Hubungan singkat dapat terjadi pada suatu sistem tenaga listrik. Perhitungan arus hubungan singkat (short circuit) mesti dilakukan untuk :

1. Menentukan besarnya arus hubungan singkat yang dapat timbul pada suatu jaringan sehingga kita dapat menetukan rating ketahanan peralatan yang akan dipasang/terpasang pada sistim tersebut (short circuit withstand ratings)

2. Mengidentifikasi potensi masalah dan kelemahan pada suatu sistem sehingga membantu dalam perencanaan sebua sistim.

3. Menentukan basis proteksi untuk pengaturan koordinasi poroteksi pada sistim tenaga listrik tersebut.

Pada awal perencanaan, perhitungan arus hubungan singkat (short circuit calculation) dilakukan setelah disain awal sebuah sistim tersebut selesai dengan beberapa dokumen yang telah tersedia, sbb :

Single Line Diagram (Diagram Satu Garis) dari sistim tersebut Peralatan listrik utama yang akan dipasang (Transformator, Generator dll) Jadwal pembebanan Ukuran penghantar (ukuran kabel)

Setelah seluruh data dan dokumen telah lengkap, perhitungan arus hubungan singkat dapat dilakukan dengan metode sesuai standar IEC 60909-0(2001-2002) "Short-circuit currents in three-phase a.c. systems - Part 0: Calculation of currents", dengan menggunakan metoda impedansi. Pada perhitungan dengan metode ini, tahapan-tahapan utama untuk melakukan perhitungannya adalah sbb :

Tahap 1: Membangun model sistem dan mengumpulkan parameter peralatan yang relevan Tahap 2: Hitung impedansi hubungan singkat untuk semua peralatan yang relevan Tahap 3: Lihat semua impedansi dengan tegangan referensi Tahap 4: Tentukan rangkaian ekivalen Thevenin pada lokasi gangguan Tahap 5: Hitung arus hubunganan singkat tiga-fase seimbang Tahap 6: Hitung arus hubunganan singkat antara satu phasa ke bumi (earth fault).

Contoh Perhitungan dan Analisa Short CircuitPOSTED BY DIREKTORI LISTRIK POSTED ON 10.26 WITH NO COMMENTSSetelah panjang lebar kita membahas cara menganalisa dan menghitung short circuit current (arus hubungan singkat ) pada sebuah lokasi disuatu jaringan tegangan listrik, sebagai penutup pembahasan analisa short circuit curent (arus hubungan singkat) tersebut, pada postingan ini akan diberikan contoh penerapannya.

Pada gambar disamping terdapat sebuah jaringan radial sederhana  yang terdiri dari : 1 buah generator (G1), 3 buah motor (M1, M2 dan M3), 1 buah transformator (TX1), tahanan kabel (C1, C2 dan C3) dan 2 buah bus dengan tegangan 11 kV dan 415 V.

Data yang dikumpulkan dari peralatan - peralatan yang terpasang di jaringan tersebut adalah sbb :

-  Menghitung besarnya Impedansi peralatanDengan menggunakan persamaan yang telah kita bahas sebelumnya , dari data peralatan seperti tabel diatas didapat nilai impedansi peralatan seperti tabel berikut ini :

