Upload
others
View
19
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Simulasi dan Analisis Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa ke Tanah pada
Sistem Distribusi PT Bukit Asam (Persero), Tbk.
Maula Darda Natanegara, I Made Ardita Y
Department of Electrical Engineering, Universitas Indonesia, Kampus UI Depok, 16424, Indonesia
E-mail: [email protected]
Abstrak
Energi listrik yang dibutuhkan untuk aktivitas pertambangan sangat diwajibkan memiliki kualitas yang baik
dan aman bagi sistem tenaga listrik dan keselamatan manusia. Gangguan hubung singkat harus dihindari agar sistem
tenaga listrik bekerja dengan optimal. Oleh karena itu, skripsi ini dilakukan dengan metode studi literatur dengan
mencari dan mengumpulkan bahan yang ada kaitannya dengan dengan gangguan hubung singkat. Selanjutnya,
dirancang suatu sistem tenaga listrik PT Bukit Asam (Persero), Tbk. dengan menggunakan software ETAP 12.6.0
(Electric Transient Analyzer Program) yang kemudian dilakukan simulasi gangguan hubung singkat pada rel 20 kV
di sistem saat konfigurasi beban 60%, 80% dan 100% agar didapatkan kemampuan sistem yang optimal. Hasil dari
simulasi menunjukkan bahwa ketika konfigurasi beban 100%, seluruh rel 20 kV pada sistem tenaga listrik terdapat
arus hubung singkat yang tinggi dan diatas kapasitas lebur pemutus tenaga sehingga direkomendasikan
peningkatakan kapasitas lebur pemutus tenaga atau pemasangan CLR (Current Limitting Reactor) untuk membatasi
arus hubung singkat yang terjadi pada rel 20 kV.
Simulasi dan ..., Maula Darda Natanegara, FT UI, 2016
Simulation and Analysis Short Circuit Disturbance Three Fase to Ground in PT Bukit
Asam (Persero), Tbk. Distribution System
The electrical energy for mining activities is very required to have a good quality and safe for electrical power
systems and human safety . Short circuit must be avoided so that the power system to work optimally . Therefore,
this thesis carried out by the method of literature study and collect materials in connection with the short circuit.
Furthermore, I designed an electrical power system PT Bukit Asam (Persero), Tbk. using software ETAP 12.6.0
(Electric Transient Analyzer Program) which is then simulated short circuit at busbar 20 kV when current load
configurations of 60%, 80% and 100% in order to obtain optimal system capabilities. The results of the simulations
show that when the configuration to 100% load, the entire busbar 20 kV of the power system are short-circuit current
is high and above rating circuit breaker so it is recommended to increase rating capacity circuit breaker or installation
CLR (Current Limitting Reactor) for current limiting short circuit on a rail 20 kV.
Keyword: Power System, Short Circuit Current, ETAP 12.6.0
I. Pendahuluan
Listrik pada zaman sekarang sudah menjadi kebutuhan primer manusia. Bukan hanya dalam hal
aktivitas sehari-hari tetapi juga dibutuhkan dalam aktivitas pertambangan. Kita mengetahui
bahwa Indonesia menyimpan sumber daya alam yang sangat besar, untuk dapat memanfaatkan
sumber daya alam tersebut dibutuhkan listrik untuk melakukan aktivitas pertambangan agar lebih
efisien dan praktis. Penyedia listrik di Indonesia adalah PLN dan biaya listrik untuk aktivitas
pertambangan sangat besar. Oleh karena itu, PT Bukit Asam (Persero), Tbk membuat PLTU
3X10 MW milik sendiri untuk menghemat pengeluaran biaya dalam hal kebutuhan listrik, selain
itu PT Bukit Asam juga memakai sumber tenaga listrik dari PLN 65 MW.
Energi listrik yang dibutuhkan untuk aktivitas pertambangan sangat diwajibkan memiliki kualitas
yang baik dan aman bagi sistem tenaga listrik dan keselamatan manusia. Banyak aspek yang
harus diperhatikan dalam sistem tenaga listrik, tetapi pada tulisan ini akan lebih berkonsentrasi
pada studi kasus arus gangguan hubung singkat karena beban lisrik pertambangan yang besar dan
tinggi. Hal yang akan dibahas lebih dalam lagi adalah gangguan hubung singkat pada sistem
tenaga listrik di PT Bukit Asam (Persero).
