Analisa Hubung Singkat Dan Motor Starting Dengan Menggunakan Etap Power Station 4.0 (Aplikasi di Sun Plaza Medan)

TUGAS AKHIR

ANALISA HUBUNG SINGKAT DAN MOTOR STARTING

DENGAN MENGGUNAKAN ETAP POWER STATION 4.0

(Aplikasi di Sun Plaza Medan)

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro

Oleh :

BUDI SIDABUTAR

(050402047)

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

ANALISA HUBUNG SINGKAT DAN MOTOR STARTING

DENGAN MENGGUNAKAN ETAP POWER STATION 4.0

(Aplikasi di Sun Plaza Medan)

Oleh :

BUDI SIDABUTAR NIM : 050402047

Disetujui Oleh : Pembimbing

Ir. Riswan Dinzi, MT NIP : 19610404 198811 1 001

Diketahui Oleh :

Ketua Departemen Teknik Elektro FT-USU

Prof. DR. Ir. Usman Baafai NIP : 19461022 197302 1 001

DEPATEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

ABSTRAK

Sistem Tenaga Listrik yang baik akan memberikan suplay daya listrik yang baik ke beban, selain itu juga memiliki kemampuan untuk mengamankan beban, peralatan listrik dan manusia dari kemungkinan bahaya yang mungkin terjadi seperti arus hubung singkat dan mampu mengatasi permasalahan pada proses starting motor. ETAP Power Station 4.0 (Electrical Transient Analizer Program) merupakan program yang dapat memberikan analisa hubung singkat dan motor starting. Tugas akhir ini membahas mengenai analisa hubung singkat dan motor starting terhadap sistem kelistrikan Sun Plaza Medan dengan perhitungan manual dan dengan menggunakan program ETAP Power Station 4.0. Rata – rata perbedaan kedua hasil perhitungan tersebut cukup kecil yaitu sekitar 0,7 %. Dari analisa hubung singkat, maka diperolehlah perbandingan breaking capacity pengaman yang terpasang di beberapa titik yang dianalisa terhadap besar kontribusi arus hubung singkat hasil perhitungan manual dan ETAP. Dan dari hasil analisa motor starting, diperoleh grafik yang menunjukkan voltage dip pada saat proses starting motor yang dianalisa.

KATA PENGANTAR

Segala puji syukur kepada Tuhan atas cinta kasih, anugerah, dan berkat-Nya yang menyertai Penulis setiap saat selama masa perkuliahan sampai penulisan tugas akhir ini. Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini adalah untuk memenuhi syarat kurikulum Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara dalam menyelesaikan program studi Strata Satu (S-1). Oleh karena itu Penulis mengambil judul tugas akhir :

Analisa Hubung Singkat dan Motor Starting dengan Menggunakan ETAP Power Station 4.0

(Aplikasi di Sun Plaza Medan)

Selama masa perkuliahan sampai menyelesaikan tugas akhir ini, penulis banyak memperoleh bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan setulus hati penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Orang tua Penulis, terutama untuk Ibunda tercinta, Alm. D. br Sipahutar yang telah mendidik dan membesarkan Penulis dengan segala pengorbanan dan kasih sayang yang tidak ternilai besarnya.

2. Bapaktua, Ir. Josafaty Daeli dan Maktua, R. br Sipahutar yang tidak pernah berhenti memberi dukungan, semangat dan doanya kepada Penulis serta menjadi saluran berkat dalam membiayai Penulis selama kuliah.

3. Bapak Ir. Riswan Dinzi, M.T, selaku Dosen Pembimbing Penulis yang telah banyak memberikan arahan dan bimbingan dalam penulisan tugas akhir ini.

4. Bapak Ir. Syamsul Amien, M.Si, selaku Dosen Wali Penulis yang telah membimbing selama masa kuliah sampai penyusunan tugas akhir ini.

5. Bapak Prof. DR. Ir. Usman Baafai, selaku Ketua Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

6. Bapak Ir. Rahmat Fauzi, M.T, selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

7. Bapak Ir. Zulkarnaen Pane, selaku Dosen yang juga telah banyak memberi masukan dan arahan dalam penulisan Tugas Akhir ini.

8. Seluruh Staf Pengajar dan Karyawan di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

9. Bapak Ir. Bobby Rahmat, selaku Staff Engineer PT. Manunggal Wiratama, Sun Plaza Medan, yang banyak memberikan bimbingan dalam proses pengambilan data.

10.PT. Mc Dermott Indonesia, Offshore Oil and Gas Construction, yang telah memberikan scholarship, dan juga membiayai penulisan Tugas Akhir ini serta memberi kepercayaan untuk bekerja dalam perusahaan.

11.Seluruh civitas akademika Departemen Teknik Elektro USU, khususnya teman – teman seperjuangan angkatan ’05, Lemuel, Christina, Roy, Bastanna, Herman, Khoirul Irpan, Dedy, Ferry, Fritz Bulu, Andry, Muti, Apri, Icha, Yona, Tachi, Flo, Meggy, Su’ib, Amir, Lutfi, Gifary, Alex, Rony, Rainhard, Dansem, Kito, Edison, RiGos, Elis PN, Mangiring, Bento, dan yang lainnya. 12.Yang terkasih, Rut Milinda, SE, kakanda, Putri Sion, SE, Wenly, Raja, Kel.

Hisar Timbul Napitupulu, SE, kak Martha, bang Samuel dan seluruh keluarga yang telah memberikan semangat serta dukungan moral kepada Penulis.

Penulis sangat menyadari bahwa tugas akhir ini masih banyak kekurangannya. Untuk itu, dengan penuh kerendahan hati, Penulis mengharapkan saran dan kritik dari Pembaca untuk melengkapi tugas akhir ini.

Akhirnya Penulis berharap agar tugas akhir ini dapat bermanfaat dan menambah pengetahuan kita semua.

Medan, Februari 2010 Penulis,

DAFTAR ISI

Halaman Judul Lembar Pengesahan

Abstrak ... i

Kata Pengantar ... ii

Daftar Isi ... v

Daftar Gambar ... viii

Daftar Tabel ... x

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan ... 2

1.3 Batasan Masalah ... 2

1.4 Metode Penulisan ... 3

1.5 Sistematika Penulisan ... 3

BAB II LANDASAN TEORI ANALISA HUBUNG SINGKAT DAN MOTOR STARTING 2.1 Kontribusi Arus Hubung Singkat ... 5

2.2 Masalah pada Saat Starting Motor ... 11

2.3 Persamaan – Persamaan pada Analisa Hubung Singkat dan Motor Starting Secara Manual ... 12

2.3.2 Perhitungan Voltage Drop ... 19

BAB III ANALISA HUBUNG SINGKAT DAN MOTOR STARTING DENGAN MENGGUNAKAN ETAP POWER STATION 4.0 3.1 Umum ... 21

3.2 Metode Analisa Hubung Singkat dan Motor Starting dengan ETAP Power Station 4.0 ... 21

3.2.1 Metode Analisa Hubung Singkat ... 21

3.2.2 Metode Analisa Motor Starting ... 23

3.3 Prosedur Menggunakan ETAP Power Station 4.0... 24

3.4 Data Kelistrikan Sun Plaza Medan ... 40

BAB IV HASIL ANALISA HUBUNG SINGKAT DAN MOTOR STARTING 4.1 Hasil Analisa Hubung Singkat ... 41

4.1.1 Perhitungan Secara Manual ... 41

4.1.1.1 Perhitungan Impedansi Peralatan ... 41

4.1.1.2 Perhitungan Impedansi Total ... 48

4.1.1.3 Analisa Hubung Singkat Secara Manual ... 53

4.1.2 Perhitungan Oleh ETAP Power Station 4.0 ... 67

4.1.2.1 Perhitungan Impedansi Peralatan ... 67

4.1.2.3 Analisa Hubung Singkat Oleh ETAP Power Station .. 67

4.2 Hasil Analisa Motor Starting ... 67

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ... 74 5.2 Saran ... 75

Daftar Pustaka Lampiran

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Kontribusi Arus Hubung Singkat ... 7

Gambar 2.2 (a) gelombang arus hubung singkat simetris, (b) gelombang arus hubung singkat asimetris... 11

Gambar 2.3 Total Arus Hubung Singkat dan Kontribusi Setiap Komponen ... 12

Gambar 2.4 Rangkaian Ekivalen Hubung Singkat 3 Phasa ... 15

Gambar 3.1 Flowchart analisa hubung singkat menggunakan ETAP 4.0 ... 25

Gambar 3.2 Flowchart analisa motor starting menggunakan ETAP 4.0 .... 27

Gambar 3.3 Tampilan pertama ETAP Power Station 4.0 ... 28

Gambar 3.4 Tampilan create new project file ... 29

Gambar 3.5 Tampilan user information ETAP Power Station 4.0 ... 29

Gambar 3.6 Tampilan utama program ETAP Power Station 4.0 ... 30

Gambar 3.7 One-line diagram dalam ETAP Power Station 4.0 ... 30

Gambar 3.8 Rating Page Power Grid ... 31

Gambar 3.9a (kiri) Info Page Transformator – (kanan) Rating Page Transformator ... 32

Gambar 3.9b Tap Page Transformator ... 32

Gambar 3.10 Bus Editor ... 33

Gambar 3.11 (kiri) Info Page Cable – (kanan) Impedance Page Cable ... 33

Gambar 3.12 (kiri) Info Page Generator – (kanan) Rating Page Generator... 34

Gambar 3.13 (kiri) Info Page Motor – (kanan) Name Plate Page Motor ... 35

Gambar 3.14 (kiri) Info Page Static Load – (kanan) Loading Page Static Load ... 35

Gambar 3.15 Page Gangguan pada Bus ... 37

Gambar 3.16 Motor Starting Study Case Editor ... 38

Gambar 3.17 Motor Starting Study Case Editor Info Page ... 41 Gambar 3.18 (kiri atas) Complete Page – (kanan atas) Input Page (kiri

Report Manager ... 42

Gambar 3.19 Motor Starting Plot Selection ... 42

Gambar 3.20 Motor Starting Study Case Curve ... 43

Gambar 4.1 Bus DB-LVL2-SS1-A ... 51

Gambar 4.2 Diagram Impedansi Sub Transient Bus DB-LVL2-SS1-A ... 52

Gambar 4.3 Diagram Impedansi Sub Transient ... 56

Gambar 4.4 Diagram Impedansi Sederhana dengan Titik Gangguan di F1 . 60 Gambar 4.5 Diagram Impedansi Transient ... 64 Gambar 4.6 Diagram Impedansi Sederhana dengan Titik Gangguan di F2 . 67 Gambar 4.7 Diagram Impedansi Sederhana dengan Titik Gangguan di F3 . 70

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Jenis Gangguan Hubung Singkat... 6

