1. analisa sistem tenaga

7/21/2019 1. Analisa Sistem Tenaga

1/15

PT. PLN (Persero) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Analisa Sistem Tenaga

1. ANALISA SISTEM TENAGA

1.1. PENDAHULUAN

Dalam sistem tenaga, yang perlu diketahui dalam analisanya adalah :

Analisa aliran daya

Analisa hubung singkat

Analisa stabiltas sistem

Analisa aliran daya, yang dipelajari adalah aliran arus beban yang

mungkin mengalir di tiap cabang di dalam network, baik aliran daya pada cabang

Trafo, Distribusi, Transmisi maupun yang mengalir dari Pembangkit dan bebanyang tersebar didalam sistem. Analisa ini dilakukan untuk mengetahui apakah

peralatan listrik akan mengalami beban lebih sebelum beban itu mengalir padanya

sebelum kejadian yang sesungguhnya.

Analisa hubung singkat adalah analisa yang mempelajari kontribusi arus gangguan

hubung singkat yang mungkin mengalir pada setiap cabang didalam sistem di

jaringan distribusi, transmisi, trafo tenaga atau dari pembangkit! sewaktu gangguan

hubung singkat yang mungkin terjadi didalam sistem tenaga listrik. Tidak saja besar

arus kontribusi yang dihitung, tetapi juga besarnya tegangan yang terjadi padasetiap "ode pada saat gangguan hubung singkat tersebut.

Analisa stabilitas sistem, analisa yang mempelajari kelakuan system

dimana terjadi pergeseran besaran listrik berupa frekwensi, tegangan dan arus pada

beberapa pembangkit yang dihubungkan oleh jaringan sewaktu terjadi perubahan.

#eadaan ini terjadi akibat lepasnya pembangkit besar didalam sistem, sesaat

setelah terjadi gangguan hubung singkat atau masuknya beban besar kedalam

sistem.

Pada kesempatan ini, analisa sistem tenaga yang ada hubungan dengan bidang

proteksi adalah analisa yang hasilnya sangat diperlukan oleh peralatan

proteksi yaitu Analisa $ubung %ingkat. &esaran arus dan tegangan yang

didapat dari hasil analisa ini yang dimanfaatkan oleh peralatan proteksi.

Berbagi Dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan

'


2/15


Analisa stabilitas sistem tidak dibahas dalam kesempatan ini walaupun analisa ini

juga perlu dilakukan untuk mengetahui bagaimana reaksi peralatan proteksi bila

terjadi guncangan didalam sistem tenaga listrik.

1.2. ANALISA HUBUNG SINGKAT

Analisa hubung singkat yang mungkin terjadi pada setiap titik didalam sistem! yang

dipelajari terutama adalah besarnya kontribusi arus gangguan hubung singkat pada

setiap cabang bisa di Transmisi, Distribusi, Trafo maupun dari %umber pembangkit!

disamping perlu diketahuinya pula besar tegangan pada setiap "ode. &esar arus

dan atau tegangan hasil analisa inilah yang diperlukan oleh engineer proteksi untuk

penyetelan proteksi, sehingga bila gangguan hubung singkat itu benar(benar terjadi

didalam sistem, peralatan proteksi dapat bekerja mengamankan bagian sistem yangterganggu sesuai yang diharapkan.

)angguan yang mungkin terjadi didalam sistem * fasa adalah :

)angguan * fasa.

)angguan + fasa ketanah !

)angguan satu fasa ketanah.

Gangguan 3 fasa,kemungkinan terjadinya adalah dari sebab putusnya salah satu

kawat fasa yang letaknya paling atas pada transmisi distribusi dengan konfigurasi

kawat antar fasanya disusun secara -ertikal. #emungkinan terjadinya memang

sangat kecil, tetapi dalam analisanya tetap harus diperhitungkan.

#emungkinanan lain adalah akibat pohon yang cukup tinggi berayun sewaktu tertiup

angin kencang sehingga menyentuh ketiga kawat fasa transmisi atau distribusi.

