MODUL 4 ANALISIS HUBUNG SINGKAT M. Fadel (13115032) Asisten: Agung Apriadi Tanggal Percobaan: 28/04/2018 Praktikum Sistem Tenaga Elektrik Laboratorium Teknik Elektro
Abstrak
Pada praktikum modul 04 ini akan dilakukan percobaan mengenalaisa gangguan hubung singkatpada system tenaga elekrik. Pada percobaan ini akan melihat bagaimana hasil yang didapatkan jika terjadi gangguan atau fault pada beberapa trafo atau beban lainya. Pada praktikum ini akan dilakukan percobaan hubung sngkat dua jenis yaitu simetris dan asimetris. Hasil yang diharapkan dari praktikum ini adalah dapat menjalankan simulasi dengan benar yaitu ketika rangkaian deiberi fault maka rangkaian akan menjadi stabil setelah terjadi gangguan berdasarkan pada grafik yang didapat
tak simetris adalah hubung singkat yang terjadi tidak melibatkan keseluruhan 3 fasa yang ada pada sistem. Analisis gangguan hubung singkat tak simetris dilakukan untuk mengetahui besar arus yang mengalir melalui saluran – saluran pada suatu sistem tenaga pada saat terjadi gangguan hubung singkat. Termasuk ke dalam ganggunan hubung singkat tak simetris ini adalah :
Kata kunci: hubung hubung singkat, simetris, asimetris, asimetris, fault 1.
PENDAHULUAN
Pada praktikum ini akan dilakukukan simulasi rangkaian untuk analisis hubung singkat yang dimana praktikum ini memiliki tujuan sebagai berikut[1] : 1.
Melakukan analisis terhadap hubung singkat pada suatu sistem tenaga listrik dengan menggunakan SimPowerSystems dan Simulink pada MATLAB.
3.
1.
Gangguan hubung singkat phasa-kephasa;
2.
Gangguan hubung singkat dua-phasa-kephasa;
3.
Gangguan hubung singkat satu-phasa-kephasa.
METODOLOGI
Langkah awal yang dilakukan pada percobaan ini adalah dengan mempersiapkan rangkaian yang sama seperti pada modul petunjuk praktikum (terlampir) yang memiliki spesifikasi sebagai berikut Gen 1 : Swing, Swing, 500MVA, 20KV, Xs=0.1 Xs=0.1 pu Gen 2 : PV 500 MVA, 20KV, Xs=0.1 Xs=0.1 pu
2. 2.1
S TUDI PUSTAKA TEORI PENDAHULUAN
Studi hubung singkat dilakukan untuk mengetahui besar arus-arus yang mengalir melalui saluransaluran pada sistem tenaga di dalam interval waktu tertentu ketika sebuah gangguan hubung singkat terjadi. Besar arus-arus yang mengalir melalui saluran-saluran pada sistem tenaga pada sbuah gangguan hubung singkat terjadi akan berubah waktu sampai dengan besar arus tersebut mencapai kondisi mantapnya. Pada interval waktu inilah sistem proteksi harus dirancang untuk dapat mendeteksi, memutus, dan mengisolasi gangguan tersebut. Ada bermacam-macam gangguan yang terjadi pada sistem, baik tipe gangguannya, maupun lokasi gangguan. Hubung singkat simetris adalah gangguan hubung singkat yang terjadimeibatkan keseluruhan 3 fasa yang ada pada sistem. Sedangkan hubung singkat
Trafo 1 = Trafo 2 : 1000MVA, 20-70KV, Wye-Delta, Rt=0.01 pu Xt=0.1 pu Trafo 3 = Trafo 4 : 1000MVA, 70-230KV, DeltaWye, Rt=0.01 pu Xt=0.1 pu Trafo 5 = Trafo 6 : 1000MVA, 230-20KV, WyeDelta, Rt=0.01 pu Xt=0.1 pu Line 1 : 25 km, R1=0,2 ohm/km, X1= 2 ohm/km Line 2 : 10 km, R1=0,2 ohm/km, X1= 2 ohm/km Line 3 : 10 km, R1=0,2 ohm/km, X1= 2 ohm/km Line 4 : 20 km, R1=0,2 ohm/km, X1= 2 ohm/km Beban statis 1 =2 : 200 MVA, 0.8 Lag, 20 KV, Xs=0.08 pu Beban dinamis 1 =2 : 200 MVA, 0.8 Lag, 20 KV, Xs=0.08 pu Pengaturan fault dan circuit breaker adalah