Tabel 2.2 Penyederhanaan Diagram Impedansi ... 19

Tabel 2.3 Faktor Pengali Daya Start Terhadap Daya Nominal Motor Induksi berdasarkan NEMA Letter Code ... 21

Tabel 4.1 Base Perhitungan ... 44

Tabel 4.2 Perhitungan Impedansi pada DB-LVL2-SS1-A ... 52

Tabel 4.3 Nilai Resistansi dan Reaktansi Sub Transient setiap Impedansi .. 53

Tabel 4.4 Perhitungan Paralel Impedansi Sub Transient 10 Feeder (Gangguan di F1) ... 57

Tabel 4.5 Perhitungan Impedansi Sub Transient pada Generator (Gangguan di F1) ... 59

Tabel 4.6 Perhitungan Impedansi Total Sub Transient (Gangguan di F1) ... 61

Tabel 4.7 Perhitungan Paralel Impedansi Transient (Gangguan di F1) ... 62

Tabel 4.8 Perhitungan Paralel Impedansi Transient 6 Feeder (Gangguan di F1) ... 65

Tabel 4.9 Perhitungan Total Impedansi Transient (Gangguan di F1) ... 66

Tabel 4.10 Perhitungan Impedansi Paralel (Gangguan di F2) ... 67

Tabel 4.11 Perhitungan Impedansi Seri (Gangguan di F2) ... 68

Tabel 4.12 Perhitungan Impedansi Total (Gangguan di F2) ... 68

Tabel 4.13 Perhitungan Impedansi Paralel (Gangguan di F3) ... 70

Tabel 4.14 Perhitungan Impedansi Seri (Gangguan di F3) ... 71

Tabel 4.15 Perhitungan Impedansi Total (Gangguan di F3) ... 71

Tabel 4.16 Hasil Perhitungan ETAP Power Station 4.0 ... 72

Tabel 4.17 Motor Starting Event Chiller 1 dan Chiller 2 ... 74

Tabel 4.18 Motor Starting Event Chiller 3 dan Chiller 4 ... 76

Tabel 4.19 Perbandingan Hasil Analisa Hubung Singkat Perhitungan Manual terhadap Perhitungan oleh ETAP Power Station 4.0 ... 80 Tabel 4.20 Pebandingan Besar Kontribusi Arus Hubung Singkat Hasil

Pengaman yang Terpasang di Bus Primary Sub Station ... 81 Tabel 4.21 Pebandingan Besar Kontribusi Arus Hubung Singkat Hasil

Perhitungan Manual dan ETAP 4.0 terhadap Breaking Capacity

Pengaman yang Terpasang di Bus 1 Paralel Generator ... 82 Tabel 4.21 Pebandingan Besar Kontribusi Arus Hubung Singkat Hasil

Perhitungan Manual dan ETAP 4.0 terhadap Breaking Capacity

ABSTRAK

Sistem Tenaga Listrik yang baik akan memberikan suplay daya listrik yang baik ke beban, selain itu juga memiliki kemampuan untuk mengamankan beban, peralatan listrik dan manusia dari kemungkinan bahaya yang mungkin terjadi seperti arus hubung singkat dan mampu mengatasi permasalahan pada proses starting motor. ETAP Power Station 4.0 (Electrical Transient Analizer Program) merupakan program yang dapat memberikan analisa hubung singkat dan motor starting. Tugas akhir ini membahas mengenai analisa hubung singkat dan motor starting terhadap sistem kelistrikan Sun Plaza Medan dengan perhitungan manual dan dengan menggunakan program ETAP Power Station 4.0. Rata – rata perbedaan kedua hasil perhitungan tersebut cukup kecil yaitu sekitar 0,7 %. Dari analisa hubung singkat, maka diperolehlah perbandingan breaking capacity pengaman yang terpasang di beberapa titik yang dianalisa terhadap besar kontribusi arus hubung singkat hasil perhitungan manual dan ETAP. Dan dari hasil analisa motor starting, diperoleh grafik yang menunjukkan voltage dip pada saat proses starting motor yang dianalisa.

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Sistem Tenaga Listrik yang baik akan memberikan suplay daya listrik yang baik ke beban. Sehingga suatu sistem tenaga listrik yang baik harus memiliki sistem proteksi yang baik. Sebuah alat proteksi dapat didefenisikan sebagai sebuah peralatan dalam suatu sistem untuk memproteksi sistem tersebut terhadap gangguan yang terjadi seperti hubung singkat.

Ketidakmampuan peralatan sistem proteksi seringkali menjadi sumber yang mendatangkan bahaya yang pada akhirnya mengakibatkan kerusakan yang tidak diinginkan, kontinuitas pelayanan terputus, kerugian pada suatu sistem produksi, kecelakaan pada manusia, dan akibat fatal lainnya.

Pemilihan peralatan proteksi yang tepat dan selektifitas setting peralatan yang akurat adalah berdasarkan pada perhitungan hubung singkat. Oleh karena itu, diperlukan adanya studi analisa hubung singkat dalam merencanakan suatu sistem tenaga listrik dan juga untuk mengevaluasi kelayakan sistem yang telah ada.

Dan hal yang juga berkaitan dengan analisa hubung singkat ini adalah perhitungan jatuh tegangan (voltage drop) pada saat start motor (motor starting). Dimana data – data yang dibutuhkan untuk perhitungan arus hubung singkat dapat juga digunakan dalam perhitungan jatuh tegangan akibat proses starting motor.

ETAP Power Station 4.0 (Electrical Transient Analizer Program) merupakan program yang dapat menampilkan secara GUI (Graphical User Interface) dengan jumlah bus unlimited. Salah satu kegunaan ETAP Power Station 4.0 adalah untuk

perhitungan arus hubung singkat dan motor starting. Oleh karena itu, diharapkan hasil perhitungan ETAP Power Station 4.0 ini dapat dijadikan perbandingan terhadap hasil perhitungan secara manual dalam mempermudah analisa terhadap suatu sistem tenaga listrik yang baik.

1.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan

Adapun tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah :

1. Menganalisa hubung singkat dalam suatu sistem tenaga listrik 2. Menganalisa proses motor starting dalam suatu sistem tenaga listrik

3. Membandingkan hasil perhitungan secara manual dan perhitungan dengan menggunakan ETAP Power Station 4.0 terhadap analisa hubung singkat dan drop tegangan pada saat motor starting

Tugas Akhir ini diharapkan dapat bermanfaat untuk memberikan pengertian dan penjelasan kepada penulis dan pembaca tentang analisa hubung singkat dan drop tegangan pada saat motor starting dalam suatu sistem tenaga listrik dan dapat menjadi sumbangan dalam memperkaya pengetahuan dan memberikan kesempatan untuk mempelajarinya lebih lanjut.

1.3 Batasan Masalah

Adapun batasan masalah yang dibahas adalah :

1. Analisa hubung singkat dan motor starting pada Sun Plaza Medan dengan menggunakan software ETAP Power Station versi 4.0.

2. Di dalam analisa hubung singkat, tidak membahas tentang berbagai jenis hubung singkat secara mendalam, mengingat penulis hanya menetukan besar

arus hubung singkat terbesar yaitu hubung singkat 3 phasa dalam menentukan rating pengaman.

3. Tidak memperhitungkan penggunaan kapasitor bank dan Load Tap Changing (LTC) Transformator.

4. Tidak membahas tentang arus inrush pada saat starting motor secara mendalam.

5. Data peralatan yang tidak didapatkan dari Sun Plaza Medan, menggunakan konstanta ETAP Power Station 4.0.

6. Perhitungan analisa hubung singkat dan motor starting ini menggunakan metode per unit dengan standard ANSI/IEEE.

1.4 Metode Penulisan

Adapun metodologi yang digunakan adalah :

1. Mempelajari Program (software) ETAP Power Station 4.0

2. Studi literatur : mengambil bahan dari buku-buku referensi, jurnal, panduan ETAP Power Station 4.0, dan sebagainya.

3. Studi bimbingan : diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh pihak Departemen Teknik Elektro USU mengenai masalah-masalah yang timbul selama penulisan Tugas Akhir berlangsung. 4. Data : Data – data yang diperlukan dalam analisa ini diperoleh dari Sun Plaza

Medan. Adapun data-data yang dibutuhkan adalah berupa one line diagram sistem dan parameter – parameter pada peralatan tenaga listrik seperti generator, transfomator, bus, beban, alat proteksi dan sebagainya.

1.5 Sistematika Penulisan

Penulisan tugas akhir ini disusun secara sistematis sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Bagian ini berisikan latar belakang, tujuan dan manfaat penulisan, batasan masalah, metodologi penulisan, dan sistematika penulisan.

BAB II LANDASAN TEORI ANALISA HUBUNG SINGKAT DAN

MOTOR STARTING

Bagian ini berisi tentang kontribusi arus hubung singkat, masalah pada saat motor starting, dan persamaan – persamaan pada analisa hubung singkat dan motor starting.

BAB III ANALISA HUBUNG SINGKAT DAN MOTOR STARTING

DENGAN MENGGUNAKAN ETAP POWER STATION 4.0

Bagian ini berisi tentang prosedur menggunakan ETAP, metode analisa hubung singkat dan motor starting oleh ETAP dan data sistem kelistrikan Sun Plaza Medan

BAB IV HASIL ANALISA HUBUNG SINGKAT DAN MOTOR STARTING

Bagian ini berisi tentang hasil analisa hubung singkat dan motor

starting secara manual dan oleh ETAP serta perbandingan hasil kedua

analisa tersebut.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bagian ini berisi tentang kesimpulan dan saran dari hasil analisa yang telah dilakukan.

BAB II

LANDASAN TEORI ANALISA HUBUNG SINGKAT DAN MOTOR STARTING

2.1 Jenis Gangguan Hubung Singkat

Ada beberapa jenis gangguan hubung singkat dalam sistem tenaga listrik antara lain hubung singkat 3 phasa, 2 phasa, 2 phasa ke tanah, dan satu phasa ke tanah. Dalam tugas akhir ini, analisa hubung singkat yang dilakukan adalah hubung singkat 3 phasa. Walaupun jenis gangguan hubung singkat tiga phasa bukanlah merupakan jenis gangguan yang paling sering terjadi dalam sistem tenaga listrik, namun di dalam analisanya, arus hubung singkat 3 phasa adalah arus hubung singkat terbesar diantara jenis gangguan hubung singkat lainnya, sehingga hal inilah yang menjadi dasar bahwa besar arus hubung singkat hasil analisa ini dapat dijadikan salah satu pertimbangan dalam pemilihan peralatan proteksi yang tepat, sehingga bila gangguan hubung singkat itu benar – benar terjadi di dalam sistem, maka peralatan proteksi dapat bekerja mengamankan bagian sistem yang terganggu sesuai yang diharapkan.

