8/16/2019 Deteksi Lokasi Untuk Gangguan Multi Point Pada Jaring Tiang-108

http://slidepdf.com/reader/full/deteksi-lokasi-untuk-gangguan-multi-point-pada-jaring-tiang-108 1/7

See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/256524004

Detection of Fault Location for Multi-PointFaults on 20 kV Distribution System Based on

Travelling Wave Method

Conference Paper · May 2013

READS

269

3 authors:

Diah Risqiwati

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

1 PUBLICATION 0 CITATIONS

SEE PROFILE

Ardyono Priyadi

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

98 PUBLICATIONS 152 CITATIONS

SEE PROFILE

Mauridhi Hery Purnomo

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

221 PUBLICATIONS 273 CITATIONS

SEE PROFILE

All in-text references underlined in blue are linked to publications on ResearchGate,

letting you access and read them immediately.

Available from: Ardyono Priyadi

Retrieved on: 27 May 2016

8/16/2019 Deteksi Lokasi Untuk Gangguan Multi Point Pada Jaring Tiang-108

http://slidepdf.com/reader/full/deteksi-lokasi-untuk-gangguan-multi-point-pada-jaring-tiang-108 2/7111

Paper ID: 108

Deteksi Lokasi Untuk Gangguan Multi Point Pada Jaring Tiang

Distribusi 20 KV Dengan Menggunakan Metode Perambatan

Gelombang Sinyal Arus Balik

Diah Risqiwati1)

, Ardyono Priyadi2)

, dan Mauridhi Hery Purnomo3)

1,2,3)Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Sukolilo,

Surabaya, 60111, Indonesia

email: 1)diah.rizqiwati@gmail.com, 2) priyadi@ee.its.ac.id, 3) hery@ee.its.ac.id

Abstrak - Makalah ini membahas pendeteksian lokasi

untuk gangguan multi point pada jaring tiang

distribusi 20 KV dengan menggunakan perambatan

gelombang sinyal arus balik. Pada beberapa kasus disistem distribusi, beberapa gangguan seringkali tidak

terdeteksi dikarenakan arus gangguan yang

dihasilkan sangat kecil sekali. Dengan menggunakan

simulasi, gangguan dibuat pada lebih dari satu titik

dengan waktu yang sama dan juga waktu yang

berbeda. Perhitungan lokasi gangguan yang diberikan

akan diperhitungkan dengan menggunakan metoda

perambatan gelombang sinyal arus balik. Metoda ini

menghitung selisih waktu tunda antara sinyal arus

datang saat terjadi gangguan dan gelombang arus

refleksinya. Pada percobaan ini untuk gangguan multi

point yang diberikan pada waktu yang sama

menghasilkan error terbesar 19,54%, dan untuk gangguan multi point yang diberikan pada waktu

yang berbeda menghasilkan error terbesar 2,79%

Kata Kunci - Gangguan multi point, tiang distribusi,

arus gangguan, sinyal arus balik, error.

1. PENDAHULUAN

Sistem distribusi di Indonesia masih menggunakansaluran udara atau biasa disebut Saluran Udara TingkatMenengah (SUTM) yang sangat rentan sekali dengan

gangguan. Saluran udara banyak dipilih oleh negera-negara berkembang pada umumnya dikarenakanapabila terjadi gangguan akan mudah untuk melakukanpembenahan serta biaya instalasinya yang murah.Gangguan yang sering kali terjadi untuk Saluran UdaraTingkat Menengah adalah gangguan jenis single line toground seperti tersambar petir, tersangkut layang-layang, angin kencang, kerusakan isolasi kabel, danlain sebagainya. Skema perlindungan dari gangguanadalah sangat penting untuk menjaga sistem tetap stabildan meminimalkan kerusakan jaringan konsumen sertakerugian ekonomis [1]. Namun dibeberapa kasusseringkali gangguan tidak terdeteksi, dikarenakan arusgangguan yang mengalirinya sangat kecil

Sekarang ini terjadinya gangguan masihdiantisipasi oleh petugas kelistrikan dengan caramanual, yaitu berdasarkan laporan dari pelanggan.