Simulasi dan ..., Maula Darda Natanegara, FT UI, 2016
Dalam sistem tenaga listrik, gangguan hubung singkat harus dihindari karena dapat mengganggu
nilai kualitas daya, mengganggu kestabilan sistem, penuaan umur alat, merusak alat dan yang
paling parah adalah terjadinya pemadaman yang merupakan tanda kegagalan sistem tenaga
listrik.
Tujuan dari penulisan ini adalah membuat konfigurasi baru sistem tenaga listrik pada jalur
pendistribusian PT Bukit Asam dan akan dibahas tentang gangguan arus hubung singkat singkat
pada jalur sistem tenaga listrik PT Bukit Asam. Dari studi tersebut akan dilihat besarnya
gangguan yang terjadi pada sistem kemudian memberikan rekomendasi untuk membuat sistem
menjadi optimal.
Dalam penulisan ini, sistem tenaga listrik yang akan dijadikan objek penelitian adalah jalur
distribusi PT Bukit Asam (Persero). Pembahasan dari skripsi ini memiliki batasan-batasan antara
lain :
1. SLD yang digunakan yaitu SLD PT Bukit Asam desain terbaru
2. Skenario total beban yang digunakan yaitu 60%, 80% dan 100%
3. Jenis gangguan dibatasi pada gangguan arus hubung singkat tiga fasa ke tanah di rel
MSS 20 kV, yaitu rel MSS New Banko 20 kV, rel MSS New TAL 20 kV dan rel MSS
Existing 20 kV.
4. Software yang digunakan untuk analisis adalah ETAP 12.6.0
II. Tinjauan Teoritis
Pengertian Gangguan Hubung Singkat
Gangguan hubung singkat merupakan gangguan berbahaya yang paling umum terjadi pada
komponen sistem distribusi tenaga listrik dan merupakan permasalahan utama dalam
mengembangkan dan mengaplikasikan sistem proteksi. Hubung singkat adalah kondisi hubungan
langsung antara dua terminal yang mempunyai impedansi antara keduanya relatif kecil sekali
sehingga terjadi aliran arus yang tidak normal (sangat besar) yang biasa disebut arus hubung
singkat. Adanya hubung singkat menimbulkan arus lebih yang pada umumnya jauh lebih besar
daripada arus pengenal peralatan dan terjadi penurunan tegangan pada sistem tenaga listrik,
sehingga bila gangguan tidak segera dihilangkan dapat merusak peralatan dalam sistem tersebut.
Simulasi dan ..., Maula Darda Natanegara, FT UI, 2016
Besarnya arus hubung singkat yang terjadi sangat dipengaruhi oleh jumlah pembangkit yang
masuk pada sistem, letak gangguan dan jenis gangguan.
Gangguan hubung singkat dapat terjadi antarfasa, atau antara fasa dan tanah, atau keduanya.
Persentasi kejadian gangguan adalah :
Satu fasa ke tanah : 70% - 80%
Fasa ke fasa ke tanah : 17% - 10%
Fasa ke fasa : 10% - 8%
Tiga fasa : 3% - 2%
Pengertian Terminologi Arus Hubung Singkat
Di samping menghitung arus hubung singkat pada peralatan sistem tenaga listrik, penting juga
mengetahui terminologi yang digunakan dalam mengkarakteristikan gelombang arus hubung
singkat. Gambar 2.1 di bawah menunjukkan rangkaian tiga fasa seimbangdi mana L dan R adalah
induktansi dan resistansi rangakain tiap fasa, dan Le dan Re adalah induktansi dan resistansi pada
jalur pentanahan.
v! t = 2V!"# sin ωt+ φi i = r, y, b (2.1)
di mana Vrms adalah besar tegangan rms , ω = 2πf dalam rad/s, f adalah frekuensi daya lsitrik
dalam Hz, dan φ adalah sudut fasa tegangan dalam radian yang didapat dari
φy = φr − 2π/3 φb = φr + 2π/3 (2.2)
Jika terjadi hubung singkat antara ketiga fasa dan ground, yaitu antara fasa r, y, b dan ground
pada saat t = 0, maka dapat kita tuliskan
𝐿 !!!(!)!"
