skripsi simulasi sistem monitoring kondisi operasi …

SKRIPSI

SIMULASI SISTEM MONITORING KONDISI OPERASI SISTEM

ENERGI ELEKTRIK (SEE) BERBASISKAN METODE

PER UNIT DENGAN MENGGUNAKAN

PERANGKAT LUNAK PSCAD

Oleh:

ANGGRI SARWATI RAHMAT SASMITASARI

105821113116 105821100716

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MAKASSAR

2020

2

SIMULASI SISTEM MONITORING KONDISI OPERASI SISTEM

ENERGI ELEKTRIK (SEE) BERBASISKAN METODE

PER UNIT DENGAN MENGGUNAKAN

PERANGKAT LUNAK PSCAD

Skripsi

Diajukan sebagai Salah Satu Syarat

Untuk Memperoleh Gelar Sarjana

Program Studi Teknik Elektro

Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Teknik

Oleh:

ANGGRI SARWATI RAHMAT SASMITASARI

105821113116 105821100716

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MAKASSAR

2020

i

ii

KATA PENGANTAR

Bismillahi rahmani rahim.

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang senantiasa

melimpahkan Rahmat dan Hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan

skripsi ini dengan sebaik mungkin. Selawat dan salam semoga senantiasa

dicurahkan kepada Nabi Muhammad SAW, keluarga, sahabat dan para

pengikutnya.

Skripsi ini disusun sebagai salah satu persyaratan yang harus ditempuh

dalam rangka penyelesain program studi pada jurusan Elektro Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Makassar. Adapun judul skripsi kami adalah:

―Simulasi Sistem Monitoring Kondisi Operasi Sistem Energi Elektrik (SEE)

Berbasiskan Metode Per Unit dengan Menggunakan Perangkat Lunak

PSCAD”.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini mendapat

banyak bantuan, bimbingan, saran-saran dari berbagai pihak, sehingga

penyusunan Skripsi ini dapat berjalan dengan lancar. Oleh karena itu, dalam

kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada:

1. Bapak Prof. Dr. H. Ambo Asse, M.Ag. selaku Rektor Universitas

Muhammadiyah Makassar

2. Bapak Hamzah Al Imran, S.T., M.T. selaku Dekan Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Makassar.

3. Ibu Adriani, S.T., M.T. selaku Ketua Prodi Elektro Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Makassar.

iv

iii

4. Ir. Abdul Hafid, M.T. selaku Pembimbing I dan Bapak Andi Faharuddin,

S.T., M.T selaku Pembimbing II yang telah banyak meluangkan

waktunya dalam membimbing kami.

5. Bapak/ Ibu Dosen serta Staf Fakultas Teknik atas segala waktunya telah

mendidik dan melayani kami selama mengikuti proses belajar mengajar

di Universitas Muhammadiyah Makassar.

6. Ayah dan ibu tercinta, kami mengucapkan banyak terimakasih yang

sebesar-besarnya atas segala limpahan kasih sayang, doa dan

pengorbanan terutama dalam bentuk menteri dalam menyelesaikan

kuliah.

7. Saudara-saudaraku serta rekan-rekan mahasiswa Fakultas Teknik

terkhususnya Proyeksi 2016 dan selembaga Fakultas Teknik yang dengan

keakraban dan persaudaraan banyak membantu dalam menyelesaikan

skripsi ini.

Penulis menyadari bahawa penyususnan skripsi ini masih banyak

kekurangan, untuk itu kritik dan saran sangat penulis harapkan demi perbaikan

skripsi ini. Akhirnya penulis harap semoga dapat bermanfaat bagi penulis dan

pembaca umumnya.

Makassar, 15 September 2020

Penulis

v

iv

Anggri sarwati rahmat1.Sasmita Sari

2

1Prodi Teknik Elektro Fakultas Teknik Unismuh Makassar

E_mail: [email protected]

2Prodi Teknik Elektro Fakultas Teknik Unismuh Makassar


(Pembimbing: Abdul Hafid dan Andi Faharuddin)

ABSTRAK

Abstrak; Anggri Sarwati Rahmat dan Sasmita Sari (2020). Sistem per unit

memberikan kemudahan untuk menilai atau memonitor kondisi/ siatuasi dari

keseluruhan SEE, tanpa harus memperhatikan nilai tegangan nominal di titik yang

ditinjau. Model simulasi sistem yang dimonitoring dengan melibatkan saluran

transmisi, transformator dan generator dengan bantuan perangkat lunak PSCAD

(Power System Computer Aided Design) yang menyediakan fleksibilitas model

khusus sesuai apa yang di inginkan dan analisis menggunakan sistem per unit

,serta merakit secara grafis menggunakan model yang dengan memanfaatkan

editor desain yang dirancang secara intuitif. Penelitian ini dilakukan dengan

metode simulasi menggunakan perangkat lunak PSCAD. Simulasi dilakukan

untuk kedua kondisi operasi di SEE, yakni operasi normal dan abnormal atau

gangguan hubung-singkat. Komponen utama sistem dengan sumber tegangan

tiga-fase 13,8 kV; 50 Hz, trafo daya tiga fase, saluran beban tiga fase 230 kV ; 50

Hz dan model gangguan antarfase (AB) dan tiga fase (ABC). Dari komponen-

komponen tersebut dibuatlah 4 model diantaranya model monitoring besaran

aktual dengan sistem per unit pada kondisi operasi normal, model monitoring

berbasiskan sistem per unit pada kondisi operasi gangguan dua fase dan tiga fase.

Performansi dari model ini berhasil membuktikan bahwa pada saat kondisi operasi

sistem dalam keadaan normal bisa terbaca dengan baik dengan melihat nilai per

unitnya 1 p.u. sedangkan untuk kondisi operasi gangguan nilai per unit dari tegangan di titik terjadinya gangguan, jatuh ke nilai yang sangat rendah yakni

sekitar 0,01 p.u (jatuh tegangan sekitar 90%).

Kata Kunci: Sistem Per unit, Daya pembebanan trafo, Gangguan 3 Fase Perangkat Lunak PSCAD/ EMTDC

vi

mailto:[email protected]


v

Anggri Sarwati Rahmat1.Sasmita Sari

2

1Prodi Electrical Engineering, Faculty of Engineering, Unismuh Makassar


2Prodi Electrical Engineering, Faculty of Engineering, Unismuh Makassar


(Advisors: Abdul Hafid and Andi Faharuddin)

ABSTRACT

Abstract; Anggri Sarwati Rahmat and Sasmita Sari (2020). The per unit system

makes it easy to assess or monitor the condition / situation of the entire SEE,

without having to pay attention to the nominal voltage value at the point under

review. The system simulation model is monitored by involving transmission

lines, transformers and generators with the help of PSCAD (Power System

Computer Aided Design) software which provides the flexibility of a special

model according to what is desired and analyzes using a system per unit, as well

as assembling graphically using a model with take advantage of the intuitively

designed design editor. This research was conducted with a simulation method

using PSCAD software. Simulations are carried out for both operating conditions

in SEE, namely normal and abnormal operation or short-circuit fault. The main

components of the system with a three-phase voltage source of 13.8 kV; 50 Hz,

three-phase power transformer, 230 kV three-phase load line; 50 Hz and inter-

phase (AB) and three-phase (ABC) noise models. From these components, 4

models were made including the actual scale monitoring model with the system

per unit under normal operating conditions, the monitoring model based on the

system per unit in two-phase and three-phase fault operation conditions. The

performance of this model has proven that when the system operating conditions

are under normal conditions it can be read properly by looking at the value per

voltage at the point of occurrence of the fault falls to a very low value of about

0.01 p.u (voltage drop of about 90%).

Keywords: System per unit, transformer loading power, 3-phase noise PSCAD /

EMTDC software

vii


vi

DAFTAR ISI

Hal.

HALAMAN SAMPUL

HALAMAN JUDUL ........................................................................................... i

HALAMAN PERSETUJUAN............................................................................ ii

HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................. iii

KATA PENGANTAR ......................................................................................... iv

ABSTRAK ........................................................................................................... vi

DAFTAR ISI ........................................................................................................ viii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... ix

DAFTAR TABEL............................................................................................... xiv

DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................... xv

BAB I PENDAHULUAN .................................................................................... 1

A. Latar Belakang .......................................................................................... 1

B. Rumusan Masalah ..................................................................................... 3

C. Tujuan Penelitian ...................................................................................... 4

D. Manfaat Penelitian ................................................................................... 4

E. Batasan Masalah........................................................................................ 4

F. Sistematika Penulisan .............................................................................. 5

viii

vii

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................... 8

A. Sistem Per Unit ......................................................................................... 8

1. Pengertian Sistem Per Unit ................................................................. 8

2. Sistem Per Unit Tiga Fase ................................................................... 11

3. Penggunaan Sistem Per Unit ............................................................... 12

B. Daya Pembebanan Trafo ........................................................................... 12

1. Pengertian Trafo .................................................................................. 12

2. Prinsip Kerja Transformator ............................................................... 13

3. Pembebanan Transformator ................................................................ 14

4. Transformator Daya 3 phasa .............................................................. 15

5. Hubungan Pada Transformator Tiga Fase......................................... 16

6. Perhitungan persentase pembebaban transformator ........................... 23

7. Gangguan Pada Generator................................................................... 24

C. Gangguan 3 Fase ....................................................................................... 26

1. Pengertian Gangguan ......................................................................... 26

2. Klasifikasi Gangguan ......................................................................... 26

3. Hubung singkat tiga fase .................................................................... 28

4. Keuntungan Tiga fase......................................................................... 29

D. Perangkat Lunak PSCAD/ EMTDC .......................................................... 33

1. Pengertian PSCAD ( Power System Computer Aided Design) .......... 33

2. Studi Tipikal PSCAD/ EMTDC ......................................................... 35

3. Pengenalan Aplikasi PSCAD ............................................................. 36

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ......................................................... 46

ix

viii

A. Waktu dan Tempat Penelitian ................................................................... 46

B. Alat dan Bahan .......................................................................................... 46

C. Skema Penelitian ....................................................................................... 47

D. Langkah Penelitian .................................................................................... 50

E. Jadwal Penelitian ....................................................................................... 51

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN............................................................. 52

A. Perbandingan Monitoring statis operasi SEE antara sistem monitoring

Berbasiskan besaran aktual dengan sistem per unit pada kondisi operasi

Normal....................................................................................................... 53

1. Monitoring besaran tegangan aktual ................................................... 53

2. Monitoring Besaran Tegangan Per Unit ............................................. 57

B. Monitoring status operasi SEE dengan monitoring berbasiskan sistem

Per unit pada kondisi operasi gangguan .................................................... 61

1. Monitoring tegangan pada kondisi gangguan duafase (AB) ............... 61

2. Monitoring kondisi gangguan tiga fase (ABC) ................................... 65

BAB V PENUTUP ............................................................................................... 69

A. Kesimpulan .................................................................................................... 69

B. Saran .............................................................................................................. 70

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

x

ix

DAFTAR GAMBAR

Hal.

