ANALISIS GANGGUAN HUBUNG SINGKAT


  1. PENDAHULUAN

Tenaga Listrik disalurkan ke konsumen melalui Sistem Tenaga Listrik. Sistem Tenaga Listrik terdiri dari beberapa subsistem, yaitu Pembangkitan, Transmisi, dan Distribusi. Tenaga listrik disalurkan ke masyarakat melalui jaringan distribusi. Oleh karena itu, jaringan distribusi merupakan bagian jaringan listrik yang paling dekat dengan masyarakat.

Jaringan distribusi dikelompokkan menjadi dua, yaitu jaringan distribusi primer dan jaringan distribusi sekunder. Tegangan distribusi primer yang dipakai PLN adalah 20 kV, 12 kV, 6 KV. Pada saat ini, tegangan distribusi primer yang cenderung dikembangkan oleh PLN adalah 20 kV. Tegangan pada jaringan distribusi primer, diturunkan oleh gardu distribusi menjadi tegangan rendah yang besarnya adalah 380/220 V, dan disalurkan kembali melalui jaringan tegangan rendah kepada konsumen.

Dalam operasi sistem tenaga listrik sering terjadi gangguan – gangguan yang dapat mengakibatkan terganggunya penyaluran tenaga listrik ke konsumen. Gangguan adalah penghalang dari suatu sistem yang sedang beroperasi atau suatu keadaan dari sistem penyaluran tenaga listrik yang menyimpang dari kondisi normal. Suatu gangguan di dalam peralatan listrik didefinisikan sebagai terjadinya suatu kerusakan di dalam jaringan listrik yang menyebabkan aliran arus listrik keluar dari saluran yang seharusnya.

Berdasarkan ANSI/IEEE Std. 100-1992 gangguan didefinisikan sebagai suatu kondisi fisis yang disebabkan kegagalan suatu perangkat, komponen, atau suatu elemen untuk bekerja sesuai dengan fungsinya. Gangguan hampir selalu ditimbulkan oleh hubung singkat antar fase atau hubung singkat fase ke tanah. Suatu gangguan hampir selalu berupa hubung langsung atau melalui impedansi. Istilah gangguan identik dengan hubung singkat, sesuai standart ANSI/IEEE Std. 100-1992.

Hubung singkat merupakan suatu hubungan abnormal (termasuk busur api) pada impedansi yang relatif rendah terjadi secara kebetulan atau disengaja antara dua titik yang mempunyai potensial yang berbeda. Istilah gangguan atau gangguan hubung singkat digunakan untuk menjelaskan suatu hubungan singkat. Untuk mengatasi gangguan tersebut, perlu dilakukan analisis hubung singkat sehingga sistem Proteksi yang tepat pada Sistem Tenaga Listrik dapat ditentukan. Analisis hubung singkat adalah analisis yang mempelajari kontribusi arus gangguan hubung singkat yang mungkin mengalir pada setiap cabang didalam sistem (di jaringan distribusi, transmisi, trafo tenaga atau dari pembangkit) sewaktu gangguan hubung singkat yang mungkin terjadi di dalam sistem tenaga listrik.

Analisis Hubung Singkat memiliki tujuan, yaitu sebagai berikut.

  1. Untuk menentukan arus maksimum dan minimum hubung singkat.
  2. Untuk menentukan arus gangguan tak simetris bagi gangguan satu dan dua line ke tanah, gangguan line ke line, dan rangkaian terbuka
  3. Penyelidikan operasi rele-rele proteksi
  4. Untuk menentukan kapasitas pemutus dari circuit breaker
  5. Untuk menentukan distribusi arus gangguan dan tingkat tegangan busbar selama gangguan.

Hubung singkat terjadi akibat dari faktor internal dan faktor eksternal. Faktor internal dari gangguan adalah rusaknya peralatan listrik. Faktor eksternal adalah antara lain cuaca buruk, seperti badai, hujan, dingin; bencana, seperti gempa bumi, angin ribut, kecelakaan kendaraan; runtuhnya pohon; petir; aktivitas konstruksi, ulah manusia, dan lain-lain. Sebagian besar gangguan terjadi karena cuaca buruk, yaitu hujan atau badai, dan pohon.