Equipment ParametersGenerator G1 Sg1  =  24.150 kVA

Vg1  =  11.000 VXd

”   =  0,255 puCos    =  0,85 pu

Generator Cable C1

Length  =  30mSize  =  2 parallel circuits of 3 x 1C x 500

mm2

(R  =  0,0506 Ω\km, X  =  0,0997 Ω\km)Motor M1 Pm1  =  500 kW

Vm1  =  11.000 VILRC  =  200,7 A

ILRC / IFLC  =  6,5 puCos m  =  0,85 puCos s   =  0,30 pu

Motor Cable C2 Length  =  150mSize  =  3C x E  35 mm2

(R  =  0,668 Ω\km, X  =  0,115 Ω\km)Transformer TX1 Str1  =  2,500 kVA

Vt1  =  11.000 VVt2  =  415 V

ILRC  =  200,7 Auk  =  0,0625 puPkt  =  19.000 W

tp   =  0%Transformer

Cable C3Length  =  100m

Size  =  3C x E  95 mm2

(R  =  0,247 Ω\km, X  =  0,0993 Ω\km)Motor M2 Pm1  =  90 kW

Vm1  =  415 VILRC  =  1.217,3 AILRC / IFLC  =  7 puCos m  =  0,8 pu

Cos s   =  0,30 puMotor M3 Pm1  =  150 kW

Vm1  =  415 VILRC  =  1.595,8 A

ILRC / IFLC  =  6.5 puCos m  =  0,85 puCos s   =  0,30 pu

Equipment Resistance (Ω)R

Reactance (Ω)X

Generator G1 0.08672 1.2390Generator Cable C1 0.000759 0.001496

11kV Motor M1 9.4938 30.1885Motor Cable C2 0.1002 0.01725

Transformer TX1 (Primary Side) 0.36784 3.0026Transformer Cable C3 0.0247 0.00993

415V Motor M2 0.0656 0.2086415V Motor M3 0.0450 0.1432

- Menghitung Impedansi ReferensiBila kita menghitung kondisi kegagalan melalui sisi tegangan 11 kV, maka seluruh impedansi peralatan yang terpasang harus merujuk kesisi tegangan 11 kV. Pada contoh ini, impedansi peralatan yang akan dirujuk kesisi tegangan tinggi adalah motor M2 dan M3 karena pada jaringan tersebut hanya 2 buah motor itu saja yang menggunakan tegangan 415 V. Sehingga impedansi kedua peralatan tersebut yang sebelumnya berdasarkan tegangan 415 V diganti menjadi 11 kV.

Ratio trafo TX1 yang merupakan trafo step down dari 11kV ke 415 V didapat sbb :n = (415 x (1 + 0%)) / 11000

n = 0,03773

Untuk menghitung impedansi referensi , digunakan persamaan dibawah ini :R'  =  R  /  n2

X'  =  X /  n2

Sehingga untuk nilai impedansi kedua motor didapat nilai impedansi baru seperti pada tabel dibawah ini :

Equipment Resistance (Ω)R

Reactance (Ω)X

Resistance (Ω)R’

Reactance (Ω)X’

415V Motor M2 0.0656 0.2086 46.0952 146.5735

415V Motor M3 0.0450 0.1432 31.6462 100.6284

- Menentukan Persamaan untuk Diagram Thevenin

Seperti yang telah dijelaskan pada pembahasan mengenai Menghitung Short Circuit Impedansi Peralatan III, dari gambar rangkaian jaringan diatas , maka persaman thevenin yang dihasilkan adalah sbb : 

Zk = [ZG1 + ZC1] || [ZM1 + ZC2] || [ZC3 + ZTX1 + (ZM2 || ZM3) ]Zk = 0,08618 +  j 1.16531

- Arus hubungan sinkat balans tiga phasa (Balanced Three Phase Short Circuit Current) a. Arus inisial hubungan singkat tiga phasa simeteris (Symmetrical Initial Short Circuit Current) adalah :

I"k = c Vn  / (3 Zk )

I"k = 5,9786 kA

b. Puncak Arus hubungan Singkat (Peak Short Circuit Current) adalah :Ip = K x k"

Ip = 15,2614 kAPerhitungan arus hubungan singkat (short circuit calculation) diatas merupakan komponen dasar dari software untuk power systim analysis seperti ETAP, PTW  atau DlgSilent dll. Dengan menggunakan software tersebut akan lebih memudahkan melaukan analisa pada sebuah jaringan  namun perhitungan manual sering digunakan unuk sebagai bahan pembanding.