Berdasarkan laporan tersebut petugas akan melakukanpengecekan lapangan dengan menyusuri satu persatu Load Break Switch (LBS) yang terjadi hubung singkat.

Pada saluran distribusi, besarnya beban berubah-ubahsetiap waktunya, sistem dengan pengukuran besarnyaarus dan tegangan sebagai input data berdasarkanperhitungan impedansi masih bisa diandalkan untuk menentukan titik lokasi gangguan [2]. Dalam hal inipengukuran arus dan tegangan sebelum dan setelahgangguan harus dilakukan untuk dibandingkan.

Diperlukan metoda pendeteksian lokasi gangguansecara tepat baik untuk gangguan tunggal maupungangguan multi point . Pada sistem kelistrikanpendeteksian gangguan secara cepat membantumelindungi peralatan dengan pemutusan aliran listrik yang diperbolehkan karena jaringan yang gangguan,sebelum kerusakan terjadi [3].

Penelitian untuk mengetahui lokasi gangguansecara tepat dan cepat untuk gangguan multi point sangat diperlukan untuk menjaga keandalan sistemkelistrikan. Dengan menggunakan metoda perambatangelombang sinyal arus balik, digunakan analisisfrekuensi tinggi tegangan dan arus pada sistemdistribusi. Gelombang sinyal arus merambat menyebardari titik gangguan ke kedua arah ujung saluran dengankecepatan mendekati kecepatan cahaya. Ketika terjadigangguan inilah tegangan dan arus titik gangguan tiba-tiba menurun sampai ke nilai rendah. Perubahan secaratiba-tiba ini yang menghasilkan dorongan energielektromagnetik frekuensi tinggi [4]. Perhitungan

estimasi lokasi gangguan secara umum dilakukandengan menghitung selisih waktu tunda antaragelombang arus datang (maju) yaitu puncak pertamasaat terjadi gangguan dan gelombang arus refleksinyayaitu puncak gelombang berikutnya yang dideteksisebagai arus mundurnya.

2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Perambatan Gelombang Sinyal Arus BalikPerambatan gelombang sinyal arus balik

menggunakan teori gelombang berjalan dapat

menganalisa sinyal frekuensi tinggi pada tegangan dan

arus pada saluran distribusi. Konduktor mempunyai

resistansi dan induktansi yang tersebar secara merata

sepanjang saluran. Teori gelombang berjalan untuk menentukan lokasi gangguan sangat cocok, karena

8/16/2019 Deteksi Lokasi Untuk Gangguan Multi Point Pada Jaring Tiang-108

http://slidepdf.com/reader/full/deteksi-lokasi-untuk-gangguan-multi-point-pada-jaring-tiang-108 3/7112

dengan menggunakan teori gelombang berjalan,komponen high frekuensi dapat diambil dari satu titik

perhitungan, dan analisis dari sinyal yang diambil

dapat dilakukan dengan membandingkan selisih waktu

tunda antara puncak pertama gelombang sinyal arusdatang (sinyal maju) dengan puncak berikutnya

gelombang sinyal arus refleksinya (sinyal mundur).

Gangguan yang terjadi pada saluran distribusi akan

menghasilkan gelombang arus dan tegangan yang

berjalan sepanjang saluran sampai mereka bertemu

pada ketidaksinambungan dari saluran seperti titik

gangguan. Pada titik ini, gelombang arus dan teganganakan terjadi refleksi dan refraksi. Hal ini akan

menghasikan gelombang tambahan yang akan

menyebar sepanjang saluran.

