Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
STUDI PENGARUH BEBAN TIDAK SETIMBANG
TERHADAP RELE GANGGUAN TANAH
(APLIKASI GARDU INDUK BINJAI)
TUGAS AKHIR
Disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro Program Pendidikan Sarjana Ekstension
OLEH:
NAMA
: WIRA TUA. SARAGI
NIM
: 020422055
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
STUDI PENGARUH BEBAN TIDAK SETIMBANG TERHADAP RELE GANGGUAN TANAH
(APLIKASI GARDU INDUK BINJAI)
OLEH:
NAMA : WIRA TUA. SARAGI NIM : 020422055
Disetujui Oleh : Pembimbing
Ir. Syahrawardi NIP: 131 273 469
Diketahui Oleh :
Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara
Ir Nasrul Abdi, MT NIP : 131 459 554
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
ABSTRAK
Dari hasil studi ini diperoleh bahwa rele gangguan tanah bekerja
berdasarkan setting arus yang telah disesuaikan untuk melakukan proteksi
transformator sistem dari arus gangguan tanah ke alat proteksi.
Rele proteksi akan merasakan adanya gangguan, apabila arus yang
dirasakan oleh rele melebihi dari arus settingnya, rele akan bekerja memberi
sinyal ke Circuit Bracker (CB) untuk membuka.
Apabila arus gangguan lebih kecil dari nilai settingnya maka rele tidak
akan bekerja.
Untuk arus gangguan yang kecil, rele arus gangguan tanah yang cocok
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis sampaikan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah
melimpahkan rahmat dan karuniaNya sehingga penulis mampu menyusun dan
menyelasaikan tugas akhir ini.
Penyusunan tugas akhir ini adalah untuk memenuhi persyaratan untuk
menyelesaikan program studi pendidikan sarjana ekstension pada jurusan teknik
elektro Universitas Sumatera Utara.
Adapun judul tugas akhir ini adalah “STUDI PENGARUH BEBAN
TIDAK SETIMBANG TERHADAP RELE GANGGUAN TANAH (APLIKASI GARDU INDUK BINJAI)”.
Penulis menyadari bahwa tanpa adanya bimbingan dan bantuan baik moril
maupun materi dari para dosen serta dukungan dari berbagai pihak, tugas akhir ini
akan sulit diselesaikan. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Ir. Nasrul Abdi, MT dan Bapak Rahmat Fauzi, ST. MT sebagai
Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Ir. Syahrawardi, sebagai Dosen Pembimbing.
3. Seluruh Staf Dosen Pengajar Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
5. Ir. DJ. Saragi dan K. Sirait selaku orang tua penulis yang tercinta dan
tersayang, serta keluargaku.
6. Rekan-rekan Stambuk 2002 PPSE Teknik Elektro Ekstension Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara.
7. Seluruh teman-teman seperjuangan dalam penyusunan tugas akhir.
8. Seluruh Staf Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU.
Akhirnya dengan segala kerendahan hati, penulis berharap semoga tugas
akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua yang memerlukannya.
Medan, 28 Maret 2008 Penulis,
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ………... i
KATA PENGANTAR ………... ii
DAFTAR ISI ………. iv
DAFTAR GAMBAR ……….…….… vii
DAFTAR TABEL ………..…… viii
BAB I PENDAULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah………. 1
1.2. Perumusan Masalah……… 3
1.3. Tujuan Penulisan………..….. 3
1.4. Batasan Masalah………..……... 3
1.5. Metode Penulisan ……… 4
1.6. Sistematika Penulisan………...……... 4
BAB II SISTEM YANG TAK SEIMBANG 2.1. Pengertian Sistem Yang Tak Seimbang……… 6
2.2. Sistem Komponen Simetris……….. 6
2.3. Operator a………. 8
2.4. Hubungan Antara Operator a Dengan Komponen Simetris………... 8
2.5. Impedansi Urutan ………. 10
2.6. Impedansi Fasa Yang Tak Seimbang ……….. 11
2.7. Analisa Sistem Tak Seimbang Dengan Metode Komponen Simetris ………. 17
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
BAB III BEBAN TAK SEIMBANG
3.1. Pengertian Beban Tak Seimbang ……….………... 21
3.2. Analisa Beban Tak Seimbang Pada Sistem Yang
Ditahan ………. 23
3.2.1. Kondisi Beban Ditahan ………... 23
3.2.2. Kondisi Beban Yang Tak Ditanahkan ….… 25
3.3. Analisa Beban Tak Seimbang Pada Sistem
Yang Tak Ditanahkan……….. 26
3.3.1. Kondisi Beban Ditanahkan ……….. 26
3.3.2. Kondisi Beban Yang Tak Ditanahkan ……. 27
BAB IV RELE GANGUAN TANAH
4.1. Pinsip Kerja Rele Gangguan Tanah ……… 29
4.2. Setting Arus Rele Gangguan Tanah ……….... 32
4.2.1. Setting Arus Rele Gangguan Tanah Di
Feeder 20 KV ( Out Going Relay ) ………. 32
4.2.2. Setting Arus Rele Gangguan Tanah
Di Incoming Transformator…….…………. 33
4.3. Rele Gangguan tanah Terarah (Direktonial
Earth Faul Relay)……….. 34
4.4. Rele Gangguan Tanah Pada Sistem Daya Lisrik …. 36
4.4.1. Rele Gangguan Tanah Pada Sistem Yang
Netralnya Tak Ditanahkan ………... 36
4.4.2. Rele Gangguan Tanah Pada Sistem Yang
Ditanahkan Dengan Komponen Petersen …. 37
4.4.3. Rele Gangguan Tanah Pada Sistem Yang
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
BAB V PENGARUH KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN TERHADAP KERJA RELE GANGGUAN TANAH
5.1. Kondisi Sistem Dan Beban Ditanahkan …………. .. 39
5.2. Hubungan Arus Residu Dengan Rele
Gangguan Tanah ... 40
5.3. Contoh Perhitungan Pengaruh Ketidakseimbangan
Beban Terhadap Kerja Rele Gangguan Tanah ……. 41
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan ……… 45
B. Saran ………..……… 45
DAFTAR PUSTAKA
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2-1 Tiga Himpunan Fasor Seimbang Yang
Merupakan Komponen Simetris Dari
fasor Tidak Seimbang………. 7
Gambar 2-2 Penjumlahan Secara Grafis Komponen-Komponen Pada Gambar 2-1 Untuk Mendapatkan Tiga Fasor Tidak Seimbang ………. 7
Gambar 2-3 Formasi Simetris ……… 11
Gambar 2-4 Transposisi saluran transmisi fasa-tiga yang tdak simetris … 13 Gambar 2-5 Konfigurasi Formasi Vertikal dan Formasi Horizontal ……. 16
Gambar 2-6 Jala-Jala Tidak Setimbang Dengan Kawat Netral Sebagai Jalur Kembali ……… 19
Gambar 3-1a Hubungan Bintang Jalur Kembali Memakai Kawat Netral ……….. 22
Gambar 3-1b Hubungan Bintang Jalur Kembali Melalui Tanah …………. 22
Gambar 3-1c Hubungan Delta ………. 22
Gambar 3-2 Rangkaian Sistem Beban Tidak Seimbang ……… 23
Gambar 4-1 Transformator Keseimbangan Inti ………. 29
Gambar 4-2 Transformator Arus Netral Pada Sistem ……… 30
Gambar 4-3 Karakteristik Rele ……….. 32
Gambar 4-4 Rangkaian Rele Gangguan Tanah Di Feeder 20 KV ……….. 33
Gambar 4-5 Beberapa Metode Untuk Memperoleh Tegangan Residu Atau Tegangan Netral Ketanah ……….. 35
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
Gambar 4.7 Rangkaian Kumparan Peterson Berfungsi Untuk
Menunjukkan Saluran Yang Terganggu Pada Sistem ……... 37
Gambar 5-1 Diagram Rele Gangguan Tanah ……….. 40
DAFTAR TABEL
Halaman
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
BAB I
PENDAHULUAN
1. 1. Latar Belakang Masalah
Penggunaan energi listrik memegang peranan penting dalam kehidupan
modern, baik di kawasan industri maupun di kalangan masyarakat. Energi listrik
di abad ini sangat penting dan merupakan salah satu kebutuhan perekonomian
yang berdasarkan atas tantangan yang dihadapi oleh umat manusia dalam
meningkatkan derajat hidupnya. Aspek aspek atau persyaratan dasar yang harus
dipenuhi oleh pengadaan listrik juga mengalami perkembangan oleh sebab itu,
pelayanan energi listrik kepada konsumen diharapkan dapat berjalan dengan baik
dalam arti dapat mencukupi energi listrik dengan kualitas yang memuaskan dan
berkontinuitas. Terutama untuk Negara Indonesia, mengingat banyaknya sektor–
sektor diluar tenaga listrik yang membutuhkan dana untuk pembangunan, maka
pengembangan di sektor tenaga listrik menjadi salah satu faktor penting yang
harus dipertimbangkan . Oleh karena itu, pemakaian energi listrik di suatu negara
harus di anggap sebagai tolak ukur kemajuan rakyatnya.