Metode Sederhana Menghitung Arus Hubungan Singkat (Short Circuit) IPOSTED BY DIREKTORI LISTRIK POSTED ON 12.33 WITH NO COMMENTS

Metode Sederhana Menghitung Arus Hubungan Singkat (Short Circuit) - Analisia  Short Circuit Current (Arus Hubungan Singkat) bertujuan untuk menentukan besarnya arus hubungan pendek yang dapat timbul pada suatu sistim tenaga listrik, sehingga mampu memberikan aksi terhadap  perbandingan besarnya arus yang lewat pada suatu sistim dengan rating ketahanan peralatan didalam sistim tersebut melalui suatu alat proteksi arus lebih (Over Current Protection Device) sehingga terhindar dari arus yang dapat merusaknya .

Hubungan Singkat (Short Circuit) dapat menyebabkan kerusakan serius pada komponen dan peralatan dalam sistim distribusi daya. Perhitungan dan analisa yang mendalam perlu dilakukan untuk mengetahui kemungkinan besarnya arus hubungan singkat yang dapat timbul pada sebuah sistim distribusi sehingga dapat dilakukan pencegahan melalui pengaturan setting pada alat proteksi arus lebih dan juga pemilihan peralatan atau komponen listrik yang akan digunakan dengan menyesuaikan rating ketahanannya terhadap arus hubugnan singkat disesuaikan dengan hasil analisa dan perhitungan Arus Hubungan Singkat.

Dalam melaksanakan metode sederhana ini, ada beberapa data yang diperlukan untuk menghitung arus hubungan singkat dan biasanya data-data tersebut terdapat pada nameplate peralatan ataupun dokumen yang menyertai peralatan tersebut.

Nilai Impedansi Transformator Tiga Phasa, untuk perhitungan arus lebih pada transformator Nilai reaktansi motor induksi dan motor sinkron, untuk perhitungan arus lebih pada motor

induksi dan motor sinkron Nilai MVA jaringan, untuk perhitungan  hubungan singkat pada sistim distribusi.

Berdsarkan jumlah kutub (pole) pada motor sinkron dan tegangan pada motor induksi, nilai reaktansi untuk tiap-tiap peralatan tersebut adalah :

Tipe Mesin Listrik X'' Subtransient

Salient Pole Generator 12 Pole 0,16

Salient Pole Generator 12 Pole 0,21

Motor Induksi diatas 600 V 0,17

Motor Induksi dibawah 600 V 0,25

Perhitungan sederhana untuk menentukan besarnya arus hubungan singkat tersebut adalah sbb :

- Arus Hubungan Singkat Pada Transformator

Setiap transformator memiliki nilai impedansi dalam "%" yang tertera pada papan nama (name plate) transformator tersebut. Nilai itu adalah nilai hasil pengujian transformotor tersebut saat setelah diproduksi.

Sekilas mengenai cara menentukan nilai impedansi transforamtorProses pengujiannya secara garis besar adalah sebagai berikut : sebuah voltmeter terhubung ke sisi primer transformator dan pada sisi sekunder terminal  3 -Phase digabung (hubungsingkat antar ketiga phas) dan sebuah ampere meter dipasang pada sisi sekunder untuk membaca nilai arus yang mengalir pada saat terjadinya hubungan singkat tersebut.

Kemudian tegangan disisi primer dinaikan secara bertahap sampai arus beban penuh pada sisi sekunder tercapai (terbaca pada ampere meter).

Jadi, apabila pada name plate tertulis data sebagai berkut :13,8KV 1000KVA - 480Y/277V dengan impedansi 5,75%

Arus Beban Penuh transformator (FLA - Full Load Ampere) pada sisi sekunder adalah :     FLA = KVA / 1,73 x L - L (sekunder)KV

     FLA = 1000 / 1,732 x 0,48

     FLA = 1202,85 A

Pada saat arus disisi sekunder telah mencapai arus beban penuh (1202 A), dilakukan pencatatan nilai tegangan pada sisi primer. Dalam hal ini, misalkan nilai tegangan yang terbaca disisi primer

saat arus disisi sekunder telah mencapai arus beban penuh adalah sebesar 793,5 V.Sehingga persentase nilai impedansi transformator tersebut adalah :         Z = 793,5 / 13800 = 0,0575Sehingga % impedansi menjadi :

