PROFIL ASISTEN. Asisten Laboratorium Sistem Tenaga Listrik 2021

(1)

(2)

2

PROFIL ASISTEN

Asisten Laboratorium Sistem Tenaga Listrik 2021

Nama : Muhammad Zidan Hafizh No. HP : 087802042155

ID Line: isseizidan

Email : [email protected]

Nama : Diqha Dwi Aryana No. HP : 082258419577 ID Line : diqhada

Nama : Ihsan Irfanto

No. HP : 081296878774 ID Line : irfan2428

Nama : Mochammad Syachril Rizki No. Hp : 085155037133

ID Line : syachril65

Nama : Fathur Nurmahdi No. HP : 089620714322 ID Line : fathurnmd

(3)

3

DAFTAR ISI

PROFIL ASISTEN ... 2

DAFTAR ISI ... 3

Pendahuluan ... 5

1. Pengertian ... 5

2. Pembangkitan... 5

3. Transmisi ... 6

4. Distribusi ... 6

5. Beban ... 8

6. IEC dan ANSI ... 8

7. Sistem Tenaga Listrik di Indonesia ... 9

Modul 1 MATRIKS ADMITANSI (Y-BUS)... 11

1. Tujuan Praktikum ... 11

2. Dasar Teori ... 11

3. Alat Bantu Praktikum ... 13

4. Prosedur Percobaan ... 13

Modul 2 ANALISA ALIRAN DAYA ... 14

Modul 3 MATRIKS IMPEDANSI (Z-BUS) ... 21

3. Peralatan Percobaan ... 23

Modul 4 ANALISA GANGGUAN HUBUNG SINGKAT ... 24

3. Peralatan Percobaan ... 29

MODUL 5 PENGENALAN PERANGKAT LUNAK ETAP DAN SIMULASI ALIRAN DAYA ... 30

(4)

4

MODUL 6 PENGENALAN PERANGKAT LUNAK DIGSILENT POWERFACTORY DAN SIMULASI HUBUNG SINGKAT... 35

MODUL 7 PERANCANGAN DAN ANALISIS SISTEM PROTEKSI TENAGA LISTRIK ... 40

MODUL 8 ANALISIS KESTABILAN SISTEM TENAGA LISTRIK ... 50

MODUL 9 OPTIMAL POWER FLOW SISTEM TENAGA LISTRIK ... 56

Modul 10 MICROGRID ... 64

(5)

5

Pendahuluan

DASAR SISTEM TENAGA LISTRIK

1. Pengertian

Secara umum, sistem tenaga listrik merupakan sistem yang tujuan nya mengalirkan daya dan menyediakan tenaga listrik dari sumber ke konsumen. Sistem tenaga listrik mempunyai 3 subsistem yang terdiri dari pembangkit, transmisi, dan distribusi. Ketiga subsistem beroperasi secara bersamaan dan saling berhubungan antar subsistem nya.

Gambar 0. 1 Skema Sistem Tenaga Listrik

2. Pembangkitan

Pembangkit adalah komponen sistem tenaga listrik yang berfungsi mengkonversikan sumber daya energi primer menjadi sebuah energi listrik. Berdasarkan jenis energinya, pembangkit terbagi menjadi 2 jenis, energi baru terbarukan dan non-energi baru terbarukan.

Berikut ini pembangkit yang merupakan Pembangkit Energi Baru Terbarukan:

1) Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP) 2) Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) 3) Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB) 4) Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA)

Berikut pembangkit yang merupakan Pembangkit Non-Energi Baru Terbarukan:

1) Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) 2) Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) 3) Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) 4) Pembangkit Listrik Tenaga Gas Uap (PLTGU)

(6)

6

3. Transmisi

Transmisi pada sistem tenaga listrik berfungsi untuk menyalurkan daya dari pusat pembangkitan menuju pusat beban. Transmisi memiliki unsur tertentu yaitu jenis saluran, jarak dan level tegangan. Berdasarkan jenis saluran nya, transmisi saluran udara dan saluran bawah tanah atau kabel. Berdasarkan jarak, transmisi memiliki terbagi menjadi 3, yaitu:

1) Saluran pendek (<80km) 2) Saluran menengah (80-250km) 3) Saluran Panjang (>250km)

Sedangkan untuk level tegangan, PLN memiliki aturan terhadap klasifikasi level tegangan yang diatur pada SPLN 1: 1995, yaitu:

1) Tegangan Rendah (TR) 2) Tegangan Menengah (TM) 3) Tegangan Tinggi (TT) 4) Tegangan Ekstra Tinggi (TET)

4. Distribusi

Distribusi pada sistem tenaga listrik berfungsi untuk menyalurkan daya dari pusat beban hingga ke setiap konsumen dengan level tegangan menengah dan juga rendah. Secara garis besar, ada dua konfigurasi jaringan distribusi, yaitu jaringan terbuka (radial) dan jaringan tertutup (loop). Adapun konfigurasi lainnya yang merupakan kombinasi dari konfigurasi dasar, diantaranya:

1) Konfigurasi One-Loop

Gambar 0. 2 Konfigurasi One-Loop

2) Konfigurasi Kluster

Memiliki back up berupa express feeder sehingga mampu menggantikan feeder utama ketika terjadi gangguan.

(7)

7 Gambar 0. 3 Konfigurasi Kluster

3) Konfigurasi Spindel

Konfigurasi Spindel merupakan bentuk pengembangan dari Konfigurasi Open Loop dan Konfigurasi Close Loop. Pada Konfigurasi Spindel, tegangan diberikan oleh gardu induk ke beban dan berakhir pada gardu hubung. Ketika kondisi normal, Konfigurasi Spindel bekerja seperti Konfigurasi Open Loop dan Express Feeder dihubungkan tanpa beban. Namun, ketika terjadi gangguan Express Feeder berfungsi menyalurkan daya ke konsumen.

Gambar 0. 4 Konfigurasi Spindel

4) Konfigurasi Tie-Line

Konfigurasi Tie-Line digunakan untuk beban yang tidak boleh padam. Gardu induk terhubung dengan gardu konsumen khusus dengan minimal memiliki 2 express feeder tambahan yang diberikan kontrol dengan Automatic Transfer Switch ke gardu konsumen khusus tersebut.

(8)

8 Gambar 0. 5 Konfigurasi Tie-Line

5. Beban

Beban pada sistem tenaga listrik terbagi menjadi beberapa sektor yaitu sektor perindustrian, sektor komersial, sektor fasilitas umum dan sektor perumahan. Masing- masing sektor beban tersebut mempunyai karakteristik-karakteristik yang berbeda, sebab hal ini berkaitan dengan pola konsumsi energi pada masing-masing konsumen di sektor tersebut. Pemakaian daya atau energi suatu beban dalam jangka waktu tertentu dapat direpresentasikan dalam suatu kurva yang disebut kurva beban.

Gambar 0. 6 Kurva Beban

6. IEC dan ANSI

Dua standar yang sering digunakan dalam analisis sistem tenaga listrik adalah IEC dan ANSI. Perbedaan di antara keduanya dapat dilihat pada tabel di bawah ini:

(9)

9 Tabel 0. 1 Standar IEC dan ANSI

IEC ANSI

International Electrotechnical Commision American National Standard Institute

Frekuensi: 50 Hertz Frekuensi: 60 Hertz

Umum dipakai di Eropa dan Asia Umum digunakan di Amerika dan Sebagian Jepang

Current Based Impedance Based

Simbol lebih simple dan fungsional Simbol lebih rinci dan deskriptif

7. Sistem Tenaga Listrik di Indonesia

Indonesia merupakan negara kepulauan yang sangat luas, maka dari itu Indonesia tidak hanya memiliki satu sistem tenaga listrik melainkan terdapat beberapa sistem besar dan kecil yang berjumlah 38 sistem. Dimana sistem – sistem besarnya seperti :

a) Sistem Jamali (Jawa Madura Bali), b) Sistem Sumatera,

c) Sistem Kalimantan, d) Sistem Sulawesi,

e) Sistem Indonesia Bagian Timur.

