Short-Circuit Analysis pada Etap PowerStation menganalisa gangguan hubung singkat tiga phasa, satu phasa ke tanah, antar phasa dan dua phasa ke tanah pada sistem tenaga listrik. Program Short-Circuit Analysis Etap PowerStation menghitung arus total hubung singkat yang terjadi. Etap PowerStation versi 3.0.2 menggunakan standar ANSI/IEEE (seri C37) dan IEC (IEC 909 dan lainnya) dalam menganalisa gangguan hubung singkat yang bisa dipilih sesuai dengan keperluan.
Untuk memulai Short-Circuit Analysis maka single line diagram (SLD) sistem tenaga listrik digambarkan terlebih dahulu dengan memperhatikan komponen AC dan DC serta peralatan yang digunakan. SLD biasa digambarkan pada lembar edit (lihat gbr. 34)
Gambar 34. Lembar kerja ETAP PowerStations
Study Case Editor
Short-Circuit Analysis Study Case Editor berisi variabel – variabel kontrol untuk penyelesaian analisa hubung singkat dan beberapa pilihan format laporan atau hasil output software (lihat gambar 2), untuk menampilkannya maka pada Window pilih guest (Project Editor) setelah itu pilih studi cases, short circuit dan SC - Default
32
Adapun variabel – variabel yang terdapat dalam Short-Circuit Analysis study case editor antara lain :
2 Study Case ID
Nama study case terdapat pada isian ini yang dapat diubah – ubah dengan panjang maksimal karakter penamaan sebanyak 12 karakter
2 Standard
Standar ANSI dan IEC dapat dilakukan untuk studi hubung singkat. Kedua standar mempunyai variable yang berbeda.
2 XFMR Tap
Terdapat tiga metode yang disediakan untuk model seting tap off-nominal transformator.
2 Adjust Base kV
Tegangan – tegangan bus dihitung mengguankan perbandingan belitan yang meliputi rating kV trafo.
2 Adjust XFMR Z
Impedansi transformator disesuaikan untuk seting tap off-nominal untuk mengikuti perubahan transformator begitu juga dengan setting pada tap.
2 Use Nominal Tap
Rating kV transformator digunakan sebagai perbandingan belitan untuk perhitungan tegangan base dari bus – bus, yakni semua seting tap off-nominal diabaikan dan impedansi transformator tidak disesuaikan.
33 2 Report
Beberapa pilihan untuk laporan output dari studi hubung singkat adalah : a. Contribution Level
Dapat dipilih sampai sejauh mana arus kontribusi dari setiap bus individual ke masing-masing bus yang terganggu dengan menyatakan jumlah level bus dalam bagian tersebut.
b. Marginal Device Limit
PowerStation akan menandai semua peralatan pengaman yang mempunyai momentary duty dan interrupting duty melebihi kemampuannya dengan tanda berwarna merah. Dalam laporan outputnya peralatan ini akan ditandai untuk membedakan dengan peralatan yang masih dalam batas kemampuannya.
c. Individual LV Motor Contribution
Pilihan ini menyediakan studi aliran daya yang lebih detail pada sistem tergantung rendah. Dengan memilih hal ini, kontribusi setiap motor tegangan rendah akan dicetak pada laporan output.
d. Bus Selection
PowerStation mempunyai kemampuan untuk melakukan perhitungan gangguan pada satu bus atau semua bus sekaligus (tetapi tidak simultan). Tergantung pada tipe gangguan yang diinginkan, program akan menerapkan gangguan tiga fasa, line to line, line to ground dan line to line to ground pada setiap bus yang ditentukan untuk studi hubung singkat.
e. Cable/OL Heater
Dengan pilihan ini, program akan memasukkan impedansi kabel peralatan dan pemanasan karena overload dalam studi hubung singkat.
f. Prefault Voltage ANSI Standard
Dengan pilihan ini dapat dimasukkan keadaan awal hubung singkat untuk semua bus.
