BAB II DASAR TEORI. kemudian akan digunakan untuk mempertimbangkan permasalahan-permasalahan

Transkripsi

1 BAB II DASAR TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka Berdasarkan topik tugas akhir yang diambil, terdapat beberapat referensi dari penelitian-penelitian yang telah dilakukan sebelumnya guna menentukan batasan-batasan masalah yang berkaitan dengan topik yang diambil. Referensi ini kemudian akan digunakan untuk mempertimbangkan permasalahan-permasalahan apa saja yang berhubungan dengan topik yang diambil. Rujukan penelitian yang pernah dilakukan untuk mendukung penulisan skripsi ini antara lain: Penelitian dengan judul Analisis Gangguan Hubung Singkat Pada Sistem Tenaga Listrik di KSO Pertamina EP-GEO Cepu Indonesia Distrik 1 Kawengan Menggunakan Software ETAP Dari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa hasil dari simulasi menunjukan besar arus hubung singkat tiga fasa, satu fasa ke tanah, dua fasa, dan dua fasa ke tanah. Lokasi juga mempengaruhi besar arus hubung singkat yang terjadi. Semakin dekat sumber pembangkit arus hubung singkat semakin besar (Saputra,2016). Selanjutnya penelitian dengan judul Analisa Gangguan Hubung Singkat Pada Jaringan SUTT 150 kv Jalur Kebasen-Balapulang-Bumiayu Menggunakan Program ETAP. Dari penelitian ini disimpulkan bahwa gangguan hubung singkat terkecil adalah pada hubung singkat satu fasa dan untuk hubung singkat terbesar pada 3 fasa. Rele pengamanan yang digunakan terdiri dari dua jenis, relay distance merupakan pengaman utama (main protection), untuk hubung singkat 3 fasa merupakan hubung singkat terbesar yang terjadi di Bus 2 yaitu 21,383 ka, 8

2 rele jarak (relay distance) di pasang di Bus 2 untuk mendeteksi gangguan di zona 1, dengan waktu tms= 0 detik (instan), sedangkan rele OCR merupakan pengaman cadangan (backup protection) karena untuk arus gangguan hubung singkat 3 fasa di bus 2 yaitu 21,383 ka rele OCR di setting sebesar tms= 0,24 detik. Jadi relay distance akan selalu bekerja lebih dulu dibandingkan rele OCR saat terjadi gangguan (Hidayatulloh, 2012). Kemudian, penelitian dengan judul jurnal Studi Hubung Singkat 3 Fasa Simetri (Studi Kasus Sistem Interkoneksi 150 kv Sulselrabar). Dari penelitian tersebut disimpulkan bahwa gangguan hubung singkat 3 fasa simetri sesuai standard IEC adalah hubung singkat terbesar pada bus 150 kv terdapat pada bus 5 Pare-pare, yakni 9,321 ka dan terkecil pada bus 19 Mamuju, yakni 2,151 ka. Untuk bus 70 kv terdapat pada bus 31 Tello70, yakni sebesar 5,720 ka dan terkecil terdapat pada bus 32 Borongloe, yakni sebesar 3,487 ka. Untuk bus 30 ka terdapat pada bus 35 Tello30A, yakni sebesar 3,425 ka dan terkecil terdapat pada bus 37 Baraja, yakni sebesar 2,632 ka. Tegangan masing-masing fasa adalah 0%. Berdasarkan arus hubung singkat, kondisi peralatan proteksi dari sistem interkoneksi 150 kv Sulawesi Selatan menurut standar International Electrical Comitte (IEC) Nomor Halaman sudah layak (Haikal dan Djalal, 2014). 2.2 Landasan Teori Sistem Tenaga Listrik Energi menempati peringkat yang sangat penting sebagai kebutuhan umat manusia. Salah satu cara paling ekonomis, mudah dan aman untuk mengirimkan 9

3 energi adalah melalui bentuk energi listrik. Energi listrik dapat secara kontinyu dikirimkan dari satu tempat ke tempat lain yang jaraknya berjauhan dalam suatu sistem tenaga listrik. Sistem tenaga listrik merupakan kumpulan dari komponenkomponen atau alat-alat listrik seperti pembangkitan/generator, transformator, saluran transmisi, saluran distribusi, dan beban/pelanggan, yang dihubunghubungkan dan membentuk suatu sistem sehingga menghasilkan tenaga listrik. Tenaga listrik dikonsumsi oleh masyarakat perorangan maupun industri. Ini berarti bahwa tenaga listrik sangat penting artinya bagi kelangsungan proses produksi, baik industri kecil, menengah maupun industri besar. Secara blok diagram sistem tenaga listrik dapat digambarkan seperti bagan berikut ini. A B C D E Gambar 2.1 Blok Diagram Sistem Tenaga Listrik Keterangan : A=Pembangkit D=Transformator Step Down B=Transformator Step Up E=Konsumen C=Transmisi TT Energi listrik merupakan energi yang sangat bermanfaat. Tidak dapat dipungkiri lagi bahwa manusia dewasa ini sudah demikian besar tingkat ketergantungannya terhadap energi listrik. Sehingga energi listrik bagi kebutuhan hidup manusia dewasa ini sudah hampir "setara" dengan oksigen. Bahkan ukuran kemajuan suatu negara dapat diukur dari tingkat konsumsi energi listriknya. 10

4 Komponen Sistem Tenaga Listrik Secara umum definisi sistem tenaga listrik meliputi sistem pembangkitan, sistem transmisi, dan sistem distribusi, yang secara garis besar ditunjukkan pada gambar 2.2. Belakangan ini sistem distribusi jika dilihat dari skala nasional, diperkirakan sama dengan biaya investasi fasilitas pembangkitan. Sistem distribusi bersama-sama dengan sistem pembangkitan berdasarkan pengalaman biasanya menelan biaya investasi hingga 80% dari total investasi yang dikeluarkan untuk sistem tenaga listrik. Siklus aliran energi listrik pada sistem tenaga listrik dapat dijelaskan sebagai berikut. Pada pusat pembangkit, sumber daya energi primer seperti bahan bakar fosil (minyak, gas alam, dan batubara), hidro, panas bumi, dan nuklir diubah menjadi energi listrik. Generator sinkron mengubah energi mekanis yang dihasilkan pada poros turbin menjadi energi listrik tiga fasa. Melalui transformator step-up, energi listrik ini kemudian dikirimkan melalui saluran transmisi bertegangan tinggi menuju pusat-pusat beban (Syahputra, 2016). Gambar 2.2 Komponen Utama Sistem Tenaga Listrik (Sumber: Perlengkapan Sistem Tenaga, Ramadoni Syahputra, 2016) 11

5 Peningkatan tegangan dimaksudkan untuk mengurangi jumlah arus yang mengalir pada saluran transmisi. Dengan demikian saluran transmisi bertegangan tinggi akan membawa aliran arus yang rendah dan berarti mengurangi rugi panas (heat loss) I 2 R yang menyertainya. Ketika saluran transmisi mencapai pusat beban, tegangan tersebut kembali diturunkan menjadi tegangan menengah melalui transformator step-down (Syahputra, 2016). Di pusat-pusat beban yang terhubung dengan saluran distribusi, energi listrik ini diubah menjadi bentuk-bentuk energi terpakai lainnya seperti energi mekanis (motor), penerangan, pemanas, pendingin, dan sebagainya Pembangkit Tenaga Listrik Pembangkit tenaga listrik adalah salah satu bagian dari sistem tenaga listrik, pada pembangkit tenaga listrik terdapat peralatan elektrikal, mekanikal, dan bangunan kerja. Terdapat juga komponen-komponen utama pembangkitan yaitu generator, turbin yang berfungsi untuk mengkonversi energi (potensi) mekanik menjadi energi (potensi) listrik. Gambar 2.3 Pembangkit Tenaga Listrik (Sumber: Pada gambar diatas diilustrasikan bahwa listrik yang dihasilkan dari pusat pembangkitan yang menggunakan energi potensi mekanik (air, uap, panas bumi, 12