+ 𝑅𝑖! 𝑡 + 𝐿!!!!(!)!"
+ 𝑅!𝑖! 𝑡 = 𝑣! 𝑡 𝑖 = 𝑟,𝑦, 𝑏 (2.3)
dengan mensubtitusikan i = r, y, b ke dalam persamaan (2.3), maka persamaan menjadi
𝐿 !!"𝑖! 𝑡 + 𝑖! 𝑡 + 𝑖! 𝑡 + 𝑅[𝑖! 𝑡 + 𝑖! 𝑡 + 𝑖! 𝑡 ] (2.4)
+3𝐿!𝑑𝑖!(𝑡)𝑑𝑡 + 3𝑅!𝑖! 𝑡 = 𝑣! 𝑡 + 𝑣! 𝑡 + 𝑣! 𝑡
karena rangkaian seimbang, maka
𝑣! 𝑡 + 𝑣! 𝑡 + 𝑣! 𝑡 = 0 (2.5)
Simulasi dan ..., Maula Darda Natanegara, FT UI, 2016
dari Gambar 2.1 juga terlihat bahwa
𝑖! 𝑡 + 𝑖! 𝑡 + 𝑖! 𝑡 = 0 (2.6)
dengan mensubtitusikan persamaan (2.5) dan (2.6) ke persamaan (2.4), maka
didapatkan
(𝐿 + 3𝐿!)!!!(!)!"
+ (𝑅 + 3𝑅!)𝑖! 𝑡 = 0 (2.7)
Solusi dari persamaan (2.7) adalah
𝑖! 𝑡 = 𝐾𝑥 exp !!!!!!!!! !!!
(2.8)
di mana K adalah konstanta yang memenuhi kondisi awal. Karena rangkaian merupakan sistem
yang seimbang, maka ie(t = 0) = 0. Sehingga persamaan (2.8) menghasilkan K = 0 dan ie(t) = 0.
Dengan kata lain, pada gangguan tiga fasa tidak ada arus yang mengalir pada jalur pentanahan
dan ketiga arus gangguan ii(t) akan mengalir pada rangkaian fasanya sendiri-sendiri. Dengan nilai
ie(t) = 0, maka solusi dari persamaan (2.3) adalah
𝑖! 𝑡 = 2𝐼!"# sin 𝜔𝑡 + 𝜑! − tan!!!"!
− sin 𝜑! − 𝑡𝑎𝑛!!!"!
×𝑒𝑥𝑝 !!! !
(2.9)
dengan
𝐼!"# =!!"#
!!! !" ! (2.10)
Persamaan (2.9) dapat ditulis kembali sebagai penjumlahan dari komponen AC
dan komponen DC satu arah sebagai berikut:
𝑖! = 𝑖! !" 𝑡 + 𝑖! !" 𝑡 𝑖 = 𝑟,𝑦, 𝑏 (2.11)
di mana
𝑖! !" (𝑡) = 2𝐼!"# 𝑠𝑖𝑛 𝜔𝑡 + 𝜑! − 𝑡𝑎𝑛!!!"!
(2.12)
dan
𝑖!(!") = − 2𝐼!"#𝑠𝑖𝑛 𝜑! − 𝑡𝑎𝑛!!!"!
×𝑒𝑥𝑝 !!(! !)
(2.13)
Pada analisis ini, besar komponen arus bolak-balik (AC) adalah konstan karena diasumsikan
induktansi sumber L konstan atau tidak terpengaruh waktu. Dan asumsi ini valid hanya jika
lokasi gangguan hubung singkat terjadi jauh dari mesin listrik yang memberikan arus hubung
Simulasi dan ..., Maula Darda Natanegara, FT UI, 2016
singkat menuju gangguan. Besaran awal dari komponen DC pada setiap fasa bergantung pada
posisi gelombang tegangan pada saat hubung singkat terjadi dan pada besarnya komponen arus
AC Irms. Laju penurunan komponen arus DC bergantung pada konstanta waktu rangkaian L/R
atau X/R rasio di mana X/R = ωL/R. Sekali lagi, asumsi nilai L yang konstan membuat rasio X/R
juga konstan sehingga laju penurunan pun menjadi konstan.
