SKRIPSI
ANALISIS KEDIP TEGANGAN AKIBAT GANGGUAN
HUBUNG SINGKAT PADA PENYULANG ABANG
DI KARANGASEM
I MADE YOGA DWIPAYANA
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA
i
SKRIPSI
ANALISIS KEDIP TEGANGAN AKIBAT GANGGUAN
HUBUNG SINGKAT PADA PENYULANG ABANG
DI KARANGASEM
I MADE YOGA DWIPAYANA 1104405084
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA
ii
ANALISIS KEDIP TEGANGAN AKIBAT GANGGUAN HUBUNG SINGKAT PADA PENYULANG ABANG
DI KARANGASEM
Skripsi Ini Diajukan Sebagai Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana S1 (Starata1) Pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana
I MADE YOGA DWIPAYANA NIM 1104405084
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA
iii
LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS
Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk
telah saya nyatakan dengan benar.
Nama : I Made Yoga Dwipayana
NIM : 1104405084
Tanda Tangan :
v
KATA PENGANTAR
Pertama-tama puji dan syukur penulis panjatkan Kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi berjudul “Analisis Kedip Tegangan Akibat Gangguan Hubung Singkat Pada Penyulang Abang Di Karangasem”. Skripsi ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat dalam menyelesaikan pendidikan sarjana strata satu
(S1) pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana.
Pada kesempatan ini perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Prof. Ir. Ngakan Putu Gede Suardana, MT., Ph.D. Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana.
2. Bapak Wayan Gede Ariastina,S.T., M.Eng.Sc., Ph.D. Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana.
3. Bapak Ir. I Wayan Rinas, MT. pembimbing I yang dengan penuh perhatian telah memberikan dorongan, semangat, bimbingan dan saran selama penulis menyusun skripsi ini.
4. BapakI Made Suartika, ST. pembimbing II yang dengan penuh perhatian telah memberikan dorongan, semangat, bimbingan dan saran selama penulis menyusun skripsi ini.
5. Kedua orang tua saya yang telah mengasuh dan membesarkan penulis yang memberikan dasar-dasar berpikir logik.
6. Teman-teman mahasiswa Teknik Elektro 2011 yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah banyak memberikan bantuan kepada penulis.
Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis membuka diri untuk menerima segala saran dan masukan yang membangun.
Bukit Jimbaran, Februari 2016
v
i
ABSTRAK
Penyulang Abang merupakan penyulang dengan konfigurasi sistem distribusi tipe radial dengan suplai tenaga listrik dari GI Amlapura dan PLTS Karangasem. Gangguan hubung singkat pada penyulang dengan konfigurasi sistem radial menyebabkan kedip tegangan yang akan dirasakan oleh pelanggan yang disuplai dari transformator yang sama. Kedip tegangan adalah penurunan nilai rms tegangan pada frekuensi daya selama durasi waktu dari 0,01 detik sampai 1 menit dengan rentang perubahan dari 0,1 sampai 0,9 pu pada harga rms besaran tegangan.
Penelitian ini menganalisis besar gangguan hubung singkat dan kedip tegangan yang terjadi dengan asumsi lokasi gangguan 25%,50%,75%, dan 100% dari panjang penyulang Abang. Simulasi pemulihan kedip tegangan akibat gangguan 1 fasa ke tanah dan 3 fasa menggunakandynamic voltage restoredan PI
controlleryang terpasang pada salah satu beban dalam program Matlab-Simulink.
Hasil analisis penelitian dengan titik lokasi gangguan 25%, 50%, 75% dan 100% adalah perhitungan gangguan hubung singkat 1 fasa ke tanah yaitu sebesar 3,7A 32,70, 2,6A 45,50, 1,9A 52,20, 1,5 56,40 dan perhitungan gangguan hubung singkat tiga fasa sebesar 13,8A 590, 7,1A 580, 4,6A 570, 3,5A 560. Hasil perhitungan kedip tegangan 1 fasa ke tanah adalah sebesar 114V, 169V, 229V, 287V dan perhitungan kedip tegangan 3 fasa adalah sebesar 98V, 194V, 279V, 376V. Hasil simulasi pemulihan kedip tegangan 1 fasa ke tanah dengan
dynamic voltage restorer dapat memulihkan kedip tegangan sebesar 0,2053pu dengan waktu pemulihan 0,01s. Sedangkan untuk simulasi pemulihan kedip tegangan 3 fasa dengan dynamic voltage restorer dapat memulihkan kedip tegangan fasa A sebesar 0,0736pu, fasa B sebesar 0,0507pu dan fasa C sebesar 0,0866pu dengan waktu pemulihan 0,01s.
v
ii
ABSTRACT
Abang feeder is a feeder with a radial distribution system configuration with power supply of GI Amlapura and PLTS Karangasem. Short circuit on the feeder with a radial system configuration causes the voltage sag will be perceived by customers supplied from the same transformer. Voltage sag is a decrease in the value of the rms voltage at power frequency over the duration of 0,01 second to 1 minute to change the range of 0.1 to 0.9 pu in rms voltage magnitude price.
This study analyzes the substantial short circuit and voltage sag that occurs with the assumption of fault location 25%, 50%, 75%, and 100% of the length of feeder Abang. Simulation recovery voltage sag due to interference 1 phase to ground and 3-phase using dynamic voltage restore and PI controller mounted on one load in program Matlab-Simulink.
