Metode Penyelesaian Analisis Arus Hubung Singkat

TINJAUAN PUSTAKA

2.3 Konsep Perhitungan Gangguan Arus Lebih

2.3.1 Metode Penyelesaian Analisis Arus Hubung Singkat

Pada sistem n-bus, metode analisis arus hubung singkat yang digunakan antara lain adalah metode Thevenin dan metode Matriks Impedansi Bus. Metode Thevenin biasanya digunakan untuk jumlah bus yang sedikit (1 – 2 bus) sedangkan metode Matriks Impedansi Bus digunakan untuk jumlah bus yang banyak (lebih dari 2 bus). Pada Tugas Akhir ini metode yang dibahas adalah Thevenin.

2.3.1.1 Metode Thevenin

Penerapan metode Thevenin dari suatu rangkaian atau jaringan yang rumit dimana terdapat banyak sumber tegangan dan impedansi – impedansi peralatan, pada prinsipnya adalah menyederhanakan rangkaian yang rumit tersebut menjadi suatu rangkaian ekivalen Thevenin, rangkaian tersebut terdiri atas sumber tegangan Thevenin yang disusun seri dengan impedansi Thevenin. Gambar 2.2 mengilustrasikan penyederhanaan dari jaringan listrik yang rumit menjadi sebuah rangkaian ekivalen Thevenin.

Gambar 2.2 Ilustrasi Penyederhanaan Jaringan Distribusi Menggunakan Metode Thevenin

Berikut langkah – langkah penggunaan metode Thevenin:

1. Mencari titik F dan N untuk mendapatkan tegangan Thevenin, dimana titik F merupakan titik terjadinya gangguan dan titik N merupakan titik netral. Tegangan antara titik F dan N (VFN) adalah tegangan pada titik gangguan yang akan ditinjau. Terminal antara titik F dan N dibuka (open circuit) sehingga tidak ada jatuh tegangan pada impedansi ZN sehingga besar tegangan pada VFN adalah tegangan sebelum gangguan terjadi pada titik tersebut.

2. Mencari impedansi Thevenin dengan melakukan penjumlahan terhadap semua impedansi yang diukur dari titik F dan N pada kondisi semua tegangan pada jaringan tersebut dianggap sama dengan nol (dihubung singkat).

3. Menghitung besar arus Thevenin yang mengalir dengan menggunakan hukum Ohm. Pada analisis arus hubung singkat, besar arus Thevenin adalah besar arus hubung singkat yang terjadi.

2.3.2 Contoh Perhitungan Arus Hubung Singkat Menggunakan Metode Thevenin Pada contoh ini akan dilakukan perhitungan terhadap besar arus hubung singkat 3 fasa dengan berbagai kondisi jaringan distribusi terhubung Distributed Generation dan tidak terhubung dengan Distributed Generation sehingga dapat dilihat bagaimana pengaruh Distributed Generation terhadap besar arus gangguan yang terjadi.

1. Kondisi 1 : Jaringan Distribusi Tanpa Terhubung Distributed Generation

Gambar 2.3 One Line Diagram Jaringan Distribusi Sistem 3 Bus Tanpa Terhubung DG

Gambar 2.3 menunjukkan suatu contoh one line diagram beserta reaktansi setiap peralatan dalam satuan per-unit dengan base daya 50000 KVA dan base

tegangan 10 KV dari jaringan distribusi yang tidak terhubung dengan Distributed Generation dimana terjadi gangguan 3 fasa pada Bus 1.

Prosedur perhitungan dengan sistem 3 bus dengan gangguan terjadi pada Bus 1: 1. Sebelum melakukan perhitungan, one line diagram pada Gambar 2.3

diubah menjadi suatu diagram impedansi yang ditunjukkan oleh Gambar 2.4.

Gambar 2.4 Diagram Impedansi dari Jaringan Distribusi Sistem 3 Bus Tanpa Terhubung DG

2. Hitung impedansi ekivalen Thevenin yang diukur dari Bus 1 dan semua sumber tegangan dihubung singkat.

Generator _LOAD 0,11 pu Fault Bus 1 Bus 2 0,38 pu 0,11 pu 0,33 pu Bus 3 Fault Rel Netral Eg 0,11 pu 0,38 pu 0,33 pu 0,11 pu Vf Bus 1

 Xseri = XSaluran + XLoad = 0,22 + 0,33 = 0,55 pu



Xth= _XXseri_seri x X_XGenerator_Generator=0,55 x 0,38_, _, = 0,224

Dengan menganggap tegangan pada Bus 1 sebelum terjadi gangguan sama dengan base tegangan pada Bus 1, maka tegangan ekivalen Thevenin (Vth) adalah 1,0 pu sehingga,

IF = V_Xth th =

1,0

j 0,224 = -j 4,464 pu

Dengan base daya dan base tegangan sebesar 50000 KVA dan 10 KV, maka besar arus gangguan dalam ampere adalah

|IF| = 4,464 x 50000

√3x 10= 12886, 45 A

2. Kondisi 2 : Jaringan Distribusi Yang Terhubung Dengan 1 Unit DG

Gambar 2.5 One Line Diagram Jaringan Distribusi Sistem 3 Bus Terhubung DG1 Gambar 2.5 menunjukkan suatu contoh one line diagram beserta reaktansi setiap peralatan dalam satuan per-unit dengan base daya 50000 KVA dan base

tegangan 10 KV dari jaringan distribusi yang terhubung dengan DG1 dimana terjadi gangguan 3 fasa pada Bus 1.

