Microsoft Word - 2207100616-Paper.doc

STUDI ARUS GANGGUAN HUBUNG SINGKAT MENGGUNAKAN PEMODELAN ATP/EMTP PADA JARINGAN TRANSMISI 150 KV

DI SULAWESI SELATAN

Franky Dwi Setyaatmoko 2207100616Bidang Studi Teknik Sistem Tenaga

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh NovemberKampus ITS Gedung B dan C Sukolilo Surabaya 6011Abstrak: Hubung singkat sebagai salah satu gangguan dalam sistem tenaga

listrikyangmempunyai karakteristik transient yang harus dapat diatasi oleh peralatan pengaman. Terjadinya

hubungsingkat mengakibatkantimbulnya

lonjakanarus dengan magnitude lebih tinggi dari keadaan normal dan tegangan di tempat tersebut menjadi sangat rendah. Pada tugas akhir ini akan membahas simulasi gangguan hubung singkat pada sistem transmisi

150 kV. Metode yang digunakan adalah melakukan simulasidengan bantuan software ATP/EMTP (Electromagnetic Transient

Program) untuk mendapatkan karakteristik arus dan tegangan pada sistem jaringan transmisi 150 kv di Sulawesi Selatan. Pembahasan ini bertujuan untuk meneliti perubahanarus dan tegangan selama terjadinya gangguan hubung

singkat dengan impedansi maupun tanpa impedansi gangguan. Pada kasus ini akan diambil contoh hubung singkat di lokasi saluran udara antara GI BONE dengan GI BLKMB yaitu; hubung singkat tanpa impedansiterjadi pada gangguan tiga phasa menghasilkan arus transient sebesar 8.882,1 A dan arus minimum pada gangguan satu phasa ke tanah sebesar2.487,7A,sedangkan untukhubungsingkat menggunakan impedansi 5 Ohm terjadi pada gangguan tiga phasa menghasilkan arus transient sebesar6.530,1 A dan arus minimum pada gangguan satu phasa ke tanah sebesar 2.260,0 A.

I. PENDAHULUANGangguan pada peralatan ketenagalistrikan sudah

menjadibagian dari pengoperasian peralatan tenaga listrik. Mulai dari pembangkit, transmisi hingga pusat- pusat beban tidak pernah lepas dari berbagai macam gangguan. Bagian dari peralatan tenaga listrik yang sering mengalami gangguan adalah kawat transmisinya. Hal ini disebabkan luas dan panjang kawat transmisi yang terbentang dan beroperasi pada kondisi udara yang berbeda-beda, dimana pada umumnya yang lewat udara (diatas tanah) lebih rentan terhadap gangguan dari pada yang ditaruh dalam tanah (underground). Gangguan dalam sistem tenaga listrik merupakan keadaan yang tidak normal dimana keadaan ini dapat mengakibatkan kerusakan atau mempengaruhi sistem.

Gangguan hubung singkat akan menimbulkan arus hubung singkat yang cukup besar dan tegangan

yang sangat rendah di lokasi gangguan, sehingga diperlukan

suatusimulasidenganmenggunakan software ATP/EMTP(Electromagnetic Transients Program) untuk meneliti perubahan arus dan tegangan selama terjadinya gangguan hubung singkat. Studi gangguan hubung singkat ini menggunakan sistem jaringan transmisi 150 kV di Provinsi Sulawesi Selatan.

II. GANGGUAN HUBUNG SINGKAT2.1Gangguan Hubung SingkatHubung singkat sebagai salah satu gangguan dalamsistem tenaga

listrikyangmempunyai karakteristik transient yang harus dapat diatasi oleh peralatan pengaman.Terjadinya

hubungsingkat mengakibatkantimbulnyalonjakan arusdengan magnitude lebih tinggi dari keadaan normal dan tegangan di tempat tersebut menjadi sangat rendah yang dapat mengakibatkan kerusakan pada isolasi, kerusakan mekanis pada konduktor, bunga api listrik, dan keadaan terburuk

yaitu kegagalan operasi

sistem

secara keseluruhan.

