STUDI PROTEKSI GANGGUAN HUBUNG TANAH PADA
STATOR GENERATOR MENGGUNAKAN METODE
TEGANGAN HARMONISA KETIGA
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan
pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro
Oleh :
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
DEDI MAHENDRA
050402091
ABSTRAK
Gangguan hubung singkat pada stator generator sangat berbahaya karena
dapat menimbulkan kerusakan yang serius. Metode proteksi biasa tidak dapat
melindungi keseluruhan belitan stator. Bagian yang tidak terlindungi adalah
bagian dekat dengan titik netral generator. Sehingga harus digunakan metode
proteksi yang dapat melindungi keseluruhan belitan.
Tugas akhir ini akan membahas tentang proteksi stator generator
menggunakan metode tegangan harmonisa ketiga. Metode ini dapat melindungi
keseluruhan belitan stator. Penulis menggunakan software Matlab – Simulink
untuk melihat kinerja proteksi ini pada suatu generator.
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur penulis haturkan kehadirat Allah S.W.T yang telah
memberikan kemampuan dan ketabahan dalam menghadapi segala cobaan,
halangan dan rintangan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, serta shalawat
beriring salam penulis hadiahkan ke junjungan Nabi Muhammad S.A.W.
Tugas akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu
ayahanda dan ibunda, serta abanganda dan kedua adik tercinta yang merupakan
bagian hidup penulis yang senantiasa mendukung dan mendoakan dari sejak
penulis lahir hingga sekarang.
Tugas akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan
untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di
Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Adapun judul Tugas Akhir ini adalah :
STUDI PROTEKSI GANGGUAN HUBUNG TANAH PADA STATOR
GENERATOR DENGAN MENGGUNAKAN METODE TEGANGAN
HARMONISA KETIGA
Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya
Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan serta dukungan
dari berbagai pihak. Untuk itu penulis dalam kesempatan ini ingin mengucapkan
1. Bapak Ir. Zulkarnaen Pane selaku Dosen Pembimbing yang dengan sabar
dan tulus meluangkan waktu dan pikiran untuk membimbing penulis
dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Ir. Kasmir Tandjung selaku dosen wali penulis yang senantiasa
memberikan bimbingan selama perkuliahan.
3. Bapak Ir. Nasrul Abdi, MT dan Bapak Rachmad Fauzi, ST, MT selaku
Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,
Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Prof. DR. Ir. Usman Baafai selaku Kepala Laboratorium Sistem
Tenaga FT USU.
5. Seluruh Staf Pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis dan
seluruh Pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,
Universitas Sumatera Utara atas bantuan administrasinya.
6. Keluarga Besar Laboratorium Sistem Tenaga FT USU : B’Fahmi, B’Emil,
Irpan, Budi, B’ Immanuel.
7. Sahabat-sahabat terbaikku, Megi, Andry, Ricky, Su’ib, Luthfi, Reza,
Gifari, Herman, Harpen, Prindi, Rifky, Rudi, Ardhi, Arie, Kira, Putra,
Dedi.A, Andica, Riza, Khairil, Umar, Iqri, Taci, Yona, Muti, Diana, Ami,
Dewi, Apri, Once, Cici, semua teman-teman `05 yang tidak mungkin
disebutkan satu persatu.
8. Serta semua abang senior dan adik junior yang telah mau berbagi
pengalaman dan motivasi kepada penulis.
Akhir kata penulis menyadari bahwa tulisan ini masih banyak
kekurangannya. Kritik dan saran dari pembaca untuk menyempurnakan dan
mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan. Semoga Tugas
Akhir ini dapat memberi manfaat khususnya bagi penulis pribadi maupun bagi
semua pihak yang membutuhkannya. Dan hanya kepada Allah SWT-lah penulis
menyerahkan diri.
