ANALISA PENTANAHAN NETRAL PADA GARDU INDUK 150 kV PADA SISTEM INTERKONEKSI SUMBAGSEL

(1)

Oleh

FARDINAN AHMAD

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar

SARJANA TEKNIK

Pada

Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Teknik Universitas Lampung

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

(2)

NETRAL GROUNDING ANALYSIS OF 150 kV SUBSTATIONS AT

SOUTHERN SUMATERA INTERCONNECTION SYSTEM

By

FARDINAN AHMAD

Short circuit fault in power system has a transient characteristic which has to be withstood by all power system components. A short circuit always results in sudden increase of current magnitude which is much higher than its normal condition and voltage at the point of fault drops to a very low magnitude. By installing new generating plants in power system, it is suspected that an increase in fault current would occur. Therefore, this research aims to analyze the change in current magnitude due to new installations of two power plants i.e. Sebalang Coal-fired Power Plant and Ulubelu Geothermal Power Plant. Simulation using ETAP Power Station 6.0 was conducted to obtain single line to ground fault current at every 150 kV Substation of Southern Sumatra Interconnection System. The obtained results show that the existing grounding resistors are still suitable to contain the ground fault current after installation of the new power plants.

(3)

ANALISA PENTANAHAN NETRAL PADA GARDU INDUK

150

kV PADA SISTEM INTERKONEKSI SUMBAGSEL

Oleh

FARDINAN AHMAD

Gangguan hubung singkat pada sistem tenaga mempunyai karakteristik transiet yang harus diatasi oleh seluruh komponen sistem tenaga. Gangguan hubung singkat selalu menghasilkan lonjakan magnitude arus yang jauh lebih tinggi dari keadaan normal dan tegangan pada titik gangguan menjadi sangat rendah. Dengan pemasangan unit pembangkitan baru pada sistem tenaga, diduga akan mengakibatkan terjadinya peningkatan arus gangguan. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk menganalisa perubahan magnitude arus setelah pemasangan dua pembangkit baru yaitu PLTU Sebalang dan PLTP Ulubelu. Simulasi dilakukan dengan menggunakan ETAP Power Station 6.0 untuk mendapatkan nilai arus gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah pada setiap Gardu Induk 150 kV Sistem Interkoneksi Sumbagsel. Dari hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa tahanan pentanahan yang ada masih mampu menahan arus gangguan tanah setelah pemasangan unit pembangkit baru.

(4)

/

onn

"

rorou,

or

sos96r

Jr.,

'Y'g'(I 'IuplIJY

-:"lyu

'I'td

"I's

'lpaursnD

u.roll

:

ps'Irl

'J,'S

tI{EII

JnuEu{n

I

'Sug 'rO

:

l-1

Ati

,,

I

4

r\r

:t

It

r

snu

Bunduel

se11sra,r1uo

IluIaI

J'Id 'J,'S

'qJsErr.rnd

6u!u!N

:

Sulqulqural uelng

1!-nSua2

su4aqas

enlay

rth8uatr

up'1

(5)

oJDI"lg

llurlal

uEsnjnf

enlay 'z

'cS'Irl

zoo

t

zr oooz

gzmzz6l

_JIN

-I'S

_{'upJEU InrrErrr{n1}

'Sug

'J(

goo

I

qo666r

qI80I a6I

_drN

'J,'I{

"I'S

'JporusnD

lxou

Bulqulqura; ts1uoy

'I

IOTOISINgI,{

IlUIAJ

orlYalg _YJUIaJ I IOI SOSIAO

ssllnIEJ

ugsninf

P,rsrsPqPLJ _YO{OdJOTUON

yutualv

u,ol

g,to4

'ISSDVSIInS ISYSNOYUSINI

IiISISIS

VOVJ

A{ Ogf

Yn(INI

n(IUVD

V(IVJ

'IYAJ,SN NVIIVNYINSJ VSITSLIV

BrtrslseuBLl Br..ueN

(6)

'n)Plroq 8ue,t un]nq uE8u5p pnses _ls{ues_Jeuollperpesreq e(es BlBur 'rEueq 1ep4 e,{es us€E,{ued BlrqBdv

'lJrpues

B,{Bs qelo Enqlp

ru

lsdlqs e^rq€q ?lnd ualqe,{ueu e{es nlr ulEIeS .B)Istsnd Jeuep uelep !p ue)llnqasrp qEJol 8uBtr 8u€rupSeqes rur qolsEu rrrBl€p nc€lp stl$,rol eleces

llBncel 'ulel Suao qslo uoFrq.rellp nel€ sltnllp 8ue,( ledepued nBle eX&I pdepiel )epR e8n[ e,{es uenqBle8uedas ?ueluedes uep 'urel Suero q.lo ue)ln)plrp qeued 8uB{ B,fte)

p&prol

_lepprur rsdrJrls urelBp e lqeq uelu1€,{uoru eXBs _Iulue8ue6

(7)

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL... i

ABSTRAK... ii

DAFTAR ISI... iv

DAFTAR GAMBAR ... vi

DAFTAR TABEL ... vii

BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Tujuan Penelitan ... 2

1.3 Manfaat Penelitian ... 3

1.4 Perumusan masalah... 3

1.5 Batasan Masalah ... 3

1.6 Hipotesis ... 4

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Penelitian Terdahulu Tentang Pentanahan Netral ... 5

