BAB II TINJAUAN PUSTAKA
1) Menghitung Impedansi Sumber
2.5.1 Perhitungan Arus Gangguan Hubung Singkat
Berdasarkan standar PUIL 2000, βArus hubung singkat adalah arus lebih
yang diakibatkan oleh gangguan impedansi yang sangat kecil mendekati nol antara dua penghantar aktif yang dalam kondisi operasi normal berbeda potensialnya.β
Untuk menghitung arus hubung singkat pada sistem, pertama hitung impedansi
sumber (reaktansi) dalam hal ini diambil dari data hubung singkat maksimum pada
bus 150 kV, kedua menghitung reaktansi transformator tenaga, ketiga menghitung
impedansi penyulang, keempat menghitung impedansi ekuivalen, dan yang terakhir
mensubtitusikan nilai impedansi ekuivalen ke persamaan arus hubung singkat.
1) Menghitung Impedansi Sumber
Adapun rumus dasar perhitungan impedansi sumber yang
dikemukakan oleh Yulistiawan, dkk (2012: 87) adalah:
ππ = ππ2
πππ΄βπ ... (5) Keterangan:
Zs = Impedansi sumber (β¦)
kV = Tegangan pada rating kV
MVAhs = Short circuit level transformator tenaga 2) Menghitung Impedansi Transformator
Untuk menghitung Impedansi transformator, digunakan rumus:
Zt = ππ2
πππ΄ (π‘ππππ) ... (6) Keterangan:
Zt = Impedansi transformator (β¦)
18
a. Impedansi urutan positif, negatif (Zt1 = Zt2)
ππ‘1 = % ππ‘ β ππ‘ ... (7) Keterangan:
Zt1 = Impedansi urutan positif transformator (β¦) %Zt = Persentasi impedansi transformator (β¦)
Untuk impedansi transformator nilai yang diambil adalah
komponen reaktansi karena nilai resistansi pada transformator
dianggap sangat kecil.
b. Impedansi Urutan Nol (Zt0)
Reaktansi urutan nol ini didapat dengan memperhatikan data
transformator tenaga itu sendiri yaitu dengan melihat kapasitas belitan
delta yang ada dalam transformator itu:
1. Untuk transformator tenaga dengan hubungan belitan β/Y dimana
kapasitas belitan deta sama besar dengan kapasitas belitan Y, maka
Xt0 = Xt1.
2. Untuk transformator tenaga dengan belitan Yyd dimana kapasitas
belitan delta (d) biasanya sepertiga dari kapasitas belitan Y (belitan
yang dipakai untuk menyalurkan daya, sedangkan belitan delta tetap
ada di dalam tetapi tidak dikeluarkan kecuali satu terminal delta
untuk ditanahkan), maka nilai Xt0 = 3Xt1.
3. Untuk transformator tenaga dengan hubungan YY dan tidak
mempunyai belitan delta di dalamnya, maka besarnya Xt0 berkisar antara 9 s/d 14 Xt1.
19
3) Menghitung Impedansi Penyulang
Impedansi penyulang ini dihitung tergantung dari besarnya
impedansi per meter penyulang yang bersangkutan, dimana besar nilainya
ditentukan dari konsfigurasi tiang yang digunakan untuk jaringan SUTM
(Saluran Udara Tegangan Menengah) atau dari jenis kabel tanah untuk
jaringan SKTM (Saluran Kabel Tegangan Menengah). Rumus perhitungan
dikemukakan oleh Yulistiawan, dkk (2012: 91)
Z 1 = Z
2 = % panjang x Panjang penyulang x (R 1 + jX
1) ... (8) Keterangan:
Z1 = Impedansi urutan positif (β¦)
Z2 = Impedansi urutan negatif (β¦)
4) Menghitung Impedansi Ekuivalen Jaringan
Perhitungan yang akan dilakukan disini adalah perhitungan
besarnya nilai impedansi positif (Z1 eq), negatif (Z2 eq), dan nol (Z0 eq) dari titik gangguan sampai ke sumber, sesuai dengan urutan di atas. Karena dari
sumber ke titik gangguan impedansi yang terbentuk adalah tersambung seri,
maka perhitungan Z1eq dan Z2eq dapat langsung menjumlahkan impedansi-impedansi tersebut.
