANGGUAN SIMPATETIK PADA PENYULANG 20 kv GARDU INDUK DUKUH ATAS 4.1. GARDU INDUK DUKUH ATAS GI Dukuh Atas merupakan gardu induk yang memiliki 2 buah trafo tenaga dengan daya masing-masing 60 MVA. Di sisi 20 kv, gardu induk Dukuh Atas memiliki beberapa penyulang yang menyuplai listrik ke konsumen ataupun terhubung dengan gardu induk lainnya. Dalam hal ini pengamatan difokuskan pada 5 penyulang yaitu penyulang Damri, Koasi, Kopaja, Mikrolet, Taxi. Kelima penyulang tersebut terpisah dari setiap rel, untuk penyulang Koasi dan Taxi berada pada rel pertama dan disuplai oleh trafo 1. Sedangkan pada penyulang Mikrolet, Damri dan Kopaja berada pada rel kedua dan disuplai oleh trafo 3. Rencana pembuatan trafo baru atau trafo kedua masih belum dapat digambarkan secara lebih rinci dalam sebuah diagram satu garis. Pemilihan penyulang berdasarkan pada intensitas gangguan yang terjadi pada setiap penyulang. Pada gambar 4.1 diperlihatkan diagram GI Dukuh Atas pada tiap posisi penyulang. Gambar 4.1 Posisi Penyulang 27

2 4.2. DATA TEKNIK Dalam menganalis gangguan simpatetik pada penyulang 20 kv GI Dukuh Atas dibutuhkan beberapa data teknis diantaranya trafo, kapasitas hubung singkat busbar, impedansi kabel yang digunakan dan panjang saluran penyulang. Data tersebut diberikan pada tabel 4.1 sampai tabel 4.4. Tabel.4.1 Data teknis trafo Data Teknis CT No GI Trafo Thn Op Vektor Z % PRIMER SEKUNDER Type MVA Teg. Thn Group Phase Netral Phase Netral 1 D.ATAS I TL / YNynO(d11) /5 300/5 2000/ / 5 2 D.ATAS III TL / YNynO(d11) /5 300/5 2000/ / 5 Tabel Hubung singkat fasa tiga Reg Lokasi Teg(kV) Bay KAExis SC07 SC08 SC09 SC10 SC11 1 D. Atas 150 Kopel D. Atas 150 Trafo D. Atas 150 SetiaBudi D. Atas 150 SetiaBudi D. Atas 150 Trafo

3 Tabel 4.3 Kabel SKTM XLPE 20 kv Size KHA Rac X Y Ro Xo Yo Rdc20C A Ohm/km Ohm/km Ohm/km Ohm/km Ohm/km Ohm/km Ohm/km 3x 35 Al x 50 Al x 70 Al x 150 Al x 240 Al x 300 Al x 400 Al Tabel 4.4 Panjang kabel dan jenis kabel penyulang (Damri, Koasi, Kopaja, Mikrolet,dan Taxi) No GI Spindel Penyulang Jenis Kabel Panjang Kabel jumlah 3 x 300 mm 3 x 240 mm 1 D. Atas SP.45 Damri Al SP.45 Koasi Al SP.45 Kopaja Al SP.45 Mikrolet Al SP.45 Taxi Al

4 4.3. PERHITUNGAN HUBUNG SINGKAT BUSBAR 150 kv DALAM MVA, IMPEDANSI SUMBER, DAN REAKTANSI TRANSFORMATOR. Diketahui bahwa hubung singkat busbar GI Dukuh Atas pada tahun 2009 yaitu 25,6654 KA, maka MVA hubung singkatnya adalah V x 25,6654 KA = 3849,81 MVA Jadi MVA hubung singkat busbar 150 kv untuk GI Dukuh Atas yaitu 3849,81 MVA Impedansi Sumber Impedansi sumber dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (3.17) untuk tegangan 20 kv dan MVA hubung singkat sebesar , yaitu: Xs = = Reaktansi Transformator Reaktansi transformator dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (3.18) untuk Zt = 12.57, S = 60 MVA (tabel 4.1), dan V = 20 kv, yaitu: Xt = 12,57% x 20² / 60 = 0,838 Karena trafo tidak memiliki belitan delta maka reaktansi urutan nol ( Xto ) berkisar 9 sampai dengan 14 kali Xt. Untuk itu, diambil nilai Xto = 10 x Xt. Jadi Xto = 10 x = 8,38 8,4. 30

