View
161
Download
0
Category
Preview:
DESCRIPTION
xff
Citation preview
BAB III
ANALISA HUBUNG SINGKAT DAN MOTOR STARTING DENGAN
MENGGUNAKAN ETAP POWER STATION 4.0
3.1 Umum
ETAP Power Station 4.0 (Electrical Transient Analyzer Program) merupakan
suatu program yang menampilkan secara GUI (Graphical User Interface) tentang
analisis sistem tenaga. Program ETAP Power Station 4.0 dibuat oleh perusahaan
Operation Technology, Inc (OTI) dari tahun 1995. ETAP Power Station versi 4.0
merupakan salah satu produk OTI yang dikeluarkan pada tahun 2000. Tujuan
program ETAP Power Station 4.0 dibuat adalah untuk memperoleh perhitungan dan
analisis sistem tenaga pada sistem yang besar dengan jumlah bus yang unlimited
dengan menggunakan komputer. Salah satunya adalah untuk perhitungan arus
hubung singkat dan motor starting. Sistem kelistrikan Sun Plaza Medan merupakan
sistem yang cukup besar, oleh karena itu program ETAP Power Station 4.0 dapat
digunakan untuk perhitungan arus hubung singkat dan motor starting Sun Plaza
Medan.
3.2 Metode Analisa Hubung Singkat dan Motor Starting dengan ETAP Power
Station 4.0
3.2.1 Metode Analisa Hubung Singkat
Gambar 3.1 merupakan flowchart analisa hubung singkat, sehingga dapat
dijelaskan metode analisa hubung singkat pada sistem kelistrikan Sun Plaza Medan
dengan menggunakan program ETAP Power Station 4.0 adalah sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.1 Flowchart analisa hubung singkat menggunakan ETAP 4.0
1. Membuat one-line diagram sistem yang akan dibahas, dalam tugas akhir ini
adalah sistem kelistrikan Sun Plaza Medan.
2. Data generator, transformator, kabel, motor induksi, dan bus dapat dimasukan
ke dalam program setelah one-line diagram dibuat.
3. Menentukan bus yang mengalami gangguan (Fault).
Mulai
Buat One-Line Diagram
Masukan Data: Power Grid (MVASC)
Generator(KV, MW, MVAR) Transformator(KV, MVA, Z, X/R) Induction Motor (KW,KV,PF,X/R)
Cable (panjang, R, X, Y) Bus(KV, %V)
Tentukan Bus Fault
Run Program
Output Report
Selesai
Tentukan Standart Perhitungan Hubung Singkat :
ANSI atau IEC
Tidak
Error
Ya
Universitas Sumatera Utara
4. Tentukan standard perhitungan hubung singkat, dalam tugas akhir ini adalah
standard ANSI/IEEE.
5. Jalankan program ETAP Power Station 4.0 dengan memilih icon short circuit
analysis pada toolbar. Program tidak jalan (error) apabila terdapat kesalahan
dalam one line diagram atau data yang kurang, sehingga data harus diperiksa
dan dimasukan kembali.
6. Short circuit analysis report dapat diperoleh setelah program dapat
dijalankan. Untuk memperoleh hasil perhitungan hubung singkat, pilih icon
short circuit report manager yang terdapat di toolbar sebelah kanan program.
3.2.2 Metode Analisa Motor Starting
Gambar 3.2 merupakan flowchart analisa motor starting sehingga dapat
dijelaskan metode analisa motor starting pada sistem kelistrikan Sun Plaza Medan
dengan menggunakan program ETAP Power Station 4.0 adalah sebagai berikut :
1. Membuat one-line diagram sistem yang akan dibahas, dalam tulisan ini
adalah sistem kelistrikan Sun Plaza Medan.
2. Data generator, transformator, kabel, motor induksi, dan bus dapat dimasukan
ke dalam program setelah one-line diagram dibuat.
3. Tentukan simulation time step, plot time step dan total simulation time.
4. Jalankan program ETAP Power Station 4.0 dengan memilih icon motor
starting analysis pada toolbar kemudian memilih icon run dynamic motor
starting. Program tidak jalan (error) apabila terdapat kesalahan dalam one
line diagram atau data yang kurang, sehingga data harus diperiksa dan
dimasukan kembali.
Universitas Sumatera Utara
5. Motor starting analysis report dan plot dapat diperoleh setelah program dapat
dijalankan. Untuk memperoleh hasil perhitungan hubung singkat, pilih icon
short circuit report manager dan motor starting plots yang terdapat di toolbar
sebelah kanan program.
Gambar 3.2 Flowchart analisa motor starting menggunakan ETAP 4.0
Mulai
Buat One-Line Diagram
Masukan Data: Power Grid (MVASC)
Generator(KV, MW, MVAR) Transformator(KV, MVA, Z, X/R) Induction Motor (KW,KV,PF,X/R)
Cable (panjang, R, X, Y) Bus(KV, %V)
Run Program
Output Report
Selesai
Tentukan simulation time step, plot time step dan total
simulation time
Tidak
Ya
Universitas Sumatera Utara
3.3 Prosedur Menggunakan ETAP Power Station 4.0
Membuat one-line diagram sistem pembangkitan seperti langkah-langkah di
bawah ini :
1. Jalankan program ETAP Power Station 4.0.
Program ETAP Power Station 4.0 dapat digunakan setelah diinstall kedalam
komputer, setelah itu program dapat digunakan dengan cara mengklik program
ETAP Power Station 4.0. Setelah program dijalankan maka akan tampak tampilan
seperti gambar 3.3 yang merupakan tampilan pertama program ETAP Power Station
4.0.
Gambar 3.3 Tampilan pertama ETAP Power Station 4.0
2. Membuat studi kasus yang baru
Untuk membuat studi kasus yang baru maka pada gambar 3.3 klik file → new
project akan muncul seperti gambar 3.4, setelah itu tulis name project, dan pilih unit
system dan required password sesuai dengan kebutuhan.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.4 Tampilan create new project file
Setelah pada gambar 3.4 diklik → ok maka akan tampil seperti gambar 3.5.
Gambar 3.5 Tampilan user information ETAP Power Station 4.0
Masukan user name → full name → description → password → ok sesuai dengan
kebutuhan maka akan tampil Gambar 3.6.
3. Membuat one-line diagram
Pada gambar 3.6 terdapat ruang untuk menggambar one-line diagram dengan
menggunakan template yang terdapat pada toolbar terletak di sebelah kanan. One-
line diagram yang telah dibuat seperti pada gambar 3.7 di bawah ini.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.6 Tampilan utama program ETAP Power Station 4.0
Gambar 3.7 One-line diagram dalam ETAP Power Station 4.0
Universitas Sumatera Utara
4. Input Data
Adapun data – data yang diperlukan untuk analisa Tugas Akhir ini baik untuk
perhitungan secara manual maupun dengan menggunakan software ETAP Power
Station 4.0 antara lain :
1. Data Utility
Meliputi daya hubung singkat yang memungkinkan dari sistem PLN (PSC
available).
Gambar 3.8 Rating Page Power Grid
2. Data Transformator
Data yang diperlukan untuk analisa meliputi :
1) Identifikasi yaitu identitas transformator
2) Rating kVA/MVA, max kVA/MVA
3) Rating kV primer serta kV sekunder
4) % Z dan X/R
5) Hubungan belitan
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.9a (kiri) Info Page Transformator – (kanan) Rating Page Transformator
Gambar 3.9b Tap Page Transformator
3. Data Bus
Data yang dibutuhkan untuk analisa meliputi :
1) ID Bus berupa nomor atau nama bus dari sistem.
2) Nominal kV adalah tegangan nominal pada bus.
3) %V dan sudut (angle) yaitu tegangan pengenal bus sebelum ada
gangguan.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.10 Bus Editor
4. Data Branch
Data branch (saluran) yang dimasukkan ke dalam branch editor meliputi data
transmision line, kabel, reaktor, dan impedansi. Data yang dibutuhkan dalam
analisa meliputi :
1) Nilai dan besaran, toleransi, temperature dari branch Z, R, X atau X/R
2) Panjang dan satuan dari kabel transmisi
3) Base kV dan base kVA/MVA saluran
Gambar 3.11 (kiri) Info Page Cable – (kanan) Impedance Page Cable
5. Data Synchronous Generator
Data Synchronous Generator (generator sinkron) yang dibutuhkan dalam
analisa meliputi :
Universitas Sumatera Utara
1) Identitas Generator (rated kW, kV, %PF, poles, dsb)
2) Reaktansi transient (Xd’), Reaktansi sub transient (Xd”) dan X/R ratio
3) Mode Operasi (Swing, Voltage Control atau Mvar Control)
a. %V dan sudut untuk mode Swing
b. %V, MW Loading, dan Mvar Limit (Qmax dan Qmin) untuk operasi
mode Voltage Control
c. Pembebanan MW dan Mvar untuk mode Mvar Control
Gambar 3.12 (kiri) Info Page Generator – (kanan) Rating Page Generator
6. Data Motor Induksi
Data yang diperlukan untuk analisa meliputi :
1) Rating kW/HP dan kV
2) Reaktansi transient (Xd’), Reaktansi sub transient (Xd”) dan X/R ratio
3) Power factor dan efisiensi pada pembebanan 100%, 75% dan 50 %
4) % loading yaitu persen pembebanan pada motor
5) Data kabel peralatan
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.13 (kiri) Info Page Motor – (kanan) Name Plate Page Motor
7. Data Static Load dan Lump Load
Data yang diperlukan untuk analisa meliputi :
1) Identifikasi beban yaitu identitas nama beban
2) Rating kVA/MVA dan kV
3) Power factor
4) Data kabel peralatan
Gambar 3.14 (kiri) Info Page Static Load – (kanan) Loading Page Static Load
5. Toolbar
Adapun toolbar short circuit analysis ada dua macam, yaitu standard ANSI
dan IEC. Dalam tugas akhir ini, standard yang dipakai adalah standard ANSI.