Tegangan dan arus pada titik x harus memenuhi

persamaan diferensial berikut:

(2.1)

dengan L dan C adalah induktansi dan kapasitansi dari

saluran per meter dan v(x,t) dan i(x,t) adalah tegangan

dan arus yang berubah pada lokasi x pada waktu t

karena Gelombang Berjalan. Solusi umum untuk

persamaan ini adalah:

v (x,t) = f 1(t - x/v) + f 2 (t + x/v) (2.2)

i (x,t) = 1/Z 0 f 1 (t - x/v) -1/Z 0 f 2 (t + x/v) (2.5)dengan v adalah kecepatan propagasi gelombang dan

Z 0 adalah impedansi karakteristik saluran Z 0= √ L/C ,fungsi f 1 dan f 2 menampilkan dua gelombang yang

berjalan pada arah yang berlawanan. f 1 adalah

gelombang yang berjalan pada posisi positif dari x

(arah maju), sedangkan f 2 adalah gelombang yang

berjalan dengan arah negatif dari x (gelombang

mundur).

2.2 Diagram Tangga

Diagram tangga dikembangkan oleh Bewley,

yang bertujuan untuk dapat mengikuti jejak dari

gelombang arus dan tegangan ketika dipantulkankembali atau diteruskan dari titik akhir suatu kawat

[5].

Pada keadaan ketidaksinambungan, sebagian

dari traveling wave akan dipantulkan kembali

sepanjang saluran dan sebagian akan ditransmisikan

sampai di beban. Besarnya sinyal yang dipantulkanatau diteruskan tergantung dari besarnya impedansi

pada ketidaksinambungan gelombang tersebut.

Gelombang akan terus dipantulkan dan ditransmisikan

sampai mati karena redaman.

Metode yang paling luas digunakan untuk

mendeteksi sinyal yang diinginkan adalah berdasarkan

cross correlation. Bewley Lattice Diagram biasanyadigunakan untuk menggambarkan pantulan dan

pancaran dari Gelombang Berjalan seperti pada

Gambar 2.5

Gambar 2.5 Diagram Bewley Lattice

Ketika terjadi gangguan pada saluran, dua

gelombang akan dihasilkan dengan menyebar keluar

dari titik gangguan menuju kedua ujung saluran.

Ketika gelombang ini mencapai poin

ketidakseimbangan (A dan B), maka sinyal akan

dipantulkan kembali dari titik A dan B menuju titik gangguan. Karena sinyal datang pada titik gangguan,

sebagian dari gelombang akan kembali direfleksikan

kembali menuju akhir saluran dan sebagian lagi akan

di transmisikan ke ujung lainnya. Proses pantulan dan

pentransmisian akan berlanjut sampai sinyal habis

(mati) karena redaman. Apabila interval waktu antara

kedatangan dari gelombang insiden perama pada A1

dan gelombang refleksi kesesuaian pada A4 dapat

dicapai, maka jarak gangguan dari A dapat dikalkulasi

dengan persamaan 2.6

d = vt/2 (2.6)dimana v adalah kecepatan merambat cahaya dan t

adalah interval waktu antara gelombang datang dangelombang pantul (t=t 2-t 1)

Kecepatan merambat cahaya pada kawat satu fasa

dapat dihitung dengan persamaan 2.7

(2.7)dengan v adalah kecepatan rambat cahaya, L adalah

induktansi saluran, dan C adalah kapasitansi saluran.

Pantulan berulang sangat sulit untuk diikuti jejaknya, oleh karena itu diperlukan diagram tangga

(diagram lattice) untuk melihat posisi dan arah gerak

dari tiap-tiap gelombang datang, gelombang pantulandan gelombang terusan setiap saat

2.3 Error Deteksi Lokasi Gangguan

Untuk validasi perhitungan, dilakukan

pengecekan error dengan perhitungan pada persamaan

2.8

% Error = Estimasi d – Real d x 100 %

Total Distance (km)

(2.8)

Dengan d adalah jarak saluran dari gardu Induk dalam

Km

3. METODE PENELITIAN

8/16/2019 Deteksi Lokasi Untuk Gangguan Multi Point Pada Jaring Tiang-108

http://slidepdf.com/reader/full/deteksi-lokasi-untuk-gangguan-multi-point-pada-jaring-tiang-108 4/7113

Makalah Deteksi Lokasi Gangguan Multi Point

Pada Jaring Tiang Distribusi 20 KV denganMenggunakan Metode Perambatan Gelombang Sinyal

