STUDI HUBUNG SINGKAT UNTUK GANGGUAN TIGA FASA SIMETRIS PADA SISTEM TENAGA LISTRIK (Studi Kasus : PT. PLN Sumbar-Riau 150 KV)

Transkripsi

1 No. 29 ol.1 Thn. X Aprl 2008 SSN: STUD HUBUNG SNGKAT UNTUK GANGGUAN TGA FASA SMETRS PADA SSTEM TENAGA LSTRK (Stud Kasus : PT. PLN Sumbar-Rau 150 K) Heru Dbyo Laksono Jurusan Teknk Elektro, Unverstas Andalas Padang, Kampus Lmau Mans Padang, Sumatera Barat Emal : heru_dl@t.unand.ac.d ABSTRAK Perluasan sstem tenaga yang dlakukan oleh PT. PLN Sumbar-Rau menuntut perlunya analsa ulang terhadap ratng peralatan pemutus tenaga (Crcut Breaker), supaya Crcut Breaker (CB) dapat mengamankan sstem tenaga lstrk terhadap bahaya gangguan terutama gangguan hubungsngkat tga asa semtrs. Untuk hal tu dlakukan stud hubungsngkat pada sstem tenaga lstrk PT. PLN Sumbar Rau 150 K. Perhtungan arus gangguan hubungsngkat tga asa smetrs n ddasarkan matrks mpedans rel dengan alat bantu perhtungan, dgunakan komputer dgtal dengan bantuan sotware Matlab. Kesmpulan yang nantnya dperoleh adalah arus gangguan yang terbesar, kapastas Crcut Breaker (CB) dan kapastas pemutusan. Adapun hasl yang dperoleh untuk gangguan tga asa smetrs, gangguan terbesar terjad pada bus 18 (Salak) dengan arus gangguan sebesar pu dengan sudut asa derjat, kapastas CB sebesar MA dan Kapastas pemutusan sebesar MA. Keyword : Stud hubungsngkat, Gangguan Tga Fasa Smetrs, Kapastas Crcut Breaker (CB), Kapastas Pemutusan 1. PENDAHULUAN Ddalam sstem tenaga lstrk, stud arus hubungsngkat merupakan hal yang pentng terutama untuk perencanaan, perancangan serta perluasan sstem tenga lstrk. Data yang dperoleh dar perhtungan n akan dgunakan untuk menentukan penyetelan rela dan kapastas pemutus tenaga. Pemlhan pemutus rangkaan untuk sstem tenaga lstrk tdak hanya tergantung pada arus yang mengalr pada pemutus rangkaan dalam keadaan kerja normal saja tetap juga pada arus maksmum yang mungkn mengalrnya beberapa waktu dan pada arus yang mungkn harus dputuskannya pada tegangan saluran dmana pemutus tu dtempatkan. Jka terjad gangguan pada jarngan sstem tenaga lstrk, arus yang mengalr akan dtentukan oleh em-nternal mesn pada jarngan mpedansnya dan mpedans pada jarngan antara mesn dengan ttk tempat terjadnya gangguan tersebut. Arus yang mengalr dalam mesn serempak segera setelah terjadnya gangguan, yang mengalr beberapa perode kemudan dan terus bertahan atau dalam keadaan tetap, nlanya berbeda cukup jauh karena pengaruh arus jangkar pada luks yang membangktkan tegangan dalam mesn tu. Arus tu berubah relat lambat dar nla awalnya ke nla keadaan mantapnya. Pada umumnya ada 4 macam gangguan hubungsngkat yang ada pada sstem tenaga yatu gangguan tga asa smetrs, gangguan tdak smetrs satu asa ke tanah, gangguan tdak smetrs dua asa ke tanah dan gangguan tdak smetrs antar asa. Apabla gangguan n serng terjad dan tdak cepat datas maka akan dapat menyebabkan kerusaan pada peralatan tegangan sepert transormator, generator dan sebaganya. Untuk