Medan, Mei 2009
Penulis
Dedi Mahendra
DAFTAR ISI
Abstrak ... i
Kata Pengantar ... ii
Daftar isi ... v
Daftar Gambar ... ix
Daftar Tabel ... xi
Daftar Grafik ... xii
BAB I. PENDAHULUAN ... 1
1.1 latar Belakang ... 1
1.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan... 2
1.3 Batasan Masalah ... 3
1.4 Metode Penulisan ... 3
1.5 Sistematika Penulisan ... 4
BAB II. HARMONISA PADA GENERATOR ... 5
II.1 Umum ... 5
II.2 Konstruksi Generator Sinkron ... 6
II.3 Tegangan Induksi Pada Belitan tiga Fasa ... 7
II.4 Masalah Harmonisa pada Belitan Tiga Fasa ... 11
III.2. Metode Pembumian Generator ... 17
III.2.1 Sistem yang tidak dibumikan... 17
III.2.2 Pembumian langsung ... 19
III.2.3 Pembumian melalui tahanan tinggi ... 20
III.2.4 Pembumian melalui transformator distribusi ... 20
III.2.5 Pembumian melalui kumparan peterson ... 22
III.2.6 Pembumian melalui tahanan rendah ... 22
III.3 Gangguan Tanah Pada Stator... 23
III.3.1 Gangguan Satu Fasa ke Tanah ... 26
III.3.2 Gangguan fasa ke fasa ... 28
III.4 Proteksi Gangguan Hubung Singkat ke Tanah ... 29
III.4.1 Metode Proteksi Tegangan Lebih Netral ... 30
III.4.2 Skema Proteksi Tegangan Lebih Delta Terbuka ... 31
III.4.3 Proteksi Tegangan Lebih Rangkaian Urutan Nol ... 32
III.4.4 Skema Proteksi Arus Lebih ... 32
III.4.5 Proteksi Sistem Pembumian Melalui Tahanan rendah ... 34
BAB IV. PROTEKSI GANGGUAN HUBUNG TANAH PADA STATOR GENERATOR DENGAN MENGGUNAKAN METODE TEGANGAN HARMONISA KETIGA ... 35
IV.1 Prinsip Kerja ... 35
IV.1.2 Proteksi Menggunakan tegangan Harmonisa Ketiga ... 38
IV.1.2.1 Metode Tegangan Kurang ... 39
IV.1.2.2 Metode Tegangan Lebih ... 40
IV.1.2.3 Metode Rasio Tegangan ... 40
IV.2 Tegangan Harmonisa Ketiga Generator ... 41
IV.2.1 Nilai konstanta Generator ... 43
IV.2.2 Tegangan Harmonisa Ketiga ... 44
IV.3 Rangkaian Ekuivalen ... 45
IV.3.1 Rangkaian Ekivalen Kondisi Normal ... 45
IV.3.2 Rangkaian Ekivalen Kondisi Gangguan ... 47
IV.3.3 Persamaan Matematis... 48
IV.4 Simulasi Menggunakan Matlab – Simulink ... 53
IV.4.1 Simulasi Pada Keadaan Normal ... 54
IV.4.2 Simulasi Pada Keadaan Gangguan ... 55
V.4.2.1 Metode Tegangan Kurang ... 56
IV.4.2.2 Metode Tegangan Lebih ... 59
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 68
V.1 Kesimpulan ... 68
V.2 Saran ... 68
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Sebuah generator sinkron ... 5
Gambar 2.2 Rotor non salient dua kutub ... 6
Gambar 2.3 Rotor salient enam kutub ... 6
Gambar 2.4 Mesin Sinkron 4 kutub ... 7
Gambar 2.5 Bentuk gelombang harmonisa ...11
Gambar 2.6 Rotor ferromagnetik menyapu bagian konduktor stator ...12
Gambar 2.7 Kerapatan distribusi fluks medan ...12
Gambar 2.8 Arus harmonisa mengalir melalui belitan Y ...14
Gambar 2.9 Arus harmonisa tidak mengalir melalui belitan Y tidak bernetral ....15
Gambar 2.10 Arus harmonisa berputar pada belitan hubungan delta ...15
Gambar 3.1 Generator yang tidak dibumikan ...18
Gambar 3.2 Arus pengisian kapasitansi ke tanah ...18
Gambar 3.3 Tegangan kapasitansi tiap fasa ke tanah ...18
Gambar 3.4 Pembumian dengan transformator distribusi...21
Gambar 3.5 Tegangan pada saat terjadi gangguan ...25
Gambar 3.6 Metode proteksi tegangan lebih netral generator ...31
Gambar 3.7 Metode Proteksi tegangan lebih delta terbuka ...31
Gambar 3.8 Proteksi tegangan lebih rangkaian urutan nol ...32
Gambar 4.1 Karakteristik tegangan harmonisa ketiga pada keadaan normal ...36
Gambar 4.2 Tegangan harmonisa ketiga saat gangguan di titik netral ...37
Gambar 4.3 Tegangan harmonisa ketiga saat gangguan di titik terminal ...37
Gambar 4.4 Proteksi stator dengan rele tegangan lebih ...38
Gambar 4.5 Metode proteksi tegangan kurang...39
Gambar 4.6 Metode Proteksi tegangan lebih ...40
Gambar 4.7 Metode proteksi rasio tegangan ...41
Gambar 4.8 Rangkaian ekivalen untuk tegangan harmonisa generator ...42
Gambar 4.9 Rangkaian ekivalen kondisi normal...46
Gambar 4.10 Rangkaian ekivalen kondisi gangguan...48
Gambar 4.11 Rangkaian urutan nol ...49
Gambar 4.12 Rangkaian ekivalen fasa yang terganggu ...52
Gambar 4.13 Rangkaian simulasi pada keadaan normal ...54
Gambar 4.14 Rangkaian simulasi metode tegangan kurang ...56
Gambar 4.15 Rangkaian simulasi metode tegangan lebih ...60
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data name plate generator unit 7 PLTU suralaya ...43
Tabel 4.2 Tegangan harmonisa ketiga pada berbagai kondisi pembebanan ...45
Tabel 4.3 Distribusi tegangan harmonisa ketiga ...51
DAFTAR GRAFIK
Grafik 4.1 Tegangan harmonisa ketiga di netral saat beban ringan ...57
Grafik 4.2 Tegangan harmonisa ketiga di netral saat tidak berbeban ...58
Grafik 4.3 Tegangan harmonisa ketiga di netral saat beban penuh ...58
Grafik 4.4 Tegangan harmonisa ketiga di terminal saat beban penuh ...61
Grafik 4.5 Tegangan harmonisa ketiga di terminal saat beban ringan ...62
Grafik 4.6 Tegangan harmonisa ketiga di terminal saat tidak berbeban ...62
Grafik 4.7 Rasio tegangan saat beban ringan ...65
Grafik 4.8 Rasio tegangan saat tidak berbeban ...65