Tabel 2.1 berikut menunjukkan berbagai jenis gangguan hubung singkat dalam sistem tenaga listrik :

Tabel 2.1 Jenis Gangguan Hubung Singkat

No

Jenis Gangguan Hubung Singkat

Gambar Rangkaian

1 3 Phasa

Ea Ec Eb _z z z Ic Ib Ia

2 2 Phasa

Ea Ec Eb

_z

z

z

Ic

Ib

Ia

3 2 Phasa ke tanah

Ea Ec Eb _z z z Ic Ib Ia

4 1 Phasa ke tanah

Ea Ec Eb _z z z Ic Ib Ia

2.2 Kontribusi Arus Hubung Singkat

Besar arus hubung singkat bergantung pada besar sumber yang membangkitkan sistem, nilai reaktansi peralatan dan nilai reaktansi sistem keseluruhan sampai ke titik gangguan. Sumber arus hubung singkat dapat berasal dari sistem pembangkit (PLN), generator, motor sinkron dan motor induksi.

Utility System

Stepdown Transformator

M

M

Fault

Synchronous Motor Induction Motor

Point of Fault Switch Gear

G

Synchronous Generator

Gambar 2.1 Kontribusi Arus Hubung Singkat 1. Sistem Pembangkit (PLN)

PLN memberikan suplai daya pada pelanggan khususnya industri melalui trafo (step down) dari jaringan distribusi tegangan menengah ke tegangan yang dipakai oleh konsumen. Trafo sering sekali dimengerti sebagai sumber hubung singkat, tentu saja hal ini sama sekali tidak benar. Trafo Distribusi hanya mengubah (menaikkan/menurunkan) level tegangan dan besar arus.

Arus hubung singkat yang melewati trafo bergantung pada besar tegangan sekundernya dan persen reaktansinya. Sistem pembangkit dalam hal ini PLN juga

memberikan informasi tentang kontribusi daya hubung singkat yang memungkinkan dari sistem pembangkit.

2. Generator

Generator adalah alat pembangkit energi listrik yang bekerja mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Di dalam sistem listrik industri, selain mendapat suplay daya dari PLN sebagai sistem pembangkit listrik utama, beberapa industri besar juga memiliki suplay daya sendiri dari generator yang dapat berfungsi :

• Sebagai unit cadangan (emergency) yang dijalankan pada saat keadaan darurat atau saat terjadi pemadaman pada sistem pembangkit utama (PLN).

• Sebagai unit pembangkit bantuan yang dapat membantu suplay daya listrik dari PLN pada saat beban puncak (peak load).

Pada saat terjadi gangguan hubung singkat, generator memberi kontribusi terhadap besar arus hubung singkat yang terjadi seperti yang dapat dilihat pada gambar 2.3 (b). Generator digerakkan oleh penggerak mula (prime mover). Biasanya dalam industri adalah mesin diesel. Ketika hubung singkat terjadi, generator akan terus dikendalikan oleh prime mover dan tetap menghasilkan tegangan selama medan eksitasinya tetap dipertahankan putaran generator pada kecepatan normal. Tegangan yang dihasilkan ini menghasilkan arus yang besar yang mengalir ke titik gangguan. Arus yang mengalir ini hanya dibatasi oleh impedansi generator dan impedansi rangkaian dari generator sampai ke titik gangguan.

Reaktansi generator berganti secara transient seiring dengan waktu setelah awal terjadinya gangguan. Adapun jenis nilai reaktansinya adalah sebagai berikut:

• X”d = Reaktansi Sub transient / Sub transient Reactance

Adalah nilai reaktansi yang menentukan besar arus hubung singkat sesaat setelah terjadi ganguan. Nilai ini hanya berlangsung selama beberapa cycle setelah gangguan terjadi dan dalam sekitar 0,1 detik meningkat ke nilai berikutnya.

• X’d = Reaktansi Transient / Transient Reactance

Berlangsung sekitar 2 detik dan meningkat hingga mencapai nilai reaktansi akhir.

• Xd = Reaktansi Sinkron / Synchronous Reactance

Adalah nilai reaktansi yang menentukan besar arus mengalir setelah kondisi steady state tercapai. Ini tercapai setelah beberapa detik setelah hubung singkat terjadi.

3. Motor Sinkron

Motor Sinkron memiliki karakteristik yang hampir sama dengan generator sinkron. Ketika gangguan terjadi, tegangan sistem menurun hingga menjadi sangat kecil, motor sinkron berhenti mencatu daya dari sistem untuk berputar menggerakkan bebannya dan mulai melambat. Tetapi momen inertia dari beban cenderung mencegah motor melambat secara cepat. Inersia ini mengambil peran sebagai prime

mover dan dengan eksitasi yang tetap disuplai, menjadikan motor berfungsi sebagai

generator yang juga mensuplai arus hubung singkat untuk beberapa cycle setelah hubung singkat terjadi.

Sama seperti generator, besarnya arus hubung singkat juga ditentukan oleh nilai reaktansi X”d, X’d dan Xd Motor Sinkron. Besarnya arus hubung singkat yang

dikontribusi oleh motor sinkron juga bergantung pada besar dayanya (HP), rating tegangan serta reaktansi sistem sampai ke titik gangguan.

4. Motor Induksi

Motor induksi juga memberikan kontribusi arus hubung singkat akibat inersia beban dan rotor tetap berputar menggerakkan motor setelah terjadinya gangguan. Tetapi ada perbedaan kontribusi arus hubung singkat antara motor induksi dengan mesin sinkron. Medan fluksi motor induksi dihasilkan oleh induksi di stator dan bukan berasal dari medan fluks DC. Karena fluksi ini tiba – tiba menghilang setelah terjadi gangguan, maka kontribusi arus hubung singkat dari motor induksi juga drop secara cepat setelah beberapa cycle seperti yang diperlihatkan dalam gambar 2.3 (a). Sehingga tidak ada kontribusi arus gangguan steady state. Oleh karena itu, hanya nilai reaktansi sub transient (X”d) motor induksi saja yang diperhitungkan. Namun untuk motor induksi dengan kapasitas besar (>50 Hp = > 37,3 kW) memiliki nilai reaktansi transient yang harus diperhitungkan. Besarnya arus hubung singkat yang dikontribusi oleh motor induksi juga bergantung pada besar daya motor, rating tegangan, serta impedansi menuju titik gangguan.

Gambar 2.3 (e) menunjukan total arus hubung singkat yaitu jumlah (kombinasi) dari semua sumber yang memberikan kontribusi terhadap arus hubung singkat seperti peralatan – peralatan yang telah dibahas yaitu sistem pembangkit (PLN), generator sinkron dan motor induksi. Besar arus hubung singkat yang terbesar adalah terjadi pada saat 1 ½ cycle pertama dan selanjutnya menurun setelah beberapa cycle berikutnya. Setelah 1 atau 2 cycle, kontribusi motor induksi segera menghilang.

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 arus komponen DC seperti yang dapat dilihat pada gambar 2.2. Komponen DC ini menyebabkan gelombang arus hubung singkat menjadi tidak simetris dan pengaruh ini hanya sesaat dan menghilang. Namun menyebabkan sebuah perbedaan sudut magnitude yang besar antara puncak gelombang pertama setelah gangguan dengan puncak gelombang cycle berikutnya.

(a) (b)

Gambar 2.2 (a) gelombang arus hubung singkat simetris, (b) gelombang arus hubung singkat asimetris

Gambar 2.3 Total Arus Hubung Singkat (e) dengan Kontribusi Setiap Peralatan : a) Motor Induksi

b) Mesin Sinkron c) Power Grid d) Komponen DC

2.3 Masalah pada Saat Starting Motor Induksi

Masalah pada saat starting motor induksi yang umum menjadi perhatian adalah pada motor – motor induksi tiga fasa yang memiliki kapasitas yang besar. Untuk menghasilkan torsi start yang cukup, motor induksi membutuhkan arus

starting yang cukup besar yang mencapai 5 hingga 7 kali arus nominal motor. Arus start yang besar dan seketika ini disebut sebagai inrush current.

Ada beberapa metode starting motor yang dapat dilakukan untuk mengatasi arus start yang besar, beberapa diantaranya adalah :

1. Direct On Line (DOL) 2. Wye – Delta

3. Pengaturan Resistansi pada Stator 4. Autotrafo

5. Soft Stater

6. Frekuensi Converter

Walaupun arus start yang besar tersebut hanya berlangsung dalam waktu yang cukup singkat, namun hal tersebut juga menyebabkan jatuh tegangan ( voltage

drop ) sesaat yang disebut dengan voltage dip.

Voltage Dip adalah penurunan tegangan antara (10 – 90) % dari tegangan

nominal yang terjadi dalam waktu yang relatif singkat (0,5 cycle - beberapa detik). Efek yang merugikan akibat voltage dip ini meliputi :

1. Torsi yang bersifat transient yang dapat menyebabkan stress (tekanan) yang berlebih pada sistem mekanisnya.

2. Menghambat akselerasi (percepatan) putaran motor menuju kecepatan normal.

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

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

Dimana :

I3 phasa = Besar arus hubung singkat 3 phasa ( Ampere )

Ephasa = Besar tegangan phasa terhadap netral sistem ( Volt )

Z1 = Zekivalen = 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 Zekivalen

( 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

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

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,

5. Mengkonversi kontribusi daya hubung singkat (PSC) 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

X1

X2

X

2 Paralel

X1 X2 X

3 Paralel

4 Wye to Delta

Xa

Xc Xb

XB XC

XA

1

1

2 3 2

3 5 Delta to

Wye

XB XC

XA

1

2

3 2

Xa

Xc Xb

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.

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

Persamaan berikut dapat digunakan untuk menetukan besar daya yang diperlukan untuk start motor :

Dimana :

Sstart = Daya yang diperlukan untuk start motor (kVA)

Srated = Daya nominal motor (Hp)

Letter Code Factor = Faktor pengali (kVA/Hp) berdasarkan jenis motor induksi yang

dapat dilihat dalam tabel 2.3 berikut.

Tabel 2.3 Faktor Pengali Daya Start Terhadap Daya Nominal Motor Induksi Berdasarkan NEMA Letter Code

Huruf Faktor Pengali (kVA/Hp)

A 0 – 3,15

B 3,15 – 3, 55

C 3,55 – 4,00

E 4,50 – 5,00

F 5,00 – 5,60

Sehingga besar arus inrush motor adalah :

Di mana :

Istart = Arus starting motor (Ampere)

Vnominal = Tegangan nominal motor (Volt)

Dari one line diagram suatu sistem tenaga listrik, terdapat impedansi baik seri maupun paralel antara titik suplai sampai ke terminal motor. Prosedur perhitungan jatuh tegangan pada motor saat starting motor adalah dengan menghitung impedansi antara motor sampai pada titik dimana tegangan dapat diasumsikan konstan. Impedansi suatu motor dapat ditentukan dari katalog pabrikasinya, yang biasanya memberikan data arus beban penuh dan arus block rotor.