Sedangkan untuk perhitungan Z0eq dimulai dari titik gangguan sampai ke transformator tenaga yang netralnya ditanahkan. Untuk
menghitung Z0eq ini, diumpamakan transformator tenaga yang terpasang mempunyai hubungan Yyd, dimana mempunyai nilai Xt0 = 3Xt1.
20
Adapun rumus perhitungan Z1eq dan Z2eq dikemukakan oleh Yulistiawan, dkk (2012: 85)
Z1 eq = Z2 eq = Z1s + Z1t + Z1 penyulang ... (9) Keterangan:
Z1s = Hitungan impedansi sumber (β¦) Z1t = Hitungan impedansi transformator (β¦) Z1 penyulang= Tergantung dari lokasi gangguan (β¦)
Lokasi gangguan diasumsikan terjadi pada 0% 25%, 50%, 75%
dan 100% panjang penyulang, maka Z1 eq dan Z2 eq yang didapat juga pada lokasi tersebut.
Perhitungan Z0 eq:
Z0 eq = Zt0 + 3RN + Z0 penyulang ... (10) Keterangan:
RN = Pentanahan netral pada transformator (β¦)
Karena lokasi gangguan diasumsikan terjadi pada 0% 25%, 50%,
75% dan 100% panjang penyulang, maka Z0 eq yang didapat juga pada lokasi tersebut. Setelah mendapatkan impedansi ekuivalen sesuai dengan lokasi
gangguan, selanjutnya perhitungan arus gangguan hubung singkat dapat
dihitung dengan menggunakan rumus dasar seperti dijelaskan sebelumnya,
hanya saja impedansi ekuivalen mana yang dimasukkan ke dalam rumus
dasar tersebut adalah tergantung dari hubung singkat 3 phasa, 2 phasa atau
21
5) Gangguan Hubung Singkat 3 phasa
Gambar 2.10 Rangkaian Ekuivalen Hubung Singkat 3 Phasa
Kemungkinan terjadinya gangguan 3 phasa adalah putusnya salah
satu kawat phasa yang letaknya paling atas pada transmisi atau distribusi,
dengan konfigurasi kawat antar phasanya disusun secara vertikal.
Kemungkinan terjadinya memang sangat kecil, tetapi dalam analisanya
tetap harus diperhitungkan.
Kemungkinan lain adalah akibat pohon yang cukup tinggi dan
berayun sewaktu angin kencang, kemudian menyentuh ketiga kawat pada
transmisi atau distribusi. Gangguan hubung singkat 3 phasa dapat dihitung
dengan menggunakan rumus hukum ohm yang dikemukakan oleh
Yulistiawan, dkk (2012: 92) I3phasa= πΈπππ π π1 ππ = ππβ π1 ππ = 20000 β3 π1 ππ = 11547 π1 ππ ... (11) Keterangan:
I3phasa = Arus gangguan hubung singkat 3 phasa (A)
Vph = Tegangan phasa-netral sistem 20 kV = 20000 β3 (V) Z1 eq = Impedansi Ekuivalen Jaringan Urutan Positif (β¦)
22
6) Gangguan Hubung Singkat 2 phasa
Gambar 2.11 Rangkaian Ekuivalen Hubung Singkat 2 Phasa
Kemungkinan terjadinya gangguan 2 phasa disebabkan oleh
putusnya kawat phasa tengah pada transmisi atau distribusi. Kemungkinan
lainnya adalah dari rusaknya isolator di transmisi atau distribusi sekaligus 2
phasa. Gangguan seperti ini biasanya mengakibatkan 2 phasa ke tanah.