transormator, dkarenakan besarnya arus yang lewat maka akan tmbul rug daya yang besar dan drubah menjad panas sehngga dapat merusak solas pada transormator tersebut, sehngga akan terjad kecenderungan lash over pada kumparan transormator pada generator. Saat sekarang n, stud hubung sngkat pada sstem yang besar, salng ternterkoneks akan melbatkan perhtunganperhtungan yang kompleks dan membutuhkan tngkat kecermatan yang tngg. Oleh karena tu dalam stud arus hubungsngkat n sebaga alat bantu dalam perhtungan dgunakan sotware Matlab. Tujuan dar peneltan n untuk menghtung besarnya arus dan tegangan hubungsngkat d setap busbar jka terjad gangguan d salah satu busbar pada sstem kelstran PT. PLN Sumbar-Rau dan mengevaluas apakah peralatan pemutus rangkaan memlk ratng yang cukup untuk gangguan hubungsngkat maksmum. 2. Stud Hubungsngkat Stud hubung-sngkat dlakukan untuk menentukan besarnya arus yang mengalr melewat sstem tenaga lstrk pada berbaga jarak waktu setelah gangguan terjad. Besarnya arus yang TeknkA 26

2 mengalr melewat sstem tenaga lstrk setelah gangguan berubah menurut waktu sampa mencapa konds tetap. Selama konds gangguan, sstem proteks dperlukan untuk mendeteks, menghlangkan dan mengsolas gangguan tersebut. Hal n dapat dlakukan pada bermacam-macam gangguan (tga asa smetrs, asa ke asa, dua asa ke tanah, dan satu asa ke tanah) pada lokas yang berbeda dar keseluruhan sstem. Setap kesalahan dalam suatu rangkaan yang menyebabkan terganggunya alran arus yang normal dsebut gangguan. Sebagan besar dar gangguangangguan yang terjad pada saluran transms tegangan 115 K atau lebh dsebabkan oleh petr yang mengakbatkan terjadnya perckan bunga ap (lashover) pada solator. Tegangan tngg yang ada d antara penghantar dan menara atau tang penyangga yang dketanahkan (grounded) menyebabkan terjadnya onsas. n memberkan jalan bag muatan lstrk yang dnduks (dmbas) oleh petr untuk mengalr ke tanah. Dengan terbentuknya jalur onsas n, mpedans ke tanah menjad rendah. n memungknkan mengalrnya arus asa dar penghantar ke tanah dan melalu tanah menuju netralnya transormator atau generator yang dketanahkan sehngga terjadlah rangkaan tertutup. Oleh karena letaknya yang tersebar d berbaga daerah maka saluran transms mengalam gangguan-gangguan bak yang yang dsebabkan oleh alam maupun oleh sebab-sebab lan. Pada saluran transms datas 187 K jumlah gangguannya adalah 1.1 per 100 Km per tahun, pada K adalah 2.4 per 100 Km pertahun, pada K adalah 5.8 per 100 Km pertahun sedangkan pada saluran 33 K ke bawah adalah 1.0 per 100 km per tahun. Hampr semua gangguan pada saluran 187 K ke atas dsebabkan oleh petr dan lebh dar 70% dar semua gangguan pada saluran K dsebabkan karena gejala-gejala alamah sepert petr, salju, es, angn, banjr, gempa, dsb. Gejalagejala alamah lan yang terjad pada saluran 60 K adalah gangguan oleh bnatang sepert burung dsb. Dar jens-jens gangguan yang terjad, yang palng besar jumlahnya adalah hubung sngkat satu asa