3. Kegagalan kerja dari peralatan – peralatan lainnya seperti relay, contactor
dan menyebabkan flicker cahaya yang cukup mengganggu. Untuk menjaga agar motor tetap beroperasi dan mencegah kegagalan kerja
motor untuk mencapai kecepatan nominalnya, maka sebaiknya voltage dip tidak sampai di bawah 70 dari tegangan nominal. Ini dengan menganggap bahwa flicker
cahaya bukanlah suatu hal yang mengganggu. Namun, jika faktor kualitas operasional dan pelayanan adalah hal yang utama, maka batasan voltage dip yang
diizinkan adalah 10.
2.4 Persamaan – Persamaan pada Analisa Hubung Singkat dan Motor Starting Secara Manual
2.4.1 Perhitungan Arus Hubung Singkat
Penentuan rating peralatan pengaman proteksi pada suatu sistem tenaga listrik dimulai dengan studi hubung singkat. Tujuan dari perhitungan ini adalah untuk
menghasilkan peralatan proteksi dengan rating pengamanan yang tepat dan akurat. Rating suatu alat proteksi dalam hal ini circuit breaker CB ditentukan
dengan waktu beberapa cycle bagi breaker untuk membuka setelah hubung singkat. Waktu ini adalah waktu yang diperlukan bagi rele proteksi untuk menutup kontak
tripping coil dan CB bekerja. Dalam penjelasan sub bab 2.2, bahwa arus hubung singkat terbesar adalah
selama 1 ½ cycle awal karena pengaruh komponen DC dan kontribusi arus dari motor dan generator. Selanjutnya akan terus mengecil setelah beberapa cycle
kemudian. Oleh karena itu, CB yang dipergunakan harus mampu menahan tekanan
Universitas Sumatera Utara
mekanis dan panas akibat arus hubung singkat yang besar pada 1 ½ cycle awal dan mampu memutus arus pada 3, 5 atau 8 cycle setelah gangguan terjadi.
Dengan demikian, maka ada dua dasar perhitungan arus hubung singkat yang harus diperhitungkan dalam menentukan rating CB.
1. Momentary Rating
adalah kemampuan breaker untuk menahan tekanan mekanis dan panas dari
arus hubung singkat max selama 1 ½ cycle setelah gangguan.
2. Interrupting Rating
adalah kemampuan breaker untuk memutuskan arus hubung singkat 3, 5 atau 8 cycle setelah gangguan.
Momentary dan interrupting rating ini ditentukan berdasarkan perhitungan arus hubung singkat 3 phasa. Gambar 2.4 menunjukkan rangkaian ekivalen hubung
singkat tiga phasa, dimana ketiga arus fasa yang mengalir di masing – masing impedansi Z tidak ada yang melawan ggl Ea, Eb, dan Ec yang dibangkitkan,
sehingga diartikan pada arah positif. Demikian pula impedansi yang menghambat arus itu diartikan impedansi positif.
Ea Ec
Eb
z
z z
Ic
Ib Ia
Gambar 2.4 Rangkaian Ekivalen Hubung Singkat 3 Phasa
Dengan demikian besar arus gangguan tiga phasa dapat dihitung dengan persamaan :
Universitas Sumatera Utara
Dimana : I
3 phasa
= Besar arus hubung singkat 3 phasa Ampere E
phasa
= Besar tegangan phasa terhadap netral sistem Volt Z
1
= Z
ekivalen
= Impedansi urutan positif dari seluruh rangkaian di dalam sistem, resistansi dan reaktansi baik transient maupun sub transient baik yang tersambung
seri ataupun paralel yang disederhanakan menjadi satu nilai ekivalen sebesar Z
ekivalen
Ohm Untuk rating pengaman yang digunakan diatas 0,6 kV, maka rating yang
diperhitungkan adalah momentary rating dan interrupting rating, sedangkan untuk pengaman yang bekerja dibawah 0,6 kV, breaking capacity yang dipakai adalah
momentary rating. Momentary rating diperoleh dengan menentukan arus hubung singkat 3 phasa
pada 1 ½ cycle. Pada perhitungan momentary rating ini, semua nilai resistansi dan reaktansi sub transient dari seluruh peralatan yang memberikan kontribusi arus
hubung singkat diperhitungkan. Arus hubung singkat ini adalah arus hubung singkat simetris yang mencakup semua sumber arus hubung singkat yang dikontribusikan
dari generator, motor induksi, dan semua utility yang menghubungkan sistem. Selain komponen simetris yang memberikan kontribusi terhadap arus hubung singkat, besar
arus hubung singkat jauh lebih bertambah besar dalam beberapa cycle pertama adalah disebabkan oleh komponen DC. Komponen DC ini menyebabkan gelombang
arus hubung singkat menjadi tidak simetris. Maka komponen DC ini juga diperhitungkan sebagai sebuah faktor koreksi terhadap besar arus hubung singkat
Universitas Sumatera Utara
simetris tersebut dengan mengalikannya dengan yang disebut sebagai faktor pengali
multiplier factor MF.