Gambar 2.1 Trafo Distribusi 3 Fase Kelas 20 Kv ................................................ 15

Gambar 2.2 Transformator Hubungan Bintang Bintang ....................................... 17

Gambar 2.3 Transformator Hubungan Segitiga Segitiga .................................... 19

Gambar 2.4 Transformator Hubungan Bintang Segitiga ..................................... 20

Gambar 2.5 Transformator Hubungan Segitiga Bintang ..................................... 21

Gambar 2.6 Transformator Hubungan Zig Zag .................................................... 23

Gambar 2.7 Gangguan Hubung Singkat Tiga Fase ............................................... 29

Gambar 2.8 Generator tiga fase sederhana ........................................................... 30

Gambar 2.9 E.M.F dari generator tiga fase .......................................................... 31

Gambar 2.10 Koneksi bintang generator tiga fase ............................................... 31

Gambar 2.11 Koneksi delta dari generator tiga fase ............................................. 31

Gambar 2.12 Diagram fasor untuk generator terhubung bintang ......................... 32

Gambar 2.13 Diagram fasor untuk menunjukkan hubungan antara dan

untuk generator terhubung bintang ........................................................ 32

Gambar 2.14 Lingkungan Utama PSCAD (Muller, 2005) ................................... 37

Gambar 2.15 Tampilan Kontrol Bar (Muller, 2005) ............................................. 37

Gambar 2.16 Schematic Tabs (Muller, 2005) ....................................................... 38

Gambar 2.17 Workspace and Messages Windows (Muller, 2005) ....................... 38

Gambar 2.18 Open Project (Muller, 2005) ........................................................... 39

Gambar 2.19 Tab PSCAD (Muller, 2005) ............................................................ 40

Gambar 2.20 Kotak Dialog Open File (Muller, 2005) .......................................... 40

xi

x

Gambar 2.21 Rangkaian sederhana PSCAD (Muller, 2005) ............................... 41

Gambar 2.22 Gambar simulasi Run (Muller, 2005) ............................................ 43

Gambar 2.23 Gambar Hasil Simulasi PSCAD (Muller, 2005) ............................. 44

Gambar 2.24 Tampilan Print Priview Page (Muller, 2005) .................................. 45

Gambar 3.1 Diagram skema kondisi operasi normal dengan sistem

besaran Aktual .................................................................................... 47

Gambar 3.2 Diagram segaris kondisi operasi normal dengan sistem besaran

aktual .................................................................................................. 48


besaran per unit .................................................................................. 48

Gambar 3.4 Diagram skema kondisi gangguan (Abnormal) dengan

besaran per unit ................................................................................ 49

Gambar 3.5 Diagram segaris kondisi operasi gangguan (Abnormal) dengan

besaran per unit ................................................................................. 49

Gambar 3.6 Langkah penelitian ......................................................................... 50

Gambar 4.1. Model Sistem Monitoring SEE Dengan Metode Besaran

Actual ................................................................................................ 53

Gambar 4.2. Display sistem monitoring SEE berbeban 134,16 MVA

dengan metode besaran aktual ........................................................... 55

Gambar 4.3. Model sistem monitoring SEE dengan metode Besaran

Tegangan Per unit ............................................................................... 57

Gambar 4.4. Display sistem monitoring SEE berbeban 134,16 MVA

dengan metode besaran Tegangan Per Unit ....................................... 59

xii

xi

Gambar 4.5 Model sistem monitoring SEE dengan metode besaran

Tegangan Per Unit pada Kondisi Gangguan DuaFase (AB) ............... 61

Gambar 4.6 Display sistem monitoring SEE dengan metode besaran

Tegangan Per Unit pada Kondisi Gangguan Dua Fase (AB) ............... 62


Tegangan Per Unit pada Kondisi Gangguan TigaFase (ABC) ........... 65

Gambar 4.8 Display sistem monitoring SEE dengan metode besaran Tegangan

Per Unit pada Kondisi Gangguan TigaFase (ABC) ............................ 66

xiii

xii

DAFTAR TABEL

Hal.

Tabel 3.1 Jadwal Penelitian 2020.......................................................................... 51

Tabel 4.1 Hasil simulasi monitoring tegangan aktual ........................................... 56

Tabel 4.2 Hasil simulasi sistem monitoring tegangan per unit ............................ 60

Tabel 4.3 Hasil simulasi sistem monitoring tegangan per unit pada saat

gangguan Duafase AB dengan beban maksimum (134.16 MVA) ........ 64

Tabel 4.4 Hasil simulasi sistem monitoring tegangan per unit pada saat

gangguan tigafase ABC dengan beban maksimum (134.16 MVA) ...... 67

xiv

xiii

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN A Bentuk dan kegunaan komponen yang digunakan

LAMPIRAN B Grafik keluaran simulasi untuk sistem monitoring see pada

kondisi normal dan gangguan

xv

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Menurut Liu et al (2017) Sitem Energi Elektrik (SEE) merupakan

infrastruktur paling kritis di zaman modern. Luas cakupan wilayah dan

kompleksits ekstrem yang dimilikinya, menghadirkan konsekuensi berupa

kesulitan dalam hal pengawasan (monitoring) SEE secara penuh. Salah satu

sistem/ metode pengawasan SEE yaitu Sistem Monitoring Skala Luas (WAMS).

Pada bidang analisis sistem tenaga, sistem perunit adalah ekspresi jumlah

sistem sebaga fraksi dari kuantitas unit dasar yang ditentukan. Perhitungan

disederhanakan dikarenakan jumlah yang dinyatakan dalam perunit tidak berubah

ketika dirujuk dari satu sisi transformator ke yang lainnya. Per unit merupakan

sistem penskalaan guna mempermudah kalkulasi dalam proses menghitungan dan

menganalisa sebuah sistem jaringan listrik. Besaran dalam satuan seperti,

tegangan dalam volt, arus dalam ampere, impedansi dalam ohm, masing-masing

ditransformasikan kedalam besaran tak berdimensi yaitu per unit (disingkat pu).

Menurut Syafii (2015: 35) dalam analisa sistem daya nilai-nilai yang harus

dihitung cukup besar apabila tetap menggunakan satuan-satuan biasa, sehingga

memungkinkan terjadinya kesulitan atau kesalahan dalam perhitungan. Maka dari

itu diperlukan sebuah metode untuk mengatasi permasalahan tersebut. Terdapat

dua metode yang bisa digunakan untuk mengatasi masalah tersebut yaitu dengan

menggunakan presentase dan satuan per unit. Kedua metode perhitungan tersebut

2

lebih sederhana dibanding menggunakan nilai-nilai ampere, ohm dan volt yang

sebenarnya.

Pada awalnya transformasi dalam per unit dimaksudkan untuk

mempermudah perhitungan, namun dengan perkembangan komputer maksud

penyederhanaan sudah kurang berarti lagi. Saat ini penyederhanaan sistem per

unit sangat bermanfaat bagi sistem yang memiliki beberapa bagian yang

dihubungkan oleh trafo dan memiliki level tegangan yang berbeda.Trafo

mempunyai level tegangan yang berbeda sehingga terkadang sulit untuk

mendeteksi dilevel tegangan berapa impedansinya sekian, tapi yang dirasakan

oleh tegangan yang lain itu belum tentu sama, jadi sulit untuk membandingkan

secara langsung dengan menggunakan besaran biasa tanpa mentransformasikan

kedalam besaran per unit.

Dalam analisis sistem tenaga, adalah praktik umum untuk menggunakan

jumlah per unit untuk menganalisis dan mengkomunikasikan nilai tegangan, arus,

daya, dan impedansi. Secara historis, nilai per unit telah membuat perhitungan

daya yang dilakukan jauh lebih sederhana. Dengan banyak perhitungan yang

sekarang dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak komputer, ini bukan

lagi keunggulan utama. Namun beberapa keunggulan masih ada,misalnya ketika

menganalisis tegangan pada skala sistem yang lebih besar dengan banyak

tegangan nominal yang berbeda melalui transformator step-up dan step-down,

jumlah per unit memberikan cara mudah untuk menilai kondisi keseluruhan

sistem tanpa memverifikasi tegangan nominal spesifik masing-masing subsistem.

(PSE, 2015)

3

Keuntungan lain adalah kenyataan bahwa jumlah per unit cenderung jatuh

dalam kisaran yang relatif sempit, sehingga mudah untuk mengidentifikasi data

yang salah. Selain keunggulan ini, sebagian besar perangkat lunak analisis aliran

daya memerlukan input dan laporan hasil per unit. Untuk alasan ini, penting bagi

insinyur dan teknisi untuk memahami konsep per unit ( PSE, 2015).

Manfaat penting system per unit adalah kemudahan untuk menilai atau

memonitor kondisi/siatuasi dari keseluruhan SEE, tanpa harus memperhatikan

nilai tegangan nominal di titik yang ditinjau (PSE. 2015).

Berdasarkan hal tersebut, pada tugas akhir ini peneliti mencoba untuk

menerapkan model simulasi sistem monitoring status/ kondisi operasi SEE dengan

metode per unit dengan melibatkan saluran transmisi, transformator dan generator,

dengan bantuan perangkat lunak PSCAD (Power System Computer Aided Design)

yang menyediakan fleksibilitas model khusus sesuai apa yang di inginkan ,serta

merakit secara grafis menggunakan model yang dengan memanfaatkan editor

desain yang dirancang secara intuitif.

B. Rumusan Masalah

Pada penelitian ini penulis menguraikan permasalahan antara lain:

1. Bagaimana model simulator sistem monitoring kondisi operasi SEE dengan

metode per unit menggunakan perangkat lunak PSCAD?

2. Bagaimana performansi simulator sistem monitoring kondisi operasi SEE

dengan metode per unit menggunakan perangkat lunak PSCAD?

4

C. Tujuan Penelitian

Berdasarkan rumusan masalah, maka tujuan penelitian ini adalah sebagai

berikut.

1. Untuk menghasilkan model atau simulator sistem monitoring kondisi operasi

SEE dengan metode per unit menggunakan perangkat lunak PSCAD.

2. Untuk mendapatkan performansi simulasi sistem monitoring kondisi operasi

SEE dengan metode per unit menggunakan perangkat lunak PSCAD.

D. Manfaat Penelitian

Manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini yaitu:

1. Penelitian ini dapat menjadi alat bantu dalam pembelajaran mata kuliah

Analisis Sistem Tenaga (AST) dalam topik/ materi sistem per unit, khususnya

terkait fungsi sistem per unit sebaga metode representasi/ monitoring besaran

SEE.

2. Dapat menambah/ memperkaya pegetahuan dan kemampuan penulis

khususnya terkait metode sistem per unit dan sekaligus potensi kemampuan

dan manfaat dari perangkat lunak PSCAD dalam simulasi SEE.

E. Batasan Masalah

Ruang lingkup dalam penelitian ini dibatasi oleh antara lain:

1. Model dasar SEE yang digunakan mengacu ke model yang telah dihasilkan

oleh Manitoba HVDC Reseach Center, Inc ( 2007), yang mana berupa SEE

yang terdiri atas:

5

Sumber/ alternator tiga-fase;

Transformator tiga-fase, Hubung Y-Delta;

Saluran transmisi pendek (40km).

2. Lokasi pengukuran tegangan di dua titik yakni Sisi Primer (tegangan rendah,

TR) dan Sisi Sekunder (Tegangan Tinggi, TT) trafo daya.

3. Simulasi kondisi operasi normal berupa operasi pembebanan trafo dengan

variasi beban 134.16 MVA, 111.80 MVA, 76,16 MVA dan 38,08 MVA.

4. Simulasi kondisi operasi normal berupa operasi gangguan (hubung-singkat):

Gangguan antar-fase (dua-fase: AB & AC)

Gangguan antar-fase (tiga-fase: AB & AC)

Dengan variasi resistans gangguan: 1Ω, 2 Ω, 5 Ω dan 10 Ω.

F. Sistematika Penulisan

Penyusunan tugas akhir ini terbagi menjadi beberapa bab yang berisi

uraian penjelasan. Secara garis besar, uraian pada bab-bab dalam sistematika

penulisan dijelaskan di bawah ini:

Bab I Pendahuluan

Bab ini menguraikan terkait latar belakang perlunya diadakan penelitian,

rumusan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah dan

sistematika penulisan. Uraian bab ini dimaksudkan untuk menjelaskan latar

belakang penelitian sehingga dapat memberikan manfaat sesuai dengan tujuan

penelitian dengan batasan- batasan dan asumsi yang digunakan.

Bab II Tinjauan Pustaka

6

Pada bab ini berisi teori –teori yang menjadi landasan bagi penelitian,

baik dari buku, jurnal, maupun berbagai sumber literatur lainnya. Bab ini

menjealskan tentang sistem perunit, gangguan beban trafo, daya pembebanan

trafo, dan PSCAD.

Bab III Metode Penelitian

Merupakan gambaran terstruktur yang disusun dalam flow chart dari alur

pelaksanaan penelitian tugas akhir metodologi menguraikan ,metode penelitian

yang digunakan, tempat dan waktu penelitian, alat dan bahan, skema penelitian,

variabel penelitian yang dikaji secara analisis yang dipakai untuk menarik

kesimpulan, langkah penelitian serta jadwal dilakukannya penelitian.

Bab IV Hasil dan Pembahasan

Menjelaskan berkenaan analisis dan interpretasi hasil berisi pembahasan

permasalahan yang ada berdasarkan hasil pengumpulan dan pengolaan data yang

telah dilakukan pada bab sebelumnya.

