Post on 04-Feb-2018
7/21/2019 1. Analisa Sistem Tenaga
1/15
PT. PLN (Persero) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Analisa Sistem Tenaga
1. ANALISA SISTEM TENAGA
1.1. PENDAHULUAN
Dalam sistem tenaga, yang perlu diketahui dalam analisanya adalah :
Analisa aliran daya
Analisa hubung singkat
Analisa stabiltas sistem
Analisa aliran daya, yang dipelajari adalah aliran arus beban yang
mungkin mengalir di tiap cabang di dalam network, baik aliran daya pada cabang
Trafo, Distribusi, Transmisi maupun yang mengalir dari Pembangkit dan bebanyang tersebar didalam sistem. Analisa ini dilakukan untuk mengetahui apakah
peralatan listrik akan mengalami beban lebih sebelum beban itu mengalir padanya
sebelum kejadian yang sesungguhnya.
Analisa hubung singkat adalah analisa yang mempelajari kontribusi arus gangguan
hubung singkat yang mungkin mengalir pada setiap cabang didalam sistem di
jaringan distribusi, transmisi, trafo tenaga atau dari pembangkit! sewaktu gangguan
hubung singkat yang mungkin terjadi didalam sistem tenaga listrik. Tidak saja besar
arus kontribusi yang dihitung, tetapi juga besarnya tegangan yang terjadi padasetiap "ode pada saat gangguan hubung singkat tersebut.
Analisa stabilitas sistem, analisa yang mempelajari kelakuan system
dimana terjadi pergeseran besaran listrik berupa frekwensi, tegangan dan arus pada
beberapa pembangkit yang dihubungkan oleh jaringan sewaktu terjadi perubahan.
#eadaan ini terjadi akibat lepasnya pembangkit besar didalam sistem, sesaat
setelah terjadi gangguan hubung singkat atau masuknya beban besar kedalam
sistem.
Pada kesempatan ini, analisa sistem tenaga yang ada hubungan dengan bidang
proteksi adalah analisa yang hasilnya sangat diperlukan oleh peralatan
proteksi yaitu Analisa $ubung %ingkat. &esaran arus dan tegangan yang
didapat dari hasil analisa ini yang dimanfaatkan oleh peralatan proteksi.
Berbagi Dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan
'
7/21/2019 1. Analisa Sistem Tenaga
2/15
PT. PLN (Persero) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Analisa Sistem Tenaga
Analisa stabilitas sistem tidak dibahas dalam kesempatan ini walaupun analisa ini
juga perlu dilakukan untuk mengetahui bagaimana reaksi peralatan proteksi bila
terjadi guncangan didalam sistem tenaga listrik.
1.2. ANALISA HUBUNG SINGKAT
Analisa hubung singkat yang mungkin terjadi pada setiap titik didalam sistem! yang
dipelajari terutama adalah besarnya kontribusi arus gangguan hubung singkat pada
setiap cabang bisa di Transmisi, Distribusi, Trafo maupun dari %umber pembangkit!
disamping perlu diketahuinya pula besar tegangan pada setiap "ode. &esar arus
dan atau tegangan hasil analisa inilah yang diperlukan oleh engineer proteksi untuk
penyetelan proteksi, sehingga bila gangguan hubung singkat itu benar(benar terjadi
didalam sistem, peralatan proteksi dapat bekerja mengamankan bagian sistem yangterganggu sesuai yang diharapkan.
)angguan yang mungkin terjadi didalam sistem * fasa adalah :
)angguan * fasa.
)angguan + fasa ketanah !
)angguan satu fasa ketanah.
Gangguan 3 fasa,kemungkinan terjadinya adalah dari sebab putusnya salah satu
kawat fasa yang letaknya paling atas pada transmisi distribusi dengan konfigurasi
kawat antar fasanya disusun secara -ertikal. #emungkinan terjadinya memang
sangat kecil, tetapi dalam analisanya tetap harus diperhitungkan.
#emungkinanan lain adalah akibat pohon yang cukup tinggi berayun sewaktu tertiup
angin kencang sehingga menyentuh ketiga kawat fasa transmisi atau distribusi.
Gangguan 2 fasa,kemungkinan terjadinya bisa disebabkan oleh putusnya kawat
fasa tengah pada transmisi distribusi dengan konfigurasi tersusun -ertikal.