Results of analysis to point fault location 25%, 50%, 75% and 100% is the calculation of short circuit 1 phase to ground is equal to 3,7A 32,70, 2,6A 45,50, 1,9A 52,20, 1,5 56,40 and calculation of short circuit three phase that is equal to 13,8A 590, 7,1A 580, 4,6A 570, 3,5A 560. The result of the calculation voltage sag 1 phase to ground is equal to 114V, 169V, 229V, 287V and voltage sag 3 phase calculation is equal to 98V, 194V, 279V, 376V. The simulation results recovery voltage sag 1 phase to ground is the dynamic voltage restorer recover voltage sag of 0,2053pu with recovery time 0,01s. As for the recovery voltage sag 3 phase is the dynamic voltage restorer recover voltage sag in pshase A of 0,0736pu, phase B of 0,0507pu and phase C of 0,0866pu with recovery time 0,01s.
v
iii
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL... i
LEMBAR PRASYARAT GELAR ... ii
LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS ... iii
LEMBAR PENGESAHAN ... iv
KATA PENGANTAR ... v
ABSTRAK ... vi
ABSTRACT... vii
DAFTAR ISI... viii
DAFTAR GAMBAR ... xi
DAFTAR TABEL... xii
DAFTAR SINGKATAN ... xiii
DAFTAR LAMPIRAN ... xiv
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan Penelitian... 2
1.4 Manfaat Penelitian... 3
1.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah ... 3
1.6 Sistematika Penulisan... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ... 5
2.2 Tinjauan Pustaka ... 6
2.2.1 Kualitas Daya Listrik ... 6
2.2.2 Sistem Distribusi ... 7
2.2.3 Sistem Radial ... 7
2.2.4 Kedip Tegangan ... 8
ix
2.2.4.2 Toleransi Kedip Tegangan Pada Sistem Distribusi... 9
2.2.4.3 Perhitungan Kedip Tegangan ...10
2.2.5 Gangguan Hubung Singkat ... 12
2.2.5.1 Perhitungan Gangguan Hubung Singkat ... 13
2.2.5.2 Perhitungan Impedansi, Resistansi dan Induktansi Sumber ... 14
2.2.5.3 Perhitungan Reaktansi Transformator ... 16
2.2.5.4 Perhitungan Impedansi Penyulang ... 16
2.2.5.5 Perhitungan Impedansi Ekivalen Jaringan... 17
2.2.5.6 Perhitungan Daya Listrik ... 18
2.2.6 Dynamic Voltage Restorer... 18
2.2.6.1 Metode Kompensasi Kedip Tegangan Pada DVR... 20
2.2.6.2 Teknik Deteksi Kedip Tegangan Pada DVR ... 22
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ... 23
3.2 Sumber dan Jenis Data Penelitian ... 23
3.2.1 Sumber Data... 23
3.2.2 Jenis Data ... 23
3.3 Instrumen Penelitian... 23
3.4 Tahapan Penelitian ... 24
3.5 Alur Analisis... 24
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Sistem Distribusi Penyulang Abang... 26
4.1.1 Spesifikasi Transformator Tenaga ... 27
4.1.2 Data Penyulang Abang... 27
4.2 Perhitungan Impedansi Sumber... 27
4.3 Perhitungan Reaktansi Transformator... 28
4.4 Perhitungan Impedansi Penyulang ... 29
x
4.6 Perhitungan Gangguan Hubung Singkat ... 31
4.6.1 Perhitungan Gangguan Hubung Singkat 1 Fasa Ke Tanah... 31
4.6.2 Perhitungan Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa ... 31
4.7 Perhitungan Kedip Tegangan ... 33
4.7.1 Perhitungan Kedip Tegangan Gangguan 1 Fasa Ke Tanah ... 33
4.7.2 Perhitungan Kedip Tegangan Gangguan 3 Fasa ... 34
4.8 Simulasi Pemulihan Kedip Tegangan Pada Matlab Simulink...35
4.8.1 Penentuan Resistansi Sumber dan Induktansi Sumber ...36
4.8.2 Penentuan Beban Jaringan Pada Simulasi ... 37
4.8.3 Parameter-Parameter Untuk Simulasi... 39
4.8.4 Implementasi Struktur Dynamic Voltage Restorer ... 39
4.8.5 Pemulihan Kedip Tegangan 1 Fasa Ke Tanah ... 40
4.8.6 Pemulihan Kedip Tegangan 3 Fasa... 43
BAB V PENUTUP 5.1 Simpulan... 48
5.2 Saran ... 48
DAFTAR PUSTAKA ... 49
i
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Komponen Utama Dalam Penyaluran Tenaga Listrik ... 7
Gambar 2.2 Konfigurasi Jaringan Radial ... 8
Gambar 2.3 Kedip Tegangan ... 8
Gambar 2.4 Model Pembagi Tegangan Pada Sistem Distribusi Radial ... 10
Gambar 2.5 Gelombang Terjadinya Kedip Tegangan ... 11
Gambar 2.6 Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa Ke Tanah ... 13
Gambar 2.7 Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa ... 14
Gambar 2.8 Impedansi Penghantar ... 14
Gambar 2.9 Segitiga Daya ... 18
Gambar 2.10 Rangkaian Dasar DVR ... 20
Gambar 2.11 Teknik Kompensasi Pre-Sag ... 21
Gambar 2.12 Teknik Kompensasi In-Phase ... 22
Gambar 3.1 Flowchart Urutan Analisis ... 25
Gambar 4.1 Single Line Diagram Penyulang Abang ... 26
Gambar 4.2 Lokasi Gangguan Pada Penyulang Abang ... 29
Gambar 4.3 Model Simulasi Pemulihan Kedip Tegangan ... 36
Gambar 4.4 Input Data Sumber ... 37
Gambar 4.5 Inputan Parameter Pada Beban ... 38
Gambar 4.6 Implementasi Pengendalian DVR Pada Simulasi ... 40
Gambar 4.7 Hasil Simulasi Pemulihan Kedip Tegangan 1 Fasa Ke Tanah... 41
Gambar 4.8 FFT Analysis Gelombang Keluaran Beban Tanpa DVR ... 42
Gambar 4.9 FFT Analysis Gelombang Keluaran Beban Terpasang DVR .... 42