Bab V Penutup

Merupakan tahap akhir penyususnan laporan penelitian yang berisi

pencapaian tujuan yang diperoleh dari analisis pemecahan masalah maupun hasil

pengumpulan data serta saran perbaikan terkait penelitian.

Bab VI Daftar Pustaka

Bab ini mengenai kumpulan sumber referensi penulis dalam menentukan

teori-teori yang berhubungan dengan penelitian.

7

Lampiran

Berisikan dokumentasi dari hasil penelitian beserta instrumen yang

digunakan selama penelitian.

8

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A. Sistem Per Unit

Dalam analisa sistem jaringan listrik nilai-nilai yang harus dihitung pun

cukup besar apabila tetap menggunakan satuan-satuan biasa, sehingga

memungkinkan terjadinya kesulitan atau kesalahan dalam perhitungan. Maka dari

itu diperlukan sebuah metode untuk mengatasi masalah tersebut. Terdapat dua

metode yang bisa digunakan untuk mengatasi masalah tersebut yaitu

menggunakan persentase dan satuan per unit. Kedua metode perhitungan tersebut,

baik dengan persentase maupun dengan satuan per unit, lebih sederhana dibanding

menggunakan langsung nilai-nilai ampere, ohm, dan volt yang sebenarnya.

Metode per unit mempunyai sedikit kelebihan dari metode persentase, karena

hasil perkalian dari dua kuantitas (dua nilai) yang dinyatakan dalam per unit sudah

langsung diperoleh dalam per unit juga, sedangkan hasil perkalian dari dua

kuantitas yang dinyatakan dalam persentase masih harus dibagi dengan 100 untuk

mendapatkan hasil dalam persentase.

1. Pengertian Sistem Per Unit

Menurut Sudirham (2012: 46) sistem per-unit sesungguhnya merupakan

cara penskalaan atau normalisasi. Besaran-besaran sistem dalam satuan masing-

masing, tegangan dalam volt – arus dalam ampere – impedansi dalam ohm,

ditransformasikan ke dalam besaran tak berdimensi yaitu per-unit. Pada mulanya

9

transformasi ke dalam per-unit dimaksudkan untuk mempermudah perhitungan,

namun dengan perkembangan penggunaan computer maksud penyederhanaan itu

sudah kurang berarti lagi. Walaupun demikian, beberapa keuntungan yang

terkandung dalam sistem per-unit (yang akan kita lihat kemudian) masih terasakan

dan oleh karena itu kita akan pelajari. Nilai per-unit dari suatu besaran merupakan

rasio dari besaran tersebut dengan suatu besaran basis. Besaran basis ini

berdimensi sama dengan dimensi besaran aslinya sehingga nilai per-unit besaran

itu menjadi tidak berdimensi.

Dalam analisis sistem tenaga, adalah praktik umum untuk menggunakan

jumlah per unit untuk menganalisis dan mengkomunikasikan nilai tegangan, arus,

daya, dan impedansi. Jumlah per unit ini adalah dinormalisasi atau diskalakan

pada basis yang dipilih, seperti yang ditunjukkan pada persamaan di bawah,

memungkinkan insinyur untuk menyederhanakan perhitungan sistem tenaga

dengan transformasi tegangan berganda

Persen kuantitas = per satuan jumlah x 100

Misalnya, sistem transmisi yang beroperasi pada 117.300 volt dengan rating

dasar nominal 115.000 volt memiliki besaran tegangan per unit 1,02 atau 102%

dari nominal. Demikian juga, sistem distribusi beroperasi pada 12.100 volt dengan

nilai dasar nominal 12.470 volt kuantitas tegangan per unit 0,97 atau 97% dari

nominal.

10

= 1.02 PU

= 0.97 PU

Sementara sebagian besar insinyur yang mempelajari sistem transmisi akan

mengevaluasi hasil analisis dalam nilai per unit seperti yang ditunjukkan di atas,

mereka yang mempelajari sistem distribusi biasanya akan melakukan konversi

nilai per unit ke nilai voltase menggunakan basis 120 volt. Jadi untuk contoh di

atas, file sistem distribusi dengan tegangan operasi 0,97 per unit akan diubah

menjadi 116,4 volt pada basis 120 volt.

per satuan jumlah x jumlah dasar = jumlah sebenarnya

0,97 x 120 Volt = 116,4 Volt

Secara historis, nilai per unit telah membuat kalkulasi daya dilakukan dengan

tangan lebih sederhana. Dengan banyak perhitungan yang sekarang dilakukan

menggunakan perangkat lunak komputer, ini tidak lagi keuntungan utama; namun,

beberapa keuntungan masih ada. Misalnya saat menganalisis tegangan pada skala

sistem yang lebih besar dengan banyak tegangan nominal yang berbeda melalui

trafo step-up dan step-down, jumlah per unit menyediakan cara mudah untuk

menilai kondisi seluruh sistem tanpa memverifikasi tegangan nominal spesifik

masing-masing subsistem. Selain keuntungan tersebut, sebagian besar perangkat

lunak analisis aliran daya memerlukan input dan hasil laporan per unit. Untuk ini

Oleh karena itu, penting bagi para insinyur dan teknisi untuk memahami konsep

per unit.

11

2. Sistem Per Unit Tiga Fase

Untuk sistem tiga-fase (yang kita ketahui bahwa sistem tiga-fase ini sangat

luas dipakai dalam penyediaan energi listrik) dikembangkan pengertian nilai basis

tambahan sebagai berikut.

=

=

=

=

=

=

=

Misalkan pada suatu sistem memiliki suatu daya dan tegangan, kemudian

Misalkan pada suatu sistem memiliki suatu daya dan tegangan, kemudian

dinyatakan daya dan tegangan dasarnya.

Daya Dasar : MVA tiga fase dasar = atau

kVA tiga fase dasar =

Tegangan : Tegangan antar fase = Volt

Setelah didapatkan hubungan ekivalen maka,

Arus Dasar= =

Impedansi Dasar= =

=

=

ohm

Kemudian bisa didefenisikan impedansi per-unitnya.

12

3. Penggunaan Sistem Per Unit

Ada beberapa alasan untuk menggunakan sistem per unit:

a. Peralatan serupa (generator, transformator, saluran) akan memiliki impedansi

dan kerugian per unit yang sama yang dinyatakan pada peringkat mereka

sendiri, terlepas dari ukuran absolutnya. Karena itu, data per unit dapat

diperiksa dengan cepat untuk kesalahan kotor. Nilai per unit di luar kisaran

normal layak untuk ditinjau dari kemungkinan kesalahan.

b. Pabrikan biasanya menentukan impedansi aparatur dalam nilai per unit.

c. Kuantitas per-unit sama di kedua sisi transformator, tidak tergantung level

tegangan. Dengan menormalkan jumlah pada basis umum, perhitungan

tangan dan otomatis disederhanakan.

d. Ini meningkatkan stabilitas numerik dari metode perhitungan otomatis.

e. Representasi data per unit menghasilkan informasi penting tentang besaran

relatif.

f. Sistem per unit dikembangkan untuk mempermudah analisis manual sistem

tenaga. Meskipun analisis sistem daya sekarang dilakukan oleh komputer,

hasilnya sering dinyatakan sebagai nilai per unit pada basis sistem yang

nyaman.

B. Daya Pembebanan Trafo

1. Pengertian Trafo

Transformator adalah sebuah alat magnetoelektrik yang sederhana, andal,

dan efisien untuk mengubah tegangan arus bolak-balik dari satu tingkat ke tingkat

13

lain. Pada umumnya transformator terdiri atas sebuah inti, yang terbuat dari besi

berlapis dan dua buah kumparan, yaitu kumparan primer dan kumparan

sekunder.Prinsip kerja dari transformator adalah daya listrik dari kumparan primer

ke kumparan sekunder dengan perantaraan flux magnet (garis gaya magnet) yang

dibangkitkan oleh aliran listrik yang mengalir melalui kumparan primer. Untuk

dapat membangkitkan tegangan listrik pada kumparan sekunder,flux magnet yang

dibangkitkan oleh kumparan primer harus berubah-ubah (Sudiartha dkk, 2016).

Transformator daya merupakan peralatan listrik yang tidak mempunyai

bagian yang bergerak, berfungsi untuk mengubah daya dari tegangan tinggi ke

tegangan rendah ataupun sebaliknya. Untuk menggunkan transformator, energi

listrik dapat ditransfer dari satu rangkaian ke rangkaian yang laintanpa melalui

hubungan fisik antara dua rangakaian. Transfer daya tersebut dilakukan

sepenuhnya oleh rangkaian medan magnet.

2. Prinsip Kerja Transformator

Transformator pada dasarnya terdiri dari dua kumparan yakni kumparan

primer dan sekunder. Kebanyakan Trafo kumparan dililitkan pada sebuah inti.

Suatu kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan AC maka arus AC

akan mengalir pada suatu kumparan tersebut yang mengakibatkan munculnya

fluks magnetik disekeliling kumparan. Dengan timbulnya fluks di kumparan

primer memicu terjadinya induksi sendiri dan induktansi pada kumparan

sekunder, karena adanya pengaruh induksi dari kumparan primer atau induktansi

bersama sehingga menimbulkan fluks magnet pada kumparan sekunder, sehingga

14

jika rangkaian sekunder dibebani maka akan mengakibatkan arus akan mengalir di

sekunder.

3. Pembebanan Transformator

Usia pakai dan efisiensi suatu transformator tenaga sangat dipengaruhi

oleh beban yang dilayani oleh transformator tersebut. Pembebanan pada suatu

transformator dapat menimbulkan panas pada kumparan transformator.Jumlah

beban yang dilayani oleh transformator tersebut sudah selayaknya sesuai dengan

rating nameplate transformator itu. Pengaplikasian beban yang melebihi rating

nameplate dapat menimbulkan beberapa tingkat resiko (Sofyan & Herawati,

2015).

Ketika suatu transformator diberi energi dan dibebani pada suhu

lingkungan 0 derajat, kehilangan daya yang disebabkan oleh rugi-rugi inti, rugi-

rugi kumparan dan rugi-rugi bocor merupakan sumber panas dan menyebabkan

kenaikan suhu kumparan dan minyak transformator. Rugi-rugi bocor dapat

mempengaruhi keseluruhan rating transformator karena dapat menimbulkan hos-

spot ketika arus yang mengalir menjadi lebih sehingga mempengaruhi

keseluruhan transformator. Hos-spot merupakan titik terpanas pada kumparan

transformator. Untuk mengatasi suhu panas pada transformator maka diperlukan

pendingin.

15

4. Transformator Daya 3 phasa

Sebuah transformator tiga fase secara prinsip sama dengan sebuah

transformator satu fase, perbedaan yang paling mendasar adalah pada sistem

kelistrikannya yaitu sistem satu fase dan tiga fase. Sehingga sebuah transformator

tiga fase bisa dihubung bintang, segitiga, atau zig-zag. Transformator tiga fase

banyak digunakan pada sistem transmisi dan distribusi tenaga listrik karena

pertimbangan ekonomis. Transformator tiga fase banyak sekali mengurangi berat

dan lebar kerangka, sehingga harganya dapat dikurangi bila dibandingkan dengan

penggabungan tiga buah transformator satu fase dengan ―rating‖ daya yang sama.

Tetapi, transformator tiga fase juga mempunyai kekurangan, diantaranya bila

salah satu fase mengalami kerusakan, maka seluruh transformator harus

dipindahkan (diganti), tetapi bila transformator terdiri dari tiga buah transformator

satu fase, bila salah satu fase transformator mengalami kerusakan, sistem masih

bisa dioperasikan dengan sistem ―open delta‖.

Gambar 2.1 Trafo distribusi 3 fase kelas 20 kV

Keterangan gambar diatas adalah:

1. Tanki minyak

16

2. Radiator

3. Roda

4. Tap changer

5. Lubang untuk tarikan

6. Penyumbat keluaran minyak

7. Bushing tegangan tinggi

8. Bushing tegangan rendah

9. Konservator

10. Indikator minyak

11. Katup pengaman

12. Terminal pembumian

13. Name plate

14. Merek trafo

5. Hubungan Pada Transformator Tiga Fase

Menurut (Supriyadi, 2019) Umumnya dikenal 3 cara untuk merangkai

kumparan pada transformator tiga fase, yaitu hubungan bintang, hubungan delta,

dan hubungan zig zag.

a. Transformator 3 fase Hubung Bintang Bintang (Y-Y)

Pada jenis ini ujung ujung pada masing masing terminal dihubungkan

secara bintang. Titik netral dijadikan menjadi satu. Hubungan dari tipe ini lebih

ekonomis untuk arus nominal yang kecil, pada transformator tegangan tinggi

Jumlah dari lilitan perfase dan jumlah isolasi minimum karena tegangan fase

17

tegangan jala-jala (Line), juga tidak ada perubahan fase antara tegangan primer

dengan sekunder. Bila beban pada sisi sekunder dari transfor-mator tidak

seimbang, maka tegangan fase dari sisi beban akan berubah kecuali titik bintang

dibumikan.

