PERHITUNGAN HUBUNG SINGKAT

Sistem tenaga listrik berada di alam terbuka terhubung

dari lokasi yang satu dengan lokasi yang lain dengan

jarak puluhan, ratusan, bahkan ribuan kilometer.

Kondisi seperti itu tentu akan rawan terhadap

gangguan.

Gangguan pada sistem tenaga dibagi menjadi dua,

yaitu :

1. Gangguan dari luar (external faults)

2. Gangguan dari dalam (internal faults)

2. Gangguan pada Sistem Tenaga Listrik

a. Sambaran petir, dapat menyebabkan kenaikan tegangan, hantaran terputus, induksi terhadap peralatan-peralatan di sekeliling hantaran yang terkena petir.– Akibat gangguan dapat merambat keperalatan-peralatan lain yang

terpasang,

b. Tertimpa pohon atau roboh karena penyeban lain– Adanya hubung singkat ini akan menyebabkan arus naik hingga

beberapa kali (tergantung jenisnya hubung singkat dan kualitas gangguan).

– Kenaikan arus menyebabkan hantaran dibebani melebihi

kemapuannya, hingga menyebabkan panas dan merusak hantaran

(putus atau isolasi rusak).

2.1. Gangguan dari luar (external faults)

Penyebab gangguan pada Sistem Tenaga ListrikA. SUTM TERKENA PETIR, BINATANG DAN POHON

PETIR

I (DARI SUMBER)

RANTING POHON

SKTM

I DARI SUMBER

B. SKTM TERPACUL

SHORT ANTARAKONDUKTOR DANSHIELD

SEBAGIANARUS LEWATBADAN KETANAH

SUTM terkena petirAkibat

Akibat SKTM terpacul

shielding

Conductor cable

Terjadi kebocoran isolasi karena arus besar

Arus dari sumber menuju

titik gangguan

Sumber

Sumber

isolasi

Penghantar

BAGAIMANA CARA MENJAGA KEADALANSISTEM DISTRIBUSI ?

Tipe-tipe Gangguan

• Terdapat empat jenis kegagalan, yaitu :– Kegagalan tiga fasa– Kegagalan 2 kawat ke tanah– Kegagalan satu kawat ke tanah– Kegagalan dari kawat ke kawat

• Arus Gangguan umumnya merupakan arus tak setimbang

Perhitungan Arus Hubung Singkat

• Tunjuan digunakan untuk menentukan : – Breaking capacity dari circuit breakers– Making capacity dari circuit breakers

• Metode :– Metode Impedansi– Metode Komponen Simetri

Kurva peralatan proteksi

Model Umum Arus Hubung Singkat

• Dalam jaringan distribusi reactansi X = 2..f.L normalnya jauh lebih besar dari resistansi R dan rasio R/X antara 0.1 dan 0.3.

Gelombang Arus Hubung Singkat

• ip digunakan untuk menentukan making capacity circuit breaker

• ip = k.2.Ia • K = 1,02 + 0,98.e-3R/X

R/L.t-.esin - ) - t (sin Z

2E. i

Asumsi Dasar Perhitungan Arus hubung singkat

• Jaringan dianggap radial dengan tegangan nominal antara Tegangan Rendah hingga tegangan Tinggi yang tidak lebih dari 550 KV, sesuai dengan standard IEC 60909

• Arus hubung singkat, selama hubung singkat tiga fasa, diasumsikan terjadi secara simultan pada semua fasa

• Selama hubung singkat, jumlah fasa yang mengalami gangguan tidak berubah

• Rgulator transformator atau tap changer diasumsikan di set pada posisi utama

• Resistansi arc tidak diperhitungkan• Semua kapasitansi saluran diabaikan• Arus beban diabaikan• Semua impedansi urutan nol diperhitungkan

Perhitungan Arus Hubung singkat dengan Metode Impedansi

• Hubung singkat Tiga Fasa

U adalah tegangan line to line pada transformator tanpa beban yang biasanya 3 – 5% lebih tinggi dari tegangan berbeban pada terminal

Perhitungan Arus Hubung singkat dengan Metode Impedansi

• Hubung singkat line to line Untuk gangguan dekat dengan mesin-mesin rotasi, Isc2 hampir sama dengan Isc3

Perhitungan Arus Hubung singkat dengan Metode Impedansi

• Hubung Singkat Fasa Ke Netral

Dalam kasus gangguan fasa ke netral, impedansi urutan nol sumber lebih kecil dari Zsc sehingga arus gangguan fasa ke netral dapat lebih besar dari arus gangguan tiga fasa.

