BAB II

PT PLN (Persero)PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Analisa Sistem Tenaga

1. PENGANTAR AST

1.1. Sistem Tenaga ListrikSistem tenaga listrik (Electric Power System) meliputi 3 komponen, yaitu :1. Sistem Pembangkitan Tenaga ListrikPembangkitan, yaitu produksi tenaga listrik, dilakukan dalam pusat tenaga listrik atau sentral, dengan menggunakan penggerak mula dan generator.2. Sistem Transmisi Tenaga ListrikTransmisi, atau penyaluran adalah memindahkan tenaga listrik dari pusat tenaga listrik dengan nilai tegangan transmisi ke Gardu Induk, yang terletak berdekatan dengan pusat pemakaian berupa kota atau industri besar. Saluran transmisi merupakan mata rantai penghubung antara stasiun pembangkit dan sistem distribusi dan menghubungkan dengan sistem-sistem daya lain melalui interkoneksi.3. Sistem Distribusi Tenaga ListrikSuatu sistem distribusi menghubungkan semua beban pada daerah tertentu kepada saluran transmisi. Dari Gardu Induk tenaga listrik didistribusikan ke Gardu Distribusi dan ke pemakai atau konsumen.

Gambar 1.1 dibawah ini memperlihatkan secara skematis urutan dan fungsi-fungsi pembangkitan, transmisi dan distribusi suatu sistem penyediaan tenaga listrik.

Arah EnergiDistribusiTransmisiPembangkit

Gambar 1.1Skema prinsip penyediaan tenaga listrik

2. ANALISA ALIRAN DAYA

2.1. Manfaat Studi Aliran DayaDalam menentukan operasi terbaik pada sistem-sistem tenaga listrik dan dalam merencanakan perluasan sistem-sistem tenaga listrik, analisa mengenai studi aliran beban memegang peranan penting.Beberapa tujuan dari studi aliran beban ini adalah : 1. Untuk mengetahui komponen jaringan sistem tenaga listrik pada umumnya.2. Mengetahui besarnya tegangan pada setiap bus (rel) dari suatu sistem tenaga listrik.3. Menghitung aliran-aliran daya, baik daya nyata maupun daya reaktif yang mengalir dalam setiap saluran, dan memeriksa apakah semua peralatan yang ada dalam sistem cukup besar untuk menyalurkan daya yang diinginkan.4. Efek penataan kembali rangkaian-rangkaian dan penggabungan sirkit-sirkit baru pada pembebanan sistem.5. Kondisi-kondisi berjalan dan distribusi beban sistem yang optimum.6. Kerugian-kerugian sistem yang optimum.7. Rating tranformator dan tap range tranformator yang optimum.8. Perbaikan dan pergantian ukuran konduktor dan tegangan sistem.

2.2. Input dan Output dari studi Aliran DayaData input membutuhkan perhitungan aliran daya dan data output yang diperoleh dari perhitungan aliran daya adalah sebagai berikut :

InputKondisi Sistem TenagaKonfigurasi sistem (data koneksi)Nilai impedansi yang tergantung pada tipe dan panjang saluran transmisiImpedansi Trafo

Kondisi OperasiKondisi Supply (level output generator, tegangan terminal)Kondisi permintaan (daya aktif dan reaktif beban)Fasilitas daya reaktifNilai tap trafo

OutputAliran DayaSaluran transmisi dan peralatan seri lainnya

TeganganSudut dan phasa tegangan tiap-tiap bus

Rugi-rugi transmisiBagian efektif dan bagain tidak efektif

Tabel 1.1. Analisa Data

Sebagai tambahan dari data input dan data output seperti yang disebutkan diatas ada beberapa point lain yang harus diperhatikan dalam perhitungan aliran daya, seperti nilai kapasitas panas dari tiap-tiap peralatan seri dan setiap saluran transmisi dan interval fluktuasi teganagan tiap-tiap bus yang diizinkan (meskipun tidak selamanya diinput secara langsung). Beberapa hal dapat dipelajari dari perhitungan aliran daya.

2.3. Perhitungan Aliran Daya Studi aliran daya dalam menunjang keberhasilan operasi yang optimal amat penting, karena disamping dapat digunakan dalam perumusan dan solusi masalah yang akan dibahas juga bertujuan untuk menentukan besarnya arus, daya dan faktor daya serta daya reaktif di berbagai titik pada sistem daya yang dalam keadaan berlangsung atau diharapkan untuk operasi normal. Oleh sebab itu studi aliran daya sangat diperlukan dalam perencanaan serta pengembangan sistem di masa-masa yang akan datang karena operasi yang memuaskan pada sistem tenaga adalah bergantung kepada pengenalan serta pengetahuan dari akibat adanya beban-beban, unit-unit pembangkit serta saluran transmisi baru, sebelum semuanya dapat direalisasikan.