34
g. Fixed Prefault Voltage
Menentukan besarnya tegangan sebelum gangguan dalam persen tegangan bus nominal atau base kV bus
h. Variabel Prefault Voltage
Program juga dapat menentukan nilai tegangan sebelum gangguan untuk setiap bus, sehingga dapat dilakukan studi hubung singkat dengan harga tegangan bus sebelum gangguan yang berbeda
i. Machine X/R – ANSI Standard
Pilihan X/R mesin yang tetap dan variabel tersedia dalam perhitungan hubung singkat. Untuk catatan, pemilihan X/R mesin tetap atau variabel hanya berpengaruh pada perhitungan interrupting (1½ - 4 cycle) duty dari circuit breaker tegangan tinggi.
j. Fixed X/R
PowerStation menggunakan rasio X/R mesin (=X”/Ra) yang ditentukan untuk ½ cycle dan 1½ - 4 cycle. Titik berat pilihan ini adalah untuk memberikan keleluasan bahwa standar ANSI tidak mempertimbangkan rasio X/R mesin yang variable.
Contoh perhitungan Ra jika X/R fixed :
½ Cycle Network 1½ - 4 Cycle Network
Input Xsc 15 25
Input X/R 10 10
35
k. Variabel X/R
PowerStation menggunakan rasio X/R mesin yang ditentukan dan reaktansi subtransient (X”) untuk menghitung resistansi jangkar (Ra). Resistansi ini selanjutnya digunakan untuk ½ cycle network dan 1½ - 4 cycle network.
Contoh perhitungan Ra dan X/R jika X/R variable dipertimbangkan :
½ Cycle Network 1½ - 4 Cycle Network
Given Xsc 15 25
Given X/R 10 --
Terhitung Ra 1.5 1.5
Final X/R 10 16.7
l. Prefault Voltage – IEC Standard
Faktor C digunakan sebagai Cmax yang ditentukan dalam standa IEC 909. Ekivalen sumber tegangan yang digunakan dalam perhitungan hubung singkat IEC akan default C factor untuk tegangan Standar IEC 909 :
230 V & 400 V C Factor = 1.0
< 1001 V C Factor = 1.05
sampai dengan 35000 V C Factor = 1.1
> 35000 V C Factor = 1.1
m. Calculation Method – IEC Standard Peak X/R Method
• Method A – menggunakan rasio X/R yang seragam dalam perhitungan arus puncak
• Method B – menggunakan rasio X/R pada lokasi hubung singkat dalam perhitungan arus puncak
36
n. Breaking kA
Breaking duty dari CB dan fuse dihitung berdasarkan dua metode :
• No Mtr Decay – Penurunan motor induksi tidak dimasukkan dalam perhitungan • With Mtr Decay – Penurunan motor induksi dimasukkan dalam perhitungan o. Steady State kA
Arus hubung singkat steady state adalah dalam harga rms yang tersisa dari penurunan pada fenomena transient.
• Max Value : Faktor-faktor yang digunakan untuk arus hubung singkat steady state yang mencerminkan nilai maksimum ketidakakuratan pemodelan. Nilai ini digunakan untuk menentukan rating minimum peralatan.
• Min Value : Faktor-faktor yang digunakan untuk arus hubung singkat steady state yang mencerminkan nilai minimum ketidakakuratan pemodelan. Nilai ini digunakan untuk tujuan koordinasi relay.
p. Motor Contribution Based On
Pilihan yang berhubungan dengan berbagai macam motor yang mendukung dalam analisa short-circuit.
i. Motor Status
Analisa akan dilakukan berdasarkan data motor yang diinputkan. ii. Loading Category
Pembebanan akan diikutsertakan dalam analisa hubung singkat dengan pemilihan jenis beban.
iii. Both
* Untuk keadaan default maka pilih motor status
q. Bus Selection
adalah lembar yang berisi daftar bus yang yang mengalami gangguan.
* Untuk keadaan default maka kosongkan, dan ganguan pada bus bisa dilakukan dengan cara klik kanan pada mouse dan pilih option fault
37
Info Page Short-Circuit Analysis Study Case Editor
2 Standard
Ada dua pilihan standar yang diberikan oleh Etap PowerStation yaitu ANSI dan IEC standards tergantung dengan short circuit analysis yang dilakukan.
