Analisis Gangguan Hubung Singkat untuk Penentuan Breaking

Analisis Gangguan Hubung Singkat untuk Penentuan Breaking Capacity
Pada Penyulang Kutai, Ludruk, dan Reog di GIS Gambir Lama
Ir. I Made Ardita Y, M.T.1, Farekh Huzair2
Departemen Teknik Elektro, Universitas Indonesia, Depok 16424
Tel: (021) 78888805. Fax: (021) 78885656
Email: [email protected], [email protected]
Abtrak Dalam sistem tenaga listrik sering terjadi gangguan-gangguan yang dapat mengakibatkan terganggunya
pendistribusian tenaga listrik kekonsumen. Dimana gangguan adalah penghalang dari suatu sistem yang sedang
beroperasi atau suatu keadaan dari sistem tenaga listrik yang menyimpang dari kondisi normal. Sehingga dalam
suatu sistem tenaga listrik dibutuhkan sistem proteksi, dimana salah satu bagian dalam sistem proteksi adalah
penggunaan circuit breaker untuk meminimalkan dampak yang terjadi akibat gangguan. Dimana dalam penulisan
ini dilakukan observasi di PT. PLN Area Pengatur Distribusi (Area Menteng) untuk mengetahui besarnya arus
gangguan hubung singkat pada sistem distribusi di Penyulang Kutai, Ludruk, dan Reog pada GIS Gambir Lama
yang mana nantinya akan digunakan sebagai penentuan breaking capacity dalam sistem distribusi tersebut, serta
mengetahui perencanaan peralatan instalasi tenaga listrik seperti pemilihan spesifikasi pengaman (circuit
breaker). Dimana data-data jaringan distribusi yang didapatkan kemudian disimulasikan dengan menggunakan
software ETAP 7.0. dengan menganalisa gangguan hubung singkat pada sistem jaringan distribusi tersebut. Dari
hasil simulasi didapatkan bahwa pada Gardu Induk GIS Gambir Lama sebaiknya digunakan circuit breaker
dengan In = 1250 A dan rated breaking capacity 25 kA, dan Gardu Distribusi di Penyulang Kutai, Ludruk, dan
Reog serta Gardu Hubung sebaiknya menggunakan circuit breaker dengan In = 1250 A dan rated breaking
capacity 20 kA, agar mampu menahan arus gangguan hubung singkat maksimum tiga fasa (½ Cycle) apabila
terjadinya gangguan.
Analysis of Short Circuit for the Determination of Breaking Capacity at Feeders Kutai,
Ludruk, and Reog in GIS Gambir Lama.
Abstract
In a power system often occur disturbances that can lead to disruption of power distribution to consumer.
Where is the disruption of the barrier system in operation or a state of a power system that deviate from normal
conditions. Thus, in an electric power system protection systems are needed, where one part of the protection
system is the use of circuit breakers to minimize the impact caused by interference. Where in this paper will be
observed in the PT. PLN Area Pengatur Distribusi (Area Menteng) to determine the short circuit fault current on
the feeder distribution system in Kutai, Ludruk, and Reog in GIS Gambir Lama which will be used as a
determination of the breaking capacity of the distribution system, and to know the power plant equipment
planning such as the selection of electrical safety specifications (circuit breaker). Where the data obtained
distribution network then simulated using ETAP software 7.0. by analyzing the short circuit on the distribution
network system. From the simulation results showed that GIS Gambir Lama substation circuit breaker should be
used with In = 1250 A and a rated breaking capacity 25 kA, and distribution substation in feeders Kutai, Ludruk,
and Reog and Connecting Substation should use a circuit breaker with In = 1250 A and rated breaking capacity
20 kA, to be able to withstand the maximum short circuit current of three-phase (½ Cycle) if the disruption.