Berikut ini adalah toolbar untuk standard ANSI :
Universitas Sumatera Utara
Sedangkan untuk motor starting analysis, toolbar yang ada adalah sebagai
berikut :
Short circuit Display Options: untuk mengatur hasil short circuit yang ditampilkan sesuai dengan peralatan yang operasi.
Short circuit Report Manager: untuk menampilkan hasil short circuit
Halt Current Calculation: untuk menghentikan proses running short circuit
Get Online Data: untuk menyalin data online jika computer interkoneksi dengan menggunakan PSMS (online feature)
Get Archived Data: untuk menyalin data online jika computer terinterkoneksi.
3–Phase Fault Device Duty : untuk menganalisa gangguan 3 phasa sesuai dengan sistem.
3-Phase Faults - 30 Cycle Network : untuk menganalisa gangguan 3 phasa pada system dengan waktu 30 cycle.
LG, LL, LLG, & 3-Phase Faults - ½ Cycle: untuk menganalisa gangguan satu phasa ke tanah , antar phasa, dua phasa ke tanah dan 3 phasa selama ½ cycle
LG, LL, LLG, & 3-Phase Faults - 1.5 to 4 Cycle: untuk menganalisa gangguan satu phasa ke tanah , antar phasa, dua phasa ke tanah dan 3 phasa antara 1,5 sampai 4 cycle
LG, LL, LLG, & 3-Phase Faults - 30 Cycle: untuk menganalisa gangguan satu phasa ke tanah , antar phasa, dua phasa ke tanah dan 3 phasa selama 30 cycle
Save Fault kA for PowerPlot: untuk studi lebih lanjut dengan program powerplot yang berhubungan dengan koordinasi.
Dynamic Motor Acceleration : untuk simulasi starting motor secara dinamis
Static Motor Acceleration : untuk simulasi starting motor secara statis
Motor Acceleration Plots : untuk menghasilkan output grafik analisa
Motor Acceleration Display Options: untuk mengatur hasil analisa motor starting yang ditampilkan sesuai dengan peralatan yang operasi.
Universitas Sumatera Utara
6. Memberi gangguan pada bus
Untuk dapat melakukan analisa hubung singkat ini maka pada bus yang akan
dianalisa harus diberi gangguan dengan cara pada bus yang diinginkan ada gangguan
di klik kanan setelah itu pilih option fault, jika ingin mengembalikan seperti semula
pilih option don’t fault (lihat gambar 3.15).
Gambar 3.15 Page Gangguan pada Bus
7. Motor Starting Input
Parameter – parameter yang diperlukan antara lain :
1) Transisi Beban
ETAP memungkinkan input 15 kali peristiwa untuk mensimulasikan proses
transisi beban dari peristiwa 1 sampai ke peristiwa 15. Dan setiap peristiwa dapat
gangguan
normalisasi
Motor Acceleration Report Manager: untuk menampilkan hasil analisa
Halt Current Calculation: untuk menghentikan proses simulasi
Universitas Sumatera Utara
diinput semua kemungkinan proses transisi beban yang tidak terbatas baik untuk
beban yang distart secara tunggal (Action by Load) maupun sejumlah beban motor
yang dijalankan secara bersamaan (Action by Starting Category) secara berturut –
turut.
Masing – masing peristiwa dimulai pada waktu yang telah disetting (input)
dan harus terjadi secara berurutan (kronologis) artinya peristiwa keempat harus
terjadi setelah peristiwa ketiga. ETAP akan mengabaikan peristiwa yang terjadi di
luar urutan waktu peristiwa, sehingga kita harus menginput total waktu simulasi pada
halaman Info di task Motor Starting Study Case.
Jika suatu motor telah dijalankan di peristiwa sebelumnya, maka ETAP akan
mengabaikan jika ada perintah starting motor yang sama pada peristiwa berikutnya.
Begitu juga jika kita memberi perintah untuk mematikan (switch off) motor yang
sudah dimatikan sebelumnya maka ETAP juga akan mengabaikannya.
Gambar 3.16 Motor Starting Study Case Editor
Universitas Sumatera Utara
2) Iterasi maksimum
Adalah nilai iterasi maksimum bagi ETAP untuk menyelesaikan persamaan
studi aliran daya. Nilai ini menjadi batasan jika solusi studi aliran daya tidak bertemu
setelah tingkat iterasi yang sudah kita tentukan. Karena metode motor starting baik
secara dinamis maupun statis menggunakan persamaan Newton – Raphson maka ini
diselesaikan dalam 2 atau 3 tingkat iterasi. ETAP merekomendasikan untuk memilih
nilai minimumnya adalah 5 tingkat iterasi. Jika solusinya juga belum dapat
ditemukan, maka kita sebaiknya menambah angka ini.
3) Solution Precision
Persamaan studi aliran daya yang digunakan adalah dengan cara iterasi.
Solution Precision adalah nilai / tingkat ketelitian terhadap kesalahan yang diizinkan
dalam perhitungan. Ketika kesalahan perhitungan pada MW atau MVAR motor pada
setiap bus telah dibawah tingkat ketelitian yang diizinkan, maka ETAP akan
menghentikan perhitungan studi aliran daya dan melaporkan hasil perhitungan yang
telah diselesaikan. Sebaiknya tingkat ketelitian yang dipakai adalah 0,001, namun
jika perhitungan belum juga dapat diselesaikan maka nilai ini dapat ditingkatkan
menjadi 0,005 atau nilai diatasnya.
4) Simulation Time Step
Simulation Time Step adalah interval waktu simulasi dalam perhitungan
analisa motor starting. Nilai yang direkomendasikan untuk Simulation Time Step
adalah 0,001 detik.
5) Plot Time Step
Plot Time Step adalah interval waktu diagram yaitu nilai intensitas seberapa
sering ETAP harus mencatat hasil simulasi dalam sebuah diagram. Sebagai contoh
Universitas Sumatera Utara
jika ditentukan 20 step, maka ETAP akan mencatat setiap 20 kali interval waktu
simulasi (Simulation Time Step). Misalnya, jika interval waktu simulasi adalah 0,001
detik maka interval waktu dalam diagram akan menjadi setiap 0,02 detik. Semakin
kecil angka ini, maka akan memberikan hasil grafik yang lebih halus (teliti / akurat).
Jika kita menentukan interval waktu simulasi (Simulation Time Step) adalah 0,001
detik dan interval waktu diagram (Plot Time Step) adalah 10 dalam waktu total (Total
Simulation Time) 20 detik maka ETAP akan mencatat sebanyak 2000 titik.
6) Total Simulation Time
Total Simulation Time adalah jumlah / keseluruhan waktu yang kita inginkan
untuk menjalankan simulasi dalam satuan detik. Sebagai contoh :
T1 = 0,00 keadaan awal
T2 = 0,10 start motor M10 pada bus 10 dan menghidupkan beban statis
stat 2 pada bus 20
T3 = 0,60 matikan motor M10 pada bus 10 dan jalankan motor M1 pada
bus 6
Jika total waktu simulasi yang ditentukan adalah 2 detik, maka ETAP akan
menjalankan simulasi sesuai dengan perintah – perintah yang telah diberikan pada
waktu yang telah ditentukan. Dan simulasi akan terus berjalan hingga 2 detik,
kemudian hasil laporan dan grafiknya dapat diperoleh dalam report.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.17 Motor Starting Study Case Editor Info Page
8. Data Hasil Simulasi
Hasil dari short circuit dapat diketahui melalui Short circuit Report Manager
dimana data keluaran yang dapat diketahui meliputi :
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.18 (kiri atas) Complete Page – (kanan atas) Input Page (kiri bawah) Result Page – (kanan bawah) Summary Page SC Report Manager
ETAP juga memberikan grafik hasil simulasi motor. Grafik yang diberikan
adalah grafik arus, slip, tegangan terminal, kVA dan kVAR terhadap waktu.
Gambar 3.19 Motor Starting Plot Selection
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.20 Motor Starting Study Case Curve
3.4 Data Kelistrikan Sun Plaza Medan
Sistem kelistrikan Sun Plaza Medan dilayani oleh PLN pada jaringan 20 kV.
