Karakteristik Arus Hubung Singkat

2.1.1 2.1.1

Karakt Karakteri erist stik ik Arus Hub Hubung ung Singka Singkatt

Perhitungan Perhitungan hubung hubung singkat singkat

merupakan merupakan suatu analisa analisa system tenaga listrik listrik pada

gangguan hubung singkat, dimana dengan cara ini diperoleh besaran-besaran listrik yang diha dihasil silka kan n seba sebaga gaii akib akibat at dari dari gang ganggu guan an hubu hubung ng singk singkat. at. Gang Ganggu guan an hubu hubung ng singk singkat at merupakan gangguan yang terjadi akibat adanya penurunan kekuatan dasar isolasi antara sesam sesamaa kawa kawatt fasa fasa deng dengan an tanah tanah yang yang meny menyeba ebabk bkan an naik naikny nyaa arus arus seca secara ra berle berlebi bihan han.. Perhitungan arus hubungan singkat dilakukan untuk : 1. memperoleh perkiraan arus hubung singkat maksimum untuk mencek/memilih kapasitas !, fuse, bus " rating dan setting alat proteksi " koordinasi proteksi arus lebih #. memperoleh pe perkiraan ar arus hu hubung singkat mi minimum me menetap un untuk mencek  sensiti$itas alat proteksi

%.

e$aluasi aliran arus hubung s in ingkat dan pr p rofil tegangan selama hubung singkat. &rus &rus ganggu gangguan an pada pada generat generator or dikena dikenall sebaga sebagaii arus arus subtran subtransien sient, t, transien transientt dan

synchronou synchronous/perm s/permanen. anen. Penamaan Penamaan ini didasarkan didasarkan perubahaan perubahaan reaktansi reaktansi generator generator sinkron sinkron akibat dari gangguan hubung singkat terhadap waktu. &dapun jenis nilai reaktansinya adalah sebagai berikut: 1. '(d ) *eaktansiSub transient  transient / Sub transien transientt Reactan Reactance ce adalah adalah nilai nilai reaktan reaktansi si yang yang menentukan besar arus hubung singkat sesaat setelah terjadi ganguan. +ilai ini hanya  berlangsung selama beberapa cycle setelah gangguan gangguan terjadi dan dalam sekitar ,1 detik  meningkat ke nilai berikutnya. #. 'd ) *eaktansiTrans ransie ient nt / Tran Transie sient nt Reac Reacta tanc ncee  berlangsung sekitar # detik dan meningkat hingga mencapai nilai reaktansi akhir. %. 'd ) *ea *eakt ktan ansi si ink inkro ron n /Synchronous /Synchronous Reactance &dalah nilai reaktansi yang menentukan  besar arus mengalir setelah kondisi  steady state tercapai. ni tercapai setelah beberapa detik setelah hubung singkat terjadi.

Gambar 1 Peluruhan &rus 9ubung ingkat Generator 

aat suatu generator dibebani dan terjadi fault sebagaimana dapat dilihat pada gambar %1.a. yang merupakan rangkaian eki$alen generator dengan beban tiga phasa yang seimbang. 0egangan dalam generator ditunjukkan dengan subskrip g, impedansi eternal yang mewakili impedansi hubung singkat ditunjukkan di antara terminal generator dan titik fault P. &rus yang mengalir sebelum terjadi fault adalah 2, tegangan pada titik fault 3f, dan tegangan terminal 3t.

Gambar # *angkaian 8ki$alen Generator 

aat kita ingin menghitung arus setelah terjadi gangguan pada titik P, untuk besarnya arus subtransient ( maka rekatansi yang digunakan adalah reaktansi suntransient ' d( demikian  pula demikian pula dengan besarnya arus transient  maka reaktansi yang digunakan adalah rekatansi transient 'd. !esarnya tegangan dalam generator subtransient pada gambar %1.b dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut:  E  g ” = V t   + jX d ”+ I  L = (V    + ! e"t  I  L # + jX d ”  E  g ” = V    + (! e"t  +jX d”   #I   L  7emikian juga dalam menentukan tegangan dalam transient 48 g6:  E  g $ = V    + (! e"t  +jX d $#I  L 