5 4.4. PERHITUNGAN IMPEDANSI PENYULANG Dalam kasus ini diambil nilai Z = (R + jx) ohm/km sebesar: Z = Z₂ = (0,16 + j 0.09) Ohm/km Z₀ = (0, j ) Ohm/km Penyulang Damri Impedansi ( Z, Z₂, Z₀) Impedansi urutan positif dan negatif untuk penyulang Damri dapat dilihat pada tabel 4.5 dan impedansi urutan nol dapat dilihat pada tabel 4.6 Tabel 4.5 Impedansi urutan positif dan negatif Damri Panjang Saluran Panjang Kabel & Data Kabel (3 x 240 mm) Impedansi Penyulang (Z1,Z2) 1% 3,721 x (0,16 + j 0.09) (0,006 + j 0,0033) Ohm 25% 3,721 x (0,16 + j 0.09) (0,148 + j 0,083) Ohm 50% 3,721 x (0,16 + j 0.09) (0,297 + j 0,167) Ohm 75% 3,721 x (0,16 + j 0.09) (0,446 + j 0,251) Ohm 100% 3,721 x (0,16 + j 0.09) (0,595 + j 0,334) Ohm Tabel 4.6 Impedansi urutan nol Damri Panjang Saluran Panjang Kabel & Data Kabel (3 x 240 mm) Impedansi Penyulang (Z0) 1% 3,721 x (0, j ) (0, j 0,0086) Ohm 25% 3,721 x (0, j ) (0, j 0,2153) Ohm 50% 3,721 x (0, j ) (0, j 0,4307) Ohm 75% 3,721 x (0, j ) (0, j 0,6460) Ohm 100% 3,721 x (0, j ) (0, j 0,8614) Ohm 31

6 Dengan cara yang sama dapat dihitung hasil masing-masing penyulang impedansi urutan positif dan negatif serta urutan nol dari tiap-tiap penyulang (Koasi, Kopaja, Mikrolet dan Taxi), dimana hasilnya ditabulasi seperti masing-masing dapat dilihat pada tabel 4.7 dan tabel 4.8. Tabel 4.7 Impedansi urutan positif dan negatif dari masing masing penyulang P. Saluran Impedansi Penyulang (Z1,Z2) Ω Damri Koasi Kopaja Mikrolet Taxi 1% 0,006+j0,0033 0,0048+j0,0027 0,0025+j0,0014 0, j 0,0041 0,0105+j 0, % 0,148+j0,083 0,1207+j0,0679 0,0623+j0,0351 0, j 0,1043 0,2632+j 0, % 0,297+ j 0,167 0,2414+j0,1358 0,1247+j0,0701 0,3709+ j 0,2086 0,5264+j 0, % 0,446+ j 0,251 0,3621+j0,2037 0,1871+j0,1052 0, j 0,3129 0,7896+j 0, % 0,595+ j 0,334 0,4828+j0,2716 0,2494+j0,1403 0, j 0,4173 1,0528+j 0,5922 Tabel 4.8 Impedansi urutan nol dari masing masing penyulang P. Saluran Impedansi Penyulang (Z0) Ω Damri Koasi Kopaja Mikrolet Taxi 1% 0,0095+j0,0086 0,0077+j0,0069 0,0039+j0,0036 0,0118+j0,0107 0,0118+j0, % 0,2381+j0,2153 0,1931+j0,1746 0,0997+j0,0902 0,2967+j0,2683 0,2967+j0, % 0,4762+j0,4307 0,3863+j0,3493 0,1995+j0,1804 0,5935+j0,5367 0,5935+j0, % 0,7144+j0,6460 0,5794+j0,5240 0,2993+j0,2706 0,8903+j0,8050 0,8903+j0, % 0,9525+j0,8614 0,7726+j0,6986 0,3991+j0,3609 1,1870+j1,0734 1,1870+j1,

