PERHITUNGAN ARUS GANGGUAN HUBUNG SINGKAT PADA JARINGAN DISTRIBUSI DI KOTA PONTIANAK

Transkripsi

1 PERHTUNGAN ARUS GANGGUAN HUBUNG SNGKAT PADA JARNGAN DSTRBUS D KOTA PONTANAK Hendriyadi Program Studi Teknik Elektro Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Tanjungra adekhendri77@gmail.com Abstrak - Jaringan tegangan menengah ini memnyai peranan yang sangat penting bagi kelangsungan suplai energi listrik ke pelanggan.perhitungan arus gangguan hubung singkat adalah analisa suatu sistem tenaga listrik untuk memperoleh nilai besaran besaran listrik yang dihasilkan sebagai akibat gangguan hubung singkat tersebut. Pada penelitian ini perhitungan arus hubung singkat dilakukan pada penyulang-penyulang yang mewakili jaringan distribusi kota Pontianak berdasarkan daerah pelayanan penyulang, yaitu : penyulang Kaas, penyulang Raya 8, penyulang Cemara 4, penyulang Merdeka 3, dan penyulang Khatulistiwa 6. Berdasarkan hasil perhitungan arus gangguan tiga fasa terbesar terjadi pada penyulang Merdeka 3 yaitu sebesar 3.48,7 Ampere, arus gangguan hubung singkat fasafasa terbesar terjadi pada penyulang Merdeka 3 yaitu sebesar 3.5, Ampere, arus gangguan hubung singkat satu fasa terbesar terjadi pada penyulang Merdeka 3 yaitu sebesar.69,34 Ampere. Dari hasil perhitungan arus gangguan penyulang Kota Pontianak menunjukkan bahwa arus hubung singkat tiga fasa lebih tinggi dari arus hubung fasa-fasa dan arus hubung singkat satu fasa, hal ini disebabkan karena pada arus hubung singkat tiga fasa dipengaruhi oleh impedansi urutan positif. Besarnya arus gangguan hubung singkat tertinggi baik gangguan hubung singkat tiga fasa, fasafasa maun satu fasa terjadi pada penyulang Merdeka disebabkan penyulang Merdeka 3 memiliki jarak yang lebih pendek diantara penyulang-penyulang yang dianalisis, sehingga mempengaruhi impedansi urutannya. Kata kunci : gangguan hubung singkat, gangguan tiga fasa, gangguan fasa-fasa, gangguan satu fasa ke tanah.. Pendahuluan Jaringan pada sistem distribusi tegangan menengah atau Jaringan Tegangan Menengah JTM merupakan bagian dari sistem distribusi yang berhubungan langsung ke pelanggan. Pada operasi sistem tenaga listrik dapat terjadi gangguan yang mengakibatkan terganggunya penyaluran tenaga listrik ke konsumen. Suatu gangguan distribusi hampir selalu berupa hubung langsung atau melalui impedansi. Gangguan hubung singkat yang mungkin terjadi di dalam jaringan distribusi ada 3 tiga, yaitu : gangguan hubung singkat 3 fasa, gangguan hubung singkat fasa fasa-fasa dan gangguan hubung singkat fasa fasa- tanah. Perhitungan arus hubung singkat adalah analisis yang mempelajari kontribusi arus gangguan hubung singkat yang mungkin mengalir pada setiap cabang di dalam sistem di jaringan distribusi, transmisi, trafo tenaga atau dari pembangkit sewaktu gangguan hubung singkat yang mungkin terjadi di dalam sistem tenaga listrik. Oleh karena itu dalam tugas akhir ini membahas perhitungan arus gangguan hubung singkat pada jaringan distribusi di kota pontianak oleh karena itu perhitungan arus hubung singkat dilakukan pada beberapa sampel penyulang Kota Pontianak. Kriteria pengambilan sampel penyulang berdasarkan daerah pelayanan beban penyulang tersebut. Adan penyulang-penyulang Kota Pontianak yang akan dianalisis yaitu Penyulang Kaas, Penyulang Raya 8, Penyulang Cemara 4, Penyulang Merdeka 3, dan Penyulang Khatulistiwa 6. Hal ini diperlukan agar dapat mengetahui besarnya arus gangguan hubung singkat tiga fasa, fasa-fasa, dan satu fasa ke tanah pada penyulang kv sistem distribusi Kota Pontianak.. Dasar Teori.. Umum Perhitungan hubung singkat adalah analisis suatu sistem tenaga listrik pada keadaan gangguan hubung singkat, dimana dengan cara ini diperoleh nilai besaranbesaran listrik yang dihasilkan sebagai akibat gangguan hubung singkat tersebut. Gangguan hubung singkat dapat didefinisikan sebagai gangguan yang terjadi akibat adanya penurunan kekuatan dasar isolasi antara sesama kawat fasa dengan tanah yang menyebabkan kenaikan arus secara berlebihan. Analisis gangguan hubung singkat diperlukan untuk mempelajari sistem tenaga listrik baik waktu perencanaan maun setelah beroperasi.... Gangguan Tiga Fasa Seimbang Tipe gangguan ini didefinisikan sebagai gangguan hubung singkat tiga fasa, dimana gangguan itu jarang terjadi, tetapi merupakan tipe gangguan yang palih parah karena pada setiap saluran arus gangguan sama besarnya. Gambar, menunjukkan generator sinkron tiga fasa dengan netral diketanahkan melalui impedansi n Generator menyuplai beban tiga fasa seimbang.