#emungkinan lain adalah dari sebab rusaknya isolator di transmisi distribusi
sekaligu dua fasa. )angguan seperti ini biasanya menjadi gangguan dua fasa
ketanah. Atau bisa juga akibat back flasho-er antara tiang dan dua kawat fasasekaligus sewaktu tiang transmisi distribusi yang mempunyai tahanan kaki tiang
yang tinggi tersambar petir, dan lain(lain.
Berbagi Dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan
+
7/21/2019 1. Analisa Sistem Tenaga
3/15
PT. PLN (Persero) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Analisa Sistem Tenaga
Gangguan satu fasa ketanah, kemungkinan terjadinya adalah akibat back
flasho-er antara tiang ke salah satu kawat fasa transmisi distribusi sesaat setelah
tiang tersambar petir yang besar, walaupun tahanan kaki tiangnya cukup rendah.
&isa juga gangguan satu fasa ketanah terjadi sewaktu salah satu kawat fasa
transmisi distribusi tersentuh pohon yamg cukup tinggi, dan lain(lain.
%esungguhnya hampir setiap macam gangguan hubung singkat * fasa, + fasa atau
satu fasa ketanah ! melalui suatu nilai tahanan gangguan yang terbentuk oleh arcing
A/!. Tetapi dalam analisa hubung singkat selalu perhitungan arus gangguan
hubung singkat dengan menganggap tahanan gangguan 0 1 nol! untuk
memudahkan perhitungan, karena kesulitan untuk menentukan besarnya A/
yang setepatnya.
2leh sebab itulah dalam penyetelan(penyetelan elai proteksi atau karakteristikelai proteksi yang dibuat oleh suatu pabrik selalu memperhitungkan agar dapat
menampung A/ terbesar yang mungkin terjadi untuk masing(masing macam
gangguan.
Pendahulu(pendahulu kita telah mempelajari, meneliti dan menemukan rumus(
rumus perhitungan arus gangguan hubung singkat * fasa, + fasa atau satu fasa
ketanah pada sistem * fasa. Penyelesaian pada masalah di sistem * fasa dengan
menerapkan logika satu fasa.
Dalam sekolah(sekolah tinggi, mahasiswa diajarkan menggunakan bentuk rumus(
rumus yang harus digunakan untuk masing(masing gangguan hubung singkat.
Pada kesempatan ini, dicoba menjelaskan datangnya beberapa rumus yang selama
ini digunakan, agar rumus itu tidak perlu dihafalkan karena difahami.
1.2.1. Gangguan 3 fasa
Telah dikenal baik oleh para engineer dalam analisa hubung singkat bahwa
gangguan * fasa dihitung dengan menggunakan rumus sederhana seperti yang
digunakan pada rumus satu fasa yang pada dasarnya adalah hukum 2hm.
! " I # $ %
Dalam sistem tiga dikenal dengan adanya 3mpedansi 4rutan Positif 5' !, 4rutan
"egatif 5+ ! dan 4rutan "ol 51 !.
Berbagi Dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan
*
7/21/2019 1. Analisa Sistem Tenaga
4/15
PT. PLN (Persero) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Analisa Sistem Tenaga
Dalam pembahasan gangguan * fasa, arus gangguannya dihitung dengan rumus
sebagai berikut :
6 7A%A
3 *7A%A0 5 '
Dimana :
3 * 7A%A0 besar arus yang mengalir pada setiap fasa sewaktu terjadi gangguan
hubung singkat di suatu titik di dalam sistem dalam Amper!.
6 7A%A 0 besar tegangan tiap fasa terhadap netral sistem dalam -olt!.
5' 0 3mpedansi eki-alen urutan positif. Dikatakan eki-alen karena mewakili
seluruh impedansi didalam sistem yang terhubung seri atau paralel dari
sejak sumber sampai dengan titik gangguan.
&agaimana rumus tersebut dapat terbentuk menjadi demikian, berikut ini dicoba
menelaahnya dengan maksud agar mudah memahaminya sehingga tidak perlu
menghapalnya tetapi cukup dengan mengerti dan mengingat dari mana datangnya.