Selain suplay dari PLN, Sun Plaza juga memiliki suplay sendiri dari 6 unit generator
yang masing – masing berkapasitas 2 MVA. Outgoing dari generator pada tegangan
380 Volt dinaikkan oleh trafo step up (0.38/20 kV) dan di interkoneksi pada
tegangan 20 kV yaitu pada primary substation. Outgoing primary substation
melayani 4 buah substation yaitu LV – SS1, LV – SS2, LV – SS3, LV – SS4, dan
melayani sebuah substation chiller yaitu CHILLER LV di basement. Untuk lebih
memahaminya, dapat melihat one line diagram yang terdapat pada lampiran A.
Universitas Sumatera Utara
BAB IV
HASIL ANALISA HUBUNG SINGKAT DAN MOTOR STARTING
4.1 Hasil Analisa Hubung Singkat
4.1.1 Perhitungan secara Manual
Sistem kelistrikan Sun Plaza Medan, seperti yang terlihat dalam lampiran A,
one line diagram Sun Plaza Medan, memiliki peralatan – peralatan listrik yang
memberikan kontribusi terhadap besarnya arus hubung singkat yaitu terdiri dari
Power Grid (Sistem Jaringan PLN), motor induksi dan generator sinkron serta
peralatan lainnya seperti kabel dan transformator.
Sub bab ini menunjukkan perhitungan arus hubung singkat 3 phasa secara
manual dengan menggunakan langkah – langkah yang telah dijelaskan dalam sub bab
2.4.1.
4.1.1.1 Perhitungan Impedansi Peralatan
Dalam perhitungan impedansi peralatan yaitu resistansi dan reaktansi (baik
transient maupun sub transient) dalam tugas akhir ini adalah mempergunakan sistem
per unit. Perhitungan dilakukan dengan menggunakan base daya 100 MVA dan base
tegangan 20 kV dan 0,38 kV seperti yang terlihat dalam tabel 4.1.
Tabel 4.1 Base Perhitungan
kVA(base) kV(base) I(base) Z(base) 100.000 20 2.886,75 4 100.000 0.38 151.934,28
Berikut adalah perhitungan impedansi setiap perlatan untuk power grid,
transformator, kabel, motor induksi, lump load, dan generator.
Universitas Sumatera Utara
Power Grid ( PSC = 540 MVA, X/R = 3 )
Untuk mengkonversi besar kontribusi daya hubung singkat (PSC) yang
memungkinkan dari sistem jaringan atas (tegangan menengah) ke satuan per unit,
maka persamaan yang digunakan adalah dengan persamaan (2.6), sehingga :
X/R = 3 maka sehingga :
Dengan menggunakan persamaan (2.3), maka persen impedansinya adalah:
Transformator
Trafo 1 ( 4 MVA, %Z = 6,75 %, X/R = 11,4)
Impedansi per unit berdasarkan base rating trafo sesuai dengan persamaan
(2.3) adalah :
Sehingga nilai per unit (rating base) tersebut dikonversikan ke base yang telah
dipilih yaitu 100 MVA berdasarkan persamaan (2.5) adalah :
Sesuai dengan persamaan (2.4) maka persen impedansinya adalah:
Universitas Sumatera Utara
Dimana maka sehingga :
Dengan menggunakan persamaan (2.3), maka nilai resistansi dan reaktansi per unit
Trafo 1 adalah :
Untuk hasil perhitungan impedansi 12 unit Trafo lainnya, dapat dilihat dalam
lampiran B pada tabel b.1.
Cable
Cable 1 (3NOS 1Cx95 mm2)
Resistansi kabel = 0,23654 ohm/1000 m per konduktor berkas.
Maka resistansi kabel untuk panjang 250 m adalah :
Karena konduktor kabel terdiri dari 3 berkas maka resistansinya dibagi 3, sehingga :
Dengan menggunakan persamaan (2.2), maka resistansi kabel per unit adalah :
Universitas Sumatera Utara
Sesuai dengan persamaan (2.4) maka persen impedansinya adalah:
Reaktansi kabel = 0,14300 ohm/1000 m per konduktor berkas.
Maka reaktansi kabel untuk panjang 250 m adalah :
Karena konduktor kabel terdiri dari 3 berkas maka reaktansinya dibagi 3, sehingga :
Dengan menggunakan persamaan (2.2), maka reaktansi kabel per unit adalah :
Sesuai dengan persamaan (2.4) maka persen reaktansinya adalah:
Untuk hasil perhitungan impedansi kabel lainnya dapat dilihat lampiran B tabel b.2.
Motor Induksi
PCHWP-1 ( 45 kW, 54,03 kVA, X’=50%, X”=20%, X/R= 6,05 )
Transient
Reaktansi transient per unit berdasarkan base rating motor sesuai dengan
persamaan (2.3) adalah :
Universitas Sumatera Utara
Sehingga nilai per unit (rating base) tersebut dikonversikan ke base daya yang telah
dipilih yaitu 100 MVA berdasarkan persamaan (2.5) adalah :
Dimana maka :
Sub Transient
Reaktansi sub transient per unit berdasarkan base rating motor sesuai dengan
persamaan (2.3) adalah :
Sehingga nilai per unit (rating base) tersebut dikonversikan ke base daya yang telah
dipilih yaitu 100 MVA berdasarkan persamaan (2.5) adalah :
Dimana maka :
Untuk hasil perhitungan impedansi motor induksi lainnya dapat dilihat dalam
lampiran B pada tabel b.3.
Lump Load
DB – ICERING ( 300 kVA, 40% Motor Load, X’=50%, X”=20%, X/R = 2,38 )
Transient
Universitas Sumatera Utara
Reaktansi transient per unit berdasarkan base rating motor sesuai dengan
persamaan (2.3) adalah :
Sehingga nilai per unit (rating base) tersebut dikonversikan ke base daya yang telah
dipilih yaitu 100 MVA berdasarkan persamaan (2.5) adalah :
Dimana maka :
Sub Transient
Reaktansi sub transient per unit berdasarkan base rating motor sesuai dengan
persamaan (2.3) adalah :
Sehingga nilai per unit (rating base) tersebut dikonversikan ke base daya yang telah
dipilih yaitu 100 MVA berdasarkan persamaan (2.5) adalah :
Dimana maka :
Untuk hasil perhitungan impedansi beban lainnya dapat dilihat dalam
lampiran B pada tabel b.4.
Generator
Universitas Sumatera Utara
Gen 1 ( 2 MVA, X’=23%, X”=12%, X/R=48 )
Transient
Reaktansi transient per unit berdasarkan base rating generator sesuai dengan
persamaan (2.3) adalah :
Sehingga nilai per unit (rating base) tersebut dikonversikan ke base daya yang telah
dipilih yaitu 100 MVA berdasarkan persamaan (2.5) adalah :
Dimana maka :
Sub Transient
Reaktansi sub transient per unit berdasarkan base rating generator sesuai
dengan persamaan (2.3) adalah :
Sehingga nilai per unit (rating base) tersebut dikonversikan ke base yang telah
dipilih yaitu 100 MVA berdasarkan persamaan (2.5) adalah :
Dimana maka :
Untuk hasil perhitungan impedansi generator lainnya dapat dilihat dalam lampiran B
pada tabel b.5.
Universitas Sumatera Utara
4.1.1.2 Perhitungan Impedansi Total
Seperti yang telah dijelaskan dalam sub bab 2.4.1, untuk analisa short circuit
dengan metode per unit, maka hasil yang diperoleh adalah untuk menetukan
momentary rating dan interrupting rating dari alat proteksi. Pada perhitungan
momentary rating ini, semua nilai resistansi dan reaktansi sub transient dari seluruh
peralatan yang memberikan kontribusi arus hubung singkat diperhitungkan.
Sedangkan, pada perhitungan interrupting rating, yang diperhitungkan adalah nilai
resistansi dan reaktansi subtransient generator, serta reaktansi transient motor
induksi kapasitas besar ( >50 Hp = > 37,3 kW), sementara motor induksi kapasitas
kecil diabaikan. Impedansi total dihitung dengan menjumlahkan semua reaktansi dan
resistansi setiap peralatan baik yang terhubung secara seri maupun paralel.
Berikut adalah contoh perhitungan resistansi dan reaktansi sub transient pada
salah satu bus yaitu di bus DB-LVL2-SS1-A seperti yang terlihat dalam gambar 4.1.
MCC-AHU-L2.A3.20.38 kV
MCC-ESCALATOR-L2-2A0.38 kV
MCC-ESCALATOR-L2-1A
MCC-SEF-L2-A0.38 kV
MCC-AHU-L2.A2/A3.10.38 kV
MCC-AHU-L2.A10.38 kV
DB-LVL2-SS1-A0.38 kV
CB137
Cable104
CB138
Cable105
CB139
Cable106
CB140
Cable107
CB141
Cable108
LumpLoad-LVL2-SS1-A100 kVA
CB196
Cable171
0.38 kV
AHU-L2.A17.5 kW
Cmtr2
SEF-L2-A8 kW
ESCALATOR-L2-1A12.5 kW
ESCALATOR-L2-2A12.5 kW
AHU-L2.A3.211 kW
Gambar 4.1 Bus DB-LVL2-SS1-A
Universitas Sumatera Utara
Setelah perhitungan resistansi dan reaktansi sub transient semua peralatan,
maka resistansi dan reaktansi sub transient tersebut digambarkan dalam diagram
impedansi sub transient bus DB-LVL2-SS1-A pada gambar 4.2.