Ada beberapa jenis gangguan hubung singkat ataushort circuit padasistemtenagalistrik (Ditunjukkan pada Gambar 2.1), yaitu:

1. Simetri atau seimbang a. Tiga phasa (LLL)b. Tiga phasa ke tanah (LLLG)

2. Tidak simetri atau tidak seimbang a. Satu phasa ke tanah (LG)

b. Dua phasa ke tanah (LLG)

c. Antar phasa (LL)

a)b)

c)d)e)Gambar 2.1. Gangguan Hubung Singkat: a) LLL b) LLLGc) LL d) LLG e) LG2.2Gangguan di Saluran Transmisi

Keadaan peralihan didapatkan dari penggunaan tegangan arus bolak balik pada suatu rangkaian yang

mempunyai nilai resistansi dan induktansi, dimana

I = E [ sin ( t + ) ) sin ( ) eZ

( R )tL

] 2.4

tegangan ini [6] adalah:

e = E s i n ( t + )2.1

dimana:Z =

[R 2 + (L)2 ]E adalah tegangan maksimum (Vmaks) dan Arus i merupakan penjumlahan dari 2 komponen yaitu :

i = ia + i d c2.2 dimana:

ia adalah arus bolak balikia = I sin ( t + ), nilainya berubah menurut sinusoida dengan waktu

EI = arus maksimum =

Zsc = perbedaan sudut antara tegangan awal gangguan dan tegangan nol.

idc adalah komponen arus searah( R )tidc = - I sin e LNilaiawalnyatergantungpadadan menyusut secara eksponensial menurut konstanta walau R/L.

))

-Gambar 2.2. Bentuk Arus dari penjumlahan 2 komponen [6]

Gambar 2.3 Arus Hubung Singkat pada Saluran Transmisi [7]

Jika tegangan sesaat bernilai nol dan meningkat dengan arah positif saat saklar ditutup, = 0. Jika tegangan sesaat maksimumnya positif, = /2. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 2.2 Bentuk Arus dari penjumlahan2komponen,makapersamaan diferensialnya adalah:

di

= tan-1 ( L / R)

Dari persamaan 2.4. didapat Dimana arus ini merupakan arus puncakmaksimum pertama ip, sehingga ip harus dihitung untuk menentukan kapasitas teruji (making capacity) dan pemutus daya yang diperlukan dan menentukan ketahanan elektrodinamik. Hal ini dapat ditunjukkan pada Gambar 2.3. Nilai ip dapat diambil dari nilai rms arus hubung singkat yang seimbang ia dengan persamaan:

ip= K 2 ia2.5

III. ATP/EMTP(ELECTROMAGNETIC TRANSIENT PROGRAM)

ATPDraw adalah preprosesor versi ATP dari Electromagnetic Transient Program (EMTP) pada sistem operasi windows. Program ini ditulis dengan bahasa Borland Delphi 2.0 dan dapat berjalan normal dengan perangkat lunak Windows 9x/NT/2000/XP [10]. ATPDrawmemilikikemampuanmembuatdan menyusun rangkaian listrik dan memilih komponen dari menu yang tersedia.

Data pada sistem jaringan transmisi 150 kV di Sulawesi Selatan berupa Generator, transformator, penghantar, dan beban dimasukkan pada pemodelan ATP/EMTP yang kemudian akan disimulasikan untuk mengetahui arus dan tegangan hubung singkat pada salah satu saluran transmisi tersebut.

IV. SIMULASI DAN ANALISA4.1 Simulasi SistemSimulasiiniadalah simulasi

sistemyang dilakukan pada saat terjadi gangguan hubung singkat pada sistem transmisi tegangan tinggi 150 kV dapat ditunjukkanseperti padaGambar4.1.Dengan mengambil saluran transmisi antara GI Bone dan GI BLKMB. Karakteristik arus dan tegangan yang ditampilkan adalah gangguan hubung singkat dengan impedansi 5 Ohm.

4.2 Gangguan Hubung Singkat Dengan Impedansi

Gangguan 5

Gangguan hubung singkat yang ditampilkan karakteristik arus dan tegangan adalah gangguan hubung singkat satu phasa ke tanah (hubung singkat minimum) dan gangguan hubung singkat tiga phasa (hubung singkat maksimum). Untuk gangguan yang lain hasilnya di tunjukkan pada Tabel 4.2.