Gambar 4.10 Hasil Simulasi Pemulihan Kedip Tegangan 3 Fasa ... 43
Gambar 4.11 FFT Analysis Beban Tanpa DVR Fasa A ... 44
Gambar 4.12 FFT Analysis Beban Terpasang DVR Fasa A ... 44
Gambar 4.11 FFT Analysis Beban Tanpa DVR Fasa B ... 45
Gambar 4.12 FFT Analysis Beban Terpasang DVR Fasa B ... 45
Gambar 4.11 FFT Analysis Beban Tanpa DVR Fasa C ... 46
✁ii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Definisi Kualitas Daya Listrik Sesuai Standar IEEE ... 6
Tabel 2.2 Tipikal Rentang Kualitas Daya Input dan Parameter Beban ... 10
Tabel 4.1 Spesifikasi Trafo Penyulang Abang ... 27
Tabel 4.2 Data Penyulang Abang ... 27
Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Gangguan Hubung Singkat 1 Fasa Ke Tanah .. 31
Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa ... 32
Tabel 4.5 Hasil Perhitungan Gangguan Hubung Singkat ... 32
Tabel 4.6 Hasil Perhitungan Kedip Tegangan 1 Fasa Ke Tanah ... 34
Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Kedip Tegangan 3 Fasa ... 35
Tabel 4.8 Hasil Perhitungan Kedip Tegangan ... 35
✂iii
DAFTAR SINGKATAN
PLC = Programmable Logic Controller
DVR = Dynamic Voltage Restore
THD = Total Harmonic Distortion
IEC = International Electrotechnical Commision
IEEE = Institute of Electrical and Electronics Engineers
HZ = Hertz
KV = Kilo Volt
V = Volt
RMS = Root Mean Square
PCC = Point Common Coupling
SUTM = Saluran Udara Tegangan Menengah PMT = Pemutus Tenaga
CB = Circuit Breaker
HID = High Intensity Discharge
PLN = Perusahaan Listrik Negara
ANSI = American National Standards Institute GI = Gardu Induk
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Single Line Diagram Penyulang Abang ... 51
Lampiran 2 Data Spesifikasi Trafo Dan Penyulang Abang ... 52
Lampiran 3 Model Simulasi Pemulihan Kedip Tegangan ... 53
Lampiran 4 Hasil Simulasi Pemulihan Kedip Tegangan 1 Fasa Ke Tanah ... 54
Lampiran 5 FFT Analysis Beban Tanpa DVR dan Terpasang DVR... 55
Lampiran 6 Hasil Simulasi Pemulihan Kedip Tegangan 3 Fasa... 57
Lampiran 7 FFT Analysis Beban Tanpa DVR dan Terpasang DVR Fasa A... 58
Lampiran 8 FFT Analysis Beban Tanpa DVR dan Terpasang DVR Fasa B... 60
1 BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perkembangan teknologi dan meningkatnya permintaan serta penggunaan energi listrik dalam segala sektor, perusahaan penyedia energi listrik dituntut mampu menyediakan pasokan energi listrik secara kontinyu. Dalam pendistribusian energi listrik menuju beban seringkali mengalami gangguan, sehingga perlu dilakukan antisipasi terhadap gangguan yang dapat menurunkan kualitas daya listrik. Permasalahan kualitas daya listrik disebabkan oleh gangguan
di jaringan, baik gangguan hubung singkat pada sistem dan kenaikan arus beban secara mendadak.
Gangguan hubung singkat terjadi akibat faktor internal dan faktor eksternal. Faktor internal, yaitu kerusakan pada alat, switching dan kerusakan pada pembangkit. Faktor eksternal, yaitu saluran/kabel putus karena angin, badai, petir dan pepohonan. Gangguan hubung singkat 1 fasa ke tanah dan 3 fasa (yang bersifat sementara) adalah gangguan hubung singkat yang sering terjadi dalam sistem distribusi dan menyebabkan penurunan tegangan dalam waktu yang relatif singkat.
Penyulang Abang merupakan penyulang dengan konfigurasi sistem distribusi tipe radial dengan suplai tenaga listrik dari GI Amlapura dan PLTS Karangasem. Gangguan hubung singkat pada penyulang dengan konfigurasi sistem radial menyebabkan kedip tegangan pada busbar gardu induk. Kedip tegangan akan dirasakan oleh pelanggan yang disuplai dari transformator tegangan menengah dan tegangan rendah yang sama. Kedip tegangan berlangsung dalam waktu singkat dan menyebabkan trip peralatan-peralatan pengaman yang peka terhadap perubahan tegangan. (Dugan, 2003)
Kedip tegangan tidak dapat dihindari karena saat terjadi gangguan tidak dapat diketahui dengan pasti, sehingga perlu dilakukan antisipasi apabila terjadi kedip tegangan pada sisi sumber agar tidak mengakibatkan terganggunya
2
adalah penurunan nilai rms tegangan pada frekuensi daya selama durasi waktu dari 0,5cycles(0,01detik) sampai 1 menit. Rentang perubahan dari 0,1 sampai 0,9
pupada harga rms besaran tegangan. (IEEE 1159-1995)
Pada penelitian akan dibahas “Analisis Kedip Tegangan Akibat Gangguan Hubung Singkat Pada Penyulang Abang Di Karangasem”. Untuk
menentukan dan menghitung besar kedip tegangan yang terjadi pada penyulang Abang, terlebih dahulu dihitung nilai gangguan arus hubung singkat yang terjadi pada saat gangguan 1 fasa ke tanah dan 3 fasa dengan memperhitungkan nilai batas maksimum dan minimum dari gangguan yang terjadi. Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat dalam mengurangi
permasalah-permasalahan yang terjadi khususnya untuk meningkatkan kualitas daya listrik.