Keywords: Short circuit, Rated breaking capacity
1
Analisis Gangguan..., Farekh Huzair, FT UI, 2014
Universitas Indonesia
2
Pendahuluan
Pada sistem distribusi terdapat dua bagian, yaitu distribusi primer yang mempergunakan
tegangan menegah dan distribusi sekunder yang mempergunakan tegangan rendah. Dalam
sistem tenaga listrik sering terjadi gangguan-gangguan yang dapat mengakibatkan
terganggunya pendistribusian tenaga listrik kekonsumen. Gangguan adalah suatu keadaan dari
sistem tenaga listrik yang menyimpang dari kondisi normal. Berdasarkan kesimetrisannya
gangguan terbagi menjadi dua yaitu, gangguan asimetris dan simetris. Tujuan dari penulisan
ini adalah untuk menentukan breaking capacity dari circuit breaker pada sistem distribusi di
Penyulang Kutai, Ludruk, dan Reog pada GIS Gambir Lama dengan menganalisa besarnya
arus gangguan hubung singkat maksimum dalam sistem distribusi tersebut. Dimana batasan
masalah dalam penulisan ini adalah pada analisa gangguan hubung singkat tiga fasa disisi
tegangan menengah 20 kV (distribusi primer) untuk penentuan breaking capacity dalam
sistem jaringan distribusi pada konfigurasi spindel di Penyulang Kutai, Ludruk, dan Reog
dengan menggunakan software ETAP 7.0 standard IEC (50Hz).
Gangguan Hubung Singkat
Dalam proteksi sistem tenaga listrik, sangat penting untuk mengetahui distribusi arus
dan tegangan di berbagai tempat sebagai akibat timbulnya gangguan. Karakteristik kerja rele
proteksi dipengaruhi oleh besaran energi yang dimonitor oleh rele seperti arus atau tegangan.
Dengan mengetahui distribusi arus dan tegangan di berbagai tempat maka seorang insinyur
proteksi dapat menentukan setelan (setting) untuk rele proteksi dan rating dari pemutus
tenaga/circuit breaker (CB) yang akan digunakan. Gangguan hubung singkat dapat
diklasifikasi menjadi empat jenis yaitu:
1.
Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah
Gangguan yang sering terjadi pada sistem tenaga listrik merupakan gangguan asimetris
sehingga memerlukan metode komponen simetris untuk menganalisa tegangan dan arus pada
saat terjadinya gangguan. Gangguan yang terjadi dapat dianalisa dengan menghubung-singkat
semua sumber tegangan yang ada pada sistem dan mengganti titik (node) gangguan dengan
sebuah sumber tegangan yang besarnya sama dengan tegangan sesaat sebelum terjadinya
gangguan di titik gangguan tersebut. Dengan menggunakan metode ini sistem tiga fasa tidak
seimbang dapat direpresentasikan dengan menggunakan teori komponen simetris yaitu
berdasarkan komponen urutan positif, komponen urutan negatif dan komponen urutan nol.
Analisis Gangguan..., Farekh Huzair, FT UI, 2014
Universitas Indonesia
3
Untuk setiap jenis gangguan, digunakan persamaan dibawah ini bersama dengan persamaan
yang melukiskan pada gangguan tersebut Ia1 dengan Vf, Z1, Z2, dan Z0 sebagai suku-sukunya.
⎡Va0 ⎤ ⎡0 ⎤ ⎡ Z 0
⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢
⎢Va1 ⎥ = ⎢Vf ⎥ − ⎢ 0
⎢⎣Va2 ⎥⎦ ⎢⎣0 ⎥⎦ ⎢⎣ 0
0
Z1
0
0 ⎤ ⎡ Ia0 ⎤
0 ⎥⎥ ⎢⎢ Ia1 ⎥⎥
Z 2 ⎥⎦ ⎢⎣ Ia2 ⎥⎦
(1)
Gambar 1. Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah
dengan Ib = 0 dan Ic = 0 komponen simetris arus diberikan oleh
⎡ Ia0 ⎤
⎡1 1
⎢ Ia ⎥ = 1 ⎢1 a
⎢ 1 ⎥ 3 ⎢
⎢⎣ Ia2 ⎥⎦
⎢⎣1 a 2
1 ⎤ ⎡ Ia ⎤
a 2 ⎥⎥ ⎢⎢0 ⎥⎥
a ⎥⎦ ⎢⎣0 ⎥⎦
sehingga Ia0 , Ia1 , Ia2 masing - masing sama dengan
(2)
Ia
dan
3
Ia1 = Ia2 = Ia0
(3)
dengan menggantikan Ia2 dan Ia0 dengan Ia1 didapatkan
⎡Va0 ⎤ ⎡0 ⎤ ⎡ Z 0
⎢Va ⎥ = ⎢Vf ⎥ − ⎢ 0
⎢ 1 ⎥ ⎢ ⎥ ⎢
⎢⎣Va2 ⎥⎦ ⎢⎣0 ⎥⎦ ⎢⎣ 0
0
Z1
0
0 ⎤ ⎡ Ia1 ⎤
0 ⎥⎥ ⎢⎢ Ia1 ⎥⎥
Z 2 ⎥⎦ ⎢⎣ Ia1 ⎥⎦
(4)
sehingga diperoleh,
Va0 + Va1 + Va2 = − Ia1Z0 + Vf − Ia1Z1 − Ia1Z 2 (5)
karena Va = Va0 + Va1 + Va2 = 0 sehingga didapatkan
Ia1 =
Vf
Z 0 + Z1 + Z 2
(6)
Analisis Gangguan..., Farekh Huzair, FT UI, 2014
Universitas Indonesia
4
Keterangan :
Vf = Tegangan di titik gangguan sesaat sebelum terjadinya gangguan
Z 0 = Impedansi urutan nol dilihat dari titik gangguan
Z1 = Impedansi urutan positif dilihat dari titik gangguan
Z 2 = Impedansi urutan negatif dilihat dari titik gangguan
2.
Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa
Gambar 2. Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa
dengan Vb = Vc komponen - komponen simetris tegangan diberikan oleh
⎡Va0 ⎤
⎡1 1
⎢Va ⎥ = 1 ⎢1 a
⎢ 1 ⎥ 3 ⎢
⎢⎣Va2 ⎥⎦
⎢⎣1 a 2
1 ⎤ ⎡Va ⎤
a 2 ⎥⎥ ⎢⎢Vb ⎥⎥
a ⎥⎦ ⎢⎣Vb ⎥⎦
(7)
diperoleh
Va1 = Va2
(8)
karena Ib = − Ic dan Ia = 0 komponen - komponen simetris arus diberikan oleh,
⎡ Ia0 ⎤
⎡1 1
⎢ Ia ⎥ = 1 ⎢1 a
⎢ 1 ⎥ 3 ⎢
⎢⎣ Ia2 ⎥⎦
⎢⎣1 a 2
1 ⎤ ⎡0 ⎤
a 2 ⎥⎥ ⎢⎢ − Ic ⎥⎥
a ⎥⎦ ⎢⎣ Ic ⎥⎦
(9)
diperoleh
Ia0 = 0
Ia2 = Ia1
(10)
dengan suatu sambungan dari netral sumber ketanah, Z 0 adalah terbatas (finite) sehingga,
Va0 = 0
(11)
dengan menggantikan
⎡0 ⎤ ⎡0 ⎤ ⎡ Z 0
⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢
⎢Va1 ⎥ = ⎢Vf ⎥ − ⎢ 0
⎢⎣Va1 ⎥⎦ ⎢⎣0 ⎥⎦ ⎢⎣ 0
0
Z1
0
0 ⎤ ⎡0 ⎤
0 ⎥⎥ ⎢⎢ Ia1 ⎥⎥
Z 2 ⎥⎦ ⎢⎣ − Ia1 ⎥⎦
(12)
diperoleh
Analisis Gangguan..., Farekh Huzair, FT UI, 2014
Universitas Indonesia
5
0 = Vf − Ia1Z1 − Ia2 Z 2
(13)
sehingga didapatkan
Ia1 =
Vf
Z1 + Z 2
(14)
Keterangan
Vf = Tegangan di titik gangguan sesaat sebelum terjadinya gangguan
Z1 = Impedansi urutan positif dilihat dari titik gangguan
Z 2 = Impedansi urutan negatif dilihat dari titik gangguan
Pada gangguan hubung singkat fasa ke fasa, arus saluran tidak mengandung komponen urutan
nol dikarenakan tidak ada gangguan yang terhubung ke tanah.
3.
Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa ke Tanah
Gambar 3. Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa ke Tanah
dengan Vb = 0 dan Vc = 0 , komponen – komponen simetris tegangan diberikan oleh
⎡Va0 ⎤
⎡1 1
⎢Va ⎥ = 1 ⎢1 a
⎢ 1 ⎥ 3 ⎢
⎢⎣Va2 ⎥⎦
⎢⎣1 a 2
1 ⎤ ⎡Va ⎤
a 2 ⎥⎥ ⎢⎢0 ⎥⎥
a ⎥⎦ ⎢⎣0 ⎥⎦
sehingga Va0 , Va1 , Va2 masing - masing sama dengan
(15)
Va
dan
3
Va1 = Va2 = Va0
(16)
dengan menggantikan Va1 , Va2 , dan Va0 dengan Vf − Ia1Z1 dan mengalikan kedua sisinya
dengan Z −1 , dimana
Analisis Gangguan..., Farekh Huzair, FT UI, 2014
Universitas Indonesia
6
Z
−1
⎡ Z 0
= ⎢⎢ 0
⎢⎣ 0
0
Z1
0
⎡ 1
⎢
−1
⎢ Z 0
0 ⎤
⎢
0 ⎥⎥ = ⎢ 0
⎢
Z 2 ⎥⎦
⎢
⎢ 0
⎣
0
1
Z1
0
⎤
0 ⎥
⎥
⎥
0 ⎥
⎥
1 ⎥
⎥
Z 2 ⎦ (17)
diperoleh
⎡ 1
⎢
⎢ Z 0
⎢
⎢ 0
⎢
⎢
⎢ 0
⎣
0
1
Z1
0
⎤
⎡ 1
0 ⎥
⎢
⎥ ⎡Vf − Ia1Z1 ⎤ ⎢ Z 0
⎥
⎢
0 ⎥ ⎢⎢Vf − Ia1Z1 ⎥⎥ = ⎢ 0
⎥ ⎢Vf − Ia Z ⎥ ⎢
1 1 ⎦
⎣
⎢
1 ⎥
⎥
⎢ 0
Z 2 ⎦
⎣
0
1
Z1
0
⎤
0 ⎥
⎥ ⎡0 ⎤ ⎡ Ia0 ⎤
⎥
0 ⎥ ⎢⎢Vf ⎥⎥ − ⎢⎢ Ia1 ⎥⎥
⎥ ⎢0 ⎥ ⎢ Ia ⎥
⎣ ⎦ ⎣ 2 ⎦
1 ⎥
⎥
Z 2 ⎦
(18)
dengan Ia1 + Ia2 + Ia0 = Ia = 0 didapat
⎛ Vf
⎞ ⎛ Vf
Z1 ⎞ ⎛ Vf
Z1 ⎞ Vf
⎜ − Ia1 ⎟ + ⎜ − Ia1 ⎟ + ⎜ − Ia1 ⎟ =
Z 0 ⎠ ⎝ Z1
Z 2 ⎠ Z1
⎠ ⎝ Z 2
⎝ Z0
(19)
Dan menggabungkan suku – sukunya diperoleh
⎛ Z Z ⎞ Vf ( Z 2 + Z 0 )
Ia1 ⎜1 + 1 + 1 ⎟ =
Z2 Z0
⎝ Z 0 Z 2 ⎠
(20)
⎛ Z Z + Z ( Z + Z 0 ) ⎞ Vf ( Z 2 + Z 0 )
Ia1 ⎜ 2 0 1 2
⎟ =
Z
Z
Z2 Z0
2
0
⎝
⎠
(21)
Ia1 =
Vf ( Z 2 + Z 0 )
Z 2 Z 0 + Z1 ( Z 2 + Z 0 )
(22)
sehingga
Ia1 =
Vf
Z Z
Z1 + 2 0
Z2 + Z0
(23)
Keterangan
Vf = Tegangan di titik gangguan sesaat sebelum terjadinya gangguan
Z 0 = Impedansi urutan nol dilihat dari titik gangguan
Z1 = Impedansi urutan positif dilihat dari titik gangguan
Z 2 = Impedansi urutan negatif dilihat dari titik gangguan
Analisis Gangguan..., Farekh Huzair, FT UI, 2014
Universitas Indonesia
7
4.
Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa
Gambar 4. Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa
Gangguan hubung singkat tiga fasa termasuk dalam klasifikasi gangguan simetris, dimana
arus maupun tegangan setiap fasanya tetap seimbang setelah gangguan terjadi. Sehingga pada
sistem seperti ini dapat dianalisa hanya dengan menggunakan komponen urutan positif saja
yaitu,
Ia = Ia1
(24)
dan
Ia =
Vf
Z1
(25)
Keterangan :
Vf = Tegangan di titik gangguan sesaat sebelum terjadinya gangguan
Z1 = Impedansi urutan positif dilihat dari titik gangguan
Ia = Arus pada fasa
a
Metode Penelitian
Dilakukan dengan metode studi literatur dan observasi, dimana data-data jaringan
distribusi yang didapatkan dari PT. PLN Area Pengatur Distribusi (Area Menteng), kemudian
disimulasikan menggunakan software ETAP 7.0 dengan menganalisa gangguan hubung
singkat pada sistem jaringan distribusi tersebut.
Karakteristik GIS Gambir Lama
Gardu Induk GIS (Gas Insulated Switchgear) adalah suatu gardu induk yang semua
peralatan switchgearnya berisolasikan gas SF-6, dimana pada GIS Gambir Lama terdapat 3
buah trafo tenaga dengan tegangan kerja 150/20 kV, dengan masing - masing trafo
mempunyai kapasitas 60 MVA.
Analisis Gangguan..., Farekh Huzair, FT UI, 2014
Universitas Indonesia
8
Tabel.1 Data GIS Gambir Lama
No.
1
Nama
Daya Trafo
Panjang
Penyulang
(kVA)
Saluran
Penyulang Reog
(Express)
-
2
GD (S 16B)
630
3
GD (S 16)
315
GD (S 70)
630
4
5
Penyulang
Kutai
6
GD (S 18E)
GD (S 57)
7
GH 178
8
GD (P 75)
400
630
400
9
GD (P 3)
630
10
GD (P 69)
630
GD (P 76)
1000
11
Penyulang
Ludruk
12
13
GD (S 93)
GH 178
630
-
2.9 Km
(GIS Gambir Lama - GH 178)
2.5 Km
(GIS Gambir Lama - GD S 16B)
200 m
(GD S 16B - GD S 16)
477 m
(GD S 16 - GD S 70)
1.15 Km
(GD S 70 - GD S 18E)
400 m
(GD S 18E - GD S 57)
700 m
(GD S 57 - GH 178)
1.3 Km
(GIS Gambir Lama - GD P 75)
1.2 Km
(GD P 75 - GD P 3)
1.33 Km
(GD P 3 - GD P 69)
3.07 Km
(GD P 69 - GD P 76)
2.6 Km
(GD P 76 - GD S 93)
750 m
(GD S 93 - GH 178)
Jenis Penghantar
Kapasitas
Terpasang
(kVA)
2
-
2
280
2
118
2
114
2
221
2
343
2
-
2
195
2
271
2
506
2
428
2
163
2
-
XLPE (3x300 mm )
XLPE (3x300 mm )
XLPE (3x240 mm )
XLPE (3x240 mm )
XLPE (3x240 mm )
XLPE (3x240 mm )
XLPE (3x240 mm )
XLPE (3x300 mm )
XLPE (3x240 mm )
XLPE (3x240 mm )
XLPE (3x240 mm )
XLPE (3x240 mm )
XLPE (3x240 mm )
Dimana pada GIS Gambir Lama terdapat puluhan penyulang yang umumnya system jaringan
distribusi tersebut berupa tipe spindle, dimana pada pembahasan ini penulis mengambil data
dari beberapa macam penyulang, yaitu; Penyulang Kutai, Ludruk, dan Reog. Dimana
Penyulang Reog adalah penyulang express dari GIS Gambir Lama yang terhubung langsung
ke Gardu Hubung 178.
Gambar 5. One Line Diagram GIS Gambir Lama
Analisis Gangguan..., Farekh Huzair, FT UI, 2014
Universitas Indonesia
9
Simulasi Short Circuit dengan ETAP 7.0
Dalam simulasi dengan menggunakan ETAP 7.0 digunakan acuan dalam standard
ANSI/IEEE, dimana dilakukan analisis hubung singkat (short circuit) untuk mengetahui arus
kontribusi gangguan yang mungkin terjadi saat terjadinya gangguan hubung singkat. Pada one
line diagram dilakukan analisis gangguan hubung singkat pada gangguan tiga fasa, satu fasa
ketanah, dua fasa, dan dua fasa ketanah dengan menetapkan fault pada tiap bus disisi
tegangan menengah (20kV).