dengan tanah. Alat yang palng banyak menderta kerusakan adalah solator. Jens gangguan dbag menjad dua kategor yatu: a. Gangguan smetrs b. Gangguan tak smetrs Salah satu contoh gangguan smetrs adalah gangguan tga asa smetrs yang mana terjad pada saat ketga asanya terhubung sngkat melalu atau tanpa mpedans. Gangguan tak smetrs terdr dar gangguan hubung sngkat tak smetrs, gangguan tak smetrs melalu mpedans dan penghantar terbuka. Gangguan hubung sngkat tak smetrs terjad sebaga gangguan tunggal saluran ke tanah, gangguan antar saluran, serta gangguan ganda ke tanah. Bla hubungsngkat dbarkan berlangsung agak lama pada suatu sstem tenaga lstrk maka pengaruh-pengaruh yang tdak dngnkan dapat terjad : 1. Berkurangnya batas-batas kestablan untuk suatu sstem tenaga lstrk 2. Rusaknya peralatan yang berada dekat dengan gangguan yang dsebabkan oleh arus yang besar, arus yang tdak sembang atau tegangantegangan rendah yang dtmbulkan oleh hubungsngkat. 3. Ledakan-ledakan yang mungkn terjad pada peralatan yang mengandung mnyak solas sewaktu terjadnya hubung sngkat dan yang mungkn menmbulkan kebakaran sehngga dapat membahayakan orang yang menangannya dan merusak peralatan-peralatan lan. 4. Terpecah-pecahnya keseluruhan daerah pelayanan sstem tenaga lstrk tu oleh suatu rentetan tndakan pengamanan yang dambl oleh sstem-sstem pengamanan yang berbeda. Tndakan pengamanan yang dapat dambl dalam melndung sstem tenaga lstrk adalah dengan jalan pemsahan (solaton) bagan yang terkena gangguan. Dalam sstem-sstem tenaga lstrk yang modern, proses menadakan hubung sngkat n dlaksanakan secara otomats tanpa adanya campur tangan manusa. Peralatan yang melakukan pekerjaan n secara kolekt dkenal sebaga sstem perlndungan (Protecton System). 2.1 Gangguan Tga Fasa Smetrs Bla terjad gangguan dalam jarngan sstem tenaga lstrk, arus yang mengalr akan dtentukan oleh em-nternal mesn pada jarngan mpedansnya dan mpedans pada jarngan antara mesn dengan ttk tempat terjadnya gangguan tersebut. Arus mengalr dalam mesn serempak segera setelah terjadnya gangguan, yang mengalr beberapa perode kemudan, dan yang terus bertahan, atau dalam kedaan tetap, nlanya berbeda cukup banyak karena pengaruh arus jangkar pada luks yang membangktkan tegangan dalam mesn tu. Arus tu berubah relat lambat dar nla awalnya ke nla keadaan tetapnya. Adapun besarnya arus gangguan adalah : = (2.1) Dmana : Tegangan pragangguan yang besarnya 1.00 pu : mpedans ttk gangguan Tegangan pasca gangguan pada bus n adalah: nk n = (2.2) Dmana nk : mpedans antara bus n dan bus k TeknkA 27

