MODUL PRAKTIKUM

SISTEM TENAGA LISTRIK

LABORATORIUM SISTEM TENAGA LISTRIKDEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS INDONESIA

2011

2011

PERCOBAAN IPENGENALAN ETAP

I. Tujuan Percobaan

1. Mempelajari fungsi ETAP dalam sistem tenaga listrik

2. Mempelajari cara membuat diagram saluran tenaga listrik dengan

menggunakan ETAP

II. Dasar Teori

ETAP (Electric Transient and Analysis Program) merupakan suatu perangkat

lunak yang mendukung sistem tenaga listrik. Perangkat ini mampu bekerja dalam

keadaan offline untuk simulasi tenaga listrik, online untuk pengelolaan data real-time

atau digunakan untuk mengendalikan sistem secara real-time. Fitur yang terdapat di

dalamnya pun bermacam-macam antara lain fitur yang digunakan untuk menganalisa

pembangkitan tenaga listrik, sistem transmisi maupun sistem distribusi tenaga listrik.

Analisa tenaga listrik yang dapat dilakukan ETAP antara lain :

a. Analisa aliran daya

b. Analisa hubung singkat

c. Arc Flash Analysis

d. Analisa kestabilan transien, dll.

Dalam menganalisa tenaga listrik, suatu diagram saluran tunggal (single line

diagram) merupakan notasi yang disederhanakan untuk sebuah sistem tenaga listrik

tiga fasa. Sebagai ganti dari representasi saluran tiga fasa yang terpisah, digunakanlah

sebuah konduktor. Hal ini memudahkan dalam pembacaan diagram maupun dalam

analisa rangkaian. Elemen elektrik seperti misalnya pemutus rangkaian, transformator,

kapasitor, bus bar maupun konduktor lain dapat ditunjukkan dengan menggunakan

simbol yang telah distandardisasi untuk diagram saluran tunggal. Elemen pada

diagram tidak mewakili ukuran fisik atau lokasi dari peralatan listrik, tetapi

merupakan konvensi umum untuk mengatur diagram dengan urutan kiri-ke-kanan

yang sama, atas-ke-bawah, sebagai saklar atau peralatan lainnya diwakili.

ETAP memiliki 2 macam standar yang digunakan untuk melakukan analisa

kelistrikan, ANSI dan IEC. Pada dasarnya perbedaan yang terjadi di antara kedua

standar tersebut adalah frekuensi yang digunakan, yang berakibat pada perbedaan

2

2011

spesifikasi peralatan yang sesuai dengan frekuensi tersebut. Simbol elemen listrik

yang digunakan dalam analisa dengan menggunakan ETAP pun berbeda.

Gambar 1.1 Elemen standar ANSI

Beberapa elemen yang digunakan dalam suatu diagram saluran tunggal adalah :

a. Generator

Merupakan mesin listrik yang berfungsi untuk menghasilkan tenaga listrik.

Gambar 1.2 Simbol Generator di ETAP

b. Transformator

Berfungsi untuk menaikkan maupun menurunkan tegangan dengan rasio

tertentu sesuai dengan kebutuhan sistem tenaga listrik.

Gambar 1.3 Simbol Transformator di ETAP

3

2011

c. Pemutus Rangkaian

Merupakan sebuah saklar otomatis yang dirancang untuk melindungi sebuah

rangkaian listrik dari kerusakan yang disebabkan oleh kelebihan beban atau

hubungan pendek.

Gambar 1.4 Simbol pemutus rangkaian di ETAP

d. Beban

Di ETAP terdapat dua macam beban, yaitu beban statis dan beban dinamis.

Gambar 1.5 Simbol beban statis di ETAP

III. Prosedur Percobaan

A. Membuat One-Line Diagram sederhana

1. Susun rangkaian seperti gambar di bawah ini

2. Untuk cara merangkainya, perhatikan penjelasan dari asisten terlebih dahulu

Gambar 1. Single Line Diagram

3. Masukkan setiap nilai atau rating elemen seperti yang tertera pada gambar.

4. Bila ada parameter elemen yang kurang jelas tanyakan pada asisten.

4

2011

5. Bila sudah selesai, simpan file ke dalam folder yang lokasinya ditentukan oleh

asisten.

6. Tutup program ETAP.

B. Membuat Composite Network

1. Buka file ETAP yang telah disimpan sebelumnya.

2. Hapus atau cut elemen “Network1” pada gambar bagian A.

3. Tambahakan rangkaian elemen seperti gambar di bawah ini.

Gambar 1.7 Single Line Diagram

4. Hubungkan elemen tambahan tersebut ke dalam one-line diagram sebelumnya.

5. Buat composite Networknya untuk rangkaian tambahan tersebut.

6. Bila sudah selesai, praktikan boleh bertanya-tanya atau membuat rangkaian

sendiri sambil menunggu praktikan yang lain selesai.