Untuk itu dalam menganalisa studi aliran daya fokus utama tertuju pada busnya dan bukan pada generatornya. Dalam studi aliran daya dikenal berbagai bus antara lain : 1. Bus Referensi Adalah bus yang mempunyai besaran V tegangan dengan harga skalarnya dan sudut fasa tegangan (v) dengan titik nol sebagai referensinya.2. Generator Bus (Bus Pembangkitan)Adalah bus yang diketahui daya nyata (P) dan tegangan V pada harga skalarnya.3. Bus PembebananAdalah bus yang diketahui daya aktif beban (PL) dan daya reaktif beban (QL).

2.3.1. Satuan Per Unit (p.u)Dalam analisa sistem tenaga dikenal istilah per-unit yang meruapakan standar dalam perhitungan yang digunakan. Satuannya dikenal dengan isitilah pu Biasanya dasar perhitungan untuk mendapatkan satuan per unit yang ditetapkan terlebih dahulu adalah MVA dasar dan kVdasar, dan selanjutnya dihitung impedansidasar dan arusdasar. Ketetapan dasar ini dipergunakan sebagai penyebut dimana parameter daya, tegangan arus dan impedansi pada sistem tenaga listrik sebagai pembilangnya untuk memperoleh satuan p.u Dasar perhitungan yang digunakan adalah sebagai berikut: MVA dasar = dipilih (MVA) KV dasar = dipilih (kV),dari dua dasar ini dapat dibentuk dasar selanjutnya, yaitu : Impedansi dasar =

Z x 1000 x MVAdasar(kV)2puImpedansi perunit =

3 . kVdasarMVAdasar AmpArus dasar =

Zpu(awal) kVdasar kVbarup.u MVAbaru MVAdasar2** Z pu (baru) =

Contoh :Suatu sistem tenaga listrik dipasok dari Trafo 150/20 kV di Gardu induk, dengan kapasitas 60 MVA mempunyai jaringan 20 kV dengan impedansi 10 Ohm , akan dicari nilai per unitnya.

60 MVA150 kV20 kVZL = 10 OhmTap trafo154/19 kV

DipilihMVAdasar=100 MVA KVdasar =150 kV di bus 150 kV, base di Bus 20 kV = 19/154 X 150 kV =18,51 kVI dasar =100. 1000 /3.150 Amp = 384 AmpZdasar di Bus 20 kV = (18,51)2/100 = 3,4225 Ohm.

Sehingga diperoleh : ZL = 10 Ohm / 3,4225 Ohm = 2,922 pu.

2.4. Data Untuk Studi Aliran DayaTitik tolak dalam mendapatkan data yang harus disediakan adalah diagram segaris sistem tenaga listrik, sedangkan data-data yang diperlukan dalam analisa aliran beban ini adalah :1. Data Saluran TransmisiData saluran transmisi yang dimaksud adalah besarnya harga-harga tahanan (R), reaktansi (X) dan suseptansi dari setiap cabang saluran transmisi (Y/2) dan data ini biasanya dalam p.u.2. Data Transformator dan TapnyaUntuk transformator adalah reaktansi dan tap-tapnya.3. Data Bus (Rel) Yaitu data pembangkitan dan pembebanan. Data bus (rel) yang dimaksud adalah data pembangkitan dan data beban dalam per MW dan MVAR, serta data tegangan bus dalam satuan per unit.4. Data Tambahan Data tambahan yang dimaksud adalah penggunaan kapasitor.

2.4.1. Generator SerempakPada pusat-pusat pembangkit yang memanfaatkan energi thermal maupun pusat pembangkit yang memanfaatkan energi air menggunakan mesin serempak sebagai generator utamanya.

Generator ini dihubungkan ke transformator penaik tegangan selanjutnya dihubungkan ke bus bar dan ini diasumsikan sebagai sumber daya dengan reaktansi serempak tersambung seri, keluaran hasil perhitungan pada studi ini adalah besarnya tegangan pada bus dimana generator ini terhubung, oleh karenanya bus-bus yang terhubung dengan generator ini berupa PV bus (bus generator) atau bus referensi (slack-bus).