Perhitungan Arus Hubung Singkat - Metode Impedansi

• Phase-to-earth fault

Penentuan Impedansi Hubung Singkat

• Impedansi jaringan upstream

• Dimana U adalah tegangan line to line jaringan. Resistansi dan Reaktansi upstream diperoleh dari rasio Rup/Zup untuk tegangan tinggi dinyatakan dengan :

• Rup/Zup = 0,3 pada sistem 6 KV• Rup/Zup = 0,2 pada sistem 20 KV• Rup/Zup = 0,1 pada sistem 150 KV

Penentuan Impedansi hubung singkat

• U = Tegangan line to line tanpa beban transformator ;• Sn = transformer kVA rating;

Penentuan Impedansi Hubung Singkat

• Bila n buah Transformator yang identik dihubungkan parallel, nilai impedansi internalnya, disamping resistansi dan reaktansinya, harus dibagi dengan n.

• Pada transformator khusus, misalnya untuk penyearah memiliki nilai Usc hingga 10 sampai 12%.

• Bila impedansi upstream dan transformator internal diperhitungkan, arus hubung singkat dinyatakan dengan :

ZT) Zup(3

U Isc

Penentuan Impedansi hubung singkat

Impedansi Saluran Impedansi saluran ZL tergantung pada resistansi persatuan

panjang, reaktansi persatuan panjang dan panjang saluran, RL = /A

• Tabel di bawah menunjukkan beberapa nilai resistivity berbagai macam konduktor. Untuk konduktor tegangan rendah dengan luas penampang kurang dari 150 mm2

Impedansi Saluran Udara

• Reaktansi persatuan panjang dari saluran udara, kabel dan busbar dihitung dengan persamaan :

r

d log 144,44 15,7 .L XL

• Dinyatakan dalam m/km untuk system kabel satu fasa atau delta tiga fasa, dimana

• r = radius inti konduktor (mm)• d = Jarak rata-rata antar konduktor• Berikut adalah nilai rata-rata yang digunakan :• X = 0,3 /km (saluran udara).• X = 0,4 /km (saluran MV/HV).

Hubungan antar impedansi Pada level Tegangan berbeda

Switchgear

• 14 Peralatan tertentu (circuit breakers, contactors with blow-out coils, direct thermal relays, etc.) memiliki impedansi yang harus diperhitungkan jika peralatan ini berada di upstream.

• 15 Sebagai contoh untuk LV circuit breakers, memiliki reaktansi 0.15 mΩ sedang resistansi diabaikan.

Contoh

GD

Rumah konsumen

GH

GI

Sambungan Rumah

SKTM

TR

TR

SUTM

Jaringan Sistem Distribusi

Beban Setimbang

• Impedansi Beban Sama• Magnitude Arus Sama• Beda Fasa Arus terhadap Tegangan Sama• Arus Netral Sama Dengan Nol

Beban Setimbang

V R

IR

V S

IS

IT

V T

Beban Tak Setimbang• Impedansi Beban tak sama• Magnitude Arus tak sama• Beda Fasa Arus dan Tegangan Tak sama• Arus pada Kawat netral tidak sama dengan nol

Beban Tak Setimbang

V R

IR

V S

IS

IT

V T

Komponen Simetri

• Komponen Urutan Positif• Komponen urutan Negatif• Komponen Urutan Nol

IR

IS

IT

IR_1

IS_1

IT_1

IR_2

IS_2

IT_2

IR_0

IS_0

IT_0

Impedansi komponen Simetri

+ V a1

-

Ia1 F 1

Z 1

N 1

+V F -

U ru ta n p o s it ip

+ V a2

-

Ia2 F 2

Z 2

N 2

U ru ta n n e g a tip

+ V a0

-

Ia0 F 0

Z 0

N 0

U ru ta n n o l

Pada Saluran, Impedansi Urutan Positif = Impedansi urutan negatif; Z1 = Z2

Kegagalan 3 Fasa

• Model Rangkaian

Z F

Z a

Z F Z FIa Ib Ic

Ia + Ib + Ic = 0

+ V b

-

+ V a

-

+ V c

-

a

b

c

Kegagalan 3 Fasa

• Simulasi Gangguan/kegagalan

• Arus Gangguan / kegagalan

Kegagalan 3 Fasa

• Rangkaian ekivalen

F 1N 1

Ia1Z

• Persamaan Arus

F1

Faa1 Z Z

V I I

Z untuk gangguan 3 Fasa : Z = Z1

Kegagalan 2 Kawat ke Tanah• Model rangkaian

Z G

Z F Z FIb Ic

Ib + Ic

+ V b

-

+ V a

-

+ V c

-

a

b

c

Ia = 0

Ia = Ia0 + Ia1 + Ia2

Ib = Ia0 + a 2Ia1 + a Ia2

Ic = Ia0 + a Ia1 + a 2Ia2

Ia .Ib = 3 .Ia0

Kegagalan 2 Kawat ke Tanah

• Simulasi Gangguan• Arus Gangguan /

kegagalan

Kegagalan 2 Kawat ke Tanah

Kegagalan 2 Kawat ke Tanah0

2

2

0 2

2 2

0

From the voltage relationships we get

1 1 11

13

1

Since

Then ( )

