5
Gangguan-gangguan Gangguan-gangguan pada sistem tenaga listrik
Gang Ganggu guan an yang yang terja terjadi di pada pada siste sistem m tena tenaga ga listr listrik ik sanga sangatt bera beragam gam besar besaran an dan dan jenisnya. Gangguan dalam sistem tenaga listrik adalah adala h keadaan tidak normal dimana keadaan ini dapat mengakibatkan terganggunya kontinuitas pelayanan tenaga l istrik. Secara Secara umum umum klasif klasifika ikasi si ganggu gangguan an pada pada sistem sistem tenaga tenaga listrik listrik diseba disebabka bkan n oleh oleh 2 faktor, yaitu: 1. Ganggu Gangguan an yang yang berasal berasal dari sistem sistem Penyebab gangguan yang berasal dari dalam sistem antara lain : a. b. c. d.
Tegang gangan an dan dan arus arus abno abnorm rmal al.. Pemasangan yang kurang baik. esalah esalahan an meka mekanis nis karena karena pros proses es penu penuaan aan !eba eban le lebih. erusakan material seperti isolator pecah, ka"at putus, atau kabel cacat isolasinya 2. Ganggu Gangguan an yang yang beras berasal al dari dari luar luar sist sistem em Penyebab gangguan yang berasal dari luar sistem antara lain : a. Ganggu Gangguan# an#gan ganggu gguan an mekani mekaniss karena karena pekerjaa pekerjaan n galian galian saluran saluran lain. lain. Gangguan Gangguan ini terjadi untuk sistem kelistrikan ba"ah tanah. b. Pengaruh cuaca seperti hujan, angin, serta surja s urja petir. Pada gangguan surja petir dapat mengakibatkan gangguan tegangan lebih dan dapat menyebabkan gangguan hubung singkat karena tembus isolasi peralatan ( breakdown ). ). c. Pengar Pengaruh uh lingkung lingkungan an seperti pohon, pohon, binatan binatang g dan benda#b benda#bend endaa asing asing serta serta akibat akibat kecerobohan manusia.
!ila ditinaju dari segi lamanya "aktu gangguan, maka dapat dikelompokkan menjadi: 1.
Gang Ganggu guan an yan yang g bersif bersifat at temp tempor orer er,, yang yang dapa dapatt hilan hilang g denga dengan n sendi sendiri riny nyaa atau den denga gan n memutu memutuska skan n sesaat sesaat bagian bagian yang
tergang terganggu gu dari sumber sumber tegangan tegangannya nya.. Ganggu Gangguan an
sementara jika tidak dapat hilang dengan segera, baik hilang dengan sendirinya maupun karena bekerjanya alat pengaman dapat berubah menjadi gangguan permanen. 2. Gangguan Gangguan yang yang bersifat permanen permanen,, dimana untuk untuk membebask membebaskannya annya diperlu diperlukan kan tindakan tindakan perbaikan atau menyingkirkan penyebab gangguan gangguan tersebut. Pada saat terjadi gangguan akan mengalir arus yang sangat besar pada fasa yang terganggu menuju titik gangguan, dimana arus gangguan tersebut mempunyai harga yang jauh lebih besar dari rating arus arus maksim maksimum um yang yang diijin diijinkan kan,, sehingg sehinggaa terjad terjadii kenaik kenaikan an temperatur yang dapat mengakibatkan kerusakan pada peralatan listrik yang digunakan.
$alam sistem tenaga listrik tiga fasa, gangguan%gangguan arus lebih yang mungkin terjadi adalah sebagai berikut yaitu : 1. Gangguan beban lebih &overload ' Gangguan ini sebenarnya bukan gangguan murni, tetapi bila dibiarkan terus menerus berlangsung dapat merusak peralatan listrik yang dialiri arus tersebut. Pada saat gangguan ini terjadi arus yang mengalir melebihi dari kapasitas peralatan listrik dan pengaman yang terpasang.