Mulai
Membuat
Single Line Diagram
Input Data
Sudah
Terpenuhi
Tidak Ya Running ETAP
Analisis
Hubung Singkat
Sudah
Terpenuhi
Tidak Ya Rated
Breaking Capacity
Selesai
Gambar 6. Flow Chart Simulasi dan Analisis
dengan Menggunakan ETAP
Analisis Gangguan..., Farekh Huzair, FT UI, 2014
Universitas Indonesia
10
Gambar 7. One Line Diagram Pada ETAP 7.0
Pada simulasi tersebut didapatkan nilai dari impedansi urutan positif (Z1), impedansi urutan
negatif (Z2), dan impedansi urutan nol (Z0). Dimana nantinya akan diketahui besarnya arus
gangguan hubung singkat dari tiap macam gangguan, sebagai contoh pada Bus GIS Gambir
Lama :
•
Vf :19.945 kV
•
Impedansi pada ½ Cycle :
Z1 = 0.85281 Ω
Z2 = 0.85281 Ω
Z0 = 0.73333 Ω
Analisis Gangguan..., Farekh Huzair, FT UI, 2014
Universitas Indonesia
11
Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa
Ia =
Vf
Z1
Ia =
19.945
= 23.387 kA
0.85281
Gangguan Hubung Singkat L-G
Ia1 =
Vf
Z 0 + Z1 + Z 2
Ia1 =
19.945
= 8.178 kA
0.73333 + 0.85281 + 0.85281
Gangguan Hubung Singkat L-L
Ia1 =
Vf
Z1 + Z 2
Ia1 =
19.945
= 11.694 kA
0.85281 + 0.85281
Gangguan Hubung Singkat L-L-G
Ia1 =
Ia1 =
Vf
Z Z
Z1 + 2 0
Z2 + Z0
19.945
= 15.993 kA
0.85281 + 0.39428
Analisis Gangguan..., Farekh Huzair, FT UI, 2014
Universitas Indonesia
12
1.
½ Cycle
Kondisi sub-transient dari arus gangguan hubung singkat, dimana selang waktu
terjadinya gangguan 10 ms
Tabel 2. Arus Hubung Singkat Dengan Waktu Gangguan ½ Cycle
Short Circuit rms (kA)
No.
Nama
Bus
Tegangan
(kV)
3 Fasa
L-G
L-L
L-L-G
1
GIS
Gambir Lama
19.945
23.387
8.178
11.694
15.993
2
Gardu
Hubung
19.927
19.583
6.260
9.792
12.799
3
S 16B
19.93
19.392
6.178
9.696
12.654
4
S 16
19.929
19.235
6.108
9.617
12.534
S 70
19.927
18.962
5.988
9.481
12.325
6
S 18E
19.925
18.888
5.954
9.444
12.267
7
S 57
19.925
19.053
6.025
9.526
12.392
8
P 75
19.934
20.596
6.735
10.298
13.603
9
P3
19.925
18.640
5.849
9.320
12.082
P 69
19.918
17.262
5.276
8.631
11.067
11
P 76
19.915
16.549
4.996
8.275
10.557
12
S 93
19.923
18.486
5.781
9.243
11.965
5
10
Penyulang
Kutai
Penyulang
Ludruk
Analisis Gangguan..., Farekh Huzair, FT UI, 2014
Universitas Indonesia
13
2.
1.5 – 4 Cycle
Kondisi transient dari arus gangguan hubung singkat, dimana selang waktu
terjadinya gangguan 30 - 80 ms
Tabel 3. Arus Hubung Singkat Dengan Waktu Gangguan 1.5 - 4 Cycle
Short Circuit rms (kA)
No.
