TEORI SHORT CIRCUIT
Short circuit = hubung singkat (hubung pendek) ) disebabkan oleh kegagalan isolasi
) menimbulkan arus abnormal & tegangan abnormal 9 menyebabkan kerusakan (pecah, hangus,meleleh) 9 menyebabkan stabilitas terganggu
9 Menyebabkan tegangan turun
) magnitude arus short circuit dikontrol dengan 9 rating peralatan
9 Pentanahan netral melalui impedans ) duration arus short circuit dibatasi oleh
9 Kecepatan kerja perlengkapan proteksi
) arus short circuit tidak dibatasi oleh impedans beban, tetapi oleh impedans dari titik gangguan ke arah sumber
Arus peralihan dan arus tetap
Persamaan dasar arus untuk short circuit
(
)
dt di i R t Vmakssin ω +α = . +lyang penyelesaian arusnya sebagai berikut:
(
)
(
)
[
ω +α −∈ α−θ]
= − sin sin L Rt t Z V i maks dengan ω = 2πfα = sudut fase tegangan di saat mulainya short circuit θ = sudut impedans sistem ke arah sumber
Z = impedans sistem ke arah sumber = R + j ωL
suku pertama = arus bolak-balik suku kedua = arus peralihan Sumber arus short circuit 1. Synchronous generator
a. arus subtransien b. arus transien c. arus tetap
2. Synchronous motor (& condenser) a. arus subtransien
b. arus transien 3. Motor induksi
a. arus subtransien
Bagi Sistem Tenaga Listrik industri yang dilayani oleh utility (selain dari pembangkit sendiri): 4. Utility system
Magnitude & decrement komponen DC ) magnitude tertinggi terjadi pada nilai
sin (α-θ) = 1 atau sin (α-θ) = 90°
) decrement komponen DC tergantung pada nilai L/R (atau disebut T) = rangkaian induktif : T= besar (lama)
= rangkaian resistif : T= singkat Macam-macam arus short circuit ) bentuk gelombangnya
1. arus short circuit asimetris : mengandung komponen DC 2. arus short circuit simetris : tanpa komponen DC
) Magnitude & decrement-nya: 1. arus short circuit subtransient 2. arus short circuit tetap (sustained) ) Batas besarannya:
1. arus short circuit maksimum 2. arus short circuit minimum ) Macam short circuit-nya:
1. arus short circuit tiga fase 2. arus short circuit fase ke fase 3. arus short circuit fase ke tanah 4. arus short circuit satu fase ke tanah ) Macam short circuit kondisi gangguan
1. bolted short circuit (tanpa impedans gangguan) 2. short circuit through impedance
Perhitungan arus short circuit 1. Short circuit tiga fase
) menggunakan rangkaian ekivalen seperti pada perhitungan listrik ) semua impedans adalah impedans urutan positif
2. Short circuit yang lain (φ -φ, φ -φ - G, dan φ - G) ) menggunakan teori komponen simetris
Akan lebih mudah jika menggunakan besaran per-unit Perhitungan arus short circuit diperlukan untuk: 1. symmetrically rated fuses and low voltage CB 2. asymmetrically rated fuses
3. relaying devices
dan yang diperlukan adalah nilai arus short circuit adalah sebagai berikut: 1. maximum first cycle
2. maximum approximately 30 cycles 3. minimum approximately 30 cycles
Perhitungan short circuit pada sistem tegangan rendah ) hanya menghitung arus short circuit siklus pertama
Perhitungan short circuit pada sistem tegangan tinggi & multi voltage system ) resistans diabaikan (bila nilai X/R > 5), sehingga dipakai Z ≈ X
) yang diperlukan untuk perhitungan: diagram reaktans
) diagram resistans juga diperlukan bila ingin diketahui nilai X/R jaringan Menyiapkan diagram reaktans
) harus ada one line diagram sistem
) harus ada data impedans tiap komponen sistem
) data impedans diubah ke dalam besaran per-unit, dengan basis umum basis nilai ktual nilai pu nilai = a
Mengubah nilai nilai pu ke dalam basis umum ) data impedans peralatan
) batas arus, b b b xkV kVA I 3 = ) batas impedans,
) basis tegangan, kVb = rating tegangan
( )
( )
b b b b b b b MVA kV kVA x kV xI x kV Z 2 2 1000 3 1000 = = =) basis daya, kVAb = rating daya ) basis umum perhitungan