2. Gangguan hubung singkat Gangguan hubung singkat digolongkan menjadi dua kelompok yaitu gangguan hubung singkat simetri dan gangguan hubung singkat tak simetri &asimetri'.
2.2.6
Komponen-Komponen Simetris
Pada tahun 1(1) salah satu cara yang paling ampuh untuk menangani fasa majemuk & poly phasa * banya fasa' tak seimbang telah dibahas oleh +.. -ortescue dihadapan suatu sidang American Institute of Electrical Engginers. Sejak saat itu, metode komponen simetris menjadi sangat penting dan merupakan pokok pembahasan berbagai artikel dan penyelidikan uji coba. Gangguan tak simetris pada sistem transmisi, yang dapat terjadi karena gangguan hubung singkat, impedansi antar saluran, impedansi dari satu fasa atau dua fasa ke tanah, dipelajari dengan metode komponen simetris ini. Sintesis fasor tak simetris dari komponen#komponen simetris karya -ortescue membuktikan bah"a suatu sistem tak seimbang yang terdiri dari n fasor yang berhubungan &related ' dapat diuraikan dengan menjadi n/ buah sistem dengan fasor seimbang yang dinamakan komponen#komponen simetris & symmetrical components' dari fasor aslinya, n buah fasor pada setiap himpunan komponennya adalah sama panjang, dan sudut diantara fasor yang bersebelahan dalam himpunan itu sama besarnya. 0eskipun metode ini berlaku untuk setiap sistem fasa majemuk tak seimbang, menurut teorema -ortescue, tiga fasor tak seimbang dari sistem tiga fasa dapat diuraikan menjadi tiga sistem fasor yang seimbang, diuraikan sebagai berikut : 1.
omponen urutan positif yang terdiri dari tiga fasor yang sama besarnya, terpisah satu dengan yang lain dalam fasa sebesar 12 o, dan mempunyai urutan fasa yang sama seperti fasor aslinya.
2.
omponen urutan#negatif yang terdiri dari tiga fasor yang sama besarnya, terpisah satu dengan yang lain dalam fasa sebesar 12 o, dan mempunyai urutan fasa yang
.
berla"anan dengan fasor aslinya. omponen urutan nol yang terdiri dari tiga fasor yang sama besarnya dan dengan pergeseran fasa nol antara fasor yang satu dengan yang lain. Telah menjadi kebiasaan umum, ketika memecahkan permasalahan dengan
menggunakan komponen simetris bah"a ketiga fasa dari sistem dinyatakan sebagai a,b dan c dengan cara yang demikian sehingga urutan fasa tegangan dan arus dalam sistem adalah abc. 3adi, urutan fasa komponen urutan positif dari fasor tak seimbang itu adalah abc. Sedangkan urutan fasa negatif adalah acb. 3ika fasor aslinya adalah tegangan, maka tegangan tersebut dinyatakan dengan 4 a,4 b, dan 4c. ketiga himpunan komponen simetris dinyatakan dengan subskrip tambahan 1 untuk komponen simetris positif, 2 untuk komponen simetris negatif, dan buat komponen urutan nol. -asor asli yang dinyatakan dalam suku#suku komponennya adalah : Va=Va1+Va2+Va0 &2#1' &2#2' Vb=Vb1+Vb2+Vb0 Vc=Vc1+Vc2+Vc0 &2#' Sintetis himpunan tiga fasor tak seimbang dari ketiga himpunan komponen simetris
dalam Gambar 2.2 untuk tiga persamaan diatas secara berurutan diperlihatkan pada Gambar 2.2 berikut ini.
omponen#komponen urutan positif
omponen#komponen urutan negatif
omponen#komponen urutan nol
Gambar 2.2 omponen#komponen simetris &Ste5enson, 1()6'.
Gambar 2. Penjumlahan secara grafis komponen#komponen pada tiga fasor tak seimbang &Ste5enson, 1()6'.