Nama
Bus
Tegangan
(kV)
3 Fasa
L-G
L-L
L-L-G
1
GIS
Gambir Lama
19.945
23.142
8.117
11.571
15.854
2
Gardu
Hubung
19.927
19.372
6.217
9.686
12.683
3
S 16B
19.93
19.195
6.138
9.597
12.547
4
S 16
19.929
19.039
6.069
9.519
12.426
S 70
19.927
18.768
5.949
9.384
12.219
6
S 18E
19.925
18.689
5.914
9.344
12.159
7
S 57
19.925
18.850
5.984
9.425
12.281
8
P 75
19.934
20.383
6.690
10.192
13.486
9
P3
19.925
18.449
5.811
9.224
11.978
P 69
19.918
17.084
5.243
8.542
10.971
11
P 76
19.915
16.382
4.966
8.191
10.467
12
S 93
19.923
18.293
5.743
9.146
11.860
5
10
Penyulang
Kutai
Penyulang
Ludruk
Analisis Gangguan..., Farekh Huzair, FT UI, 2014
Universitas Indonesia
14
3.
30 Cycle
Kondisi steady state dari arus gangguan hubung singkat, dimana selang waktu
terjadinya gangguan 600 ms
Tabel 4. Arus Hubung Singkat Dengan Waktu Gangguan 30 Cycle
Short Circuit rms (kA)
No.
Nama
Bus
Tegangan
(kV)
3 Fasa
L-G
L-L
L-L-G
1
GIS
Gambir Lama
19.945
22.966
8.074
11.483
15.754
2
Gardu
Hubung
19.927
19.221
6.186
9.611
12.601
3
S 16B
19.93
19.054
6.109
9.527
12.469
4
S 16
19.929
18.899
6.040
9.449
12.350
S 70
19.927
18.629
5.921
9.315
12.144
6
S 18E
19.925
18.547
5.885
9.273
12.081
7
S 57
19.925
18.704
5.955
9.352
12.202
8
P 75
19.934
20.231
6.657
10.116
13.402
9
P3
19.925
18.311
5.783
9.156
11.903
P 69
19.918
16.957
5.219
8.478
10.902
11
P 76
19.915
16.262
4.943
8.131
10.403
12
S 93
19.923
18.154
5.716
9.077
11.785
5
10
Penyulang
Kutai
Penyulang
Ludruk
Analisis Gangguan..., Farekh Huzair, FT UI, 2014
Universitas Indonesia
15
Dari hasil simulasi yang dilakukan dengan menggunakan ETAP, dapat dilihat bahwa
kontribusi arus gangguan hubung singkat yang mungkin mengalir pada setiap cabang didalam
sistem jaringan distribusi berikut.
Gambar 8. Kontribusi Arus Gangguan Hubung Singkat Pada Sistem
Dapat dilihat bahwa arus gangguan hubung singkat dipengaruhi oleh panjang saluran. Hal ini
karena besarnya impedansi saluran bergantung pada panjang kabel, jenis kabel, dan diameter
kabel yang digunakan. Dengan persamaan R = ρ
L
Vf
dan arus I sc =
A
Zl
Dimana :
R : Resistance ( Ω )
ρ : Resistivity ( Ωm ) [ Al = 2.82 x10−8 Ωm ]
L : Length of Conductor ( m )
A : Cross – Sectional Area of Conductor ( m 2 ) [ 1mm2 = 1x10−6 m2 ]
Analisis Gangguan..., Farekh Huzair, FT UI, 2014
Universitas Indonesia
16
Penentuan Breaking Capacity
Berdasarkan tabel arus hubung singkat dari hasil simulasi dengan menggunakan ETAP,
dapat dilihat arus maksimum dan minimum saat terjadinya gangguan hubung singkat pada
gangguan simetris untuk gangguan tiga fasa (3P) dan arus gangguan tak simetris untuk
gangguan line ke line (L-L), dua fasa ketanah (L-L-G), dan gangguan satu fasa ketanah (L-G).
Dimana estimasi frekuensi terjadinya jenis gangguan dalam sistem sebagai berikut,
Tabel 5. Kemungkinan Terjadinya Gangguan
Fault
3P or 3P-G
L-L
L-L-G
L-G
Percentage
8%
12%
10%
70%
(Sumber : Short Circuit Analysis Program
ANSI/IEC/IEEE & Protective Device Evaluation)
untuk gangguan hubung singkat tiga fasa dapat dianggap sebagai gangguan yang paling parah,
karena gangguan tiga fasa akan menghasilkan arus gangguan terbesar. Akan tetapi pada
kondisi tertentu, gangguan satu fasa ke tanah dan gangguan dua fasa ke tanah dapat
menimbulkan arus gangguan yang lebih besar dari arus gangguan tiga fasa. Hal ini bisa terjadi
apabila impedansi urutan nol (Z0) pada titik gangguan lebih kecil daripada impedansi urutan
positif (Z1=Z2).
