Chapter III V

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


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.


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


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.


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.


Gambar 3.6 Tampilan utama program ETAP Power Station 4.0

Gambar 3.7 One-line diagram dalam ETAP Power Station 4.0


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


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.


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 :


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


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


Gambar 3.13 (kiri) Info Page Motor – (kanan) Name Plate Page Motor

7. Data Static Load dan Lump Load


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 :


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.


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


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


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


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.


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 :


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


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.


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.


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:


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 :


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 :


Sehingga nilai per unit (rating base) tersebut dikonversikan ke base daya yang telah


Dimana maka :

Sub Transient

Reaktansi sub transient per unit berdasarkan base rating motor sesuai dengan




Dimana maka :

Untuk hasil perhitungan impedansi motor induksi lainnya dapat dilihat dalam


Lump Load

DB – ICERING ( 300 kVA, 40% Motor Load, X’=50%, X”=20%, X/R = 2,38 )

Transient


Reaktansi transient per unit berdasarkan base rating motor sesuai dengan




Dimana maka :

Sub Transient

Reaktansi sub transient per unit berdasarkan base rating motor sesuai dengan




Dimana maka :

Untuk hasil perhitungan impedansi beban lainnya dapat dilihat dalam


Generator


Gen 1 ( 2 MVA, X’=23%, X”=12%, X/R=48 )

Transient

Reaktansi transient per unit berdasarkan base rating generator sesuai dengan




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


Dimana maka :

Untuk hasil perhitungan impedansi generator lainnya dapat dilihat dalam lampiran B

pada tabel b.5.


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


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


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


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


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


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


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


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


Cable 16

Trafo 6C

able 3

Bus 12

BusLV-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


Cable 18

Trafo 8C

able 7

Bus 15

BusLV-SS3-B


Cable 19

Trafo 9C

able 8

Bus 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

F2

F3

Gambar 4.3 Diagram Impedansi Sub Transient


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”


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



Trafo 6 0.753130018 5.347223128 Cable16 0.0796 0.0980

TOTAL FEEDER 3 27.9280 58.5181 0.03580637 0.01708872


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


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


TOTAL FEEDER 9 19.4473 54.1874 0.051421122 0.018454478


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


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


F1

Gambar 4.4 Diagram Impedansi Sederhana dengan Titik Gangguan di F1


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 :


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


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.


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


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


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


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


PARALEL di BUS LV-SS4-A 222.4724 527.6588 TOTAL FEEDER 5 223.3887 533.2043 0.004476502 0.001875454



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 :


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.


Power Grid

Generator + Trafo + Cable

Total9 Feeder

Total Impedansi CHILLER LV-B

F2

Cable 5 + Trafo 12 + Cable 22

BusCHILLER LV-B


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


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 :






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


F3

Paralel Generator

Bus 1

Paralel Trafo


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.


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:





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


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.


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 :


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 :


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.


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


1. Arus Hubung Singkat Simetris Momentary

2. Arus Hubung Singkat Asimetris Momentary

3. Arus Hubung Singkat Simetris Interrupting

b. Di titik gangguan F2



c. Di titik gangguan F3



Untuk menguji kelayakan rating pengaman yang terpasang, maka besar

kontribusi arus hubung singkat setiap feeder hasil perhitungan manual dan ETAP 4.0


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%.


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 - -


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


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


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


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


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


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


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.


Documents

Chapter III V