Komponen Simetri
Komponen simetris yang pertama kali diperkenalkan oleh C. L. Fortescue pada tahun 1918
merupakan sebuah teknik yang cukup baik untuk menganalisa ketidakseimbangan pada listrik
tiga fasa. Fortescue mendefinisikan sebuah transformasi linear dari komponen tiga fasa ke sebuah
komponen baru yang disebut komponen simetris.
Fortescue membuktikan bahwa ketidakseimbangan tiga fasa pada tegangan atau arus dapat dirinci
menjadi 3 komponen keseimbangan yaitu :
a. Urutan positif (positive sequence)
Komponen urutan positif memiliki tiga buah fasor yang magnitudenya sama besar tetapi
memiliki perbedaan fasa sebesar 1200. Biasanya arus atau tegangan urutan positif disebut
sebagai urutan “abc” dan disimbolkan dengan subscript “1” atau
“+”. Komponen urutan positif juga memiliki urutan fasa yang sama dengan original power
system.
b. Urutan negatif (negative sequence)
Komponen urutan negatif memiliki tiga buah fasor yang magnitudenya samabesar tetapi
memiliki perbedaan fasa sebesar 1200. Biasanya arus atau tegangan urutan negatif disebut
sebagai urutan “acb” dan disimbolkan dengan subscript “2” atau “-”. Komponen urutan
negatif juga memiliki urutan fasa yang berlawanan dengan original power system.
c. Urutan nol (zero sequence)
Komponen urutan nol adalah komponen yang terdiri atas tiga buah fasor yang magnitude
sama besar dan beda fasanya adalah 00. Biasanya arus atau tegangan urutan nol disimbolkan
dengan subscript “0”.
Simulasi dan ..., Maula Darda Natanegara, FT UI, 2016
Pada perhitungan komponen simetris, terdapat sebuah vektor atau biasa disebut operator “a”.
Operator ini memiliki magnitude sebesar 1 dan besar fasa 1200. Dalam bentuk bilangan kompleks
dapat ditulis ke dalam bentuk :
a = 1� 1200
Jadi dapat diperoleh,
a2 = 1∠2400
a3 = 1
Sehingga,
1 + a + a2 = 0 (2.14)
Pada komponen simetris, perhitungannya menggunakan penjumlahan vektor. Tiap komponen
vektor ditandai dengan simbol a, b, dan c. Vektor a biasanya menjadi referensi.
a. Perhitungan Komponen Urutan Positif
Berikut adalah rumus perhitungan pada fasor urutan fasa positif (fasor a sebagai referensi):
Ia1 = Ia1 · ej0 = I1=fasor referensi
Ib1 = a · Ia1 = a · I1
Ic1 = a2 · Ia1 = a2 · I1 (2.15)
b. Perhitungan Komponen Urutan Negatif
Berikut adalah rumus perhitungan pada fasor urutan fasa negatif (fasor a sebagai referensi).
Ia2 = Ia2 · ej0 = I2 = fasor referensi
Ib2 = a · Ia2 = a · I2
Ic2 = a2 · Ia2 = a2 · I2 (2.16)
c. Perhitungan Komponen Urutan Nol
Simulasi dan ..., Maula Darda Natanegara, FT UI, 2016
Pada komponen urutan nol, karena magnitudenya sama besar dan besar beda fasanya adalah
00, maka dapat ditulis:
Ia0 = Ib0 = Ic0 = I0 (2.17)
Berdasarkan perhitungan komponen simetris, ketidakseimbangan arus (unbalanced current)
dapat dihitung dengan cara:
Ia = I1 + I2 + I0
Ib = Ib1 + Ib2 + Ib0 = a2 · I1 + a · I2 + I0
Ic = Ic1 + Ic2 + Ic0 = a · I1 + a2 · I2 + I0 (2.18)
Persamaan unbalanced current dapat dibuat dalam bentuk matriks menjadi: 𝐼!𝐼!𝐼!