DG 1 Generator _{0,11 pu} Fault Bus 1 Bus 2 0,38 pu 0,11 pu 0,33 pu Bus 3 0,10 pu Load

Prosedur perhitungan dengan sistem 3 bus dengan gangguan terjadi pada Bus 1: 1. Sebelum melakukan perhitungan, one line diagram pada Gambar 2.5

diubah menjadi suatu diagram impedansi yang ditunjukkan oleh Gambar 2.6.

Gambar 2.6 Diagram ImpedansiJaringan Distribusi Sistem 3 Bus Terhubung DG1 2. Hitung impedansi ekivalen Thevenin yang diukur dari Bus 1 dan semua

sumber tegangan dihubung singkat.

 _X_seri _{= X}_transmisi _{+ X}_load _{= 0,11 + 0,33 = 0,44}  _X_paralel ₌XDG1x Xseri

XDG1+ Xseri =

0,10x 0,44

0,10+ 0,44= 0,0814 pu

 _X_seri _{= X}_transmisi _{+ X}_paralel _{= 0,11 + 0,0814 = 0,1914}  Xth= X_Xseri x XGenerator

seri XGenerator=

0,1914 x 0,38

, , = 0,127

Dengan menganggap tegangan pada Bus 1 sebelum terjadi gangguan sama dengan base tegangan pada Bus 1, maka tegangan ekivalen Thevenin (Vth) adalah 1,0 pu sehingga, IF = V_Xth th = 1,0 j 0,127 = -j 7,87 pu Fault Rel Netral Eg 0,11 pu 0,38 pu 0,33 pu 0,11 pu Vf Eg 0,10 pu Bus 1

Dengan base daya dan base tegangan sebesar 50000 KVA dan 10 KV, maka besar arus gangguan dalam ampere adalah

|IF| = 7,87 x 50000

√3x 10= 22718, 73 A

3. Kondisi 2 : Jaringan Distribusi Yang Terhubung Dengan 2 Unit DG

Gambar 2.7 One Line Diagram Jaringan Distribusi Sistem 3 Bus Terhubung DG1 dan DG2

Gambar 2.7 menunjukkan suatu contoh one line diagram beserta reaktansi setiap peralatan dalam satuan per-unit dengan base daya 50000 KVA dan base

tegangan 10 KV dari jaringan distribusi yang terhubung dengan DG1 dan DG2 dimana terjadi gangguan 3 fasa pada Bus 1.

Prosedur perhitungan dengan sistem 3 bus dengan gangguan terjadi pada Bus 1: 1. Sebelum melakukan perhitungan, one line diagram pada Gambar 2.7

diubah menjadi suatu diagram impedansi yang ditunjukkan oleh Gambar 2.8 DG 1 Generator 0,11 pu Fault Bus 1 Bus 2 0,38 pu 0,11 pu 0,33 pu Bus 3 0,10 pu DG 2 0,10 pu

Gambar 2.8 Diagram ImpedansiJaringan Distribusi Sistem 3 Bus Terhubung DG1 dan DG2

2. Hitung impedansi ekivalen Thevenin yang diukur dari Bus 1 dan semua sumber tegangan dihubung singkat.

 _X_paralel ₌XDG2x XLoad X_DG2+ XLoad =

0,10x 0,33

0,10+ 0,3 = 0,0767 pu

 _X_seri _{= X}_transmisi _{+ X}_paralel _{= 0,11 + 0,0767 = 0,1867}  _X_paralel ₌XDG2x Xseri

X_DG2+ Xseri =

0,10 x 0,1867

0,10+ 0,1867= 0,0651pu

 Xseri = Xtransmisi + X_paralel = 0,11 + 0,0651 = 0,1751

 Xth= _XXseri_seri x X_XGenerator_Generator=0,1751 x 0,38_, _, = 0,1197

Dengan menganggap tegangan pada Bus 1 sebelum terjadi gangguan sama dengan base tegangan pada Bus 1, maka tegangan ekivalen Thevenin (Vth) adalah 1,0 pu sehingga,

IF = V_Xth th =

1,0

j 0,1197 = -j 8,35 pu

Dengan base daya dan base tegangan sebesar 50000 KVA dan 10 KV, maka besar arus gangguan dalam ampere adalah

|I | = 8,35 x 50000 = 24104, 37 A Fault Rel Netral Eg 0,11 pu 0,38 pu 0,33 pu 0,11 pu Vf Eg 0,10 pu Eg 0,10 pu Bus 1

Berdasarkan perhitungan arus gangguan 3 fasa pada contoh - contoh diatas dapat diperoleh bahwa semakin banyak jumlah Distributed Generation yang terhubung dengan jaringan distribusi maka besar arus gangguan yang timbul pada titik gangguan semakin besar.

2.4 Peralatan – Peralatan Perlindungan Arus Lebih Pada Jaringan Distribusi

Dalam dokumen Studi Koordinasi Fuse Dan Recloser Pada Jaringan Distribusi 20 Kv Yang Terhubung Dengan Distributed Generation (Studi Kasus: Penyulang PM. 6 Gardu Induk Pematangsiantar) (Halaman 173-180)