1.2 Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah dalam penelitian ini yang dapat diangkat berdasarkan latar belakang, yaitu :
1. Berapa besar arus gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah dan tiga fasa pada penyulang Abang?
2. Berapa besar kedip tegangan akibat adanya gangguan hubung singkat pada penyulang Abang?
3. Bagaimana solusi untuk mengantisipasi apabila terjadi kedip tegangan di penyulang Abang?
1.3 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah sebagi berikut:
1. Untuk mengetahui besar nilai arus gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah dan tiga fasa pada penyulang Abang.
2. Untuk mengetahui besar kedip tegangan akibat gangguan hubung singkat pada penyulang Abang.
3
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah untuk mempelajari, mamahami dan mengevaluasi gangguan kedip tegangan akibat gangguan hubung singkat yang terjadi di penyulang Abang.
1.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah
Untuk lebih mengarahkan pokok pembahasan dalam penelitian ini, maka penulis membuat batasan masalah sebagai berikut:
1. Gangguan yang dibahas pada penelitian ini adalah gangguan hubung singkat 1 fasa ke tanah dan 3 fasa.
2. Perhitungan manual digunakan untuk mengetahui besar kedip tegangan akibat gangguan hubung singkat yang terjadi di penyulang Abang.
3. Lokasi gangguan yang terjadi diasumsikan memiliki kelipatan 25% dari panjang saluran.
4. Program Matlab Simulink digunakan untuk menampilkan bentuk gelombang serta proses pemulihan kedip tegangan yang terjadi di penyulang Abang.
1.6 Sistematika Penulisan
Adapun sistematika penulisan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Meliputi: latar belakang, rumusan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, ruang lingkup dan batasan masalah serta sistematika penulisan.
BAB II KAJIAN PUSTAKA
Meliputi: tinjauan muthakir dan tinjauan pustaka yang digunakan sebagai penunjang penelitian.
BAB III METODE PENELITIAN
4
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Membahas analisis kedip tegangan akibat gangguan hubung singkat pada penyulang Abang di Karangasem yang meliputi: perhitungan reaktansi sumber, reaktansi trafo, impedansi penyulang, penentuan impedansi ekivalen jaringan, perhitungan gangguan hubung singkat, perhitungan kedip tegangan dan simulasi pemulihan kedip tegangan.
BAB V PENUTUP
Mencakup simpulan yang menjawab permasalahan yang telah dirumuskan dan analisis yang telah dilakukan serta memberikan saran yang direkomendasikan baik pada pengembangan ilmu pengetahuan
5 BAB II
KAJIAN PUSTAKA
2.1 Tinjauan Mutakhir
Penelitiandengan judul “Analisis kedip tegangan akibat gangguan hubung singkat pada penyulang Abang di Karangasem” memiliki keterkaitan dengan beberapa penelitian yang pernah dilakukan sebelumnya. Penelitian terdahulu dijadikan penunjang untuk menentukan batasan-batasan masalah yang akan dilakukan pada penelitian ini. Adapun penunjang yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
Penelitian yang dilakukan oleh Sinar Terang Sembiring dan Golfrid Gultom (2012) dengan judul Analisis Pemulihan Kedip Tegangan Akibat Gangguan Satu Fasa Ke Tanah Dengan Menggunakan Dynamic Voltage Restore
Pada Sistem Tiga Fasa Dengan Beban Bervariasi. Metode yang digunakan adalah simulasi Matlab-Simulinkuntuk mengatasi adanya kedip tegangan oleh gangguan satu fasa ke tanah. Hasil dari penelitian ini adalah pengujian terhadap suatu jaringan yang mengalami gangguan satu fasa ke tanah diperoleh hasil bahwa
Dynamic Voltage Restorer dengan model yang diusulkan sudah dapat memulihkan tegangan menjadi 1 pu. Waktu pemulihan kedip tegangan selama 0,1 mili detik dan tidak mengganggu fasa yang tidak terganggu dan filter pasif yang digunakan pada DVR tiga fasa dapat mengurangi THD tegangan keluaran inverter menjadi 4,06 % atau lebih kecil dari 5%.
Penelitian yang dilakukan oleh Ryan Firdaus (2014) dengan judul Analisa Kedip Tegangan Pada Sistem Distribusi 20KV Akibat Arus Hubung Singkat Di Bandar Udara Sultan Iskandar Muda. Metode yang digunakan adalah metode observasi dan studi literatur untuk menghitung arus gangguan hubung singkat dan kedip tegangan pada Penyulang Khusus Bandara SIM dengan menggunakan metode komponen simetris. Hasil dari penelitian ini adalah besarnya arus gangguan hubung singkat tergantung pada impedansi saluran yang tergantung pada panjang saluran, jenis konduktor, dan luas penampang konduktor. Semakin
6
2.2 Tinjauan Pustaka
Adapun tinjauan pustaka di dalam penelitian ini, antara lain mencakup:
2.2.1 Kualitas daya listrik
Kualitas daya listrik merupakan konsep yang memberikan gambaran tentang baik atau buruknya mutu daya listrik akibat adanya beberapa jenis gangguan yang terjadi pada sistem kelistrikan. Sesuai dengan standar IEEE 1159-1995, beberapa fenomena gangguan dalam sistem tenaga listrik telah diidentifikasi, dimana merupakan gangguan yang sering terjadi dan tidak termasuk gangguan seperti medan elektromagnetik atau interferensi frekuensi radio. Tiga kategori pertama dianggap fenomena intermiten (sementara/sebentar),
sedangkan empat terakhir (ketidakseimbangan, distorsi, fluktuasi dan variasi frekuensi) adalah steady state atau gangguan kontinyu. Dari tabel di bawah ini dapat dilihat beberapa jenis gangguan dalam sistem tenaga listrik.
Tabel 2.1Defenisi kualitas daya listrik sesuai standar IEEE 1159-1995
No Kategori
Notching, Noise Steady state Electronic loads
6 Voltage
- Steady state Poor generator Control
7
2.2.2 Sistem distribu
Sistem tenaga pembangkit listrik, tr pembangkit listrik m dimana terdapat turbin
gardu distribusi yang panel-panel distribusi
Gamba
2.2.3 Sistem radial
Sistem jaringa diantara gardu induk jaringan tiga fasa den pada jaringan distribusi sepanjang daerah y ujung akhir.