=1 1 11 𝐚! 𝐚1 𝐚 𝐚!
×𝐼!𝐼!𝐼!
(2.19)
Atau invers matriksnya menjadi : 𝐼!𝐼!𝐼!
= !!×1 1 11 𝐚 𝐚!1 𝐚! 𝐚
×𝐼!𝐼!𝐼!
(2.20)
Rumus matriks pada ketidakseimbangan arus dapat ditulis menjadi :
𝐼!"# = 𝐴 × 𝐼!"# (2.21)
Atau,
𝐼!"# = !!𝐴 !!× 𝐼!"# (2.22)
Seperti halnya ketidakseimbangan arus, ketidakseimbangan tegangan memiliki rumus matriks
yang sama (nilai arus diganti dengan nilai tegangan): 𝑉!𝑉!𝑉!
=1 1 11 𝐚! 𝐚1 𝐚 𝐚!
×𝑉!𝑉!𝑉!
(2.23)
Atau invers matriksnya menjadi: 𝑉!𝑉!𝑉!
= !!×1 1 11 𝐚 𝐚!1 𝐚! 𝐚
×𝑉!𝑉!𝑉!
(2.24)
Rumus matriks pada ketidakseimbangan tegangan dapat ditulis menjadi:
𝑉!"# = 𝐴 × 𝑉!"# (2.25)
Atau,
𝑉!"# = 𝐴 !!× 𝑉!"# (2.26)
Simulasi dan ..., Maula Darda Natanegara, FT UI, 2016
Jika kita menjumlahkan ketiga persamaan tegangan di bawah ini:
Va = Va1 + Va2 + Va0 = V1 + V2 + V0
Vb = Vb1 + Vb2 + Vb0 = a2 · V1 + a · V2+ V0
Vc = Vc1 + Vc2 + Vc0 = a · V1 + a2 · V2 + V0 +
Va + Vb + Vc = (1+a2+a) · V1 + (1+a+a2) · V2 + 3 · V0
Va + Vb + Vc = 0 · V1+ 0 · V2 + 3 · V0 (2.27)
Jadi dapat diperoleh,
V0 = ⅓ (Va + Vb + Vc) (2.28)
Karena penjumlahan vektor Va,Vb, dan Vcpada sebuah balanced power system adalah 0 (nol),
maka pada sebuah balanced power system tegangan urutan nol nya adalah 0 (nol). Hal yang sama
juga berlaku pada komponen arus urutan nol.
Pada sebuah sistem yang tidak seimbang, tegangan netral-to-line dapat memiliki komponen
urutan nol. Tetapi pada tegangan line-to-line tidak memiliki komponen urutan nol, selama jumlah
fasor tegangannya adalah nol.
III. Simulasi Jaringan Distribusi PT Bukit Asam dengan ETAP 12.6.0
Objek penelitian pada skripsi ini adalah sistem distribusi listrik pada PT. Bukit Asam (Persero)
Tbk, Tanjung Enim. Dalam sistem ini terdapat gardu induk MSS (Main Switch Station) sebagai
tempat pertama yang menerima aliran tenaga listrik dari PLTU milik PT Bukit Asam dan PLN.
Ada dua skenario dalam mengatur suplai listrik, yaitu :
1. Sumber dipasok sendiri dari PLTU 3x10 MW.
2. Pemasokan listrik secara simultan dari PLTU 3x10 MW dan dari PLN.
Hal ini memungkinkan adanya fasilitas COS (Change Over Switch) yang akan mengatur sumber
listrik yang akan digunakan untuk menyuplai kebutuhan listrik PT Bukit Asam. Pada saat ini,
pola operasi yang berjalan adalah suplai dari PLTU Milik PT Bukit Asam dan PLN dilaksanakan
Simulasi dan ..., Maula Darda Natanegara, FT UI, 2016
bergantian selama masing-masing dua minggu.