Untuk mencapai sasaran ini banyak faktor yang harus diperhatikan,
misalkan, sistem distribusi, tegangan dan frekuensi yang konstan maupun
keseimbangan sistem.
Pada sistem distribusi tiga fasa keseimbangan sistem merupakan hal yang
penting, karena sistem yang tidak seimbang akan menyebabkan dampak yang
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
sistem. Ketidakseimbangan sistem ini dapat disebabkan oleh impedansi fasa tidak
seimbang dan beban yang tidak seimbang pula.
Pada hantaran udara formasi dari ketiga hantaran pada tiga fasa akan
mempengaruhi impedansi masing-masing fasanya. Kondisi fasa yang tidak
seimbang umumnya terjadi pada jaringan pedesaan, yang cenderung dihubungkan
dengan transformator dan jaringan distribusi satu fasa dan beban rumah tangga
yang biasanya beban satu fasa. Untuk daerah industri hal ini mungkin juga terjadi
dengan pemasangan beban yang tidak terkontrol.
Ketidakseimbangan sistem dapat dibagi dua yaitu ketidakseimbangan tetap
(static) dan ketidakseimbangan sistem dinamis. Ketidakseimbangan sistem
dinamis merupakan ketidakseimbangan yang bervariasi terhadap waktu. Keadaan
ini dapat berlangsung dalam beberapa menit, detik dan bahkan lebh kecil lagi.
Fluktuasi beban merupakan penyebab utama dari ketidakseimbangan dinamis ini.
Dalam menganalisis ketidakseimbangan sistem, keadaan sistem dan beban
diperlukan. Keadaan yang dimaksud apakah sistem maupun beban ditanahkan
atau tidak. Analisis sistem yang tidak seimbang dapat dilakukan dengan metode
komponen simetris, analisis ini menunjukkan adanya komponen urutan yaitu
komponen urutan positif, komponen urutan negatif dan komponen urutan nol.
Timbulnya komponen urutan nol pada sistem seimbang ditinjau dari keadaan yang
ditanahkan.
Komponen urutan yang dimaksud adalah komponen urutan tegangan, arus
dan impedansi. Dari besaran arus dan impedansi dapat diuraikan menjadi urutan
positif, negatif dan nol. Besaran tegangan terjadi dari tegangan urutan positif,
urutan negatif dan urutan nol. Begitu pula dengan arus dan impedansi mempunyai
urutan positif, urutan negatif dan urutan nol. Arus urutan nol yang terjadi pada
impedansi mempunyai urutan positif, urutan negatif dan urutan nol. Arus
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
untuk mendeteksi suatu gangguan tanah. Deteksi ini dapat dilakukan dengan
menggunakan rele yaitu rele gangguan tanah.
Fungsi rele gangguan tanah adalah untuk mendeteksi suatu gangguan
tanah. Gangguan tanah yang menetap tidak boleh dibiarkan terlalu lama, walau
kecil sekalipun, karena dapat membawa efek negatif pada sistem maupun
makhluk hidup di sekitar daerah gangguan. Titik gangguan harus dialokalisir dan
diperbaiki.
Bekerjanya rele gangguan tanah, bilamana terjadi aliran arus urutan nol
(residu) pada rele gangguan tanah. Untuk mendapatkan arus residu ini ada
beberapa metode yang harus dipergunakan dan salah satunya ada yang
berdasarkan ketidakseimbangan arus fasa yang terjadi akibat gangguan fasa ke
tanah.
Ketidakseimbangan beban dapat ditandai dengan tidak seimbangnya aliran
arus pada masing-masing fasanya dalam sistem tiga fasa. Jika hal ini dihubungkan
dengan salah satu metode untuk mendapatkan arus residu, hubungan ini
menunjukkan adanya aliran arus residu pada rele gangguan tanah akibat
ketidakseimbangan arus fasa. Dari keterkaitan ini tampak bahwa
ketidakseimbangan beban dapat menyebabkan terjadinya aliran arus residu pada
rele gangguan tanah.
1.2. Perumusan Masalah
Dari uraian diatas dapat dirumuskan permasalahannya yaitu apakah yang
menyebabkan ketidakseimbangan sistem maupun beban itu sendiri terhadap rele
gangguan tanah.
1.3. Tujuan Penulisan
Adapun tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk mengetahui
sebab-sebab terjadinya ketidakseimbangan beban terhadap rele gangguan tanah.
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
Adapun batasan masalah dalam penulisan Tugas Akhir ini antara lain :
1. Perhitungan untuk mencari arus residu hanya disinggung pada penggunaan
komponen simetris dan operator a serta menggunakan impedansi urutan
sendiri
2. Perhitungan beban tak seimbang hanya dilakukan pada kondisi beban yang
ditanahkan dan kondisi beban yang tak ditanahkan
3. Setting arus dari rele gangguan tanah hanya dilakukan pada rele arus lebih
dan rele gangguan tanah.
1.5. Metode Penulisan
Ada 3 macam metode yang digunakan dalam pembuatan Tugas Akhir ini,
yaitu:
a. Studi literatur, dilakukan dengan mempelajari beberapa referensi yang
memuat masalah yang berhubungan dengan tujuan penulisan.
b. Studi kasus, dengan mengumpulkan data yang ada dilapangan untuk
mendukung penulisan makalah tugas akhir, yang dilakukan di Gardu
Induk Binjai.
c. Studi bimbingan/diskusi, salah satunya adalah melakukan konsultasi
dengan dosen pembimbing tugas akhir.
1.6. Sistematika Penulisan
Untuk memudahkan pemahaman pada penulisan ini maka sistematika
penulisan sebagai berikut :
BAB I Pada Bab ini tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metode penulisan dan
sistematika penulisan.
BAB II Pada Bab ini dibahas tentang sistem yang tak seimbang dengan klasifikasinya sebagai berikut:
1. Sistem Komponen Simetris
2. Operator a
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
4. Impedansi urutan
5. Impedansi fasa yang tidak seimbang
6. Analisa sistem yang tak seimbang dengan metode komponen
simetris
7. Penentuan imedansi urutan sendiri
BAB III Pada Bab ini dibahas tentang beban tak seimbang dengan klasifikasi dan menganalisa kondisi beban, yaitu:
1. Kondisi beban yang ditanahkan
2. Kondisi beban yang tidak ditanahkan
BAB IV Pada Bab ini dibahas tentang rele gangguan tanah yang memiliki klasifikasi sebagai berikut:
1. Prinsip kerja rele gangguan tanah
2. Setting arus rele gangguan tanah di feeder 20 KV (Out going
relay) dan Di Incoming Transformator
3. Rele gangguan tanah terarah
4. Rele gangguan tanah pada sistem daya listrik yang memiliki
bagian sebagai berikut: Rele gangguan tanah pada sistem yang
diketanahkan dengan kumparan petersen, rele gangguan tanah
pada sistem yang diketanahkan dengan tahanan.
BAB V Pada Bab ini dibahas tentang ketidakseimbangan beban terhadap kerja rele gangguan tanah yang memiliki klasifikasi sebagai
berikut :
1. Kondisi sistem dan beban diketanahkan
2. Hubungan arus residu dengan rele gangguan tanah
3. Contoh perhitungan pengaruh ketidakseimbangan beban
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
BAB VI Pada Bab ini dibahas tentang kesimpulan dan saran-saran.
BAB II
SISTEM YANG TAK SEIMBANG
2. 1. Pengertian Sistem Yang Tak Seimbang
Sistem daya listrik menyalurkan daya dari generator tiga fasa ke beban
tiga fasa yang umumnya seimbang dengan impedansi sama pada setiap fasanya.
Akan tetapi sistem akan berubah tak seimbang apabila tegangan, arus dan
impedansi setiap fasanya tak sama (tak seimbang). Penyebab tak seimbangnya
tegangan, arus dan impedansi ini dapat disebabkan oleh adanya beban yang tak
seimbang. Penyebab beban menjadi tak seimbang itu sendiri diakibatkan oleh
adanya gangguan arus hubung singkat dan penyambungan-penyambungan yang
tak merata pada beban di setiap fasanya. Jadi suatu sistem dikatakan tidak
seimbang apabila tegangan, arus dan impedansi tidak seimbang pada kondisi kerja
normal.
