MAKALAH
ANALISIS SHORT CIRCUIT
1 FASA DAN 3 FASA
DISUSUN OLEH :
SADEWA AJI WASKITHA (11501241027)
PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA
2013
BAB I
PENDAHULUAN
Tenaga Listrik disalurkan ke konsumen melalui Sistem Tenaga Listrik. Sistem Tenaga Listrik terdiri dari beberapa subsistem, yaitu Pembangkitan, Transmisi, dan Distribusi. Tenaga listrik disalurkan ke masyarakat melalui jaringan distribusi. Oleh karena itu, jaringan distribusi merupakan bagian jaringan listrik yang paling dekat dengan masyarakat.
Jaringan distribusi dikelompokkan menjadi dua, yaitu jaringan distribusi primer dan jaringan distribusi sekunder. Tegangan distribusi primer yang dipakai PLN adalah 20 kV, 12 kV, 6 KV. Pada saat ini, tegangan distribusi primer yang cenderung dikembangkan oleh PLN adalah 20 kV. Tegangan pada jaringan distribusi primer, diturunkan oleh gardu distribusi menjadi tegangan rendah yang besarnya adalah 380/220 V, dan disalurkan kembali melalui jaringan tegangan rendah kepada konsumen.
Dalam operasi sistem tenaga listrik sering terjadi gangguan – gangguan yang dapat mengakibatkan terganggunya penyaluran tenaga listrik ke konsumen. Gangguan adalah penghalang dari suatu sistem yang sedang beroperasi atau suatu keadaan dari sistem penyaluran tenaga listrik yang menyimpang dari kondisi normal. Suatu gangguan di dalam peralatan listrik didefinisikan sebagai terjadinya suatu kerusakan di dalam jaringan listrik yang menyebabkan aliran arus listrik keluar dari saluran yang seharusnya.
Berdasarkan ANSI/IEEE Std. 100-1992 gangguan didefinisikan sebagai suatu kondisi fisis yang disebabkan kegagalan suatu perangkat, komponen, atau suatu elemen untuk bekerja sesuai dengan fungsinya. Gangguan hampir selalu ditimbulkan oleh hubung singkat antar fase atau hubung singkat fase ke tanah. Suatu gangguan hampir selalu berupa hubung langsung atau melalui impedansi. Istilah gangguan identik dengan hubung singkat, sesuai standart ANSI/IEEE Std. 100-1992.
Gangguan hubung singkat fasa ke tanah dan fasa-fasa merupakan salah satu permasalahan yang mungkin timbul dalam pengoperasian transformator daya dalam sebuah Gardu Induk. Gangguan yang disebabkan oleh adanya hubung singkat menimbulkan banyak kerugian, kerugian pada sistem transmisi kelistrikan maupun kerugian di pihak konsumen energi listrik. Salah satu cara untuk mengatasi gangguan ini adalah dengan cara memasang peralatan pengaman pada transformator. Relai arus lebih merupakan relai proteksi yang bekerja dengan Pemutus Tenaga (Circuit Breaker). Gangguan hubung singkat fasa ke tanah dan fasa-fasa menimbulkan arus gangguan hubung singkat yang besarnya melebihi setting arus pada relai arus lebih, sehingga relai arus lebih memicu Pemutus Tenaga bekerja sesuai dengan setting waktu yang diterapkan, sehingga resiko kerusakan pada sistem kelistrikan dapat dihindari.
BAB II
PEMBAHASAN
Pengertian Gangguan Hubung Singkat
Hubung singkat merupakan suatu hubungan abnormal (termasuk busur api) pada impedansi yang relatif rendah terjadi secara kebetulan atau disengaja antara dua titik yang mempunyai potensial yang berbeda. Istilah gangguan atau gangguan hubung singkat digunakan untuk menjelaskan suatu hubungan singkat. Untuk mengatasi gangguan tersebut, perlu dilakukan analisis hubung singkat sehingga sistem Proteksi yang tepat pada Sistem Tenaga Listrik dapat ditentukan. Analisis hubung singkat adalah analisis yang mempelajari kontribusi arus gangguan hubung singkat yang mungkin mengalir pada setiap cabang didalam sistem (di jaringan distribusi, transmisi, trafo tenaga atau dari pembangkit) sewaktu gangguan hubung singkat yang mungkin terjadi di dalam sistem tenaga listrik.