Arus Balik ini menggunakan simulasi pemodelan

sistem seperti pada diagram alir 3.1. Pada percobaan

digunakan 10 titik simulasi gangguan dengan panjangsaluran disesuaikan dengan panjang penyulang

distribusi sesungguhnya, dalam hal ini percobaan

menggunakan data saluran penyulang Hayam Wuruk

APJ Mojokerto.Untuk proses deteksi lokasi gangguan

multi point dengan perambatan gelombang sinyal arus

balik ini yang dilakukan pertama adalah input peta

tiang pada penyulang ke simulasi. Pemodelan simulasidengan dapat dilihat pada Gambar 3.2.

Pada Gambar 3.2 terdapat 10 titik pengujiangangguan, untuk gangguan multi point dengan waktugangguan yang sama, blok parameter transition timediatur dengan waktu yang sama pada masing-masingtitik yang akan diberikan gangguan, sedangkan untuk waktu gangguan yang berbeda, blok parametertransition time diatur dengan waktu yang berbeda padamasing-masing titik yang akan diberikan gangguan.Jenis gangguan yang akan diberikan juga dapat diaturpada blok parameter 3-phase fault ini. Hasilperambatan gelombang sinyal arus balik dapat dilihatpada blok Correlation Output

4. PENGUJIAN

4.1 Parameter Simulasi Perambatan Sinyal Arus

Balik

Sumber Tegangan

- Tegangan (V) 1φ = 20 KV

- Frekuensi = 50 Hz

- Phase Angle of phase A= 90 (degree)Jaringan Distribusi

- Jumlah fasa= 3

- R0 = 0.01273 Ω /km ; R1= 0.3864 Ω /km

- L0= 0.9337 e-3 H/km ; L1= 4.1264 e-3 H/km

- C0= 12.74 e-9 F/km ; C1= 7.751 e-9 F/km- Panjang Line 1 = 1.631 km; Line 2 = 0.836

km; Line 3 = 0.318 km; Line 4 = 0.675 km;

Line 5 = 0.296 km; Line 6 = 0.708 km; Line

7 = 0.708 km, Line 8 = 0.651 km, Line 9 =0.268 km, Line 10 = 0.399 km

- Waktu diskrit = 0,009 ms- Trafo: Pn = 100e6 VA; fn = 50 Hz, Winding1

(V =20 KV; R1= 0.002 pu; L1=0.08 pu),

Winding2 (V =20 KV; R1= 0.002 pu;

L1=0.08 pu)

- Panjang Total Jaringan Distribusi = 6.49 Km

Gambar 3.1 Diagram Alir Deteksi Lokasi Gangguandengan perambatan arus balik

4.2 Hasil Pengujian Simulasi Gangguan Multi Point

dengan Metode Perambatan Gelombang Sinyal

Arus Balik

Pengujian simulasi gangguan multi point

yaitu dengan mensimulasikan gangguan di dua titik

dengan jenis gangguan tertentu, dan waktu gangguan

yang diatur sama atau berbeda di setiap titiknya. Hasil

dari percobaan gangguan multi point dapat dilihat

pada Tabel.4.1. SLG adalah tipe gangguan satu fasa ke

tanah, dan DLG adalah tipe gangguan dua fasa ke

tanah.

5. ANALISA

Pada Gangguan multi point , simulasi

dilakukan pada dua titik lokasi gangguan yang

berbeda yaitu pada titik 1,631 km dan 2,785 km.

Gambar 5.1 adalah hasil dari simulasi dua titik

gangguan, titik pertama gangguan satu fasa ke tanah

pada jarak aktual 1,631 km, sedangkan titik

selanjutnya juga gangguan dengan tipe gangguan yang

sama yaitu gangguan satu fasa ke tanah dengan jarak

2,785 km. Waktu gangguan (Transition Time) diatur

sama pada 0,02-0,1 detik

8/16/2019 Deteksi Lokasi Untuk Gangguan Multi Point Pada Jaring Tiang-108

http://slidepdf.com/reader/full/deteksi-lokasi-untuk-gangguan-multi-point-pada-jaring-tiang-108 5/7114