4.2.1 Gangguan hubung singkat satu phasaGangguan hubung singkat satu phasa ke tanahE sin ( t + ) Ri + Ldt

2.3

yang terjadi sepanjang saluran transmisi GI BLKMB - GI Bone diasumsikan pada phasa A.

Gambar 4.1 Single Line Diargram Jaringan Transmisi 150 kV di Sulawesi Selatan dengan Menggunakan ATP/EMTP2500 [A]187512506250-625-1250-1875-25000.00 0.04 0.08 0.12 0.16

[s]

0.20

Pada saat terjadinya hubung singkat satu phasa ke tanah, Arus puncak pada saluran transmisi yang sebelumnya sebesar 50,525 A pada phasa A mengalami kenaikan sebesar 2.260 A. Sedangkan padaphasa B dan phasa C mengalami penurunan drastis sebesar

1,75 mA dan 1,83 mA. Karakteristik arus lebih yang terjadi pada phasa A, phasa B, dan phasa C ditunjukkan pada Gambar 4.2.

Pada saat terjadinya hubung singkat satu phasa ke tanah tegangan puncak pada saluran transmisi yang sebelumnya sebesar 123.860 V pada phasa A mengalami penurunan drastis sebesar 11.298 V. Sedangkan pada phasa B dan phasa C mengalami kenaikan sebesar

Gambar 4.2 Bentuk Arus Gangguan Hubung Singkat Satu Phasake Tanah pada Saluran Transmisi antara GI BLKMB - GI Bone.

200 [kV]150

174.820 V dan 182.880 V Karakteristik tegangan hubung singkat satu phasa ke tanah yang terjadi pada phasa A, phasa B, dan phasa C ditunjukkan pada Gambar 4.3.

100500-50-100-150-2000.00 0.04 0.08 0.12 0.16

[s]

0.20

4.2.2 Gangguan Hubung Singkat 3 PhasaGangguan hubung singkat tiga phasa yang terjadi sepanjang saluran transmisi GI BLKMB - GI Bone diasumsikan pada phasa A, phasa B, dan phasa C. Pada saat terjadinya hubung singkat tiga phasa arus puncak pada saluran transmisi yang sebelumnya sebesar

50.507 A mengalami kenaikan sebesar 6.528,3 A,

5.909,5 A, dan 6.050,5 A. Karakteristik arus lebih yang terjadi pada phasa A, B, dan C pada Gambar 4.4.

Gambar 4.3 Bentuk Tegangan Gangguan Hubung Singkat SatuPhasa ke Tanah pada Saluran Transmisi antara GI BLKMB - GI Bone.

7000 [A]525035001750

Tabel 4.3 Hasil Test Arus Hubung Singkat MenggunakanImpedansi Gangguan 25 0-1750-3500-5250

Tabel 4.4 Hasil Test Tegangan Hubung Singkat TanpaImpedansi Gangguan-70000.00 0.04 0.08 0.12 0.16

[s]

0.20Gambar 4.4 Bentuk Arus Gangguan Hubung Singkat Tiga Phasa pada Saluran Transmisi antara GI BLKMB - GI Bone.

120 [kV]80

Tabel 4.5 Hasil Test Tegangan Hubung Singkat DenganImpedansi Gangguan 5 400-40-80-1200.00 0.04 0.08 0.12 0.16

[s]

0.20

Tabel 4.6 Hasil Test Tegangan Hubung Singkat DenganImpedansi Gangguan 25 Gambar 4.5 Bentuk Tegangan Gangguan Hubung Singkat TigaPhasa pada Saluran Transmisi antara GI BLKMB - GI Bone.

Sedangkan untuk tegangan hubung singkat, pada saat terjadinya hubung singkat tiga phasa tegangan puncak phasa A, phasa B, dan phasa C pada saluran transmisiyangsebelumnyasebesar123.820 V mengalami penurunan sebesar 31.344 V, 29.702 V, dan

31.706 V. Karakteristik penurunan tegangan yang terjadi pada phasa A, B, dan C ditunjukkan pada Gambar 4.5.

4.3Analisa Sistem Gangguan Hubung Singkat pada Jaringan Sistem Transmisi Tegangan Tinggi 150 kVTabel 4.1 Hasil Test Arus Hubung Singkat Tanpa ImpedansiGangguanLokasiFaultArus Gangguan (A)% Perubahan