Gangguan hubung singkat menyebabkan terjadinya interupsi kontinuitas pelayanan daya kepada para konsumen apabi1a gangguan itu sampai menyebabkan terputusnya suatu rangkaian (sircuit) atau menyebabkan keluarnya satu unit pembangkit, penurunan tegangan yang cukup besar menyebabkan rendahnya kualitas tenaga listrik dan merintangi kerja normal pada peralatan konsumen, pengurangan stabilitas sistem dan menyebabkan jatuhnya generator, dan merusak peralatan pada daerah terjadinya gangguan tersebut.

Gangguan dapat terdiri dari gangguan temporer atau permanent. Kebanyakan gangguan temporer di amankan dengan circuit breaker (CB) atau pengaman lainnya. Gangguan permanent adalah gangguan yang menyebabkan kerusakan permanent pada sistem. Seperti kegagalan isolator, kerusakan penghantar, kerusakan pada peralatan seperti transformator atau kapasitor. Pada saluran bawah tanah hampir semua gangguan adalah gangguan permanen. Kebanyakan gangguan peralatan akan menyebabkan hubung singkat. Gangguan permanen hampir semuanya menyebabkan pemutusan/gangguan pada konsumen. Untuk melindungi jaringan dari gangguan digunakan fuse, recloser atau CB.

Namun, berdasarkan kesimetrisannya, gangguan terdiri dari gangguan simetris dan asimetris. Gangguan simetris adalah gangguan yang terjadi pada semua fasanya sehingga arus dan tegangan pada masing-masing fasa bernilai sama, yaitu di antaranya Hubung Singkat 3 fasa dan Hubung singkat 3 fasa ke tanah. Sedangkan gangguan simetris adalah gangguan yang mengakibatkan arus yang mengalir pada setiap fasa tidak seimbang, yaitu di antaranya hubung singkat 1 fasa ke tanah, hubung singkat fasa ke fasa, dan hubung singkat 2 fasa ke tanah. Analisis Hubung Singkat secara umum menggunakan persamaan hubung singkat sebagai berikut.

  1. ANALISIS GANGGUAN HUBUNG SINGKAT

Analaisis Gangguan Hubung Singkat dilakukan dengan berdasarkan kesimetrisan gangguan yang terjadi. Analisis gangguan Hubung Singkat dapat dilakukan pada keadaan simetris. Pada gangguan asimetris perlu dilakukan metode komponen simetris untuk melakukan analisis hubung singkat.

  1. Komponen Simetris

Komponen simetris digunakan untuk menganalisis terutama sistem yang tidak seimbang, misalnya saat terjadi hubung singkat tiga phasa, dua phasa dan satu phasa ke tanah. Dimana sebuah sistem tak seimbang diubah menjadi tiga rangkaian persamaan yaitu rangkaian urutan positif, urutan negatif, dan urutan nol. Menurut teorema Fortescue, tiga fasor tak seimbang dari sistem tiga phasa dapat diuraikan menjadi tiga sistem fasor yang seimbang. Himpunan seimbang komponen itu adalah (Stevenson, 1982: 260):

  1. Komponen urutan positif, yang terdiri dari tiga fasor yang sama besarnya, terpisah satu dengan yang lainnya dalam phasa sebesar 120o, dan mempunyai urutan phasa yang sama seperti fasor aslinya.
  2. Komponen urutan negatif, yang terdiri dari tiga fasor yang sama besarnya, terpisah satu dengan yang lainnya dalam phasa sebesar 120o, dan mempunyai urutan phasa yang berlawanan dengan fasor aslinya.
  3. Komponen urutan nol, yang terdiri dari tiga fasor yang sama besarnya dan dengan pergeseran phasa nol antara fasor yang satu dengan yang lain.

Tujuan lain adalah untuk memperlihatkan bahwa setiap phasa dari sistem tiga phasa tak seimbang dapat di pecah menjadi tiga set komponen.

Gambar Vektor Diagram untuk Komponen Simetris

Komponen simetris berpengaruh terhadap besarnya impedansi saluran. Impedansi saluran suatu sistem tenaga listrik tergantung dari jenis konduktornya yaitu dari bahan apa konduktor itu dibuat yang juga tentunya pula dari besar kecilnya penampang konduktor dan panjang saluran yang digunakan jenis konduktor ini. Komponen Simetris menyebabkan tegangan jatuh sesuai dengan urutan arusnya dan tidak mempengaruhi urutan arus lainnya, berarti tiap urutan yang seimbang akan terdiri dari suatu jaringan. Ketidakseimbangan arus atau tegangan ini akan menimbulkan pula impedansi urutan positif, urutan negatif, dan urutan nol. Impedansi urutan dapat didefinisikan sebagai suatu impedansi yang dirasakan arus urutan bila tegangan urutannya dipasang pada peralatan atau pada sistem tersebut. Seperti juga tegangan dan arus didalam metode komponen simetris dikenal tiga macam impedansi urutan yaitu sebagai berikut.