2. 2. Sistem Komponen Simetris
Menurut Fortescue suatu sistem tak seimbang yang terdiri dari n fasa dapat
diuraikan menjadi n fasor-fasor seimbang yang disebut komponen simetris.
Sistem tiga fasa yang tidak seimbang dapat diuraikan menjadi tiga
komponen simetris yaitu :
1. Komponen-komponen urutan positif terdiri dari 3 fasor-fasor yang sama
besarnya, terpisah satu dengan yang lainnya dalam fasa sebesar 120° dan
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
2. Komponen–komponen urutan negatif terdiri dari 3 fasor-fasor yang sama
besarnya, terpisah antara satu dengan lainnya dalam fasa sebesar 120° dan
mempunyai fasa yang berlawanan dengan fasor-fasor aslinya.
3. Komponen-komponen urutan nol terdiri dari 3 fasor-fasor yang sama besar
dan pergeseran fasa satu dengan yang lainnya nol.
Suatu sistem tiga fasa tegangan masing-masing fasornya adalah Va, Vb dan
Vc. Dalam keadaan tidak seimbang uraian komponen fasor-fasor seimbangnya
yaitu komponen urutan positif ditandai dengan Va1, Vb1 dan Vc1, komponen urutan
negatif ditandai dengan Va2, Vb2 dan Vc2 dan komponen urutan nol Va0, Vb0 dan
Vc0 komponen ini dapat diperlihatkan pada gambar 2-1.
Fasor-fasor tidak seimbang adalah jumlah dari komponen fasor-fasor
urutan nya maka:
Va = Va1 + Va2 + Va0 ………...……….. (2-1)
Vb = Vb1 + Vb2 + Vb0 ………. (2-2)
Vc = Vc1 + Vc2 + Vc0 ………. (2-3)
VbI
VcI VaI
Vb2
Va2
Vc2
Va0
Vb0
Vc0
a. Urutan Positif b. Urutan Negatif c. Urutan Nol
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
Gambar 2.2. Penjumlahan secara grafis komponen-komponen pada Gambar 2.1 untuk mendapatkan tiga fasor tak seimbang
Operator a adalah suatu perputaran sebesar 1200 dengan arah yang
berlawanan dengan jarum jam dan besarnya sama dengan satu dan sudut 1200
didefenisikan sebagai berikut.
866
Operatornya akan terlihat seperti dibawah ini.
866
2. 4. Hubungan antara operator a dengan komponen simetris
Pada Gambar 2-1 terlihat bahwa Vb1 dan Vc1 sebagai hasil kali fungsi
operator a dengan Va1, begitu juga Vb2, Vc2 terhadap Va2 maupun Vb0, Vc0 terhadap
Va0. Hubungan ini mendapat persamaan sebagai berikut :
Vb1 = a2Va1 Vc1 = aVa1
Vb2 = aVa2 Vc1 = a2Va2
Vb0 = Va0 Vc0 = Va0 ……….. (2-4)
Persamaan (2-4) dimasukkan ke Persamaan (2-1), (2-2) dan (2-3) maka
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
Va = Va1 + Va2 + Va0 ……….…….... (2-5)
Vb = a2Va1 + aVa2 + Va0 ………...……….... (2-6)
Vc = aVa1 + a2Va2 + Va0 ………. (2-7)
Dalam bentuk matrik
Dengan mengalikan Persamaan (2-8) dengan A-1 didapatkan
Dari Persamaan (2-5), (2-6), (2-7), (2-9), (2-10), (2-11), di atas mengenai
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
0
Dalam sistem tiga fasa arus kembali In jumlah arus fasanya.
n c b
a I I I
I + + = ……….. (2-18)
Dengan Persamaan (2-18) ke Persamaan (2-15) maka didapatkan
0
3 a
n I
I = ……….. (2-19)
2. 5. Impedansi Urutan
Impendasi suatu rangkaian bila arus-arus urutan positip yang mengalir,
maka impedansinya disebut impedansi terhadap arus urutan positip. Jika arus-arus
negatip saja yang mengalir maka impedansinya disebut impedansi terhadap arus
urutan negatip. Begitu juga dengan arus urutan nol. Impedansi suatu rangkaian
terhadap arus urutan ini disebut dengan istilah impedansi urutan positip,
impedansi urutan negatip dan impedansi urutan nol.
Dalam sistem tiga fasa masing-masing fasa ditandai dengan a, b dan c,
impedansi urutan dapat didefenisikan sebagai beikut.
1. Impedansi urutan positip
1
2. Impedansi urutan negatip
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
3. Impedansi urutan nol
0
a a ao
I V
Z = ;
0 0
b b b
I V
Z = ;
0 0
c c c
I V
Z = ………. (2-22)
Pada jaringan tiga fasa yang seimbang, komponen arus urutan yang
berbeda tidak saling berpengaruh satu dengan yang lainnya, arus positif akan
menimbulkan tegangan jatuh urutan positip saja, begitu pula dengan urutan
negatip dan urutan nol.
Impedansi dari rangkaian statis adalah sama untuk urutan positip dan
negatip, tetapi dapat berbeda untuk urutan nol. Untuk mesin berputar pada
umumnya berbeda untuk tiga fasa.
Dalam penggambaran komponen impedansi urutan pada suatu sistem daya
hanya urutan positip yang mengandung tegangan (ggl) yang terhubung seri
dengan impedansinya. Sedangkan untuk komponen urutan negatip dan nol hanya
mengandung impedansi saja.
2.6. Impedansi Fasa Yang Tidak Seimbang
Sistem tiga fasa hantaran udara ditandai masing-masing fasa a, b dan c.
Pada sistem seimbang induktansi pada masing-masing fasa adalah sama besarnya.
a. Jarak-jarak antara Ketiga Kawat Sama (Simetris) 1
3 2
d31 d12
d23
d12 = d23 = d31 = d
i2,r2 i1,r1
i3,r3
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
Analisa rangkaian fasa-tiga sama dengan analisa rangkaian fasa tunggal
yang terdiri dari dua kawat paralel.
Pada kawat pertama saja dengan arus i1 dan jalan balik arus terletak di tak
terhingga. Fluks-lingkup pada kawat 1 karena arus i1 saja (i2 = i3 = 0).
λ lilitan-weber
Bila arus pada kawat 2 = i2, dan i1 = i3 = 0, maka fluks lingkup pada kawat 1
karena arus pada kawat 2,
12
λ lilitan-weber
Demikian juga bila ada arus pada kawat 3,i3,
31
λ lilitan-weber
Bila arus-arus i1, i2 dan i3 ada bersama-sama maka jumlah fluks lingkup
pada kawat 1:
Bila arus-arus fungsi sinus dan simetris sebagaimana umumnya,
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
Jadi arus total pada jalan balik yang terletak di tak terhingga itu sama dengan nol,
Subsitusi i1 =−i2 −i3, dan d =d12+d31 dalam Persamaan (2-23) diperoleh:
Dan karena
1
= mendekati 1 maka Persamaan (2-24) menjadi:
)
b. Jarak-jarak antara Ketiga Kawat Tidak Sama
Bila jarak-jarak antara ketiga kawat-kawat itu tidak sama (tidak simetris)
maka fluks-lingkup pada kawat 1 tergantung dari arus-arus i2 dan i3, demikian
juga halnya untuk kawat 2 dan 3. Jadi induktansi L1, L2 dan L3, demikian juga
reaktansi X1, X2 dan X3 tidak sama.
Untuk mengatasi kesulitan ini, kawat-kawat dari rangkaian fasa-tiga sering
di-transposisi pada jarak-jarak tertentu, sehingga tiap-tiap fasa menduduki tiap
kedudukan kawat untuk 1/3 dari panjang kawat. Keadaan ini membutuhkan paling
sedikit dua titik transposisi. Sehingga membagi jarak itu dalam tiga daerah,
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
Gambar 2.4. Transposisi saluran transmisi fasa-tiga yang tidak simetris ia
Daerah I Daerah II Daerah III
ib
Transposisi ini gunanya untuk mengatasi ketidak-simetrisan yang
disebabkan oleh kedudukan kawat yang tidak simetris. Dengan kata lain
impedansi perfasa dari rangkaian fasa-tiga yang tidak simetris menjadi simetris
oleh karena transposisi tersebut.