Gangguan hubung singkat 2 phasa dapat dihitung dengan menggunakan
rumus sebagai berikut yang dikemukakan oleh Yulistiawan, dkk (2012: 94)
I1phasa = πππββπβ 1ππ+ π2ππ = 20000 π1ππ+ π2ππ ... (12) I2phasa = ππββπβ 2 π₯ π1ππ ... (13) Keterangan
I2phasa = Arus gangguan 2 phasa (A) Vph-ph = Tegangan antar phasa (V)
23
7) Gangguan Hubung Singkat 1 Phasa ke tanah
Gambar 2.12 Rangkaian Ekuivalen Hubung Singkat 1 Phasa Tanah
Kemungkinan terjadinya gangguan satu phasa ke tanah adalah back
flashover antara tiang ke salah satu kawat transmisi dan distribusi. Sesaat setelah tiang tersambar petir yang besar walaupun tahanan kaki tiangya
cukup rendah namun bisa juga gangguan phasa ke tanah ini terjadi sewaktu
salah satu kawat phasa transmisi / distribusi tersentuh pohon yang cukup
tinggi dll. Berikut rumus yang dikemukakan oleh Yulistiawan, dkk (2012:
92):
I1 phasa ke tanah = 3 x I0 ... (14) Keterangan:
I0 = Arus Urutan Nol (A)
Sehingga arus gangguan hubung singkat 1 phasa ketanah dapat dihitung
sebagai berikut: I1phasa = 3π₯ 20000 β3 π1 ππ+ π2 ππ + π0 ππ ... (15) Keterangan:
24
2.6 DigSileNT PowerFactory 15.1.7
DigSileNT merupakan akronim dari DIgital SImuLation of Electrical NeTworks. DigSileNT adalah sebuah program komputer rekayasa untuk analisis transmisi distribusi, dan sistem tenaga listrik industri. Software ini telah dirancang
sebagai paket perangkat lunak yang terintegrasi dan interaktif canggih
didedikasikan untuk sistem tenaga listrik dan analisis control dalam rangka
mencapai tujuan utama dan perencanaan dan operasi optimalisasi. (DigSileNT
PowerFactory 15 User Manual, 2014). Fitur utama termasuk:
a. Fungsi inti PowerFactory: definisi, modifikasi dan organisasi kasus rutinitas numerik inti, dan fungsi dokumentasi output.
b. Garis grafis dan data penaganan kasus tunggal interaktif terpadu.
c. Elemen daya sistem dan database pada studi kasus-kasus dasar.
d. Fungsi perhitungan terintegrasi (misalnya garis dan perhitungan parameter mesin berdasarkan informasi geometris atau papan nama / nameplate).
e. Sistem tenaga konfigurasi jaringan dengan akses interaktif atau terhubung
f. /online ke sistem SCADA.
g. Interface yang generik untuk sistem pemetaan berbasis komputer (DigSileNT PowerFactory 15 User Manual, 2014).
Beberapa fungsi yang tersedia dalam DigSileNT powerfactory adalah
analisis aliran beban / loadflow analysis, perhitungan arus pendek / short-circuit
calculation, analisis harmonik / harmonic analysis, koordinasi proteksi / protection coordination, perhitungan stabilitas / stability calculation, dan analisis modal / modal analysis.
25
2.7 Software Matchad
Software Matchad merupakan suatu program yang sangat mudah dipergunakan terutama dalam hal visualisasi karena dapat menerangkan perhitungan kebentuk
yang lebih mudah dipahami. Matchad sebagai alat untuk memvalidasi sebuah
perhitungan yang biasanya dipergunakan seperti excel ke dalam bentuk yang dapat
mudah dipahami bukan hanya dalam bentuk angka-angka saja.
Representasi berupa penurunan rumus β rumus akan sangat membantu dalam
memahami sesuatu. Untuk menggunakan Matchad kita dapat munuliskan apa saja
pada cursor merah yang berbentuk silang. Tulisan kita akan dikelilingi oleh persegi
26
BAB III
METODE KEGIATAN
3.1 Tempat Dan Waktu Kegiatan
Penelitian Tugas Akhir ini dilakukan di kantor PT. PLN (Persero) UPT
Sistem Sulselrabar Unit Transmisi dan Gardu Induk Panakkukang dimulai dari
tanggal 16 Februari 2017 hingga 16 Mei 2016 serta di kampus Politeknik Negeri
Ujung Pandang.