2.2 Sintesis Fasor Tak Simetris dari Komponen Simetrisnya ... 10

2.3 Jaringan Urutan pada Sistem Tenaga Listrik... 12

2.4 Diagram Garis pada Komponen Jaringan... 13

2.4.1 Generator ... 13

2.4.2 Transformator ... 14

2.5 Perhitungan Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah ... 15

2.6 Metode Sistem Pentanahan di Indonesia ... 17

(8)

2.7.1 Sistem Kelistrikan Saat ini ... 19

2.7.2 Rencana Pembangunan Pembangkit Sumbagsel ... 20

BAB III. METODE PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ... 24

3.2 Alat dan Bahan ... 24

3.3 Langkah-langkah Penelitian... 25

3.3.1 Studi Literatur ... 25

3.3.2 Pengumpulan Data dari UPB Sumatera ... 25

3.3.3 Simulasi... 25

3.4 Diagram Penelitian ... 37

BAB IV. HASIL DAN ANALISA 4.1 Sistem Pentanahan Netral Gardu Induk ... 35

4.2 Hasil Simulasi dan Analisa ... 40

4.2.1 Setting Arus Pada NGR... 41

4.2.2 Hasil Simulasi Gangguan Hubung Singkat ... 42

4.3 Analisa Hasil Simulasi ... 50

4.3.1 Nilai NGR 10 Ohm... 50

4.3.2 Nilai NGR 20 Ohm... 51

4.3.3 Nilai NGR 30 Ohm... 52

4.3.4 Nilai NGR 40 Ohm... 53

BAB V. SIMPULAN DAN SARAN 5.1 Simpulan ... 55

5.2 Saran... 56

DAFTAR PUSTAKA

(9)

DAFTAR TABEL

Tabel Hal

2.1 Data Rencana Pembangunan Pembangkit Provinsi Sumatera Selatan ... 20

2.2 Data Rencana Pembangunan Pembangkit Provinsi Bengkulu... 21

2. Data Rencana Pembangunan Pembangkit Provinsi Lampung ... 21

4.1 Data Pembangkitan Provinsi Sumatera Selatan ... 36

4.2 Data Pembangkitan Provinsi Bengkulu ... 37

4.3 Data Pembangkitan Provinsi Lampung... 37

4.4 Data Pembangkitan Sumatera Bagian Selatan ... 37

4.5 Data Pembebanan Provinsi Sumatera Selatan ... 38

4.6 Data Pembebanan Provisi Bengkulu... 39

4.7 Data Pembebanan Provinsi Lampung ... 39

4.8 Data Pembebanan Sumatera Bagian Selatan... 40

4.9 Data Pembangkitan dan Beban Sumbagsel... 40

4.10 Perbandingan arus gangguan sebelum dan sesudah penambahan unit pembangkit Ulubelu dan Sebalang dengan NGR 10 Ohm ... 44

(10)

(11)

DAFTAR GAMBAR

Gambar Hal

2.1 Tiga himpunan fasor seimbang ... 12

2.2 Single line diagram sistem tenaga listrik ... 12

2.3 Jaringan urutan positif... 12

2.4 Jaringan urutan negatif... 13

2.5 Jaringan urutan nol ... 13

2.6 Komponen urutan pada generator ... 14

2.7 Rangkaian ekivalen urutan pada generator ... 14

2.8 Rangkaian ekivalen pada transformator... 14

2.9 Gangguan satu fasa ke tanah ... 16

2.10 Rangkaian ekivalen gangguan satu fasa ke tanah ... 41

3.1 Single DiagramSistem Sumbagsel ... 30

3.2 Tampilan pertama ETAP Power Station ... 31

3.3 TampilanCreate New Project File... 31

3.4 TampilanUser InformationETAPPower Station... 32

3.5 Tampilan Utama Program ETAPPower Station ... 32

36. Single line diagramETAPPower Station... 33

3.7 Diagram alir penelitian... 37

4.1 Sistem pentanahan... 36

4.2 Single diagramsistem Sumbagsel ... 42

(12)

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Gangguan hubung singkat sebagai salah satu gangguan dalam sistem tenaga listrik yang mempunyai karakteristik transient yang harus dapat diatasi oleh peralatan pengaman. Terjadinya hubung singkat mengakibatkan timbulnya lonjakan arus dengan magnitude lebih tinggi dari keadaan normal dan tegangan di tempat tersebut menjadi sangat rendah yang dapat mengakibatkan kerusakan pada isolasi, kerusakan mekanis pada konduktor, bunga api listrik dan keadaan terburuk yaitu kegagalan operasi sistem secara keseluruhan.

Pada sistem pentanahan titik netral bila terjadi gangguan hubung singkat fasa ke tanah arus gangguan yang timbul akan besar dan busur listrik tidak dapat lagi padam dengan sendirinya timbulnya gejala-gejala “busur listrik ke tanah

(arcing ground)” sangat berbahaya karena menimbulkan tegangan lebih

(13)

ditanahkan langsung (solid grounding). Pada sistem kelistrikan, umumnya transformator daya pada gardu induk dilengkapi dengan NGR (Netral Grounding Resistor) dengan nilai resistansi permanen yang berfungsi untuk

membatasi arus gangguan tanah. Salah satu kelemahan sistem pentanahan dengan NGR adalah saat terjadi gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah, arus gangguan tanah dapat membesar melebihi batas nilai tahanan NGR yang dipergunakan. Hal ini dapat menyebabkan rusaknya NGR dan peralatan lainnya. Membesarnya nilai arus gangguan tanah disebabkan oleh pengaruh kapasitansi dari saluran transmisi. Jika terjadi gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah maka akan timbul arus gangguan tanah yang besar akibat line dischargingdari saluran transmisi.