BusDB-LVL2-SS1-A
Cable 105
Cable 171
CMTR 2 AHU-L2.A3.2
Cable 104
AHU-L2.A1C
able 106SEF-L2-A
Cable 107
ESCALATOR-L2-1A
Cable 108
ESCALATOR-L2-2A
LumpLoad-LVL2-SS1-A
Gambar 4.2 Diagram Impedansi sub transient Bus DB-LVL2-SS1-A
Seluruh impedansi peralatan tersebut dijumlahkan secara seri dan paralel, dan
perhitungannya terdapat dalam tabel 4.2.
Tabel 4.2 Perhitungan Impedansi pada DB-LVL2-SS1-A
Nama Peralatan R X” 1/R 1/X” Cable104 150.4571 6.3615
AHU-L2.A1 1108.90 2738.84
Cable104 + AHU-L2.A1 1259.3549 2745.2005 0.000794057 0.000364272
Cable105 36.0540 5.3684
CMTR 2 406.2276347 1127.887909
Cable105 + CMTR 2 442.2817 1133.2563 0.002261003 0.000882413
Cable171 150.4571 6.3615
AHU-L2.A3.2 641.08 1917.56
Cable171 + AHU-L2.A3.2 791.5330 1923.9265 0.001263371 0.00051977
Cable106 150.4571 6.3615
SEF-L2-A 1011.04 2579.05
Cable106 + SEF-L2-A 1161.5019 2585.4111 0.000860954 0.000386786
Cable107 150.4571 6.3615
ESCALATOR-L2-1A 533.85 1702.23
Cable107 + ESCALATOR-L2-1A 684.3076 1708.5945 0.001461331 0.000585276
Universitas Sumatera Utara
Cable108 150.4571 6.3615
ESCALATOR-L2-2A 533.85 1702.23
Cable108 + ESCALATOR-L2-2A 684.3076 1708.5945 0.001461331 0.000585276
LumpLoad-LVL2-SS1-A 1169.33 2783 0.000855192 0.000359324
TOTAL
0.00895724 0.003683118
R + jX 111.6415341 271.5090645
Dari tabel perhitungan di atas, diperoleh bahwa impedansi sub transient
untuk bus DB-LVL2-SS1-A adalah 111,6 + j 271,5 pu. Perhitungan ini juga
dilakukan untuk semua bus yang ada di dalam one line diagram Sun Plaza Medan.
Setelah semua impedansi pada setiap bus dijumlahkan, maka one line diagram
impedansi secara keseluruhan sistem dapat disederhanakan menjadi sebuah diagram
impedansi sub transient seperti yang terlihat dalam gambar 4.3.
Adapun nilai resistansi dan reaktansi sub transient setiap impedansi yang
terdapat dalam gambar 4.3 dapat dilihat dalam tabel 4.3.
Tabel 4.3 Nilai Resistansi dan Reaktansi Sub Transient setiap Impedansi
Nama Peralatan R X” FEEDER 1
Cable 1 0.0049 0.0030 TOTAL LV-SS1-A 24.08554776 56.41271295
Cable14 0.1593 0.1960 Trafo 4 0.753130018 5.347223128
FEEDER 2 Cable 2 0.0049 0.0030
TOTAL LV-SS1-B 59.33639507 141.1561042 Cable15 0.1593 0.1960 Trafo 5 0.753130018 5.347223128
FEEDER 3 Cable 3 0.0002 0.0001
TOTAL LV-SS2-A 27.0950248 53.07279959 Trafo 6 0.753130018 5.347223128 Cable16 0.0796 0.0980
FEEDER 4
Universitas Sumatera Utara
Cable4 0.0002 0.0001 TOTAL LV-SS2-B 149.9482343 270.1311921
Cable17 0.0796 0.0980 Trafo 7 0.753130018 5.347223128
FEEDER 5 Cable5 0.0020 0.0012
TOTAL CHILLER-B 1.063827346 10.8548146 Cable22 0.1593 0.1960 Trafo 12 0.187250888 2.134660123
FEEDER 6 Cable6 0.0020 0.0012
TOTAL CHILLER-A 0.883155512 7.850739454 Cable23 0.1593 0.1960 Trafo 13 0.470706261 3.342014455
FEEDER 7 Cable7 0.0002 0.0001
TOTAL LV-SS3-A 18.66809026 41.52290928 Cable18 0.1593 0.1960 Trafo 8 0.753130018 5.347223128
FEEDER 8 Cable8 0.0002 0.0001
TOTAL LV-SS3-B 55.39091532 133.8055257 Cable19 0.1593 0.1960 Trafo 9 0.753130018 5.347223128
FEEDER 9 Cable9 0.0039 0.0024
TOTAL LV-SS4-A 18.53090923 48.64180112 Cable20 0.1593 0.1960 Trafo 10 0.753130018 5.347223128
FEEDER 10 Cable10 0.0039 0.0024
TOTAL LV-SS4-B 84.89003077 201.3007849 Cable21 0.1593 0.1960 Trafo 11 0.753130018 5.347223128
GENERATOR Gen1 0.125 6 Gen2 0.125 6 Gen3 0.125 6 Gen4 0.125 6 Gen5 0.125 6 Gen6 0.125 6
TRAFO (bus 1) Trafo 1 0.147460074 1.681044847 Cable13 0.0002 0.0001
Universitas Sumatera Utara
Trafo 2 0.147460074 1.681044847 Cable12 0.0002 0.0001 Trafo 3 0.147460074 1.681044847 Cable11 0.0002 0.0001
POWER GRID 0.0585607 0.175682
Universitas Sumatera Utara
Bus 6
BusLV-SS1-A
Total Impedansi LV-SS1-A
Cable 14
Trafo 4C
able 1
Bus 8
BusLV-SS1-B
Total Impedansi LV-SS1-B
Cable 15
Trafo 5C
able 2
Bus 10
BusLV-SS2-A
Total Impedansi LV-SS2-A
Cable 16
Trafo 6C
able 3
Bus 12
BusLV-SS2-B
Total Impedansi LV-SS2-B
Cable 17
Trafo 7C
able 4
Bus 24
BusCHILLER LV-
B
Total Impedansi CHILLER LV-B
Cable 22
Trafo 12C
able 5
Bus 25
BusCHILLER LV-
A
Total Impedansi CHILLER LV-A
Cable 23
Trafo 13C
able 6
Bus 14
BusLV-SS3-A
Total Impedansi LV-SS3-A
Cable 18
Trafo 8C
able 7
Bus 15
BusLV-SS3-B
Total Impedansi LV-SS3-B
Cable 19
Trafo 9C
able 8
Bus 16
BusLV-SS4-A
Total Impedansi LV-SS4-A
Cable 20
Trafo 10C
able 9
Bus 17
BusLV-SS4-B
Total Impedansi LV-SS4-B
Cable 21
Trafo 11C
able 10
Trafo 1
Trafo 2
Trafo 3
Power Grid
G1 G2 G3 G4 G5 G6
Cable 13
Cable 12
Cable 11
Primary Sub StationBus
Bus 1
F1
F2
F3
Gambar 4.3 Diagram Impedansi Sub Transient
Universitas Sumatera Utara
4.1.1.3 Analisa Hubung Singkat secara Manual
Dalam tugas akhir ini, analisa hubung singkat yang dilakukan adalah pada
Bus Primary Sub Station (F1), Bus Chiller LV-B (F2) dan Bus 1 (F3).
Bus Primary Sub Station
Jika short circuit terjadi pada bus Primary Sub Station (20kV), maka rating
pengaman yang ditentukan ada dua, yaitu momentary rating dan interrupting rating.
1. Momentary Rating Bus Primary Sub Station
Untuk menentukan momentary rating, maka impedansi yang dipakai adalah
diagram impedansi sub transient (Gambar 4.3). Diagram impedansi tersebut terdiri
dari 10 feeder yaitu, LV-SS1-A, LV-SS1-B, LV-SS2-A, LV-SS2-B, LV-SS3-A, LV-
SS3-B, LV-SS4-A, LV-SS4-B, CHILLER LV-A dan CHILLER LV-B. Kesepuluh
feeder tersebut terhubung secara paralel, maka perhitungan impedansi paralelnya
dapat dilihat dalam tabel 4.4.
