ANALISIS KEDIP TEGANGAN AKIBAT GANGGUAN HUBUNG SINGKAT PADA PENYULANG ABANG DI KARANGASEM

SKRIPSI

ANALISIS KEDIP TEGANGAN AKIBAT GANGGUAN HUBUNG SINGKAT PADA PENYULANG ABANG DI KARANGASEM

I MADE YOGA DWIPAYANA

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2016

SKRIPSI

ANALISIS KEDIP TEGANGAN AKIBAT GANGGUAN HUBUNG SINGKAT PADA PENYULANG ABANG DI KARANGASEM

I MADE YOGA DWIPAYANA 1104405084

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2016

i

ANALISIS KEDIP TEGANGAN AKIBAT GANGGUAN HUBUNG SINGKAT PADA PENYULANG ABANG DI KARANGASEM

Skripsi Ini Diajukan Sebagai Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana S1 (Starata1) Pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana

I MADE YOGA DWIPAYANA NIM 1104405084

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2016

ii

LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS

Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk telah saya nyatakan dengan benar.

Nama

: I Made Yoga Dwipayana

NIM

: 1104405084

Tanda Tangan

:

Tanggal

: 26 Februari 2016

iii

KATA PENGANTAR Pertama-tama puji dan syukur penulis panjatkan Kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi berjudul “Analisis Kedip Tegangan Akibat Gangguan Hubung Singkat Pada Penyulang Abang Di Karangasem”. Skripsi ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat dalam menyelesaikan pendidikan sarjana strata satu (S1) pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana. Pada kesempatan ini perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1.

Bapak Prof. Ir. Ngakan Putu Gede Suardana, MT., Ph.D. Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana.

2.

Bapak Wayan Gede Ariastina,S.T., M.Eng.Sc., Ph.D. Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana.

3.

Bapak Ir. I Wayan Rinas, MT. pembimbing I yang dengan penuh perhatian telah memberikan dorongan, semangat, bimbingan dan saran selama penulis menyusun skripsi ini.

4.

Bapak I Made Suartika, ST. pembimbing II yang dengan penuh perhatian telah memberikan dorongan, semangat, bimbingan dan saran selama penulis menyusun skripsi ini.

5.

Kedua orang tua saya yang telah mengasuh dan membesarkan penulis yang memberikan dasar-dasar berpikir logik.

6.

Teman-teman mahasiswa Teknik Elektro 2011 yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah banyak memberikan bantuan kepada penulis. Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih jauh dari sempurna,

oleh karena itu penulis membuka diri untuk menerima segala saran dan masukan yang membangun. Bukit Jimbaran, Februari 2016

Penulis

v

ABSTRAK Penyulang Abang merupakan penyulang dengan konfigurasi sistem distribusi tipe radial dengan suplai tenaga listrik dari GI Amlapura dan PLTS Karangasem. Gangguan hubung singkat pada penyulang dengan konfigurasi sistem radial menyebabkan kedip tegangan yang akan dirasakan oleh pelanggan yang disuplai dari transformator yang sama. Kedip tegangan adalah penurunan nilai rms tegangan pada frekuensi daya selama durasi waktu dari 0,01 detik sampai 1 menit dengan rentang perubahan dari 0,1 sampai 0,9 pu pada harga rms besaran tegangan. Penelitian ini menganalisis besar gangguan hubung singkat dan kedip tegangan yang terjadi dengan asumsi lokasi gangguan 25%,50%,75%, dan 100% dari panjang penyulang Abang. Simulasi pemulihan kedip tegangan akibat gangguan 1 fasa ke tanah dan 3 fasa menggunakan dynamic voltage restore dan PI controller yang terpasang pada salah satu beban dalam program Matlab-Simulink. Hasil analisis penelitian dengan titik lokasi gangguan 25%, 50%, 75% dan 100% adalah perhitungan gangguan hubung singkat 1 fasa ke tanah yaitu sebesar 3,7A 32,70, 2,6A 45,50, 1,9A 52,20, 1,5 56,40 dan perhitungan gangguan hubung singkat tiga fasa sebesar 13,8A 590, 7,1A 580, 4,6A 570, 3,5A 560. Hasil perhitungan kedip tegangan 1 fasa ke tanah adalah sebesar 114V, 169V, 229V, 287V dan perhitungan kedip tegangan 3 fasa adalah sebesar 98V, 194V, 279V, 376V. Hasil simulasi pemulihan kedip tegangan 1 fasa ke tanah dengan dynamic voltage restorer dapat memulihkan kedip tegangan sebesar 0,2053pu dengan waktu pemulihan 0,01s. Sedangkan untuk simulasi pemulihan kedip tegangan 3 fasa dengan dynamic voltage restorer dapat memulihkan kedip tegangan fasa A sebesar 0,0736pu, fasa B sebesar 0,0507pu dan fasa C sebesar 0,0866pu dengan waktu pemulihan 0,01s. Kata kunci : Gangguan Hubung Singkat, Kedip Tegangan, Dynamic Voltage Restorer, Matlab-Simulink.

