ANALISIS GANGGUAN HUBUNG SINGKAT TIGA PHASA PADA SISTEM TENAGA LISTRIK DENGAN METODE THEVENIN

Transkripsi

1 AALISIS GAGGUA HUBUG SIGKAT TIGA PHASA PADA SISTEM TEAGA LISTRIK DEGA METODE THEVEI Jurusan Teknik Elektro T USU Abstrak: Analisis gangguan hubung singkat tiga phasa pada sistem tenaga listrik yang memnyai dua bus dapat diselesaikan dengan mudah dengan teori rangkaian biasa seperti teori loop, tetapi untuk system dengan banyak bus akan menjadi rumit bila diselesaikan dengan teori loop tersebut. Untuk sistem yang banyak loop atau dengan kata lain sistem yang memnyai banyak bus akan lebih mudah dengan menggunakan metode Thevenin. Tulisan ini akan membahas bagaimana menghitung arus hubung singkat tiga phasa pada suatu lokasi gangguan dengan menggunakan metode Thevenin. Kata-kata kunci : hubung singkat, metode Thevenin Pendahuluan Dalam sistem tenaga ada beberapa studi atau analisis yang harus dilakukan yaitu analisis aliran beban, analisis stabilitas dan analisis hubung singkat. Analisis hubung singkat dapat dibagi la atas analisis hubung singkat tiga phasa ( simetris ) dan analisis hubung singkat tak simetris yaitu hubung singkat satu phasa ke tanah, hubung singkat dua phasa ke tanah dan hubung singkat dua phasa. Dalam tulisan ini akan dibahas gangguan hubung singkat tiga phasa, karena jenis gangguan ini menghasilkan arus gangguan yang paling besar dan dapat merusak peralatan yang dilalui arus hubung singkat ini. Arus gangguan ini harus diamankan dengan cepat beberapa detik setelah gangguan terjadi. Untuk ini dibutuhkan alat pengaman yaitu pemutus daya ( circuit breaker ) yang kapasitasnya ditentukan berdasarkan arus gangguan hubung singkat tiga phasa pada lokasi gangguan. Kemaman dari pemutus daya ini untuk memutuskan arus hubung singkat disebut dengan Short Circuit Capacity ( SCC ) dalam satuan MVA ( Mega Volt Ampere ). Metode Thevenin 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. Prosedur untuk mengubah jaringan yang rumit tersebut menjadi model rangkaian ekivalen Thevenin yang akan dijelaskan sebagai berikut. Gambar- 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 dan dimana lokasi arus hubung singkat akan dihitung. Titik adalah menunjukkan netral atau titik tegangan nol (zero voltage) dan besar tegangan antara titik dan adalah E yaitu besar tegangan pada lokasi yang ditinjau dalam hal ini lokasi gangguan. Maka model rangkaian ekivalen Thevenin dari rangkaian yang rumit tadi ditunjukkan seperti gambar-, yaitu telah direduksi menjadi satu sumber tegangan E yang terhubung seri dengan satu impedansi Z. Selanjutnya bagaimana caranya untuk mendapatkan tegangan E dan impedansi Z dari rangkaian yang rumit gambar-. Untuk menentukan E adalah sangat mudah, dengan memperhatikan rangkaian ekivalen Thevenin gambar-, dimana tidak ada arus yang mengalir melalui Z bila terminal antara titik dan terbuka ( open circuit ), karena itu tidak ada tegangan jatuh pada Z. Dengan demikian maka tegangan E adalah merupakan tegangan antara titik dan. Untuk mendapatkan impedansi Z aadalah lebih sulit, dimana Z sama dengan impedansi total yang diukur antara titik dan apabila semua sumber tegangan dibuat sama dengan nol atau dihubung singkat. Biasanya metode untuk menghitung harga Z tersebut adalah dengan mereduksi rangkaian yang rumit gambar- dengan cara : 3

2 Jurnal Sistem Teknik Industri Volume 6, o. 3 Juli 005 Menjumlahkan impedansi-impedansi yang terhubung seri, misalnya impedansi Za dsan Zb menjadi Za Zb. Kombinasikan impedansi-impedansi yang terhubung parallel menjadi satu impedansi yang dikumlkan (lumped impedance), misalnya Zc dan Zd terhubung paralel dikumlkan menjadi satu impendansi yaitu Zc Zd/ZcZd Transformasi dari bentuk Δ Υ dan sebaliknya. Base tegangan sisi TL -3 3,8 kv Base tegangan sisi motor-3 6,9 x 6, 9kV 3. Hitung impedansi tiap-tiap peralatan dalam perunit berdasarkan pada base yang dipilih sebagai berikur : Generator- : 50 3, " 0,5x 0, Prosedur Perhitungan Arus Hubung Singkat Dengan Metode Thevenin. Misalkan suatu sistem tenaga listrik memnyai 3 bus seperti ditunjukkan one line diagram gambar-3. Data dari generator, motor dan transformator sebagai berikut. Generator- : KVA, 3, kv, 5 % Generator- : KVA, 3, kv, " 5% Motor-3 : KVA, 6,9 kv, " 0% Trafo Y-Y : KVA, / kv, 0% Trafo Υ Δ : KVA, 6,9 Δ ΥkV, 0% Dalam hal ini akan ditentukan besar arus hubung singkat bila gangguan hubung singkat tiga phasa terjadi pada bus-3 dengan prosedur sbb :. Pilih base daya KVA dan base tegangan kv pada sisi transmisi TL -.. Tentukan base tegangan pada sisi yang lain yang dipisahkan transformator sebagai berikut : Base tegangan sisi generator- x 3, 8kV Base tegangan sisi generator- x 3, 8kV Base tegangan sisi TL -3 3,8x kv Generator- : 50 3, " 0,5x 0, Motor-3 : 50 6,9 " 0,0x 0, ,9 Transformator Y-Y : 50 " 0,0x 0, 50 0 Transformator Y-Δ : 50 6,9 " 0,0x 0, ,9 TL - : 40x 0, TL -3 : 0x 0, TL -3 : 0x 0, Gambarkan model rangkaian impedansi dari one line diagram gambar-3, yaitu seperti ditunjukkan gambar Kemudian rangkaian ekivalen gambar-4 direduksi, hasilnya seperti gambar-5. 4