Dalam Gambar 2-7, angka 1,2 dan 3 menyatakan posisi kawat, dan huruf
a, b dan c menyatakan fasa. Juga kelihatan bahwa tiap fasa menduduki ketiga
posisi untuk 1/3 panjang kawat.
Misalkanlah ketiga kawat itu terdiri dari bahan yang sama dan mempunyai
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
a
Daerah III
c
Jumlah fluks-lingkup fasa-a untuk seluruh panjang kawat h:
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
Di mana:
Dari Persamaan
km
Sistem tiga fasa yang tidak simetris dan tanpa ditransposisi harga induktansi untuk
ketiga fasa tidak sama, begitu juga dengan impedansinya. Hantaran udara dengan
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
impedansi hantaran b yang di tengah akan lebih kecil jika dibandingkan dengan
hantaran a dan c disebelah luar.
a b
c
b c
a
A. Formasi Vertikal A. Formasi Horizontal
Gambar 2.5. Konfigurasi formasi vertikal dan formasi horizontal
Ketidakseimbangan impedansi ketiga fasa hantaran tersebut (beban seimbang)
akan mengakibatkan arus dan tegangan tidak setimbang.
2.7. Analisis Sistem Tidak Setimbang Dengan Metode Komponen Simetris
Pada sistem yang simetris, bila ada gangguan komponen-komponen
simetris arus yang mengalir akan menimbulkan tegangan jatuh dalam urutan yang
sama.
Ia1 akan menimbulkan Ia1 Za1 saja
Ia2 akan menimbulkan Ia2 Za2 saja
Ia0 akan menimbulkan Ia0 Za0 saja
Pada sistem-sistem yang tidak simetris, suatu komponen arus urutan akan
menimbulkan tegangan jatuh kesemua urutan bersama-sama.
Ia1 akan menimbulkan Ia1 Za1 ; Ia1 Za2; Ia1 Z0
Ia2 akan menimbulkan Ia2 Za1 ; Ia2 Za2; Ia2 Z0
Ia0 akan menimbulkan Ia0 Za1 ; Ia0 Z0; Ia0 Z0
Pada umumnya,
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
Vb = a2Ia1 Zb1 + aIa2 Zb2+ Ia0 Zb0……… (2-33)
Persamaan 2-35, 2-36 dan 2-37 dapat secara umum ditulis sebagai berikut:
Va1 = Ia1 Z11 + Ia2Z12+ Ia0 Z10
Z = + + = impedansi sendiri terhadap arus urutan positip
)
Z = + + = impedansi sendiri terhadap arus urutan negatip
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
)
dihasilkan Ia0 dengan Ia0
)
dihasilkan Ia0 dengan Ia0
)
Persamaan-persamaan impedansi diatas merupakan Persamaan (2-39).
Perlu diketahui bahwasannya:
20
2.8. Penentuan Impedansi Urutan Sendiri
Suatu jala-jala tiga fasa yang tidak seimbang dapat dilihat pada Gambar
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
Gambar 2.6. Jala-jala Tidak seimbang dengan kawat netral sebagai jalur kembali
a
b
c
n
Zac
Zbc
Zcn
Zaa
Zbb
Zcc
Znn
Zan
Zbn
Impedansi sendiri masing-masing fasanya Zaa, Zbb dan Zcc, impedansi netral Znn.
Mutual impedansi antara fasa dan netral ialah Zab, Zbc, Zac, Zan, Zbn, dan Zcn.
Jadi,
Zab = Zba atau Zac = Zca dan sebagainya.
Jatuh tegangan seri
Va = (Ia Zaa + IbZab + IcZac – InZan ) + (In Znn – IaZan – IbZbn - IcZcn)
Vb = (Ia Zba + IbZbb + IcZbc – InZbn ) + (In Znn – IaZbn – IbZbn - IcZcn)
Vc = (Ia Zca + IbZcb + IcZcc – InZcn ) + (In Znn – IaZan – IbZbn - IcZcn) ……… (2-40)
Dan untuk arus adalah
Ia + Ib+ Ic= In
Ia =Ia1 + Ia2 +Ia0
Ib =a2Ia1+ aIa2 +Ia0
Ic =aIa1 + a2 aIa2 +Ia0
Bila hanya urutan positif saja yang mengalir pada ketiga fasa maka Ia2 = Ia0 =0,
jadi
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
Maka jatuh Tegangan
Va = Ia1 (Zaa + a2Zab + aZac) - Ia1 (Zaa + a2Zbn + aZcn)
Vb = Ia1 (Zba + a2Zbb + aZbc) - Ia1 (Zaa + a2Zbn + aZcn)
Vc = Ia1 (Zca + a2Zcb + aZcc) - Ia1 (Zaa + a2Zbn + a Zcn) ………. (2-41)
BAB III
BEBAN TIDAK SEIMBANG
3. 1. Pengertian Beban Tak Seimbang
Suatu beban tiga fasa seimbang apabila arus yang dihasilkannya seimbang,
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
beban yang tak seimbang dapat ditandai dengan tidak seimbangnya arus yang
mengalir pada sistem, kondisi ini dipengaruhi oleh tegangan yang dibangkitkan
sistem tidak seimbang, impedansi fasanya tidak sama dan impedansi beban yang
tidak sama.
Dalam perencanaan sistem daya listrik, sistem direncanakan seimbang.
Keseimbangan dimaksud di sini adalah tegangan yang dibangkitkan seimbang
dan impedansi perfasanya sama (impedansi penyaluran). Munculnya
ketidakseimbangan arus umumnya disebabkan oleh impedansi beban yang tidak
sama perfasanya.
Dalam pemasangan beban, beban yang dihubungkan ke sistem dipasang
seimbang. Beberapa karakteristik peralatan menyebabkan gelombang arus dalam
beban menjadi tidak seimbang. Sebagai contoh di daerah perumahan tiap-tiap
rumah biasanya dipasang dengan satu fasa dari sistem tiga fasa yang
mengakibatkan beban tidak seimbang. Seperti diketahui di rumah-rumah
bermacam-macam alat rumah tangga yang dihidup matikan secara tidak teratur
oleh konsumen. Kemudian di daerah industri banyak peralatan yang bersifat tidak
seimbang, misalnya pemanasan dengan termostat, mesin bubut, tungku listrik,
motor-motor pemutar dan sebagainya. Penyebab lain dengan pemasangan
transformator distribusi satu fasa serta pemasangan beban yang tidak terkontrol,
seperti pencurian energi listrik.
Sistem tiga fasa hubungan beban dapat terjadi dalam dua keadaan, yaitu :
1. Hubungan bintang dengan jalur kembali melalui penghantar netral atau
tanah.
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009 a
n
b c
Zc
Zb
Za
(a)
a
b c
Zc
Zb
Za
(b)
Zn
a
b
c
Zbc
Zab
(c)
Zac
Gambar 3.1. a. Hubungan Bintang jalur kembali memakai kawat netral
b. Hubungan Bintang jalur kembali melalui tanah
c. Hubungan Delta
Pada Sistem tiga fasa yang masing-masing fasanya ditandai dengan fasa a,
b dan c seperti pada Gambar 3-1 suatu beban dikatakan tidak seimbang bilamana :
c b
a Z Z
Z ≠ ≠ atau Zab ≠ Zac ≠Zbc
Dalam menganalisa pada tulisan ini, beban dianggap suatu beban statis dengan
tidak mempunyai impedansi bersama.
Tegangan urutan fasa terhadap terminal beban didapatkan dengan
persamaan.
Va1 = Ia1 Z11 + Ia2 Z12 + Ia0 Z10
Va2 = Ia1 Z21 + Ia2 Z22 + Ia0 Z20 ………..(3-1)
Va0 = Ia1 Z01 + Ia2 Z12 + Ia0 Z00
Dimana:
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
Suatu beban terhubung delta seperti terlihat pada Gambar (3-1c) patokan
arus tegangan dan impedansi pada fasa b dan c. Hubungan tegangan urutan adalah
sebagai berikut:
Vbc1, Vca1 = aVbc1, Vab1 = aVbc1 adalah tegangan urutan positip fasa-fasa
pada delta.
Vbc2, Vca2 = aVbc2, Vab2 = aVbc2 adalah tegangan urutan negatip fasa-fasa
pada delta.
Tegangan urutan nol fasa-fasa pada terminal beban Delta ( ) adalah nol,
arus urutan nol yang berputar pada delta ditandai dengan Ibc0.