C. Membuat one line diagram dan composite network sendiri

Tanyakan pada asisten untuk gambar one line diagram yang harus didisain.

IV. Tugas dan Pertanyaan

1. Apa yang anda ketahui mengenai ANSI dan IEC!

2. Sebutkan contoh jenis beban dinamis!

3. Apakah yang dimaksud dengan lumped load?

4. Apa yang anda ketahui mengenai swing generator?

5

2011

MODUL 2

ANALISA ALIRAN DAYA (LOAD FLOW ANALYSIS)

I. TUJUAN PERCOBAAN

1. Mempelajari konsep aliran daya dalam sistem tenaga listrik.

2. Menganalisa masalah-masalah airan daya pada sistem tenaga listrik.

II. DASAR TEORI

Percobaan aliran daya ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik aliran daya

yang berupa pengaruh dari variasi beban dan rugi-rugi transmisi pada aliran

daya dan juga mempelajari adanya tegangan jatuh di sisi beban .

Aliran daya pada suatu sistem tenaga listrik secara garis besar adalah suatu

peristiwa daya yang mengalir berupa daya aktif (P) dan daya reaktif (Q) dari

suatu sistem pembangkit (sisi pengirim) melalui suatu saluran atau jaringan

transmisi hingga sampai ke sisi beban (sisi penerima). Pada kondisi ideal,

maka daya yang diberikan oleh sisi pengirim akan sama dengan daya yang

diterima beban. Namun pada kondisi real, daya yang dikirim sisi pengirim

tidak akan sama dengan yang diterima beban. Hal ini dipengaruhi oleh

beberapa hal:

1. Impedansi di saluran transmisi.

Impedansi di saluran transmisi dapat terjadi karena berbagai hal dan

sudah mencakup resultan antara hambatan resistif, induktif dan kapasitif. Hal

ini yang menyebabkan rugi-rugi daya karena terkonversi atau terbuang

menjadi energy lain dalam transfer energi.

2. Tipe beban yang tersambung jalur.

Ada 3 tipe beban, yaitu resistif, induktif, dan kapasitif. Resultan antara

besaran hambatan kapasitif dan induktif akan mempengaruhi P.F. sehingga

6

2011

mempengaruhi perbandingan antara besarnya daya yang ditransfer dengan

yang diterima.

Sedangkan untuk melakukan kalkulasi aliran daya, terdapat 3 metode yang

biasa digunakan:

1. Accelerated Gauss-Seidel Method

Hanya butuh sedikit nilai masukan, tetapi lambat dalam kecepatan

perhitungan.

2. Newton Raphson Method

Cepat dalam perhitungan tetapi membutuhkan banyak nilai

masukan dan parameter.

First Order Derivative digunakan untuk mempercepat perhitungan.

3. Fast Decoupled Method

Dua set persamaan iterasi, antara sudut tegangan, daya reaktif

dengan magnitude tegangan

Cepat dalam perhitungan namun kurang presisi

Baik untuk sistem radial dan sistem dengan jalur panjang

7

2011

III. PERALATAN PERCOBAAN

Satu Buah PC dengan instalasi ETAP 7.0

IV. PROSEDUR PERCOBAAN:

Percobaan 1

a) Buat one line diagram dengan susunan seperti gambar di bawah ini.

b) Isi Rating berdasarkan data yang telah ditentukan asisten:

a. Power Grid

MVAsc

X/R

b. Kabel

Length

Size

c. Transformator (T1)

Vp dan Vs

Nilai MVA

Typical X/R

d. Beban (Lump Load)

Nilai MVA

% PF

% Load Type

PG

T1

Lumped Load

8

2011

c) Pasang HV Circuit Breaker pada one line diagram yang telah diberi rating

tersebut!

d) Gunakan metode Newton Rhapson!

e) Jalankan Loadflow analysis melalui button “Run Load Flow”!

f) Catat Aliran daya yang mengalir pada bus, bus angle, Voltage Drop pada

line/cable, dan branch losses! (ubah pengaturan tampilan hasil melalui

“display option”)

Percobaan 2

a) Kembangkan one line diagram pada percobaan 1 menjadi seperti gambar

dibawah ini!

b) Isi Composite network dengan one line diagram di bawah ini

9

2011

c) Berikan Rating pada Transformator, Kabel, Motor induksi, Serta Beban-bean

yang telah ditentukan oleh asisten!

d) Jalankan Load flow analysis seperti pada percobaan 1!

e) Catat aliran daya pada one diagram tersebut dan bandingkan hasilnya dengan

percobaan 1!

V. PERTANYAAN

Analisa perbandingan aliran daya pada bus 1 dan 3 pada percobaan pertama

dengan kedua

Apa yang menyebabkan perbedaan besaran aliran daya pada setiap

percabangan?