Indonesia adalah negara yang sangat luas dengan memiliki kepulauan yang banyak dan laut yang luas, sehingga untuk melistriki keseluruhan Indonesia tidaklah mudah, maka untuk melihat perbadingan warga yang sudah menikmati listrik dengan yang belum dapat dilihat dengan rasio elektrifikasi. Terhitung pada April 2020, rasio elektrifikasi Nasional adalah sebesar 98.93% yang dimana memiliki tingkat peningkatan yang sangat signifikan dari tahun 2014 yang sebesar 84% saja. Pemerintah beserta PLN memiliki target – target kelistrikkan yang harus dicapai seperti rasio elektrifikasi nasional tadi yang pada tahun 2020 targetnya adalah 99.99%. Kendala yang ada untuk memasang listrik dikarenakan infrastruktur yang belum memadai dan tingkat konsumen dalam membayar listrik. Selain itu, terdapat target pemanfaatan bauran Energi Baru Terbarukan (EBT) dalam pembangkitan listrik di Indonesia yang yaitu sebesar 23% pada tahun 2025. Terhitung dari mei 2020, pemanfaatan EBT baru sebesar 14.95 %, dengan perincianya adalah dari energi air total produksi per Mei 2020 mencapai 9.085,89 GWh atau 5,84 %, panas bumi 6.494%

atau 8,17%, dan EBT lainnya 225,7% atau 0,20%. Pemanfaatan EBT ini terkendala oleh

(10)

10 kesenjangan geografis antara lokasi sumber energi dengan lokasi kebutuhan energi, biaya investasi teknologi energi berbasis EBT yang masih mahal, dan harga jual listrik Indonesia yang masih murah.

Di dalam sistem tenaga listrik suatu negara, tentunya ada aturan mengenai batasanbatasan nilai dari perusahaan penyalur listrik ke konsumen yang dinamakan dengan Aturan Jaringan Sistem Tenaga Listrik atau Grid Code. Di Indonesia, grid code dibuat oleh kementrian ESDM. Berikut beberapa nilai-nilai yang diatur untuk Indonesia :

Tabel 0. 2 Grid Code Indonesia

(11)

11

Modul 1

MATRIKS ADMITANSI (Y-BUS)

1. Tujuan Praktikum

1. Memahami komponen-komponen penyusun jaringan sistem tenaga listrik, 2. Memahami konsep dan kegunaan matriks admitansi (Y-Bus),

3. Mempelajari cara menyusun matriks admitansi.

2. Dasar Teori

Matriks admitansi atau biasa disebut matriks Y-Bus adalah matriks yang mendeskripsikan keadaan interkoneksi komponen-komponen yang ada pada sistem berdasarkan analisa nilai admitansi komponen-komponen tersebut. Pada sistem tenaga listrik matriks ini dibutuhkan untuk melakukan analisis-analisis seperti analisis aliran daya. Matriks ini mewakili nilai admitansi yang ada pada berbagai bus atau node.

Berikut adalah bentuk umum matriks admitansi untuk sistem tenaga listrik dengan n bus:

Dengan Yij adalah nilai admitansi antara bus i dan bus j, Yii adalah nilai admitansi pada bus I, dengan i dari 1 hingga n, dan n adalah jumlah bus.

Jaringan sistem tenaga listrik dapat dimodelkan berdasarkan nilai resistansi, induktansi, dan kapasitansi komponen-komponen terpasang seperti generator, transformator, penghantar, capacitor bank, dan beban.

Langkah – langkah penyusunan matriks admitansi adalah sebagai berikut:

1) Menentukan dimensi matriks pada sistem, dengan melihat jumlah bus (n) yang terdapat pada sistem,

Persamaan (1.1)

(12)

12

Gambar 1.1 Contoh Sistem Tenaga Listrik 4 Bus

2) Menghitung nilai admitansi pada off-diagonal, Yij,

3) Menghitung nilai admitansi pada diagonal matriks admitansi, Y_ii

∑

4) Membuat matriks admitansi keseluruhan

[

]

Persamaan (1.2)

Persamaan (1.3)

Persamaan (1.4)

(13)

13

3. Alat Bantu Praktikum

1. Laptop/Komputer, 2. Software Matlab.

4. Prosedur Percobaan

1. Unduh file M1_Y Admitance.zip, 2. Buka file Y_Matriks.m,

3. Lengkapi algoritma pada file Y_MAtriks.m, 4. Buka file M1_Data Percobaan.xlsx,

5. Masukkan NPM, 6. Run file Konversi.m, 7. Run file Y_Matriks.m,

8. Konsultasikan ke assisten laboratorium terkait.

(14)

14

Modul 2

ANALISA ALIRAN DAYA

1. Tujuan Praktikum

1. Mempelajari konsep aliran daya

2. Menganalisis rugi-rugi yang terjadi pada sistem tenaga listrik 3. Mempelajari algoritma Newthon-Raphson pada aliran daya 4. Menganalisis gangguan pada hasil aliran daya

2. Dasar Teori

Analisis aliran daya merupakan metode yang dilakukan untuk melihat aliran daya listrik dari sumber pembangkitan hingga beban pada kondisi tunak (steady state).

Analisis aliran daya digunakan untuk merancang suatu sistem kelistrikan terutama sistem tenaga listrik yang akan dibangun dan dalam mengevaluasi sistem yang telah tersedia pada keadaan ideal. Analisis pada sistem yang tersedia dilakukan apabila terdapat masalah-masalah yang terjadi pada sistem tenaga listrik. Beberapa contoh masalah yang dapat terjadi adalah sebagai berikut:

1) Undervoltage, 2) Overvoltage,

3) Overcurrent/overloading, 4) Dst.

Hasil perhitungan analisis aliran daya kemudian digunakan untuk mensimulasikan gangguan-gangguan besar, stabilitas transien hingga analisa kontingensi. Terdapat beberapa komponen nilai yang dibutuhkan pada analisis aliran daya, seperti:

1) Tegangan pada setiap bus (magnitudo dan sudut), 2) Arus pada setiap cabang/saluran,

3) Daya (aktif dan reaktif) pada setiap cabang/saluran, 4) Pembebanan komponen-komponen sistem tenaga listrik.

(15)

15 Persamaan aliran daya adalah sebagai berikut:

∑| | ( )

Dengan:

i = Daya aktif yang diberikan sumber pada bus i dimana i adalah bus yang dihitung

i = Daya reaktif yang diberikan sumber pada bus i dimana i adalah bus yang dihitung

i = Tegangan di bus i

𝑛 = Tegangan di bus n dimana n adalah bus yang ada pada sistem dengan n = , , ,…,N

𝑖𝑛 = Besar admitansi antara bus i dengan bus n i = Sudut tegangan di bus i

n = Sudut tegangan di bus n

in = Sudut admitansi antara bus i dengan bus n

Pada analisis aliran daya terdapat beberapa metode yang digunakan diantaranya:

1) Gauss-Seidel

Gauss Seidel adalah metode iterasi yang digunakan untuk menyelesaikan permasalahan sistem persamaan aljabar yang non-linear. Pada analisa aliran daya, metode iterasi merupakan metode matematis yang melakukan pembaruan tegangan pada tiap perubahan variabel yang ada pada tiap iterasinya. Metode ini memiliki kelemahan berupa proses konvergensinya yang lambat dan terkadang tidak berhasil konvergen.