Gangguan 2 fasa,kemungkinan terjadinya bisa disebabkan oleh putusnya kawat

fasa tengah pada transmisi distribusi dengan konfigurasi tersusun -ertikal.

#emungkinan lain adalah dari sebab rusaknya isolator di transmisi distribusi

sekaligu dua fasa. )angguan seperti ini biasanya menjadi gangguan dua fasa

ketanah. Atau bisa juga akibat back flasho-er antara tiang dan dua kawat fasasekaligus sewaktu tiang transmisi distribusi yang mempunyai tahanan kaki tiang

yang tinggi tersambar petir, dan lain(lain.


+


3/15


Gangguan satu fasa ketanah, kemungkinan terjadinya adalah akibat back

flasho-er antara tiang ke salah satu kawat fasa transmisi distribusi sesaat setelah

tiang tersambar petir yang besar, walaupun tahanan kaki tiangnya cukup rendah.

&isa juga gangguan satu fasa ketanah terjadi sewaktu salah satu kawat fasa

transmisi distribusi tersentuh pohon yamg cukup tinggi, dan lain(lain.

%esungguhnya hampir setiap macam gangguan hubung singkat * fasa, + fasa atau

satu fasa ketanah ! melalui suatu nilai tahanan gangguan yang terbentuk oleh arcing

A/!. Tetapi dalam analisa hubung singkat selalu perhitungan arus gangguan

hubung singkat dengan menganggap tahanan gangguan 0 1 nol! untuk

memudahkan perhitungan, karena kesulitan untuk menentukan besarnya A/

yang setepatnya.

2leh sebab itulah dalam penyetelan(penyetelan elai proteksi atau karakteristikelai proteksi yang dibuat oleh suatu pabrik selalu memperhitungkan agar dapat

menampung A/ terbesar yang mungkin terjadi untuk masing(masing macam

gangguan.

Pendahulu(pendahulu kita telah mempelajari, meneliti dan menemukan rumus(

rumus perhitungan arus gangguan hubung singkat * fasa, + fasa atau satu fasa

ketanah pada sistem * fasa. Penyelesaian pada masalah di sistem * fasa dengan

menerapkan logika satu fasa.

Dalam sekolah(sekolah tinggi, mahasiswa diajarkan menggunakan bentuk rumus(

rumus yang harus digunakan untuk masing(masing gangguan hubung singkat.

Pada kesempatan ini, dicoba menjelaskan datangnya beberapa rumus yang selama

ini digunakan, agar rumus itu tidak perlu dihafalkan karena difahami.

1.2.1. Gangguan 3 fasa

Telah dikenal baik oleh para engineer dalam analisa hubung singkat bahwa

gangguan * fasa dihitung dengan menggunakan rumus sederhana seperti yang

digunakan pada rumus satu fasa yang pada dasarnya adalah hukum 2hm.

! " I # $ %

Dalam sistem tiga dikenal dengan adanya 3mpedansi 4rutan Positif 5' !, 4rutan

"egatif 5+ ! dan 4rutan "ol 51 !.


*


4/15


Dalam pembahasan gangguan * fasa, arus gangguannya dihitung dengan rumus

sebagai berikut :

6 7A%A

3 *7A%A0 5 '

Dimana :

3 * 7A%A0 besar arus yang mengalir pada setiap fasa sewaktu terjadi gangguan

hubung singkat di suatu titik di dalam sistem dalam Amper!.

6 7A%A 0 besar tegangan tiap fasa terhadap netral sistem dalam -olt!.

5' 0 3mpedansi eki-alen urutan positif. Dikatakan eki-alen karena mewakili

seluruh impedansi didalam sistem yang terhubung seri atau paralel dari

sejak sumber sampai dengan titik gangguan.

&agaimana rumus tersebut dapat terbentuk menjadi demikian, berikut ini dicoba

menelaahnya dengan maksud agar mudah memahaminya sehingga tidak perlu

menghapalnya tetapi cukup dengan mengerti dan mengingat dari mana datangnya.

