S TE 1005183 Chapter 3

BAB III

METODE PENELITIAN 3.1 Metode Penelitian

Metodologi yang digunakan dalam penelitian Tugas Akhir Skripsi ini antara lain adalah sebagai berikut :

a. Studi literatur, yaitu langkah pertaman yang harus dilakukan sebelum melakukan penelitian. Studi literatur disini merupakan proses pembelajaran terhadap objek yang akan diteliti, dalam hal ini tentang gangguan arus hubung singkat. Tujuan dari studi literatur disini adalah untuk mendapatkan teori atau landasan mengenai gangguan arus hubung singkat serta mengkaji teorema-teorema yang mendukung dalam pemecahan masalah yang akan diteliti. Teorema-teorema tersebut didapat baik dari jurnal ilmiah, hasil penelitian sebelumnya, maupun dari buku-buku referensi yang mendukung penelitian ini Selain itu objek studi literatur diarahkan ke perangkat lunak atau software simulasi program, dalam hai ini software yang dipergunakan adalah ETAP 7.5.0.

b. Observasi, yaitu mengumpulkan data - data yang yang diperlukan untuk penelitian yang didapatkan dari lapangan. Data – data tersebut didapat dari hasil survey yang dilakukan di PT. Pertamina (Persero) Refinery Unit VI Balongan.

c. Diskusi, yaitu melakukan konsultasi dan bimbingan dengan dosen pembimbing di Universitas Pendidikan Indonesia dan pihak-pihak lain yang dapat membantu terlaksananya penelitian ini.

d. Program ETAP 7.5.0, yaitu melakukan analisis gangguan arus hubung singkat dengan menggunakan simulasi program ETAP 7.5.0 untuk mendapatkan nilai arus setelah terjadi gangguan.

3.2 Data-data Tiap Komponen

Data-data yang diperoleh dari hasil observasi dan penelitian dilapangan adalah sebagai berikut :

a. Spesifikasi Generator

Tabel 3.1 Spesifikasi Generator

ID Rating MW Rating KV %PF MVA

51-G-101 A 22 10 80 27,5

51-G-101 B 22 10 80 27,5

51-G-101 C 22 10 80 27,5

51-EDG 3,6 3,15 80 4,5

b. Spesifikasi Transformator

Tabel 3.2 Spesifikasi Transformator

ID Rating

KVA Primer KV Sekunder KV

51-PTR-101 A 27500 10 20

51-PTR-101 B 27500 10 20

51-PTR-101 C 27500 10 20

01-PTR-01 A 10000 20 3.15

01-PTR-01 C 1600 3.15 0,42

01-PTR-01 D 1000 3.15 0,42

02-PTR-01 B 10000 20 3.15

02-PTR-01 C 1000 3.15 0,42

02-PTR-01 D 1600 3.15 0,42

03-PTR-01D 500 3.15 0,42

08-PTR-01 B 7500 20 3.15

08-PTR-01 E 1000 3.15 0,42

09-PTR-01 A 7500 20 3.15

c. Pengaturan Circuit Breaker (CB)

Tabel 3.3 Pengaturan Circuit Breaker (CB)

ID Rating

KV Ampere

CB A1 24 1250

CB A2 24 1250

CB A3 24 1250

CB B1 24 1250

CB B2 24 1250

CB B3 24 1250

CB-EDG 3,6 630

CB-PSW-01F 3,6 630

CB-PTR-01A 3,6 630

CB-PTR-01B 3,6 630

CB-08PSW-01E 3,6 630

CB-08PSW-01B 3,6 630

CB-09-PTR-01A 3,6 630

CB-08PSW-02E 0,44 800

CB-09PSW-01F 0,44 800

01-PSW-01A 20 630

01-PSW-01C 3,6 630

01-PSW-01D 3,6 630

01-PSW-02C 0,44 800

01-PSW-02D 0,44 800

02-PSW-01B 20 630

02-PSW-01C 3,6 630

02-PSW-01D 3,6 630

02-PSW-02C 0,44 800

02-PSW-02D 0,44 800

03-PSW-01A 20 630

03-PSW-01D 3,6 630

04-PSW-01A 20 630

04-PSW-01D 3,6 630

05-PSW-01B 20 630

07-PSW-01A 20 630

08-PSW-01B 20 630

09-PSW-01A 20 630

BUS-PSW-01AB 24 1250

BUS-PSW-01CD 3,6 630

BUS-PSW-01EF 3,6 630

BUS-PSW-01GH 0,44 800

BUS-PSW-01JK 0,44 800

BUS-PSW-01LM 0,44 800

d. Data Impedansi Urutan 1. Data sumber 1

Sumber suplai Gardu Induk 20 kV di PT. Pertamina (persero) Refinery Unit VI Balongan dengan data sebagai berikut :