RSTRST

BONE ke BLKMB

150 KVLG

LLG LL LLLG LLL2.487,7

7.646,7

7.423,3

8.867,4

8.882,10,00181

7.270,9

7.423,3

7.780,6

7.719,20,00190

0,00178

0,00127

8.056,2

8.039,349,2

151,3

146,9

175,5

175,827914,4

143,9

146,9

154,0

152,826592,1

28384,8

39783,5

159,4

159,1

Tabel 4.2 Hasil Test Arus Hubung Singkat MenggunakanImpedansi Gangguan 5

Dari hasil simulasi dapat dianalisa, karakteristik arus dan tegangan pada titik A dan B yaitu pada saluran transmisi antara GI Bone dan GI BLKMB sebelum terjadi gangguan memiliki bentuk grafik sinusoida dengan nilai puncak sebesar 123.860 V dan 50,525 A.Ketika terjadi gangguan hubung singkat baik itu satu phasa ke tanah, dua phasa ke tanah, dua phasa, tiga phasa, dan tiga phasa ke tanah di saluran transmisi tersebut dengan impedansi ataupun tanpa impedansi gangguan, maka terjadi perubahan arus dan tegangan yang sangat berbeda dengan karakteristik awal sebelum terjadi gangguan. Umumnya dari hasil simulasi dari seluruh jenis gangguan dan beberapa impedansi gangguan, karakteristik arus mengalami perubahan yaitu pada selang waktu 0 sampai 0,2 s. Setelah itu akan terjadi kestabilan yang berturut-turut, yang biasa disebut kondisi steady state. Perubahan secara tiba-tiba tersebut dikarenakan adanya gangguan hubung singkat dengan arus yang sangat besar dan memiliki komponen DC sehingga menimbulkan karakteristik kurva melengkung ke bawah sampai menuju steady state. Nilai arus sesaat yang sangat besar tadi biasa disebut dengan doubling effects. Untuk karakteristik tegangan, secara umum mengalami perubahan terutama pada phasa yang terkena hubung singkat baik itu antar phasa maupun ke ground, yaitu; penurunan tegangan diphasa yang terjadi gangguan, sedangkan phasa yang lainterpengaruh dari hubung singkat di phasa tersebut, dikarenakan terjadi ketidakstabilan dari sistem tiga phasa ketika terjadi gangguan hubung singkat pada phasa lain.Hubung singkat tanpa impedansi gangguan

(Di tunjukkan pada Tabel 4.1 dan 4.4), pada gangguan

3 phasa menghasilkan arus transient sebesar 8.882,1 A dengan kenaikan 175,8 % dari nilai arus sebelumnya dan arus minimum pada gangguan satu phasa ke tanah sebesar 2.487,7A dengan kenaikan 49,2 % dari nilai arus sebelumnya. Sedangkan untuk tegangan maksimum dan minimum terletak pada gangguan hubung singkat satu phasa ke tanah sebesar 190.000 V dengan kenaikan 1,5 % dari tegangan sebelumnya dan tegangan minimum 0 V mengalami penurunan sebesar

123.820 % dari tegangan sebelumnya.

Hubungsingkatmenggunakanimpedansi gangguan 5 Ohm (Di tunjukkan pada Tabel 4.2 dan 4.5), pada gangguan 3 phasa menghasilkan arus transient sebesar 6.530,1A dengan kenaikan 129,2 % dari nilai arus sebelumnya dan arus minimum pada gangguan satu phasa ke tanah sebesar 2.260,0 A dengan kenaikan 44,7% dari nilai arus sebelumnya. Sedangkan untuk tegangan maksimum dan minimum terletak pada gangguan hubung singkat satu phasa ke tanah sebesar182.880V dengan kenaikan 1,5 % dari tegangan sebelumnya dan tegangan minimum 11.290V mengalami penurunan sebesar 11 % dari tegangan sebelumnya.

Hubungsingkatmenggunakanimpedansi gangguan 25 Ohm (Di tunjukkan pada Tabel 4.3 dan

4.6), pada gangguan 3 phasa menghasilkan arustransient sebesar 3.176,3 A dengan kenaikan 62,9 % dari nilai arus sebelumnya dan arus minimum pada gangguan satu phasa ke tanah sebesar 1.654,2 A dengan kenaikan 32,7 % dari nilai arus sebelumnya. Sedangkan untuk tegangan maksimum dan minimum terletak pada gangguan hubung singkat satu phasa ke tanah sebesar164.520 V dengan kenaikan 1,3 % dari tegangan sebelumnya dan tegangan minimum 41.343V mengalami penurunan sebesar 3 % dari tegangan sebelumnya.