7
busi
ga listrik tediri dari beberapa komponen da k, transmisi tenaga listrik, sistem distribusi da k merupakan tempat energi listrik pertama ka
bin sebagai penggerak mula (prime mover) dan strik. Energi listrik yang dibangkitkan akan bangkit sampai pada konsumen pengguna listrik
ribusi memiliki subsistem yang terdiri dari
rol Center), saluran tegangan menengah (6k ng terdiri dari panel-panel pengatur tegangan busi tegangan rendah (380V/220V).
bar 2.1Komponen utama dalam penyaluran tenaga listrik Sumber: Hasan, 1997
al
ngan distribusi primer adalah bagian dari siste nduk dan gardu distribusi. Jaringan distribusi pr dengan jumlah kawat tiga atau empat. Penyalur ibusi primer menggunakan hantaran udara yan
yang disuplai tenaga listrik sampai pada
7
dasar, yaitu pusat dan beban. Pusat kali dibangkitkan, an generator yang an melalui proses trik melalui sistem
ri pusat pengatur (6kV dan 20kV),
gan menengah dan
trik
8
Sistem radial adalah jaringan dengan saluran primer yang menyalurkan daya dalam satu arah aliran daya. Sistem radial dipakai untuk melayani daerah dengan tingkat kerapatan beban yang rendah. Keuntungan sistem radial adalah kesederhanaan dari segi teknis dan biaya investasi yang rendah. Kerugian sistem radial adalah apabila terjadi gangguan dekat dengan sumber, maka semua beban saluran akan padam sampai gangguan dapat diatasi.
Gambar 2.2Konfigurasi jaringan radial Sumber : Suswanto, 2009
2.2.4 Kedip tegangan
Kedip tegangan adalah penurunan nilai tegangan efektif (rms) pada
frekuensi daya selama durasi waktu dari 0,01detik sampai 1menit. Rentang perubahan dari 0,1 sampai 0,9 pu pada harga rms besaran tegangan. Kedip
tegangan menyebabkan trip peralatan-peralatan pengaman yang peka terhadap perubahan tegangan.
9
2.2.4.1 Penyebab kedip tegangan
Kedip tegangan disebabkan oleh faktor-faktor sebagai berikut : 1. Starting motor berdaya besar
Motor memiliki pengaruh yang sangat merugikan ketika start awal, yaitu timbul arus beban penuh dengan nilai yang sangat besar. Arus yang memiliki nilai sangat besar akan mengalir melalui impedansi sistem, sehingga menimbulkan kedip tegangan yang dapat menyebabkan kedip pada lampu, kontaktor tidak dapat berfungsi, dan mengganggu peralatan listrik yang sensitif terhadap variasi tegangan.
2. Pembebanan yang besar pada sistem
Sistem yang diberikan beban besar akan mengalirkan arus yang melebihi arus yang mengalir pada saat sistem beban normal. Suplai dan pemasangan kabel di awal untuk mengalirkan arus pada kondisi normal, maka dengan mengalir arus yang sangat besar akan mengakibatkan tegangan jatuh antara titik sumber dengan titik pembebanan. Besar nilai dari tegangan jatuh yang diakibatkan oleh kedip tegangan tergantung dari besar nilai impedansi titik pakai bersama (PCC=Point Common Coupling).
3. Gangguan hubung singkat pada sistem distribusi
Kedip tegangan 70% terjadi akibat gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah yang terjadi di suatu titik pada sistem. Gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah menyebabkan kedip tegangan pada penyulang yang lain dari gardu induk yang sama. Kedip tegangan akibat gangguan hubung singkat dua fasa disebabkan oleh cabang pohon yang menyentuh saluran SUTM, cuaca yang kurang baik, dan benturan hewan pada saluran SUTM. Kedip tegangan akibat gangguan hubung singkat tiga fasa terjadi karena peristiwa switching
atautrippingdaricircuit breaker(PMT) tiga fasa.
2.2.4.2 Toleransi kedip tegangan pada sistem distribusi
Nilai dari kedip tegangan (voltage sag) harus diperhatikan agar tidak mempengaruhi kerja dari peralatan elektronik ataupun
10
Tabel 2.2Tipikal rentang kualitas daya input dan parameter beban
Parameter Rentang
Batasan tegangan (steady state) +6 %, 13 %
Gangguan tegangan
Surge+15 % - maks 0,5 s
Sag -18 % - maks 0,5 detik
Transient overvoltage150-200 %
- 0,2 s
Harmonik Maks 5% (peralatan beroperasi)
Kompatibilitas elektromagnetik Maks 1 V/m
Batasan frekuensi 60 Hz±0,5
Perubahan frekuensi 1 Hz/s
Tegangan tiga-fasa tak imbang 2,5 %
Beban tiga-fasa tak imbang 5–20 %
Faktor daya 0,8–0,9
Load demand 0,75–0,85 (dari beban tersambung)
Sumber : IEEE std 446-1995
2.2.4.3 Perhitungan kedip tegangan
Kedip tegangan terjadi akibat gangguan hubung singkat pada sistem.
Gangguan hubung singkat pada penyulang dengan konfiguasi sistem radial menyebabkan kedip tegangan pada busbar gardu induk. Kedip tegangan akan
dirasakan oleh pelanggan yang disuplai dari transformator tegangan menengah dan tegangan rendah yang sama. Perhitungan kedip tegangan pada sistem radial dapat disederhanakan dengan menggunakan model pembagi tegangan.