6 nuklir, dll) untuk menggerakkan turbin yang porosnya dikopel/digandeng dengan generator. dari generator yang berputar menghasilkan energi listrik. Energi listrik yang dihasilkan disalurkan ke gardu induk melalui jaringan transmisi, kemudian langsung di distribusikan ke konsumen melalui jaringan distribusi. A. Bagian-bagian Pembangkit Tenaga Listrik 1) Penggerak utama (prime mover) Mesin Diesel Turbin (air,gas,uap) Beserta komponen dan perlengkapan lainnya (kondensor, boiler, dll) 2) Komponen listrik Generator dan perlengkapannya Transformator Peralatan proteksi Saluran kabel, busbar, dll 3) Komponen sipil Bendungan, pipa pesat, prasarana dan sarana penunjang (untuk PLTA) Prasarana dan sarana sipil (pondasi peralatan, jalan, cable dutch, dll) Gedung kontrol 4) Komponen mekanis Peralatan bantu, peralatan pendingin, peralatan proteksi, dll B. Jenis-jenis Pembangkit Tenaga Listrik Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohido (PLTMH) Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap (PLTGU) 13

7 Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP) Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) Pembangkit Litrik Tenaga Nuklir (PLTN) Pembangkit Litrik Tenaga Uap (PLTU) Di provinsi Kalimantan Timur memiliki sebuah sistem tenaga listrik yang dikenal sebagai sistem Mahakam, salah satu pembangkit yang banyak digunakan untuk menyuplai sistem tenaga listrik tersebut yaitu pembangkit listrik tenaga uap (PLTU). PLTU sendiri merupakan pembangkit yang mengandalkan energi kinetik dari uap untuk menghasilkan energi listrik. Bentuk utama dari pembangkit listrik jenis ini adalah generator yang dihubungkan ke turbin yang digerakkan oleh tenaga kinetik dari uap panas/kering. Pembangkit listrik tenaga uap menggunakan berbagai macam bahan bakar terutama batu bara dan minyak bakar serta MFO untuk start up awal. Proses konversi energi pada PLTU berlangsung melalui 3 tahapan, yaitu: Pertama, energi kimia dalam bahan bakar diubah menjadi energi panas dalam bentuk uap bertekanan dan temperatur tinggi. Kedua, energi panas (uap) diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran. Ketiga, energi mekanik diubah menjadi energi listrik. Namun PLTU sendiri sering diasosiasikan dengan pembangkit listrik berbahan batubara. Apalagi didunia dan Indonesia, batubara diputuskan sebagai bahan yang paling ekonomis untuk PLTU. Tidak salah jika PLTU diasosiasikan dengan batubara. PLTU menggunakan fluida kerja air uap yang bersirkulasi 14

8 secara tertutup. Siklus tertutup artinya menggunakan fluida yang sama secara berulang-ulang. Gambar 2.4 Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) (Sumber: Prinsip kerja PLTU pada prinsipnya adalah sebagai berikut: 1. Proses Mengshasilkan Uap Tangki boiler diisi dengan air atau cairan lainnya. Kemudian dilakukan proses pemanasan dengan energi primer yang dipilih, bisa batubara atau energi primer lainnya. Pemanasan dilakukan untuk menghasilkan uap yang diinginkan. 2. Proses Konversi Energi Panas Menjadi Energi Mekanik Uap hasil dari proses produksi uap, dengan tekanan dan temperatur tertentu dialirkan ke turbin. Uap terus dialirkan sehingga mampu menggerakkan turbin. Disinilah terjadi proses konversi menjadi energi mekanik. 15

9 3. Proses Konversi Mekanik Menjadi Energi Listrik As turbin yang dihubungkan langsung kepada as generator berputar. Di dalam generator, perputaran medan magnet dalam kumparan dapat menghasilkan listrik yang kemudian dialirkan ke terminal output generator. 4. Proses Kondensasi Uap bekas penggerak turbin masuk ke pendingin atau kondensor untuk menghasilkan air yang disebut air kondensat. Pendinginan dapat menggunakan air dingin yang didapat dari air laut, air danau, atau waduk. Dibutuhkan air dalam jumlah besar agar proses pendinginan dapat terjadi secara efektif. Air kondesat ini kemudian digunakan lagi untuk mengisi boiler. 5. Setelah proses ke-4 selesai, maka proses nya kembali ke 1. Begitulah siklus PLTU yang terus terjadi secara berulang. Bagian-bagian utama dari PLTU: 1. Boiler Boiler berfungsi untuk mengubah air (feed water) menjadi uap panas lanjut (superheated steam) yang akan digunakan untuk memutar turbin. 2. Turbin Uap Turbin uap berfungsi untuk mengkorversi energi panas yang dikandung oleh uap menjadi energi putar (energi mekanik). Poros turbin dikopel dengan poros generator sehingga ketika turbin berputar, generator juga ikut berputar. 16

10 3. Kondensor Kondensor berfungsi untuk mengkondensasikan uap bekas dari turbin (uap yang telah digunakan untuk memutar turbin). 4. Generator Generator berfungsi untuk mengubah energi putar dari turbin menjadi energi listrik. Peralatan penunjang/peralatan bantu pada PLTU: 1. Desalination Plant (Unit Desal) Peralatan ini berfungsi untuk mengubah air laut (brine) menjadi air tawar (fresh water) dengan metode penyulingan (kombinasi evaporasi dan kondensasi). Hal ini dikarenakan sifat air laut yang korosif, sehingga jika air laut tersebut dibiarkan langsung masuk ke dalam unit utama, maka akan menyebabkan kerusakan pada peralatan PLTU. 2. Reverse Osmosis (RO) Mempunyai fungsi yang sama seperti desalination plant namun metodde yang digunakan berbeda. Pada peralatan ini digunakan membrani semi permeable yang dapat menyaring garam-garam yang terkandung pada air laut, sehingga dapat dihasilkan air tawar seperti pada desalination plant. 3. Demineralizer Plant (Unit Demin) Berfungsi untuk menghilangkan kadar mineral (ion) yang terkadung dalam air tawar. Air sebagai fluida kerja PLTU harus bebas dari mineral, karena jika air masih mengandung mineral berarti 17

11 konduktivitasnya masih tinggi sehingga dapat menyebabkan terjadinya GGL (gaya gerak listrik) induksi pada saat air tersebut melewati jalur perpipaan di dalam PLTU. Hal ini dapat menimbulkan korosi pada peralatan PLTU. 4. Hidrogen Plant (Unit Hidrogen) Pada PLTU digunakan hydrogen (H 2 ) sebagai pendingin Generator. 5. Chlorination Plant (Unit Chlorin) Berfungsi untuk menghasilkan senyawa natrium hipoclorit (NaOCl) yang digunakan untuk memabukan/melemahakan/mematikan sementara mikro organisme laut pada area water intake. Hal ini dimaksudkan untuk menghindari terjadinya pengerakkan (scaling) pada pipa-pipa kondensor maupun unit desal akibat perkembangbiakan mikro organisme laut tersebut. 6. Auxiliary Boiler (Boiler Bantu) Pada umumnya merupakan boiler berbahan bakar minyak (fuel oil), yang berfungsi untuk menghasilkan uap (steam) yang digunakan pada saat boiler utama start up maupun sebagai uap bantu (auxiliary steam). 7. Coal Handling (Unit Pelayanan Batubara) Merupakan unit yang melayani pengolahan batubara yaitu dari proses bongkar muat kapal (ship unloading) di dermaga, penyaluran ke coal yard sampai penyaluran ke coal bunker. 18