Perbandingan hubung singkat dengan impedansi maupuntanpaimpedansisangatmempengaruhi karakterstik arus dan tegangan. Hubung singkat tanpa impedansi gangguan cenderung arusnya lebih tinggi dari pada hubung singkat yang menggunakan impedansi gangguan 5 Ohm dan 25 Ohm. Hal ini disebabkan tidak

ada resistansi yang menghambat arus gangguan hubung

singkat tersebut. Sedangkan untuk tegangan, nilai tegangan pada impedansi 25 Ohm cenderung lebih besar dari pada tegangan hubung singkat dengan impedansi gangguan 5 Ohm dan hubung singkat tanpa impedansi gangguan. Karena dengan resistansi yang cukup besar menyebabkan arus yang mengalir sangat kecil sehingga tegangan di saluran tersebut semakin besar.

V. KESIMPULAN1.Studi tentang arus gangguan hubung singkat pada sistemtransmisitegangantinggi150kV menggunakan ATP-EMTP di Sulawesi Selatan yang disebabkan adanya beberapa jenis gangguan hubung singkat di lokasi saluran udara antara GI Bone dengan GI BLKMB, yaitu; pada gangguan

3 phasa menghasilkan arus transient sebesar8.882,1 A dengan kenaikan 175,8 % dari nilai arus sebelumnya dan arus minimum pada gangguan satu phasa ke tanah sebesar 1.654,2 A dengan kenaikan32,7 % dari nilai arus sebelumnya. Sedangkan untuk tegangan maksimum dan minimum terletak pada gangguan hubung singkat satu phasa ke tanah sebesar 190.000 V dengan kenaikan 1,5 % dari tegangan sebelumnya dan tegangan minimum 0 V mengalami penurunan sebesar 123.860 % dari tegangan sebelumnya.

2.Besarnya arus dan tegangan yang terjadi pada salurantransmisitegangantinggi150kV di Sulawesi Selatan dengan impedansi gangguan yang lebih kecil yaitu tanpa impedansi akan menghasilkan arus yang sangat besar dan tegangan yang rendah. Sebaliknya, semakin besar nilai impedansi gangguan, maka semakin kecil arus hubung singkat yang dihasilkan.

3.Dari hasil gangguan hubung singkat di seluruh titik pada saluran transmisi Sulawesi Selatan, maka diperoleh karakteristik arus dengan perubahan kenaikan sangat besar untuk semua jenis gangguan, terutama pada waktu 0 sampai 0,2 s. Perubahan secara tiba-tiba tersebut dikarenakan adanya gangguan hubung singkat dengan arus yang sangat besar dan memiliki komponen DC sehingga menimbulkan karakteristik

kurva melengkung ke bawah sampai menuju steady state.DAFTAR PUSTAKA[1] Marsudi Djiteng, Operasi Sistem Tenaga

Listrik, Graha Ilmu, Yogyakarta, 2006[2] Sulasno, Analisa Sistem Tenaga Listrik, Satya Wacana, Semarang, 1993

[3] MarsudiDjiteng,PembangkitanEnergi

Listrik, Erlangga, Jakarta, 2005

[4] Stevenson, D, William. Element of Power SystemAnalysis,McGraw-Hill,Inc., Amerika, 1994

[5] Gonen, Turan, Electric Power Transmission System Engineering, John Wiley dan Sons, Inc., Kanada, 1988

[6] NoblatM, Dumas F, dan Poulain C, Calculation of short-circuit currents ,- September, 2010

[7] IEC 60904, Short-Circuit Currents In Three- Phase AC Systems, IEC, 2000

[8] T.K Nagsarkar dan M.S. Sukhija, Power Sistem Analysis, Oxford University Press, NewYork, 2007.