Gambar 3.2 Simulasi dengan menggunakan metode perambatan gelombang sinyal arus balik

Dari Gambar 5.1 terlihat bahwa sinyal arus

balik gangguan hanya terbaca di satu titik gangguan

pertama yang paling dekat dari sumber (Gardu Induk)

yaitu pada jarak 1,631 km. Sama seperti pembacaan

sinyal pada gangguan di satu titik, didapatkan

gelombang maju S2 pada saat t=0,02016 detik dan

gelombang korelasi mundurnya sebagai sinyal arus

baliknya adalah S1 pada saat t=0,020175 detik.

Gelombang maju S2 adalah puncak tertinggi darisemua gelombangnya, sedangkan S1 adalah

gelombang mundur hasil korelasinya diambil dari titik

ekstrim turun setelah gelombang puncak

maksimalnya. Dengan Persamaan 2.6 maka jarak titik

gangguan dari GI dapat dihitung

d = v * (tS1 – tS2) = 289,942 * (0,020175-0,02016)

*1000

2 2

= 2,175 Km

Jarak gangguan aktualnya adalah 1,631 km,

sehingga ada deviasi 0,544 km dari perhitungan.

Error (%) didapatkan dari persamaan 2.12

Error (%) = (2,175 – 1,631) * 100% = 8,38%

6,49

Dapat dilihat bahwa simulasi gangguan di duatitik gangguan dengan tipe gangguan yang sama dan

waktu gangguan yang sama meningkatkan nilai

Percobaan berikutnya adalah memberikan gangguan

dengan tipe gangguan yang berbeda dalam waktu

gangguan yang berbeda pula. Hasil percobaan dapat

dilihat pada Tabel 4.1. Pada percobaan ini titik terbesar adalah arus pada saluran yang terdekat

dengan sumber, semakin jauh dari sumber impedansi

menjadi

gangguan disimulasikan di dua titik. Titik yang

pertama pada jarak 1,631 km dengan simulasi tipe

gangguan satu fasa ke tanah dan waktu gangguan 0,02

– 0,1 detik. Sedangkan pada titik selanjutnya diberikan

gangguan pada jarak 2,785 km dengan simulasi tipe

gangguan dua fasa ke tanah dan waktu gangguan 0,04

– 0,12 detik. Gelombang korelasi sinyal arus baliknya

ditunjukkan pada Gambar 5.2 untuk hasil gelombang

keseluruhan gangguan di dua titik, Gambar 5.3 untuk hasil gelombang gangguan di titik 1,631 Km, dan

Gambar 5.4 untuk hasil gelombang gangguan di titik

2,785 km

Gambar 5.1 Hasil Simulasi Gangguan SLG pada Jarak 1,631

Km dan 2,785 Km dengan waktu gangguan yang sama

8/16/2019 Deteksi Lokasi Untuk Gangguan Multi Point Pada Jaring Tiang-108

http://slidepdf.com/reader/full/deteksi-lokasi-untuk-gangguan-multi-point-pada-jaring-tiang-108 6/7115

NoTipe

Gangguan

Waktu

Gangguan

(s)

Jarak

Gangguan

(Km)

S1 S2

PerhitunganJarak Titik

Gangguan

dari GI

Error

(%)

Selisih

(Km)

1SLG 0,02 - 0,1 1,631 0,020175 0,02016 2,175 8,38 0,544

SLG 0,02 - 0,1 2,785 - - - - -

2SLG 0,02 - 0,1 2,785 0,02005 0,020025 3,624 12,93 0,839

SLG 0,02 - 0,1 3,756 - - - - -

3SLG 0,02 - 0,1 1,631 0,02007 0,02005 2,899 19,54 1,268

SLG 0,02 - 0,1 6,49 - - - - -

4SLG 0,02 - 0,1 1,631 0,02004 0,02003 1,450 2,79 0,181

DLG 0,02 - 0,1 2,785 - - - - -

5 DLG 0,02 - 0,1 1,631 0,020025 0,020015 1,450 2,79 0,181SLG 0,02 - 0,1 2,785 - - - - -

6SLG 0,02 - 0,1 1,631 0,02009 0,02008 1,450 2,79 0,181

DLG 0,04 - 0,12 2,785 0,04007 0,04005 2,899 1,76 0,114

7SLG 0,02 - 0,1 1,631 0,02009 0,02008 1,450 2,79 0,181

SLG 0,04 - 0,12 2,785 - - - - -

Tabel 4.1 Perhitungan gangguan multi point dengan metode perambatan gelombang sinyal arus balik