#ita tahu bahwa besar tegangan sistem tiga fasa dalam keadaan seimbang adalah
sama besar, hanya sudut fasanya berbeda '+18, seperti digambarkan gambar '.'!
sebagai berikut :
)ambar '.': 9ektor tegangan yang dinduksikan )enerator
#alau salah satu fasa dari sistem tiga fasa tersebut diatas misalkan fasa A!
dibebani suatu impedansi 5, maka gambar rangkaiannya seperti terlihat pada
gambar '.+. sebagai berikut :
Berbagi Dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan
7/21/2019 1. Analisa Sistem Tenaga
5/15
PT. PLN (Persero) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Analisa Sistem Tenaga
)ambar '.+: Pembebanan impedansi 5
Arus yang mengalir pada impedansi 5 tersebut adalah sebesar :
EA
IA" $
4raian yang sama, tetapi fasa yang dibebani dengan impedansi 5 adalah fasa &,
maka gambar rangkaiannya seperti terlihat pada gambar '.*, dibawah ini :
Gambar 1.3: Arah arus dari asa B
Arus yang mengalir di impedansi tersebut adalah :
EBIB"
$
Demikian pula apabila fasa / yang dibebani dengan impedansi 5, dibawah ini
adalah gambar rangkaiannya.
)ambar '.: Arah arus dari fasa /
Berbagi Dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan
;
7/21/2019 1. Analisa Sistem Tenaga
6/15
PT. PLN (Persero) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Analisa Sistem Tenaga
Arus yang mengalir di impedansi tersebut adalah :
E&I&"
$
#arena tegangan 6A, 6&, dan 6/ adalah sama besar, kecuali arah -ektornya
berbeda '+18 maka besar 3A, 3&dan 3 /juga sama besarnya kecuali arah -ektornya
yang juga berbeda '+18 karena impedansi 5 nya sama besar.
&ila digabungkan ketiga fasa beban(beban tersebut, maka gambarnya dapat dilihat
pada gambar berikut.
Gambar 1.!: Beban untuk rangkaian 3 asa
Arus masing(masing fasa mengalir keluar, dalam gambar '.; diatas seperti arah
tegangan yang d3nduksikan di generator dalam arti tidak melawan arah tegangan
yang dibangkitkan! dan bertemu disatu titik untuk kembali ke netral dengan nilai
arus sebesar 3A
7/21/2019 1. Analisa Sistem Tenaga
7/15
PT. PLN (Persero) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Analisa Sistem Tenaga
#alau kita jumlahkan -ektor arus ini, maka jumlahnya sebagai berikut :
#embali kepada gambar pembebanan tiga fasa lihat gambar 3.;!, dengan
impedansi 5, maka :
Berbagi Dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan
?
7/21/2019 1. Analisa Sistem Tenaga
8/15
PT. PLN (Persero) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Analisa Sistem Tenaga
%ehingga gambarnya dapat dibuat sebagai berikut:
)ambar '.>: Arah arus dari masing(masing fasa
)ambar '.>, ini mirip dengan kejadian gangguan tiga fasa, dimana ketiga arus fasa
yang mengalir di masing(masing impedansi 5 tidak ada yang melawan ggl 6A, 6&
dan 6/ yang dibangkitkan, sehingga diartikan pada arah positif. Demikian pula
impedansi yang menghambat arus itu diartikan impedansi positif.
Dengan demikian dapat dimengerti bahwa arus gangguan tiga fasa dihitung
dengan rumus :
E 'ASA Pada masing(masing 7asanyaI3'ASA "
$1
%edang impedansi 5' adalah impedansi urutan positif dari seluruh rangkaian
didalam sistem, baik yang tersambung seri ataupun paralel yang disederhanakan
menjadi satu nilai eki-alen sebesar 5'.
Berbagi Dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan
@
7/21/2019 1. Analisa Sistem Tenaga
9/15
PT. PLN (Persero) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Analisa Sistem Tenaga
1.2.2. Gangguan 2 'asa
&ila pada sistem tiga fasa, dua fasanya dibebani suatu impedansi 5 pada masing(
masing fasanya kemudian dihubungkan pada ujung yang lain sehingga
membentuk sambungan beban dua fasa seperti pada gambar '.?, berikut ini:
isalkan impedansi 5 dimaksud terhubung pada fasa A dan &.
)ambar '.?: Pembebanan + fasa pada rangkaian * fasa
Pada gambar 3.?, diatas jelas bahwa arus yang mengalir pada rangkaian tertutup
adalah di fasa A mengalir arus 3A , di fasa & mengalir arus 3& dimana 3A 03& 0 3,
dengan sumber tegangan fasa A(& yang besarnyaEAB= 3 * EA.