2) Newthon-Raphson

Newton-Raphson merupakan metode iterasi yang paling superior dibandingkan metode lainnya dalam menyelesaikan permasalahan sistem persamaan aljabar yang non-linear. Deret Taylor menjadi dasar dari Newton- Raphson untuk menyelesaikan permasalahan aliran daya. Newton-Raphson

Persamaan (2.1)

Persamaan (2.2)

(16)

16 menjadi superior karena memiliki tingkat konvergensi yang tinggi pada sistem yang besar dari pada metode lainnya untuk kasus yang sama. Oleh sebab itu Newton-Raphson menjadi pilihan terbaik dari analisa aliran daya.

3) Fast-Decoupled

Meskipun Newton-Raphson merupakan metode yang paling superior dibandingkan metode iterasi lainnya, Newton-Raphson memiliki kelemahan dimana perhitungan matriks Jacobian akan semakin lama untuk sistem yang besar. Hal ini berdampak pada pemakaian memori komputer menjadi semakin besar. FastDecoupled merupakan metode yang menggunakan prinsip metode Newton-Raphson. Namun, Fast-Decoupled mengabaikan perubahan sudut yang tidak berdampak pada perhitungan daya aktif pada matriks Jacobian dan perubahan tegangan yang tidak berdampak pada perhitungan daya reaktif. Oleh sebab itu, pada metode Fast-Decoupled matriks jacobian untuk J2 dan J3 adalah nol (0).

4) Forward-Backward

Forward-Backward Sweep adalah metode iterasi paling andal dan efektif untuk sistem yang terdistribusi secara radial dengan beban sensitif tegangan. Hal tersebut karena pada tiap iterasinya tidak menggunakan banyak perhitungan.

Backward Sweep menghitung arus dari bus sumber ke bus yang diinjeksikan.

Forward Sweep menghitung drop voltage dengan mengkalikan arus yang dihitung sebelumnya dengan impedansi antar salurannya.

Metode yang paling umum digunakan adalah Newton-Raphson. Berikut ini merupakan langkah-langkah dalam melakukan analisis aliran daya menggunakan metode tersebut secara perhitungan manual:

1) Menyusun Matriks Admitansi (Ybus)

Seperti yang telah dipelajari pada Modul 1, Matriks Admitansi atau Ybus adalah matriks yang berfungsi untuk mewakilkan admitansi yang terdapat pada berbagai bus atau node. Matriks ini merupakan matriks persegi dengan jumlah baris dan kolom sesuai dengan jumlah bus yang terdapat pada sistem yang sedang dianalisis. Nilai dari tiap unit dalam matriks merepresentasikan interkoneksi antar bus dan banyak unit bernilai 0 sehingga menjadi cocok untuk digunakan dalam aliran daya.

(17)

17 2) Menentukan Jenis Tiap Bus pada Sistem

Terdapat tiga jenis bus pada sistem tenaga listrik, yaitu:

3) Menyusun Matrix P-Q Scheduled

Bentuk umum matriks P-Q Scheduled adalah sebagai berikut:

[ ]

[

,

, ] [

]

Dengan:

P_i,sch = daya aktif terjadwal (scheduled) pada bus i Q_i,sch = daya reaktif terjadwal pada bus i

P_gi = daya aktif yang dibangkitkan pada bus i P_di = daya aktif yang dikonsumsi pada bus i

Q_gi = daya reaktif yang dibangkitkan pada bus i Q_di = daya reaktif yang dikonsumsi pada bus i

Tabel 2.1 Tipe Bus Sistem Tenaga Listrik

Jenis Bus Besaran yang diketahui

State Variable (Variabel yang belum diketahui)

Kode Bus dalam PSSE

Load Bus (P-Q Bus)

P dan Q V dan 1

Voltage- Controlled

(P-V Bus)

P dan V Q dan 2

Slack/Swing Bus (Reference Bus)

= 0 dan V = 1 P dan Q 3

Persamaan (2.3)

(18)

18 4) Menyusun Matriks P-Q Calculated

Bentuk umum matriks P-Q Calculated adalah sebagai berikut:

∑| | ( )

5) Menyusun Matriks Mismatch

Bentuk umum matriks mismatch adalah sebagai berikut:

[

] [ ^, _,

, _,]

6) Menyusun Matriks Jacobian

Pada sebuah Matriks Jacobian, terdapat batasan daya aktif sejumlah (𝑛 − 1) dan batasan daya reaktif sejumlah (𝑛 − 1 − 𝑚) dengan 𝑛 adalah jumlah total bus dan 𝑚 adalah jumlah bus voltage-controlled. Oleh sebab itu, dimensi Matriks Jacobian adalah berjumlah (2𝑛 − 2 − 𝑚) (2𝑛 − 2 − 𝑚).

Matriks Jacobian terdiri dari empat bagian, yaitu 𝐽11 hingga 𝐽22. 𝐽11 memiliki orde (𝑛 − 1) (𝑛 − 1), 𝐽12 memiliki orde (𝑛 − 1) (𝑛 − 1 − 𝑚), 𝐽21 memiliki orde (𝑛 − 1 − 𝑚) (𝑛 − 1), dan 𝐽22 memiliki orde (𝑛 − 1 − 𝑚) (𝑛 − 1 − 𝑚).

Bentuk umum dari matriks jacobian adalah sebagai berikut:

[𝐽]

[

…

| | …

| |

𝐽 𝐽

…

| | …

| |

…

| |

𝐽 𝐽

…

𝑛

| |

| |]

Persamaan (2.4)

Persamaan (2.5)

Persamaan (2.6)

Persamaan (2.7)

(19)

19 Rumus J1 untuk diagonal dan off diagonal:

∑ | || || | ( )

| || || | ( ) , 𝑖 Rumus J2 untuk diagonal dan off diagonal:

| | | || | 𝑜 ∑ | || | ( )

| | | || | 𝑜 ( ) , 𝑖 Rumus J3 untuk diagonal dan off diagonal:

∑| || || | ( )

| || || | ( ) , 𝑖 Rumus J4 untuk diagonal dan off diagonal:

| | | || | 𝑜 ∑ | || | ( )

| | | || | 𝑜 ( ) , 𝑖

7) Menghitung nilai correction dengan menggunakan persamaan correction Bentuk umum persamaan correction adalah sebagai berikut:

[ 𝑜 𝑖𝑜𝑛] [𝐽][ 𝑖 𝑚 ]

[ ^{( )}

^{( )} | |^{( )}

| |^{( )}]

[

…

| | …

| |

𝐽 𝐽

…

| | …

| |

…

| |

𝐽 𝐽

…

𝑛 | |

| |]

[ ^{( )}

^{( )} ^{( )}

^{( )}]

Persamaan (2.8) Persamaan (2.9)

Persamaan (2.10)

Persamaan (2.11)

Persamaan (2.12)

Persamaan (2.13)

Persamaan (2.14)

Persamaan (2.15)

Persamaan (2.16)

(20)

20 8) Melakukan penyesuaian state variable

Matriks Adjust state diperoleh dengan menjumlahkan tegangan dan sudut awal dengan Matriks Correction. Nilai matriks ini akan berubah terus-menerus seiring pertambahan iterasi. Pada akhirnya, nilai tegangan dan sudut inilah yang akan dibandingkan dengan nilai error maksimum sebagai hasil akhir analisis load flow.

Berikut ini cara menghitung Matriks Adjust State:

[

( ) ( )

[ ]( )

[ _]( )

] [

^{( )}

( )

[ ]^{( )} [ _]^{( )}] [

| | | |]

9) Mengulai langkah-langkah 4 hingga 8 dengan menghitung nilai error

Pada matriks 8 didapatkan nilai error setiap iterasi hingga memperoleh nilai error yang lebih kecil daripada nilai error yang dikehendaki. Nilai error yang diperoleh akan berupa sebuah matriks. Pada matriks tersebut, diambil nilai error terbesar sebagai acuan:

𝑜 [| 𝑜 𝑖𝑜𝑛|]

Analisi alir daya dengan metode Newton-Raphson selesai apabila nilai error sudah kurang dari nilai error yang dikehendaki.