2.4.2. Pengubah Tap TrafoDalam operasi sistem tenaga listrik khususnya dalam kaitannya dengan masalah pengaturan tegangan, seringkali diperlukan perubahan posisi tap transformator.Transformator daya pada umumnya dilengkapi dengan tap pada lilitannya untuk mengubah besarnya tegangan yang keluar dari transformator. Perubahan tegangan dilakukan dengan mengubah posisi tap transformator seperti yang ditunjukan pada gambar 2.1

Pengubah Tap

Gambar 1.2Lilitan transformator dengan pengubah kedudukan tap dalam keadaan berbeban di lilitan tegangan tinggi

Namun tidak semua transformator dapat diubah posisinya dalam keadaan berbeban. Transformator yang dioperasikan di GI umumnya posisi tapnya dapat dirubah dalam keadaan berbeban, bahkan sering kali juga dilengkapi dengan pengatur tegangan otomatis yang mengindera tegangan yang keluar dari transformator untuk selanjutnya dipakai untuk memberi komando perubahan tap transformator dalam rangka menjaga agar tegangan yang keluar dari transformator mempunyai nilai yang konstan.Apabila ada dua atau lebih transformator yang beroperasi paralel dan masing-masing dilengkapi dengan pengatur tegangan otomatis, perlu ditentukan transformator mana yang memberi komando sedangkan yang lain menjadi pengikut (follower). Pengaturan tegangan secara operasional sering dilakukan dengan mengatur kedudukan tap transformator. Tap transformator yang dapat dirubah dalam keadaan berbeban (on load tap changer) umumnya terletak di sisi tegangan tinggi.

Dalam keadaan operasi normal di GI, umumnya daya mengalir dari sisi tegangan tinggi ke sisi tegangan yang lebih rendah. Namun dalam keadaan darurat misalnya dalam proses mengatasi gangguan dapat terjadi situasi bahwa tegangan harus dikirim dari sisi tegangan yang lebih rendah ke sisi tegangan yang lebih tinggi. Dalam hal proses pengiriman tegangan yang arahnya terbalik dari biasanya, harus diperhatikan bahwa arah pengaturan tap transformator juga terbalik. Misalnya pada gambar 1.1 apabila tegangan datang dari sisi tegangan yang lebih tinggi ke sisi tegangan yang lebih rendah, apabila tegangan yang diterima hendak dinaikkan, tap harus digerakkan ke bawah. Tetapi apabila arah datangnya tegangan dibalik, yaitu dari sisi tegangan yang lebih rendah ke sisi tegangan yang lebih tinggi maka apabila tegangan yang diterima hendak dinaikkan, tap harus digerakkan ke atas.

Apabila pengaturan tap transformator dilakukan secara otomatis dengan menggunakan pengatur tegangan otomatis, maka pengatur tegangan otomatis akan bekerja atas dasar tegangan yang diinderanya. Penginderaan tegangan umumnya dilakukan pada sisi tegangan yang lebih rendah, sehingga dalam keadaan mengatasi gangguan seperti tersebut di atas, yaitu tegangan datang dari sisi tegangan yang lebih rendah, apabila tegangan yang datang terlalu tinggi dan diindera oleh pengatur tegangan otomatis, pengatur tegangan otomatis akan menggerakkan tap transformator ke atas sehingga di sisi tegangan yang lebih tinggi tegangan akan naik, sedangkan sesungguhnya diinginkan agar tegangan turun sehingga hal ini dapat membahayakan peralatan instalasi. Hal ini disebabkan seperti uraian di atas, karena pengaturan tegangan otomatis dibuat dengan pemikiran bahwa tegangan (dalam keadaan operasi normal) datang dari sisi tegangan yang lebih tinggi ke sisi tegangan yang lebih rendah, sehingga alat pengindera dan alat-alat kontrolnya yang memerintahkan gerakan tap akan menuruti urutan atas dasar keadaan tersebut di atas.

Bagian ini menjelaskan metode pengukuran tegangan dari sistem tenaga. Untuk pengukuran level tegangan sistem tenaga :1. Metode pengukuran berdasarkan pengukuran daya reaktif yang disuply ke sistem2. Metode pengukuran berdasarkan rasio tegangan yang digunakan.