Tabel 4.4 Perhitungan Paralel Impedansi Sub Transient 10 Feeder (Gangguan di F1)
PARALEL 10 FEEDER Nama Peralatan R X” 1/R 1/X”
Cable 1 0.0049 0.0030 TOTAL LV-SS1-A 24.08554776 56.41271295
Cable14 0.1593 0.1960 Trafo 4 0.753130018 5.347223128
TOTAL FEEDER 1 25.0029 61.9589 0.039995384 0.016139732
Cable 2 0.0049 0.0030 TOTAL LV-SS1-B 59.33639507 141.1561042
Cable15 0.1593 0.1960 Trafo 5 0.753130018 5.347223128
TOTAL FEEDER 2 60.2537 146.7023 0.016596482 0.006816526
Cable 3 0.0002 0.0001 TOTAL LV-SS2-A 27.0950248 53.07279959
Universitas Sumatera Utara
Trafo 6 0.753130018 5.347223128 Cable16 0.0796 0.0980
TOTAL FEEDER 3 27.9280 58.5181 0.03580637 0.01708872
Cable4 0.0002 0.0001 TOTAL LV-SS2-B 149.9482343 270.1311921
Cable17 0.0796 0.0980 Trafo 7 0.753130018 5.347223128
TOTAL FEEDER 4 150.7812 275.5765 0.006632126 0.003628756
Cable5 0.0020 0.0012 TOTAL CHILLER-B 1.063827346 10.8548146
Cable22 0.1593 0.1960 Trafo 12 0.187250888 2.134660123
TOTAL FEEDER 5 1.4123 13.1866 0.708050246 0.075834273
Cable6 0.0020 0.0012 TOTAL CHILLER-A 0.883155512 7.850739454
Cable23 0.1593 0.1960 Trafo 13 0.470706261 3.342014455
TOTAL FEEDER 6 1.5151 11.3899 0.660016914 0.08779686
Cable7 0.0002 0.0001 TOTAL LV-SS3-A 18.66809026 41.52290928
Cable18 0.1593 0.1960 Trafo 8 0.753130018 5.347223128
TOTAL FEEDER 7 19.5807 47.0662 0.051070705 0.021246654
Cable8 0.0002 0.0001 TOTAL LV-SS3-B 55.39091532 133.8055257
Cable19 0.1593 0.1960 Trafo 9 0.753130018 5.347223128
TOTAL FEEDER 8 56.3035 139.3489 0.017760878 0.007176234
Cable9 0.0039 0.0024 TOTAL LV-SS4-A 18.53090923 48.64180112
Cable20 0.1593 0.1960 Trafo 10 0.753130018 5.347223128
Universitas Sumatera Utara
TOTAL FEEDER 9 19.4473 54.1874 0.051421122 0.018454478
Cable10 0.0039 0.0024 TOTAL LV-SS4-B 84.89003077 201.3007849
Cable21 0.1593 0.1960 Trafo 11 0.753130018 5.347223128
TOTAL FEEDER 10 85.8064 206.8464 0.011654145 0.004834506
TOTAL
1.599004371 0.259016739
R + jX 0.62538916 3.860754345
Dengan hasil perhitungan pada tabel 4.4, maka besar impedansi total untuk
paralel 10 feeder tersebut adalah 0,6254 + j 3,860 pu. Demikian juga untuk
perhitungan impedansi pada 6 buah generator yang diparalel dan 3 buah trafo yang di
paralel di bus 1 dapat dilihat dalam tabel 4.5.
Tabel 4.5 Perhitungan Impedansi Sub Transient pada Generator (Gangguan di F1)
PARALEL GENERATOR Nama Peralatan R X” 1/R 1/X”
Gen1 0.125 6 8 0.166666667 Gen2 0.125 6 8 0.166666667 Gen3 0.125 6 8 0.166666667 Gen4 0.125 6 8 0.166666667 Gen5 0.125 6 8 0.166666667 Gen6 0.125 6 8 0.166666667
TOTAL
48 1
R + jX 0.020833333 1
PARALEL TRAFO (bus 1)
Nama Peralatan R X” 1/R 1/X” Trafo 1 0.147460074 1.681044847
Cable13 0.0002 0.0001
0.1477 1.6812 6.77244376 0.594825961
Trafo 2 0.147460074 1.681044847
Cable12 0.0002 0.0001
0.1477 1.6812 6.77244376 0.594825961
Universitas Sumatera Utara
Trafo 3 0.147460074 1.681044847
Cable11 0.0002 0.0001
0.1477 1.6812 6.77244376 0.594825961
TOTAL
20.31733128 1.784477883
R + jX 0.049219063 0.560388004
TOTAL SERI GENERATOR + TRAFO
Nama Peralatan R X” GENERATOR 0.020833333 1
TRAFO+CABLE 0.049219063 0.560388004
R+jX 0.070052396 1.560388004
Selanjutnya hasil perhitungan impedansi paralel generator dijumlahkan
dengan hasil impedansi paralel trafo secara seri sehingga hasilnya dapat dilihat dalam
tabel 4.5 adalah sebesar 0.07 + 1.560 pu. Dengan demikian, seluruh impedansi sub
transient pada gambar 4.3 tersebut dapat disederhanakan seperti pada gambar 4.4 di
bawah ini.
Power Grid
Generator + Trafo + Cable
Total10 Feeder
Primary Sub StationBus
F1
Gambar 4.4 Diagram Impedansi Sederhana dengan Titik Gangguan di F1
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.6 Perhitungan Impedansi Total Sub Transient (Gangguan di F1)
TOTAL IMPEDANSI Nama Peralatan R X” Z 1/Z
POWER GRID 0.0585607 0.175682 0.185185099 5.400002528 GEN+TRAFO 0.070052396 1.560388004 1.561959687 0.640221389
FEEDER 0.62538916 3.860754345 3.911078587 0.255683944
6.295907861
Z TOTAL
0.158833328
Sehingga total impedansinya diperoleh dengan memparalelkan ketiga
impedansi tersebut dan hasil perhitungannya dapat dilihat dalam tabel 4.6 yaitu
0,158833328 pu. Arus hubung singkat simetris momentary rating dapat dihitung
berdasarkan persamaan (2.7) yaitu :
Dengan faktor pengali (Multiplier Factor) berdasarkan persamaan (2.9), maka besar
arus hubung singkat asimetris momentary rating adalah :
Dimana X/R dari perhitungan impedansi total adalah :
Universitas Sumatera Utara
2. Interrupting Rating Bus Primary Sub Station
Sedangkan untuk menentukan interrupting rating pengaman yang ada pada
bus primary sub station, reaktansi yang dipakai adalah reaktansi transient. Diagram
impedansi transient nya dapat dilihat dalam gambar 4.5.
Untuk menghitung impedansi totalnya, terlebih dahulu menghitung
impedansi yang paralel pada bus Chiller LV-B, Chiller LV-A dan LV-SS4-A seperti
yang dapat dilihat dalam tabel 4.7 berikut.
Tabel 4.7 Perhitungan Paralel Impedansi Transient (Gangguan di F1)
PARALEL di BUS CHILLER LV-B Nama Peralatan R X’ 1/R 1/X’
Cable 72 1.0619 1.3066 CHILLER 3 2.9011 66.6042
TOTAL 3.9630 67.9108 0.2523 0.0147
Cable 73 1.0619 1.3066 CHILLER 4 2.9011 66.6042
TOTAL 3.9630 67.9108 0.2523 0.0147
Cable 77 7.9536 4.0062 Cable 181 75.0346 4.9342
EFP 43.0569 399.7976 TOTAL 126.0451 408.7380 0.0079 0.0024
TOTAL
0.5126 0.0319
(R + jX) 1.9508 31.3510
PARALEL di BUS CHILLER LV-A Nama Peralatan R X’ 1/R 1/X’
Cable69 0.4551 0.5600 MCC-CHILLER 7.1720 42.9033
Universitas Sumatera Utara
TOTAL 7.6271 43.4633 0.1311 0.0230
Cable70 1.0619 1.3066 CHILLER-1 2.9011 66.6042
TOTAL 3.9630 67.9108 0.2523 0.0147
Cable71 1.0619 1.3066 CHILLER-2 2.9011 66.6042
TOTAL 3.9630 67.9108 0.2523 0.0147
TOTAL
0.6358 0.0525
(R + jX) 1.5729 19.0628
PARALEL di BUS LV-SS4-A Nama Peralatan R X’ 1/R 1/X’
Cable65 2.0464 1.9737 LumpLoad-LVL4-SS4-D 300.1200 714.2857
TOTAL 302.1664 716.2594 0.0033 0.0014
Cable66 3.1856 3.9197 SOGO LG 840.3361 2000.0000
TOTAL 843.5217 2003.9197 0.0012 0.0005
TOTAL
0.0045 0.0019 (R + jX) 222.4724 527.6588
Dari perhitungan tersebut, diperoleh bahwa impedansi paralel di bus Chiller
LV-B, Chiller LV-A dan LV-SS4-A adalah 1,9508 + j 31,35 pu ; 1,57 + j 19,06 pu
dan 222,47 + j 527,66 pu.
Universitas Sumatera Utara
Bus 8
BusLV-SS1-B
Cinema
Cable 15
Trafo 5C
able 2
Bus 24
BusCHILLER LV-B
Cable 22
Trafo 12C
able 5
Bus 25
BusCHILLER LV-A
Cable 23
Trafo 13C
able 6
Bus 14
BusLV-SS3-A
Ice Ring
Cable 18
Trafo 8C
able 7Bus 16
BusLV-SS4-A
Cable 20
Trafo 10C
able 9
Bus 17
BusLV-SS4-B
Cable 21
Trafo 11C
able 10
Trafo 1
Trafo 2
Trafo 3
Power Grid
G1 G2 G3 G4 G5 G6
Cable 13
Cable 12
Cable 11
Primary Sub StationBus
Bus 1
F1
Cable 35
Cable 47
BusDB-LVL4-SS1-A
BusDB-ICERING
Cable 72
Cable 73
Cable 77
Chiller 3 Chiller 4
EFP + Cable 181
Cable 70
Cable 71
Chiller 1 Chiller 2
Cable 69
TOTALMCC-CHILLER
Cable 65
Cable 66
Lump Load-LVL4-SS4-D SOGO LG SOGO Lt. 3
Cable 68
Gambar 4.5 Diagram Impedansi Transient
Universitas Sumatera Utara
Dari gambar 4.5, diagram impedansi transient tersebut terdiri dari 6 feeder
yang terhubung secara paralel, maka perhitungan impedansi paralelnya dapat dilihat
dalam tabel 4.8.