3.2 Alat Dan Bahan
a. Relai OCR dan GFR tipe Micom P123
b. Software Mathcad
c. Software DigSilenNT Power Factory
3.3 Prosedur Kegiatan
Kegiatan dimulai dengan mengenali masalah yang akan dibahas dalam hal ini
tentang perhitungan arus gangguan hubung singkat dan koordinasi relay proteksi
penyulang, kemudian mengumpulkan data β data yang dibutuhkan seperti data
teknis transformator, MVA hubung singkat, data penyulang, data jaringan
distribusi, dan rasio CT yang terpasang melalui teknik observasi, wawancara dan
dokumentasi di tempat kegiatan, setelah data yang dibutuhkan lengkap kemudian
dilakukan pengolahan data, yaitu memilah data yang diperlukan dalam proses
perhitungan. Setelah itu dilakukan perhitungan dan analisis data untuk menegetahui
penyebab besarnya arus hubung singkat yang terjadi setelah itu dilakukan simulasi
27
kesimpulan. Untuk lebih jelasnya bisa dilihat pada Gambar 3.1 Bagan Alir Prosedur
Kegiatan. Mulai Selesai Mengenali Masalah Mengumpulkan Data Pengambilan Data Analisa Data Data Lengkap? Kesimpulan Tidak Pengolahan Data Simulasi Ya
Gambar 3.1 Bagan Alir Prosedur Kegiatan
3.4 Teknik Pengumpulan Data 3.4.1 Observasi
Dalam hal ini observasi dilakukan dengan cara mengamati kegiatan
karyawan dalam memonitoring dan mengoperasikan transformator tenaga
30MVA dan penyulang Tragi Panakkukang serta ikut terjun kelapangan
dalam proses pemeliharan dan perbaikan oleh staff OPHAR Tragi
28
3.4.2 Wawancara
Dalam hal ini penulis melakukan diskusi kepada beberapa karyawan
dari Tragi Panakkukang dan pihak yang berwenang di perusahaan
menyangkut tentang data-data yang dbutuhkan dan permasalahan yang
terjadi terkait gangguan hubung singkat serta pengoperasian transformator
tenaga 30 MVA PT PLN (Persero) Tragi Pannakkukang Makassar.
3.4.3 Dokumentasi
Pengambilan data dengan metode dokumentasi / study literatur
dilakukan dengan cara mengumpulkan materi-materi yang berhubungan
dengan judul tugas akhir baik itu yang berasal dari buku ajar, internet,
laporan- laporan OJT di kantor maupun buku panduan yang kami dapat di
tempat penelitian.
3.5 Teknik Analisis Data
Analisa data dilakukan untuk memahami data yang diperoleh dari proses
pengumpulan data. Proses ini dapat diketahui bahwa sebuah sistem masih dapat
bekerja dengan baik atau tidak khususnya pada penyulang Hertasning.
Dalam melakukan analisis penulis menggunakan software Mathcad untuk
perhitungan nilai arus gangguan hubung singkat dan DigSilent PowerFactory untuk
membuat simulasi gangguan hubung singkat dan koordinasi relay OCR dan GFR.
Sehingga dapat diketahui penyebab besarnya arus gangguan hubung singkat pada
penyulang serta bagaimana waktu kerja relay ketika terjadi gangguan pada setiap
29
BAB IV
HASIL DAN DESKRIPSI
Penelitian ini difokuskan pada perhitungan arus gangguan hubung singkat
serta koordinasi relay OCR / GFR pada penyulang Hertasning Baru yang disuplai
dari tranformator tenaga #1 Gardu Induk Panakkukang Makassar dengan
pentanahan NGR (Neutral Grounding Resistor) pada sisi sekunder sebesar 40 Ohm.
Perhitungan hubung singkat dilakukan untuk menetukan besar arus hubung singkat
yang dapat terjadi ketika terjadi gangguan (3 phasa, 2 phasa, dan 1 phasa ketanah).
Dan perhitungan koordinasi OCR / GFR dilakukan untuk menetukan setting relay
yang tepat untuk mengamankan sistem saat terjadi gangguan hubung singkat.