Persamaan yang dapat dipakai untuk menentukan tegangan motor pada saat

starting adalah :

Dimana :

= tegangan nominal motor = impedansi motor

= =

Rs = resistansi total antara motor sampai pada titik dimana tegangan dapat diasumsikan konstan

Xs = reaktansi total antara motor sampai pada titik dimana tegangan dapat diasumsikan konstan

Semua impedansi dinyatakan dalam satuan ohm, persen atau satuan per unit dengan base yang telah ditentukan. Jika drop tegangan dihitung dengan mengabaikan resistansi rangkaian dan hanya memperhitungkan reaktansi rangkaian, maka persamaan tersebut dapat disederhanakan menjadi :

Impedansi motor dapat dihitung dengan persamaan :

Dimana :

Vm = tegangan rating motor (volt)

Is = arus start pada tegangan rated motor (amp)

Impedansi motor juga dapat dinyatakan dalam persen dengan persamaan :

Dimana :

ILR = arus block rotor (amp)

IFL = arus beban penuh (amp)

Biasanya, nilai ILR/IFL bervariasi antara 5 sampai 10 bergantung pada type dan

BAB III

ANALISA HUBUNG SINGKAT DAN MOTOR STARTING DENGAN MENGGUNAKAN ETAP POWER STATION 4.0

3.1 Umum

ETAP Power Station 4.0 (Electrical Transient Analyzer Program) merupakan suatu program yang menampilkan secara GUI (Graphical User Interface) tentang analisis sistem tenaga. Program ETAP Power Station 4.0 dibuat oleh perusahaan

Operation Technology, Inc (OTI) dari tahun 1995. ETAP Power Station versi 4.0

merupakan salah satu produk OTI yang dikeluarkan pada tahun 2000. Tujuan program ETAP Power Station 4.0 dibuat adalah untuk memperoleh perhitungan dan analisis sistem tenaga pada sistem yang besar dengan jumlah bus yang unlimited dengan menggunakan komputer. Salah satunya adalah untuk perhitungan arus hubung singkat dan motor starting. Sistem kelistrikan Sun Plaza Medan merupakan sistem yang cukup besar, oleh karena itu program ETAP Power Station 4.0 dapat digunakan untuk perhitungan arus hubung singkat dan motor starting Sun Plaza Medan.

3.2 Metode Analisa Hubung Singkat dan Motor Starting dengan ETAP Power Station 4.0

3.2.1 Metode Analisa Hubung Singkat

Gambar 3.1 merupakan flowchart analisa hubung singkat, sehingga dapat dijelaskan metode analisa hubung singkat pada sistem kelistrikan Sun Plaza Medan dengan menggunakan program ETAP Power Station 4.0 adalah sebagai berikut :

Gambar 3.1 Flowchart analisa hubung singkat menggunakan ETAP 4.0 1. Membuat one-line diagram sistem yang akan dibahas, dalam tugas akhir ini

adalah sistem kelistrikan Sun Plaza Medan.

2. Data generator, transformator, kabel, motor induksi, dan bus dapat dimasukan ke dalam program setelah one-line diagram dibuat.

3. Menentukan bus yang mengalami gangguan (Fault).

Mulai Buat One-Line

Diagram

Masukan Data: Power Grid (MVASC) Generator(KV, MW, MVAR) Transformator(KV, MVA, Z, X/R) Induction Motor (KW,KV,PF,X/R)

Cable (panjang, R, X, Y) Bus(KV, %V)

Tentukan Bus Fault

Run Program

Output Report Selesai Tentukan Standart Perhitungan Hubung Singkat :

ANSI atau IEC

Tidak

Error

4. Tentukan standard perhitungan hubung singkat, dalam tugas akhir ini adalah standard ANSI/IEEE.

5. Jalankan program ETAP Power Station 4.0 dengan memilih icon short circuit

analysis pada toolbar. Program tidak jalan (error) apabila terdapat kesalahan

dalam one line diagram atau data yang kurang, sehingga data harus diperiksa dan dimasukan kembali.

6. Short circuit analysis report dapat diperoleh setelah program dapat

dijalankan. Untuk memperoleh hasil perhitungan hubung singkat, pilih icon

short circuit report manager yang terdapat di toolbar sebelah kanan program.

3.2.2 Metode Analisa Motor Starting

Gambar 3.2 merupakan flowchart analisa motor starting sehingga dapat dijelaskan metode analisa motor starting pada sistem kelistrikan Sun Plaza Medan dengan menggunakan program ETAP Power Station 4.0 adalah sebagai berikut :

1. Membuat one-line diagram sistem yang akan dibahas, dalam tulisan ini adalah sistem kelistrikan Sun Plaza Medan.

2. Data generator, transformator, kabel, motor induksi, dan bus dapat dimasukan ke dalam program setelah one-line diagram dibuat.

3. Tentukan simulation time step, plot time step dan total simulation time.

4. Jalankan program ETAP Power Station 4.0 dengan memilih icon motor

starting analysis pada toolbar kemudian memilih icon run dynamic motor starting. Program tidak jalan (error) apabila terdapat kesalahan dalam one line diagram atau data yang kurang, sehingga data harus diperiksa dan

5. Motor starting analysis report dan plot dapat diperoleh setelah program dapat

dijalankan. Untuk memperoleh hasil perhitungan hubung singkat, pilih icon

short circuit report manager dan motor starting plots yang terdapat di toolbar

sebelah kanan program.

Gambar 3.2 Flowchart analisa motor starting menggunakan ETAP 4.0

Mulai Buat One-Line

Diagram

Masukan Data: Power Grid (MVASC) Generator(KV, MW, MVAR) Transformator(KV, MVA, Z, X/R) Induction Motor (KW,KV,PF,X/R)

Cable (panjang, R, X, Y) Bus(KV, %V)

Run Program

Output Report Selesai Tentukansimulation time step, plot time step dan total

simulation time

Tidak

3.3 Prosedur Menggunakan ETAP Power Station 4.0

Membuat one-line diagram sistem pembangkitan seperti langkah-langkah di bawah ini :

1. Jalankan program ETAP Power Station 4.0.

Program ETAP Power Station 4.0 dapat digunakan setelah diinstall kedalam komputer, setelah itu program dapat digunakan dengan cara mengklik program ETAP Power Station 4.0. Setelah program dijalankan maka akan tampak tampilan seperti gambar 3.3 yang merupakan tampilan pertama program ETAP Power Station 4.0.

Gambar 3.3 Tampilan pertama ETAP Power Station 4.0 2. Membuat studi kasus yang baru

Untuk membuat studi kasus yang baru maka pada gambar 3.3 klik file → new

project akan muncul seperti gambar 3.4, setelah itu tulis name project, dan pilih unit system dan required password sesuai dengan kebutuhan.

Gambar 3.4 Tampilan create new project file

Setelah pada gambar 3.4 diklik → ok maka akan tampil seperti gambar 3.5.

Gambar 3.5 Tampilan user information ETAP Power Station 4.0

Masukan user name → full name → description → password → ok sesuai dengan kebutuhan maka akan tampil Gambar 3.6.

3. Membuat one-line diagram

Pada gambar 3.6 terdapat ruang untuk menggambar one-line diagram dengan menggunakan template yang terdapat pada toolbar terletak di sebelah kanan.

Gambar 3.6 Tampilan utama program ETAP Power Station 4.0

4. Input Data

Adapun data – data yang diperlukan untuk analisa Tugas Akhir ini baik untuk perhitungan secara manual maupun dengan menggunakan software ETAP Power Station 4.0 antara lain :

1. Data Utility

Meliputi daya hubung singkat yang memungkinkan dari sistem PLN (PSC

available).

Gambar 3.8 Rating Page Power Grid

2. Data Transformator

Data yang diperlukan untuk analisa meliputi : 1) Identifikasi yaitu identitas transformator 2) Rating kVA/MVA, max kVA/MVA 3) Rating kV primer serta kV sekunder 4) % Z dan X/R

Gambar 3.9a (kiri) Info Page Transformator – (kanan) Rating Page Transformator

Gambar 3.9b Tap Page Transformator

3. Data Bus

Data yang dibutuhkan untuk analisa meliputi : 1) ID Bus berupa nomor atau nama bus dari sistem. 2) Nominal kV adalah tegangan nominal pada bus.

3) %V dan sudut (angle) yaitu tegangan pengenal bus sebelum ada gangguan.

Gambar 3.10 Bus Editor

4. Data Branch

Data branch (saluran) yang dimasukkan ke dalam branch editor meliputi data transmision line, kabel, reaktor, dan impedansi. Data yang dibutuhkan dalam analisa meliputi :

1) Nilai dan besaran, toleransi, temperature dari branch Z, R, X atau X/R 2) Panjang dan satuan dari kabel transmisi

3) Base kV dan base kVA/MVA saluran

Gambar 3.11 (kiri) Info Page Cable – (kanan) Impedance Page Cable

5. Data Synchronous Generator

Data Synchronous Generator (generator sinkron) yang dibutuhkan dalam analisa meliputi :

1) Identitas Generator (rated kW, kV, %PF, poles, dsb)

2) Reaktansi transient (Xd’), Reaktansi sub transient (Xd”) dan X/R ratio 3) Mode Operasi (Swing, Voltage Control atau Mvar Control)

a. %V dan sudut untuk mode Swing

b. %V, MW Loading, dan Mvar Limit (Qmax dan Qmin) untuk operasi mode Voltage Control

c. Pembebanan MW dan Mvar untuk mode Mvar Control

Gambar 3.12 (kiri) Info Page Generator – (kanan) Rating Page Generator

6. Data Motor Induksi

Data yang diperlukan untuk analisa meliputi : 1) Rating kW/HP dan kV

2) Reaktansi transient (Xd’), Reaktansi sub transient (Xd”) dan X/R ratio

3) Power factor dan efisiensi pada pembebanan 100%, 75% dan 50 %

4) % loading yaitu persen pembebanan pada motor 5) Data kabel peralatan

Gambar 3.13 (kiri) Info Page Motor – (kanan) Name Plate Page Motor

7. Data Static Load dan Lump Load

Data yang diperlukan untuk analisa meliputi : 1) Identifikasi beban yaitu identitas nama beban 2) Rating kVA/MVA dan kV

3) Power factor

4) Data kabel peralatan

Gambar 3.14 (kiri) Info Page Static Load – (kanan) Loading Page Static Load

5. Toolbar

Adapun toolbar short circuit analysis ada dua macam, yaitu standard ANSI dan IEC. Dalam tugas akhir ini, standard yang dipakai adalah standard ANSI. Berikut ini adalah toolbar untuk standard ANSI :

Sedangkan untuk motor starting analysis, toolbar yang ada adalah sebagai berikut :

Short circuit Display Options: untuk mengatur hasil short circuit yang ditampilkan sesuai dengan peralatan yang operasi.