     % Z = 0.0575 x 100 = 5,75 %

Kembali ke pokok masalah mengenai gangguan pada transfrmator, gangguan tiga phasa pada sisi sekunder transformator maka besarnya arus gangguan maksimum yang dapat mengalir melalui trafo menjadi :

     100 / 5,75 kali FLA tranformator , atau     17,39 x 1202 = 20.903 A

Perhitungan cepat ini dapat membantu dalam menentukan arus gangguan pada sisi sekunder transformator untuk tujuan pemilihan alat proteksi arus lebih yang tepat. Disamping itu, dengna mengetahui besarnya arus gangguan pada transformator, kita bisa menentukan berapa besar ketahanan KA peralatan Main Switch (circuit Breaker) yang harus dipasang. Dalam hal ini, peralatan main switch yang harus dipasang harus yang memiliki ketahanan arus yang lebih besar dari 21.000 A.

Metode Sederhana Menghitung Arus Hubungan Singkat (Short Circuit) IIPOSTED BY DIREKTORI LISTRIK POSTED ON 17.06 WITH NO COMMENTS

Metode Sederhana Menghitung Arus Hubungan Singkat (Short Circuit) II - Sebagai lanjutan dari Metode Sederhana Menghitung Arus Hubungan Singkat (Short Circuit) I , yang membahas mengenai maksimum arus pada saat terjadinya short circuit (hubungan singkat) pada trafo, pada postingan ini kita akan mencoba metrode sederhana tersebut untuk analisis besarnya arus yang dapat timbul pada generator apa terjadi gangguan short circuit (hubungan singkat). Sebelum kita menganilisa besarnya arus gangguna karena hubungan singkat (short circuit) pada generator, kita perlu mengetahui data (parameter) referensi generator seperti sebagai berikut :

Tipe Mesin Listrik X'' Subtransient

Salient Pole Generator 12 Pole 0,16

Salient Pole Generator 6 Pole 0,21

Motor Induksi diatas 600 V 0,17

Motor Induksi dibawah 600 V 0,25

Arus Gangguan Pada GeneratorArus gangguan yang dapat timbul karena hubungan singkat (short circuit) pada Generator  berbeda dengan arus gangguan pada transformator. Kita akan mengetahui perbedaan tersebut melalui contoh perhitungan dibawah ini :Misalkan data sebuah generator : 1000KVA; 800kW; 0,8 % PF; 480V; 1.202 FLA; Sailent 12 pole

          KVA = KW / PF

          KVA = 800 / .8

          KVA = 1000

          FLA = KVA / 1,732 x L - L Volts

          FLA = 1000 / 1,732 x 0,48

          FLA = 1.202

(Dari dalam tabel, untuk generator Sailent 12 pole, nilai subtransient X" adalah 0,16)

          FC = FLA / X "

          FC = 1202 / 0.16

          FC = 7.513 A

*, FLA = Full Load Ampere ; FC = Full Current

Jadi, arus gangguan dari Generator 1000KVA jauh lebih kecil dari transformator 1000KVA, Arus gangguan Generator =  7513 A sedangkan pada Transformator = 20903 A. Perbedaan ini disebabkan nilai impedansi pada transformator dan nilai-nilai reaktansi Generator adalah sangat berbeda. Transformer 5,75 % sedangkan Generator 16%.Proses metode sederhana ini dapat dilakukan pada perhitungan arus ganggunan motor listrik.