  1. Impedansi urutan positif (Z1), adalah impedansi tiga phasa simetris yang terukur bila dialiri oleh arus urutan positif.
  2. Impedansi urutan negatif (Z2), adalah impedansi tiga phasa simetris yang terukur bila dialiri oleh arus urutan negatif.
  3. Impedansi urutan nol (Z0), adalah impedansi tiga phasa simetris yang terukur bila dialiri arus urutan nol.

IA = I1A + I2A + I0.

IB = a2 I1A + a I2A + I0.

IC = a I1A + a2 I2A + I0.

Dari persamaan tersebut, diperoleh persamaan berikut.

I1A = 1/3(IA + aIB + a2IC)

I2A = 1/3(IA + a2IB + aIC)

I0 = 1/3(IA + IB + IC)

Persamaan di atas, terdapat operator a yang merupakan unit vektor yang membentuk sudut 120 derajat berlawanan jarum jam.

  1. Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah

Diperoleh persamaan berikut.

  1. Hubung Singkat 3 fasa

Pada hubung singkat 3 fasa, gangguan termasuk gangguan simetris sehingga tidak perlu menggunakan komponen simetris. Persamaan hubung singkat diperoleh sebagai berikut.

Va = Vf – Ia1Za1 = 0

  1. Hubung Singkat 2 fasa

Dengan menggunakan komponen simetris, diperoleh persamaan berikut.

Ia0 = 0;     

Sehingga diperoleh persamaan berikut.

  1. Analisis Hubung Singkat dengan Menggunakan ETAP

Pada tugas besar praktikum STL ini, digunakan ETAP untuk mensimulasikan suatu STL tertentu dengan sistem arbitrary sesuai dengan rancangan praktikan. Sistem yang dirancang oleh praktikan adalah sebagai berikut.

Gambar Sistem Single Line Diagram secara keseluruhan

Gambar Sistem Single Line Diagram pada Network4

Gambar Sistem Single Line Diagram pada Network5

Gambar Sistem Single Line Diagram pada Network6

Pada sistem tersebut, dilakukan analisis Hubung Singkat untuk mengetahui arus kontribusi gangguan yang mungkin terjadi saat terjadinya gangguan hubung singkat. Pada Single Line Diagram ini, dilakukan analisis Gangguan hubung Singkat 3 fasa dengan menambahkan fault pada busbar utama. Karena analisis gangguan hubung singkat yang digunakan adalah gangguan 3 fasa, persamaan yang digunakan tidak menggunakan komponen simetris untuk menganalisis sistem tersebut. Penambahan fault dilakukan pada busbar 19 dan 20. Berikut penambahan fault dilakukan dengan menekan klik kanan pada bus kemudian memilih fault. Busbar yang terdapat fault akan berwarna merah. Seperti yang terlihat pada gambar berikut.

Kemudian, dilakukan short circuit analysis pada ETAP. Short-Circuit analysis yang dilakukan adalah hubung singkat 3 fasa.

Dari gambar tersebut, terlihat adanya arus gangguan Hubung Singkat pada busbar. Arus gangguan hubung singkat tersebut memenuhi persamaan hubung singkat 3 fasa.

Dengan menggunakan ETAP, analisis hubung singkat cukup mudah dilakukan. Terlihat bahwa arus gangguan yang diperoleh bernilai cukup kecil. Hal ini kemungkinan terjadi karena sistem yang dirancang tidak terlalu kompleks sehingga beban yang ada tidak terlalu banyak. Selain itu, pada cable, terlihat bahwa panjang kabel masih bernilai ratusan meter. Hal ini akan berbeda jika panjan cable bernilai hingga km. Berikut adalah hasil percobaan yang telah dilakukan.

Pada sistem tersebut, panjang cable9 diubah menjadi 30 km dan cable8 diubah menjadi 10 km. Dari gambar tersebut, terlihat nilai arus gangguan lebih kecil dari sebelumnya. Hal ini membuktikan bahwa besarnya arus gangguan tergantung pada panjang saluran. Hal ini karena besarnya impedansi saluran bergantung pada panjang kabel, jenis kabel, dan diameter kabel yang digunakan. Hal ini sesuai dengan persamaan.

