ANALISIS GANGGUAN HUBUNG SINGKAT TIGA FASA SIMETRI PADA CIRCUIT BREAKER DENGAN TEGANGAN 4360 V 1
2
Anggakara Syahbi S. , Ir. Sulasno 1 2 Mahasiswa dan Dosen Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jl. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia Email :
[email protected] Abstrak Sistem proteksi memegang peranan penting dalam kelangsungan dan keamanan produksi energy listrik di PT. Indonesia Power Tambak Lorok Semarang. System poteksi berfungsi untuk melindungi system tenaga listrik, operator disekelilingnya, dan peralatan itu sendiri dari bermacam – macam macam ganguan yang mungkin terjadi. Untuk menjaga kehandalan system diperlukan system proteksi. Switchgear merupakan suatu system proteksi untuk menjaga kelangsungan pasokan listrik pada PLTU. Switchgear merupakan circuit breaker yang digunakan untuk menghubungkan dan melepas beban listrik. Beberapa jenis circuit breaker dikembangkan untuk meminimalis dampak gangguan. Satu diantaranya adalah air circuit breaker. Air circuit breaker adalah circuit breaker yang menggunakan udara sebagai media pemadaman busur api. Dalam kerja praktek ini, penulis ingin belajar tentang circuit breaker pada tegangan 4360 V. Dengan laporan ini, para mahasiswa dapat belajar jenis circuit breaker yang bekerja pada switchgear. Kata kunci: proteksi, proteksi, switchgear, circuit breaker
dilakukan perawatan atau perbaikan. Ketika kontak PMT dipisahkan, beda potensial di antara kontak tersebut menimbulkan medan elektrik di antara kontak tersebut. Medan elektrik ini akan menimbulkan ionisasi yang mengakibatkan terjadinya perpindahan elektron bebas ke sisi beban sehingga muatan akan terus berpindah ke sisi beban dan arus tetap mengalir. Karena hal ini menimbulkan emisi thermis yang cukup besar, maka mak a timbul busur api (arc) di antara kontak PMT tersebut. Agar tidak mengganggu kestabilan sistem, maka arc tersebut harus segera dipadamkan.
I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pada peralatan tegangan tinggi isolasi sangat diperlukan untuk memisahkan dua atau lebih penghantar listrik yang bertegangan sehingga antara penghantar-penghantar tersebut tidak terjadi lompatan listrik atau percikan. Menurut standart ANSI circuit breaker yang di pasang pada Switchgear dengan tegangan 4360 Volt memiliki kapasitas 500 MVA dan arus nominal 1250 A. circuit breaker yang digunakan dalam pengamatan iniadalah air blast circuit circuit breaker. breaker. 1.2 Tujuan Mengetahui secara teoritis nilai arus hubung singkat yang terjadi pada circuit breaker dengan tegangan 4360 Volt 1.3 Pembatasan Masalah Pembahasan tentang nilai arus hubung singkat secara teoritis.
Klasifikasi Circuit Breaker Jenis-jenis PMT berdasarkan media insulator dan material dielektriknya, adalah terbagi menjadi empat jenis, yaitu: sakelar PMT minyak, sakelar PMT udara hembus, sakelar PMT vakum dan sakelar dengan gas SF6. 2.1. Sakelar PMT Minyak Sakelar PMT ini dapat digunakan untuk memutus arus sampai 10 kA dan pada rangkaian bertegangan sampai 500 kV. Pada saat kontak dipisahkan, busur api akan
II. CIRCUIT BREAKER Circuit Breaker atau Pemutus Daya (PMT) adalah peralatan pada sistem tenaga listrik yang berfungsi untuk memutuskan atau menghubungkan pada rangkaian sistem tenaga listrik dan sisi beban yang dapat bekerja secara otomatis ketika terjadi gangguan atau secara manual ketika
1
terjadi didalam minyak, sehingga minyak menguap dan menimbulkan gelembung gas yang menyelubungi busur api, karena panas yang ditimbulkan busur api, minyak mengalami dekomposisi dan menghasilkan gas hydrogen yang bersifat menghambat produksi pasangan ion. Oleh karena itu, pemadaman busur api tergantung pada pemanjangan dan pendinginan busur api dan juga tergantung pada jenis gas Hasil Dekomposisi minyak. Sakelar PMT minyak terbagi menjadi 2 jenis, yaitu: 1. Sakelar PMT dengan banyak menggunakan minyak (Bulk Oil Circuit Breaker) 2. Sakelar PMT dengan sedikit menggunakan minyak (Low oil Content Circuit Breaker) 2.2. Sakelar PMT Udara Hembus (Air Blast Circuit Breaker) Sakelar PMT ini dapat digunakan untuk memutus arus sampai 40 kA dan pada rangkaian bertegangan sampai 765 kV. PMT udara hembus dirancang untuk mengatasi kelemahan pada PMT minyak, yaitu dengan membuat media isolator kontak dari bahan yang tidak mudah terbakar dan tidak menghalangi pemisahan kontak, sehingga pemisahan kontak dapat dilaksanakan dalam waktu yang sangat cepat.