12 8. Ash Handling (Unit Pelayanan Abu) Merupakan unit yang melayani pengolahan abu baik itu abu jatuh (botton ash) maupun abu terbang (fly ash) dari Electrostatic Precipitator dan SDCC (Submerged Drag Chain Conveyor) pada unit utama sampai ke tempat penampungan abu (ash valley/ash yard) Sistem Transmisi Energi listrik merupakan bentuk energi yang sangat bermanfaat. Kemajuan suatu negara dapat diukur berdasarkan konsumsi energi listrik pada negara tersebut. Energi listrik merupakan bentuk energi yang menyenangkan, karena dapat dengan mudah disalurkan serta dikonversikan ke berbagai bentuk energi lain. Energi listrik dibangkitkan pada pusat-pusat pembangkit tenaga listrik seperti pembangkit listrik tenaga air (PLTA), pembangkit listrik tenaga uap (PLTU), pembangkit listrik tenaga gas (PLTG), pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) dan lain-lain. Pusat-pusat pembangkit listrik tersebut umumnya jauh dari daerah-daerah dimana energi listrik itu digunakan, yang disebut sebagai pusatpusat beban (load centres). Oleh karena itu energi listrik yang dibangkitkan harus disalurkan melalui suatu saluran transmisi. Karena tegangan yang dihasilkan generator umumnya relatif rendah (berkisar 6 kv hingga 24 kv), maka tegangan ini biasanya dinaikan dengan bantuan transformator daya ke tingkat tegangan yang lebih tinggi antara 30 kv sampai 500 kv (Syahputra, 2015:14). Tingkat tegangan yang lebih tinggi ini selain untuk memperbesar daya hantar saluran yang berbanding lurus dengan kuadrat tegangan, juga untuk 19

13 memperkecil rugi-rugi daya dan jatuh tegangan pada saluran. Dengan mempertinggi tegangan, maka timbul suatu persoalan lain yaitu tingkat isolasi yang harus lebih tinggi, dengan demikian biaya peralatan juga semakin tiggi (Syahputra, 2015:14). Penurunan tegangan dari tingkat tegangan transmisi pertama-tama dilakukan di gardu induk (GI), dimana tegangan diturunkan ke tegangan yang lebih rendah misalnya dari 500 kv ke 150 kv, atau dari 150 kv ke 70 kv, dan sebagainya. Kemudian penurunan kedua dilakukan digardu induk distribusi dari 150 kv ke 20 kv atau dari 70 kv ke 20 kv. Tegangan 20 kv ini disebut tegangan distribusi primer (Syahputra, 2015:14) Klasifikasi Saluran Transmisi Berdasarkan kontruksinya, saluran transmisi dibagi menjadi dua kategori, yaitu: A. Saluran Udara (Overhead Lines) Saluran transmisi yang menyalurkan energi listrik melalui penghantar yang digantungkan pada menara atau tiang transmisi dengan perantara isolator. Kelebihan dari saluran transmisi udara antara lain : 1) Mudah dalam perbaikan 2) Mudah dalam perawatan 3) Mudah dalam mengetahui letak gangguan 4) Lebih murah Kekurangan dari saluran transmisi udara antara lain : 20

14 1) karena berada diruang terbuka, maka cuaca sangat berpengaruh terhadap kehandalannya, dengan kata lain mudah terjadi gangguan dari luar, seperti gangguan hubungan singkat, gangguan tegangan bila tersambar petir, dan gangguan lainnya. 2) Dari segi estetika/keindahan kurang, sehingga saluran transmisi bukan pilihan yang ideal untuk transmisi di dalam kota. Gambar 2.5 Saluran Udara Tegangan Tinggi (Sumber: B. Saluran Kabel Bawah Tanah (underground cable) Saluran transmisi yang menyalurkan energi listrik melalui kabel yang dipendam didalam tanah. Kategori saluran seperti ini adalah favorit untuk pemasangan didalam kota, karena berada didalam tanah maka tidak mengganggu keindahan kota dan juga tidak mudah terjadi gangguan akibat kondisi cuaca atau kondisi alam. Namun tetap memiliki kekurangan, antara lain mahal dalam instalasi dan investasi serta sulitnya menentukan titik gangguan dan perbaikannya. 21

15 Gambar 2.6 Saluran Listrik Bawah Tanah (Sumber: Berdasarkan jenis arus yang digunakan, saluran transmisi dibedakan atas saluran transmisi arus bolak-balik (AC) dan saluran transmisi arus searah (DC). Dalam sistem AC, penaikan dan penurunan tegangan transmisi dapat mudah dilakukan yaitu dengan menggunakan transformator. Karena alasan inilah sehingga dewasa ini saluran transmisi di dunia sebagian besar menggunakan saluran transmisi bolak balik (AC). Dalam sistem transmisi AC ada yang menggunakan satu fase dan tiga fase. Sistem tiga fase mempunyai beberapa keuntungan diantaranya: 1. Daya yang disalurkan lebih besar 2. Nilai sesaatnya (instantaneous value) konstan 3. Mempunyai medan magnet putar Terkait dengan keuntungan-keuntungannya, dewasa ini hampir seluruh penyaluran energi listrik dilakukan dengan menggunakan arus bolak-balik. 22

16 Namun, sejak beberapa tahun terakhir penyaluran menggunakan arus searah mulai dikembangkan di beberapa negara. Penyaluran dengan tegangan searah mempunyai beberapa keuntungan diantaranya: 1. Isolasinya yang relatif sederhana 2. Daya guna (efisiensi) yang lebih tinggi (karena faktor dayanya 1) 3. Tidak ada masalah stabilitas, sehingga dapat digunakan untuk jarang yang sangat jauh. Akan tetapi persoalan ekonominya harus dihitungkan. Penyaluran tenaga listrik dengan sistem DC baru dapat dianggap ekonomis jika jarak saluran udara yang sangat jauh (diatas 400 km) atau untuk saluran bawah tanah yang lebih dari 50 km. Hal ini disebabkan biaya peralatan pengubah AC ke DC atau sebaliknya (converter dan inverter equipment) yang sangat mahal Klasifikasi Tegangan Saluran Transmisi Ditinjau dari klasifikasi tegangannya, transmisi listrik dibagi menjadi tiga yaitu: 1. Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi (SUTET) 200 kv-500 kv Pada umumnya saluran transmisi di Indonesia digunakan pada pembangkit dengan kapasitas 500 kv. Dimana tujuannya adalah agar drop tegangan dari penampang kawat dapat direduksi secara maksimal, sehingga diperoleh operasional yang efektif dan efisien. Akan tetapi terdapat permasalahan mendasar dalam pembangunan SUTET ialah konstruksi tiang (tower) yang besar dan tinggi, memerlukan tanah yang luas, memerlukan isolator yang banyak, sehingga memerlukan biaya besar. Masalah lain yang timbul dalam pembangunan SUTET adalah masalah sosial, yang akhirnya berdampak pada 23