Tegangan fasa-fasa pada terminal beban delta yang disebabkan oleh arus
urutan yang mengalir adalah:
Vbc = Ibc1 Zbc1 + Ibc2 Zbc2+ Ibc0 Zbc0
Tegangan fasa-fasa pada terminal beban delta yang disebabkan oleh arus
urutan yang mengalir adalah:
Vbc = Ibc1 Zbc1 + Ibc2 Zbc2+ Ibc0 Zbc0
Vca = a2Ica1 Zca1 + aIca2 Zca2+ Ica0 Zca0
Vab = aIab1 Zab1 + a2Iab2 Zab2+ Iab0 Zab0 ……….. (3-2)
3.2. Analisis Beban Tidak Seimbang Pada Sistem Yang Ditanahkan 3.2.1. Kondisi beban ditanahkan
Gambar 3.2. Rangkaian Sistem Beban Tidak Setimbang
a
E
aZ
0c
a
2E
aa’
aE
aZ
1Z
nGb
Z
2Z
aZ
nLc’
b’
Z
bZ
cWira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
Keterangan gambar:
Ea = tegangan yang dibangkitkan
Z1, Z2, Z0 = impedansi urutan generator
Za, Zb, Zc = impedansi beban per fasa
Zn1 = impedansi pentanahan beban
Zng = impedansi pentanahan generator
Tegangan urutan fasa pada titik a untuk
1. Bagian Simetris
Va1 = Ea – Ia1Z1; Va2 = -Ia2 Z2; Va0 = -Ia0(Z0+3ZnG) ... (3-3)
2. Bagian tidak simetris
Va1 = Ia1 Z11 + Ia2 Z12+ Ia0 Z10
Va2 = Ia1 Z21 + Ia2 Z22+ Ia0 Z20
Va0 = Ia1 Z01 + Ia2 Z02+ Ia0 Z00 ……….. (3-4)
Masukkan Persamaan (3-3) ke Persamaan (3-4) maka didapatkan
Ea = Ia1 (Z11 + Z1) +Ia2 Z12 + Ia0 Z10
0 = Ia1 Z21 + Ia2 (Z22 +Z2) + Ia0 Z20
0 = Ia1 Z01 + Ia2 Z02 + Ia(Z00 + Z0 + 3ZnG) ………. (3-5)
Dalam bentuk matriks sebagai berikut:
Dengan metode matrik maka didapatkan sebagai berikut:
Ia1= ( 11/ )Ea+ ( 12/ )0 + ( 13/ )0 = ( 11/ )Ea
Ia2= ( 21/ )0 + ( 22/ )Ea+ ( 23/ )0 = ( 22/ )Ea
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
Dimana:
11 = (Z22 + Z2) (Z00 + Z0 + 3ZnG) - (Z02Z20)
22 = (Z11 + Z1) (Z00 + Z0 + 3ZnG) - (Z01Z10)
33 = (Z11 + Z1) (Z22 + Z2) - (Z21Z12)
T = ( 11) ( 22) - ( 33)
= (Z11 + Z1) (Z22 + Z2 ) (Z00 + Z0 + 3ZnG ) + Z12 Z20Z01 + Z10Z21Z02 -
Z10Z01 (Z22 + Z2) - Z02Z20 (Z11 + Z1) - Z21Z12 (Z00 + Z0 + 3ZnG)
……….. (3-7)
Jika beban merupakan beban statis, dimana:
Z00 = Z11 + ZnL
Maka didapat:
11 = (Z22 + Z2) (Z11 + 3ZnL + Z0 + 3ZnG) - (Z12Z10)
22 = (Z11 + Z1) (Z11 + 3ZnL+ Z0 + 3ZnG) – (Z12Z10)
33 = (Z11 + Z1) (Z22 + Z2) - (Z12Z10)
T = ( 11) ( 22) - ( 33)
T = (Z11 + Z1) (Z22 + Z2) (Z11 + 3ZnL + Z0 + 3ZnG) + (Z12)3 + (Z10)3 –
Z12Z10 (Z22 + Z2) – Z10Z12 (Z11+Z1) – Z10Z12 (Z11 + 3ZnL + Z0 +
3ZnG)
T = (Z11 + Z1) (Z22 + Z2) (Z11 + 3ZnL + Z0 + 3ZnG) + Z12(Z12)2 +
Z10(Z10)2 – Z12Z10 (Z11 + 3ZnL + Z0 + 3ZnG) ……….. (3-8)
Arus urutan adalah
Ia1 = [(Z22 + Z2) (Z11 + 3ZnL + Z0 + 3ZnG) – (Z12Z10)/ ] Ea
Ia2 = [(Z11 + Z1) (Z11 + 3ZnL + Z0 + 3ZnG) – (Z12Z10)/ ] Ea
Ia0 = [(Z11 + Z1) (Z22 + Z2) - (Z12Z10)/ ] Ea ……… (3-9)
3.2.2. Kondisi beban yang tidak ditanahkan
Perhatikan Gambar (3-2) suatu beban yang tidak ditanahkan maka nilai
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
∆T = (Z11 + Z1) [(Z22 + Z2) ((Z11 + ∞ + Z0 + 3ZnG) + Z12(Z12)2 Z10(Z10)2
Z12Z10(Z11 + ∞ + Z0 + 3ZnG)]
= ∞
Maka didapatkan nilai Ia0 adalah
Ia0 = [ (Z11 + Z1) [(Z22 + Z2) - ((Z12 Z10 )/ ∞ ] Ea
= 0
Bila mana Ia0 = 0 maka didapatkan persamaan
Ea = Ia1 + (Z11 + Z1) – Ia2Z12
0 = Ia1Z21 + Ia2(Z22 + Z2)
0 = Ia1Z01 + Ia2Z02………(3.10)
Ia1 = {(Z22 + Z2) + [(Z11 + Z12)(Z22 + Z12)-Z21Z12]}Ea…………..(3-11)
Ia2 = {(Z11 + Z1) + [(Z11 + Z12)(Z22 + Z12)-Z21Z12]}Ea…………..(3-12)
3.3. Analisa Beban Tidak Seimbang Pada Sistem Yang Tidak Ditanahkan
Pada sistem yang tidak ditanahkan ZnG adalah tak terhingga (∞). Apabila
sistem dihubungkan pada suatu beban bagaimanapun keadaannya, tidak ada arus
urutan nol yang mengalir. Yang ada hanya arus urutan positif dan negatif.
Besarnya arus urutan positif dan negatif nilainya sama dengan sistem yang tidak
ditanahkan pada kondisi beban yang tidak ditanahkan.
3.3.1. Kondisi beban yang ditanahkan
Suatu beban ditanahkan dengan impedansi (ZnL) maka besar arus urutan
nol adalah sebagai berikut
Ia0 = [(Z11 + Z1)(Z22+Z2) – (Z12Z10)/ ∆]Ea
∆T = (Z11 + Z1) [(Z22 + Z2) ((Z11 + ∞ + Z0 + 3ZnG) + Z12(Z12)2 Z10(Z10)2
Z12Z10(Z11 + ∞ + Z0 + 3ZnG)]
= ∞
Maka:
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
= 0
Untuk Arus Ia1 dan Ia2 dengan Jalan yang sama pada kondisi sistem ditanahkan
pada beban yang tidak ditanahkan adalah
Ia1 ={(Z22 + Z2)/[(Z11 + Z1) (Z22 + Z2) – (Z21Z12]} Ea
Ia1 ={(Z11 + Z1)/[(Z11 + Z1) (Z22 + Z2) – (Z21Z12]} Ea
3.3.2. Kondisi beban yang tidak ditanahkan
Ia0 = [(Z11 + Z1)(Z22 +Z2) – (Z12Z10)/ ∆]Ea
∆T = (Z11 + Z1) [(Z22 + Z2) ((Z11 + ∞ + Z0 + 3ZnG) + Z12(Z12)2 Z10(Z10)2
Z12Z10(Z11 + ∞ + Z0 + ∞)]
= ∞
Maka:
Ia0 = [(Z11 + Z1)(Z22 +Z2) – (Z12Z10)/ ∞]Ea
= 0
Untuk arus Ia1 dan Ia2 nilainya sama dengan Persamaan (3-11) dan (3-12) pada
kondisi beban yang ditanahkan pada sistem ditanahkan yaitu :
Ia1 = {(Z22 + Z2)/[(Z11 + Z1)(Z22 + Z2) – Z21Z12]}Ea
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
BAB IV
RELE GANGGUAN TANAH
Suatu gangguan yang terjadi pada sistem daya listrik dapat mengakibatkan
efek kerusakan pada peralatan, sistem dan keselamatan umum di daerah
penyaluran daya, oleh karena itu gangguan perlu diamankan secepat mungkin.