Pada tugas akhir ini akan dilakukan analisa dan perhitungan untuk mendapatkan suatu nilai arus gangguan hubung singkat fasa ketanah guna untuk mengevaluasi apakah rating pentanahan titik netral pada Gardu Induk sistem interkoneksi Sumbagsel sudah tepat. Untuk melakukan semua perhitungan tersebut dengan cepat da akurat, maka diperlukan suatu media perhitungan melalui bantuan komputer yakni dengan menggunakan software ETAPPower Station.

1.2 Tujuan Penelitian

(14)

1.3 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah :

1. Analisa arus gangguan hubung singkat fasa ketanah dapat digunakan untuk menentukanratingyang tepat pada sistem pentanahan titik netral.

2. Diharapkan dapat memberikan tambahan informasi tentang software ETAP Power Station sebagai program simulasi yang mempunyai berbagai fasilitas yang mendukung untuk simulasi sebuah sistem.

1.4 Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang dikemukakan di atas dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut :

1. Bagaimana pengaruh besar arus gangguan tanah terhadap nilai NGR pada setiap gardu induk di Provinsi Lampung pada kondisi sebelum dah sesudah penambahan PLTU Sebalang dan PLTP Ulubelu.

2. Bagaimana penerapan rating impedansi pentanahan pada gardu induk apakah telah memiliki nilai yang memadai untuk menyalurkan arus gangguan tanah.

1.5 Batasan Masalah

(15)

1.6 Hipotesa

(16)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Penelitian Terdahulu Tentang Pentanahan Netral

(17)

daerah gangguan, sehingga keandalan kontinuitas pelayanan menjadi terganggu. Metode kumparan Petersen dapat mengkompensasi nilai arus kapasitansi yang besar pada saluran distribusi, hal ini dapat mempermudah pemadaman busur api. Oleh karena itu metode kumparan Petersen dapat diterapkan pada jaringan distribusi.

Penelitian untuk penerapan HRNG (High Resistance Neutral Grounding) pada tegangan menengah yang di analisa oleh (Kingrey et al, 2011) pada makalahnya [2] yang bertujuan untuk menganalisa penerapan metode HRNG pada sistem jaringan distribusi tegangan menengah di kawasan industri. Penelitian ini dilakukan dengan menganalisa beberapa aspek seperti teori kelistrikan, filosofi sistem pentanahan netral, efek dari berbagai komponen pada sistem daya industri dan pembatasan nilai tahanan tinggi yang digunakan. Dari hasil penelitian ini didapatkan bahwa pada standar industri metode HRNG membatasi arus gangguan Igf ≤ 10 A, Ir ≥ 3ICo.

Standar tersebut harus ditinjau kembali karena metode pentanahan ini hanya bisa digunakan jika nilai aruschargingkapasitansi sangat kecil, maka batas Igf harus dikurangi dari ≤ 10 A menjadi ≤ 7 A dan 3ICo dibatasi

(18)

Selanjutnya mengenai metode pentanahan netral pada sistem distribusi telah dilakukan penelitian oleh (Oka et al, 2002) dalam makalahnya [3]. Penelitian ini menganalisa beberapa metode pentanahan netral, yang hasilnya digunakan sebagai pertimbangan terhadap kenaikan nilai tegangan rendah dan induksi tegangan pada sistem tiga fasa empat kawat jaringan distribusi pada saat terjadi gangguan. Penelitian ini melakukan simulasi untuk menganalisa beberapa metode pentanahan netral yaitu metode multigrounded common neutral, low voltage multigrounded neutral dan resistance single grounding. Untuk keakuratan maka dilakukan evaluasi dengan membandingkan hasil simulasi dengan hasil pengukuran sebenarnya pada saluran. Dari hasil simulasi dan pengukuran terdapat perbedaan nilai arus yaitu sebesar 10%, perbedaan tersebut masih bisa diterima sehingga hasil dari simulasi dapat digunakan sebagai acuan dari penelitian. Sebagai hasilnya metoderesistance single grounding merupakan metode pentanahan netral yang sesuai untuk sistem jaringan distribusi 11,4 kV. Nilai tahanan pentanahan harus sebesar 20 ohm atau lebih agar dapat menjaga kondisi saat terjadi induksi tegangan pada saluran dan meningkatnya nilai tegangan rendah pada saluran.

Penelitian mengenai berbagai metode pentanahan netral dianalisa oleh (D.D

Ship et al, 2005) pada makalahnya [4]. Penelitian ini menganalisa karakteristik pada beberapa metode pentanahan netral yang diterapkan pada

perindustrian dan menampilkan informasi dari masing-masing metode pentanahan. Metode pentanahan yang akan dianalisa adalah metode

(19)

induktansi, pentanahan dengan tahanan rendah dan tahanan tinggi, serta

transformator pentanahan. Dari penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa yang menjadi pertimbangan dalam pemilihan metode

pentanahan yaitu beban saluran-netral dan kontinuitas pelayanan. Untuk

persyaratan kontinuitas pelayanan, semua metode pentanahan harus dapat melakukan pemisahan zona yang terganggu dengan pengoperasian peralatan

proteksi. Untuk penerapan metode pentanahan pada sistem tegangan menengah (2.4 kV–7.5 kV) dapat diterapkan metode dengan tahanan tinggi

karena metode pentanahan ini mampu membatasi arus gangguan menjadi sangat kecil sehingga dapat menghindari kerusakan akibat gangguan dan

dapat mengontrol tegangan lebih transient, sehingga timbulnya tegangan

lebih transien dapat berkurang. Selain itu metode tahanan rendah juga dapat diterapkan pada sistem tegangan menengah, walaupun mengharuskan

peralatan proteksi bekerja dan terjadi pemutusan di daerah gangguan. Sedangkan untuk metode pentanahan langsung lebih sering digunakan pada

sistem dengan tegangan diatas 15 kV.

