Analisis Gangguan Satu Konduktor Terbuka (One-Conductor Open Fault ) Pada Sistem Tenaga Listrik...

Analisis Gangguan Satu Konduktor Terbuka (One-Conductor Open Fault ) Pada SistemTenaga Listrik (Rimbawati, Muhammad Adam)

83

ANALISIS GANGGUAN SATU KONDUKTOR TERBUKA(ONE-CONDUCTOR OPEN FAULT ) PADA

SISTEM TENAGA LISTRIK

Rimbawati, Muhammad AdamJurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara

Email: [email protected]

Abstract

This study discusses the interference of the phase conductor open some disorders that occur mayeven pose a danger to the operator and the equipment of the power system. Open interference or oftenalso called the series disorder caused by circumstances out of balance or symmetry on the line seriesimpedance three-phase system disorders can be caused by an open circuit breaker did not open the thirdpower the phase as a whole, ie only one or two phases are open while the phase others remain closed.Open circuit fault discussed in this study of an open channel interference. Matlab tools used to helpanalyze the sequence impedance matrix is positive, negative and zero. The results of the analysis of openinterference in the line between buses 8 and 11 showed that the fault current mecapai 6.4363 pu, meaningthat in the event of disruption to bus 11 is open, the fault current reaches 6.43 times greater than thenominal current, while the voltage on the bus to crash open from the calculation of 1.24 pu. Thiscondition will impact the electric power system equipment will be damaged.

Key Word: Electrical Power System, Matlab, Open Fault Analysis.

1. Pendahuluan

Sistem tenaga listrik dirancang dandibangun secara cermat, agar dapatberoperasi dengan baik. Tetapi dalamoperasinya, gangguan (fault) dapat sajaterjadi. Gangguan tersebut dapat berupahubung singkat maupun beban lebih yangdapat mengakibatkan kerusakan isolasisehingga kerja peralatan listrik danterganggunya stabilitas sistem sedangkanfungsi sistem tenaga listrik itu sendiri adalahmembangkitkan daya listrik danmenyalurkannya ke konsumen yangmembutuhkan. Oleh karena itu, suatu sistemtenaga listrik harus mampu beroperasi secarakontinyu seiring dengan kebutuhan tenagalistrik konsumen.

Beberapa gangguan terbuka yangterjadi bahkan lebih mungkin menimbulkanbahaya bagi orang yang menanganinya.Gangguan seri ini dalam bentuk umumdisebabkan oleh keadaan tidak seimbang atautidak simetri impedansi seri saluran.Gangguan hubung terbuka ini dapat berupa

gangguan satu saluran terbuka dan gangguandua saluran terbuka. Pada sistem tiga fasagangguan ini dapat disebabkan oleh pemutusdaya yang tidak membuka ketiga fasanyasecara keseluruhan, misal hanya satu atau duafasa saja yang terbuka sedangkan fasa yanglainnya tetap tertutup.

Cara yang digunakan untukmengurangi atau memperkecil dampak darigangguan tersebut yaitu dengan memasangsuatu sistem proteksi yang baik. Setiap sistemproteksi dituntut memiliki keandalan yangtinggi, selektif, operasi yang cepat danmemiliki sifat diskriminasi yang baik. Selainitu suatu sistem proteksi juga harusmemperhatikan faktor ekonomis, semakinmahal harga alat yang dilindungi semakinmahal pula harga peralatan proteksi yangterpasang. Peralatan-peralatan proteksi yangterpasang pada suatu sistem tenaga listrik,terletak mulai dari unit-unit pembangkitan,saluran transmisi, jaringan distribusi primer,jaringan distribusi skunder dan konsumen.Dimana peralatan-peralatan proteksi tersebutbekerja sesuai dengan fungsinya masing-masing tergantung besaran penggerak dari

R E I N T E KJURNAL ILMU

PENGETAHUANDAN TEKNOLOGI TERAPAN

REINTEK. Vol.8, No.1.Tahun 2013. ISSN 1907-503084

rele proteksi yang terpasang. Sebagai contohrele yang bekerja berdasarkan besaranpenggerak berupa tegangan yaitu: Reletegangan lebih (Over voltage Relay), berupaarus yaitu: Rele arus lebih (Over CurrentRelay), berupa impedansi (Impedance Relay)dan sebagainya. Salah satu bagian terpentingdari sistem tenaga listrik yang perlu dilindungiyaitu sistem tenaga listrik yang terhubungdengan konsumen dimana kotinyuitaspenyaluran daya listrik harus tetap terjaga.

Klasifikasi Gangguan pada sistemtenaga listrik terdiri atas gangguan HubungSingkat dan Gangguan Konduktor Terbuka(Open Conductor).

Gangguan Hubung Singkat terdiri atas :1. Gangguan Simteris Yaitu Gangguan

Hubung Singkat Tiga Fasa2. Gangguan Tidak Simetris, Yaitu:

a. Gangguan Satu Fasa Ketanahb. Gangguan Dua Fasa Ketanahc. Gangguan Dua Fasa

Gangguan konduktor terbuka (OpenConductor) terdiri atas :

1. Gangguan Satu konduktor Terbuka:Yaitu gangguan salah satu konduktorterbuka tanpa menyentuh tanah.

2. Gangguan Dua Konduktor Terbuka :Yaitu gangguan dua konduktorterbuka tanpa menyentuha tanah

Pada kondisi salah satu fasa terbukapada rangkaian seimbang tiga fasa maka akanterjadi ketidakseimbangan dan arus tidaksimetris mengalir. Demikian pula jenis takseimbang akan terjadi saat ada dua dari tigafasa terbuka dimana fasa ke tiga tertutup.Gangguan penghantar terbuka dapatdisebabkan oleh kerusakan saluran transmisiyang diakibatkan oleh kondisi alam sepertibadai ataupun terjadi kecelakaan. Sehinggarangkaian yang tidak mengalami gangguanakan mengalir arus beban lebih. Pengamanakan membuka sedangkan untuk fasa yanglain pengaman tidak bekerja.