- Impedansi urutan positif (Z1) : 0,012 + J13 Ω - Impedansi urutan negatif (Z2) : 0,062 + J17 Ω - Impedansi urutan nol (Z0) : 0,007 + J10 Ω 2. Data sumber 2

Sumber suplai Gardu Induk 20 kV di PT. Pertamina (persero) Refinery Unit VI Balongan dengan data sebagai berikut :

- Impedansi urutan positif (Z1) : 0,012 + J13 Ω - Impedansi urutan negatif (Z2) : 0,062 + J17 Ω - Impedansi urutan nol (Z0) : 0,007 + J10 Ω 3. Data sumber 3

Sumber suplai Gardu Induk 20 kV di PT. Pertamina (persero) Refinery Unit VI Balongan dengan data sebagai berikut :

- Impedansi urutan positif (Z1) : 0,012 + J13 Ω - Impedansi urutan negatif (Z2) : 0,062 + J17 Ω - Impedansi urutan nol (Z0) : 0,007 + J10 Ω 4. Data bus

- Bus A, Bus B, dan Bus C adalah busbar dengan tegangan operasi nominal 10KV.

- Bus 1, Bus 2, dan Bus 3 adalah busbar dengan tegangan operasi nominal 20kV.

- 01C, 01D, 01E, dan BUS-PSW-01F adalah busbar dengan tegangan operasi nominal 3,15kV. - BUS-PSW-01G, BUS-PSW-01H, BUS-PSW-01J, BUS-PSW-01K,

BUS-PSW-01L, dan BUS-PSW-01M adalah busbar dengan tegangan nominal 0,42kV.

5. Data impedansi saluran

a. Konduktor yang digunakan pada jaringan transmisi 20kV adalah jenis XLPE, adapun konstanta urutannya adalah sebagai berikut :

- Impedansi urutan positif (Z1) : 0,128 + J 0,116 Ω - Impedansi urutan negatif (Z2) : 0,128 + J 0,116 Ω - Impedansi urutan nol (Z0) : 0,400 + J 0,280 Ω

b. Konduktor yang digunakan pada jaringan transmisi 3.15kV adalah jenis XLPE, adapun konstanta urutannya adalah sebagai berikut :

- Impedansi urutan positif (Z1) : 0,098 + J 0,109 Ω - Impedansi urutan negatif (Z2) : 0,098 + J 0,109 Ω - Impedansi urutan nol (Z0) : 0,310 + J 0,270 Ω

c. Konduktor yang digunakan pada jaringan transmisi 0,42kV adalah jenis XLPE, adapun konstanta urutannya adalah sebagai berikut :

- Impedansi urutan positif (Z1) : 0,098 + J 0,109 Ω - Impedansi urutan negatif (Z2) : 0,098 + J 0,109 Ω - Impedansi urutan nol (Z0) : 0,310 + J 0,270 Ω

d. Jarak dari Bus A ke Bus 1 sejauh 0,122km maha impedansi salurannya adalah sebagai berikut :

- Impedansi urutan positif (Z1)

Z1 = (0,128 + J 0,116)*0,122 = 0,015 + J 0,020 Ω - Impedansi urutan negatif (Z2)

Z2 = (0,128 + J 0,116)*0,122 = 0,015 + J 0,020 Ω - Impedansi urutan nol (Z0)

Z0 = (0,400 + J 0,280)*0,122 = 0,048 + J 0,034 Ω

e. Jarak dari Bus 1 ke BUS-PSW-01D sejauh 0,060km maha impedansi salurannya adalah sebagai berikut :

- Impedansi urutan positif (Z1)

Z1 = (0,098 + J 0,109)*0,060 = 0,0058 + J 0,0065 Ω - Impedansi urutan negatif (Z2)

Z2 = (0,098 + J 0,109)*0,060 = 0,0058 + J 0,0065 Ω - Impedansi urutan nol (Z0)

Z0 = (0,31 + J 0,27)*0,060 = 0,0186 + J 0,0162 Ω

f. Jarak dari BUS-PSW-01D ke BUS-PSW-01G sejauh 0,030km maha impedansi salurannya adalah sebagai berikut :

- Impedansi urutan positif (Z1)

Z1 = (0,098 + J 0,109)*0,030 = 0,0022 + J 0,0032 Ω - Impedansi urutan negatif (Z2)

Z2 = (0,098 + J 0,109)*0,030 = 0,0022 + J 0,0032 Ω - Impedansi urutan nol (Z0)

Z0 = (0,31+ J 0,27)*0,030 = 0,0093 + J 0,0081 Ω 3.3 Diagram Alir Analisis Gangguan Arus Hubung singkat

Untuk mempermudah pemahaman mengenai proses simulasi dan analisis penelitian tugas akhir ini dapat kita lihat pada gambar 3.1.