Perhitungan pada hubung bintang bintang.

Sisi Primer :

Sekunder:

Gambar 2.2 Transformator hubungan bintang bintang

b. Transformator Hubung SegitigaSegitiga (Δ - Δ)

18

Pada jenis ini ujung fase dihubungkan dengan ujung netral kumparan lain

yang secara keseluruhan akan terbentuk hubungan delta/ segitiga. Hubungan ini

umumnya digunakan pada sistem yang menyalurkan arus besar pada tegangan

rendah dan yang paling utama saat keberlangsungan dari pelayanan harus

dipelihara meskipun salah satu fase mengalami kegagalan.

Perhitungan pada hubungan segitigasegitiga.

Sisi Primer :

Sekunder :

19

Gambar 2.3 Transformator hubungan segitiga segitiga

c. Transformator Hubung Bintang Segitiga ( Y - Δ)

Pada hubung ini, kumparan pada sisi primer di rangkai secara bintang

(wye) dan sisi sekundernya di rangkai segitiga. Umumnya digunakan pada

transformator untuk jaringan transmisi yang mana tegangan nantinya akan

diturunkan (Step- Down). Pada hubungan ini, perbandingan tegangan jala-

jala kali perbandingan lilitan transformator dan tegangan sekunder tertinggal

300 dari tegangan primer.

Perhitungan pada hubungan bintang segitiga.

Sisi Primer :

20

Sekunder

Gambar 2.4 Transformator hubungan bintang segitiga

d. Transformator Hubungan Segitiga Bintang (Δ - Y)

Pada hubung ini, sisi primer transformator dirangkai secara segitiga

sedangkan pada sisi sekundernya merupakan rangkaian bintang sehingga pada sisi

sekundernya terdapat titik netral. Biasanya digunakan untuk menaikkan tegangan

(Step -up) pada awal sistem transmisi tegangan tinggi Dalam hubungan ini

perbandingan tegangan kali perbandingan lilitan transformator dan tegangan

sekunder mendahului sebesar 300.

Perhitungan pada hubungan segitiga bintang.

Sisi Primer:

21

sekunder :

Gambar 2.5 Transformator hubungan segitiga bintang

e. Hubungan Zig – Zag

Kebanyakan transformator distribusi selalu dihubungkan bintang, salah

satu syarat yang harus dipenuhi oleh transformator tersebut adalah ketiga fasenya

harus diusahakan seimbang. Apabila beban tidak seimbang akan menyebabkan

timbulnya tegangan titik bintang yang tidak diinginkan, karena tegangan pada

peralatan yang digunakan pemakai akan berbeda-beda.

22

Untuk menghindari terjadinya tegangan titik bintang, diantaranya adalah

dengan menghubungkan sisi sekunder dalam hubungan Zig-zag. Dalam hubungan

Zigzag sisi sekunder terdiri atas enam kumparan yang dihubungkan secara khusus.

Ujung-ujung dari kumparan sekunder disambungkan sedemikian rupa, supaya

arah aliran arus didalam tiap-tiap kumparan menjadi bertentangan. Karena e1

tersambung secara berlawanan dengan gulungan e2, sehingga jumlah vektor dari

kedua tegangan itu menjadi :

Tegangan titik bintang eb = 0

nilai tegangan fase

Sedangkan tegangan jala jala :

23

Gambar 2.6 Transformator hubungan zig zag

6 Perhitungan persentase pembebaban transformator

Untuk menghitung arus beban penuh (full load) dapat menggunakan rumus:

Keterangan: IFL = arus beban penuh (A) S = daya transformator

(kVA) V = tegangan sisi sekunder transformator (V)

Sedangkan untuk menghitung pembebanan transformator dapat

menggunakan rumus dibawah ini:

24

Keterangan : IR = arus phasa R

VR-N = tegangan phasa R terhadap netral

IS = arus phasa S

VS-N = tegangan phasa S terhadap netral

IT = arus phasa T

VS-N = tegangan phasa T terhadap netral

7 Gangguan Pada Generator

Ada beberapa macam gangguan yang terjadi pada generator, gangguan ini

merupakan gangguan yang timbul dan terjadi pada bagian listrik dari generator.

Gangguan tersebut sebagai berikut:

a. Hubung singkat tiga fase

Pada hubung singkat tiga fase ditandai oleh terjadinya alus lebih pada

stator. Gangguan ini akan menimbulkan loncatan bunga apai dengan suhu

tinggi yang dapat melelehkan belitan dengan resiko kebakaran. Maka untuk

menghindari hal tersebut isolasi harus terbuat dari bahan anti api atau

nonflammable.

b. Hubungan singkat dua fase

Pada hubung singkat dua fase ternyata lebih berbahaya dibandingkan

gangguan hubungsingkat tiga fase , karena pada gangguan ini akan

25

mengakibatkan kerusakan pada belitan yang menimbulkan vibrasi pada

kumparan stator. Selain itu juga akan terjadi kerusakan yang timbul pada

poros dan kopling turbin akibat adanya momen puntir yang besar.

c. Stator hubungsingkat satu fase ke tanah

Gangguan ini menimbulkan bunga api dan merusak isolasi dan inti besi

yang, kerusakan ini termasuk kerusakan srius yang perbaikannya harus secara

total, dan meskipun gangguan kecil namun harus segera proteksi. Akibat dari

gangguan ini diperbaiki dengan cara menyambung taping atau mengganti

sebagian konduktor.

d. Gangguan rotor hubung tanah

Gangguan ditandai rotor generator yang belitannya tidak duhubungkan

ke tanah. Apabila suatu sisi terhubung ke tanah sementara sisi sebelumnya

tidak terselesaikan maka akan terjadi kehilangan arus pada sebagaian belitan

yang terhubung singkat dari tanah. Akibatnya akan terjadi ketidakseimbangan

fluksi, sehingga menimbulkan vibrasi yang berlebihan serta terjadi kerusakan

yang bersifat fatal pada rotor.

e. Kehilangan medan penguat

Gangguan ini membuat putaran mesun naik, dan berfungsi sebagai generator

induksi. Akibatnya rotor dan pasak, arus induksi yang bersirkulasi pada rotor.

Sehingga kehilangan medan penguat dapat dimungkinkan oleh:

1) Jatuhnya saklat penguat (41AC)

2) Kerusakan sistem AVR

3) Terjadi over voltage (Tegangan lebih)

26

4) Hubung singkat pada belitan penguat.

5) Kerusakan kontak-kontak sikat arang pada sisi penguat

C. Gangguan 3 Fase

1. Pengertian Gangguan

Merdensyah (dalam Gaffar, Agussalim dan Arisandi, 2017) gangguan

adalah suatu ketidaknormalan (interferes) dalam sistem tenaga listrik yang

mengakibatkan mengalirnya arus yang tidak seimbang dalam sistem tiga

fase. Gangguan dapat juga didefinisikan sebagai semua kecacatan yang

mengganggu aliran normal arus ke beban. Tujuan dilakukan analisa

gangguan adalah :

a. Penyelidikan terhadap unjuk kerja rele proteksi

b. Untuk mengetahui kapasitas rating maksimum dari pemutus tenaga

c. Untuk mengetahui distribusi arus gangguan dan tingkat tegangan sistem pada

saat terjadinya gangguan.

2. Klasifikasi Gangguan

Menurut (Haikal & Djalal, 2015). Berikut ini adalah klasifikasi gangguan :

a. Berdasarkan kesimetrisannya :

1) Gangguan Asimetris, merupakan gangguan yang mengakibatkan tegangan

dan arus yang mengalir pada setiap fasenya menjadi tidak seimbang,

gangguan ini terdiri dari :

27

a) Gangguan Hubung Singkat Satu Fase ke Tanah, yakni suatu

gangguan yang disebabkan karena salah satu fase terhubung

singkat ke tanah atau ground.

b) Gangguan Hubung Singkat Dua Fase, yakni gangguan yang

disebabkan karena fase dan fase antar kedua fase terhubung singkat

dan tidak terhubung ke tanah.

c) Gangguan Hubung Singkat Dua Fase ke Tanah, yaitu gangguan

yang berlangsung apabila kedua fase terhubung singkat ke tanah.

2) Gangguan Simetris, merupakan gangguan yang terjadi pada semua

fasenya sehingga arus maupun tegangan setiap fasenya tetap seimbang

setelah gangguan terjadi. Gangguan ini terdiri dari :

a) Gangguan Hubung Singkat Tiga Fase yakni gangguan yang terjadi

ketika ketiga fase saling terhubung singkat.

b) Gangguan Hubung Singkat Tiga Fase ke Tanah yakni gangguan

yang timbul ketika ketiga fase terhubung singkat ke tanah.

Semua gangguan hubung singkat diatas, arus gangguannya

dihitungdengan menggunakan rumus dasar yaitu :

I =

Dimana :

I = Arus (A)

V = Tegangan sumber (V)

28

Z = Impedansi jaringan, nilai ekivalen dari seluruh impedansi di

dalam jaringan dari sumber tegangan sampai titik gangguan (Ohm)

b. Berdasarkan lama terjadi gangguannya

1) Gangguan Transient (temporer), merupakan gangguan yang hilang

dengan sendirinya apabila pemutus tenaga terbuka dari saluran transmisi

untuk waktu yang singkat dan setelah itu dihubungkan kembali.

2) Gangguan Permanen, merupakan gangguan yang tidak hilang atau tetap

ada apabila pemutus tenaga terbuka pada saluran transmisi untuk waktu

yang singkat dan setelah itu dihubungkan kembali.

Selain itu, gangguan juga terbagi menjadi dua jenis kategori yaitu :

a) Hubung singkat

b) Putusnya kawat

Dalam kategori pertama termasuk hubung singkat satu atau dua fase

dengan tanah, hubung singkat antara dua fase, dan hubung singkat tiga fase

satu sama lain, atau hubung singkat tiga fase dengan tanah. Dalam kategori

kedua termasuk putusnya satu atau dua kawat. Terkadang, hubung singkat

dan putusnya kawat dapat terjadi bersamaan. Kadang-kala terjadi juga

hubung singkat di beberapa tempat sekaligus (Arismunandar,2004 : 69).

