analisa arus hubung singkat dengn metode thevenin

8/12/2019 Analisa Arus Hubung Singkat Dengn Metode Thevenin

1/5

Analisis Gangguan Hubung Singkat Tiga Phasa pada Sistem Tenaga Listrik dengan Metode Thevenin

Ma syku r SJ

N LISIS G NGGU N HUBUNG SINGK T TIG PH SP D SISTEM TEN G LISTRIK DENG N METODE THEVENIN

Masykur SJ

Ju rusa n Te kn ik Elekt ro FT USU

Abstrak: Analisis gangguan hubung singkat tiga phasa pada sistem tenaga listrik yang mempunyai dua busdapat diselesaikan dengan mudah dengan teori rangkaian biasa seperti teori loop, tetapi untuk system denganbanyak bus akan menjadi rumit bila diselesaikan dengan teori loop tersebut. Untuk sistem yang banyak loop ataudengan kata lain sistem yang mempunyai 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 aliranbeban, analisis stabilitas dan analisis hubung singkat.Analisis hubung singkat dapat dibagi pula atasanalisis hubung singkat tiga phasa ( simetris ) dananalisis hubung singkat tak simetris yaitu hubungsingkat satu phasa ke tanah, hubung singkat duaphasa ke tanah dan hubung singkat dua phasa.

Dalam tulisan ini akan dibahas gangguan hubungsingkat tiga phasa, karena jenis gangguan ini

menghasilkan arus gangguan yang paling besar dandapat merusak peralatan yang dilalui arus hubungsingkat ini. Arus gangguan ini harus diamankandengan cepat beberapa detik setelah gangguanterjadi. Untuk ini dibutuhkan alat pengaman yaitupemutus daya ( circuit breaker ) yang kapasitasnyaditentukan berdasarkan arus gangguan hubungsingkat tiga phasa pada lokasi gangguan.

Kemampuan dari pemutus daya ini untukmemutuskan arus hubung singkat disebut denganShort Circuit Capacity ( SCC ) dalam satuan MVA (

Mega Volt Ampere ).

Metode Thevenin

Metode Thevenin merupakan salah satu darisekian metode untuk menghitung arus listrik padasalah satu cabang dari rangkaian listrik yang terdiridari banyak cabang atau banyak loop (rangkaiantertutup) atau dengan kata lain sistem tenaga listrikyang banyak bus. Penerapan metode Thevenin darisuatu rangkaian atau jaringan yang rumit yang terdiridari banyak sumber tegangan dan impedansi-impedansi peralatan , pada prinsipnya adalah

menyederhanakan rangkaian yang rumit tersebut

menjadi suatu model rangkaian ekivalen Thevenin,yang hanya terdiri dari satu sumber teganganThevenin yang dihubungkan seri dengan sebuahimpedansi Thevenin.

Prosedur untuk mengubah jaringan yang rumittersebut menjadi model rangkaian ekivalen Thevenin

yang akan dijelaskan sebagai berikut.Gambar-1 menunjukkan sebuah lingkaran

yang berisi jaringan satu phasa terdiri dari generator,impedansi generator, impedansi transmisi danimpedansi transfomator terhubung satu sama lainyang menunjukkan model satu phasa dari sistemtenaga listrik. Kemudian dari model ini ditentukan

titik F dan N dimana lokasi arus hubung singkat akandihitung. Titik N adalah menunjukkan netral atau

titik tegangan nol (zero voltage) dan besar teganganantara titik F dan N adalah E yaitu besar teganganpada lokasi yang ditinjau dalam hal ini lokasigangguan. Maka model rangkaian ekivalen Thevenindari rangkaian yang rumit tadi ditunjukkan sepertigambar-2, yaitu telah direduksi menjadi satu sumbertegangan E yang terhubung seri dengan satuimpedansi Z.