Selanjutnya, untuk lebih jelas dalam melaksanakan tugas akhir ini dengan perhitungan manual dapat kita lihat pada gambar 3.2 dan untuk perhitungan menggunakan program ETAP 7.5.0 dapat kita lihat pada gambar 3.3.

MULAI

Pengambilan data di PT. Pertamina (Persero) Refinery Unit VI Balongan

Verifikasi Data

Data Lengkap

Lakukan simulasi program dengan

menggunakan ETAP 7.5.0 Lakukan Perhitungan Manual

Analisis data arus hubung singkat

BERHASIL

SELESAI

T

Y

T Y

Gambar 3.2 Diagram Alir (Flowchart) Perhitungan manual dan analisis gangguan arus hubung singkat

MULAI

Jalankan Program ETAP 7.5.0

Masukkan data-data KV, KVA, Z, dan I serta nilai r, x, dan y.

Masukkan data-data penghantar kabel dan pengaman seperti circuit breaker.Dibantu juga oleh

ETAP 7.5.0 Library.

Jalankan Simulasi SHORT CIRCUIT ANALYSIS

BERHASIL

Tampilkan hasil simulasi pada Report Manager, Analisis

SELESAI

T

Y

3.4 Langkah-langkah Perhitungan Arus Hubung Singkat

a. Penentuan impedansi masing-masing peralatan dalam satuan per unit adalah sebagai berikut :

1) Impedansi Sumber : XS = (3.1) Dimana :

XS = Impedansi Sumber (ohm)

KV2 _{= Tegangan sisi Primer Trafo tenaga (KV)} MVA = Data hubung singkat di bus 150 kV (MVA) 2) Impedansi Trafo :

XT (pada 100%)= (3.2) Dimana :

XT = Impedansi Trafo Tenaga (ohm)

KV2 _{= Tegangan sisi sekunder Trafo tenaga (KV)} MVA = kafasitas daya trafo tenaga (MVA)

3) Impedansi Saluran :

 Impedansi urutan positif dan Negatif

1= 2= 100% (3.3)

Dimana :

Z1 = Impedansi urutan positif (ohm) Z2 = Impedansi urutan negatif (ohm)

= panjang saluran (km)  Impedansi urutan nol

0= 100% (3.4)

Dimana :

Z0 = Impedansi urutan nol (ohm)

b. Penentuan impedansi hubung singkat dari sumber-sumber yang menyebabkan arus hubung singkat adalah sebagai berikut :

1) Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah

=

(3.5)

Dimana :

Isc = Arus gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah (A) = Arus dasar sebelum terjadi gangguan (A)

Z1 = Impedansi urutan positif (ohm) Z2 = Impedansi urutan negatif (ohm) Z0 = Impedansi urutan nol (ohm)

2) Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa ke Fasa

=

√ (3.6)

Dimana :

Isc = Arus gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah (A) = Arus dasar sebelum terjadi gangguan (A)

Z1 = Impedansi urutan positif (ohm) Z2 = Impedansi urutan negatif (ohm) 3) Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa

=

(3.7) Dimana :

Isc = Arus gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah (A) = Arus dasar sebelum terjadi gangguan (A)

Z1 = Impedansi urutan positif (ohm)

4) Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa ke Tanah

Dimana :

Isc = Arus gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah (A) = Arus dasar sebelum terjadi gangguan (A)

Z1 = Impedansi urutan positif (ohm) Z2 = Impedansi urutan negatif (ohm) Z0 = Impedansi urutan nol (ohm)

c. Penentuan titik gangguan hubung singkat yang pertama adalah pada busbar Bus 1 dimana Bus 1 ini memiliki nilai tegangan nominal 20KV. Penentuan titik gangguan hubung singkat yang kedua adalah pada busbar BUS-PSW-01D dimana BUS-PSW-01D ini memiliki nilai tegangan nominal 3,15KV. Dan pada penentuan titik gangguan hubung singkat yang ketiga adalah pada busbar BUS-PSW-01G dimana BUS-PSW-01G ini memiliki nilai tegangan nominal 420Volt.

d. Perhitungan Menggunakan ETAP 7.5.0

Perhitungan analisis gangguan hubung singkat dengan menggunakan ETAP 7.5.0 dapat dilihat pada gambar 3.c diatas ini. Data-data yang diperlukan seperti KVdasar, KVAdasar, Zdasar, dan Idasar. Selain itu juga dibutuhkan data-data lainnya yang lebih spesifik dari peralatan-peralatan yang digunakan pada saluran seperti nilai r, x.dan y pada penghantar atau kabel yang digunakan, pengaturan pengaman yang digunakan seperti circuit breaker.