4.1 Hasil Kegiatan
4.1.1 Data Peralatan
Data peralatan yang dikumpulkan digunakan untuk keperluan perhitungan
arus hubung singkat serta koordinasi relay OCR / GFR. Adapun data β data yang
telah kami kumpulkan untuk proses perhitungan hubung singkat dan koordinasi
relay OCR / GFR penyulang Hertasning Baru Gardu Induk Panakkukang Makassar ini meliputi:
1) Single Line Diagram Gardu Induk Panakkukang
Gardu Induk Panakkukang disuplai melalui Line Transmisi
Tello-Panakkukang #1 dan Line Transmisi Tello-Tello-Panakkukang #2 dengan sistem
30
Gambar 4.1 Single Line Gardu Induk Panakkukang
31
2) MVA Hubung Singkat
Data MVA hubung singkat merupakan data arus hubung singkat
maksimum yang dapat terjadi pada sisi 150 kV transformator yaitu arus
hubung singkat 3 phasa pada Bus 150 kV tragi Panakkukang sebesar 1803
MVA. Data ini diperoleh dari Base Case Sistem Sulselrabar Februari 2017
pada Software DigSileNT yang dibuat oleh pihak UPB SULSELRABAR.
3) Transformator #1 Gardu Induk Panakkukang
Transformator tenaga disini berfungsi untuk mentranformasikan
daya listrik, dengan merubah besarnya tegangan dari 150 kV menjadi 20
kV, sedangkan frekuensinya tetap. Berikut spesifikasi Transformator #1 GI
Panakkukang:
Tabel 4.1 Spesifikasi Transformator
Transformer
Merk : Unindo
Type : 016 / BAD - DIR / VII / 2003
Serial No. : P30 Lec 315 01
Instr. Manual : IM 315
HV / TT LV / TR Tersier
Rated Power ONAN / ONAF 18 / 30 18 / 30 - MVA
Rated Voltage 150 20 10 kV
System Highest Voltage 170 24 12 kV
Rated Current ONAN / ONAF 69.28 / 115.47 519.62 / 866.03 75 / 28 A
Insulation Level
Line (Bil / Frequency Test) 650 / 275 125 / 50 75 / 28 kV
Neutral (Bil / Frequency Test) 95 / 38 125 / 50 - kV
Impedance Voltage HV - LV : 12.18%
Reference Power : 30 MVA
Standard : IEC 76
Freq : 50 Hz
Type of Cooling : ONAN / ONAF
Vector Group : Ynyn0 (D5)
32
Gambar 4.2 Transformator #1 Gardu Induk Panakkukang
4) Data Penyulang Hertasning Baru
Tabel 4.2 Spesifikasi Kubikel Penyulang Hertasning Baru
F. HERTASNING BARU BOX
Merk : Takaoka
Rated Voltage : 24 kV
Frequency : 50 Hz
Rated Insul Level : 50/125 KV
Rated Current Busbar : 1600 A
Rated short time current : 12.5 KA 1 S
Standard : IEC - 298- 1969 Ratio CT : 400 / 1 A PMT Merk : Siemens Rated Voltage : 24 KV Shortcircuit Current : 25 kA Up : 125 kV Frequency : 50 Hz/60 Hz Rated Current : 1250 A
Shortcircuit time limit : 3 s
Mass : 85 Kg
Data Beban
Beban Puncak : 305 A
33
Gambar 4.3 Kubikel Penyulang Hertasning Baru
5) Data Jaringan Penyulang Hertasning Baru
Tabel 4.3 Spesifikasi Penghantar JTM Penyulang Hertasning Baru
Jenis penghantar : AAAC
Panjang Jaringan : 12.71 km
Luas Penampang : 150 mm2
Sumber: Tragi Panakkukang Makassar, 2017
Tabel 4.4 Impedansi Urutan Penghantar AAAC
Luas
Penampang Jari-Jari Urat GMR
Impedansi Urutan Positif Impedansi Urutan Nol mm2 mm mm Ohm/Km Ohm/Km 16 2.2563 7 1.638 2,0161+J0,4036 2,1641+J1,6911 25 2.8203 7 2.0475 1,2903+J0,3895 1,4384+J1,6770 35 3.3371 7 2.4227 0,9217+J0,3790 1,0697+J1,6665 50 3.9886 7 2.8967 0,6452+J0,3678 0,7932+J1,6553 70 4.7193 7 3.4262 04608+J0,3572 0,6088+J1,6447 95 5.4979 19 4.1674 03096+J0,3449 0,4876+J1,6324 120 61,791 19 4.6837 0,2688+J0,3376 0,4168+J1,6324 150 6.9084 19 5.2365 0,2162+J0,3305 0.3631+J1,6180 185 7.6722 19 5.8155 0,1744+J0,3239 0,3224+J1,6114 240 8.7836 19 66238 0,1344+J0,3158 0,2824+J1,6034 Sumber: SPLN 64 1985 βPetunjuk Pemilihan dan Penggunaan Pelebur pada Sistem Distribusi
34
Gambar 4.4 Peta Penyulang Hertasning Baru
35
6) Data NGR Transformator #1 GI Panakkukang
NGR (Neutral Grounding Resistor) merupakan komponen yang
berfungsi untuk menbatasi jumlah arus hubung singkat 1 phasa ke tanah.