3. Alat Bantu Praktikum

1. Laptop/Komputer 2. Software MATLAB

4. Prosedur Percobaan

1. Unduh file M1_Y Admitance_Matlab.zip, 2. Buka file PowerFlow.m,

3. Melengkapi algoritma pada file PowerFlow.m, 4. Run file PowerFlow.m,

5. Konsultasikan ke assisten laboratorium terkait.

Persamaan (2.18) Persamaan (2.17)

(21)

21

Modul 3

MATRIKS IMPEDANSI (Z-BUS) 1. Tujuan Praktikum

1. Memahami parameter-parameter yang ada pada jaringan sistem tenaga listrik.

2. Memahami konsep dan kegunaan matriks Impedansi (Z-Bus).

3. Memahami perbedaan matriks impedansi (Z-bus) dengan matriks Admitansi (Y-bus) 4. Memahami dan mengerti cara penyusunan matriks impedansi.

2. Dasar Teori

Matriks Impedansi merupakan bentuk representasi lain dari suatu system tenaga listrik, yang menggunakan nilai impedansi pada system tenaga listrik. Secara umum matriks impedansi dapat didefinisikan sebagai matriks yang mengandung elemen impedansi bersama di sebuah sistem tenaga listrik yang memenuhi persamaan:

V = Z*I

Nilai V dan I merupakan komponen-komponen vektor dimana merupakan tegangan dan arus yang berada dalam sistem tenaga listrik. Matriks impedansi adalah matriks simetris berbentuk NxN. Penggunaan matriks impedansi biasanya digunakan dalam perhitungan analisis hubung singkat dalam sistem tenaga listrik.

Secara matematis, matriks impedansi dapat diperoleh dari matriks admitansi yaitu:

[ ] [ ]

Namun, secara praktisnya menghitung matriks impedansi melalui inverse dari matriks admitansi membutuhkan proses perhitungan yang rumit dan juga lama, karena dimensi Ybus atau Zbus dari suatu system tenaga listrik sangat besar.

Secara konseptual, penyusunan matriks impedansi dilakukan mengguakan teorema impedansi ekuivalen Thevenin.

Persamaan (3.1)

Persamaan (3.2)

(22)

22 Case dalam proses membuat matriks Impedansi.

 Case 1 -> Menghubungkan bus baru ke titik referensi system original.

[

]

 Case 2 -> Menghubungkan bus baru ke salah satu bus eksisting system original.

[

]

 Case 3 -> Menghubungkan salah satu bus eksisting ke titik referensi system original.

-

- Gunakan cara seperti case 2

- Hilangkan kolom dan baris yang baru dibentuk dengan Kron Reduction:

( ) ( _{( )} _{( )})

𝑚 𝑛 ( )

 Case 4 -> Menghubungkan bus eksisting ke bus ekisting yang lain

[ 𝑜 𝑜𝑚 𝑜 𝑜𝑚

𝑖 𝑖 ]

- - Lakukan Kron Reduction

(23)

23

3. Peralatan Percobaan

- 1 buah laptop/computer - Software Matlab

4. Prosedur Percobaan

1. Unduh file M3_Z Bus_Matlab.zip (diberikan oleh aslab).

2. Buka file M3_Zbus_pos.m.

3. Melengkapi algoritma pada file M3_Zbus_pos.m.

4. Run file Data1.m.

5. Run file M3_Zbus_pos.m.

6. Konsultasikan ke asisten laboratorium terkait

(24)

24

Modul 4

ANALISA GANGGUAN HUBUNG SINGKAT

1. Tujuan Praktikum

1. Memahami pengertian dari gangguan hubung singkat 2. Memahami tujuan dari analisa hubung singkat

3. Memahami konsep komponen simetris.

4. Memahami jenis-jenis gangguan hubung singkat.

2. Dasar Teori

Berdasarkan ANSI/IEEE Std. 100- 1992 gangguan didefinisikan sebagai suatu kondisi fisis yang disebabkan kegagalan suatu perangkat, komponen, atau suatu elemen untuk bekerja sesuai dengan fungsinya. Suatu gangguan hampir selalu berupa hubung langsung atau melalui impedansi.

Menurut standar IEC 60909, definisi hubung singkat adalah terbentuk jalur konduktif yang tidak disengaja atau disengaja antara dua atau lebih bagian konduktif (misalnya hubung singkat tiga fasa) yang membuat perbedaan tegangan (potensial) listrik antara bagian konduktif tersebut menjadi sama atau mendekati nol.

Dalam PUIL 2000 arus hubung singkat disebut dengan arus hubung pendek. Atau bisa disebut juga dengan arus lebih yang diakibatkan oleh gangguan impedansi yang sangat kecil mendekati nol antara dua penghantar aktif yang dalam kondisi operasi normal berbeda potensialnya.

a). Tujuan analisa hubung singkat

Analisa hubung singkat merupakan studi yang digunakan untuk memeroleh nilai besaran-besaran listrik yang dihasilkan oleh terjadinya gangguan hubung singkat. Data yang diperoleh dari perhitungan tersebut akan digunakan untuk merancang proteksi sistem tenaga listrik, seperti menentukan setting relay dan kapasitas pemutus (Circuit Breaker), untuk memastikan sistem tenaga listrik dapat mengatasi gangguan hubung singkat.

(25)

25 1. Menentukan arus dan tegangan maximum & minimum pada bagian-bagian / titik-titik tertentu dari suatu sistem tenaga listrik untuk jenis-jenis gangguan yang mungkin terjadi.

2. Menentukan nilai short circuit pada setiap bus atau saluran yang terhubung pada bus tsb sehingga dapat menganalisa kapasitas alat pemutus daya dan peralatan yang digunakan.

3. Dapat menentukan setting relay dan koordinasi pengaman untuk mengamankan sistem dari gangguan arus hubung singkat.

b). Komponen Simetris

Karya Fortescue membuktikan bahwa 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 lainnya.

Gangguan hubung singkat asimetris harus dianalisis dengan metode komponen simetris. Setiap sistem tiga fasa dapat direpresentasikan dalam tiga jenis vektor simetris, yaitu komponen urutan positif (notasi 1), urutan negatif (notasi 2), dan urutan nol (notasi 0).

Setiap sistem 3-fasa baik itu seimbang maupun tidak seimbang dapat direpresentasikan ke dalam 3 set vector simetris, yaitu:

1. Vektor urutan NOL atau (ZERO Sequance), ^{( )}, ^{( )}

Zero sequence atau vector urutan nol merupakan 3 vektor yang memiliki sudut/fasa yang sama.

2. Vektor urutan POSITIF (POSITIVE Sequance), ^{( )}, ^{( )}

Positive sequence merupakan 3 vektor dengan fasa/sudut yang masing-masing berbeda sebesar

3. Vektor urutan NEGATIF (NEGATIVE Sequance) ^{( )}, ^{( )}

Negative sequence merupakan urutan 3 vektor yang serupa vector urutan positif, namun berbeda arah.

(26)

26 Gambar 4. 1 Komponen Simetris

Konsep komponen simetris menggunakan sebuah operator yang disebut alpha ( ), yaitu untuk menyatakan pergeseran sudut sebesar 120 derajat.