Berdasarkan uraian diatas makapenelitian ini bertujuan untuk :1) Menjelaskanmodel dan cara melakukan analisis gangguansatu konduktor terbuka. 2) Menentukanbesaran arus gangguan satu konduktorterbuka dari sistem tiga fasa.

2. Tinjauan Pustaka

2.1 Teori Komponen Simetri

Pada tahun 1918 salah satu cara yangmudah digunakan untuk rangkaian fasabanyak tak seimbang telah dibahas oleh C.LFortescue dihadapan suatu sidang AmiricanInstitute Of Electricaal Enginers. KaryaFortescue membuktikan bahwa suatu sistemtak seimbang yang terdiri dari n phasor yangberhubungan dapat diuraikan menjadi n buahsistem dengan phasor seimbang yangdinamakan komponen-komponen simetri(symmetrical components) dari phasor-phasoraslinya. Tiga phasor tak seimbang dari sistemtiga phasa dapat diuraikan menjadi tigaphasor yang seimbang yaitu :1. komponen urutan positif (positive

components) yang terdiri dari tiga phasoryang sama besarnya, terpisah satu denganyang lain dalam fasa sebesar 120, danmempunyai urutan fasa yang sama sepertiphasor aslinya.

2. Komponen urutan negatif yang terdiridari phasor yang mana besarnya, terpisahsatu dengan yang lain dalam fasa sebesar120, dan mempunyai urutan fasa yangberlawanan dengan phasor aslinya.

3. komponen urutan nol yang terdiri daritiga phasor yang sama besarnya dandengan pergeseran fasa nol antara yangsatu dengan yang lain.

Notasi fasa banyak (tiga fasa)disombolkan dengan huruf a,b dan c. Untukmenyebutkan tegangan fasa a dinyatakandengan Va, simbol urutan positif, negatif dannol secara berturur-turut dinyatakan denganangka 1, 2 dan 0 dan komponen-komponentersebut dinyatakan dengan subskrip.Tegangan fasa a urutan positif ditulis denganVa1 tegangan fasa b urutan negatif ditulisdengan Vb2 demikian pula untuk notasitegangan dan urutan yang lainnya.

Karena setiap phasor tak seimbang,yang asli adalah jumlah komponen phasor asliyang dinyatakan dalam suku-suku komponenditulis dalam persamaan:

Va = Va1 + Va2 + Va0

Vb = Vb1 + Vb2 + Vb0 (1)Vc = Vc1 + Vc2 + Vc0


85

Sintesis himpunan tiga fasor takseimbang dari tiga komponen himpunankomponen simetris dinyatakan dengangambar vektor sebagai berikut:

Gambar 1. Tiga himpunan phasor takseimbang

Penjumlahan secara grafis komponen-komponen pada gambar 1 diatas untukmendapatkan tiga phasor tak seimbangditunjukkan pada gambar sebagai beriktu:

Gambar 2. Penjumlahan secara vektoriskomponen-komponen pada gambar 1

2.1 Impedansi Urutan Komponen UtamaSistem Tenaga Listrik

Jaringan Urutan Generator tak Berbeban

Rel pedoman untuk jaringan urutanpositif dan negatif adalah netral generatortersebut. Bagi komponen urutan positif dannegatif itu sendiri netral generator beradapada potensial tanah jika diantara tanahterdapat sambungan yang mempunyaiimpedansi tertentu atau nol, karena

sambungan tersebut tidak akan mengalirkanarus urutan positif atau negatif.

Impedansi urutan nol total dimana mengalirarus Ia0 adalah

Z0 = 3Zn + Zg0 (2)

Persamaan untuk komponen jatuh tegangandari titik a phasa a ke pedoman adalah

Va1 = Ea – Ia1.Z1

Va2 = - Ia2 Z2 (3)

Va0 = - Ia0 Z0

Jaringan Urutan Mesin Sinkron

Pada umumnya, impedansi urutanpositif, negatif dan nol dari mesin sinkronmempunyai harga yang berlainan.

Impedansi urutan positif

Xd’ = reaktansi sub-peralihan

Xd’’ = reaktansi peralihan

Xd = reaktansi sinkron

Impedansi urutan negatif

2

""22

qd XXjjXZ (4)

pada mesin sinkron dengan rotor bulat,reaktansi sub-peralihan sama denganreaktansi urutan negatif. Impedansi urutan nolmempunyai harga yang sangat bervariasiyang tergantung pada ”pitch” dari kumparanjangkar. Harganya jauh lebih kecil dariimpedansi urutan positif.

pada gambar 3 dan gambar 4 berikut iniJaringan Urutan Beban


Jaringan urutan nol untuk beban yangterhubung Y dan dapat dilihat.