#alau kita perhatikan arus 3A yang mengalir di impedansi 5! keluar dari fasa A
urutannya sama dengan urutan ggl fasa A positif! sehingga impedansi 5 yang
menghambat aliran arus itu dapat disebut dengan impedansi urutan positif 5'!,
sementara 3& yang mengalir kembali kesumber lewat impedansi 5 di fasa &!
terlihat melawan urutan ggl yang dibangkitkan difasa & negatif!, sehingga boleh
kita katakan bahwa impedansi yang menghambat aliran arus difasa & disebut
dengan impedansi urutan negatif 5+, impedansi yang melawan urutan ggl yang
dibangkitkan difasa &!. Dari gambar 3.? direprementasikan ke gambar 3.@, saat fasa
A dan fasa & terhubung, terbentuk -ektor antara arus urutan positif dan negatif di
fasa A dan fasa &. Dimana urutan posistif di fasa A akan berbeda sudut '+1 1
dengan urutan di fasa & begitu juga untuk urutan negatifnya.
Berbagi Dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan
B
7/21/2019 1. Analisa Sistem Tenaga
10/15
PT. PLN (Persero) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Analisa Sistem Tenaga
)ambar 3.@: 9ektor arus urutan positif dan negatif
$ubungan impedansi 5' dan 5+ didalam rangkaian diatas adalah terseri, sehingga
besarnya impedansi yang menghubungkan antara fasa A dan & adalah sebesar
5' < 5+.
%ehingga arus yang mengalir antara fasa A dan & itu dihitung dengan rumus
sederhana satu fasa adalah sebagai berikut,
EABI "
$1( $2
#alau impedansi 5'yang tersambung di fasa A dan 5+yang tersambung di fasa &
merupakan impedansi didalam jaringan dan diujung impedansi itu dihubungkan
langsung, maka terbentuklah suatu sistem tiga fasa yang sedang mengalami
gangguan hubung singkat dua fasa.
Dengan berpedoman seperti uraian diatas, maka arus gangguan dua fasa dapat
dihitung dengan menggunakan rumus tersebut yaitu C
Berbagi Dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan
'1
7/21/2019 1. Analisa Sistem Tenaga
11/15
PT. PLN (Persero) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Analisa Sistem Tenaga
3mpedansi 51dan 52adalah impedansi urutan positif dan impedansi urutan negatif
dari seluruh impedansi masing(masing urutan didalam sistem, baik yang
tersambung seri dan atau paralel yang disederhanakan menjadi impedansi
eki-alen urutan positif dan impedansi eki-alen urutan negatif.
1.2.3. Gangguan 1 'asa Ketanah
&ila dalam sistem * fasa, salah satu fasanya fasa A! dibebani oleh suatu
impedansi 5, sumber yang berperan dalam pembebanan ini adalah tegangan fasa
A! yang dibebani tersebut.
Pertama kali arus yang mengalir akan melalui hambatan impedansi yang
urutannya sama dengan urutan tegangan fasa A! yang dibebani tersebut, seperti
yang dijelaskan pada uraian mendapatkan perhitungan hubung singkat tiga fasa,impedansi itu adalah impedansi urutan positif.
Arus yang mengalir tersebut urutan positif! didalam kumparan generator
membangkitkan flu yang mengalir di inti besi generator
#emana berputarnya flu tersebut, lihat gambar 3.B dibawah ini :
)ambar '.B: 7lu yang timbul dari fasa A
Berbagi Dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan
''
7/21/2019 1. Analisa Sistem Tenaga
12/15
PT. PLN (Persero) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Analisa Sistem Tenaga
Akibatnya di kumparan fasa & dan / tersebut akan terinduksi yang melawan ggl
yang dibangkitkan di fasa tersebut. Artinya pada kondisi ini terdapat arus yang
melawan tegangan yang dibangkitkan sehingga bisa dikatakan ada hambatan
impedansi dan biasa disebut dengan impedansi urutan negatif berlawanan! yang
terhubung seri dengan impedansi urutan pusitif.
)ambar '.'1: 9ektor arusurutan positif, negatif dan "ol
%eperti diketahui, di fasa yang tidak dibebani & dan / ! pada kenyataannya tidak
ada arus yang keluar daripadanya karena tidak dibebani. 2leh sebab itu ada arus
lain yang mengkompensir arus urutan negatif itu di fasa & dan / sehinggajumlahnya sama dengan nol. Akibatnya di fasa tersebut arus yang mengalir seolah
melalui hambatan 3mpedansi lain yang biasa disebut dengan 3mpedansi urutan nol,
yang hubungannya terseri juga.
