ABSTRAK Banyaknya gangguan yang timbul dalam pendistribusian energi listrik dapat mengakibatkan menurunnya kualitas daya listrik. Salah satu gangguan yang timbul dalam pendistribusian tenaga listrik yaitu gangguan hubung singkat 3 fasa. Gangguan hubung singkat 3 fasa yang terjadi dalam pendistribusian energi listrik tidak hanya menyebabkan timbulnya arus gangguan yang besar pada fasa-fasa yang mengalami gangguan akan tetapi juga menyebabkan kedip tegangan pada sistem distribusi penyulang kampus. Secara umum gangguan kedip tegangan dapat mengakibatkan kerusakan/ kegagalan peralatan dan terganggunya kinerja peralatan pengaman jaringan. Penelitian ini menganalisis pengaruh pemasangan Dynamic Voltage Restorer (DVR) terhadap kedip tegangan. Penelitian ini menggunakan software simulink MATLAB dengan gangguan hubung singkat 3 fasa dan 5 variasi beban yaitu dengan persentase beban 50%, 55%, 60%, 65%, dan 70% dari total daya trafo distribusi untuk mengetahui pengaruh pemasangan DVR pada setiap beban. Berdasarkan hasil analisis semakin besar persentase beban maka gangguan kedip tegangan juga semakin besar sehingga menyebabkan tegangan fundamental pada setiap fasa menurun. Penurunan tegangan dapat dipulihkan oleh DVR dengan menginjeksi tegangan pada setiap fasa yang mengalami penurunan tegangan menjadi 1 pu dengan durasi waktu pemulihan selama 0,01 detik. Pada persentase beban sebesar 50% DVR menginjeksi tegangan sebesar 0,29 pu pada fasa A, 0,24 pu pada fasa B, dan 0,29 pu pada fasa C. Kata kunci : Hubung Singkat 3 Fasa, Kedip Tegangan, Dynamic Voltage Restorer, Simulink Matlab. vi
ABSTRACT There are a lot of disruption happens during the distribution of electrical power and resulting in decreasing the quality of the electrical power itself. One of the disruption in the distribution process is 3 phase short circuit disruption. This disruption that happens during the distribution process could possibly cause a big voltage disruption as well as pulsating voltage disruption on the feeder system. Generally, pulsating voltage disruption could ended up in damaging the equipment and slowing the performance of the network securing system down. The aim of this research is to analyze the effect of applying Dynamic Voltage Restorer (DVR) towards pulsating voltage. This research using MATLAB Simulink application with 3 phases short circuit disruption and 5 loads variation as follows: 50%, 55%, 60%, 65% and 70% loads from total power of the distribution transformer to acquire the effect of applying DVR to every load. Based on the analysis shows that the bigger loads means bigger disruption of the pulsating voltage resulting to every fundamental voltage is decreasing in every phase. This phenomenon could be restored by using DVR by injecting the voltage in every phase that experiencing a voltage degradation to 1 pu with estimated time 0.01 second. On 50% load, DVR injecting 0.29 pu voltage to phase A, 0.24 pu to phase B, and 0.29 pu to phase C. Keywords : 3 Phase Short Circuit, Pulsating Voltage, Dynamic Voltage Restorer, Simulink Matlab. vii
DAFTAR ISI JUDUL... i LEMBAR PERSYARATAN GELAR... ii LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS... iii LEMBAR PENGESAHAN... iv UCAPAN TERIMAKASIH... v ABSTRAK... vi DAFTAR ISI... viii DAFTAR TABEL... xi DAFTAR GAMBAR... xii DAFTAR SINGKATAN... xiv DAFTAR LAMPIRAN... xv BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 2 1.3 Tujuan Penelitian... 3 1.4 Manfaat Penelitian... 3 1.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah... 3 BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir... 4 2.2 Tinjauan Pustaka... 5 2.2.1 Sistem Distribusi... 5 2.2.1.1 Sistem Distribusi Radial... 6 2.2.1.2 Sistem Distribusi Ring/Loop... 6 2.2.1.3 Sistem Distribusi Spindel... 7 2.2.2 Gangguan Hubung Singkat... 8 2.2.2.1 Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah... 9 2.2.2.2 Hubung Singkat Dua Fasa... 9 2.2.2.3 Hubung Singkat Tiga Fasa... 10 2.2.3 Kualitas Daya Listrik... 10 viii