7 4.4.2 Impedansi Equivalen Impedansi equivalen urutan positif dan negatif dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (3.19), dimana nilai = equivalen, sedangkan untuk impedansi equivalen urutan nol ( ) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (3.20), dimana dapat dilihat sebagai berikut: a. = j j penyulang = j b. = 8, Zo penyulang Penyulang Damri Impedansi Equivalen Impedansi equivalen untuk penyulang Damri dapat dilihat pada tabel 4.9 dan impedansi equivalen dapat dilihat pada tabel Tabel 4.9. Z1 equivalen Damri Panjang Saluran Impedansi Z1,Z2 1% j (0,006 + j 0,0033 ) = 0,006 + j % j (0,148 + j 0,083 ) = 0,148 + j % j (0,297 + j 0,167 ) = 0,297 + j % j (0,446 + j 0,251 ) = 0,446 + j % j (0,595 + j 0,334 ) = 0,595 + j Tabel Zo equivalen Damri Panjang Saluran Impedansi Zo 1% j (0, j 0,0086 ) = 36, j % j (0, j 0,2153 ) = 36, j % j (0, j 0,4307 ) = 36, j % j (0, j 0,6460 ) = 36, j % j (0, j 0,8614 ) = 36, j

8 Sama halnya dengan masing-masing penyulang dan panjang saluran dari impedansi equivalen tiap-tiap penyulang (Koasi, Kopaja, Mikrolet, Taxi) dimana hasilnya ditabulasi seperti dapat dilihat pada tabel 4.11 dan tabel Tabel 4.11 Impedansi equivalen (Z1) dari masing masing penyulang P.Saluran Impedansi Penyulang (Z1) Ω Damri Koasi Kopaja Mikrolet Taxi 1% 0,006+j0,0033 0,0048+j0,0027 0,0025+j0,0014 0,0074+j0,0041 0,0105+j0, % 0,0148+j0,083 0,1207+j0,0679 0,0623+j0,0351 0,1854+j0,1043 0,2632+j0, % 0,297+j0,167 0,2414+j0,1358 0,1247+j0,0701 0,3709+j0,2086 0,5264+j0, % 0,446+j0,251 0,3621+j0,2037 0,1871+j0,1052 0,5564+j0,3129 0,7896+j0, % 0,595+j1,2759 0,4828+j0,2716 0,2494+j0,1403 0,7419+j0,4173 1,0528+j0,5922 Tabel 4.12 Impedansi equivalen (Zo) dari masing masing penyulang P.Saluran Impedansi Penyulang (Z0) Ω Damri Koasi Kopaja Mikrolet Taxi 1% 36,0095+j8, ,0077+j8, ,0039+j8, ,0118+j8, ,0118+j8, % 36,2381+j8, ,1931+j8, ,0997+j8, ,2967+j8, ,2967+j8, % 36,4762+j8, ,3863+j8, ,1995+j8, ,5935+j8, ,5935+j8, % 36,7144+j9,026 36,5794+j8,904 36,2993+j8, ,8903+j9,185 36,8903+j9, % 36,9525+j9, ,7726+j9, ,3991+j8, ,1870+j9, ,1870+j9,

9 4.5. PERHITUNGAN ARUS HUBUNG SINGKAT Arus hubung singkat penyulang Damri pada panjang saluran 25% dengan fasa tunggal ke tanah dihitung dengan menggunakan persamaan (3.21) untuk + +, dimana dapat ditabulasikan ke dalam tabel I = = 921,91 A Dengan cara yang sama, dilakukan untuk menghitung arus hubung singkat pada panjang saluran 1%,50%,75%,100% terhadap penyulang Damri maupun penyulang lainnya, dan untuk itu didapat seperti yang ditabulasikan pada tabel Tabel 4.13 Arus hubung singkat fasa tunggal ke tanah tiap tiap penyulang Lokasi Gangguan Arus hubung singkat Masing masing Penyulang (A) Damri Koasi Kopaja Mikrolet Taxi 1% 936,59 936,69 936,94 936,43 936,25 25% 921,91 924,83 930,77 918,32 914,16 50% 907,27 912,76 924,43 888,59 892,15 75% 892,93 900,98 918,16 882,59 871,11 100% 879,02 889,47 911,97 865,68 850, PERHITUNGAN ARUS KAPASITANSI Arus kapasitansi dihitung dari arus charging jaringan distribusi, sehingga besarnya arus kapasitansi dipengaruhi oleh besarnya kapasitansi kabel XLPE yang digunakan untuk tegangan 20 kv, dimana dapat diperlihatkan pada tabel 4.14 besar kapasitansi kabel XLPE 20 kv sebagai berikut: Tabel 4.14 Besar kapasitansi kabel XLPE untuk tegangan 20 kv Luas Penampang ( mm ) Ce ( mikrofarad/km ) 3 x x x