Hubung singkat terjadi akibat dari faktor internal dan faktor eksternal. Faktor internal dari gangguan adalah rusaknya peralatan listrik. Faktor eksternal adalah antara lain cuaca buruk, seperti badai, hujan, dingin; bencana, seperti gempa bumi, angin ribut, kecelakaan kendaraan, runtuhnya pohon, petir;,aktivitas konstruksi, ulah manusia, dan lain-lain. Sebagian besar gangguan terjadi karena cuaca buruk, yaitu hujan atau badai, dan pohon.
Gangguan hubung singkat menyebabkan terjadinya interupsi kontinuitas pelayanan daya kepada para konsumen apabi1a gangguan itu sampai menyebabkan terputusnya suatu rangkaian (sircuit) atau menyebabkan keluarnya satu unit pembangkit, penurunan tegangan yang cukup besar menyebabkan rendahnya kualitas tenaga listrik dan merintangi kerja normal pada peralatan konsumen, pengurangan stabilitas sistem dan menyebabkan jatuhnya generator, dan merusak peralatan pada daerah terjadinya gangguan tersebut.
Gangguan dapat terdiri dari gangguan temporer atau permanent. Kebanyakan gangguan temporer di amankan dengan circuit breaker (CB) atau pengaman lainnya. Gangguan permanent adalah gangguan yang menyebabkan kerusakan permanent pada sistem. Seperti kegagalan isolator, kerusakan penghantar, kerusakan pada peralatan seperti transformator atau kapasitor. Pada saluran bawah tanah hampir semua gangguan adalah gangguan permanen. Kebanyakan gangguan peralatan akan menyebabkan hubung singkat. Gangguan permanen hampir semuanya menyebabkan pemutusan/gangguan pada konsumen. Untuk melindungi jaringan dari gangguan digunakan fuse, recloser atau CB.
Komponen Simetris
Metode komponen simetris digunakan dalam perhitungan yang berhubungan dengan keadaan yang tak seimbang pada perangkat listrik tiga fasa, dan secara khusus untuk perhitungan hubung singkat yang tidak seimbang pada perangkat listrik.
Komponen-komponen yang seimbang ini dinamakan menjadi tiga komponen urutan :
Komponen urutan positif
Yang terdiri dari tiga fasor yang sama besarnya dan berbeda sudut fasanya 120̊ dan mempunyai urutan yang sama dengan fasa aslinya.
Komponen urutan negatif
Yang terdiri dari tiga fasor yang sama besarnya dan berbeda sudut fasanya 120̊ dan mempunyai urutan yang berlawanan dengan fasa aslinya
Komponen urutan nol
Yang terdiri dari tiga fasor yang sama simetris besarnya dan berbeda fasa nol derajat.
Impedansi urutan dapat didefinisikan sebagai suatu impedansi yang dirasakan oleh arus urutan bila tegangan urutannya dipasang pada peralatan atau sistem tersebut. Seperti juga tegangan dan arus di dalam metode komponen simetris dan tidak simetris.
Impedansi yang dikenal ada 3 macam yaitu :
Impedansi urutan positif (Z1), yaitu impedansi yang hanya dirasakan oleh arus urutan positif.
Impedansi urutan negatif (Z2), yaitu impedansi yang hanya dirasakan oleh arus urutan negatif.
Impedansi urutan nol (Z0), yaitu impedansi yang hanya dirasakan oleh arus urutan nol.