* Untuk keadaan default maka pilih standar yang diinginkan ANSI/IEEE atau IEC tanpa melakukan perubahan pada option yang lain (prefault voltage)
2 Line to Ground Fault
adalah option dimana bisa menginputkan nilai impedansi tanah jika terjadi gangguan pada sistem ke tanah.
Gambar 35. (kiri) info page – (kanan) standard page SC-Study Case Editor
Data Untuk Short Circuit Analysis
Data – data yang harus diperlukan untuk analisa hubung singkat antara lain :
2 Data Bus
Data yang dibutuhkan untuk perhitungan hubung singkat meliputi : • ID Bus
berupa nomor atau nama bus dari sistem • Nominal kV
38
• %V dan sudut (angle)
jika initial codition di set pada use bus voltage
Gambar 36. Bus Editor
2 Data Branch
Data branch (saluran) dimasukkan ke dalam branch editor, yaitu transformator, transmision line, kabel, reaktor, dan impedansi editor. Data yang dibutuhkan dalam hubung singkat meliputi :
• Nilai dan besaran, toleransi, temperature dari branch Z, R, X atau X/R • Panjang dan satuan dari kabel transmisi.
• Base kV, Impedansi dan base kVA/MVA
39 2 Data Synchronous Generator
Data Synchronous Generator (generator sinkron) yang dibutuhkan dalam hubung singkat meliputi :
• Mode Operasi (Swing, Voltage Control atau Mvar Control) • kV nominal
• %V dan sudut untuk mode swing
• %V, MW loading, dan limit Mvar (Qmax dan Qmin) untuk operasi mode voltage control
• Pembebanan MW dan Mvar untuk mode Mvar control.
Gambar 38. (kiri) info page generator – (kanan) rating page generator
2 Data Motor Induksi dan Motor Sinkron
Data yang diperlukan untuk analisa hubung singkat meliputi : • Rating kW/HP dan kV
• Power faktor dan efisiensi pada pembebanan 100%, 75% dan 50 % • % loading yaitu persen pembebanan pada motor
40
Gambar 39. (kiri) info page motor – (kanan) name plate page motor
2 Data Beban Statis
Data yang diperlukan untuk analisa hubung singkat meliputi : • Identifikasi beban yaitu identitas nama beban
• Rating kVA/MVA dan kV • Power faktor
• % Loading
• Data kabel peralatan
41
Gambar 41. Cable page static load
2 Data Transformator
Data yang diperlukan untuk analisa hubung singkat meliputi : • Identifikasi yaitu identitas transformator
• Rating kVA/MVA, max kVA/MVA • Rating kV primer serta kV sekunder • % Z, dan X/R
• Hubungan belitan • Hubungan belitan
42
Gambar 43. Tap page transformator
2 Data – Data Lain
Terdapat beberapa data yang berkaitan dengan studi kasus yang juga harus dimasukkan. Data-data ini diedit pada short circuit study case editor. Hal ini meliputi :
• Metode (Newton-Raphson, Fast-decoupled, atau Accelerated Gauss-Seidel) • Maksimum Iterasi
• Ketelitian
• Faktor percepatan untuk metode Accelerated Gauss-Seidel. • Loading Category
• Report (format laporan)
• Update (untuk tegangan bus dan load tap changer tranformator yang menggunakan hasil hubung singkat)
Untuk data atau parameter yang diperlukan tetapi tidak tercantum dalam data peralatan, dapat memasukkan parameter dalam software yang diambil data yang disediakan dalam library ETAP PowerStation kemudian data tersebut disesuaikan dengan data peralatan sebenarnya.
43
Memberi Gangguan Pada Bus
Untuk dapat melakukan analisa hubung singkat ini maka pada bus yang akan dianalisa harus diberi gangguan dengan cara pada bus yang diinginkan ada gangguan di klik kanan setelah itu pilih option fault, jika ingin mengembalikan seperti semula pilih option don’t fault (lihat gambar 44.)
Gambar 44. page gangguan pada bus
ToolBar Short circuit Analysis
Adapun toolbar short circuit analysis ada dua macam sesuai dengan standar yang dipilih.