Arus(arus ini pada fasa & dan fasa / akan membentuk -ektor sama sisi, yang
saling menghilangkan, sehingga arus urutan positif, negatif dan "ol hanya mengalir
pada fasa A yaitu: 31, 32dan 30.
Arus difasa yang dibebani fasa A!, semua arus itu searah, sehingga arus yang
mengalir pada impedansi adalah 3 0 31< 32< 30#arena 3 0300 310 32, maka 3 0 *E30danmasing(masing urutan itu dapat dihitung dengan dengan rumus :
Berbagi Dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan
'+
7/21/2019 1. Analisa Sistem Tenaga
13/15
PT. PLN (Persero) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Analisa Sistem Tenaga
1.3. K)NT*IBUSI A*US &ABANG DAN TEGANGAN N)DE.
Dari besarnya arus gangguan hubung singkat yang dihitung, baik untuk gangguan
satu fasa ketanah, dua fasa atau tiga fasa ketanah, dapat dihitung kontribusi arus
gangguan pada masing(masing cabang dan tegangan "ode.
"amun untuk menghitung besarnya kontribusi arus maupun tegangan pada tiap
node, dengan berdasarkan prinsip olahan urutan pada butir 3 diatas, kita perlu
mencari dahulu besarnya tiap arus urutan positif, negatif dan nol.
Telah diuraikan diatas bahwa pada generator tiga fasa , tegangan yang dibangkitkan
oleh fluks medan magnit! yang memotong kumparan fasa adalah sebagai sumber
yang mendorong adanya arus pada kondisi pembebanan normal dimana arus yang
keluar dari sumber tegangan pada beban normal seimbang pada ketiga fasanya!
adalah arus yang urutannya sama dengan yang tegangan yang dibangkitkan yaitu
urutan positif.
Tegangan urutan positif secara umum dihitung dengan rumus sebagai berikut :
Fang kalau digambarkan seperti gambar '.'', rangkaiannya adalah sebagai berikut :
Berbagi Dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan
'*
7/21/2019 1. Analisa Sistem Tenaga
14/15
PT. PLN (Persero) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Analisa Sistem Tenaga
)ambar '.'': Arah tegangan yang dibangkitkan generator
4ntuk beban seimbang pada ketiga fasanya atau gangguan tiga fasa ketanah!
maka dapat dikatakan 91dititik bintang beban atau dititik gangguan tiga fasa sama
dengan nol, sehingga 51yang tergambar adalah 5 beban atau 51jaringan.
Pada kondisi gangguan hubung singkat, 51seperti yang terlihat pada gambar adalah
suatu nilai 3mpedansi urutan positif eki-alen dari suatu rangkaian didalam sistem.
&isa saja sebelum menjadi satu impedansi eki-alen, rangkaian impedansi semula
berupa rangkaian seri dan paralel seperti gambar '.'+, sebagai berikut.
)ambar '.'+: angkaian impedansi 51urutan positif!
Dengan percabangan seperti gambar, dan menggunakan hukum 2hm, besar
tegangan dan besar arus cabang dapat dihitung.
%elanjutnya untuk besaran urutan negatif juga harus dihitung dengan cara yang
sama tetapi dengan rumus :
Dan rangkaiannya mirip dengan rangkaian urutan positif, kecuali sumber tegangan
seperti gambar '.'*, berikut.
Berbagi Dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan
'
7/21/2019 1. Analisa Sistem Tenaga
15/15
PT. PLN (Persero) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN Analisa Sistem Tenaga
)ambar '.'*: angkaian pada urutan negatif
&isa saja sebelum menjadi satu impedansi eki-alen, rangkaian impedansi semula
berupa rangkaian seri dan paralel seperti gambar berikut :
)ambar '.': angkaian impedansi 5+urutan negatif!
Dengan cara yang sama dicari pula untuk besaran urutan "ol yang rumusnya :
&esarnya tegangan fasa dimasing(masing node dapat dihitungan dengan
menggunakan rumus :
Demikian juga arus masing(masing fasa dapat dihitung dengan cara yang sama
seperti berikut :
Dimana faktor a 0 ( 1.; < j G * dan a+ 0 ( 1.; ( j G *.
Berbagi Dan Menyebarkan Ilmu Pengetahuan Serta Nilai-Nilai Perusahaan
';