1. basis daya ( pilih salah satu nilai kVA (misalnya: rating kVA trafo yang paling baik) 2. basis tegangan: pilih salah satu rating tegangan (pada salah satu level), maka basis
tegangan pada level tegangan yang lain proposional dengan perbandingan transformasi trafo penghubungnya
) Nilai pu dengan basis umum, dihitung dengan:
( )
( )
be e b e pu pu kV kV x kVA kVA x Z Z = ,Menyederhanakan diagram (rangkaian)
) diagram reaktans disederhanakan menjadi sebuah rangkaian ekivalen Thevenin ) penyederhanaan dilakukan dengan:
= penggabungan komponen seri & komponen paralel = transformasi Y→ Ì dan Ì → Y
Cara dan tujuan perhitungan short circuit
1. maximum first-cycle duties for symmetrically rated fuses and low-voltage CB ) Untuk generator & motor-motor, gunakan reaktans subtransien
) Untuk motor-motor induksi dan motor-motor sinkron yang dicatu dari trafo distribusi (tegangan rendah), digunakan nilai reaktans yang dimodifikasi untuk kelompok motor-motor
) Apabila total HP motor-motor itu mendekati rating kVA trafo dalam keadaan self-cooling, maka reaktans total kelompok motor tersebut dapat didekati dengan nilai 0,25 pu dari reaktans trafo yang bersangkutan
) Nilai tegangan sebelum gangguan (pre-fault voltage) biasanya dipakai V = 1 pu ) Arus short circuit simetris yang merupakan duty sekring atau CB tegangan rendah
adalah: b pu pu xI X V I =
2. First-cycle duties for asymmetrically rated fuses
) Hasil perhitungan di atas (point 1) dikalikan dengan sebuah faktor yang didapat dari standard aplikasi sekring
3. Relaying devices
) Untuk maximum setting bagi instantaneous relays, gunakan the first-cycle short circuit total rms current, lalu dikalikan 1,6
) Untuk arus relaying dalam waktu kira-kira 5 siklus cukup digunkan: b pu pu c xI X V I5 =
) Untuk aplikasi time-delays yang jauh melebihi 6 siklus
) pengaruh motor-motor dapat diabaikan, sehingga hanya generator dan peralatan statikyang diperhitungkan
) generator dinyatakan dengan impedans transien-nya ) komponen DC arus hubung singkat dapat diabaikan ) Nilai arus short circuit dihitung dengan
b pu rms sc xI X V I =
) dengan nilai Xpu ini berbeda yang digunakan pada point 2 di atas.
OVERCURRENT PROTECTION AND COORDINATION Overcurrent Devices
1. Low voltage circuit breaker 2. Fuses : low-voltage fuses
high-voltage fuses
3. Overcurrent relays: phase fault OCR ground fault OCR Low-volatge CB
) Dua jenis
1. mould case circuit breakers (MCCB) 2. low-voltage power circuit breakers ) Kapabilitas dinyatakan dalam rating CB
1. rated (maximum) voltage 2. rated frequency
3. rated continues current
4. rated interrupting current (short circuit current rating) 5. rated short time current
) Trip devices characteristic
1. long-time delay: overload range
2. instantaneous trip: pada short circuit range 3. short-time delay: untuk CB berkapasitas besar
Ada juga MCCB dan LV-PCB yang tanpa instantaneous trip, tetapi dilengkapi short-time delay ) Setting & ground-fault sensing
1. Untuk MCCB
) untuk rating kecil, LTD-nya non-adjustable ) untuk rating ≥ 100A, IT-nya adjustable
) untuk MCCB jenis baru, menggunakan solid-state tripping devices dengan karakteristik: ) long-time delay ) short-time delay ) instantaneous trip ) ground-fault sensing 2. Untuk LV-PCB
) LT-nya adjustable pada:
) long-time delay pick-up (current) ) long-time delay operating-time ) 3 macam: minimum
intermediate maximum
) IT-nya adjustable pada 4 sampai 12 kali current-rating ) STD-nya adjustable dengan 3 macam posisi kurve
) Dilengkapi dengan direct acting solid-state devices untuk ground fault Fuses
1. Rating
a. rated voltage b. rated current c. rated frequency
d. rated interrupting current 2. Jenis LV fuses
a. class G fuses (0 – 60 A) b. class H fuses (0 – 600 A) c. class J fuses (0 – 600A) d. class K fuses (0 – 600 A) e. class L fuses (601 – 60000 A) 3. Jenis HV fuses