1. Toolbar ANSI Standard
gangguan
normalisasi
3–Phase Fault Device Duty : untuk menganalisa gangguan 3 phasa sesuai dengan sistem.
3-Phase Faults - 30 Cycle Network : untuk menganalisa gangguan 3 phasa pada system dengan waktu 30 cycle.
LG, LL, LLG, & 3-Phase Faults - ½ Cycle: untuk menganalisa gangguan satu phasa ke tanah , antar phasa, dua phasa ke tanah dan 3 phasa selama ½ cycle
3–Phase Fault Device Duty : untuk menganalisa gangguan 3 phasa sesuai dengan sistem.
LG, LL, LLG, & 3-Phase Faults - 1.5 to 4 Cycle: untuk menganalisa gangguan satu phasa ke tanah , antar phasa, dua phasa ke tanah dan 3 phasa antara 1,5 sampai 4 cycle
44
2. Toolbar IEC Standard
Short circuit Display Options: untuk mengatur hasil short circuit yang ditampilkan sesuai dengan peralatan yang operasi.
Short circuit Report Manager: untuk menampilkan hasil short circuit Halt Current Calculation: untuk menghentikan proses running short circuit
Get Online Data: untuk menyalin data online jika computer interkoneksi dengan menggunakan PSMS (online feature)
Get Archived Data: untuk menyalin data online jika computer terinterkoneksi.
LG, LL, LLG, & 3-Phase Faults - 30 Cycle: untuk menganalisa gangguan satu phasa ke tanah , antar phasa, dua phasa ke tanah dan 3 phasa selama 30 cycle
Save Fault kA for PowerPlot: untuk studi lebih lanjut dengan program powerplot yang berhubungan dengan koordinasi.
Short circuit Display Options: untuk mengatur hasil short circuit yang ditampilkan sesuai dengan peralatan yang operasi.
Short circuit Report Manager: untuk menampilkan hasil short circuit Halt Current Calculation: untuk menghentikan proses running short circuit
Get Online Data: untuk menyalin data online jika computer interkoneksi dengan menggunakan PSMS (online feature)
Save Fault kA for PowerPlot: untuk studi lebih lanjut dengan program powerplot yang berhubungan dengan koordinasi.
3-Phase Faults - Device Duty (IEC909): untuk menganalisa gangguan 3 phasa sesuai standar IEC 909.
LG, LL, LLG, & 3-Phase Faults (IEC 909) : untuk menganalisa gangguan satu phasa ke tanah , antar phasa, dua phasa ke tanah dan 3 phasa dengan standar IEC 909
3-Phase Faults - Transient Study (IEC 363): untuk menganalisa gangguan satu phasa ke tanah , antar phasa, dua phasa ke tanah dan 3 phasa dengan standar IEC 363
45
Data Hasil Simulasi ETAP PowerStation
Hasil dari short circuit dapat diketahui melalui Short circuit Report Manager dimana data keluaran yang dapat diketahui meliputi :
Gambar 45. (kiri atas ) Complete page – (kanan atas) Input page
(kiri bawah ) Result page – (kanan bawah) Summary page SC Report Manager
* untuk mengetahui hasil keseluruhan running program maka pilih TextReport
46
2 Complete
Data yang tersedia berupa keseluruhan data yang dimasukkan ke dalam system dan hasil running program.
2 Input
Data yang tersedia berupa masukkan data kita pada peralatan yang ada dalam sistem tenaga listrik antara lain :
1. Bus 2. Cable 3. Cover 4. Generator 5. Loads 6. Reactor 7. Transformer 8. UPS 9. Utility 2 Result
Data yang tersedia sesuai dengan study case yang dipilih yaitu short circuit sehingga hasilnya adalah :
• SC report
Berisi data hubung singkat yang terjadi dalam sistem tenaga listrik yang di desain dan.dapat diketahui pula power faktor dan arus pada peralatan.
2 Summary
Menunjukan data hasil running yang berhubungan dengan kestabilan system dimana akan ditunjukkan hasil sistem yang mengalami gangguan.
47