11
Perhitungan k harus menggunakan adalah gangguan tida dilihat pada gambar di
If3Φ = Gangguan hubun
Kedip Tegangan untuk ga 1. Tegangan Urutan P
V+ riel= Vbus+− (I
V+ imj= 0− (If1 Φ/
11
n kedip tegangan pada sistem distribusi tegan n metode komponen simetri karena ganggu idak seimbang. Gelombang saat terjadi tegang r dibawah ini :
Gambar 2.5Gelombang terjadinya kedip tegangan Sumber : IEEE 1159-1995
kedip tegangan akibat gangguan hubung kan persamaan sebagai berikut:
n untuk gangguan 3 Fasa :
x If3 ...
p tegangan 3 fasa (Volt) nsi penyulang (Ohm) gangguan (%)
uan hubung singkat 3 fasa (Ampere)
n untuk gangguan 1 Fasa ke tanah : an Positif.
(If1Φ/3) × Z+penyulangxCos(α) ...
/3) × Z+penyulangx Sin(α) ...
11
gangan menengah gguan yang terjadi gangan kedip dapat
hubung singkat pada
x If3 ... (2.1)
12
Keterangan:
V+ = Tegangan urutan positif riel dan imajiner (Volt) Vbus+ = Tegangan urutan di bus positif (Volt)
If1 Φ = Arus hubung singkat 1 fasa ke tanah (Ampere)
Zpenyulang = Impedansi penyulang sesuai lokasi gangguan yang dipilih (Ω ) α = Penjumlahan sudut arus dan impedansi.
2. Tegangan Urutan Negatif.
V-riel= 0− (If1Φ/3) × Z-penyulangxCos(α) ... (2.4)
V- imj= 0− (If1Φ/3) × Z-penyulangxSin(α) ... (2.5)
Keterangan:
V- = Tegangan urutan negatif riel dan imajiner (Volt)
If1 Φ = Arus hubung singkat 1 fasa ke tanah (Ampere)
Zpenyulang = Impedansi penyulang sesuai lokasi gangguan yang dipilih (Ω ) α = Penjumlahan sudut arus dan impedansi.
3. Tegangan Urutan Nol.
V0 riel= 0− ( If1Φ/3) × Z0penyulangxCos(α) ... (2.6)
V0 imj= 0− ( If1Φ/3) × Z0penyulangxSin(α) ... (2.7)
Keterangan:
Vo = Tegangan urutan nol (Volt)
If1 Φ = Arus hubung singkat 1 fasa ke tanah (Ampere)
Zpenyulang = Impedansi penyulang sesuai lokasi gangguan yang dipilih (Ω ) α = Penjumlahan sudut arus dan impedansi.
Kedip tegangan untuk gangguan 1 fasa ke tanah adalah:
V = (V1riel+V2riel+Voriel)2+(V1imj+V2imj+Voimj)2 arc tan (Voimj / Voriel ) ...(2.8)
2.2.5 Gangguan hubung singkat
13
temporer diamankan dengan circuit breaker (CB) dan peralatan-peralatan pengaman pada sistem. Gangguan permanen adalah gangguan yang menyebabkan kerusakan permanen pada sistem, seperti: kegagalan isolator, kerusakan penghantar, kerusakan pada transformator atau kapasitor.
Standar IEC 909 mengklasifikasikan arus hubung singkat dengan besaran (maksimum dan minimum) dari jarak titik lokasi. Arus hubung singkat maksimum menentukan rating peralatan, sementara arus hubung singkat minimum menentukan pengaturan peralatan proteksi. Standar IEC 909 adalah kalkulasi dari hubung singkat dan rating peralatan dengan rating tegangan sistem sampai 240kV dan frekuensi dari 50-60Hz yang meliputi gangguan 3 fasa, gangguan fasa-fasa,
dan 1 fasa ke tanah.
2.2.5.1 Perhitungan gangguan hubung singkat
Tujuan perhitungan gangguan hubung singkat adalah untuk menghitung arus maksimum dan minimum gangguan, sehingga rancangan pengaman, relai dan pemutus yang tepat bisa dipilih untuk melindungi sistem dari kondisi yang tidak normal dalam waktu yang singkat.
Perhitungan arus gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah digunakan persamaan:
I=V
Z ...(2.9)
Keterangan:
V = 3 × tegangan fasa–netral
Z = impedansi ( Z1+ Z2+ Z0)ekivalen
14
Perhitungan arus gangguan tiga fasa digunakan persamaan:
I=V
Z ... (2.10)
Keterangan:
V = tegangan fasa–netral
Z = impedansi Z1ekivalen
Gambar 2.7Gangguan hubung singkat tiga fasa Sumber : Dugan, 1996
2.2.5.2 Perhitungan impedansi, resistansi dan induktansi sumber
Impedansi terdiri dari tiga macam impedansi urutan, yaitu:
1. Impedansi urutan positif (Z1), yaitu impedansi yang hanya dirasakan oleh arus
urutan positif.
2. Impedansi urutan negatif (Z2), yaitu impedansi yang hanya dirasakan oleh arus
urutan negatif.
3. Impedansi urutan nol (Z0), yaitu impedansi yang hanya dirasakan oleh arus
urutan nol.
Perhitungan nilai impedansi yang terdapat pada penghantar di jaringan terlebih dahulu dihitung nilai impedansi ohm per kilometer dari jenis penghantar yang dipakai pada jaringan.