Dalam penentuan breaking capacity dapat dilihat dari waktu gangguan arus hubung singkat
pada kondisi ½ Cyle, 1,5 – 4 Cycle, dan 30 Cycle. Dimana pada bus GIS Gambir Lama (main
bus) didapat waktu gangguan arus hubung singkat tiga fasa sebagai berikut,
½ Cycle
: 23.387 kA
1.5 – 4 Cycle
: 23.142 kA
30 Cycle
: 22.966 kA
Gambar 9. Waktu Gangguan Arus Hubung Singkat
Analisis Gangguan..., Farekh Huzair, FT UI, 2014
Universitas Indonesia
17
Dimana dari hasil observasi yang didapat, pada GIS Gambir Lama dan Gardu Distribusi yang
berada dipenyulang Kutai, Ludruk, Reog, serta Gardu Hubung 178 digunakan circuit breaker
dengan In = 1250 A dan rated breaking capacity 16 kA. Sehingga apabila dilihat dari tabel
data hasil simulasi pada Gardu Induk GIS Gambir Lama, arus hubung singkat maksimum
sebesar 23.387 kA. Dapat dikatakan bahwa circuit breaker akan trip atau bahkan hancur
karena tidak mampu menahan arus gangguan hubung singkat yang terjadi pada siklus pertama
(½ cyle), karena besarnya arus gangguan hubung singkat yang terjadi lebih besar dari rated
breaking capacity yang ada. Sehingga sebaiknya digunakan circuit breaker dengan In = 1250
A dan rated breaking capacity 25 kA agar mampu menahan arus gangguan hubung singkat
maksimum apabila terjadinya gangguan.
Tabel 6. Rated Breaking Capacity
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Nama Bus
GIS Gambir Lama
Gardu Hubung
S 16B
S 16
Penyulang Kutai
S 70
S 18E
S 57
P 75
P3
Penyulang
P 69
Ludruk
P 76
S 93
Eksisting Breaking
Rated Breaking
Isc Max (kA)
Capacity (kA)
Capacity (kA)
16
23.387
25
16
19.583
20
16
19.392
20
16
19.235
20
16
18.962
20
16
18.888
20
16
19.053
20
16
20.596
20
16
18.640
20
16
17.262
20
16
16.549
20
16
18.486
20
Kesimpulan
Berdasarkan uraian dan penjelasan pada bab-bab sebelumnya mengenai gangguan
hubung singkat untuk penentuan breaking capacity pada penyulang Kutai, Ludruk, dan Reog
di GIS Gambir Lama, maka dapat ditarik kesimpulan bahwa pada Gardu Induk GIS Gambir
Lama sebaiknya digunakan circuit breaker dengan In = 1250 A dan rated breaking capacity
25 kA, untuk Gardu Distribusi di Penyulang Kutai, Ludruk, dan Reog serta Gardu Hubung
sebaiknya menggunakan circuit breaker dengan In = 1250 A dan rated breaking capacity 20
kA, agar mampu menahan arus gangguan hubung singkat maksimum apabila terjadinya
gangguan.
Analisis Gangguan..., Farekh Huzair, FT UI, 2014
Universitas Indonesia
18
Daftar Referensi
[1]
Kadir, Abdul. (2000). Distribusi & Utilisasi Tenaga Listrik. Salemba: UI Press.
[2]
Kriteria Disain Enjinering Kontruksi Jaringan Distribusi Tenaga Listrik. (2010). PT.
PLN (Persero).
[3]
Power Analytics CORPORATION. (2011). Short Circuit Analysis Program
ANSI/IEC/IEEE & Protective Device Evaluation. San Diego: Author.
[4]
Cahiers Techniques No. 158. (2005). Calculation of Short Circuit Current. Grenoble:
Schneider Electric.
[5]
ABB. (2008). Theory and Examples of Short Circuit Calculation. Bergamo: Author.
[6]
ABB (2011). Calculation of Short Circuit Currents in Three Phase System. Bergamo:
Author.
Analisis Gangguan..., Farekh Huzair, FT UI, 2014
Universitas Indonesia