Suplai listrik dari PLTU maupun dari PLN akan masuk kedalam MSS dan akan diatur
distribusinya dari MSS tersebut. Terdapat tiga MSS dalam jaringan distribusi PT Bukit Asam,
yaitu :
1. MSS Existing
2. MSS New TAL (Tambang Air Laya)
3. MSS New Banko
MSS ini berfungsi untuk mengatur distribusi listrik ke tiga lokasi tambang, yaitu :
1. Tambang Air Laya
Pada lokasi penambangan tambang Airlaya, MSS yang mendistribusikan aliran listrik
adalah MSS Existing. Lokasi penambangan Batubara di Tambang Air Laya dilaksanakan
sendiri oleh PTBA dengan menggunakan teknologi Bucket Wheel Excavator (BWE) atau
secara Continue Minning.
2. Tambang Muara Tiga Besar (MTB)
Dalam lokasi penambangan MTB, MSS yang mendistribusikan aliran listrik adalah MSS
New TAL. Penambangan Batubara di MTB dilaksanakan secara konvensional
menggunakan Shovel dan Dump Truck. Tambang Muara Tiga Besar ini meliputi :
a. MTBU-Pit 1
b. MTBU-Pit 2
3. Tambang Banko Barat.
Pada lokasi Banko Baat, MSS yang mendistribusikan aliran listrik adalah MSS
New Banko. Penambangan batubara di lokasi ini caranya sama dengan lokasi Muara Tiga
Besar yaitu dengan cara konvensional menggunakan shovel dan truk.
Selain menyuplai kebutuhan listrik di lokasi tambang, tiga MSS ini juga menyuplai kebutuhan
listrik di Kantor PT Bukit Asam, Perumahan Karyawan PT Bukit Asam serta Rumah Sakit PT
Bukit Asam.
Pada saat melakukan survei lapangan langsung di PT Bukit Asam, skenario dua, PLTU dan PLN
secara bersamaan memasok listrik ke jaringan distribusi. Kedua pasokan listrik ini diterima
melalui saluran penyulang A06 dan A17 di Main Switch Station (MSS) untuk kemudian
digunakan untuk memasok kebutuhan energi listrik di lingkungan PT Bukit Asam. Terdapat 2
Simulasi dan ..., Maula Darda Natanegara, FT UI, 2016
buah rel yang memperoleh suplai energi listrik. Seluruh beban di PT Bukit Asam dapat
memperoleh listrik dari kedua rel ini karena kedua rel terhubung ke seluruh beban di PT Bukit
Asam melalui mekanisme pemutus ganda. Saat salah satu rel tidak dapat menyuplai listrik, rel
lainnya akan berfungsi sebagai cadangan dan dapat digunakan untuk menyuplai listrik ke dalam
beban-beban elektrik di PT Bukit Asam. Pada masing-masing rel dan beban terpasang pemutus
tenaga yang memilik kapasitas lebur sebesar 16 kA
IV. Hasil Penelitian
Dilakukan tiga skenario saat simulasi jaringan distribusi PT Bukit Asam pada ETAP 12.6.0.