Selanjutnya untuk membahas tentang sistem pentanahan dengan reaktor

pada sistem tegangan ekstra tinggi yang dianalisa oleh (Nayak et al, 2007)

pada makalahnya [5]. Penelitian menjelaskan bahwa untuk menjaga keandalan pada sistem transmisi, penerapan peralatan proteksi seperti saklar

fasa tunggal dan penutup balik otomatis sangat diperlukan. Akan tetapi untuk meningkatkan kerja dari penutup balik otomatis dalam pemadaman

(20)

Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan parameter NGR yang optimal

pada saluran transmisi tegangan ekstra tinggi. Penelitian ini melakukan analisa terhadap nilai arus busur api, nilai NGR untuk mengkompensasi

rangkaian kapasitif dan pemilihan nilai NGR yang akan digunakan pada

sistem. Dari hasil penelitian didapatkan nilai reaktansi, arus dan rating tegangan pada saluran sirkit ganda untuk menjamin kesuksesan kerja saklar

fasa tunggal ditampilkan pada program EMTP. Dimana nilai optimal NGR yang dipilih untuk menjamin kesuksesan kerja dari saklar fasa tunggal

dalam memadamkan busur api dengan batas yang layak sebesar 600 ohm.

Penelitian mengenai metode pentanahan netral dengan tahanan tinggi pada

sistem tegangan rendah dianalisa oleh (Nelson et al, 1999) dalam

makalahnya [6]. Penelitian ini menganalisa penerapan pentanahan netral dengan tahanan tinggi pada sistem tegangan rendah di kawasan industri

kimia dan perminyakan, yang meliputi beberapa aspek yaitu, permasalahan koordinasi dengan sistem proteksi, gangguan busur api, pertimbangan

perancangan, selanjutnya dilakukan pengujian dan pemasangan terhadap pentanahan dengan tahanan tinggi. Dari penelitian ini dapat ditarik

kesimpulan bahwa, metode tahanan tinggi memiliki kinerja yang baik pada

industri kimia dan perminyakan, yang menjadi acuannya adalah, arus kapasitif pada sistem tegangan rendah (440-600 V) memiliki nilai yang

cukup rendah (< 5 A), hal ini menunjukkan bahwa tahanan mampu mengontrol arus pada nilai yang rendah untuk menghindari peningkatan

(21)

yang tepat pada metode tahanan tinggi akan mampu membatasi tegangan

lebih transien yang disebabkan oleh gangguan busur api ke nilai yang memungkinkan. Makalah ini menampilkan keuntungan dari pentanahan

dengan tahanan tinggi untuk menjaga kontinuitas proses industri. Ketika

keandalan dan pembatasan gangguan tanah merupakan permasalahan yang sangat penting, sistem pentanahan dengan tahanan tinggi sangat dianjurkan.

Dengan perancangan dan pengujian yang tepat, metode pentanahan ini mampu menyediakan keamanan dan keandalan yang dibutuhkan oleh

industri perminyakan atau industri lainnya.

2.2 Sintesis Fasor Tak Simetris dari Komponen-Komponen Simetrisnya Menurut Fortescue suatu sistem tak seimbang yang terdiri dari n fasor yang berhubungan dapat diuraikan menjadi n buah sistem dengan fasor seimbang yang dinamakan komponen-komponen simetris dari fasor aslinya. N buah fasor pada setiap himpunan komponennya adalah sama panjang dan sudut diantara fasor yang bersebelahan dalam himpunan itu sama besarnya [7].

Menurut teorema Fortescue, tiga fasor tak seimbang dari sistem tiga phasa dapat diuraikan menjadi tiga sistem fasor yang seimbang. Himpunan komponen seimbang itu adalah :

(22)

2. Komponen urutan negatif yang terdiri dari tiga fasor yang sama besarnya, memiliki selisih sudut phasa sebesar 1200, namun memiliki urutan phasa yang berlawanan dengan fasor aslinya.

3. Komponen urutan nol yang terdiri dari tiga fasor yang sama besarnya dan dengan pergeseran phasa nol antar fasor yang satu dengan fasor yang lain.

Komponen simetris phasa dari sistem dinyatakan sebagaia,bdancsehingga urutan phasa tegangan dan arus dari sistem adalah abc. Sehingga urutan phasa komponen positif dari fasor tak seimbang itu adalah abc, sedangkan urutan phasa dari komponen negatif adalah acb. Jika fasor aslinya adalah tegangan, maka tegangan tersebut dapat dinyatakan Va, Vb, dan Vc. Ketiga

himpunan komponen simetris dinyatakan dengan subskrip tambahan 1 untuk komponen urutan positif, angka2untuk komponen urutan negatif, an angka0 untuk komponen urutan nol. Sebagai contoh komponen urutan positif dari fasor tegangan adalah Va1, Va2, dan Va0. Begitu pula dengan urutan negatif

dan urutan nol.