2 Gangguan fasa ke netral terjadi pada fasa melalui impedansi f. Dengan menganggap mula mula generator tanpa beban, syarat batas gangguan titik adalah : V a = a f... 5 b = c = Tegangan fasa dalam bentuk komponen simetris adalah : V a = V a + V a + V a f a = E a + + a... 7 Gambar. Sumber dan mpedansi Tiga Fasa Seimbang Sumber : Saadat 999 : 48 Mesin sinkron membangkitkan tegangan internal tiga fasa dan direpresentasikan sebagai kelompok fasor urutan positif E abc = [ ] E a... = = e j = 4 = e j 4 Mesin menyuplai beban seimbang tiga fasa. Penerapan hukum Kirchhoff untuk tegangan pada setiap fasa menghasilkan : V a = E a s a n n V b = E b s b n n... V c = E c c c - n n Substitusi untuk n = a + b + c dan penulisan persamaan dalam bentuk matriks adalah : Atau a =... 8 Arus gangguan adalah : a = 3 a = Gangguan Hubung Singkat Fasa Ke Fasa Gambar 3 memperlihatkan generator tiga fasa dengan gangguan melalui sebuah impedansi f diantara fasa b dan c. [ ] = [ ] - [ ] [ ]... 3 V a = a V a = E a a V a = a Maka Arus saluran : a = Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa Ke Tanah Gambar, mengilustrasikan generator tiga fasa dengan netral diketanahkan melalui impedansi n. Gambar. Gangguan Saluran Ke Netral Pada Fasa. Sumber : Saadat 999 : 4 Gambar 3. Gangguan Hubung Singkat Fasa b dan Fasa c Sumber : Saadat 999 : 43 dengan menganggap mula mula generator tanpa beban, kondisi batas pada titik gangguan adalah : V b V c = f b... b + c =... a =... Dari persamaan diatas dapat ditentukan : a =... 3 a = b... 4 a = - b... 5 a = - a... 6 a =... 7 a = - a = a = Arus gangguan adalah : b = - c = a... 8 Atau b = - j... 9

3 .. Rangkaian Ekivalen Thevenin Menurut Masykur SJ, 5 :, metode Thevenin merupakan salah satu dari sekian metode untuk menghitung arus listrik pada salah satu cabang dari rangkaian listrik yang terdiri dari banyak cabang atau banyak loop rangkaian tertutup atau dengan kata lain sistem tenaga listrik yang banyak bus. Penerapan metode Thevenin dari suatu rangkaian atau jaringan yang rumit yang terdiri dari banyak sumber tegangan dan impedansiimpedansi peralatan, pada prinsipnya adalah menyederhanakan rangkaian yang rumit tersebut menjadi suatu model rangkaian ekivalen Thevenin, yang hanya terdiri dari satu sumber tegangan Thevenin yang dihubungkan seri dengan sebuah impedansi Thevenin. Model rangkaian ekivalen Thevenin ditunjukkan pada Gambar.4 dibawah ini : F N Gambar.4. Model Rangkaian Ekivalen Thevenin Sumber : Masykur 5 Pada Gambar 4 menunjukkan sebuah lingkaran yang berisi jaringan satu phasa terdiri dari generator, impedansi generator, impedansi transmisi dan impedansi transfomator terhubung satu sama lain yang menunjukkan model satu phasa dari sistem tenaga listrik. Kemudian dari model ini ditentukan titik F dan N dimana lokasi arus hubung singkat akan dihitung. Titik N adalah menunjukkan netral atau titik tegangan nol zero voltage dan besar tegangan antara titik F dan N adalah E yaitu besar tegangan pada lokasi yang ditinjau dalam hal ini lokasi gangguan. Maka model rangkaian ekivalen Thevenin dari rangkaian yang rumit tadi direduksi menjadi satu sumber tegangan E yang terhubung seri dengan satu impedansi. Sebelum melakukan perhitungan arus hubung singkat, maka kita harus memulai perhitungan pada rel daya tegangan primer di gardu induk untuk berbagai jenis gangguan, kemudian menghitung pada titik titik lainnya yang letaknya semakin jauh dari gardu induk tersebut. Untuk itu diperlukan pengetahuan