Dari hasil aliran daya yang ditampilkan , apa yang menyebabkan perbedaan

bus voltage dan bus angle?

Apa yang menyebabkan voltage drop pada sistem?

Melalui tombol “Alert View”, analisa apa yang terjadi pada kondisi critical

dan marginal? Mengapa hal tersebut dapat terjadi? Dan apa yang dapat

dilakukan untuk mengatasi masalah tersebut?

10

2011

PERCOBAAN III

SHORT CIRCUIT ANALYSIS

I. Tujuan Percobaan

1. Mempelajari karakteristik arus gangguan

2. Mempelajari simulasi gangguan pada ETAP .0

3. Mempelajari manfaat analisa gangguan

II. Dasar Teori

Pada suatu sistem tenaga listrik tidak dapat dihindari adanya gangguan,

walaupun sudah didesain sebaik mungkin. Hal ini dapat disebabkan oleh kerusakan

isolasi pada sistem tenaga listrik ataupun gangguan dari luar seperti dahan pohon dan

sebagainya yang mengakibatkan terjadinya hubung singkat. Adanya hubung singkat

menimbulkan arus lebih yang pada umumnya jauh lebih besar daripada arus pengenal

peralatan dan terjadi penurunan tegangan pada sistem tenaga listrik, sehingga bila

gangguan tidak segera dihilangkan dapat merusak peralatan dalam sistem tersebut.

Besarnya arus hubung singkat yang terjadi sangat diperngaruhi oleh jumlah

pembangkit yang masuk pada sistem, letak gangguan dan jenis gangguan.

Berdasarkan jenis arus gangguannya, gangguan pada sistem tenaga listrik

dibagi menjadi dua bagian yaitu gangguan simetris dan gangguan tak simetris. Yang

dimaksud dengan gangguan simetris adalah gangguan yang arus gangguannya

seimbang dan sebaliknya gangguan tak simetris adalah gangguan yang arus

gangguannya tak seimbang.

11

2011

III. Prosedur Percobaan

a. Rangkaian Percobaan

Gambar 3.1 Rangkaian Analisa Gangguan

b. Alat

1. 1 buah PC ETAP 7.0 installed

c. Percobaan gangguan tiga fasa dengan tidak ada arus beban

1. Buat rangkaian sesuai dengan gambar 3.1 dengan menggunakan ETAP

7.0

2. Tulis rating generator, circuit breaker dan kabel yang ada pada gambar

seperti yang telah disediakan.

3. Buka semua circuit breaker yang mengarah ke beban

4. Amati arus yang mengalir pada rangkaian percobaan dengan

menggunakan load flow analysis

5. Kemudian berikan gangguan pada bus dengan menggunakan short

circuit study case.

6. Amati arus gangguan yang terjadi.

7. Catat besarnya arus gangguan.

8. Periksa Short Circuit Analysis View

9. Ulangi percobaan dengan menutup circuit breaker dari gen2.

d. Percobaan gangguan tiga fasa dengan adanya arus beban

1. Buat rangkaian sesuai dengan gambar 3.1 dengan menggunakan ETAP

7.0

12

2011

2. Tulis rating generator, circuit breaker dan kabel yang ada pada gambar

seperti yang telah disediakan.

3. Tutup semua circuit breaker yang mengarah ke beban

4. Amati arus yang mengalir pada rangkaian percobaan dengan

menggunakan load flow analysis

5. Kemudian berikan gangguan pada bus dengan menggunakan short

circuit study case.

6. Amati arus gangguan yang terjadi.

7. Catat besarnya arus gangguan.

8. Periksa Short Circuit Analysis View

9. Ulangi percobaan dengan menutup circuit breaker dari gen2.

IV. Tugas dan Pertanyaan

1. Bandingkan bagaimana arus yang mengalir pada saat sebelum

terjadinya gangguan dengan arus setelah terjadinya gangguan !

Mengapa demikian?

2. Bagaimana keadaan arus gangguan pada saat sistem tanpa beban dan

pada saat sistem berbeban? Mengapa demikian? Jelaskan!

3. Bandingkan bagaimana arus yang mengalir pada saat hanya 1

generator yang bekerja dengan ketika 2 generator bekerja!

4. Berilah kesimpulan berkaitang dengan percobaan ini.

13

2011

BAB IV

STARTING MOTOR INDUKSI

I. Tujuan Percobaan

Mensimulasikan dan menganalisa kondisi dan voltage drop saat starting motor

induksi dengan menggunakan perangkat lunak ETAP 7.0.0.