Menggunakan operator alpha dengan acuan fasa a, dapat diperoleh persamaan sebagai berikut:

( )

⁽ ⁾

( )

⁽ ⁾

( )

^{( )}

Maka, untuk mendapatkan nilai tegangan dari komponen fasa:

^{( )} ^{( )} ^{( )} ^{( )} ^{( )} ^{( )} ^{( )} ^{( )} ^{( )}

Dalam bentuk matriks:

[ ]

[

] [

( )

⁽ ⁾

]

[ ] [

( )

⁽ ⁾

]

Jika diinvers maka didapat persamaan komponen simetrisnya:

( ) ( ) ^{( )} ( ) ^{( )} ( )

( ) ( ) ^{( )} ( ) ^{( )} ( ) Persamaan (4.5)

Persamaan (4.1)

Persamaan (4.2)

Persamaan (4.3)

Persamaan (4.4)

(27)

27 Dalam bentuk matriks:

[

( )

⁽ ⁾

]

^[ ^][ ]

[

] [ ]

c). Jenis-jenis gangguan hubung singkat

Gangguan hubung singkat pada system tenaga listrik secara umum dapat dikategorikan sebagai berikut:

- Gangguan hubung singkat simetris:

a. Gangguan 3-fasa

b. Gangguan 3-fasa ke tanah.

- Gangguan hubung singkat asimetris:

a. Gangguan 1-fasa (Single phase to ground fault) b. Gangguan 2-fasa (phase to phase fault)

c. Gangguan 2-fasa ke tanah (phase to phase to ground fault) Tabel 4. 1 Tipe Gangguan Hubung Singkat

Gangguan hubung singkat Rangkaian SC Persamaan

Satu fasa ke tanah Kondisi:

Formula:

( ) _{( )}

^{( )} ^{( )}

Dua fasa ke tanah Kondisi: Vb = Vc = 0

Ia = 0 Formula:

^{( )}( ^{( )}

( ) ( ) ( ) ^{( )} ) Persamaan (4.6)

(28)

28

Antar dua fasa Kondisi: Vb =Vc

Ib = -Ic dan Ia = 0

Formula:

( ) _{( )}

^{( )}

Tiga fasa Kondisi: Va=Vb=Vc

Ia + Ib + Ic = 0

Formula:

( )

d). Macam-macam arus pada gangguan hubung-singkat

Gambar 4. 2 Representasi Kestabilan Transien

Seri IEC 60909 standar membedakan empat jenis tugas yang menghasilkan empat arus gangguan hubung singkat terhitung yang berbeda:

● Arus hubung singkat awal I k”

● Arus hubung singkat puncak Ip

● Arus hubung singkat yang putus Ib

● Arus gangguan kondisi-mapan Ik

(29)

29

• I

k

’’ =

didefinisikan sebagai initial symmetrical short-circuit current yang berarti nilai r.m.s dari nilai hubung singkat yang tersedia.

•

i

p

=

didefinisikan sebagai peak short-circuit current yang berarti kemungkinan nilai terbesar dari nilai hubung singkat.

• I

b

=

didefinisikan sebagai symmetrical short-circuit breaking current yang berarti nilai maksimum yang mampu di-break oleh pemutus tenaga/PMT.

•

I

k

=

didefinisikan sebagai steady state short circuit current yang berarti nilai r.m.s hubung singkat yang tersisa setelah fenomena transien.

3. Peralatan Percobaan

1. 1 buah laptop/computer 2. Software Matlab

4. Prosedur Percobaan

1. Unduh file M4_Short Circuit.zip (diberikan oleh aslab).

2. Ekstrak file tersebut.

4. Buka file ShortCircuit.m 5. Run file ShortCircuit.m 6. Buka file excel data modul 4 7. Masukkan nomor digit NPM

8. Jalankan Fault sesuai bus dan jenis gangguan yang diberikan asisten.

9. Konsultasikan ke asisten laboratorium terkait

(30)

30

MODUL 5

PENGENALAN PERANGKAT LUNAK ETAP DAN SIMULASI ALIRAN DAYA

1. Tujuan Praktikum

1. Mempelajari aplikasi dan fungsi ETAP pada sistem tenaga listrik

2. Mempelajari cara membuat Single Line Diagram (SLD) dan simulasi pada ETAP 19.0.1

3. Menganalisis masalah-masalah simulasi aliran daya pada Sistem Tenaga Listrik dengan ETAP 19.0.1

2. Dasar Teori a) Pengertian

ETAP atau singkatan dari Electric Transient and Analysis Program merupakan perangkat lunak yang dapat digunakan untuk melakukan analisa serta simulasi pada Sistem Tenaga Listrik. Dalam menganalisa tenaga listrik, Single Line Diagram (SLD) direpresentasikan sebagai notasi yang disederhanakan dalam sebuah Sistem Tenaga Listrik 3 (tiga) fasa. Perangkat ini mampu bekerja dalam keadaan offline untuk simulasi tenaga listrik dan online untuk mengelola data dan mengendalikan sistem secara real-time. Fitur yang terdapat di dalamnya pun bermacam-macam, sebagai contoh fitur yang digunakan untuk menganalisa pembangkitan tenaga listrik, sistem transmisi, dan sistem distribusi tenaga listrik. Adapun analisa lain yang dapat dilakukan dengan ETAP sebagai berikut:

1. Load Flow Analysis 2. Short Circuit Analysis 3. Transient Stability

4. Star Protection Devices Analysis 5. Motor Starting Analysis

6. Arc Flash Analysis

7. Protective Device Coordination Dll.

(31)

31

b) Tampilan Utama ETAP

a. Simulation Tool Bars

Berikut ini merupakan beberapa fitur yang terdapat pada ETAP dalam melakukan analisa Sistem Tenaga Listrik, antara lain:

Tabel 5.1 Toolbar Simulasi ETAP

No. Notasi Nama Keterangan

1. Edit Menampilkan komponen-

komponen yang digunakan untuk merancang suatu SLD

2. Load Flow Analysis Melakukan analisa aliran

daya pada SLD yang dibuat

Project Tool Bar

Menu Bar Project Element

Simulation Tool Bar

Single Line Diagram

Sheet AC

Element

DC Element

(32)

32

3. Short Circuit Analysis Melakukan analisa

gangguan hubung singkat pada SLD yang dibuat 4. Motor Acceleration Analysis Melakukan analisa

starting motor pada SLD yang dibuat

5. Harmonic Analysis Melakukan analisa

harmonik pada SLD yang dibuat

6. Transient Analysis Melakukan analisa

transient atau kestabilan pada SLD yang dibuat

7. Star Protective

Coordination

Melakukan analisa koordinasi proteksi pada

SLD yang dibuat

b. Komponen Sistem Tenaga Listrik

Berikut ini merupakan beberapa komponen utama dalam sebuah Single Line Diagram (SLD) Sistem Tenaga Listrik pada ETAP, antara lain:

Tabel 5.2 Toolbar Komponen ETAP

1. Bus Bar Konduktor penghubung

berbahan dasar tembaga atau aluminium

2. Generator Komponen yang berperan

sebagai generator sinkron pada SLD yang dibuat

3. Wind Turbine Generator Komponen yang

merepresentasikan Pembangkit Listrik Tenaga

Bayu (PLTB)

(33)

33

4. Power Grid Koneksi dengan jaringan

listrik eksternal, umumnya jaringan listrik nasional

PLN

5. PV Array Komponen yang

merepresentasikan Pembangkit Listrik Tenaga

Surya (PLTS) lengkap dengan panel dan

inverternya

6. Lumped Load Beban gabungan antara

motor dengan beban statis

7. Static Load Beban statis

8. Cable and Transmission

Line

Kawat Penghantar Untuk distribusi tegangan menengah dan rendah

Kawat Penghantar untuk transmisi saluran tegangan tinggi dan tegangan ekstra

tinggi

9. 2-Winding Transformer Komponen yang berfungsi untuk menaikkan atau menurunkan level tegangan

(34)

34 c. Load Flow Tool Bar

Berikut ini merupakan beberapa fitur oada ETAP yang digunakan dalam menganalisis aliran daya :