ZZ

Z

Z

Z Z

N

Z

ZZ

N

NnZ

03 aI

(a)

(b)

(c)

N

Z

Rel pedoman

N

Z

Rel pedoman

N

Z

Rel pedoman

nZ30aI

Gambar 3 Jaringan urutan nol beban yangterhubung Y

Z

Z

Z

Z

Rel pedoman

Gambar 4. Beban yang terhubung danjaringan urutan nolnya

Jaringan Urutan Transformator

Impedansi urutan positif dan negatifdari transformator sama, impedansi urutan nolsedikit berbeda (besarnya) dari impedansiurutan positif dan negatif, biasanya dianggapsama dengan impedansi urutan positif dannegatif

Z0 = Z1 = Z2 = Ztrafo (5)

Ada atau tidaknya aliran arus urtuannol tergantung pada hubungan belitantransformator. Keterangan masing-masingrangkaian ekivalen untuk masing-masinghubungan adalah sebagai berikut:

Gambar 5. Rangkaian ekivalen urutan nolBangku transformator 3 fasa

Jaringan Urutan Saluran Transmisi

Saluran transmisi “untransposed”

AZAV abc1

012 (2.19)

222120

121110

020100

012

ZZZ

ZZZ

ZZZ

Z (6)

001122

222011

112200

012 22

2

msmsms

msmsms

msmsms

ZZZZZZ

ZZZZZZ

ZZZZZZ

Z (7)

dimana

Zs0 = “self impedance” urutan nol

=3

1(Zaa + Zbb + Zcc)

Zs1 = “self impedance” urutan posotif

=3

1(Zaa + Zbb + a2Zcc)


87

Zs2 = “self impedance” urutan negatif

=3

1(Zaa + a2Zbb + Zcc)

Zm0 = “mutual impedance” urutan nol

=3

1(Zbc + Zca + Zab)

Zm1 = “mutual impedance” urutan positif

=3

1(Zbc + aZca + a2Zab)

Zm2 = “mutual impedance” urutan negatif

=3

1(Zbc + a2Zca + aZab)

Saluran transmisi “transposed”

22

11

00

012

00

00

00

Z

Z

Z

Z (8)

ms

ms

ms

ZZ

ZZ

ZZ

Z

00

00

002

012 (9)

dimana

Z0 = impedansi urutan nol

= Z00 = Z0 + 2Zm

Z1 = impedansi urutan positif

= Z11 = Zs - Zm

Z2 = impedansi urutan negatif

= Z22 = Zs - Zm

2Z2aI

2N

2aV '2aV

1aI0aI

2Z

1Z0Z

0N 1N

1aV0aV '1aV'0aV

Gambar 6. Impedansi urutan salurantransmisi

Jika tidak terdapat “mutual coopling”antara impedansi urutan nol, positif, dannegatif.

Teorema Thevenin

Pada teorema ini berlaku bahwa :Suatu rangkaian listrik dapatdisederhanakan dengan hanya terdiri darisatu buah sumber tegangan yang dihubungserikan dengan sebuah tahanan ekivalennyapada dua terminal yang diamati.

Tujuan sebenarnya dari teorema iniadalah untuk menyederhanakan analisisrangkaian, yaitu membuat rangkaianpengganti yang berupa sumber teganganyang dihubungkan seri dengan suaturesistansi ekivalennya.

Gambar 7. Rangkaian thevenin sirkit Bdengan sumber tegangan

Pada gambar diatas, denganterorema substitusi kita dapat melihatrangkaian sirkit B dapat diganti dengansumber tegangan yang bernilai sama saatarus melewati sirkit B pada dua terminalyang kita amati yaitu terminal a-b.Setelah kita dapatkan rangkaiansubstitusinya, maka dengan menggunakanteorema superposisi didapatkan bahwa :

1. Ketika sumber tegangan Vaktif/bekerja maka rangkaian padasirkit linier A tidak aktif (semuasumber bebasnya mati diganti tahanandalamnya), sehingga didapatkan nilairesistansi ekivalennya.

Gambar 8. Rangkaian thevenin sirkit A tidakaktif diganti dengan tahanan dalam


2. Ketika sirkit linier A aktif/bekerjamaka pada sumber tegangan bebasdiganti dengan tahanan dalamnya yaitunol atau rangkaian short circuit.

Gambar 9. Rangkaian thevenin, rangkaianshort circuit

Dengan menggabungkan keduakeadaan tadi (teorema superposisi) makadidapatkan:

i = i1+isc

i = - V/Rth+ isc KK ( 10 )

Pada saat terminal a-b di open circuit(OC), maka i yang mengalir sama dengan nol(i = 0), sehingga :

Gambar 10. Rangkaian thevenin open circuit

i = scth

iR

V

0 = scth

ee iR

V

Vee = isc . Rth KK (11)

Dari persamaan (10) dan (11) , didapatkan :

thee

eeth

thsc

th

th

thsc

th

sc

th

RiVV

VVR

RiVR

R

Ri

R

Vi

R

Vi

.

).(1

'

Cara memperoleh resistansipenggantinya (Rth) adalah denganmematikan atau menon aktifkan semuasumber bebas pada rangkaian linier A (untuksumber tegangan tahanan dalamnya = 0 ataurangkaian short circuit dan untuk sumber arustahanan dalamnya = ∞ atau rangkaian opencircuit).

Jika pada rangkaian tersebut terdapatsumber dependent atau sumber takbebasnya, maka untuk memperolehresistansi penggantinya, terlebih dahulukita mencari arus hubung singkat (isc),sehingga nilai resistansi penggantinya (Rth)didapatkan dari nilai tegangan pada keduaterminal tersebut yang di-open circuit dibagidengan arus pada kedua terminal tersebutyang di- short circuit.