II. Dasar Teori

Selama periode waktu starting, motor pada sistem akan dianggap sebagai

sebuah impedansi kecil yang terhubung dengan sebuah bus. Motor akan mengambil

arus yang besar dari sistem, sekitar enam kali arus ratingnya, dan bisa menyebabkan

voltage drop pada sistem serta menyebabkan gangguan pada operasi beban yang lain.

Torsi percepatan motor bergantung pada tegangan terminal motor, oleh

karena itu untuk motor dengan tegangan terrminal yang rendah di beberapa kasus

akan menyebabkan starting motor tidak akan mencapai nilai kecepatan ratingnya.

Data-data yang diberikan oleh pabrik untuk operasi full load motor

biasanya berupa : tegangan line to line (V), arus line (A), output daya Po (kW), power

factor cosø (per unit), efisiensi η (per unit atau percent), slip s (per unit atau percent).

Dengan memeriksa nilai impedansi motor atau data dari pabrik, dapat kita lihat nilai

arus starting bervariasi antara 3,5 kali arus full-load untuk motor tegangan tinggi dan

sekitar 7 kali arus full-load untuk tegangan rendah.

Selain itu arus starting bisa dihitung dari rangkaian ekivalen dengan

menset nilai slip nol. Setelah didapat nilai arus starting maka nilai starting kVA dan

PF bisa didapat. Variasi arus starting terhadap kecepatan untuk motor 22 kW dan 200

kW diperlihatkan grafik di bawah ini

14

2011

Sebagian besar beban-beban mekanik di industri diklasifikasikan ke dalam

2 grup yaitu : torsi kuadratik versus kecepatan dan torsi konstan versus kecepatan

Karakteristik kuadratik ada pada beban seperti pompa sentrifugal,

kompressor sentrifugal, kipas, dan lain-lain. Secara umum karakteristiknya ada dua

yaitu bagian statik dan bagian dinamik. Bagian statik menghitung torsi inisial yang

dibutuhkan saat kecepatan nol dan kecepatan sangat rendah. Sekitar 5 sampai 15 %

torsi full-load dibutuhkan untuk menggerakkan batang. Torsi inisial ini biasa disebut

stiction. Jika batang mulai berotasi torsi ini berkurang. Saat kecepatannya di atas

sekitar 10%, torsi statik bisa diabaikan. Bagian dinamik torsi berhubungan dengan

energi yang dibutuhkannya. Karkteristik dinamiknya dapat dirumuskan

Tdynamic = KN2 di mana N adalah kecepatan batang

Sebagian besar pompa sentrifugal dan kompressor sentrifugal di start saat

kondisi no-load. Artinya mesin membutuhkan energi dan torsi minimum dari motor.

Torsi full-speed untuk operasi no-load antara 40% - 0% torsi full-load.

Untuk beban dengan karakteristik torsi konstan versus kecepatan seperti

conveyor, lifting, crushers, dan lain-lain. Dari kecepatan nol ke kecepatan penuh,

torsinya tetap konstan. Mesin tipe ini sulit untuk start dan mencapai kecepatan

penuhnya. Beban seperti ini biasanya menggunakan motor tipe double cage, yang

rotornya mempunyai dua lilitan rotor, satu di luar, satu di dalam dalam satu slot atau

15

2011

slot yang terpisah. Dengan memilih rasio X per R untuk lilitan ini, membuat motor

bisa menghasilkan dua torsi untuk slip tertentu. Kombinasi torsi bisa konstan selama

periode acceleration. Namun, yang perlu diperhatikan harus dijamin juga bahwa

motor memiliki torsi yang cukup untuk mempercepat beban saat tegangan

terminalnya jatuh.

Terdapat beberapa metode yang digunakan untuk mengurangi arus starting

dari suplai. Saat starting, tegangan bus akan turun untuk mencipatkan torsi yang

cukup untuk mempercepat beban ke tegangan ratingnya. Waktu starting yang lama

harus dihindari. Dengan waktu starting yang lama, misal 20 detik, maka jumlah panas

yang dihasilkan di kumparan stator dan batang konduktor rotor harus diperhitungkan.

Dengan suhu yang tinggi pada batang bisa menyebabkan kerusakan yang sangat

signifikan pada motor tipe enclosure khususnya.

III. Percobaan

III.1 Simulasi percobaan static starting mototr induksi

III.2.Simulasi percobaan dinamic starting motor induksi

IV. Pertanyaan

1. Berikan alasan mengapa motor induksi merupakan jenis motor yang paling

digunakan di industri?

2. Jelaskan efek “voltage dips” yang disebabkan oleh starting motor pada sistem!

3. Motor induksi 150 hp, 440 V, dengan kode huruf H, hitunglah arus startingnya!

4. Sebutkan dan jelaskan hal-hal yang mempengaruhi waktu starting motor !

5. Sebutkan dan jelaskan 5 metode untuk melakukan starting motor induksi!

16