Selanjutnya bagaimana caranya untukmendapatkan tegangan E dan impedansi Z darirangkaian yang rumit gambar-1. Untuk menentukan

E adalah sangat mudah, dengan memperhatikanrangkaian ekivalen Thevenin gambar-2, dimana tidakada arus yang mengalir melalui Z bila terminal antaratitik F dan N terbuka ( open circuit ), karena itu tidak

ada tegangan jatuh pada Z. Dengan demikian makategangan E adalah merupakan tegangan antara titik Fdan N. Untuk mendapatkan impedansi Z aadalahlebih sulit, dimana Z sama dengan impedansi totalyang diukur antara titik F dan N apabila semuasumber tegangan dibuat sama dengan nol ataudihubung singkat. Biasanya metode untukmenghitung harga Z tersebut adalah dengan

mereduksi rangkaian yang rumit gambar-1 dengan

cara :

123


2/5

J urnal Sistem Teknik Industri Volume 6, No. 3 J uli 2005

Menjumlahkan impedansi-impedansi yangterhubung seri, misalnya impedansi Za dsanZb menjadi Za + Zb.

Kombinasikan impedansi-impedansi yangterhubung parallel menjadi satu impedansi

yang dikumpulkan (lumped impedance),misalnya Zc dan Zd terhubung paraleldikumpulkan menjadi satu impendansi yaitu

Zc Zd/Zc+Zd

Transformasi dari bentuk dansebaliknya.

Prosedur Perhitungan Arus Hubung Singkat

Dengan Metode Thevenin.

Misalkan suatu sistem tenaga listrikmempunyai 3 bus seperti ditunjukkan one linediagram gambar-3. Data dari generator, motor dantransformator sebagai berikut.

Generator-1 : 20.000 KVA, 13,2 kV, X = 15 %

Generator-2 : 20.000 KVA, 13,2 kV, %15"=X

Motor-3 : 30.000 KVA, 6,9 kV, %20"=X

Trafo Y-Y : 20.000 KVA, 13,8/138 kV, %10=XTrafo : 15.000 KVA,6,9 %10,138 = XkVDalam hal ini akan ditentukan besar arus hubungsingkat bila gangguan hubung singkat tiga phasaterjadi pada bus-3 dengan prosedur sbb :

1. Pilih base daya 50.000 KVA dan base tegangan138 kV pada sisi transmisi TL 1-2.

2. Tentukan base tegangan pada sisi yang lain yangdipisahkan transformator sebagai berikut :

Base tegangan sisi generator-1

= kVx 8,13138

8,13138 =

Base tegangan sisi generator-2

= kVx 8,13138

8,13138 =

Base tegangan sisi TL 1-3

= kVx 1388,13

1388,13 =

Base tegangan sisi TL 2-3

= kV1388,13

1388,13 =

Base tegangan sisi motor-3

= kVx 9,6138

9,6138 =

3. Hitung impedansi tiap-tiap peralatan dalam perunitberdasarkan pada base yang dipilih sebagaiberikur :

Generator-1 :

puxxX 343,08,13

2,13

20

5015,0"

2

=

=

Generator-2 :

puxxX 343,08,13

2,13

20

5015,0"

2

=

=

Motor-3 :

puxxX 333,09,6

9,6

30

5020,0"

2

=

=

Transformator Y-Y :

puxxX 250,08,13

8,13

20

5010,0"

2

=

=

Transformator Y- :

puxxX 333,09,6

9,6

15

5010,0"

2

=

=

TL 1-2 :

puxX 105,010.138

000.5040

32 ==

TL 1-3 :

puxX 053,010.138

000.5020 32 ==

TL 2-3 :

puxX 053,010.138

000.5020

32 ==

4. Gambarkan model rangkaian impedansi dari oneline diagram gambar-3, yaitu seperti ditunjukkangambar-4.

5. Kemudian rangkaian ekivalen gambar-4direduksi, hasilnya seperti gambar-5.

124


3/5


Ma syku r SJ

puj

jjjX

605,0

250,0105,0250,012

=

++=

puj

jjjXX

636,0

333,0053,0250,02313

=

++==

12X = impedansi antara bus 1-2



6. Rangkaian gambar-5 direduksi lagi dengan cara

transformasi bentuk delta ke bentuk bintang

sebagai berikut:

)(

)(

puj

jjj

jjXX

205,0

636,0605,0636,0

)605,0)(636,0(2010

=

++=

=

puj

jjj

jjX

678,0

636,0605,0636,0

)636,0)(636,0(30

=

++=

Gambar-3 One Line Diagram Suatu Sistem TenagaListrik

1 3 2

j0,343j0,343 j0,333

1 3 2

j0,333j0,333 j0,250j0,250

j0,250

j0,250

j0,053 j0,053

j0,105

Gbr-4 Rangkaian ekivalen satu phasa

1 3 2

j0,343 j0,343 j0,3 33

3 2

j0,6 36 j0,6 36

j0,605

1

Gbr-5 Rangkaian ekivalen setelah direduksi

Rangkaian setelah transformasi ditunjukkan

dalm gambar-6.