Fasor tegangan dinyatakan dalam suku komponennya adalah sebagai berikut : Va= Va1+ Va2+ Va0

Vb= Vb1+ Vb2+ Vb0 (2.1)

(23)

+

_ +

_ Xg1 Xg2

+

_ Xm

Xt ½ Xtr ½ Xtr

+

_ Vf

P Ifa

(1)

Xt

Gambar 2.1. Tiga Himpunan Fasor Seimbang Yang Merupakan Komponen Simetris Dari Tiga Fasor Tak Seimbang

2.3 Jaringan Urutan Pada Sistem Tenaga Tenaga Listrik

Gambar di bawah ini merupakan contoh gangguan yang terjadi pada sistem distribusi beserta dengan rangakain ekivalent urutan positif, negatif dan urutan nol.

Gambar 2.2.Single Line DiagramSistem Tenaga Listrik

(24)

Xg1 Xg2 X_m

Xt ½ Xtr ½ Xtr

+

_ Vf

P Ifa

(2)

Xt

Xg1 Xg2 _X_f X_m

½ Xtr

P Ifa

(2)

Xt

½ Xtr

Gambar 2.4. Jaringan Urutan Negatif

Gambar 2.5. Jaringan Urutan Nol

2.4 Diagram Garis Pada Komponen Jaringan

2.4.1 Generator

Suatu generator tak berbeban yang ditanahkan melalui reaktor, dapat

dilihat pada Gambar 2.6. Bus referensi untuk jaringan urutan positif

dan negatif adalah netral generator tersebut. Bagi komponen urutan

negative dan positif netral generator berada pada potensial tanah jika

diantara netral tanah terdapat sambungan yang mempunyai impedansi

tertentu atau nol karena sambungan tersebut tidak akan mengalirkan

(25)

Gambar 2.6. Komponen urutan pada generator

Gambar 2.7. Rangkaian ekivalen urutan pada generator

2.4.2 Transformator

Berbagai kombinasi yang mungkin dari belitan primer dan sekunder

yang terhubung dalam Y atau Δ sudah tentu mengubah pula jaringan

urutan nolnya.

(a) (b) (c)

(d) (e)

(26)

2.5 Perhitungan Gangguan Hubung Singkat Satu Phasa Ke Tanah

Gangguan satu phasa ke tanah disebabkan antara lain petir atau konduktor yang membuat kontak dengan tanah. Untuk gangguan satu phasa ke tanah melalui impedansi Zf ditunjukkan pada gambar 2.2 dimana gangguan terjadi

di phasa a. Kondisi pada bus terganggu k dinyatakan dengan persamaan berikut:

Ifb= 0 Ifc= 0 Vka= Zfx Ifa

Dimana Ifb= Ifc= 0, komponen simetris diberikan oleh: ( )

( )

=

1 1 1

1

1 00

dan melakukan hasil perkalian

( )

=

( )

=

( )

=

(2.2)

Substitusikan ( ) untuk ( ) dan ( ) ditunjukkan bahwa = 3 ( ), dan

dari persamaan di bawah ini:

(27)

a

b

c

Zf

If

Penjumlahan persamaan ini = 3 ( )memberikan

= ( )+ ( )+ ( )

= ( )+ ( )+ ( ) ( ) (2.5)

=3 ( )

Penyelesaian untuk ( ) dan kombinasi hasil dari Persamaan (2.2), maka

didapatkan persamaan seperti di bawah ini:

( )

=

( )

=

( )

=

( ) ( ) ( ) (2.6)

Gambar 2.9. Gangguan Satu Phasa Ke Tanah

Persamaan (2.6) adalah persamaan untuk mencari besar arus gangguan satu phasa ke tanah melalui impedansi Zf dan digunakan dengan hubungan

komponen simetris untuk menentukan semua tegangan dan arus pada titik P. Jika rangkaian ekivalen thevenin tiga jaringan dihubungkan seri, seperti pada Gambar 2.4 dengan impedansi gangguan 3Zf dan sumber tegangan sebelum

(28)

Gambar 2.10. Rangkaian Ekivalen Thevenin Gangguan Satu Phasa Ke Tanah

Ketika arus ( ), ( ), dan ( ) diketahui, komponen tegangan pada semua

sistem bus dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.4).

2.6 Metode Sistem Pentanahan di Indonesia

Sesuai standar perusahaan umum listrik milik negara, yaitu SPLN 2: 1978 [8]

telah ditetapkan metode pentanahan untuk sistem-sistem 150 kV, 70 kV dan

20 kV. Adapun pola kriteria, pertimbangan, penerapan dan penetapan

pentanahan ditunjukkan seperti di bawah ini:

a. Pola Kriteria

Yang menjadi kriteria dalam faktor keselamatan manusia dan ekonomi.

b. Pertimbangan Penerapan

Pentanahan efektif pada sistem 150 kV memberikan keandalan yang tinggi

dan keuntungan faktor ekonomi yang menonjol dari pengurangan tingkat

isolasi. Arus gangguan yang besar diimbangi dengan kecilnya angka

(29)

c. Penerapan Sistem Pentanahan di Indonesia.

1. Sistem 150 kV

Pentanahan netral sistem 150 kV beserta pengamannya ditetapkan

sebagai berikut :

a. Pentanahan netral untuk sistem ini adalah pentanahan efektif.

Penambahan reaktansi pada sistem ini dimungkinkan selama

persyaratan pentanahan efektif dipenuhi (X0/X1=3).

b. Pengamanan sistem dilaksanakan dengan pemutus cepat dan

penutup cepat.

2. Sistem 70 kV

Pentanahan dengan sistem ini beserta pengamanannya ditetapkan

sebagai berikut:

1. Pentanahan netral untuk sistem ini adalah pentanahan dengan

tahanan.

2. Pengamanan sistem dilakukan dengan pemutus cepat dan penutup

cepat.