mengenai dasar impedansi urutan rel daya tegangan tinggi atau bisa juga disebut sebagai impedansi sumber, impedansi transformator, dan impedansi penyulang. lustrasi penyulang tegangan menengah dapat digambarkan dibawah ini : sc3ϕ ~ S Busbar 5 CB Transformator Daya T Busbar CB XLPE LXLPE E AAAC LAAAC Gambar 5. lustrasi Penyulang Tegangan Menengah F N... Menentukan mpedansi Sumber Untuk menghitung impedansi sumber di sisi Busbar, maka harus dihitung dulu impedansi sumber di Busbar 5 kv. Menurut Kersting : 9, dengan menggunakan hubung singkat tiga fasa, impedansi ekivalen sistem urutan positif dalam ohm ditentukan dengan : S Ohm... sc 3 Karena resistansi pada sumber diabaikan sehingga : S jxs Ohm... XS j Ohm... sc 3 Diasumsikan impedansi dasar : Ohm... 3 Diasumsikan tegangan dasar sama dengan tegangan sumber, dan resistansi sumber diabaikan sehingga impedansi ekivalen sumber urutan positif dalam menjadi : S j... 4 sc3 S = mpedansi sumber [] = Daya dasar [] sc3 = hubung singkat tiga fasa [] = Tegangan dasar [] Arus gangguan hubung singkat di sisi sekunder diperoleh dengan cara mengkonversikan dulu impedansi sumber di sisi primer ke sisi sekunder. Sisi Primer Sprimer Sisi Sekunder Sisi Sekunder Ssekunder Gambar 6. Konversi Nilai mpedansi Sumber Primer Ke Sekunder Sumber : ulkarnaini Untuk mengkonversikan impedansi yang terletak di sisi primer ke sisi sekunder dengan menggunakan persamaan.77, sebagai S s p sekunder S primer... 5 dimana : S : mpedansi sumber sisi primer [] primer S : mpedansi sumber sisi sekunder [] sekunder : Daya dasar []

4 s p sc : hubung singkat tiga fasa [] : Tegangan dasar sisi sekunder [] : Tegangan dasar sisi primer []... Menentukan mpedansi Transformator Pada perhitungan impedansi suatu transformator yang diambil adalah harga reaktansinya, sedangkan tahanannya diabaikan karena harganya kecil. Untuk mencari nilai reaktansi transformator dalam Ohm dihitung dengan persamaan sebagai T T T T T Ohm... 6 : mpedansi transformator [Ohm] :Tegangan sisi sekunder transformator [] T : Kapasitas transformator [] Pada transformator daya pada umumnya informasi nilai reaktansi menggunakan nilai persentase. Reaktansi transformator daya dengan daya dasar baru : new old Tnew Told old new... 7 T : mpedansi transformator baru [] new T : mpedansi transformator lama [] old : Daya dasar baru [] new : Daya dasar lama [] old new old : Tegangan dasar baru [] : Tegangan dasar lama [] : mpedansi ekivalen urutan positif [] S : mpedansi sumber urutan positif sisi sekunder [] T : mpedansi transformator urutan positif [] L : mpedansi penyulang urutan positif [].3. Diagram Alir Penelitian Diagram alir perhitungan arus hubung singkat pada penyulang-penyulang kota ditunjukkan pada gambar berikut ini :..3. Menentukan mpedansi Penyulang mpedansi penyulang adalah : penyulang L...8 : mpedansi dasar [ohm] : mpedansi penyulang [ohm] L penyulang : mpedansi penyulang []..4. Menentukan mpedansi Ekivalen Penyulang Perhitungan yang akan dilakukan di sini adalah perhitungan besarnya nilai impedansi ekivalen urutan positif. Karena dari sejak sumber ke titik gangguan impedansi yang terbentuk adalah tersambung seri maka perhitungan impedansi ekivalen urutan positif dapat langsung dengan cara menjumlahkan impedansi tersebut. Sehingga untuk impedansi ekivalen penyulang dapat dihitung dengan menggunakan rumus : S T...9 L Gambar 7. Diagram Alir Perhitungan Arus Hubung Singkat Pada Penyulang Kota Pontianak