; dengan persamaan arus     

Dengan mengubah besarnya diameter kabel dan jenis kabel, diperoleh hasil sebagai berikut.

Gambar Sistem dengan perubahan luas cable8 dan cable9

Gambar sistem dengan perubahan jenis cable8 dan cable9

Luas penampang cable8 diubah menjadi 120 mm2 dan Luas penampang cable9 diubah menjadi 120 mm2. Terlihat tidak ada perubahan pada arus gangguan. Hal ini karena perubahan luas penampang dari kabel hanya berada pada kisaran mm2 sehingga sangat kecil untuk berubah. Oleh karena itu, tidak ada perubahan yang signifikan pada analisis hubung singkat.

Kemudian, dilakukan perubahan jenis kabel pada cable8 dan cable9 menjadi aluminium. Terlihat tidak ada perubahan pada arus gangguan yang diperoleh. Hal ini karena nilai hambatan jenis tidak terlalu besar perubahannya. Oleh karena itu, tidak terdapat perubahan yang signifikan pada analisis hubung singkat.

Dari percobaan yang telah dilakukan, terlihat bahwa arus gangguan akan semakin besar ketika panjang saluran semakin kecil. Dan sebaliknya, arus gangguan akan semakin kecil ketika panjang saluran semakin besar. Arus gangguan terlihat tidak terpengaruh secara signifikan ketika ada perubahan jenis konduktor dan besarnya luas penampang konduktor. Hal ini karena perubahan jenis konduktor dan besarnya luas penampang hanya berpengaruh sangat kecil pada persamaan impedansi saluran.

Dari percobaan tersebut, dapat diperoleh arus gangguan yang mungkin terjadi pada Sistem Tenaga Listrik sehingga dapat dilakukan perancangan proteksi yang tepat bagi sistem. Dengan perancangan proteksi yang tepat pada sistem, risiko akan rusaknya sistem dan komponen sistem dapat diminimalisasi. Oleh karena itu, Analisis Hubung Singkat sangat penting dalam menentukan sistem proteksi yang tepat pada Sistem Tenaga Listrik untuk melindungi peralatan dari kerusakan akibat arus gangguan yang dihasilkan pada saat terjadi gangguan hubung singkat.

Dari percobaan yang telah dilakukan, arus gangguan pada Sistem Tenaga Listrik dapat diperoleh besarnya dengan menggunakan Short-Circuit Analysis pada software ETAP. ETAP memudahkan engineer dalam melakukan Analisis Hubung Singkat. Dengan demikian, ETAP dapat digunakan untuk melakukan Analisis Hubung Singkat untuk menentukan sistem proteksi yang tepat pada Sistem Tenaga Listrik.


KESIMPULAN

  1. Persamaan umum Hubung Singkat adalah sebagai berikut.


  2. Besarnya arus gangguan hubung singkat bergantung pada impedansi saluran yang bergantung pada panjang saluran, jenis konduktor, dan luas penampang konduktor. Semakin panjang saluran, semakin kecil arus gangguan. Semakin besar hambatan jenis konduktor, semakin kecil arus gangguan. Dan semakin besar luas penampang konduktor, semakin besar arus gangguan.
  3. Perubahan jenis konduktor dan luas penampang konduktor tidak terlalu berpengaruh terhadap besarnya arus gangguan karena nilai yang sangat kecil.
  4. Analisis hubung singkat dapat digunakan untuk memperoleh besarnya arus gangguan hubung singkat sehingga dapat ditentukan proteksi yang tepat pada Sistem Tenaga Listrik.

ETAP dapat digunakan untuk melakukan Analisis Aliran Daya, Analisis Hubung Singkat, dan Analisis Starting Motor pada Sistem Tenaga Listrik.

6 responses to “ANALISIS GANGGUAN HUBUNG SINGKAT

  1. Thanks atas postingan nya ya mas, kebetulan saya lagi menganalisis gangguan hubung singkat simetris di semen padang menggunakan ETAP, kalau mas gak keberatan saya minta contoh perhitungannya…🙂
    Ari (Teknik Elektro UNAND)

  2. nice article..😀
    mau numpang tanya, itu etap versi 7.0 atau 7.5 ya? 32bit atau 64bit?
    kalau misal punya dan boleh, saya mau minta crack etap untuk 64 bit. Udah nyoba nyari di google tp gak nemu2
    makasi
    – Ariq Rahmatullah (Sistem Kelistirikan-Politeknik Negeri Malang) –

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s