Langkah-langkah penyelesaian denganteorema Thevenin :1. Cari dan tentukan titik terminal a-b

dimana parameter yang ditanyakan.2. Lepaskan komponen pada titik a-b

tersebut, open circuit kan pada terminala-b kemudian hitung nilai tegangandititik a-b tersebut (Vab = Vth).

3. Jika semua sumbernya adalah sumberbebas, maka tentukan nilai tahanandiukur pada titik a-b tersebut saat semuasumber di non aktifkan dengan caradiganti dengan tahanan dalamnya (untuksumber tegangan bebas diganti rangkaianshort circuit dan untuk sumber arus bebasdiganti dengan rangkaian open circuit)(Rab = Rth).

4. Jika terdapat sumber tak bebas, makauntuk mencari nilai tahanan penggantiTheveninnya didapatkan dengan cara

sc

thth i

VR


89

5. Untuk mencari Isc pada terminal titika-b tersebut dihubung singkatkan dandicari arus yang mengalir pada titiktersebut (Iab = Isc).

6. Gambarkan kembali rangkaianpengganti Theveninnya, kemudianpasangkan kembali komponen yang tadidilepas dan hitung parameter yangditanyakan.

Diagram Segaris Sistem Tenaga Listrik

Hubungan titik-titik sambungan (bus)pada rangkaian yang terhubung dengankomponen R, L atau C yang dihubungkanujung-ujung komponennya disebut dengannodes (simpul-simpul). Perumusan yangsistematis dari persamaan yang ditentukanpada simpul-simpul suatu rangkaian denganmenerapkan hukum arus khirchoff merupakananalisis dasar yang berguna untuk beberapamasalah penyelesaian sistem tenaga listrikmenggunakan komputer. Biasanya masalahmenjadi lebih sederhana dengan mengamatititik-titik simpul yang menghubungkan padamasing-masing elemen yang terdapat padadiagram segaris sistem tenaga listrik.

Diagram reaktansi yang akan dibuatdimodel melalui diagram segaris sistemtenaga listrik dicontohkan dengan modeldiagram segaris pada gambar 11 Generatordihubungkan pada tiap-tiap bus. Untukkebutuhan analisis seluruh mesin dantransformator pada tiap bus tersebutdigambarkan dalam satu mesin dandigambarkan sebagai satu emf terhubungdengan saluran transmisi ditunjukkan padagambar berikut ini.

Gambar 11. One Line Diagram SistemTenaga Listrik

Perubahan model diagram segaris kebentuk diagram reaktansi dengan nilaireaktansi yang dinyatakan dalam jX. Substriktiap-tiap penomoran mengilustrasikanreaktansi tiap-tiap elemen yang terhubungpada bus, ditunjukkan pada gambar 12

4

Gambar 12. One Line Diagram Reaktansi

Diagram segaris dengan nilaireaktansi jika digambarkan kembali denganemf dan impedansi seri yang dihubungkan ketiap-tiap bus diubah dengan emf eqivalen danadmitansi shunt eqivalen seperti ditunjukkanpada gambar 13 berikut:

Gambar 13. One Line Diagram Admitansi

1

1

2

Ea

Eb

jXg

_01

jX1-

2

jX1-

3

3

Ec

jX1-

4

jX3-

4

jXg

_02

jXg

_03

jX2-

4

1

2

4

jY1-2

Y2-3

3

Y1-4

Y3-4

Yg_0

3

I1

I2

I3

Yg_0

2

Yg_01

Y2-4

Ea

∞

Eb

1

3

Ec

∞

2


Persamaan-persamaan Node Voltagediagram Admitansi dari gambar diagramadmitansi dapat dinyatakan dengan matrikssebagai berikut:

4

3

2

1

44434241

34333231

24232221

14131211

4

3

2

1

V

V

V

V

YYYY

YYYY

YYYY

YYYY

I

I

I

I

(12)

Arus pada Bus:

IBus = YBUS VBUS

4

3

2

1

I

I

I

I

I BUSArus masuk Bus (13)

4

3

2

1

V

V

V

V

V BUS (14)

YBUS =

44434241

34333231

24232221

14131211

YYYY

YYYY

YYYY

YYYY

(15)

Persamaan (15) menunjukkan matrikadmitansi Bus (YBUS) yang sedangkan matrikimpedansi Bus (ZBUS) ditentukan sebagaiberikut:

ZBUS = [ YBUS ]-1 (16)

Elemen diagonal untuk matriz admitansi busdapat ditentukan dengan formulasi:

ijyYm

jijii

0

(17)

Untuk kondisi gambar rangkaian , eleven offdiagonalnya ádalah:

Y11 = yg01+ y12 + y14

Y22 = y g02+ y12+ y23 + y24 (18)

Y33 = y g03+ y23 + y34

Y44 = y14 + y24+ y34

Untuk Elemen Off Diagonal adalah negatifadmitansi antara bus:

Yij =Yji = -yij

Y12 = Y21 = -y12

Y24 = Y42 = 0 (19)

Y32 = Y32 = -y22

Y34 = Y43 = -y34

Y14 = Y41 = 0

Model Analisis Rangkaian Urutangangguan Terbuka

Gangguan saluran satu fasa terbukaditunjukkan pada gambar 13 (a) dari sistemtiga fasa masing-masing terdiri dari Ia, Ib, Ic

dan untuk kondisi dua saluran mengalamigangguan terbuka yaitu fasa a dan bditunjukkan pada gambar (b). Dimana pp’pada sistem tersebut menggambarkan suatukondisi saluran terputus.

p p' p p'

a

b

c

m nIa

Ib

Ic

m nIa

Ib

Ic

(b)(a)

Gambar 13.(a) Gangguan saluran satu fasaterbuka, (b) Dua saluran fasa terbuka


91

Pada gambar 14 dibawah ini akan ditunjukkanrangkaian urutan positif, negatif dan noldengan menggunakan Matriks Impedansi Busdengan ( Zbus

(0), Zbus(1), Zbus

(2)) dalammenganalisa gangguan saluran terbuka.