Transformator #1 GI Panakkukang menggunakan NGR dengan nilai Resistansi 40 β¦, sesuai standar membatasi jumlah arus hubung singkat 1
phasa ketanah maksimum 300 A.
Berikut data spesifikasi NGR Transformator #1 GI Panakkukang:
Tabel 4.5 Data Spesifikasi NGR Tranformator 1 GI Panakkukang
Type : G20.0300.10.S.LH.00.TT Serial : 0 NE 0407011 - 1 / 002 Date : W 40 / 04 System Voltage : 20 kV Rated Voltage : 12 kV Rated Frequency : 50 Hz Rated Current : 300 A
Rated Time : 10 Sec
Resistance : 40 Ohm of Temperature 20 Λc
Temp. Rise : 600 Λc
Weight : 310 Kg
CT NGR
Merk : Sairt Chamond
Ith : 100 X In I Dyn : 2.5 X Ith Ts : 620 IEC 44 - 1 Type Mode : At M20 - 3 Ratio : 300 / 5 A Burden : 30 VA Class : 10 P 20 Insulation : 24 / 50 / 125 KV
36
7) Data Relay OCR / GFR Penyulang Hertasning Baru
Relay OCR / GFR disini berfungsi untuk mengamankan peralatan dari gangguan simetri maupun asimetri. Dimana relay OCR / GFR memiliki peran
yang berbeda. Relay arus lebih (50/51) adalah peralatan yang dapat
merasakan adanya arus lebih yang disebabkan karena adanya gangguan
hubung singkat maupun adanya beban berlebih (overload) yang dapat
merusak peralatan yang berada di wilayah proteksi dalam hal ini antara Phasa
ke Phasa. Sedangkan, relay GFR (50N/51N) mendeteksi adanya hubung
singkat ke tanah.
Berikut spesifikasi relay OCR / GFR pada Penyulang Hertasning Baru:
Table 4.6 Data Relay OCR / GFR Penyulang
Penyulang Hertasning Baru
Merek/Tipe Micom / P123
Data Relay OCR GFR
Set Relay 1 A 0.1 A
Aktual (Batas Maks) 400 A 40 A
Waktu Setting 0.1 0.1 Momen 5X 6X Kurva Karakteristik SI SI Rasio CT 400/1 A Incoming Merek/Type GE / MIF II
Data Relay OCR GFR
Set Relay 0,8 0,05
Aktual (Batas Maks) 960 60
Waktu Setting 0,175 0,175
Momen Block Block
Kurva Karakteristik SI SI
Rasio CT 1200/5
37
4.2 Deskripsi Kegiatan
4.2.1 Perhitungan Arus Hubung Singkat
Perhitungan arus hubung singkat ini dilakukan untuk mengetahui jumlah arus
hubung singkat yang mengalir pada rangkaian ketika terjadi gangguan hubung
singkat. Adapun jenis gangguan hubung singkat yang akan di hitung meliputi:
a. Hubung singkat 3 phasa.
b. Hubung singkat 2 phasa.
c. Hubung singkat 1 phasa ke tanah.
Dari data yang telah dikumpulkan diatas maka dibuatlah skema gangguan
penyulang Hertasning Baru untuk memudahkan proses perhitungan arus hubung
singkat.
Gambar 4.5 Skema Gangguan Penyulang Hertasning Baru
Adapun tahapan β tahapan yang dilakukan untuk menghitung arus gangguan
hubung singkat ini yaitu:
1) Menghitung Impedansi Sumber
Data MVA hubung singkat di GI Panakkukang sebesar 1803 MVA.
38
sisi 20 kV. Untuk menghitung simpedansi sumber (Reaktansi) digunakan
persamaan: ππ = ππ