3. Sistem 20 kV

Pentanahan netral sistem 20 kV beserta pengamanannya ditetapkan

sebagai berikut:

1. Untuk saluran udara dan saluran bawah tanah dipakai pemutus

dengan rele arus lebih untuk gangguan hubung singkat fasa ke fasa

(30)

2. Untuk saluran udara dipakai penutup cepat dan lambat, sedangkat

pada saluran bawah tanah tidak dipakai penutup kembali.

2.7 Sistem Kelistrikan Sumatera Bagian Selatan (Sumbagsel)

Sistem Kelistrikan Sumatera Bagian Selatan merupakan suatu sistem yang melayani kebutuhan energi listrik untuk wilayah Sumatera Bagian Selatan yaitu mencakup Provinsi Lampung, Sumatera Selatan dan Bengkulu. Ketiga provinsi ini telah tersambung atau terinterkoneksi oleh Saluran Transmisi Tegangan Tinggi (SUTT) yang menggunakan tegangan nominal 150 kV .

2.7.1 Sistem Kelistrikan Saat ini

Provinsi Lampung terhubung ke Provinsi Sumatera Selatan melalui dua saluran transmisi yaiu saluran transmisi Baturaja-Blambangan Umpu dan Baturaja-Bukit Kemuning, sedangkan Provinsi Bengkulu terhubung ke Provinsi Sumatera Selatan melaluai saluran transmisi Lubuk Linggau-Pekalongan.

(31)

Sumatera Selatan merupakan pembangkit listrik tenaga uap yang menggunakan bahan bakar batubara dan gas. Transfer daya juga diperlukan pada saat pembangkit melakukan pemeliharaan. Povinsi Bengkulu dapat memenuhi kebutuhan daya sendiri, tetapi karena provinsi ini hanya memiliki satu buah pembangkit yaitu PLTA Musi, jadi pada saat pembangkit ini mengalami gangguan atau pemeliharaan, maka memerlukan pasokan dari Provinsi Sumatera Selatan. Selain itu gardu induk sebagai subsistem pada sistem interkoneksi Sumbagsel dalam penyaluran energi

memegang peranan yang sangat penting dalam

mentransformasikan tenaga listrik dari satu level ke level tegangan yang lain, serta dalam pengawasan operasi dan pengaturan sistem tenaga listrik.

2.7.2 Rencana pembangunan pembangkit Sumatera Bagian Selatan

[image:31.595.190.511.626.748.2]

Untuk menjaga kontinuitas dan memenuhi kebutuhan beban yang semakin bertambah maka PLN berencana membangun beberapa pembangkit baru di wilayah Sumbagsel[9].

Tabel 2.1 Rencana Pembangunan Pembangkit Provinsi Pembangkitan Sumatera Selatan No Pusat Pembangkitan Daya Terpasang (MW) Waktu Operasi 1 PLTU Sumsel Mulut

Tambang

2 x 200 2013/2014

2 PLTP Hulu Lais 2 x 55 2013/2014

3 PLTU MT 100 2017

(32)

No Pusat Pembangkitan Daya Terpasang (MW) Waktu Operasi

5 PLTP Rantau Dedap 220 2015

[image:32.595.191.514.85.153.2]

6 PLTP Danau Ranau 110 2019

Tabel 2.2 Rencana Pembangunan Pusat Pembangkitan Provinsi Bengkulu

No Pusat Pembangkitan

Daya Terpasang

(MW)

Waktu Operasi

1 PLTU Bengkulu 2 x 100 2018/2019

[image:32.595.190.518.309.452.2]

2 PLTA Simpang Aur 29 2015

Tabel 2.3 Rencana Pembangunan Pusat Pembangkitan Provinsi Lampung

No Pusat Pembangkitan

Daya Terpasang

(MW)

Waktu Operasi

1 PLTP Suoh Sekincau 2 x 55 2018/2019

2 PLTP Ulu Belu 4 x 55 2011/2014

3 PLTP Way Ratai 55 2019

(33)

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian

Pengerjaan tugas akhir ini bertempat di Laboratorium Terpadu Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung pada bulan Juli 2012 sampai dengan bulan april 2013.

3.2 Alat dan Bahan

Adapun peralatan dan bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Satu unit laptop dan sistem operasi window XP.

2. Perangkat lunak ETAP Power Station 6.0 sebagai alat bantu untuk perhitungan dan analisa.

(34)

3.3 Langkah-langkah Penelitian

Dalam penyelesaian tugas akhir ini akan dilalui beberapa tahapan sebagai berikut:

3.3.1 Studi Literatur

Dalam studi literatur dimaksudkan untuk mempelajari dan mecari informasi dari buku, jurnal dan artikel-artikel dari internet sebagai referensi yang menyangkut masalah yang diangkat dalam penyusunan tugas akhir ini, diantara nya adalah :

a. Studi Gangguan hubung singkat b. Pentanahan sistem

3.3.2 Pengumpulan Data Dari UPB Sumatera

Pada penelitian ini data yang akan diambil adalah data pembangkit, data transmisi, data beban dan lain sebagianya dari UPB Sumatera yang berguna untuk mendukung penyelesaian tugas akhir.

3.3.3 Simulasi

(35)

cukup untuk gangguan hubung singkat fasa ke tanah pada kondisi sebelum dan sesudah penambahan unit pembangkit.