3 Hubung singkat tiga fase

Gangguan hubung singkat tiga fase termasuk dalam klasifikasi gangguan

simetris, dimana arus maupun tegangan stiap fasenya tetap seimbang setelah

gangguan terjadi. Sehingga pada sistem seperti ini dapat dianalisa hanya dengan

29

menggunakan urutan positif saja. Gangguan hubung singkat tiga fase dapat dilihat

seperti pada gambar dibawah ini :

Gambar 2.7 Gangguan hubung singkat tiga fase

Untuk mencari nilai arus hubung singkat pada gangguan hubung singkat tiga fase

ini dapat dicari dengan menggunakan rumus :

Dimana:

Vf : Tegangan pada titik gangguan sesaat sebelum terjadinya gangguan (V)

Z1 : Impedansi urutan positif dilihat dari titik suatu gangguan (Ω)

4 Keuntungan tiga fase

Sementara domestik hampir semuanya mengambil listrik mereka dalam

bentuk daya fase tunggal, semua sistem daya besar menggunakan tiga fase. Ada

sejumlah keuntungan dalam memiliki sistem tiga fase: (i) daya dan torsi konstan

dalam motor atau generator tiga fase, yang berarti bahwa mesin akan berjalan

lebih lancar daripada mesin fase tunggal di mana torsi berdenyut pada dua kali

frekuensi sistem; (ii) untuk ukuran tertentu, I.E untuk jumlah baja dan tembaga

tertentu, mesin tiga fase memiliki daya output yang lebih besar; (iii) Sistem

30

transmisi tiga fase akan membawa daya yang lebih besar daripada sistem fase

tunggal, hal-hal lain sama. Alasan untuk ini akan dijelaskan nanti. Poin kedua dan

ketiga adalah cinsiderasi ekonomi yang benar-benar ekonomi, dan karena sistem

daya sangat besar dan mahal, cinsiderations ekonomi yang merugikan ini dan

banyak espects lainnya.

koneksi bintang dan delta

Gambar 2.8 Generator tiga fase sederhana

Dapat dinyatakan sebagai berikut :

e1 = e0 sin wt

e2 = e0 sin (wt - 120°)

e3 = e0 sin (wt - 240°)

e3 = e0 sin (wt + 120°)

31

Gambar 2.9 E.M.F dari generator tiga fase

Gambar 2.10 Koneksi bintang generator tiga fase

Gambar 2.11 Koneksi delta dari generator tiga fase

Untuk mendapatkan hubungan antara VL dan VP mungkin lebih mudah

untuk mempertimbangkan fugure 2. Yang mirip dengan gambar 2. Tetapi dengan

32

VL dialihkan ke sisi kanan, dari segitiga yang mengandung VL, kita dapatkan

dengan aturan sinus

=

Karena itu

=

Karena itu

= (Koneksi bintang)

Gambar 2.12 Diagram fasor untuk generator terhubung bintang

Gambar 2.13 Diagram fasor untuk menunjukkan hubungan antara dan

untuk generator terhubung bintang

33

=

Karena itu

=

Karena itu

= (Koneksi Delta)

D. Perangkat Lunak PSCAD (Power System Computer Aided Design)

1. Pengertian PSCAD (Power System Computer Aided Design)

PSCAD merupakan perangkat lunak simulasi standar industri dalam

mengamati perilaku transien dari suatu jaringan listrik. Konsumen grafisnya

diinterpretasikan sebagai sumber daya untuk menghadapi stimulasi yang

dilakukan dalam lingkungan terintegrasi tunggal termasuk pembuatan sirkuit,

kontrol run-time, pelaporan dan analisis hasil. Pustaka modelnya yang

komprehensif mendukung sebagian besar ac dan dc komponen dan kontrol

pembangkit listrik, sedemikian rupa sehingga FACTS, daya khusus, dan sistem

HVDC dapat dimodelkan dengan kecepatan dan presisi. Ini menyediakan sumber

daya yang kuat untuk menilai dampak teknologi daya baru di jaringan daya

(Anaya & Acha, 2014).

PSCAD adalah alat simulasi domain waktu komersial tujuan umum untuk

mempelajari perilaku transien dari jaringan listrik. Kekuatannya, selain kinerja

komputasi dan antarmuka pengguna yang canggih, berada dalam modularitas

pemodelan dan kemampuan untuk memodelkan komponen menggunakan

34

komponen pustaka standar atau komponen model yang dibuat pengguna dari

tingkat detail yang diinginkan. PSCAD menyediakan apa yang disebut API

otomatisasi, antarmuka Python yang dapat digunakan untuk berinteraksi dengan

perangkat lunak, mis. membuka dan memuat proyek, mengatur parameter model

dan menjalankan simulasi (Divshali dkk, 2019).

Kesederhanaan penggunaan adalah salah satu fitur luar biasa dari PSCAD /

EMTDC. Banyak sekali kemampuan pemodelannya dan algoritma serta metode

yang sangat kompleks bersifat transparan bagi pengguna, membuatnya bebas

untuk memusatkan upayanya pada analisis hasil daripada pada pemodelan

matematika. Untuk tujuan perakitan sistem, pengguna dapat menggunakan basis

besar komponen bawaan yang tersedia di PSCAD / EMTDC atau untuk model

yang ditentukan pengguna sendiri.

PSCAD (Power Systems Computer Aided Design) adalah pengguna grafis

antar muka yang fleksibel serta kuat bagi mesin simulasi transien elektromagnetik

populer di dunia. PSCAD merupakan sebuah aplikasi yang dapat memudahkan

pengguna untuk membangun sirkuit secara otomatis, mensimulasikan ,

menganalisis hasil, dan mengelola suatu data dalam bentuk grafis yang menyatu

sepenuhnya. Fungsi suatu kontrol serta meter plot online yang memungkinkan

pengguna untuk dapat mengubah parameter sistem sepanjang berjalannya

simulasi dan melihat efeknya saat sedang berlangsung (Manitoba HVDC

Research Centre, 2018: 1).

Selain itu, PSCAD mempunyai perpustakaan model simulasi yang telah

diuji dan diprogram, mulai dari elemen pasif sederhana hingga fungsi kontrol, dan

35

model yang lebih kompleks, seperti perangkat FACTS penuh, saluran transmisi

,kabel dan mesin listrik. Apabila model yang diperlukan tidak ada, PSCAD

memudahkan jalan untuk membangun sebuah model khusus. Misalnya, model

khusus dapat dibangun dengan menyatukan model-model yang ada untuk

membentuk sebuah modul, atau dengan membangun model-model dasar dari awal

dalam lingkungan desain yang fleksibel.

2. Studi Tipikal PSCAD/ EMTDC

Menurut Manitoba HVDC Research Centre (2018: 2-3) cakupan

pengguna PSCAD meliputi insinyur, ilmuwan akademisi, konsultan, lembaga

penelitian dan militer yang mana dalam hal ini PSCAD digunakan dalam desain,

operasi, spesifikasi tender serta pembelajaran. Adapun beberapa studi yang

dilakukan secara rurin dalam hal penggunaan PSCAD diantaranya adalah sebagai

berikut:

a. Koordinasi Relay

b. Koordinasi pemutus dan penahan , dan isolasi transformator.

c. Uji impuls transformator.

d. Evaluasi analisis harmonik dan desain filter.

e. Analisis kontijensi jaringan AC yang meliputi mesin putar, turbin, trafo,

saluran transmisi, excavator, kabel beserta beban.

f. Pengaturan efek saturasi Trafo.

g. Sub-syncous resonance (SSR) study jaringan dengan mesin, saluran

transmisi dan sistem HVDC.

36

h. Konstruksi sistem control dan koordinasi FACTS dan HVDC termasuk

STATCOM, VSC, dan cycloconverters.

i. Desain parameter pengontrol yang optimum.

j. Eksplorasi konsep circuit dan kontrol baru.

k. Studi gangguan atau operasi pemutus dan sambaran petir.

l. Desain kapal angkatan laut listrik

m. Analitis efek denyut mesin diesel dan turbin angin pada jaringan listrik

3. Pengenalan Aplikasi PSCAD

Jika PSCAD diinstal secara lokal pada mesin Anda, buka Start | Semua

Program | PSCAD | PSCADX4 | PSCAD <Version> di menu Start Windows

untuk memulainya.

Jika PSCAD diinstal melalui MyUpdater:

a. Pergi ke Mulai | Semua Program | PSCAD | MyUpdater di menu Start

Windows untuk meluncurkan MyUpdater.

b. Masuk ke MyUpdater.

c. Pilih tautan Instal atau Perbarui yang terkait dengan perangkat lunak, jika

berlaku.

d. Pilih Jalankan untuk meluncurkan PSCAD.

Anda akan melihat lingkungan PSCAD utama seperti yang ditunjukkan di bawah

ini.

37

Gambar 2.14 Tampilan utama PSCAD (Muller, 2005)

a. Kontrol Bar

Area langsung di bawah bilah judul aplikasi disebut bilah kendali pita.

Sebagian besar fungsi yang tersedia di aplikasi PSCAD dapat ditemukan di sini.

Gambar 2.15 Tampilan kontrol bar (Muller, 2005)

b. Schematic Tabs

Setiap proyek yang dimuat dalam ruang kerja akan diwakili oleh tab

skematik. Tab itu sendiri menampilkan nama proyek, bersama dengan nama, jalur

dan nomor panggilan dari modul yang kanvasnya sedang dilihat. Nomor

panggilan -1 menunjukkan bahwa tampilan saat ini adalah definisi modul (mis.

Latar belakang kanvas skematis non-putih).

38

Gambar 2.16 Schematic Tabs (Muller, 2005)

c. Workspace and Messages Windows

Di sudut kiri atas lingkungan, Anda akan melihat jendela merapat yang

disebut sebagai jendela Workspace (memiliki perpustakaan utama dan mungkin

proyek lain yang ditampilkan di dalamnya). Jika tidak terlihat, buka bilah kontrol

pita, klik pada tab Lihat dan kemudian pilih Workspace di tombol drop list Panes.

Gambar 2.17 Workspace and messages windows (Muller, 2005)

Ruang kerja memberi Anda tampilan keseluruhan dari setiap perpustakaan

dan / atau proyek kasus yang dimuat. Anda dapat menggunakannya untuk

melakukan berbagai kegiatan, seperti navigasi atau mengakses file.Tepat di bawah

39

ruang kerja atau editor definisi, adalah jendela lain yang merapat yang disebut

sebagai panel Bangun Pesan. Jika tidak terlihat, buka bilah kontrol pita, klik pada

tab Lihat dan kemudian pilih Pesan di tombol drop list Panes. Semua pesan

peringatan dan kesalahan status navigasi (informasi), yang terlibat dalam prosedur

Build dan Runtime, dicatat di jendela ini - jadi, disarankan agar jendela ini tetap

terlihat setiap saat.

d. Opening A Case Project

Membuka Proyek Kasus Kami akan mulai dengan contoh kasus paling sederhana

untuk tutorial ini. Latihan ini akan membantu kami memastikan bahwa kedua

PSCAD, dan setiap kompiler FORTRAN yang digunakan, dipasang dengan benar.

Kami akan belajar membuat case dari awal di tutorial yang berjudul Creating a

New Project.

Untuk memuat proyek kasus yang ada, lakukan salah satu operasi berikut:

1) Klik tombol Open Project di bilah akses cepat:

Gambar 2.18 Open project (Muller, 2005)

2) Tekan tombol pintas Ctrl + o keyboard.

3) Klik tab PSCAD di bilah kendali pita dan pilih Buka (melakukan Open |

Open Project secara default):

40

Gambar 2.19 Tab PSCAD (Muller, 2005)

Anda akan melihat dialog Open File muncul di layar Anda. Secara default,

jenis file yang dipilih adalah Kasus dan Perpustakaan (* .pscx, .pslx) di bagian

bawah dialog.

Gambar 2.20 Kotak dialog open file (Muller, 2005)

Arahkan ke direktori tutorial di dalam folder contoh proyek Anda (C: \

Users \ Public \ Public Documents \ PSCAD [versi] \ Contoh). Klik pada file

vdiv.pscx dan kemudian klik tombol Open untuk memuat proyek ini.

41

CATATAN: Anda dapat menavigasi langsung ke folder contoh dengan mengklik

tab PSCAD di bilah kontrol pita dan memilih Buka | Buka Contoh.

Jendela ruang kerja sekarang akan mencantumkan proyek tambahan

berjudul vdiv (Pembagi Tegangan Fase Tunggal) langsung di bawah proyek

perpustakaan utama. Kanvas skematis utama untuk proyek akan terbuka secara

otomatis di tab jendela Skema. Anda akan melihat rangkaian pembagi tegangan

rakitan seperti yang ditunjukkan di bawah ini, yang terletak di sudut kiri atas

halaman utama dalam proyek yang baru saja Anda buka. Plot terletak langsung di

sebelah kanan sirkuit.

Gambar 2.21 Rangkaian sederhana PSCAD (Muller, 2005)

42

Rangkaian ini terdiri dari sumber tegangan resistif satu fase yang

terhubung ke beban resistif. Karena besarnya resistansi sumber (1) dan resistansi

beban adalah sama, tegangan pada terminal beban adalah setengah dari tegangan

di belakang resistansi sumber. Tegangan ini diukur menggunakan voltmeter yang

disebut Vmid yang terhubung ke simpul antara sumber dan beban. Arus dalam

rangkaian harus:

Plot dan grafik akan berisi nilai-nilai tegangan pada titik tengah rangkaian, dan

arus yang mengalir melalui rangkaian saat simulasi proyek dijalankan.

e. Running a Simulation

Sebelum menjalankan simulasi, akan dilalakukan perhitungan sederhana

untuk mencari tahu apa arus beban dan tegangan titik-tengah yang seharusnya kita

harapkan. Klik dua kali pada komponen sumber untuk membuka dan melihat

parameternya - perhatikan bahwa besarnya tegangan sumber adalah 70,71 kV

RMS (atau puncak 100 kV). Tutup dialog ini dengan mengklik tombol Batal di

bagian bawah dialog dan klik kiri di mana saja di ruang kosong pada halaman,

untuk membatalkan pilihan komponen sumber yang dipilih. Untuk tegangan

sumber 100 kV, kita tahu bahwa tegangan titik tengah harus 50 kV puncak, dan

arus beban harus 50 kA puncak. Sekarang mari kita jalankan simulasi dan benar-

benar memverifikasi bentuk gelombang arus dan tegangan.