Tabel 5.3 Toolbar Alir Daya ETAP

1. Edit Study Case Membuat study case sesuai

metode dan yang lainnya

2. Run Load Flow Menjalankan simulasi dan

mengkalkulasi aliran daya pada SLD yang dibuat

3. Alert View Memberi peringatan ketika

hasil analisa aliran daya tidak cukup baik

4. Load Flow Analyzer Menampilkan hasil analisa aliran daya

5. Display Option Mengedit hasil tampilan aliran daya pada SLD yang dibuat

3. Alat Bantu Praktikum

1) Laptop / Komputer 2) Software ETAP 19.0.1

4. Prosedur Percobaan

1) Buka file, new project

2) Beri nama file sesuai dengan arahan asisten 3) Buat rangkaian seperti yang diberikan asisten

4) Buat SLD dan masukan spesifikasi sesuai yang diberikan asisten 5) Klik ikon load flow analysis pada bagian simulation tool bar 6) Klik ikon run load flow pada bagian load flow tool bar 7) Isi tabel percobaan 1

8) Ulangi langkan 2-4 dengan SLD yang disesuaikan oleh nomor percobaan yang diberikan asisten

(35)

35

MODUL 6

PENGENALAN PERANGKAT LUNAK DIGSILENT POWERFACTORY DAN SIMULASI HUBUNG SINGKAT

1. Tujuan Praktikum

1. Mengetahui dan mempelajari fungsi perangkat lunak DIgSILENT PowerFactory dalam sistem tenaga listrik.

2. Mempelajari cara membuat single line diagram dengan menggunakan DIgSILENT PowerFactory.

3. Mempelajari simulasi gangguan hubung singkat pada DIgSILENT PowerFactory.

4. Mengetahui jenis-jenis gangguan hubung singkat yang terjadi pada sistem tenaga listrik.

2. Dasar Teori

a) Pengenalan dan Kegunaan

DigSILENT PowerFactory kepanjangan dari “Digital Simulation and Electrical Network Calculation Program” merupakan salah satu software yang digunakan dalam analisis dan simulasi industry, utilitas, dam sistem tenaga listrik dan analisis kontrol sebagai perencanaan dan optimasi operasi yang dikembangkan oleh sebuah perusahaan Jerman. Fitur-fitur yang terdapat pada perangkat lunak ini antara lain:

 Modeling Single Line Diagram,

 Analisis Load Flow,

 Analisis Short Circuit,

 Analisis Kontingensi,

 Analisis Kestabilan,

 Simulasi Quasi-Dynamic,

 Fungsi Starting Motor,

 Analisis Tekno-Ekonomis, Dll.

(36)

36 b)

Tampilan Utama DIgSILENT PowerFactory

Gambar 6.1 Preview Aplikasi DIgSILENT PowerFactory

a. Toolbar

Berikut ini beberapa fitur dari Toolbar yang umum digunakan dalam melakukan analisis sistem tenaga listrik pada DigSILENT PowerFactory:

Tabel 6.1 Icon Simulasi DIgSILENT PowerFactory

No. Simbol Nama Keterangan

1.

Edit Relevant Objects for Calculation

Menampilkan objek yang terdapat pada SLD

2. Load Flow Melakukan analisis aliran daya

3. Short Circuit Melakukan analisis gangguan

hubung singkat Toolbar

Komponen Sistem Tenaga Listrik

Output Window

(37)

37

4.

Maximize Output Window Memperbesar tampilan output

5. Change Toolbox Menampilkan pilihan analisis yang dapat dilakukan, seperti analisis kestabilan, quasi-dynamic, dan lain-

lain.

b. Komponen Sistem Tenaga Listrik

Tabel di bawah ini menampilkan beberapa komponen utama dalam sebuah Single Line Diagram sistem tenaga listrik:

Tabel 6.2 Icon Komponen DIgSILENT PowerFactory

1.

Busbar Konduktor berupa tembaga atau aluminium

2. Synchronous Machine Komponen yang berupa sebagai generator sinkron dalam sebuah

SLD

3.

Wind Generator Simbolisasi PLTB

4. External Grid Koneksi dengan jaringan listrik

eksternal, umumnya jaringan listrik nasional PLN

5.

PV System Simbolisasi PLTS

6.

General Load Beban yang menyerap daya dari sistem tenaga listrik

(38)

38

7.

Line Penghantar utama arus listrik

8.

2-Winding Transformer Komponen yang berfungsi untuk menaikkan level tegangan

c. Output Window

Bagian output window pada DigSILENT PowerFactory memiliki fungsifungsi utama sebagai berikut:

Tabel 6.3 Icon Output DIgSILENT PowerFactory

1.

Open Output File Membuka file output yang sudah tersimpan

2.

Save Output File Menyimpan hasil output analisis sistem tenaga listrik

3.

Print Mengeskpor hasil output dalam bentuk PDF ataupun print-out

(39)

39

3. Alat Bantu Praktikum

1. Laptop/Komputer

2. Software DIgSILENT PowerFactory

4. Prosedur Percobaan

1. Buatlah rangkaian dengan spesifikasi yang telah diberikan pada file spesifikasi dan prosedur yang diberikan oleh asisten

2. Lakukan simulasi aliran daya

3. Amatilah arus yang mengalir pada rangkaian percobaan 4. Simulasikan gangguan hubung singkat

5. Gunakan gangguan hubung singkat 3 fasa 6. Catat besar arus gangguan pada tabel percobaan

7. Ulangi simulasi tersebut dengan kondisi dan variasi yang akan diberikan pada file spesifikasi dan prosedur yang diberikan oleh asisten

8. Simulasikan gangguan hubung singkat asimetris

(40)

40

MODUL 7

PERANCANGAN DAN ANALISIS SISTEM PROTEKSI TENAGA LISTRIK

1. Tujuan Praktikum

1. Memahami definisi dan prinsip kerja Sistem Proteksi Tenaga Listrik 2. Mempelajari aplikasi Sistem Proteksi Tenaga Listrik

3. Memahami fungsi Sistem Proteksi Tenaga Listrik 4. Mengetahui jenis-jenis Proteksi Sistem Tenaga Listrik

5. Memahami ketentuan pemasangan Sistem Proteksi Tenaga Listrik 6. Memahami cara membuat relay data setting table

7. Mensimulasikan Sistem Proteksi Tenaga Listrik menggunakan perangkat lunak ETAP 12.6.0.

8. Menganalisis masalah-masalah pada Sistem Proteksi Tenaga Listrik menggunakan perangkat lunak ETAP 12.6.0.

2. Dasar Teori

a) Definisi Sistem Proteksi

Suatu sistem tenaga listrik tidak selamanya dapat berjalan dengan normal. Banyak kemungkinan terjadinya kondisi tidak normal atau gangguan pada sistem yang berasal dari luar maupun dalam sistem. Kondisi ini dapat mengganggu dan membahayakan sistem secara keseluruhan. Maka dari itu, dibutuhkan peralatan proteksi pada sistem tenaga listrik untuk menanggulangi itu semua. Proteksi sistem tenaga listrik (STL) adalah suatu sistem proteksi yang dilakukan pada komponen-komponen listrik yang terpasang pada suatu sistem tenaga misalnya generator, transformator jaringan, saluran transmisi, dll., dalam menghadapi kondisi tidak normal atau terjadi gangguan pada operasi sistem itu sendiri.

Pada pemasangan proteksi sistem tenaga listrik, diperlukan pengetahuan mengenai distribusi arus dan tegangan di berbagai tempat yang terjadi karena gangguan tersebut.

Dengan mengetahui distribusi tersebut, maka pemasangan rele proteksi dari circuit breaker dapat ditentukan.