17 masalah pembiayaan. Pembangunan transmisi ini cukup efektif untuk jarak 100 km sampai dengan 500 km. Gambar 2.7 Menara Transmisi 500 kv (Sumber: 2. Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT) 30 kv-150 kv Sedangkan Transmisi Tegangan Tinggi berfungsi menyalurkan energi listrik dari satu substation (gardu) induk ke gardu induk lainnya. Terdiri dari konduktor yang direntangkan antara tiang (tower) melalui isolator, dengan sistem tegangan tinggi. Standar tegangan tinggi yang berlaku di indonesia adalah 150 kv. Konfigurasi jaringan pada umumnya yang digunakan single atau double sirkuit, dimana 1 sirkuit terdiri dari 3 phasa dengan 3 atau 4 kawat, biasanya hanya 3 kawat dan penghantar untuk netralnya digantikan oleh tanah sebagai saluran kembali. Jarak terjauh yang paling efektif dari saluran transmisi ini ialah 100 km. Jika jarak transmisi lebih dari 100 km maka tegangan jatuh (drop voltage) terlalu besar, sehingga tegangan diujung transmisi menjadi rendah. Untuk mengatasi hal tersebut maka sistem transmisi dihubungkan secara ring system atau interconnection system. Ini sudah 24

18 diterapkan di pulau jawa dan akan dikembangkan di pulau-pulau besar lainnya di Indonesia. Gambar 2.8 Menara Transmisi 150 kv (Sumber: tinggalkan_tapak_kaki_dan_kenangan _312.htm) 3. Saluran Kabel Tegangan Tinggi (SKTT) 30 kv-150 kv Saluran kabel bawah tanah (underground cable), saluran transmisi yang menyalurkan energi listrik melalui kabel yang dipendam didalam tanah. Sistem kerjanya sama seperti saluran udara tegangan tinggi yaitu menyalurkan energi listrik dari satu substation (gardu) induk ke gardu induk lainnya. Saluran transmisi ini menggunakan kabel bawah tanah, dengan alasan beberapa pertimbangan : a. Ditengah kota besar tidak memungkinkan dipasang SUTT, karena sangat sulit mendapatkan tanah untuk tapak tower. b. Untuk ruang bebas juga sangat sulit dan pasti timbul protes dari masyarakat, karena padat bangunan dan banyak gedung-gedung tinggi. c. Pertimbangan keamanan dan estetika. d. Adanya permintaan dan pertumbuhan beban yang sangat tinggi. Jenis kabel yang digunakan: 25

19 Kabel yang berisolasi (berbahan) poly etheline atau kabel jenis cross link poly etheline (XLPE). Kabel yang isolasinya berbahan kertas yang diperkuat dengan minyak (oil paper impregnated). Kekurangan penggunaan SKTT adalah: Memerlukan biaya yang lebih besar jika dibanding SUTT. Pada saat proses pembangunan memerlukan koordinasi dan penanganan yang kompleks, karena harus melibatkan banyak pihak, misal : pemerintah kota (Pemkot) sampai dengan jajaran terbawah, PDAM, Telkom, Perum Gas, Dinas Perhubungan, Kepolisian, dan lain-lain Komponen Utama Saluran Transmisi Komponen-komponen utama saluran transmisi terdiri dari: Menara transmisi atau tiang transmisi beserta fondasinya Isolator Kawat penghantar (conductors) Kawat tanah (ground wires) A. Menara Transmisi Konstruksi saluran tiang Penyangga saluran transmisi dapat berupa saluran udara dan saluran bawah tanah, namun pada umumnya berupa saluran udara. Energi listrik yang disalurkan lewat saluran transmisi udara pada umumnya menggunakan kawat telanjang sehingga mengandalkan udara sebagai media isolasi antar kawat penghantar. Dan untuk menyanggah/merentangkan kawat penghantar dengan ketinggian dan jarak yang aman bagi manusia dan lingkungan 26

20 sekitarnya, kawat-kawat penghantar tersebut dipasang pada suatu konstruksi bangunan yang kokoh, yang biasa disebut menara/tower (menara baja, tiang baja, tiang beton bertulang dan tiang kayu). Tiang-tiang baja, beton, dan kayu umumnya digunakan pada saluran-saluran dengan tegangan kerja relatif rendah (di bawah 70 kv). Antar menara/tower listrik dan kawat penghantar disekat oleh isolator. Konstruksi tower besi baja merupakan jenis konstruksi saluran transmisi tegangan tinggi (SUTT) ataupun saluran transmisi tegangan ekstra tinggi (SUTET yang paling banyak digunakan di jaringan PLN, karena mudah dirakit terutama untuk pemasangan didaerah pegunungan dan jauh dari jalan raya, harganya yang relatif lebih murah dibandingkan dengan penggunaan saluran bawah tanah serta pemeliharaannya yang mudah. Namun demikian perlu pengawasan yang intensif, karena besi-besinya rawan terhadap pencurian, dimana pencurian besi-besi baja pada menara/tower listrik mengakibatkan menara/tower listrik tersebut roboh sehingga penyaluran listrik ke konsumen pun terganggu. Suatu menara/tower listrik harus kuat terhadap beban yang bekerja, antara lain: a. Gaya berat tower dan kawat penghantar (gaya tekan). b. Gaya tarik akibat rentangan kawat. c. Gaya angin akibat terpaan angin pada kawat maupun badan tower. Menurut konstruksinya, jenis-jenis menara/tower listrik dibagi menjadi 4 macam, yaitu : 1. Lattice Tower 2. Tubular Steel Pole 3. Concrete Pole 27

21 4. Wooden Pole Gambar 2.9 Jenis Menara Lattice Tower (Sumber: Gambar 2.10 Jenis Menara Tubular Steel Pole (Sumber: Menurut fungsinya, menara/tower listrik dibagi 7 macam, yaitu : 1. Dead end tower yaitu tiang akhir yang berlokasi didekat gardu induk, tower ini hampir sepenuhnya menanggung gaya tarik. 2. Section tower yaitu tiang penyekat antara sejumlah tower penyangga dengan sejumlah tower penyangga lainnya karena alasan kemudahan saat pembangunan (penarikan kawat), umumnya mempunyai sudut belokan yang kecil. 28

22 3. Suspension tower yaitu tower penyangga, tower ini hampir sepenuhnya menanggung daya berat, umumnya tidak mempunyai sudut belokan. 4. Tension tower yaitu tower penegang, tower ini menanggung gaya tarik yang lebih besar dari pada gaya bert, umumnya mempunyai sudut belokan. 5. Transposision tower yaitu tower tension yang digunakan sebagai tempat melakukan perubahan posisi kawat fasa guna memperbaiki impendansi transmisi. 6. Gantry tower yaitu tower berbentuk portal digunakan pada persilangan antara dua Saluran transmisi. Tiang ini dibangun di bawah Saluran transmisi existing. 7. Combined tower yaitu tower yang digunakan oleh dua buah saluran transmisi yang berbeda tegangan operasinya. Gambar 2.11 Macam-macam Bentuk Tiang Saluran/Tower (Sumber: ofelectricalenergy.pdf) Menurut susunan/konfigurasi kawat fasa, menara/tower listrik dikelompokkan menjadi : 1. Jenis delta, digunakan pada konfigurasi horizontal/mendatar. 2. Jenis piramida, digunakan pada konfigurasi vertikal/tegak. 29