10 Untuk penyulang Damri yang mempunyai 3,721 km panjang kabel 3 x 240 mm² dan 0,2 km panjang kabel 3 x 300 mm², kapasitansi akan dihitung sebagai berikut: a. 3,721 x 0,31 F/Km = 0, F b. 0,2 x 0,34 F/Km = 0, F Xtotal saluran : = = Dengan demikian, arus kapasitansi penyulang Damri dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (3.22) sebagai berikut: Icedamri = = 13,28 A Arus kapasitansi penyulang lainnya, dapat dihitung dengan cara yang sama seperti di atas, dimana hasilnya dapat ditabulasikan pada tabel 4.15 sebagai berikut: Tabel 4.15 Hasil perhitungan arus kapasitansi tiap tiap penyulang Penyulang Panjang kabel (km) Ukuran kabel (mm²) X.total saluran (Ω) Ice. Penyulang (A) Damri 3,721 3 x ,568 13,28 0,2 3 x 300 Koasi 3,018 3 x ,187 10,91 0,2 3 x 300 Kopaja 1,559 3 x ,879 5,993 0,2 3 x 300 Mikrolet 4,637 3 x ,088 16,37 0,2 3 x 300 Taxi 6,580 3 x ,49 22,92 0,2 3 x 300 Nilai-nilai arus kapasitif di atas, akan kembali ke sumber melalui titik di salah satu penyulang yang terganggu sehingga jika gangguan fasa tunggal ke tanah terjadi pada salah penyulang, maka arus kapasitif penyulang-penyulang yang lain kembali ke sumber seolah memberikan sumbangan arus gangguan di penyulang terganggu. Proses kejadian gangguan dapat dijelaskan sebagai berikut: a. Gangguan fasa tunggal ke tanah pada penyulang Damri arus kapasitifnya sebesar 13,28 A dan ditambahkan oleh penyulang (Koasi, Kopaja, Mikrolet, Taxi), sehingga arus kapasitif yang mengalir melalui titik gangguan dapat dirasakan oleh relai gangguan tanah di penyulang Damri, oleh karena itu arus kapasitifnya menjadi sebesar 56,193 A. 36

11 b. Gangguan fasa tunggal ke tanah pada penyulang Koasi arus kapasitifnya sebesar 10,91 A dan ditambahkan oleh penyulang (Damri, Kopaja, Mikrolet, Taxi), sehingga arus kapasitif yang mengalir melalui titik gangguan dapat dirasakan oleh relai gangguan tanah di penyulang Koasi, oleh karena itu arus kapasitifnya menjadi sebesar 58,563 A. c. Gangguan fasa tunggal ke tanah pada penyulang Kopaja arus kapasitifnya sebesar 5,993 A dan ditambahkan oleh penyulang (Damri, Koasi, Mikrolet, Taxi), sehingga arus kapasitif yang mengalir melalui titik gangguan dapat dirasakan oleh relai gangguan tanah di penyulang Kopaja, oleh karena itu arus kapasitifnya menjadi sebesar 63,48 A. d. Gangguan fasa tunggal ke tanah pada penyulang Mikrolet arus kapasitifnya sebesar 16,37 A dan ditambahkan oleh penyulang (Damri, Koasi, Kopaja, Taxi), sehingga arus kapasitif yang mengalir melalui titik gangguan dapat dirasakan oleh relai gangguan tanah di penyulang Mikrolet, oleh karena itu arus kapasitifnya menjadi sebesar 53,103 A. e. Gangguan fasa tunggal ke tanah pada penyulang Taxi arus kapasitifnya sebesar 22,92 A dan ditambahkan oleh penyulang (Damri, Koasi, Kopaja, Mikrolet), sehingga arus kapasitif yang mengalir melalui titik gangguan dapat dirasakan oleh relai gangguan tanah di penyulang Taxi, oleh karena itu arus kapasitifnya menjadi sebesar 46,553 A PERHITUNGAN WAKTU KERJA RELAI INVERS Untuk waktu kerja relai gangguan tanah yang digunakan adalah relai invers, dimana sistem relai invers ini dapat dipergunakan untuk gangguan fasa tunggal ke tanah dan gangguan simpatetik. Seting relai invers OC/GF di Incoming Trafo dapat dilihat pada tabel 4.16 a, seting relai OC/GF di GI GH diperlihatkan pada tabel 4.16 b, dan seting relai OC/GF di masing masing penyulang diperlihatkan pada tabel 4.16 c. 37