Simulasi Sistem Interkoneksi Sumatera Bagian Selatan dilakukan dengan menggunakan Program ETAP. Gangguan yang disimulasikan adalah gangguan satu fasa ketanah dan hasil simulasi perhitungan arus gangguan hubung singkat tersebut digunakan untuk mengevaluasi nilai arus setting NGR (Neutral Grounding Resistor). Program yang digunakan untuk simulasi adalah program ETAP versi 6.0 yang didalamnya terdapat fasilitas untuk membuat Single Line Diagram yang sesuai dengan obyek penelitian dari menu-menu program yang ada pada program ETAP 6.0, sehingga memberikan kemudahan bagi pengguna untuk dapat menjalankan program tersebut.

Simulasi dilakukan dengan cara :

1. Memasukkan parameter yang di perlukan untuk melakukan simulasi, adapun data masukan yang dibutuhkan dalam perhitungan arus hubung singkat dengan program ETAP adalah :

a. Nama Busbar

Untuk mengidentifikasi bus yang terinterkoneksi. b. Tipe Busbar

a. Bus Referensi/slack bus menggunakan PLTU Borang b. Bus Beban

(36)

c. Besar Tegangan Busbar d. Data Penghantar.

a. Jarak Penghantar b. Impedansi Penghantar e. Data Generator

a. Daya aktif yang dibangkitkan b. Daya semu

c. Impedansi generator f. Data Transformator g. Data gardu induk

[image:36.612.198.528.488.702.2]

Sistem kelistrikan sumbagsel terdiri dari 44 gardu induk dimana 16 gardu induk terdapat pada Provinsi Sumatera Selatan, 7 gardu induk terdapat pada Provinsi Bengkulu, 21 pada Provinsi Lampung. Berikut merupakan jenis gardu induk untuk simulasi pada penelitian ini.

Tabel 2.1 Gardu Induk Provinsi Sumatera Selatan

UPT PALEMBANG

I TRAGI KERAMASAN

1 GI Keramasan 2 GI Bungaran 3 GI Sungai Kedukan 4 GI Mariana

II TRAGI BOOM BARU

(37)

4 GI Seduduk Putih 5 GI Bukit Siguntang III TRAGI BORANG

1 GI Borang

2 GI Talang Kelapa

3 GI Betung

IV TRAGI PRABUMULIH 1 GI Bukit Asam

[image:37.612.197.527.81.310.2]

2 GI Prabumulih 3 GI Simpang Tiga 4 GI Gunung Megang

Tabel 2.2 Gardu Induk Provinsi Bengkulu

UPT BENGKULU

I TRAGI PEKALONGAN

1 GI Sukamerindu 2 GI Pekalongan

3 GI Tess

4 GI Musi

II TRAGI LAHAT

1 GI Lahat

[image:37.612.197.527.339.569.2]

2 GI Pagar Alam 3 GI Lubuk Linggau

Tabel 2.3 Gardu Induk Provinsi Lampung

UPT TANJUNG KARANG

I TRAGI TARAHAN

1 GI Tarahan 2 GI Teluk Betung

(38)

4 GI Kalianda 5 GI New Tarahan 6 GI Sukarame

II TRAGI TEGINENENG

1 GI Tegineneng 2 GI Taping Adi Jaya 3 GI Natar

4 GI Pagelaran 5 GI Sribawono

6 GI Metro

7 GI Batu Tegi 8 GI Seputih banyal III TRAGI KOTABUMI 1 GI Kotabumi

2 GI Bukit Kemuning 3 GI Baturaja

4 GI Menggala 5 GI Besai

6 GI Gumawang

7 GI Blambangan Umpu

2. Menentukan lokasi gangguan.

(39)

[image:39.612.177.510.137.352.2]

dari sistem Interkoneksi Sumbagsel yang akan dibuat pemodelannya pada program ETAPPower Station.

Gambar 3.1Single Line DiagramSistem Sumbagsel

Untuk menghitung arus gangguan pentanahan, maka terlebih dahulu kita membuat Single Line Diagram dari sistem itu sendiri. Berikut ini langkah-langkahnya :

a. Jalankan program ETAPPower Station

(40)

[image:40.612.185.519.88.339.2]

Gambar 3.1 Tampilan Pertama ETAPPower Station

b. Membuat studi kasus yang baru

Untuk membuat studi kasus yang baru maka pada gambar 3.1 klik file lalu new project dan akan muncul seperti pada gambar 3.2, setelah itu tulis name project dan pilih unit system dan required passwordsesuai dengan kebutuhan.

[image:40.612.196.476.520.675.2]

(41)

[image:41.612.245.426.139.296.2]

Setelah pada gambar 3.2 diklik ok, maka akan tampil seperti gambar 3.3.

Gambar 3.3 TampilanUser InformationETAPPower Station

Masukan user name, sesuai dengan kebutuhan maka akan tampil gambar 3.4.

[image:41.612.194.506.438.657.2]

c. Membuatone line diagram

(42)

[image:42.612.193.519.209.420.2]

Pada Gambar 3.4 terdapat ruang untuk menggambar one line diagram dengan menggunakan template yang terdapat pada toolbar yang terletak di sebelah kanan. Contoh one line diagram yang telah dibuat seperti pada Gambar 3.5 di bawah ini.