23 3. Jenis Zig-zag, yaitu kawat fasa tidak berada pada satu sisi lengan tower. Komponen-komponen pondasi menara antara lain: a. Pondasi merupakan suatu konstruksi beton bertulang untuk mengikat kaki tower (stub) dengan bumi. b. Stub merupakan bagian paling bawah dari kaki tower, dipasang bersamaan dengan pemasangan pondasi dan diikat menyatu dengan pondasi. c. Leg merupakan kaki tower yang terhubung antara stub dengan body tower. Pada tanah yang tidak rata perlu dilakukan penambahan atau pengurangan tinggi leg, sedangkan body harus tetap sama tinggi permukaannya. d. Common Body merupakan badan tower bagian bawah yang terhubung antara leg dengan badan tower bagian atas (super structure). Kebutuhan tinggi tower dapat dilakukan dengan pengaturan tinggi common body dengan cara penambahan atau pengurangan. e. Super structure merupakan badan tower bagian atas yang terhubung dengan common body dan cross arm kawat fasa maupun kawat petir. Pada tower jenis delta tidak dikenal istilah super structure namun digantikan dengan K frame dan bridge. f. Cross arm merupakan bagian tower yang berfungsi untuk tempat menggantungkan atau mengaitkan isolator kawat fasa serta clamp kawat petir. Pada umumnya cross arm berbentuk segitiga kecuali tower jenis tension yang mempunyai sudut belokan besar berbentuk segi empat. g. K frame, bagian tower yang terhubung antara common body dengan bridge maupun cross arm. K frame terdiri atas sisi kiri dan kanan yang simetri. K frame tidak dikenal di tower jenis pyramid. 30

24 h. Bridge penghubung antara cross arm kiri dan cross arm tengah. Pada tengah-tengah bridge terdapat kawat penghantar fasa tengah. Bridge tidak dikenal di tower jenis pyramida. i. Rambu tanda bahaya, berfungsi untuk memberi peringatan bahwa instalasi SUTT/SUTET mempunyai resiko bahaya. Rambu ini bergambar petir dan tulisan AWAS BERBAHAYA TEGANGAN TINGGI. Rambu ini dipasang di kaki tower lebih kurang 5 meter diatas tanah sebanyak dua buah, dipasang disisi yang mengahadap tower nomor kecil dan sisi yang mengghadap nomor besar. j. Rambu identifikasi tower dan penghantar/jalur, berfungsi untuk memberitahukan identitas tower seperti: Nomor tower, Urutan fasa, Penghantar/Jalur dan Nilai tahanan pentanahan kaki tower. k. Anti Climbing Device (ACD), berfungsi untuk menghalangi orang yang tidak berkepentingan untuk naik ke tower. ACD dibuat runcing, berjarak 10 cm dengan yang lainnya dan dipasang di setiap kaki tower dibawah Rambu tanda bahaya. l. Step bolt yaitu baut panjang yang dipasang dari atas ACD ke sepanjang badan tower hingga super structure dan arm kawat petir. Berfungsi untuk pijakan petugas sewaktu naik maupun turun dari tower. m. Halaman tower yaitu daerah tapak tower yang luasnya diukur dari proyeksi keatas tanah galian pondasi. Biasanya antara 3 hingga 8 meter di luar stub tergantung pada jenis tower. 31

25 B. Isolator Isolator pada sistem transmisi tenaga listrik disini berfungsi untuk penahan bagian konduktor terhadap ground maupun mencegah terjadinya hubung singkat antara kawat penghantar dengan menara. Isolator disini bisanya terbuat dari bahan porseline, tetapi bahan gelas dan bahan isolasi sintetik juga sering digunakan disini. Bahan isolator harus memiliki resistansi yang tinggi untuk melindungi kebocoran arus dan memiliki ketebalan yang secukupnya (sesuai standar) untuk mencegah breakdown pada tekanan listrik tegangan tinggi sebagai pertahanan fungsi isolasi tersebut. Kondisi nya harus kuat terhadap goncangan apapun dan beban konduktor. Jenis isolator yang sering digunakan pada saluran transmisi adalah jenis porselin atau gelas. Menurut penggunaan dan konstruksinya, isolator diklasifikasikan menjadi 3 yaitu: a. Isolator jenis pasak b. Isolator jenis pos-saluran c. Isolator jenis gantung Isolator jenis pasak dan isolator jenis pos-saluran digunakan pada saluran transmisi dengan tegangan kerja relatif rendah (kurang dari 22-33kV), sedangkan isolator jenis gantung dapat digandeng menjadi rentengan/rangkaian isolator yang jumlahnya dapat disesuaikan dengan kebutuhan. Contoh penggunaanya yaitu jika satu piring isolator untuk isolasi sebesar 15 kv, jika tegangan yang digunakan adalah 150 kv, maka jumlah piring isolatornya adalah 10 piringan. 32

26 Gambar 2.12 Isolator Jenis Post (Sumber: Gambar 2.13 Isolator Jenis Kaca (Sumber: Gambar 2.14 Isolator Jenis Piring/Gantung Pada Transmisi (Sumber: 33

27 C. Kawat Penghantar Kawat dengan bahan konduktor untuk saluran transmisi tegangan tinggi selalu tanpa pelindung/isolasi kawat. Ini hanya kawat berbahan tembaga atau alumunium dengan inti baja (steel-reinforced alumunium cable/acsr) telanjang besar yang terbentang untuk mengalirkan arus listrik. Jenis-jenis kawat penghantar yang biasa digunakan antara lain : a. Tembaga dengan konduktivitas 100% (cu 100%) b. Tembaga dengan konduktivitas 97,5% (cu 97,5%) c. Alumunium dengan konduktivitas 61% (Al 61%) Kawat tembaga mempunyai kelebihan dibandingkan dengan kawat penghantar alumunium, karena konduktivitas dan kuat tariknya lebih tinggi. Akan tetapi juga mempunyai kelemahan yaitu untuk besaran tahanan yang sama, tembaga lebih berat dan lebih mahal dari alumunium. Oleh karena itu kawat penghantar alumunium telah mulai menggantikan kedudukan kawat tembaga. Untuk memperbesar kuat tarik dari kawat alumunium, digunakan campuran alumunium (alumunium alloy). Untuk saluran transmisi tegangan tinggi, dimana jarak antara menara/tiang berjauhan, maka dibutuhkan kuat tarik yang lebih tinggi, oleh karena itu digunakan kawat penghantar ACSR. Kawat penghantar alumunium, terdiri dari berbagai jenis, dengan lambang sebagai berikut : 1. AAC (All-Alumunium Conductor), yaitu kawat penghantar yang seluruhnya terbuat dari alumunium. 34

28 Gambar 2.15 Penghantar Alumunium Jenis AAC (All-Alumunium Conductor) (Sumber: Penghantar jenis AAC ini mempunyai sifat-sifat yang lain yaitu penghantar ini terbuat dari bahan aluminium keras. Tahan jenis kawat ini tergantung dari kemurnian serta kondisi/keadaan fisik dari bahan aluminium itu sendiri. Penghantar jenis ini memiliki kelebihan yaitu memiliki sifat lebih ringan dan memiliki nilai ekonomis dalam segi biaya di bandingkan penghantar tembaga. Namun penghantar jenis ini memiliki kekurangan yaitu daya hantar listrik yang dihasilkan agak rendah dan kawatnya sedikit kaku. 2. AAAC (All-Alumunium-Alloy Conductor), yaitu kawat penghantar yang seluruhnya terbuat dari campuran alumunium. Gambar 2.16 Penghantar Alumunium Jenis AAAC (All-Alumunium-Alloy Conductor) (Sumber: 35

29 Penghantar jenis AAAC ialah jenis penghantar yang terdiri dari pilinan konduktor berbahan alumunium-magnesium-silikon yang merupakan bahan logam campuran. penghantar ini di desain sebagai penghantar yang mempunyai konstruksi yang kuat, anti karat serta untuk penggunaan yang sangat lama. penghantar jenis AAAC juga baik untuk dipakai sebagai penghantar dari penangkal petir. 3. ACSR (Alumunium Conductor, Steel-Reinforced), yaitu kawat penghantar alumunium berinti kawat baja. Gambar 2.17 Penghantar Alumunium Jenis ACSR (Alumunium Conductor, Steel-Reinforced) (Sumber: Penghantar jenis ACSR ialah kawat penghantar yang terdiri dari aluminium berinti kawat baja. Penghantar ini dipakai untuk saluran-saluran transmisi tegangan tinggi, yang mana jarak antara menara/tiang saling berjauhan mencapai ratusan meter, maka diperlukan kuat tarik yang lebih tinggi, untuk itu dipakai penghantar jenis ACSR. 4. ACAR (Alumunium Conductor, Alloy-Reinforced), yaitu kawat penghantar alumunium yang diperkuat dengan logam campuran. 36