4#.5#6 4#.5%6

!esarnyanya tegangan internal generator dalam keadaan beban nol 4terminal generator  terbuka6 akan sama dengan tegangan dalam subtransient dan transient. elain itu dapat pula

disimpulkan harga 8g( diserikan dengan 'dg( merepresentasikan generator sesaat sebelum dan sesudah terjadinya fault hanya jika arus sebelum fault dalam generator memiliki besar  yang bersesuaian dengan 2, sedangkan 8g diserikan dengan reaktansi sinkronous 'dg merepresentasikan rangkaian eki$alen generator dalam kondisi steady state untuk sembarang nilai arus beban.

2.1.1.1 Hubung Singkat 3

∅

Gangguan hubung singkat hanya meliputi impedansi urutan positif. Pada gambar %.5 menunjukkan rangkaian eki$alen hubung singkat % phasa, dimana arus yang mengalir pada tiap-tiap phasa mengalir melalui masing-masing impedansi dan tidak berlawanan dengan ggl 8a, 8b dan 8c yang dibangkitkan sehingga diartikan pada arah positif demikian pula dengan impedansinya diartikan positif. 9al ini menyebabkan arus yang mengalir seimbang pada masing-masing phasa, hal ini pula yang menyebabkan gangguan hubung singkat % phasa sebagai gangguan seimbang.

Gambar % *angkaian 8ki$alen gangguan % fasa

arena sistemnya seimbang maka arus urutan negati$e dan arus urutan nol tidak ada sehingga di peroleh: 8a ) 1; <1 1 ) a ) f%= ) 8a/<1

 I f  3

= ∅

V  L − N  Z 1

 

4#.556

2.1.1.2 Hubung Singkat 2

∅

Perhitungan untuk gangguan phasa ke phasa 4#=6 membutuhkan interkoneksi dari rangkaian urutan positif dan negatif seperti pada gambar %.> impedansi < 1 dan <# merupakan impedansi urutan positif dan negatif.

Gambar 5 *angkaian 8ki$alen Gangguan # Phasa

?ntuk menentukan arus gangguan phasa pada ganggua #P dapat digunakan cara yang sama dalam menentukan arus urutan positif. 0eori komponen simetris menyatakan bahwa   ) @ 1 ) -#, sehingga  b ) -c dan 3 b ) 3c. 3 b ) 3c a#31 A a3# A 3 ) a31 A a#3# A 3 4 a# B a 6 3 a1 ) 4 a# B a 6 3a# Cadi diperoleh : 31 ) 3# 7ari persamaan umum : 8a B 1 <1 ) - # <# 8a ) -#<# A 1<1 @ 1 ) -# 8a ) 1 4 <1 A <# 6

Cadi

 I 1 =− I 2=

f  )  b ) -c

 E a Z 1 + Z 2

) -41a A #a# A 6 ) -4-#a A #a# A 6 ) #4a B a#6 ) #  j √ 3

)

 j √ 3

 I f 2

= ∅

 E a Z 1 + Z 2

 j √ 3 V  L− N    Z 1 + Z 2

4#.5>6

2.1.1.3 Hubung Singkat 1ø-G Gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah meliputi impedansi positif, negatif dan

nol yang saling terhubung sebagaimana dapat dilihat pada gambar %.D berikut.

Gambar > ?rutan gangguan phasa - ground

!esarnya nilai arus pada pada gangguan phasa B ground menurut teori komponen simetris diasumsikan sebagai gangguan phasa & ke ground, dimana  1 ) # ) , dan  b ) c )  sedang untuk besarnya tegangan pada phasa & , 3a ) .