3 : mpedans pada ttk gangguan pada bus k 2.2 Model Sstem Dalam berbaga kasus, dagram segars berbeda-beda sesua dengan persoalan yang akan dselesakan. Dalam menggambarkan dagram segars tersebut ada beberapa komponen sstem tenaga lstrk yang dabakan. Pengabaan n bertujuan untuk menyederhanakan perhtungan terutama jka perhtungan dlakukan secara manual. Komponen-komponen dar suatu sstem tenaga lstrk pada umumnya terdr dar : pusat pembangkt, dalam hal n yang dgambarkan adalah generatornya., tansormator daya, saluran transms, kondesator snkron arus stats, alat pengaman ( pemutus daya dan rela-rela) dan beban yang terdr dar beban dnamk dan beban stats. Berkut n contoh dagram segars yang basanya dgunakan dalam stud arus hubungsngkat. Gambar-2.1 Dagram Segars Sstem Tenaga Lstrk 20 (PT. PLN Sumbar-Rau) 3. Perhtungan Stud Hubungsngkat Pada Sstem Tenaga Lstrk Dalam perhtungan stud hubungsngkat n dlakukan perhtungan arus momentar dan arus nteruptng. Adapun langkah-langkah yang dlakukan dalam perhtungan arus momentar dan arus nteruptng n sebaga berkut : 1. Tentukan dagram jarngan urutan post, negat dan nol Nla dar masng-masng dagram dtentukan dengan nla reaktans urutan post, urutan negat dan dan urutan nol 2. Tranormaskan data-data dar komponen datas ke dalam satuan perunt. dengan terlebh dahulu menentukan dasar perhtungan.untuk memlh dasar perhtungan dapat dplh salah satu komponen dalam dagram segars sepert generator, motor, transormator maupun saluran. 3. Menentukan Matrk Admtans Urutan Post Untuk menentukan matrk admtans post, terlebh dahulu dtentukan matrk admtans prmt urutan post lalu matrk admtans post n dnvers sehngga dperoleh matrk mpedans post. 4. Menentukan Matrk Admtans Urutan Negat Untuk menentukan matrk admtans negat, terlebh dahulu dtentukan matrk admtans prmt urutan negat lalu matrk admtans negat n dnvers sehngga dperoleh matrk mpedans negat. 5. Menentukan Matrk Admtans Urutan Nol Untuk menentukan matrk admtans urutan nol, terlebh dahulu dtentukan matrk admtans prmt urutan nol lalu matrk admtans nol n dnvers sehngga dperoleh matrk mpedans nol. 6. Menentukan besarnya arus momentar. Arus gangguan total yang terjad pada bus k : k = pu (3.1) 1 Tegangan pada masng-mang bus selama terjadnya gangguan : () () k F = 0 k () 0 (3.2) Arus yang mengalr pada saluran selama gangguan adalah ( F) j( F) j() F = (3.3) z j Arus momentar pada saluran ( ) ( m) j = j() F (3.4) Penentuan kapastas CB sebaga berkut : Kapastas CB = ( j() F ) MA dasar (3.5) 7. Menentukan besarnya arus nteruptng : Untuk menentukan arus nteruptng pada gangguan 3 φ smetrs, terlebh dahulu dbentuk matrk admntans urutan post, urutan negat dan urutan nol dengan menggant reaktans subtransen dengan reaktans transen khusus untuk beban yang berupa motor kemudan dlakukan perhtungan sebaga berkut : 7.1 Menentukan Matrk Admtans Urutan Post Untuk menentukan matrk admtans post, terlebh dahulu dtentukan matrk admtans prmt urutan post lalu matrk admtans post n dnvers sehngga dperoleh matrk mpedans post. 7.2 Menentukan Matrk Admtans Urutan Negat Untuk menentukan matrk admtans negat, terlebh dahulu dtentukan matrk admtans prmt TeknkA 28