Sakelar PMT ini dapat digunakan untuk memutus rangkaian bertegangan sampai 38 kV. Pada PMT vakum, kontak ditempatkan pada suatu bilik vakum. Untuk mencegah udara masuk kedalam bilik, maka bilik ini harus ditutup rapat dan kontak bergeraknya diikat ketat dengan perapat logam.
Gambar 2 Vacuum Circuit Breaker
2.4. Sakelar PMT Gas SF6 (SF6 Circuit Breaker) Sakelar PMT ini untuk memutus arus sampai 40 kA dan pada rangkaian bertegangan sampai 765 kV, PMT yang dipakai menggunakan media gas SF6 (Sulphur hexafluoride). Sifat gas SF6 murni adalah tidak berwarna, tidak berbau, tidak beracun dan tidak mudah terbakar. Pada suhu diatas 150º C, gas SF6 mempunyai sifat tidak merusak metal, plastic dan bermacam bahan yang umumnya digunakan dalam pemutus tenaga tegangan tinggi. Sakelar PMT SF6 ada 2 tipe, yaitu: 1. PMT Tipe Tekanan Tunggal (Single Pressure Type) 2. PMT Tipe Tekanan Ganda (Double Pressure Type)
Gambar 1 Air Blast Circuit Breaker
III.
HASIL PERHITUNGAN ANALISIS 3.1 Hasil Perhitungan
2.3. Sakelar PMT vakum (Vacuum Circuit Breaker)
DAN
Circuit Breaker yang digunakan adalah air blast circuit breaker. Dengan name plate sebagai berikut : 2
V = 4.36 kV f = 50 Hz I nominal = 1250 A If = 35 kA S = 500 MVA Salah satu ganguan pada switchgear adalah gangguan saluran tiga fasa. Hal ini terjadi karena disebabkan kesalahan pada system, dan ada gangguan dari luar. Contoh Kesalahan pada sistem yang terjadi pada switchgear 4.36 kV
3.1.1 Dari Generator dan Motor 3.1.1.1 Dari Rangkaian Beban Motor a. Impedansi urutan Positif V
M6//M7 8.247+j68.163
M6'//M7' 8.247+j68.163
M1 2.7298+j52.734
C3 0.46132+j0.86
C4 0.46132+j0.86
C2 0.068+j3.7197
M2//M3//M4//M5 1.154+j18.835
T3 0.6391+j3.7197
Fault
Source Z
Source Z
A
1 5
T1 11.5/150 kV
T4 150/4.36 kV
V
M6//M7,C3 8.71012+j69.023
B2
M6'//M7',C4 8.71012+j69.023
V
M1,C2 2.7978+j56.4537
M2,M3,M4,M5 1.154+j18.835
M1, C2 2.7978+j56.4537
MP1 4.35506+j34.5115
M2, M3, M4, M5 1.154+j18.835
B3 87
52
87 T3 0.6391+j3.7197
T3 0.6391+j3.7197
C1 B1
Fault
B
T2 11.5/4.36 kV
G
Fault
C N1
7 8
Fault
2 5
V
52
V
MP1, T3 4.99416+j38.2312
M1, C2 2.7978+j56.4537
M2, M3, M4, M5 1.154+j18.835
C2
Z total 1.546+j0.771249
51
52
51
51
51
51
M1
M2
M3
M4
M5
2x400-hp 2-pole
2x400-hp 2-pole
1500-hp 2-pole
3x300-hp 2-pole
3x300-hp 2-pole
Fault
Fault
D
T3 4.36/0.46 kV
E
Gambar 4 Jaringan Impedansi Urutan Positif C3
M6
M7
C4
Static Load
M8
M6'
M7'
Dari perhitungan urutan impedansi diatas dapat dihitung nilai arus hubung singkat pada tanda silang (fault), ganguan yang terjadi dalam single line diagram adalah ganguan tiga saluran fasa tanpa melibatkan tanah, dengan menggunakan rumus yang berlaku pada buku analisa system tenaga listrik didapatkan sebagai berikut: E If Ia Ib Ic Z 1
M8'
Gambar 3 Single Line Diagram
Dari gambar dapat dilihat gangguan berada pada saluran 4.36 kV. Dari gambar dapat dilihat angka 51, 52 dan 87. 51 adalah peralatan relay yang berfungsi sebagai Over Current Relay. 52 adalah peralatan relay yang berfungsi sebagai Circuit Breaker yang dikendalikan dari Control Room. 87 adalah peralatan relay yang berfungsi sebagai relay arah arus.