30 Gambar 2.18 Penghantar Alumunium Jenis ACAR (Alumunium Conductor, Alloy-Reinforced) (Sumber: Penghantar jenis ACAR ialah penghantar aluminium yang diperkuat dengan menggunakan logam campuran, sehingga penghantar ini lebih kuat daripada penghantar ACSR. Sama seperti halnya penghantar ACSR, penghantar jenis ACAR memiliki fungsi yang hampir sama dengan penghantar ACSR hanya saja penghantar jenis ACAR memiliki kualitas yang lebih baik karena bahan penghantarnya diperkuat lagi dengan bahan logam campuran sehingga menghasilkan penghantar yang sangat kokoh dan kuat. D. Kawat Tanah Kawat tanah atau ground wires juga disebut sebagai kawat pelindung (shield wires). Kawat tanah berfungsi untuk melindungi kawat kawat penghantar atau kawat fase terhadap sambaran petir. Dengan demikian kawat tanah dipasang di atas kawat fase. Bahan untuk kawat tanah umumnya dipakai jenis kawat baja (steel wires) yang lebih murah, tetapi sering juga digunakan kawat jenis ACSR. Pada SUTT, jumlah kawat tanah yang digunakan ada yang menggunakan satu kawat tanah dan ada yang menggunakan dua kawat tanah. Agar dapat 37

31 memenuhi fungsi kawat tanah sebagai pelindung terhadap sambaran langsung (direct stroke), kawat tanah tersebut harus memenuhi syarat sebagai berikut: a. Harus cukup tinggi di atas fasa konduktor dan agar dapat menangkap (intercept) pukulan langsung. b. Harus mempunyai jarak aman (clearance) yang cukup terhadap konduktor pada tengah tengah rentangan. c. Tahanan kaki tower harus cukup rendah untuk memperkecil tegangan yang melintas pada isolator Gardu Induk Pada transmisi selain penyaluran juga terdapat gardu induk atau sub-station yang berfungsi sebagai pentransformasi tegangan listrik, gardu induk ini bisa dianalogikan seperti terminal penyaluran listrik. Pada gardu induk ini banyak sekali fungsi listrik yang berjalan diantaranya sebagai sarana interkoneksi transmisi listrik. Interkoneksi ini adalah suatu sistem demi menjadikan kehandalan penyaluran listrik. Gardu induk (GI) sebagai sub-sistem dalam penyaluran energi listrik memegang peranan penting dalam menaikkan maupun menurunkan tegangan. Dalam gardu induk dilakukan proses pencatatan (recording) terhadap parameter-parameter ketenagalistrikan yang meliputi tegangan (V), arus (A), frekuensi (Hz), daya aktif (MW), daya reaktif (MVAR). Di dalam gardu induk juga dilakukan fungsi proteksi terhadap komponen-komponen yang terdapat di dalam gardu induk, fungsi proteksi penting untuk melindungi peralatan dari kondisi sistem kelistrikan yang abnormal yang mungkin disebabkan adanya gangguan penghantar ataupun adanya tegangan surja/petir. Dalam gardu induk 38

32 juga dilakukan proses, kontrol on/off terhadap peralatan switching device sebagai salah satu mekanisme on/off aliran daya. Secara garis besar fungsi gardu induk adalah sebagai berikut: 1. Transformasi tenaga listrik dari satu level tegangan ke level tegangan yang lain (dari tegangan tinggi ke tegangan menengah atau sebaliknya). 2. Pengukuran, pengawasan operasi, serta pengaturan pengaman sistem tenaga listrik. 3. Pengaturan daya ke gardu-gardu Induk lain melalui tegangan tinggi dan gardu-gardu induk distribusi melalui feeder tegangan menengah. Bila dilihat dari sifatnya, gardu induk dapat dibedakan menjadi tiga yaitu: a. Gardu induk slack adalah gardu induk yang menyalurkan tenaga listrik dari satu gardu induk ke gardu induk yang lain pada level tegangan yang sama. b. Gardu induk distribusi adalah gardu induk yang menyalurkan tenaga listrik dari tegangan sistem tegangan trasmisi ke tegangan distribusi. c. Gardu induk industri adalah gardu induk yang menyalurkan tenaga listrik dari tegangan sistem langsung hanya ke industri yang membutuhkan (biasanya gardu induk ini dibangun dekat dengan industri tersebut). Komponen (bagian-bagian) gardu induk diantarnya: 1. Switch Yard (switchgear) 2. Transformator Daya 3. Neutral Grounding Resistance (NGR) 4. Circuit Breaker (CB) 39

33 5. Disconnecting Switch (DS) 6. Lightning Arrester (LA) 7. Current Transformator (CT) 8. Potential Transformator (PT) 9. Transformator Pemakaian Sendiri (TPS) 10. Rel Busbar 11. Gedung Kontrol 12. Panel Proteksi 13. Sumber DC Gardu Induk Pengertian Gangguan dan Klasifikasi Gangguan Berdasarkan ANSI/IEEE Std gangguan didefinisikan sebagai suatu kondisi fisis yang disebabkan kegagalan suatu perangkat, komponen, atau suatu elemen untuk bekerja sesuai dengan fungsinya. Gangguan hampir selalu ditimbulkan oleh hubung singkat antar fase atau hubung singkat fase ke tanah. Suatu gangguan hampir selalu berupa hubung langsung atau melalui impedansi. Istilah gangguan identik dengan hubung singkat, sesuai standart ansi/ieee std Gangguan adalah suatu ketidak normalan (interferes) dalam sistem tenaga listrik yang mengakibatkan mengalirnya arus yang tidak seimbang dalam sistem tiga fasa. Gangguan dapat juga didefinisikan sebagai semua kecacatan yang mengganggu aliran normal arus ke beban. Tujuan dilakukan analis gangguan adalah: 1. Penyelidikan terhadap unjuk kerja rele proteksi. 40

34 2. Untuk menentukan kapasitas rating maksimum dari pemutus tenaga (circuit breaker). 3. Untuk mengetahui distribusi arus gangguan dan tingkat tegangan busbar pada saat terjadinya gangguan. Hubung singkat terjadi akibat dari faktor internal dan faktor eksternal. Faktor internal dari gangguan adalah rusaknya peralatan listrik. Faktor eksternal adalah antara lain seperti badai, petir, angin ribut (tornado), gempa bumi, kecelakaan kendaraan, runtuhnya pohon, aktivitas konstruksi, ulah manusia, dan lain-lain. Sebagian besar gangguan terjadi karena cuaca buruk, yaitu hujan atau badai, dan pohon. Berikut ini adalah klasifikasi gangguan: a. Klasifikasi gangguan berdasarkan kesimetrisannya: 1. Gangguan asimetris, merupakan gangguan yang mengakibatkan tegangan dan arus yang mengalir pada setiap fasanya menjadi tidak seimbang, gangguan ini terdiri dari: Gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah (L-G) Gangguan hubung singkat dua fasa (L-L) Gangguan hubung singkat dua fasa ke tanah (L-L-G) 2. Gangguan Simetris, merupakan gangguan yang terjadi pada semua fasanya, sehingga arus maupun tegangan setiap fasanya tetap seimbang setelah gangguan terjadi, gangguan ini terdiri dari: Gangguan hubung singkat tiga fasa (L-L-L) 41