5 3. Perhitungan dan Analisis 3.. Perhitungan Arus Hubung Singkat pada Penyulang Kaas Penyulang Kaas disupply dari Gardu Hubung Sungai Raya Bus 3, penghantar yang digunakan yaitu AAAC dengan luas penampang 5 mm. Penyulang Kaas memiliki panjang,8 Kms. Perhitungan arus hubung singkat penyulang Kaas melalui beberapa tahapan yaitu sebagai 3... mpedansi Sumber Untuk memudahkan proses perhitungan, impedansi sumber pada GH. Sungai Raya ditentukan dengan hasil perhitungan hubung singkat tiga fasa dan impedansi urutan pada GH. Sungai yaitu : hubung singkat = 59,53 sc mpedansi urutan positif S mpedansi urutan negatif S mpedansi urutan nol S =, + j,67 =, + j,67 =,4 + j, mpedansi Penyulang Kaas Data teknis penghantar penyulang Kaas berdasarkan data PT. PLN Persero APDP Kalimantan Barat sebagai Jenis Penghantar = AAAC Luas Penampang = 5 mm Panjang =,8 Km Tegangan Sistem = mpedansi Urutan Positif L =,6 + j,33 /Km mpedansi Urutan Negatif L =,6 + j,33 /Km mpedansi Urutan Nol L =,363 + j,68 /Km Untuk memudahkan perhitungan, nilai impedansi saluran penyulang Kaas diubah dalam satuan per unit, sebagai Daya dasar = Tegangan dasar sistem = mpedansi dasar : 4 Ohm Maka, mpedansi urutan positif dan negatif penyulang Kaas dalam satuan per unit :,6 j,33,8 L L 4 L L,69 j, 936 mpedansi urutan nol saluran penyulang Kaas dalam satuan per unit :,363 j,68,8 L 4 L,37 j 4, 568 Dari perhitungan impedansi diatas, ekivalen diagram satu garis penyulang Kaas dapat digambarkan sebagai SC3ϕ = 59,53 ~ S S =, + j,67 S =, + j,67 S =,4 + j,74 BUS Penyulang Kaas L L =,69 + j,936 L =,69 + j,936 L =,37 + j 4,568 Gambar 8. Ekivalen Diagram Satu Garis Penyulang Kaas Titik gangguan pada ujung penyulang Arus Hubung Singkat Tiga Fasa Pada Penyulang Kaas Perhitungan arus hubung singkat tiga fasa pada penyulang Kaas dijelaskan secara detail sebagai Daya dasar = Tegangan dasar Tegangan dalam V Arus dasar sebesar : 3 = =, Ampere.886,75 Ampere 3 V hs3 S L, hs 3, j,67,69 j, 936, hs 3,69 j, 5576, hs 3,679868, hs 3, , hs, ,75.78, 453 Ampere 3 Jadi arus gangguan tiga fasa pada ujung penyulang Kaas sebesar.78,453 Ampere Arus Hubung Singkat Fasa - Fasa Pada Penyulang Kaas Perhitungan arus hubung singkat fasa-fasa pada penyulang Kaas dijelaskan secara detail sebagai Daya dasar = Tegangan dasar Tegangan sumber V = =,

6 Arus dasar sebesar : 3 Ampere.886,75 Ampere 3 hs hs S L 3V 3V [ S L S ] L 3, hs [, j,67,69 j,936 ] 3, hs,58 j 3, 5 3, 3,359768, hs hs,555 68, hs, ,75.488, Ampere Jadi arus gangguan fasa-fasa pada ujung penyulang Kaas sebesar.488, Ampere Arus Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah Pada Penyulang Kaas Perhitungan arus hubung singkat satu fasa ke tanah pada penyulang Kaas dijelaskan secara detail sebagai Daya dasar = Tegangan dasar = Tegangan sumber V =, Arus dasar sebesar : Ampere 3.886,8 Ampere 3 3V hs S L S L S L 3V hs [ ] S L S L 3, hs,58 j 3,5,4 + j,74,37 j 4, 568 3, hs,59 j, 48 3,,789 76, 39 hs hs,799 76, 39 hs, ,75 88, Ampere Jadi arus gangguan satu fasa ke tanah pada ujung penyulang Kaas sebesar 88, Ampere. 