Short circuit Report Manager: untuk menampilkan hasil short circuit Halt Current Calculation: untuk menghentikan proses running short circuit

Get Online Data: untuk menyalin data online jika computer interkoneksi dengan menggunakan PSMS (online feature)

Get Archived Data: untuk menyalin data online jika computer terinterkoneksi. 3–Phase Fault Device Duty : untuk menganalisa gangguan 3 phasa sesuai dengan sistem.

3-Phase Faults - 30 Cycle Network : untuk menganalisa gangguan 3 phasa pada system dengan waktu 30 cycle.

LG, LL, LLG, & 3-Phase Faults - ½ Cycle: untuk menganalisa gangguan satu phasa ke tanah , antar phasa, dua phasa ke tanah dan 3 phasa selama ½ cycle LG, LL, LLG, & 3-Phase Faults - 1.5 to 4 Cycle: untuk menganalisa gangguan satu phasa ke tanah , antar phasa, dua phasa ke tanah dan 3 phasa antara 1,5 sampai 4 cycle

LG, LL, LLG, & 3-Phase Faults - 30 Cycle: untuk menganalisa gangguan satu phasa ke tanah , antar phasa, dua phasa ke tanah dan 3 phasa selama 30 cycle

Save Fault kA for PowerPlot: untuk studi lebih lanjut dengan program powerplot yang berhubungan dengan koordinasi.

Dynamic Motor Acceleration : untuk simulasi starting motor secara dinamis

Static Motor Acceleration : untuk simulasi starting motor secara statis

Motor Acceleration Plots : untuk menghasilkan output grafik analisa

6. Memberi gangguan pada bus

Untuk dapat melakukan analisa hubung singkat ini maka pada bus yang akan dianalisa harus diberi gangguan dengan cara pada bus yang diinginkan ada gangguan di klik kanan setelah itu pilih option fault, jika ingin mengembalikan seperti semula pilih option don’t fault (lihat gambar 3.15).

Gambar 3.15 Page Gangguan pada Bus

7. Motor Starting Input

Parameter – parameter yang diperlukan antara lain : 1) Transisi Beban

ETAP memungkinkan input 15 kali peristiwa untuk mensimulasikan proses transisi beban dari peristiwa 1 sampai ke peristiwa 15. Dan setiap peristiwa dapat

gangguan

normalisasi

Motor Acceleration Report Manager: untuk menampilkan hasil analisa

diinput semua kemungkinan proses transisi beban yang tidak terbatas baik untuk beban yang distart secara tunggal (Action by Load) maupun sejumlah beban motor yang dijalankan secara bersamaan (Action by Starting Category) secara berturut – turut.

Masing – masing peristiwa dimulai pada waktu yang telah disetting (input) dan harus terjadi secara berurutan (kronologis) artinya peristiwa keempat harus terjadi setelah peristiwa ketiga. ETAP akan mengabaikan peristiwa yang terjadi di luar urutan waktu peristiwa, sehingga kita harus menginput total waktu simulasi pada halaman Info di task Motor Starting Study Case.

Jika suatu motor telah dijalankan di peristiwa sebelumnya, maka ETAP akan mengabaikan jika ada perintah starting motor yang sama pada peristiwa berikutnya. Begitu juga jika kita memberi perintah untuk mematikan (switch off) motor yang sudah dimatikan sebelumnya maka ETAP juga akan mengabaikannya.

2) Iterasi maksimum

Adalah nilai iterasi maksimum bagi ETAP untuk menyelesaikan persamaan studi aliran daya. Nilai ini menjadi batasan jika solusi studi aliran daya tidak bertemu setelah tingkat iterasi yang sudah kita tentukan. Karena metode motor starting baik secara dinamis maupun statis menggunakan persamaan Newton – Raphson maka ini diselesaikan dalam 2 atau 3 tingkat iterasi. ETAP merekomendasikan untuk memilih nilai minimumnya adalah 5 tingkat iterasi. Jika solusinya juga belum dapat ditemukan, maka kita sebaiknya menambah angka ini.

3) Solution Precision

Persamaan studi aliran daya yang digunakan adalah dengan cara iterasi.

Solution Precision adalah nilai / tingkat ketelitian terhadap kesalahan yang diizinkan

dalam perhitungan. Ketika kesalahan perhitungan pada MW atau MVAR motor pada setiap bus telah dibawah tingkat ketelitian yang diizinkan, maka ETAP akan menghentikan perhitungan studi aliran daya dan melaporkan hasil perhitungan yang telah diselesaikan. Sebaiknya tingkat ketelitian yang dipakai adalah 0,001, namun jika perhitungan belum juga dapat diselesaikan maka nilai ini dapat ditingkatkan menjadi 0,005 atau nilai diatasnya.

4) Simulation Time Step

Simulation Time Step adalah interval waktu simulasi dalam perhitungan

analisa motor starting. Nilai yang direkomendasikan untuk Simulation Time Step adalah 0,001 detik.

5) Plot Time Step

Plot Time Step adalah interval waktu diagram yaitu nilai intensitas seberapa

jika ditentukan 20 step, maka ETAP akan mencatat setiap 20 kali interval waktu simulasi (Simulation Time Step). Misalnya, jika interval waktu simulasi adalah 0,001 detik maka interval waktu dalam diagram akan menjadi setiap 0,02 detik. Semakin kecil angka ini, maka akan memberikan hasil grafik yang lebih halus (teliti / akurat). Jika kita menentukan interval waktu simulasi (Simulation Time Step) adalah 0,001 detik dan interval waktu diagram (Plot Time Step) adalah 10 dalam waktu total (Total

Simulation Time) 20 detik maka ETAP akan mencatat sebanyak 2000 titik.

6) Total Simulation Time

Total Simulation Time adalah jumlah / keseluruhan waktu yang kita inginkan

untuk menjalankan simulasi dalam satuan detik. Sebagai contoh : T1 = 0,00 keadaan awal

T2 = 0,10 start motor M10 pada bus 10 dan menghidupkan beban statis stat 2 pada bus 20

T3 = 0,60 matikan motor M10 pada bus 10 dan jalankan motor M1 pada bus 6

Jika total waktu simulasi yang ditentukan adalah 2 detik, maka ETAP akan menjalankan simulasi sesuai dengan perintah – perintah yang telah diberikan pada waktu yang telah ditentukan. Dan simulasi akan terus berjalan hingga 2 detik, kemudian hasil laporan dan grafiknya dapat diperoleh dalam report.

Gambar 3.17 Motor Starting Study Case Editor Info Page

8. Data Hasil Simulasi

Hasil dari short circuit dapat diketahui melalui Short circuit Report Manager dimana data keluaran yang dapat diketahui meliputi :

Gambar 3.18 (kiri atas) Complete Page – (kanan atas) Input Page

(kiri bawah) Result Page – (kanan bawah) Summary Page SC Report Manager

ETAP juga memberikan grafik hasil simulasi motor. Grafik yang diberikan adalah grafik arus, slip, tegangan terminal, kVA dan kVAR terhadap waktu.

Gambar 3.20 Motor Starting Study Case Curve

3.4 Data Kelistrikan Sun Plaza Medan

Sistem kelistrikan Sun Plaza Medan dilayani oleh PLN pada jaringan 20 kV. Selain suplay dari PLN, Sun Plaza juga memiliki suplay sendiri dari 6 unit generator yang masing – masing berkapasitas 2 MVA. Outgoing dari generator pada tegangan 380 Volt dinaikkan oleh trafo step up (0.38/20 kV) dan di interkoneksi pada tegangan 20 kV yaitu pada primary substation. Outgoing primary substation melayani 4 buah substation yaitu LV – SS1, LV – SS2, LV – SS3, LV – SS4, dan melayani sebuah substation chiller yaitu CHILLER LV di basement. Untuk lebih memahaminya, dapat melihat one line diagram yang terdapat pada lampiran A.

BAB IV

HASIL ANALISA HUBUNG SINGKAT DAN MOTOR STARTING

4.1 Hasil Analisa Hubung Singkat 4.1.1 Perhitungan secara Manual

Sistem kelistrikan Sun Plaza Medan, seperti yang terlihat dalam lampiran A,

one line diagram Sun Plaza Medan, memiliki peralatan – peralatan listrik yang

memberikan kontribusi terhadap besarnya arus hubung singkat yaitu terdiri dari

Power Grid (Sistem Jaringan PLN), motor induksi dan generator sinkron serta

peralatan lainnya seperti kabel dan transformator.

Sub bab ini menunjukkan perhitungan arus hubung singkat 3 phasa secara manual dengan menggunakan langkah – langkah yang telah dijelaskan dalam sub bab 2.4.1.

4.1.1.1Perhitungan Impedansi Peralatan

Dalam perhitungan impedansi peralatan yaitu resistansi dan reaktansi (baik

transient maupun sub transient) dalam tugas akhir ini adalah mempergunakan sistem per unit. Perhitungan dilakukan dengan menggunakan base daya 100 MVA dan base

tegangan 20 kV dan 0,38 kV seperti yang terlihat dalam tabel 4.1. Tabel 4.1 Base Perhitungan

kVA(base) kV(base) I(base) Z(base)

100.000 20 2.886,75 4

100.000 0.38 151.934,28

Berikut adalah perhitungan impedansi setiap perlatan untuk power grid, transformator, kabel, motor induksi, lump load, dan generator.

Power Grid ( PSC = 540 MVA, X/R = 3 )

Untuk mengkonversi besar kontribusi daya hubung singkat (PSC) yang

memungkinkan dari sistem jaringan atas (tegangan menengah) ke satuan per unit, maka persamaan yang digunakan adalah dengan persamaan (2.6), sehingga :

X/R = 3 maka sehingga :

Dengan menggunakan persamaan (2.3), maka persen impedansinya adalah:

Transformator

Trafo 1 ( 4 MVA, %Z = 6,75 %, X/R = 11,4)

Impedansi per unit berdasarkan base rating trafo sesuai dengan persamaan (2.3) adalah :

Sehingga nilai per unit (rating base) tersebut dikonversikan ke base yang telah dipilih yaitu 100 MVA berdasarkan persamaan (2.5) adalah :

Dimana maka sehingga :

Dengan menggunakan persamaan (2.3), maka nilai resistansi dan reaktansi per unit Trafo 1 adalah :

Untuk hasil perhitungan impedansi 12 unit Trafo lainnya, dapat dilihat dalam lampiran B pada tabel b.1.