Koordinasi kerja sistem pengaman (proteksi tidak akan lepas dari ketiga effek
yang di atas. Pemutusan harus hanya terjadi pada daerah yang terganggu saja.
Karena itu kerja sistem pengaman harus efektif. Kemampuan untuk merasakan
gangguan harus sensitif, ketepatan kerja harus tepat dan dapat dipercaya
keandalannya.
Gangguan tanah adalah terhubungnya konduktor fasa dengan beban atau
tempat yang terhubung dengan tanah sehingga beban atau tempat tersebut
bertegangan dan mengalirkan arus ke tanah. Gangguan ini merupakan gangguan
yang terbesar dari semua jenis gangguan sistem daya listrik. Karena itu pengaman
terhadap gangguan tanah in merupakan suatu hal yang penting.
Rele gangguan tanah (Ground Fault Relay) adalah pengaman terhadap
gangguan tanah. Arus atau tegangan nol (residu) merupakan penggerak rele ini.
Sistem daya listrik pada umumnya titik netralnya ditanahkan, baik pentanahan
langsung (Solid Grounded) maupun melalui impedansi, karena itu arus residu
merupakan penggerak utama rele gangguan tanah. Tegangan residu biasanya
digunakan pada sistem yang tidak ditanahkan. Rele gangguan tanah terarah
(Directional Ground Fault Relay) mempergunakan arus dan tegangan residu.
Munculnya arus urutan nol yang terjadi pada rele gangguan tanah
umumnya disebabkan oleh adanya suatu gangguan tanah yang terjadi pada sistem
daya listrik.
Di samping itu ada lagi faktor-faktor lain yang menyebabkan munculnya
arus urutan nol (residu). Faktor-faktor ini dapat menyebakan bekerjanya rele
gangguan tanah dari hal yang tidak diinginkan. Karena itu faktor-faktor yang
diinginkan ini perlu diperhatikan, terutama sekali dalam menentukan setting rele
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
4. 1. Prinsip Kerja Rele Gangguan Tanah
Suatu sistem tenaga listrik tiga fasa mengalami gangguan tanah.
Gangguan tanah ini akan mengakibatkan terjadinya aliran arus ke tanah. Besarnya
gangguan tanah ini bervariasi, mulai dari kecil sampai yang besar. Dengan
menggunakan metode komponen simetris dapat ditentukan besar arus gangguan
tanah yang terjadi. Arus urutan nol (residu) yang merupakan sumber penggerak
rele gangguan tanah, beberapa metode untuk mendapatkannya:
1. Transformator Keseimbangan Inti (Core Balance Transformator)
Transformator keseimbangan inti umumnya dipergunakan pada proteksi
tegangan rendah. Prinsip kerja dari Transformator keseimbangan inti seperti
terlihat pada Gambar 4-1 Konduktor fasa dan netral semua lewat melalui daerah
yang sama.
Di bawah kondisi normal, keseimbangan dan ketidakseimbangan beban
satu fasa hubung singkat tanpa melibatkan tanah. Semua arus keluar dan kembali
melalui transformator arus. Fluksi bersih yang dihasilkan dalam transformator
arus keseimbangan inti akan nol dan arus tidak akan mengalir ke rele. Dimana
suatu gangguan tanah terjadi, arus gangguan tanah kembali ke rangkaian
konduktor peralatan dan mungkin bagian tanah lainnya. Fluksi yang dihasikan
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
Gambar 4.1. Transformator Keseimbangan Inti
Rele gangguan tanah yang dihubungkan dengan transformator arus
keseimbangan inti ini sangat sensitif dan mampu untuk mendeteksi arus gangguan
tanah dalam miliAmpere.
2. Transformator arus dipasang pada netral sistem yang ditanahkan
Pemasangan transformator arus seperti Gambar 4.3 di bawah ini. Rele
dihubungkan dengan sekunder tansformator arus dan primernya dihubungkan ke
netal sistem yang ditanahkan.
Arus gangguan tanah yang kembali melalui netral ditransformasikan
melalui transformator arus. Besarnya arus gangguan tanah tergantung pada tipe
pentanahan dan lokasi dimana terjadinya gangguan. Batasan proteksi tidak hanya
terbatas pada gulungan transformator atau generator itu sendiri, rele akan
merasakan gangguan di luar gangguan transformator atau generator. Karena itu
proteksi semacam ini dikatakan gangguan tanah tak terbatas.
Rele
CT
In
N
Ic
Ib
Ia A
B
C Ic
Gambar 4.2. Transformator arus netral pada sistem
Untuk dapat bekerjanya rele gangguan tanah membutuhkan arus residu
yang cukup besar. Kerja rele biasanya dihubungkan dengan keterlambatan waktu.
Hubungan antara arus kerja rele dengan keterlambatan waktu membentuk
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
Karakteristik ini ada beberapa macam yaitu :
• Rele arus lebih dengan arus seketika (Instantaneouse Moment)
• Rele arus lebih dengan waktu tertentu (Definite Time Over Curent Relay)
• Rele arus waktu berbanding terbalik (Inverse Time Over Curent Olay)
1. Rele arus lebih dengan waktu seketika (Instantaneouse Moment)
Yaitu: Saat rele mulai bekerja sampai rele menutup kontak trip bekerja
dalam waktu yang sangat cepat dan singkat, yaitu sekitar 20 ms
sampai 50 ms.
Pada rele ini waktu bekerja tidak dapat diatur menurut kebutuhan
yang diinginkan, yang dapat diatur hanya arus kerja selesai dengan
kebutuhan yang diinginkan. Rele ini bekerja tidak tergantung
waktu, tetapi berdasarkan arus setting yang diberikan pada rele
tersebut.
2. Rele arus lebih dengan waktu tertentu (Definite Time Over Curent Relay)
Yaitu: Saat rele mulai bekerja sampai rele menutup kontak trip
diperpanjang dengan waktu tertentu dan tidak tergantung pada
arus yang menggerakkan rele.
Keuntungan dari rele arus lebih dengan waktu tertentu adalah
mudah dikoordinasikan dengan rele sejenisnya. Rele arus lebih
dengan waktu tertentu ini baik untuk seksinya sedikit, karena kerja
rele hampir sama jika terjadi gangguan dekat sumber atau pada
ujung saluran.
3. Rele arus waktu berbanding terbaik (Invers Time Over Curent Relay)
Yaitu: Rele arus lebih waktu berbanding terbalik adalah saat rele mulai
bekerja sampai rele menutup kontak trip mempunyai waktu yang
berbanding terbalik dengan besarnya arus yang menggerakkan rele
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
Dengan demikian rele arus lebih ini bekerja dimana tundaan
waktunya tergantung kepada besar kerja arus hubung singkat.
Semakin besar arus hubung singkat yang terjadi, maka tunda waktu
kerja dari rele lebih kecil.
Gambar 4.3. Karakteristik Rele
4. 2. Setting Arus Rele Gangguan Tanah
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
BEBAN TRAFO DISTRIBUSI / INDUSTRI 937
GFR/OCR
937
GFR/OCR
20 KV 150 KV
GI 30 MVA 150 KV/20 KV
GFR/OCR
935
Gambar 4.4. Rangkaian Rele Gangguan Tanah di Feeder 20 KV
GFR/OCR
• Setelan Arus Rele Gangguan Tanah
Untuk menentukan Iset rele gangguan tanah biasanya dipilih 10% - 20%
dari I set OCRnya (Over Current Relay) dimana untuk setelan arus OCR
dihitung berdasarkan arus beban mengalir dipenyulangan atau incoming
transformator :
Untuk rele arus lebih yang terpasang dipenyulang tersebut.
Untuk rele arus leih yang terpasang di incoming transformator dihitung
berdasarkan arus nominal transformator tersebut.
Rele invers biasanya diset sebesar (1,05 – 1,1) x I beban sedangkan relay
defenite diset sebesar (1,02 -1,3) x I nominal
Untuk data perhitungan dapat dilihat pada Lampiran 2 (Data Setting Over
Current & Ground Fault Gardu Induk Binjai).