Tabel 4.8 Perhitungan Paralel Impedansi Transient 6 Feeder (Gangguan di F1)
PARALEL 6 FEEDER Nama Peralatan R X’ 1/R 1/X’
Cable 2 0.0049 0.0030 Cable15 0.1593 0.1960 Trafo 5 0.753130018 5.347223128
Cable 35 0.3021 0.2383 Cinema 700.28 1666.67
TOTAL FEEDER 1 701.4995 1672.4511 0.001425518 0.000597925
Cable5 0.0020 0.0012 Cable22 0.1593 0.1960 Trafo 12 0.187250888 2.134660123
PARALEL di BUS CHILLER LV-B 1.9508 31.3510 TOTAL FEEDER 2 2.2993 33.6828 0.434907333 0.029688754
Cable6 0.0020 0.0012 Cable23 0.1593 0.1960 Trafo 13 0.470706261 3.342014455
PARALEL di BUS CHILLER LV-A 1.5729 19.0628 TOTAL FEEDER 3 2.2048 22.6019 0.45354871 0.044243985
Cable7 0.0002 0.0001 Cable18 0.1593 0.1960 Trafo 8 0.753130018 5.347223128 Cable47 1.2846 1.9512 Ice Ring 175.07 416.67
TOTAL FEEDER 4 177.2673 424.1612 0.0056412 0.002357594
Cable9 0.0039 0.0024 Cable20 0.1593 0.1960 Trafo 10 0.753130018 5.347223128
PARALEL di BUS LV-SS4-A 222.4724 527.6588 TOTAL FEEDER 5 223.3887 533.2043 0.004476502 0.001875454
Cable10 0.0039 0.0024 Cable21 0.1593 0.1960 Trafo 11 0.753130018 5.347223128
Universitas Sumatera Utara
Cable68 0.8564 1.3008 SOGO Lt 3 210.08 500
TOTAL FEEDER 6 211.8568 506.8464 0.004720169 0.001972984
TOTAL 6 FEEDER
0.904719431 0.080736696
R + jX 1.105315046 12.38594152
Sehingga diperoleh total impedansinya dalam perhitungan tabel 4.9 adalah
0,163381579 pu.
Tabel 4.9 Perhitungan Total Impedansi Transient (Gangguan di F1)
TOTAL IMPEDANSI TRANSIENT Nama Peralatan R X’ Z 1/Z
POWER GRID 0.0585607 0.175682 0.185185099 5.400002528 GEN+TRAFO 0.070052396 1.560388004 1.561959687 0.640221389
TOTAL 6 FEEDER 1.105315046 12.38594152 12.43516259 0.080417123
6.12064104
Z TOTAL
0.163381579
Arus hubung singkat simetris interrupting rating dapat dihitung berdasarkan
persamaan (2.7) yaitu :
Universitas Sumatera Utara
Bus Chiller LV-B
Jika short circuit terjadi pada bus Chiller LV-B (380 V), maka untuk
menentukan momentary rating setiap pengaman yang ada, impedansi yang dipakai
adalah diagram impedansi sub transient yang terdapat pada gambar 4.3. Dengan
gangguan hubung singkat yang terdapat pada titik F2, maka diagram impedansi sub
transient tersebut dapat di sederhanakan seperti pada gambar 4.6 berikut.
Primary Sub StationBus
Power Grid
Generator + Trafo + Cable
Total9 Feeder
Total Impedansi CHILLER LV-B
F2
Cable 5 + Trafo 12 + Cable 22
BusCHILLER LV-B
Gambar 4.6 Diagram Impedansi Sederhana dengan Titik Gangguan di F2
Selanjutnya impedansi total 9 feeder, power grid dan generator dijumlahkan
secara paralel, perhitungannya terdapat dalam tabel 4.10.
Tabel 4.10 Perhitungan Impedansi Paralel (Gangguan di F2)
PARALEL (9 FEEDER + POWER GRID + GENERATOR) FEEDER R X” 1/R 1/X”
1 25.00288548 61.95889863 0.039995384 0.016139732 2 60.25373278 146.7022899 0.016596482 0.006816526 3 27.92799182 58.51813358 0.03580637 0.01708872 4 150.7812013 275.5765261 0.006632126 0.003628756 6 1.515112687 11.38992896 0.660016914 0.08779686 7 19.58069717 47.06623496 0.051070705 0.021246654 8 56.30352223 139.3488514 0.017760878 0.007176234 9 19.4472613 54.18739096 0.051421122 0.018454478
10 85.80638284 206.8463747 0.011654145 0.004834506
Universitas Sumatera Utara
POWER GRID 0.0585607 0.175682 17.07629861 5.692102777
GEN 0.070052396 1.560388004 14.27502924 0.640866244
TOTAL
32.24228197 6.516151487 R + jX 0.031015174 0.153464818
Setelah impedansi – impedansi tersebut diparalelkan, kemudian hasilnya
dijumlahkan dengan impedansi kabel 5, kabel 22 dan trafo 12 secara seri,
perhitungannya terdapat dalam tabel 4.11.
Tabel 4.11 Perhitungan Impedansi Seri (Gangguan di F2)
SERI Nama Peralatan R X”
Cable5 0.0020 0.0012
PARALEL (9 Feeder + PG + Gen) 0.031015174 0.153464818 Cable22 0.1593 0.1960 Trafo 12 0.187250888 2.134660123
TOTAL (R+jX) 0.3795 2.4853
Untuk memperoleh impedansi total, maka impedansi seri tersebut tadi
dijumlahkan dengan impedansi total Chiller B secara paralel seperti pada tabel 4.12.
Tabel 4.12 Perhitungan Impedansi Total (Gangguan di F2)
PARALEL Nama Peralatan R X” 1/R 1/X”
SERI 0.379516976 2.485299989 2.634928245 0.402365913 TOTAL CHILLER-B 1.063827346 10.8548146 0.940002157 0.092125019
TOTAL
3.574930403 0.494490932
R + jX 0.279725725 2.022281775
Z 2.0415362
Sehingga diperoleh total impedansinya adalah 2,0415362 pu. Arus hubung singkat
simetris momentary rating dapat dihitung berdasarkan persamaan (2.7) yaitu :
Universitas Sumatera Utara
Dengan faktor pengali (Multiplier Factor) berdasarkan persamaan (2.9), maka besar
arus hubung singkat asimetris momentary rating adalah :
Dimana X/R dari perhitungan impedansi total adalah :
Universitas Sumatera Utara
Bus 1
Jika short circuit terjadi pada bus 1 (380 V), maka untuk menentukan
momentary rating setiap pengaman yang ada, impedansi yang dipakai adalah
diagram impedansi sub transient yang terdapat pada gambar 4.3. Dengan gangguan
hubung singkat yang terdapat pada titik F3, maka diagram impedansi sub transient
tersebut dapat di sederhanakan seperti pada gambar 4.7 berikut.
Power Grid
Total10 Feeder
Primary Sub StationBus
F3
Paralel Generator
Bus 1
Paralel Trafo
Gambar 4.7 Diagram Impedansi Sederhana dengan Titik Gangguan di F3
Selanjutnya impedansi total 10 feeder dan power grid dijumlahkan secara
paralel, perhitungannya terdapat dalam tabel 4.13.
Tabel 4.13 Perhitungan Impedansi Paralel (Gangguan di F3)
PARALEL (10 FEEDER + POWER GRID) Nama Peralatan R X” 1/R 1/X”
POWER GRID 0.0585607 0.175682 17.07629861 5.692102777 PARALEL 10 FEEDER 0.62538916 3.860754345 1.599004371 0.259016739
TOTAL
18.67530298 5.951119515
(R + jX) 0.053546655 0.16803561
Hasil impedansi paralel ini selanjutnya dijumlahkan secara seri dengan
impedansi paralel trafo, perhitungannya dapat dilihat dalam tabel 4.14.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.14 Perhitungan Impedansi Seri (Gangguan di F3)
SERI Nama Peralatan R X”
PARALEL (10 FEEDER + POWER GRID) 0.053546655 0.16803561 PARALEL TRAFO 0.049219063 0.560388004
(R + jX) 0.102765717 0.728423615
Untuk memperoleh impedansi total, maka impedansi seri tersebut,
dijumlahkan dengan impedansi generator secara paralel seperti pada tabel 4.15.