-
Durasi fault 0,5 s (0,1 s – 0,6s)
-
Kerja CB (0,4s-1,3s) dengan kondisi awal tertutup
-
CB yang beroperasi hanya pada titik gangguan ( sebelum dan sesudah komponen )
-
Solver yang digunakan ode23tb
Berikut adalah hasil yang didapat
Kemudian langkah yang dilakukan adalah mensimulasikan rangkaian tersebut. Berikut adalah beberapa simulasi yang harus dilakukan A. Gangguan Hubung Singkat Simetris -
Penambahan fault pada bus setelah trafo 1
-
Penambahan fault pada bus setelah trafo 4
-
Penambahan fault pada bus sebelum trafo 5
-
Penambahan fault pada bus sebelum trafo 6
Gambar 4.1 Arus dan tegangan Fault serta arus pada semua beban dan generator b.
Fault terjadi setelah Trafo 4
Berikut adalah hasil yang didapat
B. Hubung singkat tak simetris (2 fasa ke tanah) -
Penambahan fault 2 fasa ( A dan B) pada bus setelah trafo 1
-
Penambahan fault 2 fasa ( A dan B) pada bus setelah trafo 4
-
Penambahan fault 2 fasa ( C dan B) pada bus setelah trafo 1 Penambahan fault 2 fasa ( C dan B) pada bus sebelum trafo 5
Gambar 4.2 Arus dan tegangan Fault serta arus pada semua beban dan generator c.
Fault terjadi sebelum Trafo
5 Beirkut adalah hasil yang didapat
C. Hubung singkat tak simetri ( 1 fasa ke tanah ) -
Penambahan fault 1 fasa ( A ) pada bus setelah trafo 1
-
Penambahan fault 1 fasa ( A ) pada bus setelah trafo 4
-
Penambahan fault 1 fasa (B) pada bus setelah trafo 1
-
Penambahan fault 1 fasa (B) pada bus sebelum trafo 5
Gambar 4.3 Arus dan tegangan Fault serta arus pada semua beban dan generator d. Fault terjadi sbeelum Trafo 6 Berikut adalah hasil yang didapat
Dari tiap simulasi tersebut akan diamati tegangan dan arus pada fault, selain itu juga dilihat arus pada beban 1, beban 2, generator 1 dan generator 2.
4.
H ASIL DAN A NALISIS
4.1
HUBUNG SINGKAT SIMETRIS
a.
Fault terjadi setelah Trafo 1
Gambar 4.4 Arus dan tegangan Fault serta arus pada semua beban dan generator
Analisis : Pada percobaan ini fault diberikan pada semua fasa rangkaian (3 fasa). Saat 0 sampai 0.1 detik grafik menunjukkan bahwa sistem masih dalam keadaan normal , karena fault mulai muncul pada detik ke 0.1. Kemudian pada saat detik ke 0.1 sampai 0.4 grafik yang dihasilkan menunjukkan bahwa rangkaian dalam kondisi menerima fault namun CB belum terbuka karena baru akan terbuka saat detik ke 0,4 sampai 1.3 . Hal yang sama juga terjadi pada CB pada kenyataanya , dimana CB membutuhkan waktu untuk mendeteksi arus berlebih yang masuk . Berdasarkan kondisinya, system dapat dikatakan belum tunak ketika fault mempunyai 3 kondisi yaitu, subtransien, transien dan steady. Hasil plot grafik terlihat bahwa saat system terjadi fault 3 kondisi tersebut terjadi secara berurutan.. Kemudian terlihat bahwa tegangan pada fault menjadi turun atau drop karena short circuit. Karena Fault terjadi dekat Trafo 1 yang juga berdekatan dengan generator , akibatnya arus generator juga mengalami ketidakstabilan.