2.2.3.1 Kedip Tegangan... 11 2.2.3.2 Batasan Nilai Kedip Tegangan... 13 2.2.4 Dynamic Voltage Restorer (DVR)... 14 2.2.4.1 Metode Injeksi Tegangan DVR... 17 2.2.4.2 Proteksi dan Kontrol DVR... 18 2.2.5 Perhitungan Resistansi dan Induktansi Sumber... 19 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian... 22 3.2 Sumber dan Jenis Data Penelitian... 22 3.2.1 Sumber Data... 22 3.2.2 Jenis Data... 22 3.3 Tahapan Penelitian... 22 3.4 Bahan Penelitian... 23 3.5 Pemodelan dan Simulasi... 23 3.6 Alur Analisis... 27 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Sistem Distribusi Penyulang Kampus... 28 4.1.1 Spesifikasi Transformator Distribusi... 28 4.1.2 Data Penyulang Kampus... 29 4.2 Simulasi Kedip Tegangan... 29 4.2.1 Pemodelan Sistem Distribusi Penyulang Kampus... 29 4.2.2 Pemodelan Sumber 3 Fasa... 34 4.2.3 Pemodelan Beban... 36 4.2.4 Pemodelan Gangguan... 38 4.2.5 Hasil Simulasi... 39 4.2.5.1 Hasil Simulasi tanpa Gangguan... 39 4.2.5.2 Hasil Simulasi Gangguan Kedip Tegangan dan Pemulihan Kedip Tegangan... 39 4.2.6 Analisis Hasil Simulasi... 45 4.2.6.1 Grafik Hasil Simulasi... 47 ix
BAB V PENUTUP 5.1 Simpulan... 49 5.2 Saran... 49 DAFTAR PUSTAKA... 50 LAMPIRAN... 52 x
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perkembangan teknologi yang sangat pesat menyebabkan semakin meningkatnya kebutuhan energi listrik. Agar dapat memenuhi kebutuhan tersebut maka diperlukan sitem distribusi yang baik. Sistem distribusi adalah sistem yang berfungsi menyalurkan tenaga listrik dari gardu induk ke konsumen. Banyaknya gangguan yang timbul dalam pendistribusian energi listrik dapat mengakibatkan menurunnya kualitas daya listrik. Salah satu gangguan yang timbul dalam pendistribusian tenaga listrik yaitu gangguan hubung singkat 3 fasa. Gangguan hubung singkat 3 fasa yang terjadi dalam pendistribusian energi listrik tidak hanya menyebabkan timbulnya arus gangguan yang besar pada fasa-fasa yang mengalami gangguan akan tetapi juga menyebabkan kedip tegangan pada sistem distribusi. Kedip tegangan adalah penurunan nilai rms tegangan pada frekuensi daya selama durasi waktu dari 0,5 cycles (0,01detik) sampai 1 menit dan rentang perubahan dari 0,1 sampai 0,9 pu pada harga rms besaran tegangan (IEEE 1159-1995). Kedip tegangan dapat diakibatkan oleh: pembebanan yang besar pada sistem, gangguan hubung singkat, dan starting motor berdaya besar. Suatu sistem yang diberi beban yang besar akan mengalirkan arus yang melebihi arus pada beban nominal, hal ini menyebabkan terjadinya tegangan jatuh antara titik sumber dengan titik pembebanan. Besar nilai tegangan jatuh yang diakibatkan oleh kedip tegangan tergantung dari besar nilai impedansi titik pakai bersama (PCC=Point Common Coupling). Hubung singkat adalah hubungan konduksi yang sengaja atau tidak sengaja melalui hambatan atau impedansi yang cukup rendah antara dua titik atau lebih yang dalam keadaan normalnya mempunyai beda potensial. Gangguan hubung singkat dapat disebabkan akibat hubungan kontak langsung dengan konduktor bertegangan, temperatur berlebih karena adanya arus berlebih/ overload, pelepasan/ discharge electron yang merusak karena tegangan berlebih, 1