(41)

41

b) Tujuan Sistem Proteksi

Adapun tujuan dari pemasangan susatu sistem proteksi pada sistem tenaga listrik antara lain yaitu:

1. Menghindari, mencegah, atau mengurangi kerusakan pada komponen- komponen listrik lainnya akibat adanya kondisi tidak normal atau terjadinya gangguan tersebut.

2. Mengisolir serta memisahkan bagian yang terganggu sehingga daerah yang terganggu tersebut dapat seminim mungkin.

3. Memberikan pelayanan listrik dengan keandalan yang tinggi kepada konsumen, karena dengan adanya sistem proteksi, dapat meminimalisir waktu pemadaman listrik atau jangkauan gangguan yang ada.

4. Memberikan pengamanan bagi manusia atau teknisi dari bahaya yang ditimbulkan oleh listrik tersebut.

c) Syarat Pemasangan Sistem Proteksi

Sistem proteksi yang terpasang pada suatu sistem tenga listrik harus memenuhi beberapa kriteria agar dalam pengoperasiannya dapat bekerja dengan baik dan sesuai dengan kebutuhan, antara lain:

1. Kehandalan (Reliability)

Terdapat 2 (dua) prinsip pada kehandalan ini, yaitu Dependability (proteksi bekerja jika terjadi gangguan) dan Security (proteksi tidak bekerja jika tidak terjadi gangguan. Sistem proteksi disebut tidak andal bila gagal bekerja pada saat dibutuhkan dan bekerja pada saat proteksi itu tidak seharusnya bekerja.

2. Sensitivitas (Sensitivity)

Rele proteksi harus mempunyai kepekaan yang tinggi terhadap besaran minimal dari arus, tegangan, daya, frekuensi, dll. yang mempengaruhi sistem sebagaimana telah diatur. Rele proteksi harus bekerja pada awal terjadinya gangguan, sehingga gangguan lebih mudah diatasi pada awal kejadian.

(42)

42 3. Selektivitas (Selectivity)

Selektif berarti suatu sistem proteksi harus dapat memilih bagian sistem yang harus diisolir apabila rele proteksi mendeteksi gangguan. Bagian yang tidak terganggu tidak dilepas, karena jika terjadi pemutusan hanya terbatas pada daerah yang terganggu.

4. Kecepatan (Speed)

Sistem proteksi perlu memiliki tingkat kecepatan dalam mitigasi untuk memperkecil area yang terjadi gangguan, stabilitas operasi, meningkatkan mutu pelayanan, keamanan manusia, serta peralatan sistem tenaga listrik.

5. Ekonomis (Economy)

Suatu perencanaan teknik yang baik, tentunya tidak terlepas dari pertimbangan nilai ekonomisnya. Suatu rele proteksi yang digunakan hendaknya memiliki nilai ekonomis dengan tidak mengesampingkan fungsi dan keandalannya.

d) Komponen Proteksi

Pada sistem proteksi dalam suatu sistem tenaga listrik, terdapat komponen proteksi yang diperlukan yang terbagi menjadi 3 (tiga) sub komponen, yaitu:

Gambar 7.1 Skema Sub-Komponen Proteksi

1. Sensing

Sensing berguna sebagai input dari sistem tenaga listrik agar dapat merubah lebel tegangan atau arus agar dapat dibaca oleh processing. Beriku macam- macam komponen dari sensing:

 Current Transformer (CT)

Current Transformer (CT) atau trafo arus merupakan trafo yang digunakan sebagai penurun arus pada rangkaian tegangan tinggi ke level yang lebih rendah dengan tujuan untuk pengukuran.

(43)

43

 Potential Transformer (PT)

Potential Transformer (PT) atau trafo potensial adalah trafo yang digunakan sebagai penurun tegangan pada rangkaian tegangan tinggi ke level yang lebih rendah untuk tujuan pengukuran.

2. Processing (Rele Proteksi)

Gambar 7.2 Skema Rele Proteksi

Rele proteksi merupakan komponen pengaman yang berfungsi untuk mendeteksi atau merasakan adanya gangguan atau memberikan indikasi terjadi ketidaknormalan pada peralatan atau bagian sistem tenaga listrik.

Jika rele proteksi mendeteksi terjadinya kondisi tidak normal, maka rele akan mengirimkan perintah trip, lalu secara otomatis akan membuka pemutus tegangan (PMT) atau circuit breaker (CB) untuk mengisolir dan memisahkan bagian atau komponen dari sistem yang mengalami gangguan dengan memberikan isyarat berupa lampu atau alarm (bel) sebagai penanda telah terjadi gangguan.

Pada rele proteksi, terbagi menjadi beberapa jenis sesuai fungsinya antara lain:

 Overcurrent Relay,

 Differential Relay,

 Directional Relay,

 Distance Relay,

 Ground Fault Relay, Dll.

(44)

44 Pada praktikum ini, yang dijadikan batasan masalah adalah setting dan koordinasi overcurrent relay pada sistem tenaga listrik.

 Overcurrent Relay (OCR)

Overcurrent Relay merupakan rele proteksi yang berfungsi untuk mendeteksi terjadinya kenaikan arus yang melebihan nlai rating arus tertentu pada selang waktu yang ditentukan. Pada umumnya, Overcurrent Relay berfungsi untuk memproteksi peralatan listrik terhadap arus lebih yang disebabkan oleh gangguan hubung singkat.

Berdasarkan IEC, Overcurrent Relay memiliki beberapa karakteristik kerja berdasarkan kurva arus terhadap waktu, yaitu:

a. Instantaneous

Gambar 7.3 Kurva Instantaneous Relay

OCR Instantaneous berkerja tanpa ada waktu tunda yang di-setting (no intentional time delay). Rele ini akan memberi perintah kepada PMT pada saat terjadi gangguan bila besar arus ganggan lebih besar dari arus setting-nya. Waktu kerja rele dari saat instant pick up hingga closing contact hanya sekitar 20-60 ms.

b. Definite Time (DT)

Gambar 7.4 Kurva Definite Time Relay

(45)

45 Overcurrent Relay bekerja pada waktu yang telah ditentukan (Definite Time). Rele akan mengirimkan perintah trip saat arus yang melalui rangkaian melebihi nilai arus yang telah ditentukan dengan waktu tunda tertentu yang dapat diatur nilainya. Waktu tunda yang digunakan pada Overcurrent Relay Definite Time tidak bergantung pada besarnya arus yang menggerakkannya.

c. Inverse Time Overcurrent Relay

Gambar 7.5 Kurva Inverse Relay

Overcurrent Relay Inverse memiliki waktu kerja yang bergantung terhadap besar arus gangguan. Pada saat terjadi gangguan atau nilai arus melebihi batas yang telah ditentukan, rele ini akan memberikan perintah kepada Circuit Breaker (CB) dengan jeda waktu yang bersifat inverse atau kebalikan dengan besarnya arus gangguan.

Berdasarkan IEC 60255 terdapat beberapa beberapa karakteristik rele yaitu:

Gambar 7.6 Kurva Karakteristik Relay

(46)

46 3. Isolating

Pada bagian isolating, komponen yang digunakan yaitu berupa PMT (pemutus tegangan) atau Circuit Breaker (CB) dan Fuse. Berikut ini penjelasan lebih lanjutnya.

 Circuit Breaker (CB)

Berdasarkan IEV (International Electrotechnical Vocabulary), CB atau PMT merupakan komponen switching mekanis yang mampu menutup, membuka, mengalirkan, dan memutus arus beban dalam kondisi normal atau tidak normal seperti kondisi hubung singkat atau short circuit dalam waktu yang relatif cepat. Energi mekanik diperlukan untuk membuka kontak utama yang diperoleh dari gaya pegas. Saat PMT memutus atau menghubungkan arus listrik, akan muncul busur api yang dapat dipadamkan dengan menggunakan beberapa bahan seperti udara, gas, ruang vakum.