Tabel 4.15 Perhitungan Impedansi Total (Gangguan di F3)
PARALEL Nama Peralatan R X” 1/R 1/X”
SERI 0.102765717 0.728423615 9.730871602 1.372827541 GEN 0.020833333 1 48 1
TOTAL
57.7308716 2.372827541
(R + jX) 0.017321755 0.421438129
Z 0.421793954
Sehingga diperoleh total impedansinya adalah 0,421793954 pu. Arus hubung singkat
simetris momentary rating dapat dihitung berdasarkan persamaan (2.7) yaitu:
Dengan faktor pengali (Multiplier Factor) berdasarkan persamaan (2.9), maka besar
arus hubung singkat asimetris momentary rating adalah :
Universitas Sumatera Utara
Dimana X/R dari perhitungan impedansi total adalah :
4.1.2 Perhitungan oleh ETAP Power Station 4.0
4.1.2.1 Perhitungan Impedansi Peralatan
Hasil perhitungan impedansi peralatan dapat dilihat dalam report ETAP
Power Station 4.0 yang terdapat dalam lampiran C tugas akhir ini.
4.1.2.2 Analisa Hubung Singkat oleh ETAP Power Station 4.0
Tabel 4.16 berikut adalah hasil perhitungan dengan ETAP Power Station 4.0.
Tabel 4.16 Hasil Perhitungan ETAP Power Station 4.0
Fault Momentary Rating (kA) Interrupting Rating (kA)
Arus SC Simetris Arus SC ASimetris Arus SC Simetris Arus SC ASimetris F1 18,079 22,647 17,601 - F2 73,666 99,896 - - F3 357,645 570,535 - -
4.2 Hasil Analisa Motor Starting
Seperti yang telah dijelaskan dalam sub bab 2.3, bahwa untuk menghasilkan
torsi start yang cukup, motor induksi membutuhkan arus starting yang cukup besar
Universitas Sumatera Utara
yang mencapai 5 hingga 7 kali arus nominal. Berikut adalah perhitungan arus start
pada motor pompa PCHWP (45 kW = 60,346 HP, Motor Design F, PF=0,9)
Besar arus start motor dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan 2.10
dan 2.11.
Sedangkan besar daya nominal dan arus nominal motor adalah :
Maka besar perbandingan besar arus start motor terhadap besar arus nominal motor
adalah :
Sedangkan perhitungan oleh ETAP adalah 5,6 kali seperti yang terdapat dalam
lampiran D, grafik motor starting current.
Universitas Sumatera Utara
Walaupun arus start yang besar tersebut hanya berlangsung dalam waktu
yang cukup singkat, namun hal tersebut juga menyebabkan jatuh tegangan sesaat.
Analisa motor starting yang dilakukan adalah dengan melakukan simulasi
untuk menjalankan motor Chiller 1 dan Chiller 2 secara bergantian. Pada keadaan
operasi normal, untuk memenuhi kebutuhan pendinginan untuk seluruh AHU (Air
Handling Unit) yang ada disetiap lantai dan ruangan, setiap harinya Sun Plaza
Medan mengoperasikan 2 unit Chiller dari 4 unit Chiller yang ada.
Untuk menjalankan sebuah chiller, maka ada beberapa pompa yang harus
dijalankan terlebih dahulu antara lain yaitu : PCHWP (Primer Chiller Heat Water
Pump) 45 kW, SCHWP (Secondary Chiller Heat Water Pump) 75 kW dan CWP
(Cooling Water Pump) 90 kW.
Tabel 4.17 berikut adalah urutan proses simulasi motor starting untuk
menjalankan Chiller 1 dan Chiller 2. Total Simulation Time untuk simulasi tersebut
adalah selama 20 detik.
Tabel 4.17 Motor Starting Event Chiller 1 dan Chiller 2
No Waktu (s) Motor Starting Event 1 1 Start PCHWP 1 2 2 Start SCHWP 1 3 3 Start CWP 1 4 5 Chiller 1 On 5 11 Start PCHWP 2 6 12 Start SCHWP 2 7 13 Start CWP 2 8 15 Chiller 2 On
Regulasi tegangan yang terjadi pada saat start Chiller 1 dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan (2.16) yaitu :
Universitas Sumatera Utara
Dimana :
= impedansi motor
Xs = reaktansi total antara motor sampai pada titik dimana tegangan dapat
diasumsikan konstan
Dengan mengunakan persamaan (2.15), maka nilai impedansi Chiller 1
adalah :
Dimana , sehingga :
Dimana base rating motor adalah :
Maka persen impedansi motor berdasarkan base daya yang terpilih adalah :
Sedangkan reaktansi total antara motor sampai pada titik dimana tegangan dapat
diasumsikan konstan, yaitu pada titik suplay dari Power Grid PLN, maka %Xs
adalah penjumlahan dari reaktansi Power Grid, kabel 6, trafo 13, kabel 23, dan
kabel 70 maka :
Sehingga :
Universitas Sumatera Utara
Sedangkan regulasi tegangan hasil analisa ETAP Power Station 4.0 pada saat start
Chiller 1 yaitu pada detik ke 5 adalah sebesar 78,95%.
Tabel 4.18 berikut adalah urutan proses simulasi motor starting untuk
menjalankan Chiller 3 dan Chiller 4. Total Simulation Time untuk simulasi tersebut
adalah selama 20 detik.
Tabel 4.18 Motor Starting Event Chiller 3 dan Chiller 4
No Waktu (s) Motor Starting Event 1 1 Start PCHWP 3 2 2 Start SCHWP 3 3 3 Start CWP 3 4 5 Chiller 3 On 5 11 Start PCHWP 4 6 12 Start SCHWP 4 7 13 Start CWP 4 8 15 Chiller 4 On
Proses motor starting untuk menjalankan Chiller 1 dan Chiller 2 dengan
menjalankan Chiller 3 dan Chiller 4, pada dasarnya urutan starting setiap motor
adalah sama yaitu terlebih dahulu menjalankan motor PCHWP, SCHWP dan CWP
kemudian Chiller. Namun hal yang membedakannya adalah pengaruh drop tegangan
yang diakibatkan oleh masing – masing motor yang dijalankan.
Motor – motor PCHWP (1 sd 4), SCHWP (1 sd 4) dan CWP (1 sd 4) adalah
motor yang berada pada bus yang sama (CHILLER LV-A) yang dilayani oleh Trafo
13 (2000 kVA) yang mana trafo yang sama ini jugalah yang melayani Chiller 1 dan
Chiller 2. Sementara Chiller 3 dan Chiller 4 dilayani oleh trafo yang lain yaitu Trafo
12 (3150 kVA) pada bus CHILLER LV-B.
Universitas Sumatera Utara
Hal inilah yang mengakibatkan drop tegangan yang lebih besar baik pada
terminal motor maupun tegangan bus pada saat menjalankan Chiller 1 dan Chiller 2
dibandingkan saat menjalankan Chiller 3 dan Chiller 4.
Drop tegangan pada saat menjalankan Chiller 1 pada detik ke 5 adalah turun
hingga mencapai 78,95% dari tegangan nominalnya, sedangkan untuk start Chiller 3
adalah 83,93%. Dan drop tegangan pada saat menjalankan Chiller 2 pada detik ke 14
adalah turun hingga mencapai 76,56% dari tegangan nominalnya, sedangkan untuk
start Chiller 4 adalah 82,86%.
Begitu juga halnya dengan motor – motor pompa PCHWP 1, SCHWP 1 dan
CWP 1, mengalami drop tegangan yang lebih besar (masing – masing 82%, 81%,
80,6%) pada detik ke 5 saat Chiller 1 dijalankan dibandingkan terhadap motor –
motor PCHWP 3, SCHWP 3, dan CWP 3, juga pada detik ke 5 saat Chiller 3
dijalankan (masing – masing 91,5%, 91%, 90%). Demikian juga dengan Chiller 2
dan Chiller 4 yang dijalankan pada detik ke 15.
Regulasi tegangan dan grafik pada saat starting motor dapat dilihat dalam
report ETAP Power Station 4.0 yang terdapat dalam lampiran.
4.3 Perbandingan Hasil Analisa
Untuk analisa hubung singkat, perbandingan hasil analisa yang dilakukan
secara manual dan dengan menggunakan ETAP Power Station 4.0 dapat dilihat
dalam tabel 4.19.
Dengan demikian perbedaan hasil perhitungan secara manual maupun oleh
ETAP Power Station 4.0 adalah sebagai berikut :
a. Di titik gangguan F1
Universitas Sumatera Utara
1. Arus Hubung Singkat Simetris Momentary
2. Arus Hubung Singkat Asimetris Momentary
3. Arus Hubung Singkat Simetris Interrupting
b. Di titik gangguan F2
1. Arus Hubung Singkat Simetris Momentary
2. Arus Hubung Singkat Asimetris Momentary
c. Di titik gangguan F3
1. Arus Hubung Singkat Simetris Momentary
2. Arus Hubung Singkat Asimetris Momentary
Untuk menguji kelayakan rating pengaman yang terpasang, maka besar
kontribusi arus hubung singkat setiap feeder hasil perhitungan manual dan ETAP 4.0
Universitas Sumatera Utara
dibandingkan terhadap breaking capacity pengaman yang terpasang di bus primary
sub station, chiller LV-B dan bus paralel generator. Perbandingan ini dapat dilihat
dalam tabel 4.20, tabel 4.21, dan tabel 4.22.