Gambar 3.5Single Line Diagramdalam ETAPPower Station

d. Perhitungan Besar Arus Gangguan Hubung Singkat

(43)

 Impedansi Sumber

Sebelum menghitung impedansi sumber di sisi 20 kV, maka kita harus menghitung dulu impedansi sumber di bus 150 kV. Impedansi di bus 150 kV diperoleh dengan persamaan:

Xs = kV

2

MVA (3.1)

Dimana:

Xs = Impedansi sumber (Ω )

kV2 = Tegangan sisi primer trafo tenaga (kV) MVA = Data hubung singkat di bus 150 kV (MVA)

Arus hubung singkat di sisi 20 kV didapatkan dengan cara mengkonversikan impedansi sumber di bus 150 kV ke sisi 20 kV dengan persamaan sebagai berikut:

Xs (sisi 20 kV) = x Xs(sisi 150 kV) (3.2)

 Impedansi Trafo

Untuk menghitung nilai impedansi (ohm) pada 100 % trafo 20 kV digunakan persamaan sebagai berikut:

Xt (pada 100%) = kV

2

MVA (3.3)

Dimana:

Xt = Impedansi trafo tenaga (Ω )

(44)

MVA = Kapasitas daya trafo tenaga (MVA)

 Impedansi Saluran

Besarnya impedansi Saluran bergantung pada besar impedansi per km dari Saluran yang akan dihitung dimana nilainya tersebut tergantung dari jenis penghantarnya,yaitu dari bahan penghantar dan besar kecilnya penampang penghantar. Besar impedansi suatu Saluran dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:

Z = (R + jX) (3.4)

Sedangkan untuk menghitung impedansi Saluran pada titik tertentu pada Saluran baik urutan positif, negatif, maupun urutan nol digunakan persamaan sebagai berikut:

Z1= Z2= % panjang x panjang saluran (km) x Z1, Z2, Z0

Dimana:

Z1= Impedansi urutan positif (Ω )

Z2= Impedansi urutan negatif(Ω )

Z0= Impedansi urutan nol (Ω )

 Perhitungan Arus Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah Persamaan yang digunakan untuk mencari besar arus gangguan hubung siungkat satu fasa ke tanah adalah sebagai berikut:

(45)

Dimana:

I1fasa = Arus gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah (A)

VLN = Tegangan fasa-netral 20 kV =

.

(V)

Z1 = Impedansi urutan positif (Ω )

Z2 = Impedansi urutan negatif (Ω )

Z0 = Impedansi urutan nol (Ω )

e. Membuat Analisa dari Hasil Simulasi

Setelah pengolahan data selesai, maka dilakukan analisa data sesuai hasil dari simulasi software ETAP Power Station. Simulasi tersebut terdiri arus gangguan pentanahan.

f. Penulisan Laporan

(46)

[image:46.612.217.411.141.592.2]

Gambar 3.1. Diagram alir penelitian

3.4 Diagram Penelitian

Mulai Penelitian

Studi Literatur

Pengumpulan Data

Pemodelan Sistem pada ETAP

Masukkan nilai data-data pentanahan gardu induk

Simulasi

Analisa Hasil Simulasi

(47)

BAB V

SIMPULAN DAN SARAN

5.1 SIMPULAN

Setelah melakukan perhitungan menggunakan simulasi ETAP Power Station versi 6.0.0, maka dapat dihasilkan beberapa hal mengenai hasil dari pengerjaan tugas akhir ini, yaitu :

1. Dari hasil simulasi didapatkan nilai arus hubung singkat satu fasa ke tanah tertinggi terjadi pada gardu induk Bukit Asam, dengan besar arus gangguan sebelum penambahan pembangkit sebesar 285 A, dan setelah penambahan pembangkit naik menjadi 286 A. Besar peningkatan nilai arus gangguan masih dibawah rating NGR, sehingga sistem masih aman setelah beroperasinya PLTU Sebalang dan PLTP Ulubelu.

(48)

5.2 SARAN

Kemudian adapun sarannya adalah :

1. Perlu dilakukan pengecekan besarnya tahanan sistem pentanahan netral dan kondisi sistem secara berkala untuk memastikan sistem pentanahan dan kondisi sistem benar-benar dalam kondisi baik.

(49)

[1] Yundong Song, Shun Yuan, Chunfang Zhao, Yanfeng Jia, “Analysis and Selection of Neutral Grounding Modes in Cables Distribution Network”, Power System Technology, vol 28, no. 5, pp. 518-521, April 2007.

[2] Lawrence J. Kingrey, Ralph D. Painter, “Applying High-Resistance Neutral Grounding in Medium –Voltage Systems”, IEEE Transaction on Industry Applications, vol 47, no.3, pp. 1220-1231, May/June 2011.

[3] K. Oka, S. Oishi, T. Yokota, S. Uemura. “Analysis of Neutral Grounding Method for a Three-Phase Four-Wire 11 kV Distribution System, IEEE Transaction on Industry Applications, vol 2, no. 2, pp 998-1003, oct. 2002.

[4] D. D. Shipp and F. J. Angelini, “Characteristics of Different Power Systems Neutral

Grounding Techniques: Fact & Fiction”. Pittsburgh, PA: Westinghouse Electric Corp.

[5] R. N. Nayak, Y. K Sehgal, Subir Sen, Manju Gupta, “Optimation of Neutral Grounding Reactor Parameter-An Analysis for a Double circuit EHV Line“, Power Grid Corporation of India Ltd.

[6] Jhon P. Nelson, Pankaj K. Sen, “Resistance Grounding of Low-Voltage Systems: A

Standart for the Petroleum and Chemical Industry“, IEEE Transactions on industry

applications, vol. 35, no. 4, pp. 941-948, july/aug. 1999.

[7] Stevenson, William D, Jr.,”Analisis Sistem Tenaga Listrik” , Penerbit Erlangga,

Jakarta, 1990.

[8] ---, SPLN 2:1978, Pentanahan Netral Sistem Transmisi dan Distribusi Beserta Pengamanannya.