Jenis Gangguan Hubung Singkat
Gangguan Hubung Singkat 1 Fasa ke Tanah
Pada gangguan satu fasa ke tanah misal fasa A mengalami gangguan akan menyebabkan kenaikan arus pada fasa A dan drop tegangan di phasa A (menjadi nol) sedangkan arus pada phasa yang lain menjadi nol yang diikuti dengan kenaikan tegangan fasa yang lain (phasa B dan Phasa C tidak sama dengan nol sedangkan arus phasa B sama besarnya dengan phasa C yaitu nol ampere) (Tjahjono, 2000).
Gangguan tidak simetris menyebabkan arus tidak seimbang dalam sistem,sehingga dibutuhkan komponen simetris untuk perhitungannya sebagaimana uraian di atas. Rangkaian gangguan satu fasa ke tanah:
Gambar Rangkaian Gangguan 1 Fasa
Dari persamaan arus untuk gangguan tidak simetris maka di peroleh persamaan sebagai berikut ini :
Jurnal Sains dan Teknologi 9 (1), Maret 2010: 26-34
Kondisi dititik gangguan :
Ib = Ic = 0
Va = 0 dan Ia = 0
Sehingga :
Pada gangguan satu fasa ke tanah, rangkaian urutan positif, negatif dan urutan nol terhubung seri, seperti ditunjukkan pada rangkaian di bawah ini.
Gambar Rangkaian Urutan pada Gangguan 1 Fasa ke Tanah
Dimana :
Mengingat :
Maka diperoleh :
Sehingga :
Gangguan Hubung Singkat Fasa-Fasa ke Tanah
Pada gangguan antar fasa fasa B dan fasa C mengalami gangguan akan menyebabkan kenaikan arus pada fasa B dan C, sedangkan tegangan untuk fasa tersebut menjadi drop (menjadi nol). Diagram rangkaian untuk gangguan antar fasa ditunjukkan dalam gambar di bawah ini (Stevenson, 1984).
Gambar Diagram Rangkaian Gangguan Fasa-Fasa
Kondisi pada saat gangguan adalah sebagai berikut :
Vb = Vc Ia = 0 dan Ib = -Ic
Dengan VB = VC komponen-komponen simetri tegangan adalah sebagai berikut :
Karena IB = -IC dan Ia = 0 , komponen-komponen simetri arus diperoleh dari persamaan berikut ini :
Sehingga Ia0 = 0 dan Ia2 = - Ia1 , dimana :
Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa ke Tanah
Misalnya gangguan terjadi pada fasa a, fasa b dan fasa c seperti gambar di bawah ini :
Gambar Gangguan 3 Fasa
Misalnya gangguan terjadi pada fasa a dan fasa b seperti berikut ini :
Ia+Ib+Ic = 0
Ia = 0
E = Eb = Ec
Karena sistemnya seimbang maka urutan negatif dan urutan nol tidak ada, sehingga diperoleh persamaan sebagai berikut ini :
BAB III
PENUTUP
Kesimpulan
Dari uraian materi yang telah dijelaskan pada makalah ini, maka kita dapat mengambil kesimpulan seperti berikut ini :
Hubung singkat merupakan suatu hubungan abnormal (termasuk busur api) pada impedansi yang relatif rendah terjadi secara kebetulan atau disengaja antara dua titik yang mempunyai potensial yang berbeda. Istilah gangguan atau gangguan hubung singkat digunakan untuk menjelaskan suatu hubungan singkat.
Metode komponen simetris digunakan dalam perhitungan yang berhubungan dengan keadaan yang tak seimbang pada perangkat listrik tiga fasa, dan secara khusus untuk perhitungan hubung singkat yang tidak seimbang pada perangkat listrik.
Terdapat 3 jenis gangguan hubung singkat yaitu : gangguan hubung singkat 1 fasa ke tanah, gangguan hubung singkat fasa-fasa ke tanah dan gangguan hubung singkat 3 fasa ke tanah.
