10
2.3.1 Metode Penyelesaian Analisis Arus Hubung Singkat
Pada sistem n-bus, metode analisis arus hubung singkat yang digunakan antara lain adalah metode Thevenin dan metode Matriks Impedansi Bus. Metode
Thevenin biasanya digunakan untuk jumlah bus yang sedikit 1 – 2 bus sedangkan metode Matriks Impedansi Bus digunakan untuk jumlah bus yang
banyak lebih dari 2 bus. Pada Tugas Akhir ini metode yang dibahas adalah Thevenin.
2.3.1.1 Metode Thevenin Penerapan metode Thevenin dari suatu rangkaian atau jaringan yang rumit
dimana terdapat banyak sumber tegangan dan impedansi – impedansi peralatan, pada prinsipnya adalah menyederhanakan rangkaian yang rumit tersebut menjadi
suatu rangkaian ekivalen Thevenin, rangkaian tersebut terdiri atas sumber tegangan Thevenin yang disusun seri dengan impedansi Thevenin. Gambar 2.2
mengilustrasikan penyederhanaan dari jaringan listrik yang rumit menjadi sebuah rangkaian ekivalen Thevenin.
Gambar 2.2 Ilustrasi Penyederhanaan Jaringan Distribusi Menggunakan Metode Thevenin
Universitas Sumatera Utara
11
Berikut langkah – langkah penggunaan metode Thevenin: 1. Mencari titik F dan N untuk mendapatkan tegangan Thevenin, dimana titik
F merupakan titik terjadinya gangguan dan titik N merupakan titik netral. Tegangan antara titik F dan N V
FN
adalah tegangan pada titik gangguan yang akan ditinjau. Terminal antara titik F dan N dibuka open circuit
sehingga tidak ada jatuh tegangan pada impedansi Z
N
sehingga besar tegangan pada V
FN
adalah tegangan sebelum gangguan terjadi pada titik tersebut.
2. Mencari impedansi Thevenin dengan melakukan penjumlahan terhadap semua impedansi yang diukur dari titik F dan N pada kondisi semua
tegangan pada jaringan tersebut dianggap sama dengan nol dihubung singkat.
3. Menghitung besar arus Thevenin yang mengalir dengan menggunakan hukum Ohm. Pada analisis arus hubung singkat, besar arus Thevenin
adalah besar arus hubung singkat yang terjadi.
2.3.2 Contoh Perhitungan Arus Hubung Singkat Menggunakan Metode Thevenin Pada contoh ini akan dilakukan perhitungan terhadap besar arus hubung
singkat 3 fasa dengan berbagai kondisi jaringan distribusi terhubung Distributed Generation dan tidak terhubung dengan Distributed Generation sehingga dapat
dilihat bagaimana pengaruh Distributed Generation terhadap besar arus gangguan yang terjadi.
Universitas Sumatera Utara
12
1. Kondisi 1 : Jaringan Distribusi Tanpa Terhubung Distributed Generation
Gambar 2.3 One Line Diagram Jaringan Distribusi Sistem 3 Bus Tanpa Terhubung DG
Gambar 2.3 menunjukkan suatu contoh one line diagram beserta reaktansi setiap peralatan dalam satuan per-unit dengan base daya 50000 KVA dan base
tegangan 10 KV dari jaringan distribusi yang tidak terhubung dengan Distributed Generation dimana terjadi gangguan 3 fasa pada Bus 1.
Prosedur perhitungan dengan sistem 3 bus dengan gangguan terjadi pada Bus 1: 1. Sebelum melakukan perhitungan, one line diagram pada Gambar 2.3
diubah menjadi suatu diagram impedansi yang ditunjukkan oleh Gambar 2.4.
Gambar 2.4 Diagram Impedansi dari Jaringan Distribusi Sistem 3 Bus Tanpa Terhubung DG
2. Hitung impedansi ekivalen Thevenin yang diukur dari Bus 1 dan semua sumber tegangan dihubung singkat.
Generator LOAD
0,11 pu Fault
Bus 1 Bus 2
0,38 pu 0,33 pu
0,11 pu Bus 3
Fault Rel Netral
Eg
0,11 pu 0,38 pu
0,33 pu
0,11 pu Vf
Bus 1
Universitas Sumatera Utara
13
X
seri
= X
Saluran
+ X
Load =
0,22 + 0,33 = 0,55 pu
X
th
=
X
seri
x X
Generator
X
seri
X
Generator
=
0,55 x 0,38 ,
,
= 0,224
Dengan menganggap tegangan pada Bus 1 sebelum terjadi gangguan sama dengan base tegangan pada Bus 1, maka tegangan ekivalen Thevenin V
th
adalah 1,0 pu sehingga,
I
F
= V
th
X
th
= 1,0
j 0,224 = -j 4,464 pu Dengan base daya dan base tegangan sebesar 50000 KVA dan 10 KV, maka
besar arus gangguan dalam ampere adalah
|I
F
| = 4,464 x 50000
√3x 10 = 12886, 45 A
2. Kondisi 2 : Jaringan Distribusi Yang Terhubung Dengan 1 Unit DG
Gambar 2.5 One Line Diagram Jaringan Distribusi Sistem 3 Bus Terhubung DG
1
Gambar 2.5 menunjukkan suatu contoh one line diagram beserta reaktansi setiap peralatan dalam satuan per-unit dengan base daya 50000 KVA dan base
tegangan 10 KV dari jaringan distribusi yang terhubung dengan DG
1
dimana terjadi gangguan 3 fasa pada Bus 1.