2 busur/ arcing karena pengembunan bersama dengan udara, terutama pada isolator (IEC 60909). Kedip tegangan berlangsung dalam waktu yang relatif singkat sehingga tidak diketahui dengan pasti saat terjadi gangguan. Gangguan kedip tegangan dapat menyebabkan trip peralatan-peralatan pengaman yang peka terhadap perubahan tegangan. Secara umum gangguan kedip tegangan dapat mengakibatkan motor tiba- tiba berhenti, peralatan digital ter-reset yang menyebabkan hilangnya data, kerusakan/ kegagalan peralatan dan terganggunya kinerja peralatan pengaman jaringan seperti beroperasinya sistem rele undervoltage yang akan menyebabkan pemutusan suplai tegangan pada jaringan sistem tenaga listrik. Penyulang Kampus adalah penyulang dengan suplai tenaga listrik dari GI Nusa Dua yang terletak di wilayah Kuta Selatan. Penyulang ini merupakan penyulang yang memiliki konfigurasi sistem distribusi tipe radial, dengan panjang saluran 21,377 km. Gangguan hubung singkat pada penyulang dengan konfigurasi sistem radial menyebabkan terjadinya gangguan kedip tegangan pada busbar gardu induk. Selain itu, penyulang ini memiliki trafo distribusi sebanyak 57 buah dengan total jumlah pelanggan mencapai 7099 pelanggan. Gangguan kedip tegangan akan dirasakan oleh pelanggan yang disuplai dari transformator tegangan menengah dan tegangan rendah yang sama, maka dari itu kedip tegangan harus diantisipasi agar tidak terganggunya tegangan pada sisi beban. Berdasarkan latar belakang di atas maka pada penelitian akan dibahas Analisis Pengaruh Pemasangan Dynamic Voltage Restorer (DVR) terhadap Kedip Tegangan akibat Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa pada Penyulang Kampus, untuk mengetahui besar kedip tegangan yang terjadi pada penyulang kampus jika bertambahnya beban pelanggan dan bagaimana pemulihannya. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan masalah yang dimuat pada latar belakang, maka rumusan masalah yang dapat diangkat yaitu, bagaimana pengaruh pemasangan dynamic
3 voltage restorer terhadap gangguan kedip tegangan akibat gangguan hubung singkat 3 fasa yang terjadi pada penyulang kampus? 1.3 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui pengaruh pemasangan dynamic voltage restorer untuk pemulihan terhadap gangguan kedip tegangan akibat gangguan hubung singkat 3 fasa. 1.4 Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah dapat digunakan sebagai tambahan referensi untuk mengurangi gangguan kedip tegangan pada sistem tenaga listrik. 1.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah Untuk lebih mengarahkan pokok pembahasan dalam penelitian ini, maka penulis membuat batasan masalah sebagai berikut: 1. Variasi beban yang dipakai pada penelitian ini diasumsikan lebih besar dari beban awal penyulang kampus. 2. Pada simulasi nilai cosφ diasumsikan sebesar 0,85. 3. Pada penelitian ini, analisis pengaruh pemasangan dynamic voltage restorer (DVR) terhadap kedip tegangan yang dilakukan adalah akibat dari gangguan hubung singkat 3 fasa. 4. Pada penelitian ini, gangguan hubung singkat 3 fasa digunakan karena merupakan gangguan hubung singkat yang paling besar. 5. Simulasi dilakukan dengan periode gelombang T=0,12 dan gangguan kedip tegangan yang terjadi diasumsikan mulai dari 0,04 detik sampai 0,08 detik agar terlihat perbedaan tegangan sebelum terjadi gangguan kedip tegangan dan setelah terjadi gangguan kedip tegangan. 6. Program Matlab Simulink digunakan untuk menampilkan bentuk gelombang tegangan pada penyulang kampus tanpa adanya gangguan kedip tegangan dan dengan gangguan kedip tegangan serta pemulihan kedip tegangan pada penyulang kampus.