4 urutan negat lalu matrk admtans negat n dnvers sehngga dperoleh matrk mpedans negat. 7.3 Menentukan Matrk Admtans Urutan Nol Untuk menentukan matrk admtans urutan nol, terlebh dahulu dtentukan matrk admtans prmt urutan nol lalu matrk admtans nol n dnvers sehngga dperoleh matrk mpedans nol. Arus gangguan total yang terjad pada bus k : k = 1 (3.6) Tegangan pada masng-mang bus selama terjadnya gangguan : () () k F = 0 k () 0 (3.7) Arus yang mengalr pada saluran selama gangguan ( F) j( F) j() F = (3.8) z j Arus nteruptng pada saluran tergantung pada jumlah cycle yang terjad. Adapun nla cycle yang berlaku dantaranya : - 2 cycle dengan nla K = cycle dengan nla K = cycle dengan nla K = Sehngga arus nteruptng pada saluran adalah : ( ) ( ) K ( F) j = j (3.9) Penentuan kapastas pemutusan : Kapastas Pemutusan Saluran adalah K j() F MA dasar (3.10) Dalam perhtungan tanda mnus pada arus nteruptng tdak dgunakan karena yang dperlukan hanya harga mutlaknya dar besarnya kapastas pemutusan yang dgunakan 4. Stud Hubungsngkat Sstem Tenaga Lstrk PT. PLN Sumbar-Rau 150 K 4.1 Data Sstem Tenaga Lstrk PT. PLN Sumbar-Rau Data-data sstem tenaga lstrk PT. PLN Sumbar- Rau yang terdr dar 20 bus dengan data dan asums sebaga berkut : - Faktor daya setap bus bernla Tegangan perunt untuk Slack bus 1.05 dan bus pembangkt bernla 1.03 Selan setap bus dber nomor sebaga berkut. Tabel-4.1 Data Nomor Tap NO NAMA BUS TPE BUS 0 PLTU Ombln Slack 1 PLTG Pauh Lmo P 2 PLTA Mannjau P 3 PLTA Batang Agam P 4 PLTA Sngkarak P 5 PLTA Koto Panjang P 6 PLTD Teluk Lembu P 7 Duma 8 Dur 9 Garuda Sakt 10 Bangknang 11 Payakumbuh 12 Padang Luar 13 Lubuk Alung 14 PP 15 Batusangkar 16 ndarung 17 Solok 18 Salak 19 Smpang Haru Tabel-4.2 Data Tegangan dan Tpe PT. PLN Sumbar-Rau 150 K Tegangan Jens pu Slack 2 0 P 3 0 P 4 0 P 5 0 P 6 0 P Tabel-4.3 Data Pembangktan Tap PT. PLN Sumbar-Rau 150 K TeknkA 29

5 Pembangktan P (MW) Q (MAR) Tabel-4.4 Data Beban Tap PT. PLN Sumbar- Rau 150 K Beban P (MW) Q (MAR) Lne ser Dar Ke R X Tabel-4.6 Data Saluran Urutan Negat PT. PLN Sumbar-Rau 150 K Lne ser Dar Ke R X Tabel-4.5 Data Saluran Urutan Post PT. PLN Sumbar-Rau 150 K Tabel-4.7 Data Saluran Urutan Nol PT. PLN Sumbar-Rau 150 K TeknkA 30

6 Lne ser Dar Ke R X Dalam peneltan n dokuskan pada stud hubungsngkat d PT. PLN Sumbar-Rau 150 K dengan melakukan smulas untuk mengamat perubahan tegangan, sudut phasa pada tap bus, arus antar saluran, kapastas CB dan kapastas pemutusan jka terjad gangguan tga asa smetrs pada salah satu bus pada sstem tersebut. Sebelum smulas perhtungan hubungsngkat dlakukan, terlebh dahulu dhtung tegangan dan sudut phasa untuk tap bus pada sstem PT. PLN Sumbar-Rau 150 K untuk keadaan tanpa gangguan dan dperoleh hasl sebaga berkut : Tabel-4.8 Data Tegangan dan Sudut Phasa Tap Pada PT. PLN Sumbar-Rau 150 K Magntude Tegangan pu Sudut Phasa degree Jka terjad gangguan tga asa smetrs d bus 1 (PLTG Pauh Lmo) dperoleh hasl sebaga berkut : Tabel-4.9 Tegangan dan Sudut Phasa Tap Jka Terjad Gangguan d 1 (PLTG Pauh Lmo ) Untuk Gangguan Tga Fasa Smetrs Tegangan Sudut (der) Tabel-4.10 Besar Arus dan Sudut Phasa Arus Saluran Jka Terjad Gangguan d 1 (PLTG Pauh Lmo) Untuk Gangguan Tga Fasa Smetrs Dar Saluran Ke Magntude Arus Sudut Phasa Arus (derjat) 1 F G G Tabel-4.11 Besar Arus Momentar Tap Saluran Jka Terjad Gangguan d 1 (PLTG Pauh Lmo) Untuk Gangguan Tga Fasa Smetrs Saluran Arus Momentar TeknkA 31