Cable

Cable 1 (3NOS 1Cx95 mm2)

Resistansi kabel = 0,23654 ohm/1000 m per konduktor berkas. Maka resistansi kabel untuk panjang 250 m adalah :

Karena konduktor kabel terdiri dari 3 berkas maka resistansinya dibagi 3, sehingga :

Sesuai dengan persamaan (2.4) maka persen impedansinya adalah:

Reaktansi kabel = 0,14300 ohm/1000 m per konduktor berkas. Maka reaktansi kabel untuk panjang 250 m adalah :

Karena konduktor kabel terdiri dari 3 berkas maka reaktansinya dibagi 3, sehingga :

Dengan menggunakan persamaan (2.2), maka reaktansi kabel per unit adalah :

Sesuai dengan persamaan (2.4) maka persen reaktansinya adalah:

Untuk hasil perhitungan impedansi kabel lainnya dapat dilihat lampiran B tabel b.2.

Motor Induksi

PCHWP-1 ( 45 kW, 54,03 kVA, X’=50%, X”=20%, X/R= 6,05 )

 Transient

Reaktansi transient per unit berdasarkan base rating motor sesuai dengan persamaan (2.3) adalah :

Sehingga nilai per unit (rating base) tersebut dikonversikan ke base daya yang telah dipilih yaitu 100 MVA berdasarkan persamaan (2.5) adalah :

Dimana maka :

 Sub Transient

Reaktansi sub transient per unit berdasarkan base rating motor sesuai dengan persamaan (2.3) adalah :

Sehingga nilai per unit (rating base) tersebut dikonversikan ke base daya yang telah dipilih yaitu 100 MVA berdasarkan persamaan (2.5) adalah :

Dimana maka :

Untuk hasil perhitungan impedansi motor induksi lainnya dapat dilihat dalam lampiran B pada tabel b.3.

Lump Load

DB – ICERING ( 300 kVA, 40% Motor Load, X’=50%, X”=20%, X/R = 2,38 )

Reaktansi transient per unit berdasarkan base rating motor sesuai dengan persamaan (2.3) adalah :

Sehingga nilai per unit (rating base) tersebut dikonversikan ke base daya yang telah dipilih yaitu 100 MVA berdasarkan persamaan (2.5) adalah :

Dimana maka :

 Sub Transient

Reaktansi sub transient per unit berdasarkan base rating motor sesuai dengan persamaan (2.3) adalah :

Sehingga nilai per unit (rating base) tersebut dikonversikan ke base daya yang telah dipilih yaitu 100 MVA berdasarkan persamaan (2.5) adalah :

Dimana maka :

Untuk hasil perhitungan impedansi beban lainnya dapat dilihat dalam lampiran B pada tabel b.4.

Gen 1 ( 2 MVA, X’=23%, X”=12%, X/R=48 )

 Transient

Reaktansi transient per unit berdasarkan base rating generator sesuai dengan persamaan (2.3) adalah :

Sehingga nilai per unit (rating base) tersebut dikonversikan ke base daya yang telah dipilih yaitu 100 MVA berdasarkan persamaan (2.5) adalah :

Dimana maka :

 Sub Transient

Reaktansi sub transient per unit berdasarkan base rating generator sesuai dengan persamaan (2.3) adalah :

Sehingga nilai per unit (rating base) tersebut dikonversikan ke base yang telah dipilih yaitu 100 MVA berdasarkan persamaan (2.5) adalah :

Dimana maka :

Untuk hasil perhitungan impedansi generator lainnya dapat dilihat dalam lampiran B pada tabel b.5.

4.1.1.2Perhitungan Impedansi Total

Seperti yang telah dijelaskan dalam sub bab 2.4.1, untuk analisa short circuit dengan metode per unit, maka hasil yang diperoleh adalah untuk menetukan

momentary rating dan interrupting rating dari alat proteksi. Pada perhitungan momentary rating ini, semua nilai resistansi dan reaktansi sub transient dari seluruh

peralatan yang memberikan kontribusi arus hubung singkat diperhitungkan. Sedangkan, pada perhitungan interrupting rating, yang diperhitungkan adalah nilai resistansi dan reaktansi subtransient generator, serta reaktansi transient motor induksi kapasitas besar ( >50 Hp = > 37,3 kW), sementara motor induksi kapasitas kecil diabaikan. Impedansi total dihitung dengan menjumlahkan semua reaktansi dan resistansi setiap peralatan baik yang terhubung secara seri maupun paralel.

Berikut adalah contoh perhitungan resistansi dan reaktansi sub transient pada salah satu bus yaitu di bus DB-LVL2-SS1-A seperti yang terlihat dalam gambar 4.1.

MCC-AHU-L2.A3.2 0.38 kV MCC-ESCALATOR-L2-2A 0.38 kV MCC-ESCALATOR-L2-1A MCC-SEF-L2-A 0.38 kV MCC-AHU-L2.A2/A3.1 0.38 kV MCC-AHU-L2.A1 0.38 kV DB-LVL2-SS1-A 0.38 kV CB137 Cable104 CB138 Cable105 CB139 Cable106 CB140 Cable107 CB141 Cable108 LumpLoad-LVL2-SS1-A 100 kVA CB196 Cable171 0.38 kV AHU-L2.A1 7.5 kW Cmtr2 SEF-L2-A 8 kW ESCALATOR-L2-1A 12.5 kW ESCALATOR-L2-2A 12.5 kW AHU-L2.A3.2 11 kW

Setelah perhitungan resistansi dan reaktansi sub transient semua peralatan, maka resistansi dan reaktansi sub transient tersebut digambarkan dalam diagram impedansi sub transient bus DB-LVL2-SS1-A pada gambar 4.2.

Bus DB-LVL2-SS1-A

Cable 105 Cable 171

CMTR 2 AHU-L2.A3.2

Cable 104 AHU-L2.A1 Cable 106 SEF-L2-A Cable 107 ESCALATOR -L2-1A Cable 108 ESCALATOR -L2-2A LumpLoad-LVL2-SS1-A

Gambar 4.2 Diagram Impedansi sub transient Bus DB-LVL2-SS1-A

Seluruh impedansi peralatan tersebut dijumlahkan secara seri dan paralel, dan perhitungannya terdapat dalam tabel 4.2.

Tabel 4.2 Perhitungan Impedansi pada DB-LVL2-SS1-A

Nama Peralatan R X” 1/R 1/X”

Cable104 150.4571 6.3615

AHU-L2.A1 1108.90 2738.84

Cable104 + AHU-L2.A1 1259.3549 2745.2005 0.000794057 0.000364272

Cable105 36.0540 5.3684

CMTR 2 406.2276347 1127.887909

Cable105 + CMTR 2 442.2817 1133.2563 0.002261003 0.000882413

Cable171 150.4571 6.3615

AHU-L2.A3.2 641.08 1917.56

Cable171 + AHU-L2.A3.2 791.5330 1923.9265 0.001263371 0.00051977

Cable106 150.4571 6.3615

SEF-L2-A 1011.04 2579.05

Cable106 + SEF-L2-A 1161.5019 2585.4111 0.000860954 0.000386786

Cable107 150.4571 6.3615

ESCALATOR-L2-1A 533.85 1702.23

Cable108 150.4571 6.3615

ESCALATOR-L2-2A 533.85 1702.23

Cable108 + ESCALATOR-L2-2A 684.3076 1708.5945 0.001461331 0.000585276

LumpLoad-LVL2-SS1-A 1169.33 2783 0.000855192 0.000359324

TOTAL 0.00895724 0.003683118

R + jX 111.6415341 271.5090645

Dari tabel perhitungan di atas, diperoleh bahwa impedansi sub transient untuk bus DB-LVL2-SS1-A adalah 111,6 + j 271,5 pu. Perhitungan ini juga dilakukan untuk semua bus yang ada di dalam one line diagram Sun Plaza Medan. Setelah semua impedansi pada setiap bus dijumlahkan, maka one line diagram impedansi secara keseluruhan sistem dapat disederhanakan menjadi sebuah diagram impedansi sub transient seperti yang terlihat dalam gambar 4.3.

Adapun nilai resistansi dan reaktansi sub transient setiap impedansi yang terdapat dalam gambar 4.3 dapat dilihat dalam tabel 4.3.

Tabel 4.3 Nilai Resistansi dan Reaktansi Sub Transient setiap Impedansi

Nama Peralatan R X”

FEEDER 1

Cable 1 0.0049 0.0030

TOTAL LV-SS1-A 24.08554776 56.41271295

Cable14 0.1593 0.1960

Trafo 4 0.753130018 5.347223128

FEEDER 2

Cable 2 0.0049 0.0030

TOTAL LV-SS1-B 59.33639507 141.1561042

Cable15 0.1593 0.1960

Trafo 5 0.753130018 5.347223128

FEEDER 3

Cable 3 0.0002 0.0001

TOTAL LV-SS2-A 27.0950248 53.07279959

Trafo 6 0.753130018 5.347223128

Cable16 0.0796 0.0980

Cable4 0.0002 0.0001

TOTAL LV-SS2-B 149.9482343 270.1311921

Cable17 0.0796 0.0980

Trafo 7 0.753130018 5.347223128

FEEDER 5

Cable5 0.0020 0.0012

TOTAL CHILLER-B 1.063827346 10.8548146

Cable22 0.1593 0.1960

Trafo 12 0.187250888 2.134660123

FEEDER 6

Cable6 0.0020 0.0012

TOTAL CHILLER-A 0.883155512 7.850739454

Cable23 0.1593 0.1960

Trafo 13 0.470706261 3.342014455

FEEDER 7

Cable7 0.0002 0.0001

TOTAL LV-SS3-A 18.66809026 41.52290928

Cable18 0.1593 0.1960

Trafo 8 0.753130018 5.347223128

FEEDER 8

Cable8 0.0002 0.0001

TOTAL LV-SS3-B 55.39091532 133.8055257

Cable19 0.1593 0.1960

Trafo 9 0.753130018 5.347223128

FEEDER 9

Cable9 0.0039 0.0024

TOTAL LV-SS4-A 18.53090923 48.64180112

Cable20 0.1593 0.1960

Trafo 10 0.753130018 5.347223128

FEEDER 10

Cable10 0.0039 0.0024

TOTAL LV-SS4-B 84.89003077 201.3007849

Cable21 0.1593 0.1960

Trafo 11 0.753130018 5.347223128

GENERATOR

Gen1 0.125 6

Gen2 0.125 6

Gen3 0.125 6

Gen4 0.125 6

Gen5 0.125 6

Gen6 0.125 6

TRAFO (bus 1)