7danya pergeseran fasa pada komponen simetris tegangan dan arus dalam sistem tiga fasa akan sangat memudahkan bila kita mempunyai metode penulisan cepat untuk menunjukkan perputaran sebesar 12. 8uruf a biasanya digunakan untuk menunjukkan
operator yang menyebabkan perputaran sebesar 12 dalam arah yang berla"anan dengan arah jarum jam. 9perator semacam ini adalah bilangan kompleks yang besarnya satu dan sudutnya 12 , definisikan sebagai a * 1 ∠ 1200= e j120 =−0 , 5 + j 0,866 3ika operator a dikenakan pada fasor dua kali berturut#turut, maka fasor itu akan diputar dengan sudut sebesar 2 . ;ntuk tiga kali berturut#turut fasor akan berputar dengan <. 3adi 2
a
=
0
1 ∠ 240
3
0,5 j 0 , 866
=−
0
−
0
a =1 ∠ 360 =1 ∠ 0 =1 2.2.
Komponen Simetris !asor "ak Simetris Gambar 2. merupakan tiga fasor tak simetris dari tiga himpunan fasor tak simetris.
Sintesis itu telah dilakukan sesuai dengan Persamaan &2#1' sampai dengan &2#'. $engan menyatakan masing#masing komponen 4 b dan 4c sebagai hasil kali fungsi operator a dengan komponen 4a. $engan berpedoman pada Gambar 2., maka didapatkan hubungan berikut : 4 b1 * a2 4a1 4c1 * a 4a1 4 b2 * a 4a2 4c2 * a2 4a2 &2#' 4 b * 4a 4c * 4a $engan mengulangi Persamaan &2#1' dan memasukkan Persamaan &2#' ke dalam Persamaan &2#2' dan &2#' dihasilkan: 4a * 4a1 = 4a2 = 4a 4 b * a2 4a1 = a4a2 = 4a 4c * a4a1 = a24a2 = 4a atau dalam bentuk matriks:
V a 1 V = 1 b V c 1
1
a
1
2
a
V a V A V a
a
a
&2#6'
1
2
2
&2#<'
;ntuk memudahkan, misalkan
1 1 1
1
a
1
2
a
a
a
2
7 * Sehingga dapat dicari in5ers dari 7 adalah :
1 1 1
1
1
a a
2
1
a
2
a
&2#>'
7#1 * $engan memperkalikan kedua sisi persamaan &2#)' dengan 7#1 adalah
&2#)'
V a V a V a
1
2
1 1 = 1 1
1
a a
2
1
a
2
a
V a V b V c &2#('
Sedangkan untuk komponen arusnya dapat dituliskan
I a I a I a
1
2
1 = 1 1 1
1
a a
2
I a I a b a I c 1
2
&2#1'
?ingkasan untuk komponen arusnya adalah 1 2
@a *
&@a = @ b = @c'
&2#11'
1 2
&@a = a@ b = a2@c'
@a1 *
&2#12'
1 2
@a2 * &@a = a2@ b = a@c' &2#1' $alam sistem tiga fasa, jumlah arus saluran sama dengan arus @ n dalam jalur kembali le"at netral. 3adi, @a = @ b = @c * @n , dengan membandingkan persamaan &2#1' diperolah: @n * @ 2.2.#
&2#1'
$mpedansi %rutan $alam setiap bagian rangkaian, jatuh tegangan yang disebabkan oleh arus dengan
urutan tertentu tergantung pada impedansi bagian rangkaian itu terhadap arus dengan urutan tersebut. @mpedansi setiap bagian suatu jaringan yang seimbang terhadap arus salah satu urutan dapat berbeda dengan impedansi terhadap arus dari urutan yang lain. @mpedansi suatu rangkaian yang hanya mengalir arus urutan#positif disebut impedansi terhadap arus urutan# positif. $emikian pula, bila hanya ada arus urutan#negatif, impedansinya dinamakan impedansi terhadap arus urutan#negatif. 3ika hanya ada arus urutan nol, impedansinya dinamakan impedansi terhadap arus urutan#nol. Sebutan impedansi rangkaian terhadap arus dari urutan yang berbeda yaitu impedansi urutan#positif, impedansi urutan#negatif dan impedansi urutan#nol. 7nalisis gangguan tak simetris pada sistem yang simetris terdiri dari penentuan komponen simetris dari arus tak seimbang yang mengalir. arena arus komponen dari salah satu urutan fasa menimbulkan tegangan jatuh dengan urutan yang sama dan tidak tergantung pada arus dari urutan yang lain, dalam suatu sistem yang seimbang arus dari salah sa tu urutan