Gambar 14 . Rangkaian eqivalen thevenimurutan positif dari gangguan

saluran terbuka pada p dan p’

Untuk kondisi Rangkaian eqivalen thevenimurutan negatif dari gangguan saluran terbukapada p dan p’ ditunjukkan pada gambarberikut ini:

Gambar 15. Rangkaian eqivalen thevenimurutan negatif dari gangguan saluran terbuka

pada p dan p’

Rangkaian eqivalen thevenim urutannol dari gangguan saluran terbuka pada p danp’ ditunjukkan pada gambar 16 berikut ini :

Vm

Vn

Znm(1) =

Zmn(1)

Z m m(1) –

Z m n(1)

Z n n(1) –

Z n m(1)

m

n

-Z1

kZ1

(1-k)Z1

Va(

1)Zpp’(1)

Zth,m

n(1)

p

p’

Vm

Vn

Znm(1) = Zmn

(1)

Z m m(1) – Z m n

(1)

Z n n(1) – Z n m

(1)

m

n

-Z1Zth,m n

(1) Z1

Vm

Vn

Znm(1) = Zmn

(1)

Z m m(1) – Z m n

(1)

Z n n(1) – Z n m

(1)

m

n

Zth,m n(1)

Znm(2) =

Zmn(2)

Z m m(2) – Z

m n(2)

Z n n(2) – Z n

m(2)

m

n

-Z2

KZ2

(1-k)Z2

Va(2

)

Zpp’(2)

Zth,

m n(2)

p

p’

Znm(2) = Zmn

(2)

Z m m(2) – Z m

n(2)

Z n n(2) – Z n m

(2)

m

n

Zth,m n(2)

Znm(0) =

Zmn(0)

Z m m(0) – Z m

n(0)

Z n n(0) – Z n

m(0)

m

n

-Z0

KZ0

(1-k)Z0

Va(

0)Zpp’(0)

Zth,m

n(0)

p

p’


Gambar 16. Rangkaian eqivalenthevenim urutan noldari gangguan saluranterbuka pada p dan p’

Dari gambar diatas dapat dianalisategangan gangguan saluran terbuka dari p kep’ adalah :

)(

)(

'

1

)1('

1)1(

1

nmpp

nmmnth

VVZ

Z

VVZZ

Z

pkepdariterbukaGanggguanV

(20)

Sebelum mengalami gangguanhubungan terbuka, Arus Imn pada fasa a darisaluran m-n urutan positif diberikan :

1Z

VVI nm

mn

(21)

Subsitusi persamaan (20) dan (21) akandiperoleh persamaan sebagai berikut :

)1('

'

ppmn ZI

pkepdariterbukagangguanV

(22)

dari gambar rangkaian eqivalen masing-masing urutan antara titik p dan p’ akandiperoleh persamaan sebagai berikut :

1)1(,

21

11

)1(,

1)1(,

1)2('

)1(' )1(

)(

ZZ

Z

ZkZZ

ZZkZZZ

mnth

mnth

mnthpppp

1)1()1()1(

21

)2('

)1('

2 ZZZZ

Z

ZZ

nmmmnn

pppp

(23)

Untuk urutan nol persamaannya adalah:

0)2(

,

20)0(

' ZZ

ZZ

mnthpp

1)0()0()0(

20)0(

' 2 ZZZZ

ZZ

nmmmnnpp

(24)

Gangguan Satu Konduktor Terbuka

Pada gambar 13 (a) memperlihatkanfasa a terbuka, sehingga arus Ia=0 dansehingga diperoleh persamaan :

0)2()1()0( aaa III (25)

dimana )2()1()0( , aaa IdanII adalah komponen

simetri arus jaringan Ia, Ib dan Ic dari titik p ketitik p’. Fasa b dan c tertutup, tegangan dropadalah

Vpp’b=0 dan Vpp’c=0 (26)

Untuk mencari tegangan drop terbuka melaluititik gangguan dalam komponen denganpersamaan.

app

app

appapp

a

a

a

V

V

VV

aa

aa

V

V

V

,'

,'

,','

2

2

)2(

)1(

)0(

3

1

0

0

1

1

111

3

1 (27)

Znm(0) = Zmn

(0)

Z m m(0) – Z m n

(0)

Z n n(0) – Z n m

(0)

m

n

Zth,m n(0)


93

dari persamaan (27) diatas diperoleh:

3,')2()1()0( app

aaa

VVVV (28)

dengan demikian rangkaian thevenim urutanpositif, negatif dan nol gangguan saluran satufasa terbuka terhubung secara paralelditunjukkan pada gambar (17)Ketika Gangguan satu fasa terbuka pada titikp – p’ rangkaian eqivalen urutan positif,negatif dan nol terhubung secara paralel, darirangkaian diatas dapat dituliskan persamaansebagai berikut:

)0('

)2('

)0('

)2(')1(

'

)1(')1(

pppp

pppppp

ppmna

ZZ

ZZZ

ZII

(29)

)0('

)2('

)2('

)1('

)1('

)0('

)0('

)2('

)1(' )(

pppppppppppp

ppppppmn ZZZZZZ

ZZZI

Tegangan urutan )2()1()0( ,, aaa VVV dapat

dituliskan dalam persamaan (30)

)0('

)2('

)0('

)2(')1(

)2()1()0(

pppp

ppppa

aaa

ZZ

ZZI

VVV

)0('

)2('

)2('

)1('

)1('

)0('

)0('

)2('

)1('

pppppppppppp

ppppppmn ZZZZZZ

ZZZI

Va(1) Va(2) Va(0)

Ia(1) Ia(2) Ia(0)

ImnZpp’(1)

Zpp’(2) Zpp’(0)Zpp’(1)p

p’

p p

p’ p’

Gambar 17. Rangkaian eqivalen gangguan satu fasa terbuka pada titik p dan p’


3. Metode Penelitian

Dalam penelitian ini menggunakan data11 bus 7 saluran yang dianalisis denganmenggunakan software MATLAB versi 7

Tabel (1) Data Generator: Rating MVA= 100MVA

Jenis VoltageRating

X1

(Pu)X2

(pu)X0

(Pu)Xn

(Pu)G1 20 KV 0,2 0.2 0.05 0.03G2 13.8 KV 0.2 0.2 0.05 0.03G3 13.8 KV 0.2 0.2 0.05 0.03

Tabel (2) : Data Saluran dan TransformatorRating MVA=100 MVA

Nama VoltageRating (KV)

X1

(Pu)X2

(pu)X0

(Pu)T1 20/150 0.05 0.05 0.05T2 20/150 0.05 0.05 0.05T3 20/150 0.05 0.05 0.05T4 13,8/150 0.05 0.05 0.05T5 20/150 0.05 0.05 0.05L2-3 150 0,10 0,10 0.30L4-5 150 0,10 0,10 0.30L6-8 150 0,10 0,10 0.30L8-11 150 0.40 0.40 0.90L8-10 150 0.40 0.40 0.90L2-11 150 0.40 0.40 0.90L10-11 150 0.40 0.40 0.90

Gambar 19 merupakan diagram segaris11 bus 3 generator yang akan dianalisis untuk

pengujian analisis gangguan satu fasa terbuka.

Data-data generator diperoleh daripengamatan data literatur dari sumberreferensi Power System Analysis HadiSaadat. Data-data sistem ditunjukkan padatabel 1. dan data-data saluran ditunjukkanpada tabel 2.

Gambar 18. Flow Chart Penelitian

4. Analisi Data

4.1 Diagram Impedansi Urutan Positif, Negatif Dan Nol sebelum Mengalami gangguan

10

0.03

1

2 3

4 5

6

7

8 911

0.03G1 G2

G3

Gambar 19 Diagram Segaris sistem Tenaga Listrik


95

Rangkaian Urutan positif

G1G2

+ +

+

-

-

0,2

0,05 0,05 0,05

0,05

0,05

0,10

0,10

0,10

0,40

0,40 0,40

0,40

0,2

0,2

G3

Gambar 20. Diagram segaris rangkaian urutan positif

Rangkaian Urutan Negatif

+

-

0,2

0,05 0,05 0,05

0,05

0,05

0,10

0,10

0,10

0,40

0,40 0,40

0,40

0,2

0,2

Gambar 21. Diagram segaris rangkaian urutan negativ

Rangkaian Urutan Nol

0,05

0,05 0,05 0,05

0,05

0,05

0.30,30

0,30

0,30

0,09

0,09 0,09

0,090

0,05

0,05

3x0,03

3x0,033x0,03

Gambar 22. Diagram segaris rangkaian urutan nol


y11=1/0.2+1/0.05; y12=1/0.05;y22=1/0.05+1/0.10+1/0.40;y23=1/0.10; y211=1/0.40;y33=1/0.10+1/0.05; y34=1/0.05;y44=1/0.05+1/0.10; y45=1/0.10;y55=1/0.10+1/0.05; y56=1/0.05;y66=1/0.05+1/0.05+1/0.10;y67=1/0.05; y68=1/0.10;y77=1/0.2+1/0.05+1/0.05;y88=1/0.101/0.051/0.40;0.40;y89=1/0.05; y810=1/0.40; y811=1/0.40;y99=1/0.2+1/0.05+1/0.05;y1010=1/0.40+1/0.40; y1011=1/0.40;y11_11=1/0.40+1/0.40+1/0.40;y13=0; y14=0; y15=0; y16=0; y17=0; y18=0; y19=0; y1_10=0; y1_11=0;y24=0; y45=0; y26=0; y27=0; y28=0; y29=0; y2_10=0; y2_11=0;y35=0; y36=0; y37=0; y38=0; y39=0; y3_10=0; y3_11=0;y46=0; y47=0; y48=0; y49=0; y4_10=0; y4_11=0;y57=0; y58=0; y59=0; y5_10=0; y5_11=0;y69=0; y6_10=0; y6_11=0;y78=0; y79=0; y7_10=0; y7_11=0;y9_10=0; y9_11=0;y21=y12; y31=y13; y41=y14; y51=y15; y61=y16; y71=y17; y81=y18; y91=y19;y10_1=y1_10; y11_1=y1_11; y32=y23; y42=y24; y52=y25; y62=y26; y72=y27;y82=y28; y92=y29; y10_2=y2_10; y11_2=y2_11; y43=y34; y53=y35; y63=y36;y73=y37; y83=y38; y93=y39; y10_3=y3_10; y11_3=y3_11; y54=y45; y64=y46;y74=y47; y84=y48; y94=y49; y10_4=y4_10 y11_4=y4_11; y65=y56; y75=y57; y85=y58;y95=y59; y10_5=y5_10; y11_5=y5_11; y76=y67; y86=y68; y96=y69; y10_6=y6_10y11_6=y6_11; y87=y78; y97=y79; y10_7=y7_10; y11_7=y7_11; y98=y89; y10_8=y8_10;y11_8=y8_11; y10_9=y9_10; y11_9=y9_11; y11_10=y10_11;