43

Untuk menjalankan kasing, cukup klik tombol Jalankan di tab Beranda

pada bilah kontrol pita.

Gambar 2.22 Gambar simulasi Run (Muller, 2005)

Ketika tombol ini ditekan, PSCAD akan melewati beberapa tahap

pemrosesan sirkuit sebelum memulai simulasi. Anda harus melihat pesan di bilah

status, di bagian bawah jendela PSCAD, yang terkait dengan berbagai tahapan

proses. Bergantung pada seberapa cepat komputer Anda, Anda mungkin tidak

dapat membacanya.

Tonton grafik saat simulasi berlangsung. Jika Anda melihat di dekat sudut

kanan bawah lingkungan, Anda akan melihat pesan xx% selesai di mana xx

mewakili persentase dari total panjang simulasi. Di sebelah kanan Anda juga akan

melihat waktu simulasi saat ini, yang berubah dengan simulasi. Sekali lagi,

tergantung pada kecepatan komputer Anda, simulasi dapat selesai hampir secara

instan.

Kasing tutorial ini diatur untuk dijalankan selama 0,2 detik. Di akhir

proses Anda akan melihat pesan EMTDC dijalankan selesai di bilah status. Plot

Anda akan terlihat mirip dengan yang berikut, tergantung pada pengaturan plot

Anda:

44

Gambar 2.23 Gambar hasil simulasi PSCAD (Muller, 2005)

Pastikan simulasi Anda menghasilkan hasil yang sama seperti yang

ditunjukkan di sini. Ini adalah satu langkah menuju memastikan bahwa PSCAD

Anda dipasang dengan benar.

Klik lagi pada tombol Run untuk melihat proses sekali lagi. PSCAD akan

melalui ketiga tahap (mis. Kompilasi, bangun, dan jalankan); Namun, Anda

mungkin tidak dapat mendeteksi dua tahap pertama, karena mereka berlalu

dengan sangat cepat. Ini karena PSCAD melakukan mereka hanya jika ada

perubahan pada sirkuit.

f. Printing the Circuit

Untuk mencetak sirkuit bersama dengan grafik yang baru saja Anda

simulasi, klik tombol mouse kanan pada latar belakang Skema dan pilih item Print

Page atau Print Preview Page.

Jika Anda memilih Halaman Cetak, dialog Halaman Cetak akan ditampilkan. Isi

dialog Halaman Cetak tergantung pada apa yang Anda cetak - klik tombol OK

untuk melanjutkan.

45

Gambar 2.24 Tampilan Print Priview Page (Muller, 2005)

Jika Anda memilih Print Preview Page, semua gambar dan teks dalam

proyek akan ditampilkan pada layar Print Preview (lihat di bawah). Pilih Cetak

untuk menampilkan dialog Halaman Cetak (lihat di atas).

46

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

Penelitian ini dilakukan dengan metode simulasi menggunakan perangkat-

lunak PSCAD. Model (simulator) yang telah dibangun, kemudian disimulasikan

untuk mendapatkan hasil simulasi guna mengetahui performansnya. Simulasi

dilakukan untuk kedua kondisi operasi di SEE, yakni operasi normal dan

ubnormal atau gangguan hubung-singkat.

A. Waktu dan Tempat Penelitian

Waktu : April s/d Agustus 2020

Tempat : Lt.3 Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar,

Jalan Sultan Alauddin No. 259 Makassar

B. Alat dan Bahan

1. Alat

a. Komputer TOSHIBA satelit C40-A dengan spesifikasi:

Prosessor : Intel ® Core™ i3-3110M CPU @2.3Hz

Prosessor Grafis : Intel HDGraphic

Memori RAM : 2GB

Hardisk : HDD

Sistem Operasi : Windows 10

47

b. Perangkat lunak Power System Computer Aided Design (PSCAD)

student version.

2. Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah semua referensi yang

tersemat dalam daftar pustaka .

C. Skema/ Konfigurasi Penelitian

Gambar skema terbagi tiga yakni: (i) skema sistem monitoring operasi

normal dengan metode besaran aktual (ii) skema sistem monitoring operasi

normal dengan metode besaran per unit dan (iii) skema sistem monitoring operasi

gangguan dengan metode besaran per unit. Setiap skema akan terimplementasi ke

masing-masing dalam satu model/simulator, sehingga akan diperoleh Model-01,

Model-02 & Model-03. Serta diagram segaris pada Gambar 3.2 dan 3.5.


besaran aktual

(i)

Lingkungan Software PSCAD

Sistem Energi Elektrik (SEE)

48

Gambar 3.2 Diagram segaris kondisi operasi normal dengan sistem besaran

aktual

Gambar 3.3 Kondisi operasi normal dengan sistem besaran per unit

(ii)

49

Gambar 3.4 Skema kondisi operasi gangguan (Abnormal) dengan besaran

per unit

Gambar 3.5 Diagram segaris kondisi operasi gangguan (Abnormal) dengan

besaran per unit

(iii)

50

D. Langkah Penelitian

Secara garis besar tahapan yang dilakukan dalam penelitian ini di

tunjukkan pada bagan alir berikut.

Gambar 3.6 Langkah penelitian

Mulai

Mengidentifikasi Masalah

1. Bagaimana model simulator sistem monitoring kondisi operasi SEE

dengan metode per unit menggunakan perangkat lunak PSCAD?

2. Bagaimana performansi simulator sistem monitoring kondisi operasi

SEE dengan metode per unit menggunakan perangkat lunak

PSCAD?

3.

Studi Pustaka

Mengkaji buku,skripsi, dan jurnal mengenai sistem perunit,

pembebanan trafo, gangguan tiga fase dan aplikasi PSCAD

Pemodelan pada sistem

Menjalankan simulasi

Analisa dan melakukan penulisan laporan

penelitian

Kesimpilan & Saran

Selesai

51

E. Jadwal Penelitian

Tabel 3.1 Jadwal penelitian 2020

No. Kegiatan Bulan

Apr. Mei. Jun. Jul. Agus

1 Mengidentifikasi Masalah

2 Studi Pustaka

3 Pemodelan generator 3 fase dan

gangguan

4 Uji coba rangkaian simulasi

PSCAD

5 Analisa data hasil pengujian

6 Pembuatan laporan

52

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Penelitian ini bertujuan untuk mendesain, membangun dan menyimulasikan

sistem monitoring kondisi operasi atau status operasi Sistem Energi Elektrik

(SEE). Status operasi SEE, secara garis besar terdiri atas dua yakni status operasi

normal dan status operasi gangguan (abnormal).

Secara garis besar, bangunan model PSCAD terdiri atas tiga yakni:

1) Model-01, merupakan model monitoring SEE berbasis besaran

tegangan aktual;

2) Model-02, merupakan model monitoring SEE berbasis besaran

tegangan per unit, dalam kondisi operasi normal;

3) Model-03, yang mana merupakan model monitoring SEE berbasis

besaran tegangan per unit, dalam kondisi operasi gangguan;

Simulasi dilakukan pada kondisi normal yaitu monitoring dengan besaran

aktual dan besaran tegangan per unit dengan variasi pembebanan 134,16 MVA;

111,80 MVA; 76,16 MVA dan 38,08 MVA. Sementara itu, monitoring kondisi

operasi gangguan terdiri atas monitoring besaran tegangan per unit pada kondisi

gangguan dua fase (AB) dan monitoring kondisi gangguan tiga fase (ABC),

dengan variasi, resistansi gangguan 1, 2, 5 dan 10 dengan beban 134,16 MVA.

53

A. Perbandingan Monitoring Status Operasi SEE, antara Sistem Monitoring

Berbasiskan Besaran Aktual dengan Sistem Per Unit pada Kondisi

Operasi Normal

1. Monitoring Besaran Tegangan Aktual

Gambar 4.1. Model sistem monitoring SEE dengan metode besaran

aktual

Model ini berfungsi untuk menyimulasikan sistem monitoring status operasi

normal SEE dengan metode besaran aktual. Sistem tersebut terdiri atas empat

komponen utama.

a. Model SEE: komponen ini berfungsi memodelkan SEE yang terdiri atas

sumber tegangan tiga-fase, 13,8 kV: 50 Hz. Sumber ini menyuplai trafo

tiga-fase penaik tegangan (step-up), dari tegangan 13,8 kV ke 230 kV.

Selanjutnya, beban kompleks tiga-fase bertegangan 230 kV mendapatkan

suplai dari saluran transmisi 230 kV sepanjang 40 km.

b. Instrumen yang meliputi instrumen arus & tegangan (antarfase).

Instrumen-instrumen itu berfungsi untuk mengukur besaran yang

dibutuhkan.

54

c. Prosesor fasor, berfungsi untuk mengolah besaran arus saluran di sisi TR

& TT trafo, agar terukur dalam besaran fasor.

Display, berfungsi untuk menampilkan besaran terukur, sesuai instrumen

yang digunakan baik dalam bentuk data numeris, domain fasor maupun domain

waktu (Gambar 4.2). Display terdiri atas tiga komponen utama: 1) display

numeris untuk tegangan aktual sisi TR & TT [bagian kiri-atas gambar] 2) display

domain fasor untuk arus saluran aktual sisi TR & TT [bagian kiri-bawah gambar],

serta 3) display domain waktu untuk tegangan aktual sisi TR & TT [bagian kanan

gambar].

(a) Numeris dan grafik domain waktu

12,73 kV 221,75 kV

Vm=19,47 kV Vm=300,74 kV

55

(b) Grafik domain fasor arus saluran

Gambar 4.2. Display sistem monitoring SEE berbeban 134,16 MVA dengan

metode besaran aktual

Display dari sistem monitoring besaran tegangan aktual untuk SEE dengan

kasus beban 134,16 MVA, ditampilkan oleh Gambar 4.2. Display numeris pada

gambar (a) untuk tegangan aktual menunjukkan nilai 12,73 dan 221,75 kV yang

masing-masing untuk sisi TR dan TT dari trafo. Jadi, dengan kata lain, nilai

tegangan sekunder naik sekitar 17 kali lipat dibandingkan dengan nilai tegangan

primer, yang mana hal ini konsisten dengan rasio belitan dari trafo tersebut.

Fenomena tegangan trafo di sisi TR & TT, berupa adanya perbedaan nilai

tegangan, dalam hal ini sisi TT lebih tinggi sekitar 17 kali lipat dari tegangan TR,

yang hanya sekitar 12,7 kV. Fenomena tersebut sama sekali tidak memberikan

informasi akan status operasi SEE, meskipun pada saat itu kondisi realnya adalah

SEE sedang beroperasi atau menyuplai beban normal. Nilai-nilai tegangan

tersebut, juga terkonfirmasi oleh grafik domain waktu pada Gambar (a) dari

tegangan fase AB, baik di sisi TR maupun sisi TT, yang mana menujukkan bahwa

nilai maksimum tegangan masing-masing adalah sekitar 19,47 kV dan 300,74 kV.

Arus Saluran [Daya Beban: 134.16 MVA]

-46,83° 0,31 kA 5,25 kA -24,48°

56

Sementara itu, diagram domain fasor pada Gambar (b) juga menunjukkan

arus pada ketiga saluran (Fase-A, -B dan –C) terlihat simetris, pada nilai sekitar

5,25 dan 0,31 kA, yang masing-masing arus saluran untuk sisi TR dan sisi TT dari

trafo. Arus-arus tersebut berkenaan dengan beban yang sedang disuplai pada saat

itu, yakni beban kompleks sebesar 134,16 MVA.