dapat dianggap mengalir dalam jaringan bebas yang terdiri hanya dari impedansi terhadap arus dari urutan itu saja. ?angkaian ekivalen fasa tunggal yang hanya terdiri dari impedansi terhadap arus salah satu urutan saja dinamakan jaringan urutan untuk urutan tertentu jaringan. 3aringan urutan ini meliputi setiap emf yang dibangkitkan pada urutan yang sama. 3aringan urutan yang mengalirkan arus @ a1, @a2, dan @a dihubungkan untuk melukiskan berbagai keadaan gangguan tak seimbang. 9leh karena itu, untuk menghitung pengaruh gangguan dengan metode komponen simetris, adalah penting sekali untuk menentukan impedansi urutannya dan menggabungkannya untuk membentuk jaringan urutan masing#masing. 7rus yang mengalir pada impedansi An di antara netral dan tanah adalah @ a. $engan berpedoman pada Gambar 2.e, kita lihat bah"a jatuh tegangan urutan nol dari titik a ke tanah adalah # @ a An # @a Ag di mana Ag adalah impedansi urutan nol per fasa pada generator itu. 3aringan urutan nolnya, yang merupakan rangkaian fasa tunggal yang dianggap hanya mengalirkan arus urutan nol salah satu fasanya
Gambar 2. 3alur yang digambarkan untuk arus pada setiap urutan &Ste5enson 1()6'. dengan demikian harus mempunyai impedansi sebesar An = Ag seperti terlihat dalam Gambar 2.f @mpedansi urutan nol total di mana mengalir arus @a adalah A * An = Ag &2#16' !iasanya, komponen arus dan tegangan untuk fasa a diperoleh dari persamaan yang ditentukan oleh jaringan urutannya. Persamaan untuk komponen jatuh tegangan dari titik a fasa a ke rel pedoman &atau tanah' adalah, sebagaimana dapat diturunkan dari Gambar 2. 4a1 * Ba % @a1A1 &2#1<' 4a2 * # @a2A2 &2#1>'
4a * #@aA &2#1)' Persamaan di atas berlaku untuk setiap generator yang mengalirkan arus seimbang. menipakan titik tolak untuk menurunkan persamaan tadi untuk komponen arus dari bermacam#macam jenis gangguan. Persamaan itu berlaku untuk generator yang dibebani dalam keadaan tetap &Ste5enson, 1()6'. 2.2.& Gangguan "idak Simetris 8ampir semua gangguan yang terjadi pada sistem tenaga listrik adalah gangguan tidak simetris, yang terdiri dari gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah, gangguan hubung singkat dau fasa &antar fasa' dan gangguan dua fasa ke tanah. Setiap gangguan tidak simetris menyebabkan mengalirnya arus tidak seimbang dalam sistem. a. Gangguan 8ubung Singkat Satu -asa ke Tanah Gangguan satu fasa ke tanah merupakan jenis gangguan yang sering terjadi. +ontoh gangguan satu fasa ke tanah adalah gangguan akibat adanya pohon yang menimpa salah satu fasa pada saluran transmisi tenaga listrik. Pada saat terjadi gangguan satu fasa ke tanah pada fasa a maka @ b * , @ c * dan 4 a * @aAf , jika digambar menjadi :
Gambar 2.6 Gangguan satu fasa &Gonen, 1())'.