Gambar 2.8Impedansi penghantar Sumber : Suswanto, 2009
15
Zs = kV
2
MVAx Z(%) ...(2.11)
Keterangan:
Zs = Impedansi sumber (Ohm) MVA = Kapasitas trafo (MVA) kV = Tegangan primer (KV) Z = Impedansi (%)
Setelah didapatkan nilai Zs, dapat ditentukan nilai Xs dengan menggunakan persamaan dibawah ini:
Xs =X
R x Rs ...(2.12)
Keterangan:
Xs = Reaktansi sumber (Ohm) X = Reaktansi trafo (%) R = Resistansi trafo (%)
Maka dengan diketahui nilai Xs dan Zs sumber maka nilai Rs dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan dibawah ini:
Zs
Xs = Reaktansi sumber (Ohm) Zs = Impedansi sumber (Ohm) Rs = Resistansi sumber (Ohm)
Setelah mendapatkan nilai Rs dapat ditentukan nilai Ls dengan
menggunakan persamaan dibawah ini :
Ls =Xs
2πf ...(2.14)
Keterangan:
16
2.2.5.3 Perhitungan reaktansi transformator
Perhitungan nilai reaktansi transformator dalam ohm dihitung dengan cara mencari nilai ohm pada 100% untuk transformator dengan menggunakan rumus:
Xt (pada 100%)= kV
2
MVA ...(2.15)
Keterangan:
Xt = Reaktansi transformator (Ohm) kV2 = Tegangan trafo tenaga (kV) MVA = Kapasitas trafo tenaga (MVA)
Persamaan diatas digunakan untuk mencari nilai reaktansi trafo, yaitu sebagi berikut:
1. Untuk menghitung raeaktansi urutan positif dan negatif (Xt1 = Xt2) dihitung dengan menggunakan rumus : Xt = % yang diketahui x Xt (pada 100%)
2. Nilai reaktansi urutan nol (Xt0) dapat dicari dengan terlebih dahulu diketahui data dari kapasitas belitan delta yang ada dalam trafo.
- Untuk trafo tenaga hubungan belitan ∆Y dimana kapasitas belitan delta
sama besar dengan kapasitas belitan Y, maka Xt0 = Xt1
- Untuk trafo tenaga dengan hubungan belitan Yyd dimana kapasitas belitan delta (d) biasanya adalah sepertiga dari kapasitas belitan Y (belitan yang dipakai untuk menyalurkan daya, sedangkan belitan delta tetap ada didalam tetapi tidak dikeluarkan kecuali satu terminal delta untuk ditanahkan), maka nilai Xt0 = 3× Xt1.
- Untuk trafo tenaga dengan hubungan belitan YY dan tidak mempunyai belitan delta di dalamnya, maka untuk menghitung besarnya Xt0 berkisar antara 9 sampai dengan 14 × Xt1
2.2.5.4 Perhitungan impedansi penyulang
Perhitungan impedansi penyulang tergantung dari besar impedansi per km dari penyulang yang akan dihitung.
17
Perhitung impedansi penyulang pada titik gangguan yang terjadi pada lokasi gangguan % panjang penyulang digunakan rumus:
Zn= n x L x Z/Km ... (2.17) Keterangan:
Zn = Impedansi penyulang sejauh % panjang penyulang (ohm) n = Lokasi gangguan dalam % panjang penyulang
L = Panjang penyulang (Km) Z/km = Impedansi penyulang tiap Km
2.2.5.5 Perhitungan impedansi ekivalen jaringan
Perhitungan yang dilakukan adalah perhitungan besaran nilai impedansi ekivalen positif, negatif dan nol dari titik gangguan sampai kesumber. Perhitungan Z1ekidan Z2ekidapat langsung dengan cara menjumlahkan impedansi. Perhitungan
Z0eki dimulai dari titik gangguan sampai ke trafo tenaga dengan titik netral
ditanahkan.
Perhitungan impedansi ekivalen urutan positif dan urutan negatif menggunakan persamaan:
Z1eki= Z2eki= ZS1+ Xt1+ Z1penyulang ... (2.18)
Perhitungan impedansi ekivalen urutan nol digunakan persamaan sebagai berikut:
Z0penyulang= % panjang × Z0total
Z0eki= Xt0+ 3 RN+ Z0penyulang ... (2.19)
Keterangan:
Z1eki = Impedansi ekivalen jaringan urutan positif dan negatif (ohm)
ZS1 = Impedansi sumber (ohm)
Xt1 = Reaktansi trafo tenaga urutan positif dan negatif (ohm)
Z1 = Impedansi urutan positif dan negatif (ohm)
Z0eki = Impedansi ekivalen jaringan urutan nol (ohm)
Xt0 = Reaktansi trafo tenaga urutan nol (ohm)
RN = Tahanan tanah trafo tenaga (ohm)
18
2.2.5.6 Perhitungan daya listrik
Hubungan antar daya dapat ditunjukkan dengan segitiga daya dan dapat dilihat pada gambar dibawah ini:
Gambar 2.9Segitiga daya Sumber: Dugan, 2003
Gambar di atas menunjukkan hubungan antara daya pada sistem tenaga listrik, yang pada umumnya terdiri dari daya nyata (S), daya aktif (P), dan daya reaktif (Q). Berikut ini merupakan perumusan yang berkaitan dengan daya listrik:
I
Dengan S adalah daya nyata dalam VA, P adalah daya aktif dalam Watt, Q adalah daya reaktif dalam VAR, V adalah tegangan dalam Volt, I adalah arus dalam Ampere, cos φ adalah faktor daya, X adalah reaktansi dalam Ohm.