7 Dar Ke Real magner 1 F G G , Tabel-4.12 Besar Kapastas CB Tap Saluran Jka Terjad Gangguan d 1 (PLTG Pauh Lmo) Untuk Gangguan Tga Fasa Smetrs Saluran Kapastas CB Dar Ke MA MA 1 F G G Tabel-4.13 Besar Arus nteruptng Tap Saluran Jka Terjad Gangguan d 1 (PLTG Pauh Lmo) Untuk Gangguan Tga Fasa Smetrs Saluran Arus nteruptng Dar Ke Real magner 1 F G G Tabel-4.14 Kapastas Pemutusan Tap Saluran Jka Terjad Gangguan d 1 (PLTG Pauh Lmo) Untuk Gangguan Tga Fasa Smetrs Saluran Kapastas Pemutusan Dar Ke MA MA 1 F G G Jka gangguan tga asa smetrs terjad pada bus 1 (PLTG Pauh Lmo) maka terjad penurunan tegangan dan kenakan sudut asa pada masngmasng bus dan arus gangguan yang terbesar adalah pu dengan sudut asa derjat yang terjad pada : a. Saluran antara bus 1 (PLTG Pauh Lmo) dan lokas gangguan (F) b. Saluran antara bus 1 (PLTG Pauh Lmo) dan bus 16 (ndarung). dengan kapastas CB MA dan kapastas pemutusan MA Untuk gangguan tga asa smetrs yang terjad pada bus yang lan dlakukan dengan cara yang sama dan pada peneltan n smulas dlakukan untuk semua bus. 5. KESMPULAN Dar hasl pembahasan tentang stud hubungsngkat pada sstem tenaga lstrk PT. PLN Sumbar-Rau 150 K untuk gangguan tga asa smetrs dapat dsmpulkan bahwa : arus gangguan terbesar terjad pada bus 18 (Salak) dengan nla sebaga berkut : a. Arus gangguan sebesar pu dengan sudut asa derjat b. Kapastas CB sebesar MA c. Kapastas pemutusan sebesar MA DAFTAR PUSTAKA 1. Gonen, Turan, Modern Power System Analyss, Jhon Wley & Sons, nc, Sngapore, Stevenson, W.D, Jr, Analss Sstem Tenaga Lstrk, dterjemahkan oleh drs, Kemal r, Eds Keempat, Erlangga, Jakarta, Sanpar, Gbson, DR, r Komputas Sstem Tenaga, nsttut Teknolog Bandung (TB), Bandung, Gross, Charles A, Power System Analyss, Jhon Wley & Sons, nc, Canada, Marta Yudha, Hendra, r, MS, Dktat Stud Alran Daya, Unverstas Srwjaya ( Unsr), Palembang, M.A. PA, Computer Techngues n Power System Analyss, ndan nsttute o Technology, New Delh, Granger, John & Stevenson, Wllam, Jr, Power System Analyss, McGraw-Hll, New York, USA, Stagg, Glenn W, El-Abad, Computer Methods n Power System Analyss, McGraw-Hll, Tokyo, Hutauruk, r, Msc, Transms Daya Lstrk, Erlangga, Jakarta, Gonen, Turan, Electrc Power Transmsson System Engneerng Analyss And Desgn, John Wley & Sons, Calorna, Part-Enander, Eva & Sjoberg, Anders, The Matlab Handbook,John Wley & Sons, Calorna, 1999 BODATA TeknkA 32

8 Heru Dbyo Laksono ST, MT, Lahr d Sawah Lunto, 7 Januar 1977, Menamatkan S1 d Jurusan Teknk Elektro Unverstas Andalas (Unand) Padang tahun 2000 bdang Teknk Tenaga Lstrk. Penddkan S2 bdang Teknk Kendal dan Sstem dselesakan d nsttute Teknolog Bandung (TB) tahun Masuk sebaga dosen Teknk Elektro Unverstas Andalas sejak tahun TeknkA 33