;ntuk persamaan arus yang digunakan diperoleh dari komponen simetris arus :
I a 0= I a 1= I a 2 =
V f Z 0+ Z 1 + Z 2 + 3 Z f
&2#1('
$imana : 4f * Tegangan di titik gangguan sesaat sebelum terj adinya gangguan A * @mpedansi urutan nol A1 * @mpedansi urutan positif A2 * @mpedansi urutan negatif
Af * @mpedansi gangguan a. Gangguan 8ubung Singkat $ua -asa Gangguan dua fasa biasanya disebabkan oleh adanya ka"at putus dan mengenai fasa lain. Pada gangguan ini, fasa yang terganggu adalah fasa b dan fasa
c.
Tetapi
gangguan dua fasa ini tidak terhubung dengan tanah sehingga arus urutan nol
pada I 0
bernilai nol. Pada gangguan dua fasa yaitu fasa b dan fasa c yang terganggu berlaku hubungan sebagai berikut
V a=V c
,
I a 0 =
dan
I b
I c
=−
, 4 b#4c * Af @ b jika
diGambarkan menjadi
Gambar 2.< Gangguan dua fasa &Gonen, 1())'.
;ntuk persamaan arus yang digunakan diperoleh dari komponen simetris arus &Turan Gonen, 1())'
I a1 =− I a 2=
V f Z 1 + Z 2 + Z 3
&2#2'
eterangan : 4f * Tegangan di titik gangguan A1 * @mpedansi urutan positif A2 * @mpedansi urutan negatif A * @mpedansi urutan nol b. Gangguan 8ubung Singkat $ua -asa ke Tanah Pada gangguan dua fasa ke tanah dengan fasa yang terganggu adalah fasa b dan fasa c maka V b * , V c * dan I a * ,
Gambar 2.> Gangguan dua fasa ke tanah &Gonen, 1())'.
;ntuk persamaan arus yang digunakan diperoleh dari komponen simetris arus &Turan Gonen, 1())'
V f
I a1 = Z 1+
I a2 =− I a 1
I a 0=− I a 1
Z 2 ( Z 0 + 3 Z f ) Z 2 + Z 0+ 3 Z f
&2#21'
Z 0 + 3 Z f Z 2 + Z 0 + 3 Z f
&2#22'
Z 2 Z 2 + Z 0 + 3 Z f
&2#2'
$imana : 4f * Tegangan di titik gangguan A1 * @mpedansi urutan positif A2 * @mpedansi urutan negatif A * @mpedansi urutan nol
2.2.10 Gangguan simetris Gangguan simetris merupakan gangguan yang terjadi pada semua fasanya sehingga
arus maupun tegangan setiap fasanya tetap seimbang setelah gangguan terjadi. Gangguan ini berupa gangguan tiga fasa. a. Gangguan 8ubung Singkat Tiga -asa Gangguan tiga fasa merupakan gangguan simetris, karena kesimetrisan tegangan dan arus pada saat terjadinya gangguan. 3enis gangguan ini dapat disebabkan oleh kegagalan isolasi pada peralatan atau adanya flashover pada saluran yang disebabkan oleh petir atau
kesalahan operasi dari petugas. Gangguan ini merupakan jenis gangguan yang paling jarang terjadi namun harus
diperhitungkan
dalam
perencanaan,
karena
gangguan
ini
mengakibatkan mengalirnya arus yang sangat tinggi pada peralatan proteksi sehingga harus dapat dideteksi oleh rele. ondisi saat terjadi gangguan hubung singkat tiga fasa &Turan Gonen, 1()<'
I a+ I b + I c =0 V a=V b=V c
Gambar 2.) Gangguan tiga fasa &Gonen, 1())'.
arena sistem seimbang maka urutan nol dan urutan negatif tidak ada sehingga diperoleh :
V a=V f − I a 1 Z a 1=0
I a1 = I a = I f =
&2#2'
V f Z 1 + Z f
$imana : 4f * Tegangan di titik gangguan A1 * @mpedansi urutan positif Af * @mpedansi gangguan
&2#26'