Hasil simulasi untuk varian beban yang lain, pada prinsipnya menunjukkan

fenomena yang serupa dengan kasus yang sudah dijelaskan di atas. Hasil simulasi

keseluruhan kasus, dapat dilihat pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1. Hasil simulasi sistem monitoring tegangan aktual

No. Beban Tegangan-Fase-

AB Trafo

Fenomena

Tegangan

Trafo, Sisi

TR-TT*)

Status

Operasi

SEE**) Daya-

Semu

Tiga-

Fase

(MVA)

Daya-

Nyata

(MW)

Daya-

Reaktif

(Mvar)

Sisi

TR

(kV)

Sisi

TT

(kV)

1 134,16 120 60 12,73 221,75 Berbeda TBS

2 111.80 100 50 12,73 222,80 Berbeda TBS

3 76,16 70 30 12,73 224,93 Berbeda TBS

4 38,08 35 15 12,73 226,32 Berbeda TBS *)

Berbeda = Berbeda sesuai rasio belitan **)

TBS = Tidak bisa disimpulkan

Tabel 4.1 menampilkan performans sistem monitoring status operasi SEE

atas empat macam nilai beban, dari yang terbesar 134,16 MVA hingga terkecil

38,08 MVA. Hasil simulasi menunjukkan bahwa sistem monitoring dengan

metode ini, yang didasari fenomena tegangan di sisi primer (TR) dan sekunder

(TT), tidak mampu memberikan informasi secara serta-merta atau seketika,

tentang status operasi SEE (disebut status operasi: tidak bisa disimpulkan, TDS).

57

Oleh karena itu, pada prinsipnya tegangan primer dan sekunder, berbeda

sekitar 17 kali lipat, karena ia mengkuti rasio belitan trafo. Dengan demikian,

sistem monitoring status operasi dengan berbasis tegangan aktual, tidak cukup

membantu untuk mengetahui normal atau tidaknya kondisi operasi SEE saat itu,

sehingga disebut status operasi tidak bisa disimpulkan (TDS).

2. Monitoring Besaran Tegangan Per Unit

Gambar 4.3. Model sistem monitoring SEE dengan metode besaran

tegangan per unit

Model ini berfungsi untuk menyimulasikan sistem monitoring status

operasi normal SEE dengan metode besaran per unit. Sistem tersebut identik

dengan yang sebelumnya dengan tambahan komponen prosesor per unit.

a. Model SEE: komponen ini berfungsi memodelkan SEE yang terdiri atas

sumber tegangan tiga-fase, 13,8 kV, 50 Hz. Sumber ini menyuplai trafo

tiga-fase penaik tegangan (step-up), dari tegangan 13,8 kV ke 230 kV.

Selanjutnya, beban kompleks tiga-fase bertegangan 230 kV mendapatkan

suplai dari saluran transmisi 230 kV sepanjang 40 km.

58

b. Instrumen yang meliputi instrumen arus & tegangan (antarfase).

Instrumen-instrumen itu berfungsi untuk mengukur besaran-besaran yang

dibutuhkan.

c. Prosesor per unit, berfungsi untuk mengolah besaran tegangan aktual trafo

(sisi TR & TT) menjadi tegangan dalam per unit.

d. Prosesor fasor, berfungsi untuk mengolah besaran arus aktual (sisi TR &

TT trafo, agar terukur dalam besaran fasor.

Display, berfungsi untuk menampilkan besaran terukur, sesuai instrumen yang

digunakan baik dalam bentuk data numeris, domain fasor, maupun domain waktu

(Gambar 4.4).


0,96 p.u 0,92 p.u

Vm=312,31 kV Vm=19,37 kV

NORMAL

59


Gambar 4.4. Display sistem monitoring SEE berbeban 134,16 MVA dengan

metode besaran tegangan per unit

Gambar 4.4 merupakan dispay sistem monitoring SEE dengan beban

134,16 MVA dengan metode besaran tegangan perunit yangmana terlihat jelas

bahwa tegangan yang di monitoring baik di sisi primer maupun di sisi sekunder

menunjukkan keseimbangan tegangan yang sama. Pada sisi tegangan rendah

tegangan yang ditunjukkan adalah 0,92 p.u sedangkan di sisi tegangan tinggi 0,96

p.u sesuai yang terlihat pada display grafik tegangan antar fase pada Gambar (a).

Pada Gambar (b) juga menunjukkan diagram fasor terlihat simetris, tetapi dalam

besaran normal.

Untuk beban, tegangan fase, fenomena tegangan dan status operasi sistem

dapat dilihat pada tabel 4.2 berikut.


-46,83° 0,31 kA -24,48° 5,25 kA

60

Tabel 4.2. Hasil simulasi sistem monitoring tegangan per unit

No. Beban Tegangan-

Fase-AB,

Trafo

Fenomena

Tegangan

Primer-

Sekunder*)

Status

Operasi

SEE**)

Daya-

Semu

Tiga-

Fase

(MVA)

Daya-

Nyata

(MW)

Daya-

Reaktif

(Mvar)

Sisi

TR

(p.u.)

Sisi

TT

(p.u.)

1 134,16 120 60 0,92 0,96 ( 1 p.u.) Normal

2 111,80 100 50 0,92 0,97 ( 1 p.u.) Normal

3 76,16 70 30 0,92 0,98 ( 1 p.u.) Normal

4 38,08 35 15 0,92 0,98 ( 1 p.u.) Normal *)

Sekitar 1 p.u. **)

Normal = Indikasi OPERASI NORMAL

Tabel 4.2 menunjukkan hasil monitoring tegangan per unit dengan variasi

beban baik di sisi tegangan primer dan sekunder dengan menggunakan analisis

perunit maka menghasilkan atau menampilkan tegangan dengan nilai sekitar ( 1

p.u.) maka bisa dikatakan bahwa status operasi dalam keadaan normal, karena

sistem dikatakan normal apabila nilai tegangannya adalah 1 p.u. berbeda dengan

monitoring kondisi aktual dengan variasi beban yang berbeda- beda maka akan

sulit untuk menganalisis kondisi operasinya dengan nilai yang cukup besar.

61

B. Monitoring Status Operasi SEE dengan Sistem Monitoring Berbasiskan

Sistem Per Unit pada Kondisi Operasi Gangguan

1. Monitoring Tegangan pada Kondisi Gangguan Duafase (AB)


tegangan per unit pada kondisi gangguan duafase (AB)

Model sistem monitoring SEE dengan metode besaran tegangan per unit

pada kondisi gangguan dua fase (ab) berfungsi untuk menyimulasikan sistem

monitoring status operasi gangguan (abnormal) SEE dengan metode besaran per

unit. Sistem tersebut identik dengan yang sebelumnya dengan tambahan model

gangguan pada SEE.

62

(a) Numeris dan Grafik Domain Waktu


Gambar 4.6 Display sistem monitoring SEE dengan metode besaran

tegangan per unit pada kondisi gangguan dua fase (ab)


0,01 p.u 0,92 p.u

Vm=19,30 kV Vm=9,22 kV

-42,06° 4.02 kA -7,54° 75,10 kA

GANGGUAN/

ABNORMAL

63

Gambar 4.6 merupakan display sistem monitoring SEE dengan metode

besaran tegangan per unit pada kondisi gangguan dua fase (AB) dengan variasi

resistan 1 , Pada resistansi 1 trafo disisi tegangan rendah sekitar 1 p.u

sedangkan disisi tegangan tinggi trafo terjadi penurunan tegangan yang sangat

besar sehingga menjadi 0.01 p.u sesuai yang terlihat pada Gambar (a) grafik

tegangan antarfase. Arus yang mengalami perubahan besar pada fase-fase yang

mengalami gangguan yaitu pada fase a dan b. Pada grafik domain waktu

menunjukkan bahwa terjadi gangguan didetik 0,2 pada saat itu tegangan langsung

menurun hal ini lah yang menunjukkan terjadi gangguan.


dapat dilihat pada Tabel 4.3.

Tabel 4.3 menunjukkan hasil simulasi sistem monitoring tegangan per unit

pada saat gangguan dua fase AB dengan beban maksimum (134,16 MVA)

yangmana teori sederhananya adalah apabila nilai resistansi gangguan membesar

maka arus gangguan mengecil sehingga jatuh tegangan di sistem berkurang,

sehingga tegangan sumbernya cenderung membesar pada nilai per unitnya.

64

Tabel 4.3. Hasil simulasi sistem monitoring tegangan per unit pada saat

gangguan duafase AB dengan beban maksimum (134,16 MVA)

No. Gangguan

Fase-AB

dengan Rf

Bervariasi

()

Tegangan-Fase-AB,

Trafo

Fenomena

Tegangan Sisi TR-

TT*)

Status Operasi

SEE**)

Sisi TR

(p.u.)

Sisi

TT

(p.u.)

(Tegangan

pada titik

gangguan)

1 1 0,92 0,01 Berbeda (Tegangan

Sisi TR, tetap

sekitar 1 p.u,

sementara tegangan

sisi TT, jatuh

sekitar 98%)

Gangguan

(Abnormal)


Sisi TR, tetap

sekitar 1 p.u,

sementara tegangan

sisi TT, jatuh

sekitar 98%)

Gangguan

(Abnormal)


Sisi TR, tetap

sekitar 1 p.u,

sementara tegangan

sisi TT, jatuh

sekitar 98%)

Gangguan

(Abnormal)


Sisi TR, tetap

sekitar 1 p.u,

sementara tegangan

sisi TT, jatuh

sekitar 98%)

Gangguan

(Abnormal)

*) Sama = Relatif sama sekitar 1 p.u.

**) Gangguan = Indikasi OPERASI GANGGUAN Hubung-Singkat

Tabel tersebut di atas dilihat bahwa di sisi sekunder terjadi gangguan dalam

hal ini gangguan hubung singkat dikarenakan adanya teori tegangan yang terjadi

bahwa , pada resistansi 1 tegangan fase trafo di sisi sekunder (kondisi normal)

dari 0,96 p.u pada Tabel 4.2 menjadi 0,01 p.u karena terjadi jatuh tegangan yang

sangat besar sekitar 98% maka menurun menjadi 0,01 p.u maka disimpulkan

terjadi gangguan hubungsingkat pada sistem. Begitupun dengan variasi resistan

yang lainnya pada saat terjadi gangguan seluruh varian terjadi jatuh tegangan yang

65

cukup besar yang mana 98% mengonfirmasi status sistem terjadi gangguan/

abnormal.

2. Monitoring Kondisi Gangguan Tiga-Fase (ABC)

Gambar 4.7 Model sistem monitoring SEE dengan metode besaran tegangan

per unit pada kondisi gangguan tigafase (ABC)

Model sistem monitoring SEE dengan metode besaran tegangan per unit

pada kondisi gangguan tiga fase (abc) , berfungsi untuk menyimulasikan sistem

monitoring status operasi gangguan (abnormal) SEE dengan metode besaran per

unit. Sistem tersebut identik dengan yang sebelumnya dengan tambahan model

gangguan pada SEE.

66


(b) Garafik domain fasor arus saluran

Gambar 4.8 Model sistem monitoring SEE dengan metode besaran tegangan

per unit pada kondisi gangguan tigafase (ABC)

0,92 p.u 0,01 p.u

Vm =19,50 kV Vm =6,47 kV


-29,4° 4,48 kA -6,84° 75,08 kA

GANGGUAN/

67

Gambar 4.6 merupakan display sistem monitoring SEE dengan metode

besaran tegangan per unit pada kondisi gangguan dua fase (AB) dengan variasi

resistan 1 , 2, 5 dan 10. Pada umumnya identik dengan gangguan dua fase,

arus yang mengalami perubahan besar pada fase yang terlibat gangguan yaitu

fase a, b dan c maka terlihat pada Gambar (b) grafik domain fasor arus gangguan

tetap simetris karena pada dasarnya pada gangguan tiga fase merupakan gangguan

simetris.


dapat dilihat pada Tabel 4.4 berikut.

Tabel 4.4. Hasil simulasi sistem monitoring tegangan per unit pada saat

gangguan tiga fase simetris ABC dengan beban maksimum (134,16 MVA)

No. Gangguan

Fase-ABC

dengan Rf

Bervariasi

()

Tegangan-Fase-ABC,

Trafo

Fenomena Tegangan

Sisi TR-TT*)

Status Operasi

SEE**)

Sisi TR

(p.u.)

Sisi

TT

(p.u.)