Tampilan awal program perhitungan arus hubung singkat dengan menggunakan ETAP versi 7.5.0 adalah sebagai berikut :

1) Menu pendataan, yang terdiri dari submenu antara lain :

- Form Create New Projrct File yaitu masukan dan keterangan yang menyangkut penamaan dari projek yang akan dibuat, folder penyimpanan, sistem unit, permohonan password, dan data base access. Dapat dilihat pada gambar 3.4.

Gambar 3.4 Form Create New Projrct File

- Form User Information yaitu masukan keterangan dan informasi perihal user program tersebut. Dapat dilihat pada gambar 3.5

- Form gambar yaitu gambar single line diagram yang terdiri dari elemen-elemen seperti generator, transformator, kabel, pemutus tenaga, beban statik, beban dinamis, busbar, dll. Dapat dilihat pada gambar 3.6.

Gambar 3.6 Formsingle line diagram

2) Menu perhitungan, yang mempunyai submenu antara lain :

- Perhitungan impedansi input data berupa data-data/ parameter yang diperoleh dari lapangan.

- Perhitungan arus hubung singkat pada setiap busbar dan data yang digunakan sesuai dengan data lapangan yang diperoleh.

3) Menu data lapangan, yang diperoleh dari hasil obsevasi lapangan yang berupa antara lain :

- Data spesifikasi generator. - Data spesifikasi transformator.

- Data spesifikasi pemutus tenaga. - Data spesifikasi saluran transmisi.

4) Menu laporan, yang dihasilkan dari pengolahan data atau perhitungan yang diperlukan antara lain :

- Laporan impedansi saluran. - Laporan arus per unit.

- Laporan arus hubung singkat.

5) Menu Utility , untk menambah atau mengganti user dan password. 6) Menu help, yang berupa menu bantuan panduan menjalankan

program ETAP 7.5.0.

e. Penentuan Hasil Gangguan Arus Hubung Singkat menggunakan Perhitungan Manual dan Perhitungan menggunakan Program ETAP 7.5.0 Pada langkah ini penulis menganalisa kemungkinan-kemungkinan yang terjadi pada gangguan arus hubung singkat di busbar 20kV, 3,15kV dan 0,42kV. Seberapa besar hasil gangguan arus hubung singkat di busbar 20kV, 3,15kV dan 0,42kV dengan menggunakan simulasi program software ETAP 7.5.0 dan menggunakan perhitungan manual. Setelah mengetahui hasil gangguan arus hubung singkat, tentukan yang memiliki jenis gangguan arus hubung singkat terbesar dan terkecil. Dan dari kedua perhitungan tersebut, manakah yang memiliki kinerja yang lebih cepat dan tepat.

3.4 Langkah-langkah Perhitungan Arus Hubung Singkat

a. Penentuan impedansi masing-masing peralatan dalam satuan per unit adalah sebagai berikut :

1) Impedansi Sumber : XS = (3.1) Dimana :

XS = Impedansi Sumber (ohm)

KV2 _{= Tegangan sisi Primer Trafo tenaga (KV)} MVA = Data hubung singkat di bus 150 kV (MVA) 2) Impedansi Trafo :

XT (pada 100%)= (3.2) Dimana :

XT = Impedansi Trafo Tenaga (ohm)

KV2 _{= Tegangan sisi sekunder Trafo tenaga (KV)} MVA = kafasitas daya trafo tenaga (MVA)

3) Impedansi Saluran :

 Impedansi urutan positif dan Negatif

1= 2= 100% (3.3)

Dimana :

Z1 = Impedansi urutan positif (ohm) Z2 = Impedansi urutan negatif (ohm)

= panjang saluran (km)  Impedansi urutan nol

0= 100% (3.4)

b. Penentuan impedansi hubung singkat dari sumber-sumber yang menyebabkan arus hubung singkat adalah sebagai berikut :

1) Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah

=

(3.5)

Dimana :

Isc = Arus gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah (A) = Arus dasar sebelum terjadi gangguan (A)

Z1 = Impedansi urutan positif (ohm) Z2 = Impedansi urutan negatif (ohm) Z0 = Impedansi urutan nol (ohm)

2) Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa ke Fasa

=

√ (3.6)

Dimana :

Isc = Arus gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah (A) = Arus dasar sebelum terjadi gangguan (A)

Z1 = Impedansi urutan positif (ohm) Z2 = Impedansi urutan negatif (ohm) 3) Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa

=

(3.7) Dimana :

Isc = Arus gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah (A) = Arus dasar sebelum terjadi gangguan (A)

Z1 = Impedansi urutan positif (ohm)

4) Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa ke Tanah

Dimana :

Isc = Arus gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah (A) = Arus dasar sebelum terjadi gangguan (A)

Z1 = Impedansi urutan positif (ohm) Z2 = Impedansi urutan negatif (ohm) Z0 = Impedansi urutan nol (ohm)

c. Penentuan titik gangguan hubung singkat yang pertama adalah pada busbar Bus 1 dimana Bus 1 ini memiliki nilai tegangan nominal 20KV. Penentuan titik gangguan hubung singkat yang kedua adalah pada busbar BUS-PSW-01D dimana BUS-PSW-01D ini memiliki nilai tegangan nominal 3,15KV. Dan pada penentuan titik gangguan hubung singkat yang ketiga adalah pada busbar BUS-PSW-01G dimana BUS-PSW-01G ini memiliki nilai tegangan nominal 420Volt.

d. Perhitungan Menggunakan ETAP 7.5.0

Perhitungan analisis gangguan hubung singkat dengan menggunakan ETAP 7.5.0 dapat dilihat pada gambar 3.c diatas ini. Data-data yang diperlukan seperti KVdasar, KVAdasar, Zdasar, dan Idasar. Selain itu juga dibutuhkan data-data lainnya yang lebih spesifik dari peralatan-peralatan yang digunakan pada saluran seperti nilai r, x.dan y pada penghantar atau kabel yang digunakan, pengaturan pengaman yang digunakan seperti

circuit breaker.

Tampilan awal program perhitungan arus hubung singkat dengan menggunakan ETAP versi 7.5.0 adalah sebagai berikut :

1) Menu pendataan, yang terdiri dari submenu antara lain :

- Form Create New Projrct File yaitu masukan dan keterangan yang

menyangkut penamaan dari projek yang akan dibuat, folder penyimpanan, sistem unit, permohonan password, dan data base access. Dapat dilihat pada gambar 3.4.

Gambar 3.4 Form Create New Projrct File

- Form User Information yaitu masukan keterangan dan informasi perihal user program tersebut. Dapat dilihat pada gambar 3.5

- Form gambar yaitu gambar single line diagram yang terdiri dari elemen-elemen seperti generator, transformator, kabel, pemutus tenaga, beban statik, beban dinamis, busbar, dll. Dapat dilihat pada gambar 3.6.

Gambar 3.6 Formsingle line diagram

2) Menu perhitungan, yang mempunyai submenu antara lain :

- Perhitungan impedansi input data berupa data-data/ parameter yang diperoleh dari lapangan.

- Perhitungan arus hubung singkat pada setiap busbar dan data yang digunakan sesuai dengan data lapangan yang diperoleh.

3) Menu data lapangan, yang diperoleh dari hasil obsevasi lapangan yang berupa antara lain :

- Data spesifikasi pemutus tenaga. - Data spesifikasi saluran transmisi.

4) Menu laporan, yang dihasilkan dari pengolahan data atau perhitungan yang diperlukan antara lain :

- Laporan impedansi saluran. - Laporan arus per unit.

- Laporan arus hubung singkat.

5) Menu Utility , untk menambah atau mengganti user dan password. 6) Menu help, yang berupa menu bantuan panduan menjalankan

program ETAP 7.5.0.

e. Penentuan Hasil Gangguan Arus Hubung Singkat menggunakan Perhitungan Manual dan Perhitungan menggunakan ProgramETAP 7.5.0 Pada langkah ini penulis menganalisa kemungkinan-kemungkinan yang terjadi pada gangguan arus hubung singkat di busbar 20kV, 3,15kV dan 0,42kV. Seberapa besar hasil gangguan arus hubung singkat di busbar 20kV, 3,15kV dan 0,42kV dengan menggunakan simulasi program software ETAP 7.5.0 dan menggunakan perhitungan manual. Setelah mengetahui hasil gangguan arus hubung singkat, tentukan yang memiliki jenis gangguan arus hubung singkat terbesar dan terkecil. Dan dari kedua perhitungan tersebut, manakah yang memiliki kinerja yang lebih cepat dan tepat.