7engan demikian besarnya arus gangguan hubung singkat P B G a dalah: =-G ) a ) 1 A # A  ) 1 A 1 A 1 ) %1  4#.5D6 arena arus pada masing-masing urutan sama maka besarnya tegangan masing-masing urutan adalah: 3 ) -;< 31 ) 3f B 1;<1 3# ) -#;<# 3a ) 31 A 3# A 3  ehingga:

4#.5E6

3a ) 3f  B 1<1 B #<# B < )  3f  B 14<1A<#A<6 )  V f  1 ) Z 1+ Z 2 + Z 0 f=-G ) a ) %1 3 V f  f=-G ) a )

 I f 

=  ∅ − G

Z 1+ Z 2 + Z 0 3 V  L − N 

Z 1 + Z 2+ Z 0  

4#.5F6

?ntuk hubung singkat yang jauh dari generator besarnya impedasi < 1 ) <#, maka besarnya arus gangguan adalah: 3 V  L− N  f=-G )

2 Z 2 + Z 0  

4#.56

2.1.1.4 Komponen DC arus hubung singkat !esar arus hubung singkat dipengaruhi oleh letak gangguan terhadap sumber, untuk 

gangguan hubung singkat yang dekat dengan generator biasanya bertambah besar dalam  beberapa cycle pertama, hal ini disebabkan oleh kontribusi dari arus komponen 7 seperti  pada gambar %F. &kibat yang ditimbulkan oleh komponen 7 adalah gelombang arus hubung singkat menjadi tidak simetris yang sesaat. Heskipun hanya bersifat sesaat namun menyebabkan perbedaan sudut magnitude yang besar antara puncak gelombang pertama dengan puncak gelombang cycle berikutnya.  +ilai awal arus 7 adalah sebagai berikut: 7 )

√ 2 I  AC   pada saat t ) 

!esarnya nilai arus 7 bergantung pada konstanta waktu 40 a6 yang ditentukan oleh besarnya sudut rangkaian '/*, yang nilainya tergantung pada kondisi gangguan. Peluruhan arus 7 adalah sebagai berikut: i7 ) 7 e-t/0a 

4#.>6

Gambar D Gelombang &rus 9ubung ingkat

dengan adanya pengaruh komponen arus dc pada gangguan hubung singkat maka besarnya total arus gangguan hubung singkat adalah:

 I hs=√  I  AC + I  DC    2

2.1.2

2

4#.>16

Menentukan impeansi

Perhitungan arus hubug singkat simetrical awal untuk system yang dihubungkan langsung dengan generator pada system tegangan rendah menggunakan system impedansi urutan positif yang dapat dilihat pada gambar %.F. !esarnya impedansi yang digunakan dapat ditentukan dengan menggunakan rumus berikut:
4#.>#6

7engan factor koreksi } sin {φ} rsub {rG}} ¿ 1 + X d U n   ∗ c max U   K G = rG ¿

7imana cma

: +ilai faktor tegangan

?n

: 0egangan nominal system

?rG

: 0egangan rate Generator 

4#.>%6


: mpedansi subtransient generator 


: mpedansi generator :
IrG

: udut phasa antara  rG dan ?rG/ √ 3

} ¿  X d

: *eaktansi subtransient Generator 

Gambar E 7iagram phasor Generator 

0able 1 3oltage Jactor 

Jactor koreksi  G pada perhitungan subtransient impedansi < G   adalah merupakan tegangan eki$alent sumber yang dihasilkan sebagai tegangan subtrasient 8( dibelakang reaktansi

subtransient generator sinkron sebesar c?n/ √ 3.

untuk nilai resistansi generator dalam

 perhitungan arus pick hubung singkat dapat digunakan beberapa nilai resistansi * GJ berikut: * Gf  ) .>'(d untuk generator dengan ? rG K 1k3 dan rG L 1H3& * Gf  ) .1E'(d untuk generator dengan ? rG K 1k3 dan rG M 1H3& * Gf  ) .1>'(d untuk generator dengan ? rG N 13 ?ntuk impedansi hubung singkat generator pada system urutan negati$e dapat di tentukan dengan menggunakan persamaan berikut: <4#6G  )  G4* 4#6G A j'#G6 )  G;<4#6G )  G;
4#.>56

Cika nilai '(d berbeda dengan nilai '( O maka '4#6G ) 4'(d A '(O6/#. ?ntuk impedansi hubung singkat pada system urutan nol dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut: <46G  )  G 4* 46G A j'466

4#.>>6

Cika terdapat impedansi pada netral generator yang ditanahkan maka factor koreksi  G tidak  digunakan.