If '
4.36 1.546 j 0.771249 0
If ’ = 2.26-0,5 kA 3
3.1.1.2 Dari Beban Generator a. Impedansi urutan Positif
a. Impedansi urutan Positif
N1
N1
V
V
V
Generator & B1 0.1138+j0.14634
Z total 0.1275+j0.0277
M6//M7 8.247+j68.163
M6'//M7' 8.247+j68.163
M1 2.7298+j52.734
C3 0.46132+j0.86
C4 0.46132+j0.86
C2 0.068+j3.7197
Transformator & C1 0.0217+j1.00169
T3 0.6391+j3.7197
Fault
Fault
M2//M3//M4//M5 1.154+j18.835
Fault
A
B A
Gambar 5 Jaringan Impedansi Urutan Positif
V
V
Dari perhitungan urutan impedansi diatas dapat dihitung nilai arus hubung singkat pada tanda silang (fault), ganguan yang terjadi dalam single line diagram adalah ganguan tiga saluran fasa tanpa melibatkan tanah, dengan menggunakan rumus yang berlaku pada buku analisa system tenaga listrik didapatkan sebagai berikut: E If Ia Ib Ic Z 1 If
M6//M7,C3 8.71012+j69.023
M6'//M7',C4 8.71012+j69.023
M1,C2 2.7978+j56.4537
M1,C2 2.7978+j56.4537
MP1 4.35506+j34.5115
M2,M3,M4,M5 1.154+j18.835
M2,M3,M4,M5 1.154+j18.835
T3 0.6391+j3.7197
T3 0.6391+j3.7197
Fault
Fault
B
C N1
V
MP1, T3 4.99416+j38.2312
V
M1, C2 2.7978+j56.4537
M2, M3, M4, M5 1.154+j18.835
Z total 1.546+j0.771249
4.36 0.1275 j 0.0277
Fault
Fault
0
If = 32.66-0,2 kA
D
E
Gambar 6 Jaringan Impedansi Urutan Positif
Dari perhitungan arus hubung singkat berasal dari penjumlahan dari generator dan motor If = If + If ’ 0 0 = 32.66-0,2 kA + 2.26-0,5 kA 0 = 34.92-0,2 kA
Dari perhitungan urutan impedansi diatas dapat dihitung nilai arus hubung singkat pada tanda silang (fault), ganguan yang terjadi dalam single line diagram adalah ganguan tiga saluran fasa tanpa melibatkan tanah, dengan menggunakan rumus yang berlaku pada buku analisa system tenaga listrik didapatkan sebagai berikut: E If Ia Ib Ic Z 1
Dengan menghitung impedansi urutan positif, negatif dan nol pada arah dari motor ke daerah hubung singkat dan dari Jaringan (Reserve Auxiliary Transformator) ke daerah hubung singkat. 3.1.2 Dari Jaringan (Reserve Auxiliary Transformator) dan Motor 3.1.2.1 Dari Rangkaian Beban Motor
If '
4.36 1.546 j 0.771249 0
If ’ = 2.26-0,5 kA
4
3.1.2.2 Dari Beban Jaringan (Reserve Auxiliary Transformator) a. Impedansi urutan Positif
Nilai impedansi urutan positif pada generator adalah 0.1275 + j0.0277, dengan cos 0.196 maka nilai k adalah 1,56.