Kedua metode dapat disimpulkan kedalam tabel dibawah ini (dalam keadaan pengukuran terus-menerus atau tidak, interval pengukuran dan fitur pengukuran.Tabel 1.2. Metode Pengukuran tegangan

Metode PengukuranProsedur pengukuran, interval pengukuranFitur pengukuran

(1)Fasilitas daya reaktifKapasitor shuntJumlah yg diparalelkan diukur dari Ketika level tegangan sistem suply daya reaktif turun

Reaktor shuntKetika level tegangan turun, penyerapan daya reaktif turun

(2) Peralatan daya reaktif sinkronGeneratorPengukuran tegangan yang baik diperoleh dari respon fluktuasi tegangan sistem

(3) On-load tap trafoNilai tap diswichKetika tidak ada sumber daya disisi sekunder hanya tegangan sisi sekunder yang berubah. Ketika tidak ada sumber daya disis sekunder tegangan sisi primer, tegangan sekunder dan aliran daya reaktif berubah.

2.5 Saluran TransmisiUntuk kawat transmisi dapat digolongkan berdasarkan panjang salurannya, yaitu : (William. D. Stevenson. 1984. hal : 100)a. Saluran pendek (< 80 km)b. Saluran menengah (80 - 250 km)c. Saluran panjang (> 250 km)

2.5.1 Persamaan JaringanUntuk mendapatkan suatu perumusan yang melukiskan karakteristik jaringan pada sistem tenaga listrik yang menggunakan referensi pada bus, maka dapat terlihat suatu persamaan yang dapat diselesaikan dengan metode rangkaian tertutup atau persamaan titik simpul. Untuk jelasnya dapat dilihat penyelesaian di bawah ini untuk rangkaian pada gambar 1.3.

+-+-+-adcbI1egfI4I2I3

Gambar 1.3Jaringan sederhana tenaga listrik

Metode rangkaian tertutupDari gambar 1.3 didapatkan persamaan : (

(2.1)Dengan mengatur suku-suku yang sama didapat :

(2.2)Sehingga untuk rangkaian tertutup bentuk standarnya adalah sebagai berikut :

(2.3)

Metode titik simpulPada persamaan ini sumber tegangan diganti dengan sumber arus dan besaran impedansi Z diubah menjadi besaran admitansi Y. Sehingga bila dari gambar 1.3 dibentuk dengan besaran admitansi didapat :

1432YaYeYcYbYdYfYhYg

Gambar 1.4Jaringan dengan 5 titik simpul

Selanjut pada simpul 1 didapatkan :

(2.4)

(2.5)Pada simpul 2

(2.6)

(2.7)

Selanjutnya dapat dibuat standarnya adalah sebagai berikut :

(2.8)

Dari persamaan (2.3) dan (2.8) didapat perumusan dalam bentuk matrik yaitu: - Untuk persamaan (2.3)

(2.9) Untuk persamaan (2.8)

(2.10)Untuk memudahkan notasi pada solusi, maka dari persamaan-persamaan (2.9) dan (2.10) matrik tersebut dapat diwakili menjadi :

(2.11)

2.6. Metode perhitungan 2.6.1. Persamaan Aliran DayaGambaran mengenai aliran daya yang terjadi dalam sistem beserta profil tegangan sangat diperlukan untuk keperluan analisa situasi sistem. Untuk mendapatkan gambaran mengenai aliran daya ini, diperlukan suatu perhitungan yang biasa disebut sebagai perhitungan aliran daya. Perhitungan aliran daya ini perlu dilakukan karena yang diketahui adalah beban daya aktif dan beban daya reaktif yang ada pada setiap GI atau simpul dalam sistem.

(3.10)

(3.11)

dengan

Dalam membentuk perumusan ini diperlukan suatu teknik pemecahan solusi aliran daya. Sedangkan untuk menghitung aliran daya dapat dipergunakan beberapa metode antara lain : 1. Metode iterasi Gauss dengan menggunakan matrik admitansi bus atau matrik impedansi bus.2. Metode iterasi Gauss Sheidel yang merupakan pengembangan dari metode iterasi Gauss.3. Metode Newton Raphson dengan menggunakan matrik admitansi bus.4. Metode Fast Decoupled yang merupakan penyederhanaan dari metode Newton Raphson.

Dalam pembahasan selanjutnya teknik penyelesaian pengaturan daya reaktif adalah dengan menggunakan metode Newton Raphson yang merupakan pokok dari permasalahan dari studi ini.