#ita tahu bahwa besar tegangan sistem tiga fasa dalam keadaan seimbang adalah

sama besar, hanya sudut fasanya berbeda '+18, seperti digambarkan gambar '.'!

sebagai berikut :

)ambar '.': 9ektor tegangan yang dinduksikan )enerator

#alau salah satu fasa dari sistem tiga fasa tersebut diatas misalkan fasa A!

dibebani suatu impedansi 5, maka gambar rangkaiannya seperti terlihat pada

gambar '.+. sebagai berikut :



5/15


)ambar '.+: Pembebanan impedansi 5

Arus yang mengalir pada impedansi 5 tersebut adalah sebesar :

EA

IA" $

4raian yang sama, tetapi fasa yang dibebani dengan impedansi 5 adalah fasa &,

maka gambar rangkaiannya seperti terlihat pada gambar '.*, dibawah ini :

Gambar 1.3: Arah arus dari asa B

Arus yang mengalir di impedansi tersebut adalah :

EBIB"

$

Demikian pula apabila fasa / yang dibebani dengan impedansi 5, dibawah ini

adalah gambar rangkaiannya.

)ambar '.: Arah arus dari fasa /


;


6/15


Arus yang mengalir di impedansi tersebut adalah :

E&I&"

$

#arena tegangan 6A, 6&, dan 6/ adalah sama besar, kecuali arah -ektornya

berbeda '+18 maka besar 3A, 3&dan 3 /juga sama besarnya kecuali arah -ektornya

yang juga berbeda '+18 karena impedansi 5 nya sama besar.

&ila digabungkan ketiga fasa beban(beban tersebut, maka gambarnya dapat dilihat

pada gambar berikut.

Gambar 1.!: Beban untuk rangkaian 3 asa

Arus masing(masing fasa mengalir keluar, dalam gambar '.; diatas seperti arah

tegangan yang d3nduksikan di generator dalam arti tidak melawan arah tegangan

yang dibangkitkan! dan bertemu disatu titik untuk kembali ke netral dengan nilai

arus sebesar 3A


7/15


#alau kita jumlahkan -ektor arus ini, maka jumlahnya sebagai berikut :

#embali kepada gambar pembebanan tiga fasa lihat gambar 3.;!, dengan

impedansi 5, maka :


?


8/15


%ehingga gambarnya dapat dibuat sebagai berikut:

)ambar '.>: Arah arus dari masing(masing fasa

)ambar '.>, ini mirip dengan kejadian gangguan tiga fasa, dimana ketiga arus fasa

yang mengalir di masing(masing impedansi 5 tidak ada yang melawan ggl 6A, 6&

dan 6/ yang dibangkitkan, sehingga diartikan pada arah positif. Demikian pula

impedansi yang menghambat arus itu diartikan impedansi positif.

Dengan demikian dapat dimengerti bahwa arus gangguan tiga fasa dihitung

dengan rumus :

E 'ASA Pada masing(masing 7asanyaI3'ASA "

$1

%edang impedansi 5' adalah impedansi urutan positif dari seluruh rangkaian

didalam sistem, baik yang tersambung seri ataupun paralel yang disederhanakan

menjadi satu nilai eki-alen sebesar 5'.


@


9/15


1.2.2. Gangguan 2 'asa

&ila pada sistem tiga fasa, dua fasanya dibebani suatu impedansi 5 pada masing(

masing fasanya kemudian dihubungkan pada ujung yang lain sehingga

membentuk sambungan beban dua fasa seperti pada gambar '.?, berikut ini:

isalkan impedansi 5 dimaksud terhubung pada fasa A dan &.

)ambar '.?: Pembebanan + fasa pada rangkaian * fasa

Pada gambar 3.?, diatas jelas bahwa arus yang mengalir pada rangkaian tertutup

adalah di fasa A mengalir arus 3A , di fasa & mengalir arus 3& dimana 3A 03& 0 3,

dengan sumber tegangan fasa A(& yang besarnyaEAB= 3 * EA.