Dari Diagram Impedansi diatas dapat dihitung Matriks Admitansi Bus sebagai berikut:

11_1110_119_118_117_116_111154_113_112_111_11

11_1010_109_108_107_106_101054_103_102_101_10

11_910_9999897969594939291

11_810_8898887868584838281

11_710_7797877767574737271

11_610_6696867666564636261

11_510_5595857565554535251

11_410_4494847464544434241

11_310_3393837363534333231

11_210_2292827262524232221

11_110_1191817161514131211

yyyyyyyyyyy

yyyyyyyyyyy

yyyyyyyyyyy

yyyyyyyyyyy

yyyyyyyyyyy

yyyyyyyyyyy

yyyyyyyyyyy

yyyyyyyyyyy

yyyyyyyyyyy

yyyyyyyyyyy

yyyyyyyyyyy

y


97

5.75.205.2000005.20

5.2505.20000000

0025200000000

5.25.2203501000000

0000252000000

000102050200000

00000203010000

00000010302000

00000002030100

5.20000000105.3220

0000000002025

2,1BusY

33,3311,11011,110000011,110

11,1122,22011,110000000

0014,27200000000

11,1111,112055,45033.300000

000014.7000000

00033,3033,43200000

000002033,2333,3000

00000033,333,332000

00000002033,2333,30

11,11000000033,344,340

000000000014,7

0busY

Dengan soft-ware Matlab (Lampiran-1) dapat diperoleh matriks impedansi ( ZBus) urutanpositif, negative dan nol sebagai berikut:

2504.01714.00739.00924.00561.00701.00730.00788.00817.00874.00700.0

1714.03389.00852.01064.00597.00747.00737.00718.00708.00689.00551.0

0739.00852.01171.00964.00507.00633.00595.00518.00480.00403.00322.0

0924.01064.00964.01205.00633.00792.00744.00648.00600.00503.00403.0

0561.00597.00507.00633.01131.00914.00837.00683.00606.00452.00362.0

0701.00747.00633.00792.00914.01143.01046.00854.00758.00566.00452.0

0730.00737.00595.00744.00837.01046.01407.01128.00989.00710.00568.0

0788.00718.00518.00648.00683.00854.01128.01676.01450.00998.00799.0

0817.00708.00480.00600.00606.00758.00898.01450.01681.01143.00914.0

0874.00689.00403.00503.00452.00566.00710.00998.01143.01431.01145.0

0700.00551.00322.00403.00362.00452.00568.00799.00914.01145.01316.0

)2(),1( jZBus


4.2 Analisis Gangguan Satu saluranterbuka ( One-Conductor Open Faults )

Jika terjadi gangguan terputus antara bus 8dengan bus 11, dari persamaan (23) akandiperoleh:

1)1()1()1(

21)2(

')1(' 2 ZZZZ

ZZZ

nmmmnnpppp

Impedansi Urutan positif dan Negatif(X1=X2=0,4):

pujj

jjjj

j

ZZZZ

Z

ZZ

Z

ZZ

mnth

pppp

7480.02139.0

16.0

40,0)0924,0(22504,01205,0

)4,0(

22

1)1(118

)1(1111

)1(88

21

1)1(,

21

)2('

)1('

Untuk impedansi urutan nol :

pujj

jjjj

j

ZZZZ

Z

ZZ

ZZ

mnthpp

1961,00413.0

0081.0

09,0)0531,0(20788,00761,0

)09.0(

22

0)0(118

)0(1111

)0(88

20

0)0(,

20)0(

'

pada kondisi sebelum terjadigangguan, tegangan pada masing-masing bussaluran TL8-11 dianalisa dengan run Matlabdengan hasil sebagai berikut :bus 8 = 1.034 25.98 = 0.929-j0.453 pubus 11 = 1.018 17.05 = 0.973+j0.298 pu

Maka arus yang mengalir pada bus 8 ke bus11 (Imn) sebelum terjadi gangguan adalah:

pu

j

jj

X

VVI

X

VVI

nm

nmnm

1095.0871.1

40,0

)298.0973.0()452.0929,0(118

118118

Besar arus urutan positif adalah

)0('

)2('

)1('