Metode Sederhana Menghitung Arus Hubungan Singkat (Short Circuit) IIIPOSTED BY DIREKTORI LISTRIK POSTED ON 06.54 WITH NO COMMENTS

Metode Sederhana Menghitung Arus Hubungan Singkat (Short Circuit) III - Sebagai kelanjutan dari Metode Sederhana Menghitung Arus Hubungan Singkat (Short Circuit) II, berikut adalah cara cepat untuk mendapatkan besarnya nilai arus gangguan pada sistim yang dihitung dengan mengetahui ketahanan arus hubungan singkat (short circuit) pada suatu jaringan tenaga listrik yang biasanya ditulis dalam satuan MVA . Penggunaan Metode ini untuk pengukuran gangguan pada sistim jaringan akan lebih cepat dan sederhana dibandingkan dengan menggunakan sistem PU (per unit) atau metode ohmic. Pada metode ini kita tidak perlu menggunakan konversi ke Basis MVA atau khawatir tentang tingkat tegangan seperti yang ditemui pada metode perkuliahan Analisa Sistim Tenaga (AST).

Arus Gangguan Pada Sistim Jaringan  Tenaga ListrikMetode sederhana yang kita gunakan ini sangat berguna untuk mendapatkan perkiraan nilai arus gangguan yang mungkin dapat timbul pada sebuah sistim jaringan tengaga listrik. Elemen-elemen yang kita gunakan akan dikonversi kenilai MVA dan kemudian parameter didalam rangkaian sistim jaringan dikonversi ke nilai input (primer) atau nilai masukan. Untuk lebih jelasnya diapat dilihat melaui contoh perhitungan dibawah ini :

Bila diketahui ketahanan suatu jaringan primer (Utilitas) pada sisi primer Transformator adalah MVAsc = 500MVA. Data Transformator yang terpasang dijaringan tersebut adalah sbb :       Transformer data

       13,8KV - 480Y/277V

       1000KVA Transformer Z = 5,75 %

     Maka nilai MVA dari transformator tersebut adalah :

       1000KVA / 1000 = 1 MVA

       MVA Nilai = 1MVA / ZPU = 1MVA / 0,0575 = 17,39 MVA

Dengan kapasitas ketahanan transformator adalah 17,39 MVA maka besarnya gangguan arus yang dapat timbul pada jaringan adalah sbb :

      1 / Utilitas MVA + 1 / Trans MVA = 1 / MVAsc

      1/500 + 1 / 17,39 = 1 / MVAsc

      0,002 + 0,06 = 1 / MVAsc

      MVAsc = 1 / ( 0,002 + 0,06 )

      MVAsc = 16,129

Bearnya arus yang dapat timbul disisi sekunder akibat gangguan pada jaringan  adalah :      FC 480V = MVAsc / ( 1,73 x 0,48 )

      FC 480V = 16,129 / 0,8304

      FC 480V = 19,423KA

      FC 480V = 19.423 A

Bila ingin mengetahui data yang lebih akurat, peralatan yang terpasang seperti kabel dan panjangnya dapat ditambahkan kedalam perhitungan dengan menggunakkan perhitungan seperti diatas dengna rumus sebagai berikut :      Kabel MVA Nilai MVAsc = KV2 / kabel Z. 

Data Z (Impedansi) kabel dapat diambilkan ari nilai X & R kabel yang biasanya terdapat dalam data sheet kabel tersebut.

Kesimpulan

Kesimpulan dari metode sederhana ini adalah bahwa kita perlu mengetahui nilai arus gangguan yang dapat timbul dalam sebuah istem untuk memduahkan dalam pemilihan dan pemansangan peralatan Proteksi (Over Current Protective Devices - OCPD) secara lebih cepat sehingga tidak terjadi pemasangan atau penggunaan peralatan yang under rate. Analisis dan perhitungan yang

lebih akurat dengan menggunakan software dan komputer serta teori perlu dilakukan untuk mengetahui lebih ditail besarnya arus gangguan tersebut. Metode sederhana ini hanya berguna untuk perkiraan awal dan hitungan kasar (perhitungan awal) secara cepat.