• Setting Arus Over Current Relay
I set (primer) = Iset x I beban
= 1,05 x 937 Amp = 983, 85 Amp
I set (sekunder) =
CT Ratio Iset(primer)
= 0.8198Amp
5 600
85 , 983
=
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
I set (sekunder) =
4.2.2. Setting Arus Rele Gangguan Tanah Di Incoming Transformator
Diketahui data sebagai berikut :
Kapasitas Transformator = 30 MVA
Tegangan = 150/20KV
Rasio CT = (1000/5) Amp
• Setting Arus Over Current Relay
In = Amp
Iset primer
55
• Setelan Arus Ground Foult Relay
I set (primer) = 30% x 910,4 Amp = 273,12 Amp
4. 3. Rele Gangguan Tanah Terarah (Directional Earth Fault Relay)
Rele arah (Directional Relay) digunakan apabila arus gangguan mengalir
dari banyak jurusan ke titik gangguan melalui lokasi rele. Rele yang digunakan
untuk rele arah gangguan tanah mempunyai jenis yang sama seperti yang
digunakan untuk rele proteksi arus lebih. Kumparan arusnya adalah dari elemen
arah dihubungkan guna mendeteksi pada arus residu dari transformator arus, dan
kumparan tegangan dihubungkan pada tegangan yang sesuai guna memberikan
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
dan tegangan residu Vr kopel, pada rele akan sebanding dengan Ir x Vr cos (Q- )
dimana: Q = adalah sudut kopel maksimum dari rele dan
= adalah sudut anatara tegangan dan arus yang dipakai.
Arus residu untuk proteksi saluran didapat dari penjumlahan arus-arus fasa
yang menggunakan transformator arus tiga fasa atau sebuah transformator arus
jenis “keseimbangan inti”. Bila arus –arus dari fasanya dinyatakan dengan IA, IB,
IC, hubungan vektornya adalah :
IA + IB + IC = 0; dalam keadaan normal
IA + IB + IC = Ir; dalam keadaan gangguan satu fasa ketanah
Tegangan residu Vr dapat diperoleh dengan beberapa cara seperti dalam
Gambar 4-4. Nilai tegangan fasa-fasa dari ketiga kawat dinyatakan IA, IB, IC maka
jumlah ketiga vektor adalah :
VA + VB + VC = 0 ; dalam keadaan normal
VA + VB + VC = Vr : dalam keadaan gangguan satu fasa ke tanah
Gambar 4.5. Beberapa metode untuk memperoleh tegangan residu atau tegangan netral ke tanah
(b) Dengan tiga buah transformator tunggal, belitan tersier dihubung delta terbuka
(c) Dengan transformator fasa tunggal dihubungkan pada netral transformator
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
(d) Dengan tiga buah transformator tunggal terhubung bintang dan transformator
bantu terhubung delta terbuka.
Besar Vr (tegangan residu) pada saat gangguan terjadi tergantung dari
metode pentanahan netral dari sistem dan tahanan gangguan. Pada sistem yang
normal tegangan ketiga fasa ke tanah sama besar dan berbeda 120°. Tetapi bila
mana terjadi gangguan tanah, tegangan ke tanah pada fasa yang terganggu akan
berkurang tergantung pada metode pentanahan netral sistem, dan tegangan ke
tanah pada fasa yang sehat mungkin bertambah besar.
Pada sistem yang terisolir atau yang ditanahkan melalui kumparan peterson,
tegangan residu Vr naik 3 kali tegangan fasa ke netral dari keadaan normal.
Sedangkan pada sistem yang ditanahkan langsung Vr mempunyai harga
maksimum yang sama besar dengan tegangan fasa ke netral.
4.4. Rele Gangguan Tanah Pada Sistem Daya Listrik
4.4.1. Rele gangguan tanah pada sistem yang neralnya tidak diketanahkan
Arus gangguan tanah pada sistem yang netralnya tidak ditanahkan adalah
kecil. Arus gangguan tanah ini tidak dipengaruhi oleh impedensi sumber maupun
tahanan dan resitensi jaringan, tetapi hanya dipengaruhi tegangan sistem dan
kapasitansi ke tanah dari seluruh jaringan pada sistem tersebut.
Rele Arus Lebih Dengan Arah
Rele arus lebih terarah ini mendeteksi arus kapasitif pada saat terjadinya
gangguan satu fasa ke tanah, sehingga rele ini mendapat sumber dari
transformator arus dan transfamator tegangan dengan hubungan segitiga terbuka.
Metode ini dapat bekerja selektif dan sistem yang mempunyai panjang seluruh
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
Gambar 4.6. Rangkaian Rele Gangguan Tanah Terarah
4.4.2. Rele gangguan tanah pada sistem yang diketanahkan dengan kumparan peterson
Pada sistem pentanahan dengan kumparan Peterson, kumparan Peterson
ditala terhadap kapasitansi ke tanah dari sistem, dimana arus gangguan tanah di
kompensasi oleh arus kumparan peterson yang induktif sehingga arus gangguan
menjadi kecil.
Dengan demikian gangguan dapat dengan segera ditekan atau dipadamkan.
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
Gambar 4.7. Rangkaian Kumparan Peterson berfungsi untuk menunjukkan saluran yang terganggu pada sistem
Jadi dengan kumparan Peterson sebenarnya sistem itu telah dilindungi dari
ganguan tanah, walaupun gangguan masih belum hilang karena arus gangguan
telah menjadi kecil. Walaupun demikian gangguan itu harus dililangkan.
Gangguan ini timbul akibat terjadinya tegangan tembus (breakdown) pada isolator
yang telah buruk keadaannya, adanya kenaikan tegangan dari fasa-fasa yang tidak
terganggu menjadi 3 kali tegangan fasa sebelum gangguan. Dalam hal ini
perlunya tindakan pencegahan dengan bantuan peralatan proteksi untuk
melokalisir daerah gangguan. Gangguan yang tidak menetap tidak boleh terlalu
lama dibiarkan dari waktu yang telah ditetapkan dan titik gangguan harus segera
dilokalisir dan diperbaiki. Proteksi untuk menunjukkan adanya gangguan dan
letaknya gangguan tersebut memerlukan rele khusus dan harus sensitif sekali
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
4.4.3. Rele gangguan tanah pada sistem yang diketanahkan melalui tahanan
Pentahanan melalui tahanan ada 2 macam yaitu pentanahan dengan
tahanan rendah dan tahanan tinggi.
1. Pentanahan dengan tahanan rendah
Pentanahan dengan tahanan rendah ini di PT. PLN (Persero) biasanya
mempergunakan nilai 12-40 Ohm. Nilai tahanan 12 Ohm untuk jaringan kabel
tanah, arus gangguan tanah maksimum 1000 Ampere, sedangkan tahanan 40
Ohm dipergunakan pada jaringan saluran udara dengan kabel tanah dengan
arus gangguan tanah maksimum 300 Amprere. Proteksi tanah mempergunakan
rele arus lebih. Arus gangguan tanah variasinya kecil sehingga efektif
penggunaan rele dengan karakteristik arus terbalik (inverse time) sebaiknya
dipergunakan rele karakteristik waktu tetap yang lebih selektif dan mudah
penyetelannya.
Arus gangguan tanah yang tidak terlalu besar, dalam penyetelannya arus lebih,
arus kapasitif (terutama sistem kabel tanah) perlu diperhatikan.
2. Pentanahan dengan tahanan tinggi
Pentanahan dengan tahanan tinggi di PT. PLN (Persero) mempergunakan nilai
tahanan 500 Ohm, arus gangguan tanah maksimum 25 Ampere.
Arus gangguan tanah relatif kecil, pengaman dengan rele arus normal tidak
dapat dipergunakan lagi dan harus dipakai rele arus tanah terarah yang lebih rumit
dan mahal. Demikian pula selektifitas (diskriminitas) hanya dilakukan dengan
waktu.
BAB V
PENGARUH KETIDAK SEIMBANGAN BEBAN TERHADAP KERJA RELE GANGGUAN TANAH
Rele gangguan tanah merupakan peralatan proteksi gangguan tanah yang
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
muncul bukan saja saat terjadinya suatu gangguan, namun terjadi juga pada faktor
seperti beban yang tidak seimbang.
Seperti ketidakseimbangan beban pada sistem daya listrik, belum tentu
akan menghasilkan arus urutan nol pada rele gangguan tanah. Tetapi hal ini perlu
diperhatikan kondisi sistem dan beban maupun metode deteksi arus urutan nol
untuk rele ganguan tanah.
Pada uraian bab-bab terdahulu, telah dipaparkan bahwa arus urutan nol
terjadi pada keadaan beban tidak seimbang pada kondisi sistem dan beban
ditanahkan serta metode arus urutan nol. Terjadinya arus urutan nol pada rele
gangguan tanah akan mempengaruhi kerja rele gangguan tanah. Pada uraian
berikut ini akan diterangkan bagaimana pengaruh terjadinya dan seberapa jauh
ketidaksetimbangan beban dapat mempengaruhi rele gangguan tanah.