12 Tabel 4.16 a Seting relai OC/GF di Incoming Trafo 1 Relay O.C/G.F di Incoming Relai In Trafo Karakteristik Relay C.T Definite Inverse Ratio I set t set I set tms O.C G.F Tabel 4.16 b Seting relai OC/GF di GI GH Relay O.C/G.F di GI GH Relai Arus C.T Karakteristik Relay Beban Ratio Definite Inverse (A) I set t set I set tms O.C / G.F / Tabel 4.16 c. Seting relai OC/GF di tiap tiap penyulang Relai Setting arus & waktu Penyulang Damri Koasi Kopaja Mikrolet Taxi I(set) TMS I(set) TMS I(set) TMS I(set) TMS I(set) TMS OC 3,75 0,05 3,75 0,05 3,75 0,05 3,75 0,05 3,75 0,05 GF 1 0,08 1 0,08 1 0,08 1 0,08 1 0,08 Untuk menghitung nilai setelan arus : = 1,05 x = 1,05 x 285 A = 299,25 A I set primer pada GI Dukuh Atas sebesar 299,25 ampere. (dari data trafo distribusi 20 kv GI. Dukuh Atas). Untuk mengetahui nilai tms masing masing penyulang, maka diasumsikan nilai tms penyulang Damri untuk panjang saluran 25 % sebagai berikut: 0,3 = x 25% (dihitung dari tiap-tiap panjang saluran penyulang) Tms = 0,0122 s 38

13 Tms di atas dapat dihitung pada persamaan (3.23), oleh karena itu didapat tms masing masing penyulang dan panjang saluran yang diperlihatkan pada tabel Tabel 4.17 Tms masing masing penyulang pada saat terjadi gangguan hubung singkat fasa tunggal ke tanah. Lokasi Gangguan Tms masing masing penyulang (tms) Damri (tms) Koasi (tms) Kopaja (tms) Mikrolet (tms) Taxi 1% 0, , , , , % 0,0122 0,0122 0,0123 0,0121 0, % 0,0240 0,0241 0,0244 0,0235 0, % 0,0354 0,0357 0,0364 0,0351 0, % 0,0466 0,0472 0,0483 0,0460 0,0452 Karena gangguan simpatetik, maka Ice penyulang lain ikut menyumbangkan arus atau menambahkan arus dengan arus gangguan fasa tunggal ke tanah, dimana diperlihatkan oleh masing masing penyulang sebagai berikut: a. Penyulang Damri (diperlihatkan pada tabel 4.18a) Tabel 4.18 a tms simpatetik penyulang Damri Lokasi Gangguan If fasa tanah Ice penyulang lain tms 1% 936, , % 921, , % 907, , % 892, , % 879, ,0409 Pada gambar 4.2 diperlihatkan perbedaan tms fasa tunggal ke tanah dengan gangguan simpatetik pada penyulang Damri. 39

14 Gambar 4.2. Perbedaan tms antara gangguan fasa tunggal ke tanah dan gangguan simpatetik pada penyulang Damri b. Penyulang Koasi (diperlihatkan pada tabel 4.18b) Tabel 4.18 b tms simpatetik penyulang Koasi Lokasi Gangguan If fasa tanah Ice penyulang lain Tms 1% 936,69 A 58,563 A 0, % 924,83 A 58,563 A 0, % 912,76 A 58,563 A 0, % 900,98 A 58,563 A 0, % 889,47 A 58,563 A 0,0414 Pada gambar 4.3 diperlihatkan perbedaan tms fasa tunggal ke tanah dengan gangguan simpatetik pada penyulang Koasi. Gambar 4.3 Perbedaan tms antara gangguan fasa tunggal ke tanah dan gangguan simpatetik pada penyulang Koasi 40