#alau kita perhatikan arus 3A yang mengalir di impedansi 5! keluar dari fasa A

urutannya sama dengan urutan ggl fasa A positif! sehingga impedansi 5 yang

menghambat aliran arus itu dapat disebut dengan impedansi urutan positif 5'!,

sementara 3& yang mengalir kembali kesumber lewat impedansi 5 di fasa &!

terlihat melawan urutan ggl yang dibangkitkan difasa & negatif!, sehingga boleh

kita katakan bahwa impedansi yang menghambat aliran arus difasa & disebut

dengan impedansi urutan negatif 5+, impedansi yang melawan urutan ggl yang

dibangkitkan difasa &!. Dari gambar 3.? direprementasikan ke gambar 3.@, saat fasa

A dan fasa & terhubung, terbentuk -ektor antara arus urutan positif dan negatif di

fasa A dan fasa &. Dimana urutan posistif di fasa A akan berbeda sudut '+1 1

dengan urutan di fasa & begitu juga untuk urutan negatifnya.


B


10/15


)ambar 3.@: 9ektor arus urutan positif dan negatif

$ubungan impedansi 5' dan 5+ didalam rangkaian diatas adalah terseri, sehingga

besarnya impedansi yang menghubungkan antara fasa A dan & adalah sebesar

5' < 5+.

%ehingga arus yang mengalir antara fasa A dan & itu dihitung dengan rumus

sederhana satu fasa adalah sebagai berikut,

EABI "

$1( $2

#alau impedansi 5'yang tersambung di fasa A dan 5+yang tersambung di fasa &

merupakan impedansi didalam jaringan dan diujung impedansi itu dihubungkan

langsung, maka terbentuklah suatu sistem tiga fasa yang sedang mengalami

gangguan hubung singkat dua fasa.

Dengan berpedoman seperti uraian diatas, maka arus gangguan dua fasa dapat

dihitung dengan menggunakan rumus tersebut yaitu C


'1


11/15


3mpedansi 51dan 52adalah impedansi urutan positif dan impedansi urutan negatif

dari seluruh impedansi masing(masing urutan didalam sistem, baik yang

tersambung seri dan atau paralel yang disederhanakan menjadi impedansi

eki-alen urutan positif dan impedansi eki-alen urutan negatif.

1.2.3. Gangguan 1 'asa Ketanah

&ila dalam sistem * fasa, salah satu fasanya fasa A! dibebani oleh suatu

impedansi 5, sumber yang berperan dalam pembebanan ini adalah tegangan fasa

A! yang dibebani tersebut.

Pertama kali arus yang mengalir akan melalui hambatan impedansi yang

urutannya sama dengan urutan tegangan fasa A! yang dibebani tersebut, seperti

yang dijelaskan pada uraian mendapatkan perhitungan hubung singkat tiga fasa,impedansi itu adalah impedansi urutan positif.

Arus yang mengalir tersebut urutan positif! didalam kumparan generator

membangkitkan flu yang mengalir di inti besi generator

#emana berputarnya flu tersebut, lihat gambar 3.B dibawah ini :

)ambar '.B: 7lu yang timbul dari fasa A


''


12/15


Akibatnya di kumparan fasa & dan / tersebut akan terinduksi yang melawan ggl

yang dibangkitkan di fasa tersebut. Artinya pada kondisi ini terdapat arus yang

melawan tegangan yang dibangkitkan sehingga bisa dikatakan ada hambatan

impedansi dan biasa disebut dengan impedansi urutan negatif berlawanan! yang

terhubung seri dengan impedansi urutan pusitif.

)ambar '.'1: 9ektor arusurutan positif, negatif dan "ol

%eperti diketahui, di fasa yang tidak dibebani & dan / ! pada kenyataannya tidak

ada arus yang keluar daripadanya karena tidak dibebani. 2leh sebab itu ada arus

lain yang mengkompensir arus urutan negatif itu di fasa & dan / sehinggajumlahnya sama dengan nol. Akibatnya di fasa tersebut arus yang mengalir seolah

melalui hambatan 3mpedansi lain yang biasa disebut dengan 3mpedansi urutan nol,

yang hubungannya terseri juga.