3.. Analisis Hasil Perhitungan Berdasarkan perhitungan arus hubung singkat yang telah diuraikan diatas, rekapitulasi arus hubung singkat yang terjadi pada penyulang-penyulang Kota Pontianak ditunjukkan pada tabel dibawah ini : No Tabel. Rekapitulasi Arus Hubung Singkat Penyulang Kota Pontianak Penyulang Perhitungan Arus Hubung Singkat Tiga Fasa 3 Dua Fasa Satu Fasa -T Amp Amp Amp Kaas, ,483, ,,799 88, Raya 8,384.8,8,336 96,33,79 493,346 3 Cemara 4,43.6,88, ,376,79 56,78 4 Merdeka 3,6 3.48,7, ,,45.69,34 5 Khatulistiwa 6, ,744,59.73,47,3 894,893 Dari hasil perhitungan arus gangguan penyulang Kota Pontianak menunjukkan bahwa arus hubung singkat tiga fasa lebih tinggi dari arus hubung fasa-fasa dan arus hubung singkat satu fasa, hal ini disebabkan karena pada arus hubung singkat tiga fasa dipengaruhi oleh impedansi urutan positif. Besarnya arus gangguan hubung singkat tertinggi baik gangguan hubung singkat tiga fasa, fasafasa maun satu fasa terjadi pada penyulang Merdeka disebabkan penyulang Merdeka 3 memiliki jarak yang lebih pendek diantara penyulang-penyulang yang dianalisis, sehingga mempengaruhi impedansi urutannya. 4. Kesimlan Dari perhitungan arus hubung singkat yang telah dilakukan pada penyulang-penyulang di Kota Pontianak, dapat diambil kesimlan sebagai. Dari hasil perhitungan arus gangguan penyulang Kota Pontianak menunjukkan bahwa arus hubung singkat tiga fasa lebih tinggi dari arus hubung fasa-fasa dan arus hubung singkat satu fasa, hal ini disebabkan karena pada arus hubung singkat tiga fasa dipengaruhi oleh impedansi urutan positif.. Dari hasil perhitungan arus gangguan penyulang Kota Pontianak menunjukkan bahwa arus hubung singkat tiga fasa lebih tinggi dari arus hubung fasa-fasa dan arus hubung singkat satu fasa, hal ini disebabkan karena pada arus hubung singkat tiga fasa dipengaruhi oleh impedansi urutan positif.

7 3. Besarnya arus gangguan hubung singkat tertinggi baik gangguan hubung singkat tiga fasa, fasa-fasa maun satu fasa terjadi pada penyulang Merdeka disebabkan penyulang Merdeka 3 memiliki jarak yang lebih pendek diantara penyulang-penyulang yang dianalisis, sehingga mempengaruhi impedansi urutannya. Referensi [] ulkarnaini, Eko Satran H, Evaluasi Koordinasi Relay Proteksi Pada Feeder Distribusi Tenaga Listrik GH. Tanjung Ampalu Sijunjung, Jurnal Teknik Elektro TP, Vol, No., Januari. [] Masykur, SJ Analisa Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa Pada Sistem Tenaga Listrik Dengan Metode Thevenin, Jurnal Sistem Teknik ndustri Vol. 6, No. 3, Juli 5. [3] Furqan, Harry, Untuk Kerja Sistem Proteksi Arus Lebih Gardu nduk 5 Sei. Raya Pontianak, Jurnal Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Tanjungra, Pontianak, 5. [4] Gonen, Turan., Modern Power System Analysis, John Wiley & Sons nc, USA, 988. [5] Mustamin., Evaluasi Rele Jarak Pada SUTT 5 kv nterkoneksi PT. PLN Persero Wilayah Kalimantan Barat, Skripsi, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Tanjungra, Pontianak, 6. [6] Saadat, Hadi Power System Analysis. New York :McGraw-Hill Book Company. [7] Sirait, Bonar.. Diktat Kuliah Sistem Distribusi. Pontianak : Fakultas Teknik Universitas Tanjungra. [8] Stevenson, Jr, W.D., Analisis Sistem Tenaga Listrik, Edisi ke 4 empat, Erlangga, Jakarta, 983. [9] Kersting H, William., Distribution System Modelling and Analysis, CRC Press, New Mexico,. [] T, S. Hutahuruk, Prof. r. MSc., Transmisi Daya Listrik Erlangga, Jakarta, 985. [] Warrington, A. R. Van C., Protecticve Relays: Their Theory and Practice Chapman and Hall Ltd, London, 98. Menyetujui : Pembimbing Utama, Dr. r. H.M. qbal Arsyad, MT NP Biography Hendriyadi, lahir di Sintang pada tanggal September 99. Menemh Pendidikan Program Strata S di Fakultas Teknik Universitas Tanjungra sejak tahun. Penelitian ini diajukan sebagai syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro konsentrasi Teknik Tenaga Listrik Fakultas Teknik Universitas Tanjungra.