15 c. Penyulang Kopaja (diperlihatkan pada tabel 4.18c) Tabel 4.18 c tms simpatetik penyulang Kopaja Lokasi Gangguan If fasa tanah Ice penyulang lain tms 1% 936,94 A 63,48 A 0, % 930,77 A 63,48 A 0, % 924,43 A 63,48 A 0, % 918,16 A 63,48 A 0, % 911,97 A 63,48 A 0,0425 Pada gambar 4.4 diperlihatkan perbedaan tms fasa tunggal ke tanah dengan gangguan simpatetik pada penyulang Kopaja. Gambar 4.4 Perbedaan tms antara gangguan fasa tunggal ke tanah dan gangguan simpatetik pada penyulang Kopaja d. Penyulang Mikrolet (diperlihatkan pada tabel 4.18d) Tabel 4.18 d tms simpatetik penyulang Mikrolet Lokasi Gangguan If fasa tanah Ice penyulang lain Tms 1% 936,43 A 53,103 A 0, % 918,32 A 53,103 A 0, % 888,59 A 53,103 A 0, % 882,59 A 53,103 A 0, % 865,68 A 53,103 A 0,

16 Pada gambar 4.5 diperlihatkan perbedaan tms fasa tunggal ke tanah dengan gangguan simpatetik pada penyulang Mikrolet. Gambar 4.5 Perbedaan tms antara gangguan fasa tunggal ke tanah dan gangguan simpatetik pada penyulang Mikrolet e. Penyulang Taxi (dapat diperlihatkan pada tabel 4.18e) Tabel 4.18 e tms simpatetik penyulang Taxi Lokasi Gangguan If fasa tanah Ice penyulang lain tms 1% 936,25 A 46,553 A 0, % 914,16 A 46,553 A 0, % 892,15 A 46,553 A 0, % 871,11 A 46,553 A 0, % 850,98 A 46,553 A 0,0394 Pada gambar 4.6 diperlihatkan perbedaan tms fasa tunggal ke tanah dengan gangguan simpatetik pada penyulang Taxi. 42

17 Gambar 4.6 Perbedaan tms antara gangguan fasa tunggal ke tanah dan gangguan simpatetik pada penyulang Taxi Setelah nilai masing-masing tms pada gangguan fasa tunggal ke tanah dan gangguan simpatetik diketahui maka, waktu kerja relai dari setiap penyulang dan penyulang lainnya dapat dihitung dengan contoh penyulang Damri sebagai berikut: Inverse untuk GFR penyulang Damri adalah : t = = 0,48 s Cara di atas digunakan juga untuk menghitung di tiap-tiap panjang saluran penyulang 25%, 50%, 75%, 100%, yang diberikan pada tabel Tabel 4.19 Waktu kerja relai dari masing masing penyulang L. Gangguan Waktu Kerja Relai (detik) Peny.Damri Peny.Koasi Peny.Kopaja Peny.Mikrolet Peny.Taxi 1% 0,48 s 0,48 s 0,48 s 0,48 s 0,48 s 25% 0,493 s 0,491 s 0,487 s 0,493 s 0,495 s 50% 0,50 s 0,497 s 0,491 s 0,509 s 0,506 s 75% 0,51 s 0,502 s 0,494 s 0,511 s 0,518 s 100% 0,52 s 0,509 s 0,497 s 0,521 s 0,531 s 43

18 Setelah didapat tabel di atas maka selisih kerja waktu relai penyulang 1 dan penyulang lainnya diperiksa, dan didapat t sebesar 0,4 detik, dan waktu kerja relai dianggap selektif. Khusus pemeriksaan waktu pada relai gangguan tanah : a. Arus kapasitif dimasukkan ke dalam hitungan, hasilnya simpatetik trip sudah tidak terjadi lagi. b. Dapat diketahui dari pemeriksaan waktu kerja relai arus Ice sewaktu gangguan tanah bagian dari Io masuk ke GF relay, dan dari itu dapat mempercepat waktu kerja GFR. 44