3 j0,50 j0,605 j0,05 j0,50 j0, j0,636 j0,50 j0,053 j0,636 j0,636 3 impedansi antara bus - 3 impedansi antara bus -3 impedansi antara bus Rangkaian gambar-5 direduksi lagi dengan cara transformasi bentuk delta (Δ) ke bentuk bintang (Υ) sebagai berikut: 0 0 ( j0,636)( j0,605) j0,636 j0,605 j0,636 j0,05 ( j0,636)( j0,636) 30 j0,636 j0,605 j0,636 j0,678 3 Gbr-5 Rangkaian ekivalen setelah direduksi Rangkaian setelah transformasi Δ Υ ditunjukkan dalm gambar Dari gambar-6 dapat kita gambarkan model rangkaian ekivalen Thevenin, tergantung dimana lokasi gangguan. Jika lokasi gangguan terjadi pada bus-3 maka titik dan terletak antara bus-3 dan bus tegangan nol ( bus zero voltage )seperti ditunjukkan gambar Tegangan ekivalen Thevenin Vth adalah sama dengan tegangan pada bus-3 sebelum terjadi gangguan yaitu 6,9 kv line to line. Dalam harga perunit besar tegangan tersebut dibagi dengan base tegangan pada bus-3 atau pada sisi motor. Gambar-3 One Line Diagram Suatu Sistem Tenaga Listrik 6,9/ 3 V th, 0 6,9/ 3 j0,50 3 j0,053 j0,053 j0,50 j0,05 j0,50 3 Gbr-4 Rangkaian ekivalen satu phasa j0,50 9. Impedansi ekivalen Thevenin dihitung sebagai berikut : 0 j0,05 j0, 548 O j0,05 j0, 538 Kedua impedansi ini adalah terhubung paralel dan seri dengan, maka diperoleh impedansi antara 03 titik O dan. ( j0,548)( j0,538) O j0,678 j0,548 j0,538 j0,950 5

4 Jurnal Sistem Teknik Industri Volume 6, o. 3 Juli 005 Rangkaian gambar-7 akan direduksi seperti ditunjukkan dalam gambar-8. j0,05 O j0,05 ( )( j0,950) th j0,950 j0,5 j 0,36 j,93 Maka diperoleh rangkaian ekivalen Thevenin seperti gambar-9. j0, Dengan rangkaian ekivalen Thevenin gambar-9 ini dapat dihitung besar arus gangguan hubung singkat tiga phasa pada bus-3 yaitu : Vth,0 ISC j3, 968 j0,5 th 3 Gbr-6 Rangkaian setelah transformasi j0,05 O j0,678 Δ Υ j0,05 Besar arus gangguan dalam ampere, adalah besaran perunit dikalikan dengan base arus yaitu : ( j3,968) x( j6.600a) 3x6,9 Jadi besar arus gangguan : I SC 6, 6kA I SC thj0,5 3 Isc Vth Vth,0 Gbr-7 Lokasi gangguan pada bus-3 Gbr- 9 Rangkaian Ekivalen Thevenin j0,950 KESIMPULA. Gangguan hubung singkat terhadap sistem tenaga listrik yang begitu rumit jaringannya dapat dianalisis secara mudah dengan menggunakan metode Thevenin. Gbr-8 Rangkaian setelah gambar-7 direduksi Jadi impedansi ekivalen Thevenin yang diukur dari terminal - adalah :. Besar tegangan dan impedansi ekivalen Thevenin ditentukan berdasarkan letak titik gangguan yaitu titik -. Jika gangguan pada bus-3 titik - adalah antara bus-3 dengan netral, begitu juga bila gangguannya pada bus yang lain. 3. Sehubungan dengan besar tegangan dan impedansi ekivalen Thevenin, besar arus gangguan juga tergantung dari letak lokasi titik gangguan. 6

5 DATAR PUSTAKA. Arthur H.Seidman ; Handbook Of Electric Power Calculations, McGraw-Hill Book Company, 984. Joseph A. Edminister ; Theory And Problems Of Electric Circuits, Shaum s Outline Series, McGraw-Hill Bokk Company, st Edition William D. Stevenson Jr ; Elements Of Power System Analysis, 4 th Edition 98, McGraw-Hill Inc. 7