But since 1 0 1

ff ag

ff bg

ff bg

f fcg f fbg

ff fbg

ff fbg

V V

V V

V V

V V V V

V V V

V V V

Kegagalan 2 Kawat ke Tanah0

0 2

0 2

2

0 0

0 0

( )

Also, since

Adding these together (with -1)

(2 ) with

3

ff fbg

f ff cb

ff f fb

fc f f f

ff f f f f f fbg

f f f f

V V V

Z I I

I I I I

I I I I

V Z I I I I I I

V V Z I

Kegagalan 2 Kawat ke Tanah

• Rangkaian Ekivalen

+ V a0

-

F 2+

V a1-

N 2

Ia2

F 1+

V a1-

N 1

Ia1

F 0N 0

Ia0Z F + 3 Z G Z F

+V a1 - Z F .Ia1

-

• Rangkaian Ekivalen

GF20

GF0F2F1

Fa1

Z32Z Z Z)Z3 Z Z)( Z Z(

Z Z

V I

a1GF20

GF0a2 I.

Z32Z Z Z

Z3 Z Z- I

a1GF20

F0a0 I.

Z32Z Z Z

Z Z I

Kegagalan Kawat ke Kawat• Model rangkaian

Kegagalan Kawat ke Kawat

• Simulasi Gangguan • Arus Gangguan / kegagalan

LL Faults, cont'd

0

2

2

0

2 2

Using the current relationships we get

1 1 1 01

13

1

0

1 1

3 3

Hence

f

ff b

fbf

f

f ff fb b

f f

I

I I

II

I

I I I I

I I

LL Faults, con'td

0

2

2

2

2

Using the voltage relationships we get

1 1 11

13

1

Hence

1313

ff ag

ff bg

ff cg

f ff ag bg

f ff ag f fbg

V V

V V

V V

V V V

V V V V V

Kegagalan Kawat ke Kawat

• Rangkaian Ekivalen • Persamaan Arus

Gangguan satu fasa ke tanah

• Model Rangkaian

Z F

Ib= 0

+ V b

-

+ V a

-

+ V c

-

a

b

c

Ia

Ia = 3 Ia0

Ic= 0

Gangguan Satu Fasa ke Tanah

• Arus Gangguan / kegagalan

• Simulasi Gangguan

SLG Faults, cont’d?

0

0

fa

fb

fc

I

I

I

0

2 0

2

Then since

1 1 1 ?1 1

1 03 3

01

f

ff f f f a

f

I

I I I I I

I

SLG Faults, cont’d

0

2

2

0

1 1 1

1

1

This means

The only way these two constraints can be satisified

is by coupling the sequence networks in series

f fa f a

ffa

ffb

fc f

fa f f f

V Z I

VV

V V

V V

V V V V

• Rangkaian Ekivalen

F2N2

F1N1

F0N0

Ia0

ZF

• Persamaan Arus

F210

Fa2a1a0 3Z Z Z Z

V I I I

Gangguan Satu Fasa ke Tanah

SUMBER

DARI SISTEM 150 KV,

AMBIL DATAS C LEVEL

TRAFODAYA

HITUNGZ SUMBER

AMBIL DATAIMPEDANSIMVA, KV dll

BUS20 KV

BUS150 KV

PENYULANG 20 KV

HITUNG 100 % Z

AMBIL DATA Z POS. NEG, Z NOL

HITUNG25% Z

HITUNG50 % Z

HITUNG75 % Z

UNTUKSIMULASILOKASI GANG.

AMBIL DATA - Xd”- MVA- kV

DATA-DATA YANG DIPERLUKAN UNTUK MENGHITUNG ARUS GANGGUAN

Contoh

• Hitung Arus gangguan 3 Fasa yang terjadi pada sistem seperti ditunjukkan pada gambar disamping. Gangguan terjadi pada busbar dengan tegangan 10 kV

Penyelesaian

• RG = 0.07.Xd” = 0,0355 (RG = 0,05 Xd” untuk generator diatas 100MVA dan 0,07 untuk rating yang lebih rendah)

• ZG = RG + JXd” = 0,508 • Arus hubung singkat max :

507,025.100

5,10.5.11

100%.S

V.X X X

2

G

2G

''d''

dG

kA 12,52Z.3

V.1,1 I

G

Fmax-k

Contoh• Bila gangguan terjadi pada antar fasa

(kawat ke kawat), hitung besar arus gangguan.

• Penyelesaian :• Z1G = ZG = 0,0355 + J0,507

• Z2G = Z1G

• ZF = Z1G + Z2G

kA 10,82Z.

V.1,1 I

F

Fmax-k

Contoh

• Ulangi contoh di atas, bila gangguan terjadi pada lokasi seperti ditunjukkan pada gambar disamping

Penyelesaian