Gambar 5.2 Hasil Simulasi Gangguan pada Jarak 1,631 Km

Transition Time 0,02-0,1 detik dan pada Jarak 2,785 Km

Transition Time 0,04-0,12 detik

Gambar 5.3 Hasil Simulasi Gangguan 2 titik pada Jarak 1,631

km pada Tipe Gangguan yang berbeda dan Waktu Gangguan

yang berbeda.

Gambar 5.4 Hasil Simulasi Gangguan 2 titik pada Jarak 2,785

km pada Tipe Gangguan yang berbeda dan Waktu Gangguan

yang berbeda

Dapat dilihat bahwa simulasi gangguan di dua

titik gangguan dengan tipe gangguan yang berbeda dan

waktu gangguan yang berbeda dapat mendeteksigangguan di dua titik tersebut, perhitungan nilaikesalahan (error) pada pendeteksian gelombang dengan

menggunakan sinyal arus balik pada titik pertama pada

jarak gangguan 1,631 km yaitu 2,79% dan pada titik

gangguan kedua 2,785 km yaitu 1,76%, sehingga

pendeteksian lokasi gangguan dapat dihitung dengan

akurat.

6. KESIMPULAN

8/16/2019 Deteksi Lokasi Untuk Gangguan Multi Point Pada Jaring Tiang-108

http://slidepdf.com/reader/full/deteksi-lokasi-untuk-gangguan-multi-point-pada-jaring-tiang-108 7/7116

- Pada simulasi gangguan multi point dengan waktu

yang sama dan jenis gangguan yang sama,

pendeteksian lokasi gangguan akan terbaca hanya

pada gangguan pertama, hal ini dikarenakan arusyang terbaca pada gangguan selanjutnya terlalu

kecil sehingga tidak terbaca. Jenis gangguan yang

sama di titik selanjutnya akan memperbesar error

perhitungan sampai 19,54%.

- Pada simulasi gangguan multi point dengan waktuyang berbeda, sinyal arus balik gangguan akan

terbaca sesuai dengan lokasi terjadinya gangguan

pada waktu yang ditentukan. Namun hal ini terjadi

bila gangguan di titik selanjutnya mempunyai tipe

yang berbeda dari gangguan di titik sebelumnya,sedangkan bila mempunyai tipe yang sama, sinyal

arus balik gangguan hanya terbaca pada titik awal

terjadinya gangguan saja. Perhitungan menghasilkankesalahan hanya sebesar 2,79%.

REFERENSI

[1] A. Pongthavornsawad, and W. Rungseevijitprapa,“Broken Conductor Detection for Overhead Line

Distri bution System”, Power and Energy Engineering Conference (APPEEC), 2011

[2] R. H. Salim, M. Resener, A. D. Filomena, K. R.Caino de Oliveira, and A. S. Bretas, ” ExtendedFault-Location Formulation for Power DistributionSystem ”, IEEE Transactions on Power Delivery,Vol 24, No. 2, 2009

[3] K. J. Ferreira and A. E. Emanuel, “A NoninvasiveTechnique for Fault Detection and Location”, IEEE Transactions on Power Delivery, Vol 25, No. 4, 2010

[4] Reddy B.R, Kumar M.V, Kalavathi M.S, Kumar P.R,“Localization of Faults on Power Transmission LinesUsing Traveling Wave Theory”, ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, Vol. 5, No. 3,2010

[5] Gonen. T, “Electric Power Transmission System

Engineering”, John Willey and Sons, California,1988