(Tegangan

pada titik

gangguan)

1 1 0,92 0,01 Berbeda (Tegangan Sisi

TR, tetap sekitar 1 p.u,

sementara tegangan sisi

TT, jatuh sekitar 98%)

Gangguan

(Three phase

fault)





Gangguan

(Three phase

fault)





Gangguan

(Three phase

fault)





Gangguan

(Three phase

fault)

68

Tabel 4.4 menunjukkan hasil simulasi sistem monitoring tegangan per unit

pada saat gangguan tiga fase abc dengan beban maksimum (134,16 MVA) yang

mana teori sederhananya adalah apabila nilai resistan gangguan membesar maka

arus gangguan mengecil sehingga jatuh tegangan di sistem berkurang, sehingga

tegangan sumbernya cenderung membesar pada nilai per unitnya. Sehingga dapat

dilihat dari tabel bahwa disisi sekunder terjadi gangguan dalam hal ini gangguan

hubung singkat dikarenakan adanya teori tegangan yang terjadi bahwa , pada

resistasni 1 tegangan fase trafo di sisi sekunder (kondisi normal) dari 0,91 p.u

pada Tabel 4.2 menjadi 0,01 p.u, karena terjadi jatuh tegangan sekitar 98% maka

menurun menjadi 0,01 p.u maka disimpulkan terjadi gangguan hubung-singkat

pada sistem.

69

BAB V

PENUTUP

A. Kesimpulan

Berdasarkan dari hasil analisis data pada bagian hasil dan pembahasan

sistem monitoring kondisi operasi SEE maka diambil kesimpulan, antara lain:

1. Model monitoring Sistem Energi Elektrik (SEE) berbasis per unit ini

dalam PSCAD sudah berhasil didesain dan dibangun, dengan komponen

utama sumber tegangan tiga-fase 13,8 kV; 50 Hz, trafo daya tiga-fase

13,8/230 kV; 50 Hz, saluran transmisi 230 kV sepanjang 40 km; 50 Hz,

Beban tiga fase 230 kV ; 50 Hz dan model gangguan antarfase (AB) dan

tiga fase (ABC). Dari komponen-komponen tersebut dibuatlah 4 model

diantaranya model monitoring besaran aktual pada kondisi operasi

normal, monitoring besaran aktual dengan sistem per unit pada kondisi

operasi normal, model monitoring berbasiskan sistem per unit pada

kondisi operasi gangguan dua fase (AB) dan model monitoring

berbasiskan sistem perunit pada kondisi operasi gangguan tiga fase (ABC)

2. Performansi dari model ini berhasil membuktikan bahwa pada saat

kondisi operasi sistem dalam keadaan normal bisa terbaca dengan baik

dengan melihat nilai per unit 1 p.u. Sementara itu, untuk kondisi

operasi gangguan nilai per unit di titik terjadinya gangguan drop ke nilai

yang cukup besar, lebih dari 90 persen. Hal itu menjadi indikator jelas

bahwa terjadi gangguan pada sistem (Abnormal).

70

B. Saran

Adapun saran untuk penelitian ini adalah terbatasnya versi aplikasi

PSCAD yang digunakan dalam penelitian yang mana dalam permodelan

monitoring Sistem Energi Elektrik (SEE) diharapkan dapat dirangkai dengan

sedemikian rupa tetapi karena keterbatasan komponen yang terpakai maka

diharuskan menggunakan PSCAD dengan versi yang lebih tinggi guna

menghasilkan sebuah permodelan yang lebih kompleks.

71

DAFTAR PUSTAKA

Arismunandar, A., Kuwahara, A. 2004. Saluran Transmisi, jilid II. Jakarta: PT.

Pradnya Paramita.

Gaffar,A., Agussalim,.Arisandi.D. 2017. Analisis Gangguan Hubung Singkat

Pada Jaringan Distribusi 20 Kv Di Gardu Induk Panakkukang. Jurnal

Elektrika: 156-162.

Haikal.M.A & Djalal.M.R. 2015. Studi Hubung Singkat 3 Fase Simetri (Studi

Kasus Sistem Interkoneksi 150 Kv Sulawesi Selatan). Jurnal Teknik

Mesin. Politeknik Negeri Ujung Pandang.

Hasanpor Divshali , P., Laukkanen, M., Kulmala, A., Maki, K., van der Meer, A.,

Bhandia, R., ... Steinbrink, C. (2019). Smart Grid Co-Simulation by

Developing an FMI-Compliant Interface for PSCAD. In Smart Grid Co-

Simulation by Developing an FMI-Compliant Interface for PSCAD (2019

ed.). Madrid, Spain: CIRED.

Indri Nirwana, Supriadi,Zahir Zainuddin & Andi Faharuddin.2019. Simulasi

Relai Pilot TeknikPerbandingan –Fase untuk Saluran Transmisi Udara

Menggunakan Perangkat Lunak PSCAD (Power System Computer Aided

Design)/ EMTDC: Makassar.

Lara.O.A & Acha.E. 2014. Modeling and Analysis of Custom Power Systems by

PSCAD/EMTDC. IEEE Transactions On Power Delivery, Vol. 17(1):

267-272.

Liu. Y.,Yao. W.,Zhou. D & Liu, H. 2017. A Distribution Level Wide Area

Monitoring System for the Electric Power Grid—FNET/GridEye. Jurnal

Electrical Engineering and Computer,Vol. 5:2329-2332

Manitoba HVDC Research Centre. 2018. Power Systems Computer Aided Design

(PSCAD). Canada: Manitoba Hydro Internasional.

72

Muller. Craig. P.Eng. On the use of PSCAD (Power Sistem Computers Aided

Design ). Canada: Research center ,Winnipeg. Manitoba.

Power System Engineering, Inc.(PSE). 2015. The Utility Edge. New orleands LA:

Utility University.

Sofyan dan Afriyastuti Herawati. 2015. Pengaruh Pembebanan Terhadap Efisiensi

dan Usia Transformator (Studi KasusTransformator IVGardu Induk

Sukamerindu Bengkulu) Berdasarkan Standar IEC 60076-7. Jurnal

Amplifier, Vol.5 (2):76-80.

Sudiartha.I.W., Sutawinaya.I.P., TA.K.I., & Firman.A. 2016. Manajemen Trafo

Distribusi 20kv Antar Gardu Bl031 Dan Bl033 Penyulang Liligundi

Dengan Menggunakan Simulasi Program Etap. Jurnal Logic, Vol. 16 (3):

167-171.

Sudirham, Sudaryatno. 2012. Analisis Sistem Tenaga. Bandung: Darpublic,

Kanayakan D-30.

Supriyadi, Ali. 2019. Hubungan Pada Transformator Tiga Fase. Forum Teknolog,

Vol.7 (1): 45-52.

Syafii. 2015. Komputasi sistem tenaga dengan pemograman visual C++. Padang :

Andalas university press.

73

LAMPIRAN A

BENTUK DAN KEGUNAAN

KOMPONEN YANG DIGUNAKAN

74

LAMPIRAN A

Komponen-komonen yang digunakan dalam permodelan rangkaian simulasi

gangguan pada PSCAD, antara lain:

1. Transmision lines

Gambar A.1 bentuk komponen transmision lines

Transmision lines adalah komponen yang berfungsi sebagai saluran

transmisi,yang dapat diatur panjang saluran yang diinginkan dan frekuensi steady

state yang diinginkan.

2. Output Channel

Gambar A.2 bentuk komponen output Channel

Output Channel adalah suatu komponen yang berfungsi keluaran sinyal dari

sebuah simulasi,keluaran yang berupa kurva dan grafik, polymeter, meter, dan

lain-lain.

75

3. Timed Fault Logic

Gambar A.3 bentuk komponen Timed Fault Logic

Timed Fault Logic adalah komponen yang berfungsi untuk pengaturan

waktu gangguan. Waktu yang di atur berupa saat mulai gangguan (apply fault),

dan lama waktu terjadi gangguan (duration fault)

4. Voltmeter Line-Line

Gambar A.4 bentuk komponen Voltmeter Line-Line

Meter tegangan digunakan untuk membuat sinyal, yang mewakili

perbedaan potensial (dalam kV) antara dua mode dalam gambar rangkaian.sinyal

ini diberikan nama oleh pengguna, untuk mengakses sinyal, pengguna harus

menggunakan nama sebagai label data pada kawat atau pada koneksi input

komponen control.

76

5. Signal Name

Gambar A.5 bentuk komponen Signal Name

Label data dapat digunakan untuk menetapkan nama sinyal ke kawat yang

membawa sinyal data jika Nama Sinyal Data input cocok dengan nama sinyal data

lain dalam modul halaman yang sama (atau halaman utama), kedua sinyal ini di

anggap terhubung bersama.

Label data terutama digunakan untuk mentrasfer sinyal data dalam suatu

halaman atau untuk menyediakan titik koneksi untuk setiap sinyal output internal

yang dihasilkan dalam komponen. Label data tidak dapat digunakan untuk

mentrasfer data antar halaman.

6. Three Phase to SLD Electrical Wire Converter (Split Single Line to 3

Phase)

Gambar A.6 bentuk komponen Split Single Line to 3 Phase

77

Komponen ini dapat digunakan untuk membagi sinyal tiga-fase (yaitu

dalam tampilan garis tunggal) menjadi tiga sinyal listrik sati-fase yang

terpisah.Tentu saja, itu juga dapat digunakan untuk melakuakan kebaliknya yaitu

menggambungkan tiga sinyal listrik fase tunggal yang terpisah menjadi sinyal

listrik 3 fase (single-line)

7. Ground

Gambar A.7 bentuk komponen Ground

Grounding adalah suatu jalur langsung dari alus listrik menuju bumi atau

koneksi fisik langsung ke bumi.

78

LAMPIRAN B

GRAFIK KELUARAN SIMULASI UNTUK SISTEM

MONITORING SEE PADA KONDISI NORMAL DAN GANGGUAN

79

Lampiran B.1 Monitoring besaran Tegangan Aktual

Monitoring besaran Tegangan Aktual Beban 111.80 MVA


(b) Grafik domain fasor

Gambar B.1.1 Display sistem monitoring SEE berbeban 111.80 MVA dengan



80

Monitoring besaran Tegangan Aktual Beban 76.16






81

Monitoring besaran Tegangan Aktual Beban 38.08 MVA

(a) Numeris dan grafik domain fasor





82

Lampiran B.2 Monitoring Besaran Tegangan Per Unit

Monitoring Besaran Tegangan Per Unit beban 111. 80 MVA



Gambar B.2.1 Display sistem monitoring SEE berbeban 111. 80 MVA

dengan metode besaran Tegangan Per Unit


83

Monitoring Besaran Tegangan Per Unit beban 76.16 MVA


(b) Grafik Domain fasor


metode besaran Tegangan Per Unit


84

Monitoring Besaran Tegangan Per Unit beban 38 MVA

(a) Numeris dan Grafik domain fasor


Gambar B.2.3 Display sistem monitoring SEE berbeban 38 MVA dengan

metode besaran Tegangan Per Unit


85

Lampiran B.3 Monitoring Tegangan pada Kondisi Gangguan Duafase (AB)

Monitoring Tegangan pada Kondisi Gangguan Duafase (AB) dengan

resistan 2

(a) Numeris dan Grafik domain waktu


B.3.1 Display sistem monitoring SEE dengan metode besaran Tegangan Per

Unit pada Kondisi Gangguan Dua Fase (AB) dengan resistan 2Ω


86


resistan 5



Gambar B.3.2 Display sistem monitoring SEE dengan metode besaran

Tegangan Per Unit pada Kondisi Gangguan Dua Fase (AB)

dengan resistan 5Ω


87


resistan 10




Tegangan Per Unit pada Kondisi Gangguan Dua Fase (AB)

dengan resistan 10Ω


88

Lampiran B.4 Monitoring Kondisi Gangguan Tiga-Fase (ABC)

Monitoring Kondisi Gangguan Tiga-Fase (ABC) dengan resistansi 2




Tegangan Per Unit pada Kondisi Gangguan TigaFase (ABC)

dengan resistan 2Ω


89




Gambar B. 4.2 Dispay sistem monitoring SEE dengan metode besaran


dengan resistan 5Ω


90



Gambar B. 4.3 Dispay sistem monitoring SEE dengan metode besaran


dengan resistan 10Ω