 Fuse

Fuse atau sekering merupakan komponen isolating berupa overcurrent dan overload protection dengan memanfaatkan arus berlebih menjadi panas yang dapat melelehkan kawat pada fuse.

e) Overcurrent Relay Data Table

Tabel 7.1 Tabel Data Relay

Secara umum, dalam proses pengaturan dan koordinasi relay, perlu memanfaatkan relay data table. Relay data table memerlukan beberapa data sebagai berikut:

1. Full Load Current (A)

Nilai Full Load Current didapatkan dari kondisi saat sistem dalam keadaan steady state dengan menjalankan analisa aliran daya.

(47)

47 2. Max Fault Current (kA)

Nilai Max Fault Current didapatkan dari kondisi saat sistem mengalami gangguan hubung singkat dengan menjalankan analisa short circuit pada rangkaian.

3. Pick-Up Current (Primary)

Nilai Pick-Up Current merupakan arus minimum yang diperlukan untuk rele untuk beroperasi. Menentukan pick-up current yaitu sebagai berikut:

( )

Keterangan:

𝑜 𝑛 𝑖 𝑛 ( )

𝑜 𝑛 ( )

𝑜 𝑛 𝑖 𝑜𝑝 𝑜 𝑝𝑖 𝑝 ( ) 4. Pick-Up Current (Secondary)

Nilai ini didapatkan dari pembagian antara nilai pick-up current primary dengan Current Transformer (CT) Ratio.

5. PSM (Plug Setting Multiplier)

Digunakan untuk mengatur level ketika OCR akan bekerja. Menentukan PSM yaitu sebagai berikut:

𝑛 ( )

𝑖 𝑝 𝑛 𝑖𝑚 6. TD (Time Dial)

Merupakan parameter waktu yang ditetapkan pada parameter proteksi kurva inverse dan penyesuaian waktu (atau kecepatan) dari mekanisme rele yang bergantung dari karakteristik kurva dari rele pada gambar, yaitu:

Persamaan (7.2)

(48)

48 Tabel 7.2 Tabel Karakteristik Tr/Tms (Operating Time)

Tabel 7.3 Tabel Karakteristik Persamaan Time Dial (TD)

Untuk mengisi relay data table, digunakan urutan seperti berikut:

a. Cari arus full load ( ) yang melewati masing – masing rele, berdasarkan studi aliran daya

b. Cari arus hubung singkat (Max Fault Current) ( ), berdasarkan studi hubung singkat

c. Tentukan rating current transformer (CT) d. Tentukan karakteristik rele (SI, VI, atau EI)

e. Hitung arus pick – up primer & sekunder CT berdasarkan rumus yang telah diberikan

f. Hitung plug setting multiplier (PSM) g. Tentukan operating time atau Tms h. Hitung Time Dial (TD)

(49)

49

3. Alat Bantu Praktikum

1. Laptop / Komputer 2. Software ETAP 19.0.1

4. Prosedur Percobaan

1. Buka software ETAP 19.0.1 2. Buka file, new project

3. Beri nama file sesuai yang diminta asisten

4. Susun rangkaian seperti yang diberikan oleh asisten

5. Jalankan Load Flow Analysis, catat besaran arus yang mengalir pada setiap bus.

6. Jalankan Short Circuit Analysis untuk gangguan 3 fasa, catat besaran arus gangguan yang terjadi pada setiap bus.

7. Tentukan rating CT dengan melihat dari hasil Load Flow analysis.

8. Create Star View untuk SLD yang telah dibuat pada menu Star-Protective Device.

9. Hitung data terlebih dahulu pada relay data setting table pada file Relay setting table.xls.

10. Lakukan pengaturan dari hasil relay data setting table pada kurva TCC sedemikian rupa sehingga memenuhi prinsip-prinsip sistem proteksi.

11. Isi lembar data percobaan.

12. Plot Kurva TCC pada lembar data percobaan.

(50)

50

MODUL 8

ANALISIS KESTABILAN SISTEM TENAGA LISTRIK

1. Tujuan Praktikum

1. Memahami konsep dari kestabilan sistem tenaga listrik.

2. Mengetahui dan memahami klasifikasi stabilitas sistem tenaga listrik.

3. Mempelajari dan menganalisis pengaruh gangguan besar terhadap kestabilan sistem tenaga listrik.

4. Mempelajari dan menganalisis pengaruh Governor dan AVR dalam penanggulangan gangguan kestabilan sistem tenaga listrik.

5. Mensimulasikan analisis kestabilan sistem tenaga listrik menggunakan perangkat lunak DIgSILENT Power Factory

6. Menganalisis pengaruh gangguan besar terhadap kestabilan sistem tenaga listrik menggunakan perangkat lunak DIgSILENT Power Factory

2. Dasar Teori

Sistem tenaga listrik merupakan sistem yang terintegrasi yang terdiri atas subsistem yaitu pembangkit, transmisi, dan distribusi yang terhubung secara interkoneksi yang bertujuan untuk memenuhi kebutuhan beban listrik secara efisien dengan mempertimbangkan sasaran operasi tenaga listrik terhadap sisi ekonomi, keandalan, dan kualitas yang baik. Sesuai dengan tujuan operasi sistem tenaga listrik, suatu sistem harus memiliki keandalan yang baik yaitu dapat memenuhi permintaan beban secara menyeluruh dan berkala dari waktu ke waktu yang jika terjadi gangguan, dapat diatasi secepatnya.

Stabilitas sistem tenaga listrik adalah kemampuan dari suatu sistem tenaga listrik untuk mencapai kondisi kesetimbangan kembali setelah terjadi gangguan pada sistem tenaga dan seluruh komponen yang terhubung kecuali komponen yang dinonaktifkan untuk mengisolasi instalasi yang mengalami gangguan. Setelah terjadi gangguan, sistem yang stabil dapat kembali ke kondisi tegangan dan aliran daya yang dapat diterima di seluruh sistem atau mencapai suatu keadaan kesetimbangan baru dengan semua komponen yang masih terhubung. Sistem yang tidak stabil dapat menyebabkan perbedaan sudut rotor antar generator yang cukup besar atau penurunan tegangan secara signifikan.

(51)

51 Ketidakstabilan ini dapat menyebabkan suatu pembangkit keluar (outage) dari suatu sistem tenaga listrik, sehingga dibutuhkan analisa stabilitas peralihan (transien).

Analisa kestabilan pada sistem tenaga listrik dapat digolongkan ke dalam tiga jenis, yaitu:

1) Kestabilan Keadaan Tunak (Steady-State Stability) 2) Kestabilan Dinamis (Dynamic Stability)

3) Kestabilan Peralihan (Transient Stability)

Selain itu, kestabilan sistem tenaga listrik dapat diklasifikasikan menjadi tiga bagian utama, yaitu kestabilan sudut rotor, kestabilan frekuensi, dan kestabilan tegangan.

Gambar 8.1 Klasifikasi Stabilitas

Menurut waktu terjadinya ketidakstabilan, maka dapat dibagi menjadi 3 kategori utama, yaitu stabilitas jangka pendek (0-10 detik), stabilitas jangka menengah (10 detik – 2 menit) dan juga stabilitas jangka panjang (2 – 10 menit).

a)

Kestabilan Sudut Rotor

Kestabilan sudut rotor merupakan kemampuan dari mesin atau generator sinkron yang saling terkoneksi pada suatu sistem tenaga listrik untuk tetap berada dalam keadaan sinkron (stabil). Hal ini bergantung pada kemampuan untuk menjaga atau mengembalikan ke keadaan setimbang antara torsi elektromagnetik dengan torsi mekanis dari setiap mesin atau generator sinkron pada sistem tenaga listrik. Permasalahan stabilitas melibatkan studi