N1
N1
V
Dengan melihat data diatas maka nilai S adalah Ibr kxIf
V
Source Z 0.1235+j0.02195
Z total 0.1484+j0.0277
Ibr 1,56 x34990
Transformator & B3 0.0349+j1.00169
A
Ibr 54,584kA
Fault
Fault
S
B
Gambar 7 Jaringan Impedansi Urutan Positif
6
S 3 x54584 x 4360 x10 S = 412,24 MVA
Dari perhitungan urutan impedansi diatas dapat dihitung nilai arus hubung singkat pada tanda silang (fault), ganguan yang terjadi dalam single line diagram adalah ganguan tiga saluran fasa tanpa melibatkan tanah, dengan menggunakan rumus yang berlaku pada buku analisa system tenaga listrik didapatkan sebagai berikut: E If Ia Ib Ic Z 1 If
3 xIbrxVx10
6
Dapat dihitung juga arus nominal In
6250 3 x 4.36
In = 827,63 A Dari perhitungan diatas dapat dilihat bahwa nilai pemutus daya yang sesuai digunakan adalah pemutus daya bertegangan 4,36 kV, 1250 A, 500 MVA hal ini sesuai dengan nameplate yang tertera dalam pemutus daya.
4.36
j 0.0277 0 If = 28.39-0,3 kA 0.1484
IV. KESIMPULAN Dari Perhitungan circuit breaker dengan gangguan tiga fasa simetri yang sudah dilakukan dapat diambil beberapa kesimpulan antara lain : 1. Arus hubung singkat yang terbesar berasal dari generator dan motor sehingga yang digunakan untuk bekerja 24 jam adalah generator. 2. Arus hubung singkat dari generator dan motor sebesar 34.92 kA, sedangkan menurut name plate arus hubung singkat 35 A, sehingga circuit breaker yang digunakan pada tegangan 4360 V masih layak digunakan.
Dari perhitungan arus hubung singkat berasal dari penjumlahan dari generator dan motor If = If + If ’ 0 0 = 28.39-0,3 kA + 2.26-0,5 kA 0 = 30.65-0,3 kA 3.2 Analisa Dari perhitungan diatas dapat dilihat ada perbedaaan antara sumber dari generator dan jaringan dengan arus hubung singkat adalah 34.92 kA dan 30.65 kA. Dari hasil tersebut dapat dipilih bahwa sumber dari generator yang digunakan karena memiliki nilai arus hubung singkat yang paling besar.
5
DAFTAR PUSTAKA [1] Tobing, Bonggas L,” Peralatan Tegangan Tinggi”, Jakarta: PT Gramedia Pustaka Utama, 2003. [2] PT PLN, “Buku Petunjuk Operasi & Memelihara Peralatan Untuk Pemutus Tenaga”, Jakarta : PT PLN Pembangkitan dan Penyaluran Jawa Bagian Barat, 1993. [3] Ir. Sulasno,”Analisis Sistem Tenaga Listrik edisi kedua”, Semarang: Badan Penerbit Universitas Diponegoro Semarang, 2001. [4] Groupe Schneider Electric, “Design, Operation and Maintenace Electrical Substation”, Jakarta : Groupe Schneider Electric, 1999. [5] Groupe Schneider Electric, “Training Manual 150 kV System”, Jakarta : Groupe Schneider Electric, 1999.
BIODATA
Anggakara Syahbi Syagata lahir di semarang tanggal 30 April 1989. Menempuh pendidikan di SDN Tlogosari Kulon 06 lulus tahun 2000, melanjutkan ke SMP negeri 15 Semarang lulus tahun 2003, melanjutkan ke SMA Negeri 3 Semarang lulus tahun 2006, dan melanjutkan ke Universitas Diponegoro Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro. Memiliki motto kegagalan adalah keberhasilan yang tertunda.
Pembimbing
Ir. Sulasno
6
Penulis
Anggakara S.S.