)1(')1(

pppppp

ppmna

ZZZ

ZII

puj

jj

jjj

jj

4363.6

1961.07480.0

1961.0*7480.0)7480.0(

7480.0)1095.0871.1(

0788.00660.00392.00531.0000.00087.00101.00180.00193.00273.00

0660.01103.00476.00646.0000.00100.00109.00165.00174.00230.00

0392.00476.00782.00561.0000.00083.00087.00110.00144.00137.00

0531.00646.00561.00761.0000.00113.00118.00150.00155.00168.00

000.0000.0000.0000.01400.0000.0000.0000.0000.0000.00

0087.00100.00083.00113.0000.00422.00395.00235.00208.00048.00

0101.00109.00087.00118.0000.00395.00837.00484.00426.00074.00

0180.00165.00110.00150.0000.00253.00484.01980.01730.00225.00

0193.00174.00114.00155.0000.00208.00426.01730.01947.00251.00

0273.00230.00137.00186.0000.00048.00074.00225.00251.00403.00

000.0000.0000.0000.0000.0000.00000.0000.0000.00014.0

)0( jZ bus


99

Besar arus urutan negatif adalah

)2('

)0('

)0(')1()2(

pppp

ppaa ZZ

ZII

puj

jj

jj

3368.1

7480,01961,0

1961,04363.6

Besar arus urutan nol adalah

puj

jjIII aaa

0955.5

)3368.1(4363.6)2()1()0(

Besar drop tegangan urutan adalah :

puj

jj

jjj

ZZ

xZZI

VVV

pppp

ppppa

aaa

999.0

7480.01961.0

7480.0*1961.0436.6

)2('

)0('

)2('

)0(')1(

)0()2()1(

pujVVV aaa 999.0)0()2()1(

Besar komponen simetri tegangan pada bus

11 :

puj

jj

jj

VZ

ZZV a

3946.0

)999.0(40,0

2504,00924,0

)1(

1

)1(1111

)1(811)1(

11

puj

jj

jj

VZ

ZZVV a

2853.0

)999.0(09,0

0788,00531,0

)0(

1

)0(1111

)0(811)0(

11)0(

11

maka;

pu

jjj

VVVV

5039.0

2853.03946.03946.0

)2(6

)1(6

)0(611

Sehingga tegangan pada bus 11 yang

mengalami gangguan hubungan terbuka

adalah :

1111'

11 VVV j1.0754+(0.973+j0.298)

= 0.973-j 0.7765 pu

= 973.0

7765.07765.0973.0 22 tg

=1.245 -38.5 0

4.3 Pembahasan

Dari Hasil analisis gangguan terbukapada line antara bus 8 dan 11 menunjukkanbahwa arus gangguan mecapai 6.4363 pu,artinya bahwa ketika terjadi gangguan terbukapada bus 11, arus gangguan mencapai 6,43kali lebih besar dari arus nominal, sedangkantegangan pada bus yang mengalami gangguanterbuka dari hasil perhitungan sebesar 1.24pu. Kondisi ini akan berdampak terhadapperalatan sistem tenaga listrik yang akanmengalami kerusakan.

5. KesimpulanDari hasil analisis dapat disimpulkan

:1. Metode analisis menggunakan rangkaian

urutan dan memodelkan dalam matrikimpedansi bus dapat membantumemecahkan persolaan gangguan satufasa terbuka pada sistem 3 generator 11bus yang dianalisis.

2. Gangguan terbuka dalam bentuk umumdisebabkan oleh keadaan tidak seimbangatau tidak simetri impedansi seri saluran.Gangguan hubung terbuka terjadi padasistem dapat disebabkan oleh pemutus


daya yang tidak membuka ketiga fasanyasecara keseluruhan, misal hanya satu ataudua fasa saja yang terbuka sedangkan fasayang lainnya tetap tertutup.

3. Dari Hasil analisis penelitian ini, nilaiarus gangguan pada saat line antara bus 8dan 11 terbuka pada menunjukkan bahwaarus gangguan mecapai 6.4363 pu, artinyabahwa ketika terjadi gangguan terbukapada bus 11, arus gangguan mencapai6,43 kali lebih besar dari arus nominal,sedangkan tegangan pada bus yangmengalami gangguan terbuka dari hasilperhitungan sebesar 1.24 pu, kondisisistem jika arus nominal dinyatakan dala1.0 pu maka besaran arus gangguantersebut dapat merusak peralatan.

Daftar Pustaka

Djiteng Marsudi., Operasi Sistem TenagaListrik, Graha Ilmu, Yogyakarta, 2006

Ir. Sulasno., Analisis Sistem TenagaListrik, Penerbit Undip Semarang,2001

J R Lucas ,EE 423., Power SystemAnalysis: Faults, October 2005

Jhon J.G, Williem D Stevenson, Jr., PowerSystem Analysis, Mc Graw-Hill,1999

Moh. E El Hawary., ElectricalPowerSystem, IEEE Press, 1983

Roger C. Dugan , Robert F. Arritt., ScreeningRequests For Distributed GenerationInterconnections, 20th InternationalConference on Electricity Distribution, CI R E D, 2009

Simon Jorums Mabeta., Open ConductorFaults and Dynamic Analysis of aPower System, master of Science inElectric Power Engineering Departmentof Electric Power EngineeringNorwegian University of Science andTechnology, 2012

Williem D. Stevenson, Jr., Analisis SistemTenaga Listrik, Edisi Ke empat,Penerbit Erlangga, 1990

Analisis Gangguan Satu Konduktor Terbuka (One-Conductor Open Fault ) Pada Sistem Tenaga Listrik...

Documents

Transcript of Analisis Gangguan Satu Konduktor Terbuka (One-Conductor Open Fault ) Pada Sistem Tenaga Listrik...