komponen terpengaruh , namun pada simulasi beban yang lainya hanya terpengaruh sedikit saja. Untuk dapat menhitung Arus hubung singkat dapat diguunakan rangkaian positive sequence network. Dengan model matematisnya adalah persamaan berikut
Karena terdapat 3 kondisi pada satu fault seperti pada gambar di bawah ini
Saat detik ke 0,4 sampai ke 0,6 yaitu kondisi dimana CB mulai membuka rangkaian dan fault akan berakhir . Kondisi ini bertujuan untuk menjaga system secara keseluruhan agar tidak rusak. Terlihat bahwa arus fault menurun. Kemudian dari detik ke 0,6 sampai ke 1,3 yaitu kondisi dimana Fault menghilang dan CB masih terbuka . Terlihat terjadi loncatan arus pada beban dan lama kelamaan akan menjadi stabil namun masih berosilasi. Isolasi tersbeut terjadi karena adanya energi yang tersimpan pada saluran transmisi. Dan setelah CB menutup lagi terlihat bahwa arus yang awalnya mulai masuk keadaan stabil atau tunak. Jika hasil simulasi sdiamati satu per satu terlihat bahwa pada fault di dekat trafo1 tidak mengalami isolasi. Hal ini dapat terjadi karena jarak fault sangat dekat dengan generator sehingga mempengaruhi secara langsung ke generatornya. Kemudian fault pada trafo4 terlihat bahwa arus berosilasi tidak seburuk trago1 , hal ini dapat dikarenakan jarak fault terhadap generator lebih jeauh ketimbah saat fault dipasang di dekat generator. Kemudian ketika fault terjadi pada trafo 5, terlihat hanya beban yang berada dekat trafo 5 saja yang terpengaruh begitu juga ketika fault terjadi di diekat trafo 6 , hanya beban terdekat saja yang terpengaruh. Hal yang terjadi seharusnya semua
maka terdapat 3 jenis arus yang bisa didapat , dan arus tersebut diperoleh dari persamaan berikut: ISS = Vf / xS , I’ = Vf / x’’ , I’ = Vf / x’ ISS = Arus Steady State I’’ = Arus Subtransien
Vf = Tegangan Fault Terukur : impedansi ekivalen thevenin dari kondisi S ′′
: impedansi ekivalen thevenin dari kondisi subtransien
′
:
impedansi ekivalen thevenin dari kondisi transien 4.2
a.
H UBUNG SINGKAT T AK SIMETRIS ( 2 F ASA KE T ANAH) Fault terjadi setelah Trafo 1 (Fasa
AB) Berikut adalah hasil yang didapat
Pada bagian ini akan disimulasikan rangkaian yang terkena unsymmetrical fault , dua fasa terhubung ke tanah.
Gambar 4.5 Arus dan tegangan Fault serta arus pada semua beban dan generator b.
Fault terjadi setelah Trafo 4 (Fasa
AB) Berikut adalah hasil yang didapat
Berdasarkan grafik yang didapat terlihat bahwa ketika fault terpasang pada suatu fasa tertentu , maka pada bagian tersebut saja yang megalami gangguan. Terlihat bahwa ketika fault diberikan pada fasa AB hanya fasa ab yang mengalami gangguan tidak dengan fasa C meski semua CB terbuka ketika mengalami fault. Kemudian grafik yang dihasilkan sama dengan fault simetris. Dampak utama yang mungkin terjadi merupakan saat fault terjadi arus pada beban dari line A dan B tidak ada, line C menjadi satu-satunya penyuplai arus. Dengan demikian, tarikan arus yang terjadi akibat fault ini di line C semakin besar.
H UBUNG SINGKAT T AK SIMETRIS ( 1 F ASA KE T ANAH)
4.3
a.