DG 1 Generator
0,11 pu Fault
Bus 1 Bus 2
0,38 pu 0,33 pu
0,11 pu Bus 3
0,10 pu Load
Universitas Sumatera Utara
14
Prosedur perhitungan dengan sistem 3 bus dengan gangguan terjadi pada Bus 1: 1. Sebelum melakukan perhitungan, one line diagram pada Gambar 2.5
diubah menjadi suatu diagram impedansi yang ditunjukkan oleh Gambar 2.6.
Gambar 2.6 Diagram Impedansi Jaringan Distribusi Sistem 3 Bus Terhubung DG
1
2. Hitung impedansi ekivalen Thevenin yang diukur dari Bus 1 dan semua sumber tegangan dihubung singkat.
X
seri
= X
transmisi
+ X
load
= 0,11 + 0,33 = 0,44 X
paralel
=
X
DG1
x X
seri
X
DG1
+ X
seri
=
0,10x 0,44 0,10+ 0,44
= 0,0814 pu X
seri
= X
transmisi
+ X
paralel
= 0,11 + 0,0814 = 0,1914 X
th
=
X
seri
x X
Generator
X
seri
X
Generator
=
0,1914 x 0,38 ,
,
= 0,127
Dengan menganggap tegangan pada Bus 1 sebelum terjadi gangguan sama dengan base tegangan pada Bus 1, maka tegangan ekivalen Thevenin V
th
adalah 1,0 pu sehingga,
I
F
= V
th
X
th
= 1,0
j 0,127 = -j 7,87 pu
Fault Rel Netral
Eg
0,11 pu 0,38 pu
0,33 pu
0,11 pu Vf
Eg 0,10 pu
Bus 1
Universitas Sumatera Utara
15
Dengan base daya dan base tegangan sebesar 50000 KVA dan 10 KV, maka besar arus gangguan dalam ampere adalah
|I
F
| = 7,87 x 50000
√3x 10
= 22718, 73 A
3. Kondisi 2 : Jaringan Distribusi Yang Terhubung Dengan 2 Unit DG
Gambar 2.7 One Line Diagram Jaringan Distribusi Sistem 3 Bus Terhubung DG
1
dan DG
2
Gambar 2.7 menunjukkan suatu contoh one line diagram beserta reaktansi setiap peralatan dalam satuan per-unit dengan base daya 50000 KVA dan base
tegangan 10 KV dari jaringan distribusi yang terhubung dengan DG
1
dan DG
2
dimana terjadi gangguan 3 fasa pada Bus 1. Prosedur perhitungan dengan sistem 3 bus dengan gangguan terjadi pada Bus 1:
1. Sebelum melakukan perhitungan, one line diagram pada Gambar 2.7 diubah menjadi suatu diagram impedansi yang ditunjukkan oleh Gambar
2.8
DG 1 Generator
0,11 pu
Fault Bus 1
Bus 2 0,38 pu
0,33 pu 0,11 pu
Bus 3 0,10 pu
DG 2 0,10 pu
Universitas Sumatera Utara
16
Gambar 2.8 Diagram Impedansi Jaringan Distribusi Sistem 3 Bus Terhubung DG
1
dan DG
2
2. Hitung impedansi ekivalen Thevenin yang diukur dari Bus 1 dan semua sumber tegangan dihubung singkat.
X
paralel
=
X
DG2
x X
Load
X
DG2
+ X
Load
=
0,10x 0,33 0,10+ 0,3
= 0,0767 pu X
seri
= X
transmisi
+ X
paralel
= 0,11 + 0,0767 = 0,1867 X
paralel
=
X
DG2
x X
seri
X
DG2
+ X
seri
=
0,10 x 0,1867 0,10+ 0,1867
= 0,0651pu X
seri
= X
transmisi
+ X
paralel
= 0,11 + 0,0651 = 0,1751 X
th
=
X
seri
x X
Generator
X
seri
X
Generator
=
0,1751 x 0,38 ,
,
= 0,1197
Dengan menganggap tegangan pada Bus 1 sebelum terjadi gangguan sama dengan base tegangan pada Bus 1, maka tegangan ekivalen Thevenin V
th
adalah 1,0 pu sehingga,
I
F
= V
th
X
th
= 1,0
j 0,1197 = -j 8,35 pu Dengan base daya dan base tegangan sebesar 50000 KVA dan 10 KV, maka
besar arus gangguan dalam ampere adalah
|I
F
| = 8,35 x 50000
√3x 10
= 24104, 37 A
Fault Rel Netral
Eg
0,11 pu 0,38 pu
0,33 pu
0,11 pu Vf
Eg 0,10 pu
Eg 0,10 pu
Bus 1
Universitas Sumatera Utara
17
Berdasarkan perhitungan arus gangguan 3 fasa pada contoh - contoh diatas dapat diperoleh bahwa semakin banyak jumlah Distributed Generation yang
terhubung dengan jaringan distribusi maka besar arus gangguan yang timbul
pada titik gangguan semakin besar. 2.4 Peralatan – Peralatan Perlindungan Arus Lebih Pada Jaringan Distribusi
Gangguan arus lebih pada jaringan distribusi sistem tenaga adalah salah satu jenis gangguan yang sangat membahayakan gardu distribusi, pelanggan
konsumen dan peralatan – peralatan listrik yang terdapat pada jaringan dikarenakan saat gangguan ini terjadi, sejumlah arus yang sangat besar mengalir
pada jaringan distribusi. Oleh karena itu, diperlukan peralatan – peralatan yang dipasang pada jaringan distribusi untuk memisahkan bagian sistem yang terkena
gangguan dengan yang tidak terkena gangguan. Peralatan tersebut antara lain: fuse dan recloser.
2.4.1 Fuse
Kategori