[9] Penangsang,Ontoseno,Handout Kuliah AnalisaSistemTenaga

Listrik,Teknik Elektro ITS, Surabaya, 2007

[10] Prikler, Laszlo, Hoidalen, Hans Kr, ATPDrawfor Windows 3.1x/95/NT version 1.0 : Users

Manual, Norway : SINTEF Energy Research,

1998

[11] PT. PLN (Persero) Sulawesi Selatan, Data Sistem Jaringan Transmisi 150 KV, Sulawesi Selatan, 2008

[12] SPLN64,PetunjukPemilihandanPenggunaan Pelebur, PLN, 1985 [13] Mutakher, Arus Peralihan Gangguan Hubung

Singkat Jaringan Transmisi 150 Kv Sumatera Barat Riau, Seminar Nasional Teknik Ketenagalistrikan di UNDIP, Semarang, 2005

[14] Su, Sheng dan Zeng, Xiangjun ATP BasedAutomated Fault Simulation, jurnal IEE, 2006

BIOGRAFIFrankyDwiSetyaatmoko dilahirkan di kota Tulungagung,-

21 September 1985. Penulis adalah putra kedua dari dua bersaudara pasanganMugiyono,S.Pddan Sukarwati, S.Pd.

Penulis

memulaijenjang pendidikannya di TK Tunas Muda Widoro, dan SDN Widoro hingga lulustahun1998.Setelahitu

Penulis melanjutkan studinya di SLTP Negeri 1 Pacitan. Tahun 2001, Penulis diterima sebagai murid SMA Negeri 1 Pacitan hingga lulus tahun 2004. Pada tahun yang sama penulis masuk ke Jurusan D3 Teknik Elektro Universitas Negeri Malang lewat jalur PMDK hingga lulus tahun 2007, kemudian Penulis melanjutkan studi ProgramSarjanadiInstitutTeknologiSepuluh Nopember Surabaya lewat program Lintas Jalur dengan NRP. 2207100616 dan mengambil bidang studi Teknik Sistem Tenaga.

Lokasi

FaultArus Gangguan (Ampere)25 Ohm% PerubahanRSTRSTBONE ke BLKMB

150 KVLG

LLG LL LLLG LLL1.654,2

2.816,4

2.708,6

3.117,2

3.176,30,00159

2.705,9

2.708,6

3.010,3

3.009,80,00165

0,00164

0,00125

3.061,5

3.055,932,7

55,7

53,6

61,7

62,931.776,7

53,6

53,6

59,6

59,630.621,2

30.807,9

40.420,0

60,6

60,5

Lokasi

Fault

Tegangan Gangguan (A)

% PerubahanRSTRSTBONE ke BLKMB

150 KVLG

LLG LL LLLG LLL0

0

61.596

0

0181.000

0

61.596

0

0190.000

178.110

127.640

0

0123.860

123.860

2,0

123.860

123.8601,5

0,0

2,0

123.860

123.8601,5

1,4

1,0

123.860

123.860

Lokasi

FaultTegangan Hubung Singkat (Voltage)5 Ohm% PerubahanRSTRSTBONE ke BLKMB

150 KVLG

LLG LL LLLG LLL11.290

28.240

74.133

32.589

31.239174.820

26.924

57.850

29.447

29.667182.880

174.080

126.430

30.248

31.87211,0

4,4

1,7

3,8

4,01,4

4,6

2,1

4,2

4,21,5

1,4

1,0

4,1

3,9

Lokasi

FaultTegangan Hubung Singkat (Voltage)25 Ohm% PerubahanRSTRSTBONE ke BLKMB

150 KVLG

LLG LL LLLG LLL41.343

70.350

97.506

79.290

78.780159.120

67.648

80.742

75.277

75.302164.520

164.070

124.900

76.524

77.1873,0

1,8

1,3

1,6

1,61,3

1,8

1,5

1,6

1,61,3

1,3

1,0

1,6

1,6

Lokasi

FaultArus Gangguan (Ampere)5 Ohm% PerubahanRSTRSTBONE ke BLKMB

150 KVLG

LLG LL LLLG LLL2.260,0

5.666,3

5.509,2

6.519,0

6.530,10,00175

5.355,2

5.509,2

5.909,4

5.907,10,00183

0,00174

0,00126

6.054,1

6.040,644,7

112,1

109,0

129,0

129,22.8871,4

106,0

109,0

117,0

116,92.7609,3

2.9037,4

4.0099,2

119,8

119,6