2.6.2. Metode Newton - RaphsonDasar matematis yang digunakan dalam metode Newton Rhapson adalah dengan menggunakan deret Taylor. Apabila ada n buah persamaan non linier dengan n variabel seperti halnya persamaan (3.10) atau persamaan (3.11) untuk sistem dengan n buah simpul, yang dapat ditulis sebagai :

(3.12)

dimana K merupakan suatu konstanta. Untuk memecahkan persamaan (3.12) dicoba suatu nilai terlebih dahulu misalnya . Selisih antara nilai yang sebenarnya dengan nilai yang dicoba adalah . Hubungan matematisnya adalah sebagai berikut :

(3.13)Melihat persamaan (3.12), maka didapat pula :

(3.14)Persamaan (3.14) diekspansikan ke dalam teorema deret Taylor akan menjadi :

(3.15)

adalah turunan dari terhadap dan diberi nilai , adalah fungsi pangkat lebih tinggi, dan bila diabaikan , maka persamaan (3.15) dalam bentuk matrik menjadi :

(3.16)atau :

(3.17)dengan :

=matrik nilai fungsi

=matrik Jacobian

=matrik perubahan nilai (vektor koreksi)

Dalam alogaritma perhitungan aliran daya dengan menggunakan metode Newton - Raphson, langkah-langkahnya adalah sebagai berikut : a. Menghitung nilai-nilai P dan Q yang mengalir ke dalam sistem.b. Menghitung nilai pada setiap rel.c. Menghitung nilai-nilai untuk Jacobian.d.

Mencari invers matrik Jacobian dan mencari nilai nilai koreksi dan .e.

Menghitung nilai-nilai baru dengan menambahkan dan dengan nilai sebelumnya.f. Kembali ke langkah a.

Dengan melihat persamaan (3.17) maka uraian pada butir a sampai dengan butir b dapat dinyatakan sebagai berikut : untuk daya nyata ditulis sebagai dan untuk daya reaktif ditulis sebagai , selanjutnya diperoleh :

(3.18)

(3.19)disebut nilai residu.dimana :Pi didapat melalui persamaan (3.10)Qi didapat melalui persamaan (3.11)

Sedangkan vektor koreksi pada persamaan (3.17) yaitu x dengan bentuk :Vi, I

Nilai residu = Matrik Jacobian nilai koreksi

(3.20)

Sedangkan unsur - unsur matrik Jacobian tersebut adalah didapatkan dengan membuat turunan parsial sebagai berikut :

Proses iterasi dilakukan dengan jalan menentukan invers dari matrik Jacobian untuk menentukan nilai koreksi. Selanjutnya setelah nilai koreksi di dapat, maka proses iterasi dilakukan dengan mencoba nilai baru dari V dan yang besarnya = nilai percobaan pertama ditambah nilai koreksi yang didapat Untuk simpul referensi besar sudut dan tegangan sudah ditentukan, nilai daya aktif dan daya reaktif dihitung setelah semua proses untuk metode optimasi pada setiap simpul selesai.2.7. Hasil Analisa Aliran DayaPada prinsipnya, studi aliran daya menghasilkan suatu kondisi sistem yang biasa diperlukan yaitu : 1. Tingkat Pembebanan2. Mutu tegangan3. Rugi rugi

2.7.1. Tingkat PembebananMerepresentasikan aliran daya pada seluruh cabang, beban pada seluruh busbar serta pembangkitan pada masing masing mesin pembangkit. Dapat juga diketahui keseluruhan daya yang dibangkitkan.

2.7.2. Tingkat TeganganTegangan hasil perhitungan pada seluruh gardu induk dapat dibaca. Dengan mengamati besarnya tegangan maka dapat diidentifikasi tegangan yang kurang atau tidak memenuhi syarat. Dalam hal seperti ini, siswa bisa memainkan perannya dengan cara mencari alternatif dengan mengatur pembangkitan pada titik terdekat, memasukkan kapasitor dll.

2.7.3. Rugi rugiSeluruh rugi transmisi pada setiap cabang bisa dilihat, dan demikian pula secara total sistem. Siswa bisa membuat percobaan dengan mengubah komposisi pembangkit atau konfigurasi jaringan untuk menurunkan rugi rugi transmisi.