5.1. Kondisi Sistem Dan Beban Diketanahkan
Keadaan ini dapat dilihat pada Gambar 3-2 pada Bab III, karena adanya
beban yang tidak seimbang akan terjadi sirkulasi arus ke tanah, sistem antara
sumber dan beban yang ditanahkan dan diteruskan oleh rele ganguan tanah ke
netral sumber. Aliran arus ke tanah ini akan dirasakan oleh rele gangguan tanah
seolah-olah adanya gangguan tanah.
Ketidakseimbangan yang cukup besar membuat arus urutan nol yang
cukup besar sehingga mampu untuk menggerakkan rele gangguan tanah. Besarnya
arus urutan nol (residu) yang terjadi tergantung pada impedansi urutan sistem,
impedansi pentanahan, tanahan tanah dan tegangan sistem.
Hal ini dapat diliat pada Rumus 5-1 di bawah ini.
a E Z Z Z Z Z Z I
∆+ − +
= 11 1 11 2 12 10 0
) )(
(
……….. (5-1)
Rumus 5-1 di atas dengan mengabaikan unsur-unsur induktansi bersama dan
kapasitansi saluran.
Di PT. PLN (Persero) sistem ini diterapkan pada sistem distribusi 3 fasa 3
kawat tegangan 20 KV, pentanahan transformator dengan pentanahan langsung.
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
maksimum. Sistem seperti ini sulit untuk membuat sensitifitas yang tinggi, karena
sulit untuk membedakan arus residu yang diakibatkan oleh gangguan tanah atau
beban yang tidak setimbang.
5.2. Hubungan Arus Residu Dengan Rele Gangguan Tanah
Pada waktu tidak ada gangguan tanah, penjumlahan dari ketiga arus
saluran adalah nol (secara teoritis).
0
= +
+ b c
a I I
I ……… (5-2)
Sehingga jumlahdari ketiga arus sekunder CT juga sama dengan nol.
0
= + + bs cs
sa I I
I ………. (5-3)
Penjumlahan vektor dari (Isa +Ibs +Ics)disebut dengan arus residu (IR).
CB
CB
CB
A
B
C Ias
Ibs
Ics
Rele IR
N
Gambar 5-1. Diagram Rele Gangguan Tanah
Apabila tidak terjadi gangguan tanah maka:
0
= + +
= as bs cs
R I I I
I ……….. (5-4)
Karena rele gangguan tanah tidak bekerja, tetapi apabila terjadi gangguan
tanah sistem menjadi terganggu dan (Ias +Ibs +Ics) memiliki nilai tertentu, oleh
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
yang mengalir lebih besar dari pada nilai arus pick-up, maka rele gangguan tanah
akan bekerja.
Kejadian di atas menerangkan cara rele gangguan tanah bekerja akibat
adanya gangguan tanah. Tetapi apabila terjadi gangguan ketidaksetimbangan
beban cara kerja rele gangguan tanah sebagai berikut:
Pada kondisi sistem seimbang jumlah arus fasa adalah nol sehingga tidak ada arus
yang mengalir pada rele (Ias +Ibs +Ics =0). Aliran arus terjadi akibat tidak
seimbangnya aliran arus pada fasa-fasa sistem (Ias +Ibs +Ics).
Ketidakseimbangan fasa-fasa sistem diakibatkan oleh gangguan satu fasa atau dua
fasa ke tanah maupun beban yang tidak seimbang.
Bila terjadi gangguan beban yang tidak seimbang maka (Ias +Ibs +Ics)
akan memiliki nilai tertentu sehingga ada arus yang mengalir melalui rele.
Apabila arus yang melalui rele lebih besar dari arus setting rele, maka rele akan
bekerja. Namun rele gangguan tanah membutuhkan arus yang cukup besar
sehingga gangguan ketidakseimbangan beban yang terlalu kecil tidak akan dapat
membuat rele bekerja. Ketidakseimbangan beban yang sudah melewati batas
normal memungkinkan rele gangguan tanah untuk bekerja apalagi dalam beban
yang cukup besar. Ketidakseimbangan beban yang sudah melewati batas normal
ini diakibatkan adanya fluktuasi beban. Kondisi ini dimungkinkan terjadi pada
waktu yang amat singkat akan tetapi sudah dapat membuat rele gangguan tanah
bekerja.
5.3. Contoh Perhitungan Pengaruh Ketidakseimbangan Beban Terhadap Kerja Rele Gangguan Tanah
Perhitungan ini dilakukan pada sistem distribusi tiga fasa tiga kawat 20 kV
mempergunakan transformator Daya 30 MW. Pentanahan netralnya melalui
tahanan 40 Ohm dan setting primer rele gangguan tanah pada setting sensitif yaitu
10% dari arus tanah maksimum yang terjadi pada sistem impedansi induktif
urutannya adalah X1 = X2 = X0 = 38,3 %.
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
Arus gangguan tanah:
n
ZG = Impedansi gangguan
Arus gangguan maksimum bilamana ZG = 0 maka Persamaan (*) menjadi
n
Perhitungan ini didasarkan pada transformator 30 MW (MVA)
Impedansi dasar adalah =
Impedansi urutan transformator X1, X2 dan X0 adalah:
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009
Setting primer rele gangguan tanah:
10% x 286,36 Ampere = 28,638 ~ 30 Ampere
2. Pengaturan Arus Beban
Arus beban diatur dengan anggapan faktor daya untuk ketiga fasa adalah
sama, ketidakseimbangan yang diatur hanya besaran saja, jadi arus fasanya
mempunyai selisih sudut satu dengan yang lainnya 1200. Ketidakseimbangan arus
diatur sedemikian rupa sehingga didapat arus residu sama dengan setting primer
arus rele gangguan tanah. Pengaturan ini dilakukan dari beban kecil sampai
dengan arus beban penuh, fasa yang diaturnya hanya satu yaitu fasa b saja.
Ketidakseimbangan arus ini dapat menentukan besar komponen arus
simetrisnya, dimana:
Arus residu : In = Ia0 = Ia + Ib +Ic
Arus urutpositif : Ia1 = 1/3 (Ia + aIb + a2Ic)
Arus urutan negatif : Ia2 = 1/3 (Ia + a2Ib + aIc)
Contoh perhitungan
Ia = 200∠00 =200 Ampere
Ib = 170∠-1200 = -85 – j147,22 Ampere
Ic = 200∠1200 = -100 + j173,2 Ampere
Arus residu
In = 3Ia0 = Ia + Ib +Ic
= 200 – 85 – j147,22 – 100 + j173,2
= 15 + j25,98 Ampere
= 30 ∠ 600 Ampere
Arus urutan positif
Ia1 = 1/3 (Ia + aIb + a2Ic)
= 1/3 (200∠00 + 1∠-1200 x 170∠-1200 + 1∠2400 x 200∠1200)
= 1/3 (200∠00 + 170∠00 + 200∠00)
= 1/3 (5700∠ 00)
Wira Tua Saragi : Studi Pengaruh Beban Tidak Setimbang Terhadap Rele Gangguan Tanah (Aplikasi Gardu Induk Binjai), 2008.
USU Repository © 2009 Arus urutan negatif
Ia2 = 1/3 (Ia + a2Ib + aIc)
= 1/3 (200∠00 + 1∠2400 x 170∠-1200 + 1∠1200 x 200∠1200)
= 1/3 (200∠00 + 170∠1200 + 200∠2400)
= 1/3 (200-85 + j147,22 – 100 + j173,2)
= 1/3 (15 – j25,98 )
= 1/3 (30 ∠-600)
= 10∠-600 Ampere
Untuk beban contoh perhitungan yang lainnya dapat dilihat pada Tabel 5.1.
berikut.
Tabel 5.1. Contoh Perhitungan
Ia Ib Ic In Ia1 Ia2
(A) (A) (A) (A) (A) (A)
50∠00 20∠-1200 50∠1200 30∠600 40∠00 10∠-600
100∠00 70∠-1200 100∠1200 30∠600 90∠00 10∠-600
200∠00 170∠-1200 200∠1200 30∠600 190∠00 10∠-600 300∠00 270∠-1200 300∠1200 30∠600 290∠00 10∠-600 400∠00 370∠-1200 400∠1200 30∠600 390∠00 10∠-600 500∠00 470∠-1200 500∠1200 30∠600 490∠00 10∠-600 600∠00 570∠-1200 600∠1200 30∠600 590∠00 10∠-600 700∠00 670∠-1200 700∠1200 30∠600 690∠00 10∠-600 800∠00 770∠-1200 800∠1200 30∠600 790∠00 10∠-600 866∠00 836∠-1200 866∠1200 30∠600 856∠00 10∠-600
BAB VI
KESIMPULAN DAN SARAN