Fault terjadi setelah Trafo 1 (Fasa
A) Berikut adalah hasil yang didapat Gambar 4.6 Arus dan tegangan Fault serta arus pada semua beban dan generator c.
Fault terjadi sebelum Trafo 5 (Fasa
BC) Beirkut adalah hasil yang didapat
Gambar 4.9 Arus dan tegangan Fault serta arus pada semua beban dan generator b. Fault terjadi setelah Trafo 4 (Fasa A) Berikut adalah hasil yang didapat Gambar 4.7 Arus dan tegangan Fault serta arus pada semua beban dan generator d. Fault terjadi Setelah Trafo 1 (Fasa BC) Berikut adalah hasil yang didapat
Gambar 4.10 Arus dan tegangan Fault serta arus pada semua beban dan generator c.
Fault terjadi sebelum Trafo 5 (Fasa B)
Beirkut adalah hasil yang didapat Gambar 4.8 Arus dan tegangan Fault serta arus pada semua beban dan generator Analisis :
Gambar 4.11 Arus dan tegangan Fault serta arus pada semua beban dan generator
Gambar 4.13 Positive Sequence Network
d. Fault terjadi Setelah Trafo 1 (Fasa B) Berikut adalah hasil yang didapat
Gambar 4.14 Negatie Sequence Network Gambar 4.12 Arus dan tegangan Fault serta arus pada semua beban dan generator Analisis : Pada bagian ini akan disimulasikan rangkaian dengan fault yang dipasang hanyalah pada satu fasa saja. Sama seperti fault asimetris sebelumnya , fasa yang mengalami gangguan hanya fasa yang terkena fault. Terlihat bahwa dua arus fasa lainya menaik . hal ini terjadi sikarenakan 2 fasa atau line tersebut berusaha untuk memenuhi kebutuhan daya pada beban. Arus hubung singkat dapat dihitung dengan cara sebagai berikut. Dengan terlebih dahulu memisahkan kondisi yang terjadi yaitu antara hubung singkat simetris dan hubung singkat asimetris. Diketahui bahwa ketika terjadi fault,terdapat tiga kondisi pada sistem yaitu subtransien, transien dan steady. Berikut adalah proses matematis perhitungan arus hubung singkat pada fault simetris dan asimetris. Arus hubung singkat asimetris dapat dihutung dengan menggunakan metode sebagai berikut Dengan terlebih dahulu membagi rangkaian 3 fasa menjadi 3 rangkaian yaitu Zero sequence network , Positive sequence network dan Negative sequence network . Dengan gambar ketiga rangkaian adalah sebagai berikut
Gambar 4.15 Zero Sequence Network Sama seperti pada hubung singkat simetris , fault terbagi menjadi 3 kondisi dan perhitungan nilai arusnya juga sama. 4.4
A NALISIS PERTANYAAN
Analisis pertanyaan sudah terjawab semua pada bagian sebelumnya. 5.
K ESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat diambil dari percobaan kali ini adalah :
Pada fault simetris, ketiga fasa mendapatkan kerusakan yang sama nilainya satu sama lain. Hal ini berbeda dengan fault asimetris, dimana kerusakan utama dialami oleh fasa yang terjadi fault. Generator akan mengalami gangguan jika fault yang terjadi berdekatan jarak transmisinya dengan generator CB membutuhkan waktu untuk memuus rangkaian karena CB menunggu untuk
jumlah arus terdeteksi
tertentu
yang
berlebih
Jika sebuah rangkaian mengalami fault asimetris pada satu atau dua fasa, maka hanya line tersebut saja yang mengalami gangguan Pada saat system terganggu oleh fault asimetris , bagian yang tidak mengalami gangguan akan berusaha untuk menaikkan arus utnuk dapat memenuhi suplai pada beban D AFTAR PUSTAKA
[1]
Anonim, Modul Praktikum Sistem Tenaga Elektrik, Teknik Elektro Institut Teknologi Sumatera, Bandar Lampung, 2018