3. ANALISA HUBUNG SINGKAT

3.1. Konsep dasar perhitungan hubung singkat .Sistem tenaga yang besar, dengan wilayah yang luas, sangat rentan dengan kemungkinan terjadinya kerusakan peralatan akibat suatu gangguan hubung singkat, baik yang bersifat temporer, seperti penghantar udara terkena ranting patah atau layang-layang. Juga yang bersifat permanen seperti kawat penghantar yang putus atau juga petir dan proses switching (manuver jaringan) yang menimbulkan tegangan berlebih yang bisa menyebabkan terjadinya flashover pada isolator.Karena begitu banyaknya kemungkinan gangguan hubung singkat yang mungkin mengakibatkan kerusakan pada peralatan, maka perlu dilakukan analisa hubung singkat untuk menentukan kemampuan memutus (breaking capacity) dari suatu alat pengaman (CB) serta setting rele pengaman yang harus dipasang agar peralatan pengaman tersebut bekerja secara optimal.Bagaimana sebenarnya proses terjadinya suatu gangguan hingga dapat menimbulkan suatu arus hubung singkat yang besar, serta bagaimana peralatan jaringan (seperti transformator) dapat rusak jika tidak terpasang alat pengaman atau setting pengaman yang tidak tepat ?Pada gambar dibawah terlihat proses terjadinya suatu gangguan. Sebutlah sebuah pohon besar tumbang dan menimpa salah satu kawat penghantar, akhirnya kawat tersebut putus. Pada saat kawat tersebut putus, kawat tersebut membelit kedua kawat phasa lainnya, dan ketiganya menyentuh tanah. Sehingga pada titik gangguan terjadi tegangan 0 (Nol). Hal ini sesuai dengan hukum Kirchoff, bahwa tegangan tanah diasumsikan nol terhadap tegangan phasa. Pada saat tersebut, terjadi beda tegangan yang sangat besar antara titik gangguan dengan GI/ Busbar terdekat, sehingga mengalirlah arus hubung singkat/ gangguan yang besar, baik dari sumber pasokan (incoming), maupun dari penghantar di sekitarnya. Sebutlah di dekat titik gangguan terdapat transformator. Karena gangguan tersebut pada transformator mengalir arus yang sangat besar, karena seolah-olah terdapat beban yang sangat besar dekat transformator tersebut. Dengan mengalirnya arus yang sangat besar tersebut, yang jauh melebihi kemampuan hantar arus kumparan/ belitannya, terjadilah pemanasan berlebih pada belitan tersebut, isolasi rusak, yang pada akhirnya dapat membuat transformator tersebut rusak, meledak dan terbakar. Secara statistik, hal lini sudah beberapa kali terjadi pada jaringan di PLN.

A

B

a. sebelum terjadi gangguan (normal)

AB

b. setelah terjadi gangguan

Dari kejadian tersebut kita dapat menganalisa bahwa kita sangat sulit mencegah terjadinya gangguan di alam (seperti pohon tumbang), tetapi kita dapat mencegah meluasnya gangguan tersebut atau mencegah terjadinya arus berlebih pada peralatan, dengan pemakaian peralatan pengaman serta seting peralatan tersebut secara optimal.

3.2. Model Komponen dan kebutuhan data Untuk melakukan analisa hubung singkat, terlebih dahulu kita melakukan simulasi dengan aplikasi perangkat lunak. Untuk itu setiap peralatan yang berkaitan erat dengan simulasi ini harus dimodelkan secara akurat. Peralatan-peralatan tersebut antara lain :

3.2.1. Busbar (kapasitas PMT)Pada simulasi hubung singkat kita memerlukan data MVA hubung singkat pada setiap busbar yang ada. Praktisnya, hal ini berkaitan ldengan kemampuan pemutusan arus (breaking capacity) dari PMT yang terdapat pada busbar tersebut. Contoh : 40 kAGambar :

40 kA

3.2.2. Pembangkit (reaktansi)Setiap unit pembangkit dimodelkan atas sumber tegangan serta impedansi dalam unit pembangkit tersebutGambar :

XdR1

Xd = reaktansi subtransienR = resistansi dalam pembangkit

3.2.3. Transmisi (impedansi)Setiap transmisi/ penghantar dimodelkan atas impedansi penghantar tersebut sesuai panjang hantarannya.

R1XGambar :

X = reaktansi ekivalenR = resistansi ekivalen3.2.4. Trafo (impedansi)Setiap transformator dimodelkan atas ratio tegangan serta impedansi hubung singkat transformator tersebut sesuai ratio tegangannya.

XR1Gambar :

V1/V2

X = reaktansi hubung singkatR = cooper losses/ rugi-rugi tembagaV1/V2 = ratio belitan trafo

3.3. Teori Dasar Perhitungan Hubung Singkat 3.3.1. Komponen Urutan Simetris Untuk melakukan analisa hubung singkat lebih jauh, alangkah baiknya bila mengetahui terlebih dahulu mengenai teori komponen sismetris. Hal ini karena untuk pemodelan jenis-jenis gangguan hubung singkat, akan banyak terkait dengan komponen simetris ini.Komponen simetris terbagi atas :1. Komponen Urutan Positip, yang terdiri atas tiga komponen dengan besar yang sama dan berbeda sudut phasa sebesar 120 derajat dan 240 derajat secara berurutan. Urutan phasanya : abca..Gambar :