Untuk analisa motor starting Chiller 1, drop tegangan yang terjadi
berdasarkan hasil analisa yang dilakukan secara manual adalah 81,55%, sedangkan
dengan menggunakan ETAP Power Station 4.0 adalah 78,95%.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.19 Perbandingan Hasil Analisa Hubung Singkat Perhitungan Manual terhadap Perhitungan oleh ETAP Power Station 4.0
Fault
Perhitungan Manual Perhitungan ETAP Power Station 4.0 Momentary Rating (kA) Interrupting Rating (kA) Momentary Rating (kA) Interrupting Rating (kA)
Arus SC Simetris Arus SC ASimetris Arus SC Simetris Arus SC ASimetris Arus SC Simetris
Arus SC ASimetris
Arus SC Simetris
Arus SC ASimetris
F1 18,174 22,530 17,668 - 18,079 22,647 17,601 - F2 74,421 100,840 - - 73,666 99,896 - - F3 360,209 574,533 - - 357,645 570,535 - -
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.20 Pebandingan Besar Kontribusi Arus Hubung Singkat Hasil Perhitungan Manual dan ETAP 4.0 terhadap Breaking Capacity Pengaman yang Terpasang di Bus Primary Sub Station
Dari Feeder CB Inominal
Breaking Capacity
Terpasang
Besar Kontribusi Arus Hubung Singkat
Keterangan Hasil Perhitungan Manual Hasil Perhitungan ETAP 4.0
A kA kA POWER GRID CB 47 630 A 16 kA 15588.457 15.588 15.588 Terpasang > Hasil Perhitungan
LV-SS1-B CB 11 400 A 16 kA 1.592 0.002 0.002 Terpasang > Hasil Perhitungan CHILLER LV-B CB 14 630 A 16 kA 85.505 0.086 0.085 Terpasang > Hasil Perhitungan CHILLER LV-A CB 15 630 A 16 kA 127.118 0.127 0.127 Terpasang > Hasil Perhitungan
LV-SS3-A CB 16 400 A 16 kA 6.279 0.006 0.007 Terpasang > Hasil Perhitungan LV-SS4-A CB 18 400 A 16 kA 4.993 0.005 0.005 Terpasang > Hasil Perhitungan LV-SS4-B CB 19 400 A 16 kA 5.255 0.005 0.006 Terpasang > Hasil Perhitungan
FEEDER TRAFO 1 CB 162 630 A 16 kA 616.053 0.616 0.616 Terpasang > Hasil Perhitungan FEEDER TRAFO 2 CB 175 630 A 16 kA 616.053 0.616 0.616 Terpasang > Hasil Perhitungan FEEDER TRAFO 3 CB 176 630 A 16 kA 616.053 0.616 0.616 Terpasang > Hasil Perhitungan
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.21 Pebandingan Besar Kontribusi Arus Hubung Singkat Hasil Perhitungan Manual dan ETAP 4.0 terhadap Breaking Capacity Pengaman yang Terpasang di Bus 1 Paralel Generator
Dari Feeder CB Inominal Breaking Capacity Terpasang
Besar Kontribusi Arus Hubung Singkat
Keterangan Hasil Perhitungan Manual Hasil
Perhitungan ETAP 4.0
A kA kA FEEDER TRAFO 1 CB 7 6300 A 100 kA 68844.772 68.845 68.797 Terpasang > Hasil Perhitungan FEEDER TRAFO 2 CB 8 6300 A 100 kA 68844.772 68.845 68.797 Terpasang > Hasil Perhitungan FEEDER TRAFO 3 CB 9 6300 A 100 kA 68844.772 68.845 68.797 Terpasang > Hasil Perhitungan
GEN 1 CB 1 3200 A 65 kA 25316.886 25.317 25.317 Terpasang > Hasil Perhitungan GEN 2 CB 2 3200 A 65 kA 25316.886 25.317 25.317 Terpasang > Hasil Perhitungan GEN 3 CB 3 3200 A 65 kA 25316.886 25.317 25.317 Terpasang > Hasil Perhitungan GEN 4 CB 4 3200 A 65 kA 25316.886 25.317 25.317 Terpasang > Hasil Perhitungan GEN 5 CB 5 3200 A 65 kA 25316.886 25.317 25.317 Terpasang > Hasil Perhitungan GEN 6 CB 6 3200 A 65 kA 25316.886 25.317 25.317 Terpasang > Hasil Perhitungan
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.22 Pebandingan Besar Kontribusi Arus Hubung Singkat Hasil Perhitungan Manual dan ETAP 4.0 terhadap Breaking Capacity Pengaman yang Terpasang di Bus Chiller LV-B
Dari Feeder CB Inominal Breaking Capacity
Terpasang
Besar Kontribusi Arus Hubung Singkat
Keterangan Hasil Perhitungan Manual Hasil
Perhitungan ETAP 4.0
A kA kA Feeder Trafo 12 CB 34 5000 A 100 kA 60432.630 60.433 60.347 Terpasang > Hasil Perhitungan
CHILLER-3 CB 99 1600 A 55 kA 5419.167 5.419 5.419 Terpasang > Hasil Perhitungan CHILLER-4 CB 100 1600 A 55 kA 5419.167 5.419 5.419 Terpasang > Hasil Perhitungan
MCC-CHLV-PUMP1 CB 101 250 A 15 kA 767.933 0.768 0.759 Terpasang > Hasil Perhitungan MCC-CHLV-PUMP2 CB 103 100 A 15 kA 480.327 0.480 0.475 Terpasang > Hasil Perhitungan
MCC-CHLV-FP CB 104 400 A 15 kA 785.902 0.786 0.785 Terpasang > Hasil Perhitungan MCC-CHLV-SUMPIT-PARKING CB 105 40 A 15 kA 118.099 0.118 0.116 Terpasang > Hasil Perhitungan
MCC-CHLV-SUMPIT-BASEMENT CB 106 63 A 15 kA 85.589 0.086 0.085 Terpasang > Hasil Perhitungan CMTR 14 CB 111 80 A 15 kA 253.243 0.253 0.248 Terpasang > Hasil Perhitungan CMTR 3 CB 114 100 A 15 kA 221.739 0.222 0.221 Terpasang > Hasil Perhitungan
Universitas Sumatera Utara
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari analisa yang telah dilakukan, maka ada beberapa hal yang dapat
disimpulkan, yaitu :
1. Analisa hubung singkat yang dilakukan dengan ETAP Power Station 4.0 jika
dibandingkan dengan analisa yang dilakukan secara manual menurut
perhitungan teoritis, maka rata – rata perbedaan hasil perhitungan keduanya
adalah cukup kecil yaitu sekitar 0,7 %.
2. Dengan rata – rata persen error yang cukup kecil tersebut, maka ETAP
Power Station 4.0 dapat dijadikan sebagai refrensi ataupun acuan dalam
menghitung besar arus short circuit dalam suatu sistem kelistrikan menurut
metode per unit dengan standard ANSI/IEEE.
3. Dari hasil analisa motor starting, diperoleh bahwa untuk proses starting
motor chiller 648 kW, terjadi voltage dip sesaat hingga rata – rata mencapai
80% dari tegangan nominal motor, 380V.
4. Dari analisa hubung singkat, diperoleh bahwa breaking capacity pengaman
yang terpasang di bus primary sub station, chiller LV-B dan bus paralel
generator sudah lebih besar dari pada arus hubung singkat prospektive hasil
perhitungan manual dan ETAP.
5. Analisa perhitungan dengan menggunakan program ETAP Power Station 4.0
dapat dilakukan dengan lebih mudah, cepat dan akurat dibandingkan dengan
Universitas Sumatera Utara
perhitungan manual yang rumit, sehingga ETAP 4.0 dapat disimulasikan
untuk sistem yang lebih besar.
5.2 Saran
Setelah mengerjakan tugas akhir ini, penulis menyarankan beberapa hal terkait
analisa yang telah dilakukan :
1. Pihak pengelola Sun Plaza Medan dapat menjadikan ETAP Power Station 4.0
sebagai salah satu refrensi ataupun acuan dalam menentukan rating kapasitas
alat proteksi yang seharusnya terpasang dalam sistem kelistrikan yang ada di
Sun Plaza Medan.
2. Karena memang setiap peralatan atau beban yang terpasang selalu berubah –
ubah, maka sebaiknya perlu mengupdate data peralatan – peralatan atau
beban – beban listrik yang ada di Sun Plaza Medan secara rinci untuk
memperoleh hasil perhitungan yang lebih real dan akurat.
3. Dalam Tugas Akhir ini masih mengabaikan faktor – faktor yang
mempengaruhi besarnya jatuh tegangan akibat proses motor starting seperti
penggunaan kapasitor bank dan Load Tap Changing (LTC) Transformator,
sehingga analisa motor starting yang dilakukan menghasilkan persentase
drop tegangan yang cukup besar. Diharapkan ke depannya Tugas Akhir ini
dapat dikembangkan dengan memperhatikan beberapa faktor tersebut.
Universitas Sumatera Utara
Recommended