Interrupting rating diperoleh dengan menentukan arus hubung singkat 3 phasa setelah 3, 5 atau 8 cycle. Pada saat ini, kontribusi motor induksi kapasitas kecil
sudah mulai menghilang. Sehingga, pada perhitungan interrupting rating, yang diperhitungkan adalah nilai reaktansi subtransient generator dan reaktansi transient
motor induksi kapasitas besar 50 Hp = 37,3 kW, sementara motor induksi kapasitas kecil diabaikan.
Dalam menghitung impedansi ekivalen yaitu resistansi dan reaktansi baik transient maupun sub transient, ada 3 cara yang dapat digunakan yaitu dalam satuan
ohm, persen dan per unit dengan kVA base yang sudah ditentukan. Perhitungan impedansi ekivalen dalam tugas akhir ini adalah mempergunakan sistem per unit.
Sistem per unit adalah suatu metode perhitungan dengan menggunakan angka perbandingan sehingga mempermudah proses perhitungan. Nilai per unit adalah
menyatakan sebuah nilai perbandingan ratio.
Sistem per unit ini digunakan dalam perhitungan arus hubung singkat untuk mengkonversikan semua nilai resistansi dan reaktansi yang berbeda dalam one line
diagram menjadi sebuah nilai perbandingan berdasarkan sebuah nilai base yang telah dipilih. Nilai base adalah sebuah bilangan, biasanya nilai ini dipilih sama dengan
nilai kVA trafo terbesar dalam one line diagram. Nilai ini disebut sebagai kVA base. Berikut adalah beberapa persamaan yang digunakan untuk mengkonversikan
data impedansi ke sistem per unit dan juga persamaan untuk menyederhanakan
Universitas Sumatera Utara
diagram impedansi dan menghitung jumlah total impedansi per unit berdasarkan base yang telah dipilih.
1. Mengkonversi nilai impedansi kabel, bus dan lain sebagainya dalam satuan
ohm ke satuan per unit.
2. Mengkonversi nilai persen impedansi ke satuan per unit.
3. Mengkonversi nilai satuan per unit ke satuan persen impedansi.
4. Mengkonversi nilai per unit impedansi berdasarkan kVA rating peralatan ke
satuan per unit berdasarkan kVA base. Nilai impedansi motor, generator maupun trafo biasanya diberikan dalam dalam satuan persen berdasarkan
rating kVA peralatan tersebut sehingga perlu dikonversikan ke satuan per unit berdasarkan kVA base yang telah dipilih.
Sebagai contoh, sebuah trafo 1000 kVA dengan 5,75 impedansi maka nilai impedansi per unit nya dengan 10.000 kVA base adalah :
Berdasarkan persamaan 2.3 maka,
Sehingga berdasarkan persamaan 2.5,
Universitas Sumatera Utara
5. Mengkonversi kontribusi daya hubung singkat P
SC
yang memungkinkan dari sistem jaringan atas tegangan menengah ke satuan per unit.
6. Menghitung arus hubung singkat simetris rms Ampere
7. Mengkonversikan besar arus hubung singkat simetris Ampere ke besar arus
hubung singkat asimetris Ampere.
8. Menyederhanakan diagram impedansi dan menghitung jumlah total
impedansi per unit seperti yang diperlihatkan dalam tabel 2.2.
Tabel 2.2 Penyederhanaan diagram impedansi
No Hubungan
Diagram Persamaan
1 Seri
X
1
X
2
X
2 Paralel
X
1
X
2
X
3 Paralel
X
1
X
2
X
3
X
4
X
Universitas Sumatera Utara
4 Wye to
Delta
X
a
X
c
X
b
X
B
X
C
X
A
1 1
2 2
3 3
5 Delta to
Wye
X
B
X
C
X
A
1
2 3
2 X
a
X
c
X
b
1
3
Ada 7 langkah dalam menghitung arus hubung singkat : 1.
Persiapkan One Line Diagram One Line Diagram memperlihatkan sistem secara keseluuhan dan semua
sumber arus hubung singkat seperti trafo, motor, generator, kabel, dan lain sebagainya.
2. Pilih base daya dan base tegangan
kVA yang biasa digunakan sebagai base perhitungan adalah kelipatan 1000, 10.000 atau 100.000 untuk mempermudah perhitungan. Kemudian tentukan juga
base tegangan untuk setiap level tegangan pada sistem, biasanya menggunakan nilai tegangan pada trafo sebagai base tegangan.
3. Hitung nilai resistansi dan reaktansi
Nilai resistansi dan reaktansi dari setiap peralatan dihitung dengan menggunakan persamaan 2.2 sampai dengan 2.6.
4. Buat diagram impedansi
Semua nilai resistansi dan reaktansi tersebut dinyatakan dalam satuan per unit sesuai dengan base yang telah ditentukan dan digambarkan dalam diagram
impedansi.
Universitas Sumatera Utara
5. Sederhanakan diagram impedansi
Diagram impedansi disederhanakan seperti yang terdapat dalam tabel 2.2. 6.
Tentukan arus hubung singkat simetris Arus hubung singkat simetris dapat dihitung dengan menggunakan
persamaan 2.7. 7.
Tentukan arus hubung singkat asimetris Arus hubung singkat asimetris dapat diperoleh dengan mengalikan arus
hubung singkat simetris dengan faktor pengali multiplier factor seperti yang terdapat pada persamaan 2.8 dan 2.9.
2.4.2 Perhitungan Arus Inrush dan Voltage Drop Motor Starting