I a +I b +I c +

2. Komponen Urutan Negatif, yang terdiri atas tiga komponen dengan besar yang sama dan berbeda sudut phasa sebesar 240 derajat dan 120 derajat secara berurutan. Urutan phasanya : acba..Gambar :

I a -I b -I c -

3. Komponen Urutan Nol, yang terdiri atas tiga komponen dengan besar dan besar dan sudut phasa yang sama.Gambar :

I a 0

I b 0

I c 0

Ketiga komponen urutan tersebut secara matematis dapat dirumuskan sebagai berikut :I a = I a+ + I a- + I a0I b = I b+ + I b- + I b0I c = I c+ + I c- + I c0Selanjutnya hubungan ketiga phasa positip adalah :I b+ = I a+ . e - j120 I c+ = I a+ . e j120

Untuk urutan negatif dan nol, berturut-turut :I b- = I a- . e j120 I c- = I a- . e - j120I a0 = I b0 = I c0

Gabungan ketiga rumus diatas, diperoleh :I a = I a+ + I a- + I a0I b = 2.I a+ + .I a- + I a0I c = .I a+ + 2.I a- + I c0

dimana : = e j120 = cos 120 + j.sin 120

Lebih jauh :2 = e j240 = e - j120 3 = 1 1 + + 2 = 0* = 2 (2)* =

Selanjutnya didapat :I a+ = 1/3.(I a + .I b + 2.I c)I a- = 1/3.(I a + 2.I b + .I c )I a0 = 1/3.(I a + I b + I c )

Hal sama berlaku juga untuk komponen tegangan, sehingga V a = V a+ + V a- + V a0V b = 2.V a+ + .V a- + V a0V c = .V a+ + 2.V a- + V c0

DanV a+ = 1/3.(V a + .V b + 2.V c)V a- = 1/3.(V a + 2.V b + .V c )V a0 = 1/3.(V a + V b + V c )

3.3.2. Hubungan Belitan Transformator Impedansi urutan positif/negatif dan urutan nol, untuk trafo dengan berbagai macam vektor group disampaikan pada gambar dibawah ini :

SAMBUNGANNNNNURUTAN NOL URUTAN POSITIP&NEGATIPLHLHLHZLZHZLZH3ZnHZLZHZLZHZLZHZLZH3ZnH3ZnLZLZHZLZHHHHHHHLLLLLLLLLLLLLHHHHHHHZLZHLHZLZHLHZLZHLHZLZHLHZLZHLHZLZHLHZLZHLHZLZHLHZnLZnHZnH

SAMBUNGAN URUTAN NOL URUTAN POSITIP/NEGATIPMLHMLHHHHHLLLLMMMMZLZH3ZnH3ZnHZHZLZMZMLMHHZHZMZLML3ZnMZMHMLZLZHHML3ZnHZHHZMZLMLHZHZMZLMLHZHZMZLMLHZHZLLHZHZLLHZHZLLHZHZLLHZHZLL3.4. Jenis-jenis gangguan Hubung Singkat Gangguan hubung singkat dapat dikelompokkan menjadi :a) Gangguan 3 phasa b) Gangguan 2 phasac) Gangguan 2 phasa ke tanah d) Gangguan 1 phasa ke tanah

Berdasarkan teori komponen simetris, pendekatan model untuk ke-empat gangguan diatas adalah sebagai berikut :

3.4.1. Gangguan 3 phasa

ZA

E A

ZB

E CE B

ZC

Pada titik gangguan : Va = Vb = Vc = 0berdasarkan teori komponen sismetris :V a+ = 1/3.(V a + .V b + 2.V c)V a- = 1/3.(V a + 2.V b + .V c )V a0 = 1/3.(V a + V b + V c )sehingga :V a+ = E a+ - I a+ .Z a+ = 0 I a+ =E a+ /.Z a+V a- = - I a- .Z a- = 0I a- .Z a- = 0 , Z a- 0 I a- = 0V a0 = - I a0 .Z a0 = 0I a0 .Z a0 = 0 ; Z a0 0 I a0 = 0

selanjutnya:I a = E a+ /.Z a+I b = 2.(E a+ /.Z a+)I c = .(E a+ /.Z a+)