Skenario pertama saat konfigurasi beban 60%, skenario kedua saat konfigurasi beban 80% dan
skenario ketiga saat konfigurasi beban 100%. Arus hubung singkat yang dianalisis adalaha arus
hubung singkat pada rel 20 kV di masing-masing MSS. Hasil simulasi dapat dilihat dalam grafik
berikut :
Gambar 1 Arus Hubung Singkat pada Rel MSS A NBanko 20 kV
5.85
9.11
20.04
0
5
10
15
20
25
0% 20% 40% 60% 80% 100% 120%
ArusHub
ungSingkat
Beban
ArusHubungSingkat
Linear(ArusHubungSingkat)
Simulasi dan ..., Maula Darda Natanegara, FT UI, 2016
Gambar 2 Arus Hubung Singkat pada Rel MSS B NBanko 20 kV
Gambar 3 Arus Hubung Singkat pada Rel MSS A NTAL 20 kV
5.85
9.11
20.04
0
5
10
15
20
25
0% 20% 40% 60% 80% 100% 120%
ArusHub
ungSingkat
Beban
ArusHubungSingkat
Linear(ArusHubungSingkat)
12.71
6.88
21.69
0
5
10
15
20
25
0% 20% 40% 60% 80% 100% 120%
ArusHub
ungSingkat
Beban
ArusHubungSingkat
Linear(ArusHubungSingkat)
Simulasi dan ..., Maula Darda Natanegara, FT UI, 2016
Gambar 4 Arus Hubung Singkat pada Rel MSS B NTAL 20 kV
Gambar 5 Arus Hubung Singkat Rel MSS Existing-I 20 kV
12.71 13.17
21.69
0
5
10
15
20
25
0% 20% 40% 60% 80% 100% 120%
ArusHub
ungSingkat(kA
)
Beban
ArusHubungSingkat
Linear(ArusHubungSingkat)
10.53
11.2
20.04
0
5
10
15
20
25
0% 20% 40% 60% 80% 100% 120%
ArusHub
ungSingkat(kA
)
Beban
ArusHubungSingkat
Linear(ArusHubungSingkat)
Simulasi dan ..., Maula Darda Natanegara, FT UI, 2016
Gambar 6 Arus Gangguan Hubung Singkat pada Rel Existing-II 20 kV
Gambar 7 Arus Gangguan Hubung Singkat Rel Existing-III 20 kV
10.53
11.2
20.04
0
5
10
15
20
25
0% 20% 40% 60% 80% 100% 120%
ArusHub
ungSingkat(kA
)
Beban
ArusHubungSingkat
Linear(ArusHubungSingkat)
12.67
12.67
19.72
0
5
10
15
20
25
0% 20% 40% 60% 80% 100% 120%
ArusHub
ungSingkat(kA
)
Beban
ArusHubungSingkat
Linear(ArusHubungSingkat)
Simulasi dan ..., Maula Darda Natanegara, FT UI, 2016
Tabel 1 Hasil Simulasi Gangguan Hubung Singkat pada Rel MSS 20 kV
MainSwitchStation RelMSS20kV Beban60% Beban80% Beban100%
MSSNewBanko MSSANBanko 5,85kA 9,11kA 20,04kA
MSSBNBanko 5,85kA 9,11kA 20,04kA
MSSNewTAL MSSANTAL 12,71kA 6,88kA 21,69kA
MSSBNTAL 12,71kA 13,17kA 21,69kA
MSSExisting MSSExisting-I 10,53kA 11,2kA 20,04kA
MSSExisting-II 10,53kA 11,2kA 17,12kA
MSSExisting-III 12,67kA 12,67kA 19,72kA
Dari hasil simulasi pada tabel 1 terlihat bahwa kenaikan total beban pada sistem tenaga listrik
mempengaruhi arus hubung singkat yang terjadi. Semakin besar beban maka arus hubung
singkat terjadi, tetapi pada satu rel terjadi perbedaan. Perbedaan terjadi di rel MSS A NTAL
20 kV, yaitu saat beban naik tetapi arus hubung singkat mengalami penurunan. Hal ini
membuktikan bahwa faktor yang mempengaruhi kenaikan arus hubung singkat bukan hanya
total beban tetapi ada faktor lain yang harus dilihat. Salah satu faktornya adalah permasalahan
impedansi. Arus hubung singkat mengalir ke rel yang impedansinya lebih kecil di beban
sehingga besar arus hubung singkat yang terjadi pada rel MSS A NTAL 20 kV menjadi kecil.
Hasil simulasi juga menunjukkan bahwa ketika keadaan beban 60% dan 80%, arus hubung
singkat yang terjadi pada masing-masing rel masih dibawah rating pemutus tenaga yang
besarnya 16 kA. Ketika beban 100% atau pada saat semua beban di sistem tenaga listrik PT
Bukit Asam (Persero) dalam keadaan beroperasi terjadi peningkatan arus yang sangat tinggi
di semua rel 20 kV pada masing-masing MSS. Arus hubung singkat ini diatas rating pemutus
tenaga sebesar 16 kA sehingga isolasi pemutus tenaga akan rusak oleh arus hubung singkat
sehingga merusak peralaran pada sistem jaringan distribusi.