Menghitung Short Circuit Impedansi PeralatanPOSTED BY DIREKTORI LISTRIK POSTED ON 11.11 WITH NO COMMENTS

Sebagai kelanjutan dari pembahasan mengenai Panduan Menghitung Arus Hubungan Singkat (Short Circuit) II  , langkah berikutnya adalah menghitung nilai impedansi short circuit peralatan-peralatan yang  berada pada jaringan yang akan dianalisa.

Dari data-data parameter peralatan yang terpasang, nilai impedansi short circuit peralatan tersebut dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :

1. Nilai Impedansi pada Network Feeders (Jaringan Feeder).

Pendekatan persamaan perhitungan untuk mengetahui tingkat besarnya gangguan pada suatu titik gangguan pada sebuah jaringan (PCC : Point Of Common Coupling), impedansi jaringan, resistansi dan reaktansi jaringan adalah sebagai berikut :

Zf = cVn2/Sf

Rf = Zf / (1+(X/R)2)Xf =( X/R) * Rf Keterangan :Zf  :  Nilai impedansi jaringan ()Rf  :  Nilai resistansi jaringan ()Xf  :  Nilai reaktansi jaringan ()Vn :  Nilai tegangan nomnal pada titik gangguan (Vac)Sf  :  Tingkat gangguan yang dapat diitahan (VA)c   :  Nilai faktor tegangan, merupakan nilai tegangan maksimum yang dapat timbul pada jaringan.     * Nilai c adalah 1,05 untuk tegangan  < 1 kV     * Nilai c adalah 1,1   untuk tegangan  > 1 kV  

X/R : adalah nilai rasio (perbandingan) X/R pada jaringan (pu)

2. Nilai Impedansi pada peralatan Synchronous Generator dan Motor

X"d = Xd"  * Kg * Vg2/Sg

Rg = X"d / (X/R)Kg =( Vn/ Vg) * c / (1 + Xd" Sing)

Keterangan :

X"d   :  Reaktansi sub-transient generator 

Rg     :  Nilai resistansi generator ()

Kg     :  Niilai Koreksi Tegangan, standar IEC60909 (pu)

Xd"  :  Reaktansi Generator (pu)

Vg    :  Tegangan Nominal Generator (Vac)

Vn    :  Tegangan Nominal Sistim Jaringan (Vac)

Sg     :  Rate Kapasitas Generator (VA)

X/R   : adalah nilai rasio (perbandingan) pada generator      * Nilai X/R adalah 14,29 untuk kapasitas generator > 100 MVA     * Nilai X/R adalah 14,29 untuk kapasitas generator < 100 MVACosg : Nilai power factor

c   :  Nilai faktor tegangan, merupakan nilai tegangan maksimum yang dapat timbul pada jaringan.

     * Nilai c adalah 1,05 untuk tegangan  < 1 kV

     * Nilai c adalah 1,1   untuk tegangan  > 1 kV 

3. TransformatorPerhitungan nilai resistansi dan reaktansi untuk tranformator dua belitan adalah sbb :

Zt = uk * Vt2/St Rt = Pkt / (3It2)Xt =(Zt2 - Rt2)

Keterangan :Zt  :  Nilai impedansi transformator ()Rt  :  Nilai resistansi transformator()Xt  :  Nilai reaktansi transformator()uk :  Nilai impedansi tegangan transformator (pu)St  :  Nilai kapasitas transformator (VA)Vt :  Nilai tegangan nominal transformator disisi tegangan tinggi atau disisi teganan rendah (V)It  : Nilai rating arus transformator disisi tegangan tinggi atau disisi teganan rendah(A)

Pkt :Total rugi tembaga pada transformator (W)Catatan :

Untuk menghitung impedansi pada transformator dengan tiga winding menggunakan referensi IEC 60909-0 claus no. 3.3.2.

Pada postingan berikutnya akan kita lanjutkan perhitungan mengenai nilai reaktansi, resistansi, impedansi pada peralatan yang lain (cable, motor dan alat listrik lainnya)