35 Analisis hubung singkat secara umum menggunakan persamaan hubung singkat sabagai berikut. Dimana: I G = Arus Gangguan E = Tegangan Sumber R = Tahanan Real X = Tahanan Imajiner b. Berdasarkan lama terjadi gangguannya: 1. Gangguan transient (temporer) merupakan gangguan yang hilang dengan sendirinya apabila pemutus tenaga terbuka dari saluran transmisi untuk waktu yang singkat dan setelah itu dihubungkan kembali. 2. Gangguan permanen, merupakan gangguan yang tidak hilang atau tetap ada apabila pemutus tenaga (CB) terbuka pada saluran transmisi dimana untuk membebaskannya diperlukan tindakan perbaikan atau menyingkirkan penyebab gangguan tersebut. Untuk gangguan yang bersifat sementara setelah arus gangguannya terputus misalnya karena terbukanya circuit breaker oleh rele pengamannya, peralatan atau saluran yang terganggu tersebut siap dioperasikan kembali. Sedangkan pada gangguan permanen terjadi kerusakan yang bersifat permanen sehingga baru bisa dioperasikan kembali setelah bagian yang rusak diperbaiki atau diganti. 42

36 Metode Komponen Simetris Komponen simetris digunakan untuk menganalisis terutama sistem yang tidak seimbang, misalnya saat terjadi hubung singkat tiga phasa, dua phasa dan satu phasa ke tanah. Dimana sebuah sistem tak seimbang diubah menjadi tiga rangkaian persamaan yaitu rangkaian urutan positif, urutan negatif, dan urutan nol. Tiga fasor tak seimbang dari sistem tiga phasa dapat diuraikan menjadi tiga sistem fasor yang seimbang (Fortescue,1918). Tiga komponen simetris tersebut adalah: 1. Komponen Urutan Positif (Positive Sequence Component) Merupakan komponen yang terdiri dari tiga fasor yang sama besarnya, terpisah satu dengan yang lain dalam fasa sebesar 120, dan mempunyai urutan fasa yang sama seperti fasor aslinya (ditandai dengan subscript 1). Saat sistem berada dalam kondisi normal, hanya terdapat arus dan tegangan urutan positif saja, sehingga impedansi sistem pada kondisi normal adalah impedansi urutan positif. Ketika terjadi gangguan, cabang yang terganggu pada sistem dapat digantikan dengan perubahan tegangan ΔV=V-V 1 dan semua sumber tegangan yang ada pada sistem dihubung singkat, sehingga akan diperoleh arus gangguan ΔI yang mengalir ke sistem. Persamaan komponen positif arus dan tegangan yang mengalami gangguan adalah.... (2.1) Dan... (2.2) Karena arus awal sistem sebelum terjadi gangguan adalah nol (I=0), maka arus yang mengalir di cabang yang mengalami gangguan I 1 = -ΔI sehingga di dapat 43

37 ... (2.3) Dimana: I 1 = Arus komponen urutan positif ΔI = Arus gangguan V 1 = Tegangan komponen urutan positif Z 1 = Impedansi komponen urutan positif Persamaan diatas merupakan persamaan komponen urutan positif arus dan tegangan pada cabang yang mengalami gangguan. 2. Komponen Urutan Negatif (Negative Sequence Components) Merupakan komponen yang terdiri dari tiga fasor yang sama besarnya, terpisah satu dengan yang lain dalam fasa sebesar 120, dan mempunyai urutan fasa yang berlawanan dengan fasor aslinya (ditandai dengan subscript 2). Jika pada kondisi normal hanya terdapat komponen urutan positif, maka komponen urutan negatif hanya ada pada saat terjadinya gangguan. Karena tidak ada komponen urutan negatif sebelum terjadinya gangguan, maka apabila terjadi gangguan akan timbul perubahan sebesar V 2, dan arus I 2 yang mengalir dari sistem ke gangguan adalah.... (2.4) Dimana :... (2.5) I 2 = Arus Komponen urutan negatif V 2 = Tegangan komponen urutan negatif 44

38 Z 2 =Impedansi komponen urutan negatif (umumnya sama dengan impedansi komponen urutan positif) 3. Komponen Urutan Nol (Zero Sequence Components) Merupakan komponen yang terdiri dari tiga fasor yang sama besarnya dan tidak ada pergeseran fasa antara fasor yang satu dengan yang lain (ditandai dengan subscript 0). Persamaan untuk komponen urutan nol saat terjadi gangguan yaitu :... (2.6)... (2.7) Dimana: I 0 = Arus komponen urutan nol V 0 = Tegangan komponen urutan nol Z 0 = Impedansi komponen urutan nol Arus dan tegangan pada komponen urutan nol adalah sefasa, oleh karena itu arus urutan nol untuk dapat mengalir di sistem memerlukan jalan balik (return connection) melalui pentanahan netral sistem. Impedansi urutan nol umumnya tidak sama dengan impedansi urutan positif dan tergantung dari beberapa faktor seperti jenis peralatan sistem, cara menghubungkan belitan (Δ atau Y), dan cara pentanahan titik netral. 45

39 Gambar ketiga himpunan komponen simetris adalah sebagai berikut: Gambar 2.19 Komponen-komponen Simetris (Sumber: Karena adanya pergeseran fasa pada komponen simetris tegangan dan arus dalam sistem tiga fasa, akan lebih mudah bila didapatkan metode penulisan yang dapat langsung menunjukan perputaran fasor dengan 120. Operator a merupakan suatu operator fasor yang menyebabkan putaran sebesar 120 dalam arah yang berlawanan arah jarum jam (counterclockwise), dengan tidak mengubah besar fasornya. Operator ini merupakan bilangan kompleks yang besarnya satu dan sudutnya 120 dan didefinisikan sebagai: a....(2.8) Jika operator a dikenakan pada fasor dua kali berturut-turut, maka fasor itu akan diputar dengan susut sebesar 240 atau Untuk pengenaan tiga kali berturutturut fasor akan diputar 360 atau 0. Jadi di dapatkan: a 2... (2.9) dan a 3...(2.10) Dimana: a = Operator fasor 46

40 Telah disebutkan bahwa tiga fasor asimetris dapat dipresentasikan menjadi tiga buah himpunan fasor simetris. Persamaannya adalah sebagai berikut: Va= Va 0 + Va 1 + Va 2 Vb= Vb 0 + Vb 1 + Vb 2 Vc= Vc 0 + Vc 1 + Vc 2 Dengan menggunakan himpunan fasor dari komponen-komponen simetris, maka dapat diketahhui bahwa: Vb 0 = Vc 0 = Va 0 Vb 1 = a 2 Va 1 Vc 1 = a Va 1 Vb 2 = a Va 2 Vc 2 = a 2 Va 2 Atau dalam bentuk matriks: ( ) ( ) ( ) Untuk lebih sederhana dituliskan kembali: ( ) dan ( ) Sehingga diperoleh persamaan: ( ) ( ) ( ) Va 0 =1/3 (Va + Vb + Vc)... (2.11) Va 1 =1/3 (Va + Vb + a 2 Vc)... (2.12) Va 2 =1/3 (Va + a 2 Vb + a Vc)... (2.13) 47