a. Distribution cut-outs
) expulsion or liquid-filled ) open or enclosed type b. Power fuses
) expulsion, current limiting, liquid filled ) dropout or non-dropout type
4. Karakteristik arus-waktu
b. total-clearing time curve 5. current-limitation characteristic
a. menyatakan peak let-through dan maximum prospective fault current b. diperlukan untuk koordinasi yang presisi pada arus short circuit Overcurrent Relays
) Memerlukan HV circuit breaker terpisah ) Memerlukan power supply DC yang andal ) Karakteristik arus-waktu
1) time delay: definite time standard inverse very inverse extremly inverse long-time inverse dengan fasilitas setting
) setting arus ) setting waktu 2) instantaneous trip
) waktu trip sekitar 0,01 detik ) dengan fasilitas setting arus ) Deteksi arah arus gangguan
) non-directional: tanpa diteksi arah ) directional: dengan deteksi arah ) Ground-fault sensing
) dapat disetel di bawah arus beban normal
) berdiri sendiri atau menjadi satu unit dengan OCR untuk gangguan fase ) dipasang dalam residual circuit atau melalui window (ring) type CT Proteksi dan Koordinasi
1. Proteksi
) untuk seluruh range arus gangguan, pengaman harus bekerja sebelum peralatan yang bersangkutan terbahayakan
) diperlukan data (kurve) kapabilitas peralatan (mesin, trafo, konduktor) ) kerja proteksi jangan berlebihan (terlalu cepat atau terlalu lambat) 2. Koordinasi
) diperlukan terhadap pengaman lain: di sisi sumber dan di sisi beban ) kerja pengaman harus selektif
) kerja pengaman harus diskriminatif: dapat membedakan gangguan sesungguhnya terhadap yang berupa gangguan semu
) karaktersitik T-I pengaman-pengaman sebaiknya sama
) koordinasi dicapai melalui pemilihan setting arus & waktu, atau rating arus Time delay relays in series
1. the tcc of the direct-acting time-delay trip devices ¾ The fuses
Tolerance bands must be added (include the necessary allowance for: Overt ravel
Manufacturing tolerances, etc) 2. the interrupting time of the CB : 5 - 8 cycles
(= 3 – 5 cycles opening time + arcing time) 3. over travel of the OCR
(= 0,1 second, for standard inverse induction OCR)
Ordinary Occuracy relay Faster CB &
CB Operating time 8∼ = 0,13 sec Better Solid state relays Over travel = 0,1 sec
Manufacture's safety = 0,17 sec 0,4 sec 0,33 sec 0,2 – 0,25 sec
Time grading, karakteristik relay sama
) dengan memilih TMS relay yang berbeda:
relay di sisi sumber dipilih TMS yang lebih tinggi ) time margin pada arus short circuit terbeda, atau
pada setting instantaneous relay di sisi bebannya Current grading, untuk setting instantaneous
) tidak mungkin dikoordinasikan menggunakan time grading, satu-satunya adalah menggunakan current grading
) relay di sisi sumber setting arusnya harus lebih besar dari sisi beban ) tidak bisa memberi backup
Time current grading, untuk relay inverse
) relay kelompok invere (SI, VI, EI) yang setting arusnya dibuat berbeda, akan memberikan waktu kerja yang berbeda
Batas-batas lintasan TCC
1. arus beban penuh saluran : IS ≥ 150% IFL
2. arus short circuit minimum : IS < ISC min untuk wilayah backup 3. TCC > cold load pickup current:
operating time at 1,7 IS > 2,3 second (for SUTM) 1. TCC > Istart motor (for both time & magnitude) 2. TCC > Istall motor
3. TCC > Iinrush trafo daya 4. TCC < ANSI Curve
5. TCC< Heating curve motor
6. TCC< Short time capability conductor → protected by back device
7. IT setting ≅ 135% of maximum symmetrical short circuit current for a far end fault (or the IT setting of the down stream device)
8. IT setting + reclosing → to safeguard the down stream fuses from blowing because of the temporary fault
→ = needs contrarary to point 3)above low setting → = can be blinded during restoration of service
Ground relay tap setting
a baut 10 – 30% of full load current or as experience dictates