2.2.6 Dynamic voltage restorer
Dynamic Voltage Restorer (DVR) adalah suatu peralatan yang berguna untuk mengatasi kedip tegangan. DVR dirangkai seri dengan sistem distribusi untuk melindungi peralatan sensistif terhadap terjadinya kedip tegangan. DVR
19
circuitatau rangkaian kendali berfungsi untuk mengatur parameter-parameter dari sinyal kendali yang harus diinjeksikan oleh DVR pada sistem antara lain: besaran, frekuensi, dan pergeseran fasa. Berdasarkan sinyal kendali yang diperoleh dari
control circuit maka dihasilkan tegangan yang akan diinjeksikan pada power circuit. Pada umumnya DVR mempunyai sumber energi DC, PWM inverter, filter dan transformator penginjeksi tegangan. Fungsi dasar dari DVR adalah mendeteksi terjadinya kedip tegangan yang terjadi pada saluran sistem tenaga, kemudian menginjeksikan tegangan DVR untuk mengkompensasi kedip tegangan yang terjadi. Berikut adalah elemen-elemen dasar pada sebuah DVR:
1. Unit penyimpanan energi DC
Berfungsi untuk menyediakan kebutuhan daya aktif selama terjadi kompensasi oleh DVR. Biasanya dapat digunakan batereLead Acid,flywheel,
super conducting magnetic energy storage(SMES) dansuper capacitor. 2. Voltage Source Inverter(VSI)
Pada dasarnya VSI berfungsi untuk mengkonversi tegangan DC yang dihasilkan oleh unit penyimpanan energi DC menjadi tegangan AC. VSI dikopling dengan suatu transformator terhadap sistem.Padainvertersatu fasa biasanya digunakan Full Bridge Inverter yang menggunakan empat buah
switching.
3. Filter Pasif
Low Pass Filter terdiri dari induktor dan kapasitor, yang dapat diletakkan pada sisi tegangan rendah dari transformator penginjeksi tegangan. Dengan menempatkan filter pada sisiinverter, harmonisa yang terjadi bersumber dari VSI dapat dicegah untuk masuk pada transformator.
4. Transformator Injeksi Tegangan
Fungsi dasarnya adalah untuk menaikkan tegangan supply AC yang dihasilkan oleh VSI menjadi tegangan yang dibutuhkan. Ratingpadainverter
20
Gambar 2.10Rangkaian dasar DVR Sumber: ISSN 0853-0203
Suatu DVR dapat bekerja pada beberapa kondisi yaitu: a. Keadaan Normal
Apabila unit penyimpanan energi DC terisi penuh, DVR akan bekerja pada keadaan stand by. Pada kondisi stand by DVR tidak menginjeksikan tegangan pada jaringan.
b. Keadaan terjadi kedip tegangan
DVR akan mensupply daya aktif dari energi yang disimpan bersama dengan daya reaktif yang dibutuhkan untuk kompensasi tegangan.
c. Keadaan terjadi gangguan.
Pada kondisi ini terdapat resiko terjadinya arus dengan nilai yang cukup besar mengalir menuju rangkaian DVR, akibatnya dapat merusak komponen-komponen sensitif pada DVR. Karena DVR adalah suatu kompensator seri, maka apabila terjadi gangguan hubung singkat pada sisi beban, maka arus gangguan akan mengalir ke arah inverter. Sehingga untuk melindungi inverter
tersebut diletakkanswitch by pass.
2.2.6.1 Metode kompensasi kedip tegangan pada DVR
Kompensasi dilakukan dengan menginjeksikan daya aktif dan daya
21
1. KompensasiPre-Sag
Strategi kompensasi ini direkomendasikan pada beban-beban non linier, dimana membutuhkan kompensasi terhadap besaran tegangan dan sudut fasa tegangan. Pada teknik kompensasi ini DVR akan mensupply perbedaan yang terjadi antara Vpre sagdan Vsag, sehingga akan mengembalikan semua nilai besaran
dan sudut fasa kepada nilai sebelum terjadi kedip tegangan.
Pada kondisi normal (Vpre-sag) tegangan sistem akan sama dengan tegangan
beban (V Load) dimana keduanya mempunyai nilai sebesar 1 pu. Selama terjadi
kedip tegangan, maka tegangan sistem akan menurun dengan nilai yang lebih kecil dari nilai Vpre-sag, pengurangan nilai tegangan ini akan berakibat terjadinya
pergeseran fasa. DVR akan bereaksi terhadap terjadinya kedip tegangan dan akan menginjeksikan tegangan kompensasi VDVR untuk mengembalikan nilai besaran
tegangan menjadi nilai tegangan sebelum terjadinya kedip tegangan.
Pada gambar 2.18 ditunjukkan bahwaѲ loadadalah sudut antara Iloaddengan
Vpre-sag. Akibat terjadinya kedip tegangan, maka akan terjadi perubahan sudut fasa
antara Iload dengan Vsag dalam hal ini adalah Ѳ sag. Tegangan yang akan
diinjeksikan oleh DVR akan mempunyai sudut fasa (Ѳ DVR) sebesar sudut yang
timbul antara Iloaddengan tegangan injeksi DVR (VDVR).
Gambar 2.11Teknik kompensasipre-sag
Sumber: ISSN 0853-0203
2. Teknik KompensasiIn-Phase
Pada metode kompensasi ini hanya besaran tegangan yang dikompensasi, tegangan yang dikompensasi sefasa dengan kedip tegangan yang terjadi. Oleh karena itu pada teknik kompensasi ini, tegangan yang diinjeksikan oleh DVR dapat diminimalkan.
sa Lo
Ilo
22
\
Gambar 2.12Teknik kompensasiin-phase
Sumber: ISSN 0853-0203
Pada gambar diatas dapat dilihat tidak terdapat perbedaan sudut fasa antara Vsag dengan VDVR, dimana VDVR adalah tegangan yang diinjeksikan untuk
mencapai Vpre-sagsebesar 1 pu.
2.2.6.2 Teknik deteksi kedip tegangan pada DVR
Fungsi utama dari kontroller pada DVR adalah mendeteksi terjadinya kedip tegangan pada sistem. Untuk mengatur kontroller pada DVR tersebut digunakan transformasi dqo atau transformasi Park. Metode dqo tersebut akan memberikan informasi kedalaman kedip dan pergeseran fasa disertai titik awal dan titik akhir kedip tegangan tersebut. Teknik pendeteksian dibuat berdasarkan perbandingan tegangan referensi terhadap tegangan hasil pengukuran (Va, Vb dan Vc). Metode dqo memberikan informasi kedalaman tegangan yang jatuh (d) dan pergeseran dari fasa tegangan (q).
Lo sag