41 Dimana: Va0 Va1 Va2 Va Vb Vc a = Tegangan komponen urutan nol dengan operator fasor = Tegangan komponen urutan positif dengan operator fasor = Tegangan komponen urutan negatif dengan operator fasor = Tegangan fasor A = Tegangan fasor B = Tegangan fasor C = Operator fasor Persamaan di atas merupakan persamaan komponen simetris untuk tegangan. Persamaan tersebut dapat juga dituliskan kembali pada persamaan komponen simetris untuk arus. Ia= Ia 0 + Ia 1 + Ia 2 Ib= Ib 0 + Ib 1 + Ib 2 = Ia 0 +a 2 Ia 1 + Ia 2 Ic= Ic 0 + Ic 1 + Ic 2 = Ia 0 + a Ia 1 + a 2 Ia 2 Dalam bentuk matriks, ( ) ( ) ( ) Dengan mengikuti langkah-langkah yang sama seperti pada persamaan komponen simetris untuk tegangan, maka dapat di peroleh persamaan komponen simetris untuk arus, yaitu: Ia 0 = 1/3 (Ia + Ib + Ic)...(2.14) Ia 1 = 1/3 (Ia + a Ib + a 2 Ic)...(2.15) Ia 2 = 1/3 (Ia + a 2 Ib + a Ic)...(2.16) 48

42 Dimana: Ia 0 Ia 1 Ia 2 Ia Ib Ic a = Arus komponen urutan nol dengan operator fasor = Arus komponen urutan positif dengan operator fasor = Arus komponen urutan negatif dengan operator fasor = Arus fasor A = Arus fasor B = Arus fasor C = Operator fasor Dalam sistem tiga fasa, jumlah arus dari setiap fasanya sama dengan arus In dalam jalur balik ke netral. In=Ia + Ib + Ic...(2.17) Sedangkan, Ia 0 = 1/3 (Ia + Ib + Ic)...(2.18) Sehingga dengan memperbandingkan kedua persamaan diatas, maka didapatkan: In= 3 Ia (2.19) Jika tidak ada saluran yang melalui netral dalam sistem tiga fasa, In adalah nol dan arus saluran tidak mengandung komponen urutan nol. Hal ini berarti suatu beban hubungan Δ ataupun hubungan Y yang tidak menyediakan jalur ke netral, maka arus salurannya tidak dapat mengandung komponen urutan nol Gangguan Hubung Singkat (Short Circuit Fault) Gangguan hubung singkat merupakan gangguan yang sering terjadi pada sistem tenaga listrik. Gangguan hubung singkat dapat menyebabkan aliran arus menjadi besar, besarnya arus listrik yang mengalir dapat merusak peralatan listrik 49

43 jika tidak dilengkapi dengan sistem proteksi yang tepat. Besar kecil aliran arus hubung singkat dipengaruhi oleh letak terjadinya gangguan. jika gangguan semakin dekat dengan sumber, maka arus gangguan akan semakin besar begitu sebaliknya (Amira, 2014). Cara mengatasi gangguan hubung singkat, perlu dilakukan analisis gangguan hubung singkat untuk mengetahui besar arus hubung singkat yang akan terjadi. Sehingga sistem proteksi yang tepat pada sistem tenaga listrik dapat ditentukan. Analisis gangguan hubung singkat adalah analisis yang mempelajari kontribusi arus gangguan hubung singkat yang mungkin mengalir pada setiap cabang didalam sistem sewaktu gangguan hubung singkat yang mungkin terjadi di dalam sistem tenaga listrik. Analisis gangguan hubung singkat merupakan suatu hal yang penting untuk menentukan rating arus hubung singkat, guna untuk melindungi perangkat dan peralatan sistem distribusi dari efek yang ditimbulkan beban. Hal ini dapat diketahui dengan menggunakan metode analisis hubung singkat seimbang dan tidak seimbang Ganguan Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah/Line-Ground (L-G) Gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah biasanya disebabkan oleh adanya sambaran petir, isolator pecah, benturan mekanis, terkena pohon ataupun tali layang-layang dan lain-lain. 50

44 fasa a fasa b fasa c Gambar 2.20 Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa Ke Tanah (Sumber: Dengan demikian gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah dapat dicari dengan rumus:.....(2.20) Keterangan: V f = Tegangan di titik gangguan sesaat sebelum terjadinya gangguan Z 0 = Impedansi urutan nol dilihat dari titik gangguan Z 1 = Impedansi urutan positif dilihat dari titik gangguan Z 2 = Impedansi urutan negatif dilihat dari titik gangguan Ganguan Hubung Singkat Dua Fasa/Line-Line (L-L) Pada gangguan hubung singkat fasa ke fasa, arus saluran tidak mengandung komponen urutan nol dikarenakan tidak ada gangguan yang terhubung ke tanah. Fasa a Fasa b Fasa c Gambar 2.21 Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa (Sumber: 51

45 Dengan demikian gangguan hubung singkat dua fasa dapat dicari dengan rumus:... (2.21) Keterangan: V f = Tegangan di titik gangguan sesaat sebelum terjadinya gangguan Z 1 = Impedansi urutan positif dilihat dari titik gangguan Z 2 = Impedansi urutan negatif dilihat dari titik gangguan Ganguan Hubung Singkat Dua Fasa ke Tanah/Line-Line-Ground (L-L-G) Fasa a Fasa b Fasa c Gambar 2.22 Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa ke Tanah (Sumber: (2.22) Keterangan: V f = Tegangan di titik gangguan sesaat sebelum terjadinya gangguan Z 0 = Impedansi urutan nol dilihat dari titik gangguan Z 1 = Impedansi urutan positif dilihat dari titik gangguan Z 2 = Impedansi urutan negatif dilihat dari titik gangguan Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa/Line-Line-Line (L-L-L) Gangguan hubung singkat tiga fasa termasuk dalam klasifikasi gangguan simetris, dimana arus maupun tegangan setiap fasanya tetap seimbang setelah 52

46 gangguan terjadi. Penyebab gangguan hubung singkat tiga fasa ini antara lain surja petir yang menyambar ketiga kawat fasa ataupun pohon yang mengenai kawat fasa. Gangguan ini merupakan gangguan yang paling besar dari gangguangangguan diatas. Fasa a Fasa b Fasa c Gambar 2.23 Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa (Sumber: Gangguan hubung singkat tiga fasa termasuk dalam klasifikasi gangguan simetris, dimana arus maupun tegangan setiap fasanya tetap seimbang setelah gangguan terjadi. Sehingga pada sistem seperti ini dapat dianalisa hanya dengan menggunakan komponen urutan positif saja yaitu: I a =I a1... (2.23) Dan... (2.24) Keterangan: V f = Tegangan di titik gangguan sesaat sebelum terjadinya gangguan Z 1 = Impedansi urutan positif dilihat dari titik gangguan I a = Arus pada fasa a 53

47 2.2.3 Gangguan Pada Saluran Transmisi dan Distribusi Gambar 2.24 Gangguan Pada Saluran Transmisi dan Distribusi (Sumber: Jaringan distribusi merupakan bagian dari sistem tenaga listrik yang paling dekat dengan pelanggan/konsumen. Ditinjau dari volume fisiknya jaringan distribusi pada umumnya lebih panjang dibandingkan dengan jaringan transmisi dan jumlah gangguannya (sekian kali per 100 km pertahun) juga paling tinggi dibandingkan jumlah gangguan pada saluran-saluran transmisi. Jaringan distribusi seperti diketahui terdiri dari jaringan distribusi tegangan menengah (JTM) dan jaringan distribusi tegangan rendah (JTR). Jaringan distribusi tegangan menengah mempunyai tegangan antara 3 kv sampai 20 kv. Pada saat ini PLN hanya mengembangkan jaringan distribusi tegangan menengah 20 kv. Jaringan distribusi tegangan menengah sebagian besar berupa saluran udara tegangan menengah dan kabel tanah. Pada saat ini gangguan pada saluran udara tegangan menengah ada yang mencapai angka 100 kali per 100 km per tahun. Sebagian besar gangguan pada saluran udara tegangan menengah tidak disebabkan oleh 54