Arus(arus ini pada fasa & dan fasa / akan membentuk -ektor sama sisi, yang

saling menghilangkan, sehingga arus urutan positif, negatif dan "ol hanya mengalir

pada fasa A yaitu: 31, 32dan 30.

Arus difasa yang dibebani fasa A!, semua arus itu searah, sehingga arus yang

mengalir pada impedansi adalah 3 0 31< 32< 30#arena 3 0300 310 32, maka 3 0 *E30danmasing(masing urutan itu dapat dihitung dengan dengan rumus :


'+


13/15


1.3. K)NT*IBUSI A*US &ABANG DAN TEGANGAN N)DE.

Dari besarnya arus gangguan hubung singkat yang dihitung, baik untuk gangguan

satu fasa ketanah, dua fasa atau tiga fasa ketanah, dapat dihitung kontribusi arus

gangguan pada masing(masing cabang dan tegangan "ode.

"amun untuk menghitung besarnya kontribusi arus maupun tegangan pada tiap

node, dengan berdasarkan prinsip olahan urutan pada butir 3 diatas, kita perlu

mencari dahulu besarnya tiap arus urutan positif, negatif dan nol.

Telah diuraikan diatas bahwa pada generator tiga fasa , tegangan yang dibangkitkan

oleh fluks medan magnit! yang memotong kumparan fasa adalah sebagai sumber

yang mendorong adanya arus pada kondisi pembebanan normal dimana arus yang

keluar dari sumber tegangan pada beban normal seimbang pada ketiga fasanya!

adalah arus yang urutannya sama dengan yang tegangan yang dibangkitkan yaitu

urutan positif.

Tegangan urutan positif secara umum dihitung dengan rumus sebagai berikut :

Fang kalau digambarkan seperti gambar '.'', rangkaiannya adalah sebagai berikut :


'*


14/15


)ambar '.'': Arah tegangan yang dibangkitkan generator

4ntuk beban seimbang pada ketiga fasanya atau gangguan tiga fasa ketanah!

maka dapat dikatakan 91dititik bintang beban atau dititik gangguan tiga fasa sama

dengan nol, sehingga 51yang tergambar adalah 5 beban atau 51jaringan.

Pada kondisi gangguan hubung singkat, 51seperti yang terlihat pada gambar adalah

suatu nilai 3mpedansi urutan positif eki-alen dari suatu rangkaian didalam sistem.

&isa saja sebelum menjadi satu impedansi eki-alen, rangkaian impedansi semula

berupa rangkaian seri dan paralel seperti gambar '.'+, sebagai berikut.

)ambar '.'+: angkaian impedansi 51urutan positif!

Dengan percabangan seperti gambar, dan menggunakan hukum 2hm, besar

tegangan dan besar arus cabang dapat dihitung.

%elanjutnya untuk besaran urutan negatif juga harus dihitung dengan cara yang

sama tetapi dengan rumus :

Dan rangkaiannya mirip dengan rangkaian urutan positif, kecuali sumber tegangan

seperti gambar '.'*, berikut.


'


15/15


)ambar '.'*: angkaian pada urutan negatif

&isa saja sebelum menjadi satu impedansi eki-alen, rangkaian impedansi semula

berupa rangkaian seri dan paralel seperti gambar berikut :

)ambar '.': angkaian impedansi 5+urutan negatif!

Dengan cara yang sama dicari pula untuk besaran urutan "ol yang rumusnya :

&esarnya tegangan fasa dimasing(masing node dapat dihitungan dengan

menggunakan rumus :

Demikian juga arus masing(masing fasa dapat dihitung dengan cara yang sama

seperti berikut :

Dimana faktor a 0 ( 1.; < j G * dan a+ 0 ( 1.; ( j G *.


';

1. analisa sistem tenaga

Documents