I HS3 = E a+ /.Z a+

3.4.2. Gangguan 2 phasa

ZA

E A

ZB

E CE B

ZC

Pada titik gangguan :Vb = Vc ; Ib = - Ic ; Ia = 0

berdasarkan teori komponen sismetris :V b = 2.V a+ + .V a- + V a0V c = .V a+ + 2.V a- + V c0

sehingga :(2 - ).V a+ = (2 - ).Z a- Va+ = Z a-I a0 = 1/3.(I a + I b + I c ) I a0 = 0V a0 = - I a0 .Z a0 ; I a0 = 0 V a0 = 0I a = I a+ + I a- + I a0 I a+ = I a-selanjutnya:I a = 0I b = -(j. 3.E a+) / (Z a+ + Z a-)I c = (j. 3.E a+) / (Z a+ + Z a-)

I HS2 = (3.E a+) / (Z a+ + Z a-)

3.4.3. Gangguan 2 phasa ke tanah

ZA

E A

ZB

E CE B

ZC

Pada titik gangguan :Ia= 0 ; Vb = Vc = 0

berdasarkan teori komponen sismetris :I a = I a+ + I a- + I a0; I a = 0 I a+ = -I a- - I a03.V a+ = V a + .V b + 2.V c = V a3. V a- = V a + 2.V b + .V c = V a3. V a0 = V a + V b + V c = V a

sehingga :V a+ = V a- = V a0

selanjutnya:I a = 0I b = -(j. 3.E a+).(Z a0 - .Z a-) / (Z a+.Z a- + Z a+.Z a0 + Z a-.Z a0)I c = (j. 3.E a+).(Z a0 - 2.Z a-) / (Z a+.Z a- + Z a+.Z a0 + Z a-.Z a0)V a = 3.E a+ Z a+.Z a0 / (Z a+.Z a- + Z a+.Z a0 + Z a-.Z a0) V b = V a = 0

I HS2N = 3.E a+.(Z a0 - .Z a-) / (Z a+.Z a- + Z a+.Z a0 + Z a-.Z a0)

3.4.4. Gangguan 1 phasa ke tanah

ZA

E A

ZB

E CE B

ZC

Pada titik gangguan :Va= 0 ; Ib = Ic = 0

berdasarkan teori komponen sismetris :I a+ = 1/3.(I a + .I b + 2.I c)I a- = 1/3.(I a + 2.I b + .I c )I a0 = 1/3.(I a + I b + I c )

sehingga :I a+ = I a- = I a0 = 1/3.I a selanjutnya:I a+ + I a- + I a0 = I a I a = 3.I a+ V a = V a+ + V a- + V a0 V a = E a+ - I a+.Z a+ - I a-.Z a- - I a0.Z a00 = E a+ - I a+.(Z a+ + Z a- + Z a0)I a = 3.E a+ / (Z a+ + Z a- + Z a0)

I HS1N = 3.E a+ / (Z a+ + Z a- + Z a0)

3.5. Pemahaman Hasil Perhitungan Hubung Singkat 3.5.1. Besar arus hubung singkat pada titik gangguanSetelah melakukan simulasi hubung singkat, kita akan melihat hasil keluaran berupa besar arus hubung singkat di titik gangguan. Hasil ini dapat merefleksikan seberapa besar kemampuan memutus arus (breaking capacity) pada pengaman (PMT). Hasil ini bila kita melakukan simulasi gangguan 3 phasa. Hasil lain yaitu berapa besar seting yang harus dipasang pada rele pengaman agar peralatan tetap aman dan sistem pengaman bekerja selektif (bekerja hanya bila terjadi gangguan). Hal ini bila kita melakukan simulasi gangguan 1 phasa ke tanah.

3.5.2. Kontribusi arus hubung singkat sekitar lokasi gangguan Di samping arus hubung singkat di titik gangguan, dapat diketahui juga kontribusi dari setiap titik/ busbar/ GI di sekitar lokasi gangguan. Hal ini berguna untuk mengatur topologi sub-sistem yang paling ideal untuk sistem yang sedang ditinjau. Tentunya akan dipilih topologi yang paling handal, meminimkan terjadi pemadaman bila terjadi gangguan, tetapi dengan tetap menjaga keamanan peralatan itu sendiri (dengan mengatur topologi agar arus gangguan sekecil mungkin)

3.5.3. Jatuh Tegangan di Busbar/ GI sekitar lokasi gangguanDari simulasi hubung singkat dapat diperoleh juga besar tegangan di setiap titik/ busbar/ GI, terutama di sekitar lokasi gangguan. Hal ini untuk memahami seberapa luas pengaruh gangguan yang terjadi serta menentukan topologi optimal untuk tetap menjaga keandalan sistem.

4

On Becoming The Centre of Excellences 1