Trafo 1 0.147460074 1.681044847

Trafo 2 0.147460074 1.681044847

Cable12 0.0002 0.0001

Trafo 3 0.147460074 1.681044847

Cable11 0.0002 0.0001

Bus 6 Bus LV-SS1-A Total Impedansi LV-SS1-A Cable 14 Trafo 4 Cable 1 Bus 8 Bus LV-SS1-B Total Impedansi LV-SS1-B Cable 15 Trafo 5 Cable 2 Bus 10 Bus LV-SS2-A Total Impedansi LV-SS2-A Cable 16 Trafo 6 Cable 3 Bus 12 Bus LV-SS2-B Total Impedansi LV-SS2-B Cable 17 Trafo 7 Cable 4 Bus 24 Bus CHILLER LV-B Total Impedansi CHILLER LV-B Cable 22 Trafo 12 Cable 5 Bus 25 Bus CHILLER LV-A Total Impedansi CHILLER LV-A Cable 23 Trafo 13 Cable 6 Bus 14 Bus LV-SS3-A Total Impedansi LV-SS3-A Cable 18 Trafo 8 Cable 7 Bus 15 Bus LV-SS3-B Total Impedansi LV-SS3-B Cable 19 Trafo 9 Cable 8 Bus 16 Bus LV-SS4-A Total Impedansi LV-SS4-A Cable 20 Trafo 10 Cable 9 Bus 17 Bus LV-SS4-B Total Impedansi LV-SS4-B Cable 21 Trafo 11 Cable 10

Trafo 1 Trafo 2 Trafo 3

Power Grid

G1 G2 G3 G4 G5 G6

Cable 13 Cable 12 Cable 11

Primary Sub Station Bus

Bus 1

F1

F2

F3

4.1.1.3Analisa Hubung Singkat secara Manual

Dalam tugas akhir ini, analisa hubung singkat yang dilakukan adalah pada Bus Primary Sub Station (F1), Bus Chiller LV-B (F2) dan Bus 1 (F3).

 Bus Primary Sub Station

Jika short circuit terjadi pada bus Primary Sub Station (20kV), maka rating pengaman yang ditentukan ada dua, yaitu momentary rating dan interrupting rating.

1. Momentary Rating Bus Primary Sub Station

Untuk menentukan momentary rating, maka impedansi yang dipakai adalah diagram impedansi sub transient (Gambar 4.3). Diagram impedansi tersebut terdiri dari 10 feeder yaitu, SS1-A, SS1-B, SS2-A, SS2-B, SS3-A, LV-SS3-B, LV-SS4-A, LV-SS4-B, CHILLER LV-A dan CHILLER LV-B. Kesepuluh

feeder tersebut terhubung secara paralel, maka perhitungan impedansi paralelnya

dapat dilihat dalam tabel 4.4.

Tabel 4.4 Perhitungan Paralel Impedansi Sub Transient 10 Feeder (Gangguan di F1) PARALEL 10 FEEDER

Nama Peralatan R X” 1/R 1/X”

Cable 1 0.0049 0.0030

TOTAL LV-SS1-A 24.08554776 56.41271295

Cable14 0.1593 0.1960

Trafo 4 0.753130018 5.347223128

TOTAL FEEDER 1 25.0029 61.9589 0.039995384 0.016139732

Cable 2 0.0049 0.0030

TOTAL LV-SS1-B 59.33639507 141.1561042

Cable15 0.1593 0.1960

Trafo 5 0.753130018 5.347223128

TOTAL FEEDER 2 60.2537 146.7023 0.016596482 0.006816526

Cable 3 0.0002 0.0001

Trafo 6 0.753130018 5.347223128

Cable16 0.0796 0.0980

TOTAL FEEDER 3 27.9280 58.5181 0.03580637 0.01708872

Cable4 0.0002 0.0001

TOTAL LV-SS2-B 149.9482343 270.1311921

Cable17 0.0796 0.0980

Trafo 7 0.753130018 5.347223128

TOTAL FEEDER 4 150.7812 275.5765 0.006632126 0.003628756

Cable5 0.0020 0.0012

TOTAL CHILLER-B 1.063827346 10.8548146

Cable22 0.1593 0.1960

Trafo 12 0.187250888 2.134660123

TOTAL FEEDER 5 1.4123 13.1866 0.708050246 0.075834273

Cable6 0.0020 0.0012

TOTAL CHILLER-A 0.883155512 7.850739454

Cable23 0.1593 0.1960

Trafo 13 0.470706261 3.342014455

TOTAL FEEDER 6 1.5151 11.3899 0.660016914 0.08779686

Cable7 0.0002 0.0001

TOTAL LV-SS3-A 18.66809026 41.52290928

Cable18 0.1593 0.1960

Trafo 8 0.753130018 5.347223128

TOTAL FEEDER 7 19.5807 47.0662 0.051070705 0.021246654

Cable8 0.0002 0.0001

TOTAL LV-SS3-B 55.39091532 133.8055257

Cable19 0.1593 0.1960

Trafo 9 0.753130018 5.347223128

TOTAL FEEDER 8 56.3035 139.3489 0.017760878 0.007176234

Cable9 0.0039 0.0024

TOTAL LV-SS4-A 18.53090923 48.64180112

Cable20 0.1593 0.1960

TOTAL FEEDER 9 19.4473 54.1874 0.051421122 0.018454478

Cable10 0.0039 0.0024

TOTAL LV-SS4-B 84.89003077 201.3007849

Cable21 0.1593 0.1960

Trafo 11 0.753130018 5.347223128

TOTAL FEEDER 10 85.8064 206.8464 0.011654145 0.004834506

TOTAL 1.599004371 0.259016739

R + jX 0.62538916 3.860754345

Dengan hasil perhitungan pada tabel 4.4, maka besar impedansi total untuk paralel 10 feeder tersebut adalah 0,6254 + j 3,860 pu. Demikian juga untuk perhitungan impedansi pada 6 buah generator yang diparalel dan 3 buah trafo yang di paralel di bus 1 dapat dilihat dalam tabel 4.5.

Tabel 4.5 Perhitungan Impedansi Sub Transient pada Generator (Gangguan di F1) PARALEL GENERATOR

Nama Peralatan R X” 1/R 1/X”

Gen1 0.125 6 8 0.166666667

Gen2 0.125 6 8 0.166666667

Gen3 0.125 6 8 0.166666667

Gen4 0.125 6 8 0.166666667

Gen5 0.125 6 8 0.166666667

Gen6 0.125 6 8 0.166666667

TOTAL 48 1

R + jX 0.020833333 1

PARALEL TRAFO (bus 1)

Nama Peralatan R X” 1/R 1/X”

Trafo 1 0.147460074 1.681044847

Cable13 0.0002 0.0001

0.1477 1.6812 6.77244376 0.594825961

Trafo 2 0.147460074 1.681044847

Cable12 0.0002 0.0001

Trafo 3 0.147460074 1.681044847

Cable11 0.0002 0.0001

0.1477 1.6812 6.77244376 0.594825961

TOTAL 20.31733128 1.784477883

R + jX 0.049219063 0.560388004

TOTAL SERI GENERATOR + TRAFO

Nama Peralatan R X”

GENERATOR 0.020833333 1

TRAFO+CABLE 0.049219063 0.560388004

R+jX 0.070052396 1.560388004

Selanjutnya hasil perhitungan impedansi paralel generator dijumlahkan dengan hasil impedansi paralel trafo secara seri sehingga hasilnya dapat dilihat dalam tabel 4.5 adalah sebesar 0.07 + 1.560 pu. Dengan demikian, seluruh impedansi sub

transient pada gambar 4.3 tersebut dapat disederhanakan seperti pada gambar 4.4 di

bawah ini.

Power Grid

Generator + Trafo + Cable

Total 10 Feeder Primary Sub Station

Bus

F1

Tabel 4.6 Perhitungan Impedansi Total Sub Transient (Gangguan di F1)

TOTAL IMPEDANSI

Nama Peralatan R X” Z 1/Z

POWER GRID 0.0585607 0.175682 0.185185099 5.400002528

GEN+TRAFO 0.070052396 1.560388004 1.561959687 0.640221389 FEEDER 0.62538916 3.860754345 3.911078587 0.255683944 6.295907861

Z TOTAL 0.158833328

Sehingga total impedansinya diperoleh dengan memparalelkan ketiga impedansi tersebut dan hasil perhitungannya dapat dilihat dalam tabel 4.6 yaitu 0,158833328 pu. Arus hubung singkat simetris momentary rating dapat dihitung berdasarkan persamaan (2.7) yaitu :

Dengan faktor pengali (Multiplier Factor) berdasarkan persamaan (2.9), maka besar arus hubung singkat asimetris momentary rating adalah :

2. Interrupting Rating Bus Primary Sub Station

Sedangkan untuk menentukan interrupting rating pengaman yang ada pada

bus primary sub station, reaktansi yang dipakai adalah reaktansi transient. Diagram

impedansi transient nya dapat dilihat dalam gambar 4.5.

Untuk menghitung impedansi totalnya, terlebih dahulu menghitung impedansi yang paralel pada bus Chiller LV-B, Chiller LV-A dan LV-SS4-A seperti yang dapat dilihat dalam tabel 4.7 berikut.

Tabel 4.7 Perhitungan Paralel Impedansi Transient (Gangguan di F1) PARALEL di BUS CHILLER LV-B

Nama Peralatan R X’ 1/R 1/X’

Cable 72 1.0619 1.3066

CHILLER 3 2.9011 66.6042

TOTAL 3.9630 67.9108 0.2523 0.0147

Cable 73 1.0619 1.3066

CHILLER 4 2.9011 66.6042

TOTAL 3.9630 67.9108 0.2523 0.0147

Cable 77 7.9536 4.0062

Cable 181 75.0346 4.9342

EFP 43.0569 399.7976

TOTAL 126.0451 408.7380 0.0079 0.0024

TOTAL 0.5126 0.0319

(R + jX) 1.9508 31.3510

PARALEL di BUS CHILLER LV-A

Nama Peralatan R X’ 1/R 1/X’

Cable69 0.4551 0.5600

TOTAL 7.6271 43.4633 0.1311 0.0230

Cable70 1.0619 1.3066

CHILLER-1 2.9011 66.6042

TOTAL 3.9630 67.9108 0.2523 0.0147

Cable71 1.0619 1.3066

CHILLER-2 2.9011 66.6042

TOTAL 3.9630 67.9108 0.2523 0.0147

TOTAL 0.6358 0.0525

(R + jX) 1.5729 19.0628

PARALEL di BUS LV-SS4-A

Nama Peralatan R X’ 1/R 1/X’

Cable65 2.0464 1.9737

LumpLoad-LVL4-SS4-D 300.1200 714.2857

TOTAL 302.1664 716.2594 0.0033 0.0014

Cable66 3.1856 3.9197

SOGO LG 840.3361 2000.0000

TOTAL 843.5217 2003.9197 0.0012 0.0005

TOTAL 0.0045 0.0019

(R + jX) 222.4724 527.6588

Dari perhitungan tersebut, diperoleh bahwa impedansi paralel di bus Chiller LV-B, Chiller LV-A dan LV-SS4-A adalah 1,9508 + j 31,35 pu ; 1,57 + j 19,06 pu dan 222,47 + j 527,66 pu.