Dari hasil studi tersebut dapat diberikan rekomendasi untuk perbaikan sistem, yaitu
menaikkan rating pemutus tenaga dari 16 kA menjadi 25 kA sesuai dengan nilai tertinggi
yang didapatkan dari simulasi. Untuk mengurangi arus hubung singkat dapat juga dengan
memasang Current Limititng Reactor (CLR).
Simulasi dan ..., Maula Darda Natanegara, FT UI, 2016
V. Kesimpulan
1. Berdasarkan tiga skenario hubung singkat yang dilakukan, seiring dengan peningkatan
beban total pada jaringan maka arus hubung singkat yang terjadi pada rel semakin tinggi
2. Kenaikan arus hubung singkat dapat dipengaruhi oleh faktor lain selain dengan
kenaikan beban, yang terlihat dari rel MSS A NTAL pada saat kenaikan beban dari 45
MW ke 60 MW
3. Arus hubung singkat yang terjadi pada semua rel 20 kV ketika beban total 75 MW atau
pada saat kondisi full load besarnya melebihi rating pemutus tenaga yang besarnya 16
kA dan terpasang pada sistem jaringan
4. Dari penelitian yang telah dilakukuan, direkomendasikan penggantian perangkat
pemutus tenaga menjadi rating yang lebih tinggi dari 16 kA menjadi 25 kA. Selain itu,
pemasangan Current Limitting Reactor (CLR) untuk membatasi arus hubung singkat
yang tejadi.
VI. Saran
Untuk penelitian selanjutnya,supaya lebih difokuskan dalam pemasangan Current Limitting
Reactor (CLR) pada jaringan dan penfaruh pemasangan CLR ini ke sistem jaringan. Sehingga
penelitian selanjutnya dapat lebih mendalam lagi dalam upaya untuk menanggulangi arus
hubung singkat yang terjadi pada rel.
VII. Daftar Referensi
B. de Metz-Noblat, F. Dumas, and C. Poulain. Cahier technique no. 158.Calculation of short circuit currents. France:Schneider Electric,2005. Cadick Corporation Technical Buletin. Symmetrical Component Overview. 5 September 1999.
Simulasi dan ..., Maula Darda Natanegara, FT UI, 2016
Ghosh , Arindam. India. (2012) http://nptel.iitm.ac.in/courses/Webcourse-contents/IIT-KANPUR/power-system/ui/Course_home-7.htm; Ginanto, Novika. (2012). ETAP (Electric Transient Analysis Program). Mei 27, 2016. NovikaginANTO Blog. http://novikaginanto.wordpress.com/2012/03/24/etap-electric-transient-analysis-program/ Kundur, Prabha.Power System Stability and Control, USA: McGraw – Hill, 1994. Sukirman. Analisa Gangguan Hubungan Singkat Pada Gardu Induk dengan Menggunakan Program ETAP. Paper Tleis, Nasser.Power Systems Modelling and Faults Analysis.United Kingdom: Newnes Elsevier, 2008. Turan Gonen, Electrical Power Distribution System Engineering, McGraw – Hill, 1986. Oesterreicher, S.I. Current Limiting Reactor Characteristics. New York : Metropolitan Device Corp, 1924. Dann, W.M. Current Limiting Reactors. East Pittsburgh : Westinghouse Electric & Mig Co, 1924. Kadir, Abdul. Distribusi dan Utilisasi Tenaga Listrik. Salemba : UI Press, 2000. Mutale, Joseph, dkk. An Investigation of Network Splitting for Fault Level Reduction. Manchester : Tyndall Centre, 2003. short circuit currents in three phase a.c system. IEC 60909-0 PLN, Kriteria Desain Enjiniring Konstruksi Jaringan Distribusi Tenaga Listrik, 2010. PLN, Kriteria Desain Enjiniring Konstruksi Jaringan Distribusi Tenaga Listrik, 2010. Wadhwa. Electrical Power System. 1983 Jaringan Listrik PT Bukit Asam (Persero), Tbk, Maret 2016
ETAP Jaringan Lisrik PT Bukit Asam, Maula Darda, 2012
Simulasi dan ..., Maula Darda Natanegara, FT UI, 2016