7. Dari gambar-6 dapat kita gambarkan model

rangkaian ekivalen Thevenin, tergantung dimana

lokasi gangguan. Jika lokasi gangguan terjadi

pada bus-3 maka titik F dan N terletak antara

bus-3 dan bus tegangan nol ( bus zero voltage

)seperti ditunjukkan gambar-7.

8. 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.

puVth 0,13/9,6

3/9,6==

9. Impedansi ekivalen Thevenin dihitung sebagaiberikut :

pujjjX N 548,0343,0205,001 =+=

pujjjX NO 538,0333,0205,02 =+=

Kedua impedansi ini adalah terhubung paralel dan

seri dengan , maka diperoleh impedansi antara

titik O dan N.

03X

puj

jjjjjXON

950,0

678,0538,0548,0

)538,0)(548,0(

=

++=

125


4/5

J urnal Sistem Teknik Industri Volume 6, No. 3 J uli 2005

Rangkaian gambar-7 akan direduksi sepertiditunjukkan dalam gambar-8.

1 3 2

j0,343

3 21

O

j0,205 j0,205

j0,678

j0,33 3 j0,343

Gbr-6 Rangkaian setelah transformasi

j0,343 j0,343

2

O j0,205j0, 205

j0,678

j0,333

1

F

N

Vth

3

Gbr-7 Lokasi gangguan pada bus-3

j 0 ,3 43j0 ,950

F

N

Gbr-8 Rangkaian setelah gambar-7 direduksi

Jadi impedansi ekivalen Thevenin yang diukur dari

terminal F-N adalah:

puj

j

j

jj

jjXth

252,0

293,1

326,0

950,0343,0

)950,0)(343,0( 2

=

=+

=

Maka diperoleh rangkaian ekivalen Thevenin sepertigambar-9.

9. Dengan rangkaian ekivalen Thevenin gambar-9

ini dapat dihitung besar arus gangguan hubungsingkat tiga phasa pada bus-3 yaitu :

pujjX

VI

th

thSC 968,3

252,0

0,1===

Besar arus gangguan dalam ampere, adalah besaran

perunit dikalikan dengan base arus yaitu :

)600.169,63

000.50()968,3( Aj

xxjISC ==

Jadi besar arus gangguan : kAISC 6,16=

Xth=j0,151pu

F

N

Isc

Vth=1,0pu

Gbr- 9 Rangkaian Ekivalen Thevenin

KESIMPULAN

1. Gangguan hubung singkat terhadap sistemtenaga listrik yang begitu rumit jaringannyadapat dianalisis secara mudah denganmenggunakan metode Thevenin.

2. Besar tegangan dan impedansi ekivalenThevenin ditentukan berdasarkan letak titikgangguan yaitu titik F-N. Jika gangguan padabus-3 titik F-N adalah antara bus-3 dengannetral, begitu juga bila gangguannya pada busyang lain.

3. Sehubungan dengan besar tegangan dan

impedansi ekivalen Thevenin, besar arusgangguan juga tergantung dari letak lokasi titikgangguan.

126


5/5


Ma syku r SJ

127

DAFTAR PUSTAKA

1. Arthur H.Seidman ; Handbook Of ElectricPower Calculations, McGraw-Hill BookCompany, 1984

2. Joseph A. Edminister ; Theory And Problems OfElectric Circuits, Shaums Outline Series,

McGraw-Hill Bokk Company, 1st Edition 1972.

3. William D. Stevenson Jr ; Elements Of PowerSystem Analysis, 4

thEdition 1982, McGraw-Hill

Inc.

analisa arus hubung singkat dengn metode thevenin

Documents