Bus 8 Bus LV-SS1-B Cinema Cable 15 Trafo 5 Cable 2 Bus 24 Bus CHILLER LV-B Cable 22 Trafo 12 Cable 5 Bus 25 Bus CHILLER LV-A Cable 23 Trafo 13 Cable 6 Bus 14 Bus LV-SS3-A Ice Ring Cable 18 Trafo 8 Cable 7 Bus 16 Bus LV-SS4-A Cable 20 Trafo 10 Cable 9 Bus 17 Bus LV-SS4-B Cable 21 Trafo 11 Cable 10

Trafo 1 Trafo 2 Trafo 3

Power Grid

G1 G2 G3 G4 G5 G6

Cable 13 Cable 12 Cable 11

Primary Sub Station Bus

Bus 1

F1

Cable 35 Cable 47

Bus DB-LVL4-SS1-A

Bus DB-ICERING

Cable 72 Cable 73 Cable 77

Chiller 3 Chiller 4

EFP + Cable 181

Cable 70 Cable 71

Chiller 1 Chiller 2

Cable 69

TOTAL MCC-CHILLER

Cable 65 Cable 66

Lump

Load-LVL4-SS4-D SOGO LG SOGO Lt. 3

Cable 68

Tabel 4.20 Pebandingan Besar Kontribusi Arus Hubung Singkat Hasil Perhitungan Manual dan ETAP 4.0 terhadap Breaking Capacity Pengaman yang Terpasang di Bus Primary Sub Station

Dari Feeder CB Inominal

Breaking Capacity Terpasang

Besar Kontribusi Arus Hubung Singkat

Keterangan Hasil Perhitungan Manual Hasil Perhitungan

ETAP 4.0

A kA kA

POWER GRID CB 47 630 A 16 kA 15588.457 15.588 15.588 Terpasang > Hasil Perhitungan LV-SS1-B CB 11 400 A 16 kA 1.592 0.002 0.002 Terpasang > Hasil Perhitungan CHILLER LV-B CB 14 630 A 16 kA 85.505 0.086 0.085 Terpasang > Hasil Perhitungan CHILLER LV-A CB 15 630 A 16 kA 127.118 0.127 0.127 Terpasang > Hasil Perhitungan LV-SS3-A CB 16 400 A 16 kA 6.279 0.006 0.007 Terpasang > Hasil Perhitungan LV-SS4-A CB 18 400 A 16 kA 4.993 0.005 0.005 Terpasang > Hasil Perhitungan LV-SS4-B CB 19 400 A 16 kA 5.255 0.005 0.006 Terpasang > Hasil Perhitungan FEEDER TRAFO 1 CB 162 630 A 16 kA 616.053 0.616 0.616 Terpasang > Hasil Perhitungan FEEDER TRAFO 2 CB 175 630 A 16 kA 616.053 0.616 0.616 Terpasang > Hasil Perhitungan FEEDER TRAFO 3 CB 176 630 A 16 kA 616.053 0.616 0.616 Terpasang > Hasil Perhitungan

Tabel 4.21 Pebandingan Besar Kontribusi Arus Hubung Singkat Hasil Perhitungan Manual dan ETAP 4.0 terhadap Breaking Capacity Pengaman yang Terpasang di Bus 1 Paralel Generator

Dari Feeder CB Inominal Breaking Capacity Terpasang

Besar Kontribusi Arus Hubung Singkat

Keterangan Hasil Perhitungan Manual

Hasil Perhitungan

ETAP 4.0

A kA kA

FEEDER TRAFO 1 CB 7 6300 A 100 kA 68844.772 68.845 68.797 Terpasang > Hasil Perhitungan FEEDER TRAFO 2 CB 8 6300 A 100 kA 68844.772 68.845 68.797 Terpasang > Hasil Perhitungan FEEDER TRAFO 3 CB 9 6300 A 100 kA 68844.772 68.845 68.797 Terpasang > Hasil Perhitungan GEN 1 CB 1 3200 A 65 kA 25316.886 25.317 25.317 Terpasang > Hasil Perhitungan GEN 2 CB 2 3200 A 65 kA 25316.886 25.317 25.317 Terpasang > Hasil Perhitungan GEN 3 CB 3 3200 A 65 kA 25316.886 25.317 25.317 Terpasang > Hasil Perhitungan GEN 4 CB 4 3200 A 65 kA 25316.886 25.317 25.317 Terpasang > Hasil Perhitungan GEN 5 CB 5 3200 A 65 kA 25316.886 25.317 25.317 Terpasang > Hasil Perhitungan GEN 6 CB 6 3200 A 65 kA 25316.886 25.317 25.317 Terpasang > Hasil Perhitungan

Tabel 4.22 Pebandingan Besar Kontribusi Arus Hubung Singkat Hasil Perhitungan Manual dan ETAP 4.0 terhadap Breaking Capacity Pengaman yang Terpasang di Bus Chiller LV-B

Dari Feeder CB Inominal

Breaking Capacity Terpasang

Besar Kontribusi Arus Hubung Singkat

Keterangan Hasil Perhitungan Manual

Hasil Perhitungan

ETAP 4.0

A kA kA

Feeder Trafo 12 CB 34 5000 A 100 kA 60432.630 60.433 60.347 Terpasang > Hasil Perhitungan CHILLER-3 CB 99 1600 A 55 kA 5419.167 5.419 5.419 Terpasang > Hasil Perhitungan CHILLER-4 CB 100 1600 A 55 kA 5419.167 5.419 5.419 Terpasang > Hasil Perhitungan MCC-CHLV-PUMP1 CB 101 250 A 15 kA 767.933 0.768 0.759 Terpasang > Hasil Perhitungan MCC-CHLV-PUMP2 CB 103 100 A 15 kA 480.327 0.480 0.475 Terpasang > Hasil Perhitungan MCC-CHLV-FP CB 104 400 A 15 kA 785.902 0.786 0.785 Terpasang > Hasil Perhitungan MCC-CHLV-SUMPIT-PARKING CB 105 40 A 15 kA 118.099 0.118 0.116 Terpasang > Hasil Perhitungan MCC-CHLV-SUMPIT-BASEMENT CB 106 63 A 15 kA 85.589 0.086 0.085 Terpasang > Hasil Perhitungan CMTR 14 CB 111 80 A 15 kA 253.243 0.253 0.248 Terpasang > Hasil Perhitungan CMTR 3 CB 114 100 A 15 kA 221.739 0.222 0.221 Terpasang > Hasil Perhitungan

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari analisa yang telah dilakukan, maka ada beberapa hal yang dapat disimpulkan, yaitu :

1. Analisa hubung singkat yang dilakukan dengan ETAP Power Station 4.0 jika dibandingkan dengan analisa yang dilakukan secara manual menurut perhitungan teoritis, maka rata – rata perbedaan hasil perhitungan keduanya adalah cukup kecil yaitu sekitar 0,7 %.

2. Dengan rata – rata persen error yang cukup kecil tersebut, maka ETAP Power Station 4.0 dapat dijadikan sebagai refrensi ataupun acuan dalam menghitung besar arus short circuit dalam suatu sistem kelistrikan menurut metode per unit dengan standard ANSI/IEEE.

3. Dari hasil analisa motor starting, diperoleh bahwa untuk proses starting motor chiller 648 kW, terjadi voltage dip sesaat hingga rata – rata mencapai 80% dari tegangan nominal motor, 380V.

4. Dari analisa hubung singkat, diperoleh bahwa breaking capacity pengaman yang terpasang di bus primary sub station, chiller LV-B dan bus paralel generator sudah lebih besar dari pada arus hubung singkat prospektive hasil perhitungan manual dan ETAP.

5. Analisa perhitungan dengan menggunakan program ETAP Power Station 4.0 dapat dilakukan dengan lebih mudah, cepat dan akurat dibandingkan dengan

perhitungan manual yang rumit, sehingga ETAP 4.0 dapat disimulasikan untuk sistem yang lebih besar.

5.2 Saran

Setelah mengerjakan tugas akhir ini, penulis menyarankan beberapa hal terkait analisa yang telah dilakukan :

1. Pihak pengelola Sun Plaza Medan dapat menjadikan ETAP Power Station 4.0 sebagai salah satu refrensi ataupun acuan dalam menentukan rating kapasitas alat proteksi yang seharusnya terpasang dalam sistem kelistrikan yang ada di Sun Plaza Medan.

2. Karena memang setiap peralatan atau beban yang terpasang selalu berubah – ubah, maka sebaiknya perlu mengupdate data peralatan – peralatan atau beban – beban listrik yang ada di Sun Plaza Medan secara rinci untuk memperoleh hasil perhitungan yang lebih real dan akurat.

3. Dalam Tugas Akhir ini masih mengabaikan faktor – faktor yang mempengaruhi besarnya jatuh tegangan akibat proses motor starting seperti penggunaan kapasitor bank dan Load Tap Changing (LTC) Transformator, sehingga analisa motor starting yang dilakukan menghasilkan persentase drop tegangan yang cukup besar. Diharapkan ke depannya Tugas Akhir ini dapat dikembangkan dengan memperhatikan beberapa faktor tersebut.

DAFTAR PUSTAKA

1. Beaty, H. Wayne, 2000. Handbook Of Electric Power Calculations, Third Edition. McGraw-Hill.

2. Gonen, Turan, 1988. Modern Power System, John Wiley and Sons, Inc., Kanada.

3. Grainger, John J., and Stevenson, W. D. Jr., 1994. Power System Analysis, McGraw-Hill.

4. H., Seidman, Arthur, Mahrous, H., and G., Hicks, Tyler, 1984. Handbook Of Electric Power Calculations, McGraw-Hill.

5. J., Chapman, Stephen, 2002. Electric Machinery and Power System Fundamental, McGraw-Hill.

6. Lazar, Irwin, 1980. Electrical Systems Analysis and Design for Industrial Plants, McGraw-Hill Book Company.

7. Marsudi, Djiteng, 1990. Operasi Sistem Tenaga Listrik, Balai Penerbit & Humas ISTN, Jakarta.

8. Saadat, Hadi, 2004. Power System Analysis, Second Edition. McGraw-Hill. 9. Stevenson, W. D. Jr., 1975. Elements Of Power System Analysis, Third

Edition. McGraw-Hill, Tokyo-Jepang.

10. Wijaya, Mochtar, 2001. Dasar-Dasar Mesin Listrik, Penerbit Djambatan, Jakarta.