vi

ABSTRACT Abang feeder is a feeder with a radial distribution system configuration with power supply of GI Amlapura and PLTS Karangasem. Short circuit on the feeder with a radial system configuration causes the voltage sag will be perceived by customers supplied from the same transformer. Voltage sag is a decrease in the value of the rms voltage at power frequency over the duration of 0,01 second to 1 minute to change the range of 0.1 to 0.9 pu in rms voltage magnitude price. This study analyzes the substantial short circuit and voltage sag that occurs with the assumption of fault location 25%, 50%, 75%, and 100% of the length of feeder Abang. Simulation recovery voltage sag due to interference 1 phase to ground and 3-phase using dynamic voltage restore and PI controller mounted on one load in program Matlab-Simulink. Results of analysis to point fault location 25%, 50%, 75% and 100% is the calculation of short circuit 1 phase to ground is equal to 3,7A 32,70, 2,6A 45,50, 1,9A 52,20, 1,5 56,40 and calculation of short circuit three phase that is equal to 13,8A 590, 7,1A 580, 4,6A 570, 3,5A 560. The result of the calculation voltage sag 1 phase to ground is equal to 114V, 169V, 229V, 287V and voltage sag 3 phase calculation is equal to 98V, 194V, 279V, 376V. The simulation results recovery voltage sag 1 phase to ground is the dynamic voltage restorer recover voltage sag of 0,2053pu with recovery time 0,01s. As for the recovery voltage sag 3 phase is the dynamic voltage restorer recover voltage sag in pshase A of 0,0736pu, phase B of 0,0507pu and phase C of 0,0866pu with recovery time 0,01s. Keywords: Short Circuit, Voltage Sag, Dynamic Voltage Restorer, MatlabSimulink

vii

DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL......................................................................................... i LEMBAR PRASYARAT GELAR .................................................................. ii LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS ............................................... iii LEMBAR PENGESAHAN ........................................................................... iv KATA PENGANTAR ..................................................................................... v ABSTRAK ..................................................................................................... vi ABSTRACT.................................................................................................. vii DAFTAR ISI................................................................................................. viii DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... xi DAFTAR TABEL......................................................................................... xii DAFTAR SINGKATAN ............................................................................. xiii DAFTAR LAMPIRAN................................................................................ xiv BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ...................................................................................... 1 1.2 Rumusan Masalah ................................................................................. 2 1.3 Tujuan Penelitian................................................................................... 2 1.4 Manfaat Penelitian................................................................................. 3 1.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah ................................................... 3 1.6 Sistematika Penulisan............................................................................ 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ................................................................................. 5 2.2 Tinjauan Pustaka ................................................................................... 6 2.2.1 Kualitas Daya Listrik ....................................................................... 6 2.2.2 Sistem Distribusi .............................................................................. 7 2.2.3 Sistem Radial ................................................................................... 7 2.2.4 Kedip Tegangan ............................................................................... 8 2.2.4.1 Penyebab Kedip Tegangan ......................................................... 9

viii

2.2.4.2 Toleransi Kedip Tegangan Pada Sistem Distribusi.................. 9 2.2.4.3 Perhitungan Kedip Tegangan ..................................................10 2.2.5 Gangguan Hubung Singkat ............................................................ 12 2.2.5.1 Perhitungan Gangguan Hubung Singkat .................................. 13 2.2.5.2 Perhitungan Impedansi, Resistansi dan Induktansi Sumber ..... 14 2.2.5.3 Perhitungan Reaktansi Transformator ...................................... 16 2.2.5.4 Perhitungan Impedansi Penyulang ........................................... 16 2.2.5.5 Perhitungan Impedansi Ekivalen Jaringan................................ 17 2.2.5.6 Perhitungan Daya Listrik .......................................................... 18 2.2.6 Dynamic Voltage Restorer............................................................. 18 2.2.6.1 Metode Kompensasi Kedip Tegangan Pada DVR.................... 20 2.2.6.2 Teknik Deteksi Kedip Tegangan Pada DVR ............................ 22

BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ............................................................. 23 3.2 Sumber dan Jenis Data Penelitian ....................................................... 23 3.2.1 Sumber Data................................................................................... 23 3.2.2 Jenis Data ....................................................................................... 23 3.3 Instrumen Penelitian............................................................................ 23 3.4 Tahapan Penelitian .............................................................................. 24 3.5 Alur Analisis........................................................................................ 24

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Sistem Distribusi Penyulang Abang.................................................... 26 4.1.1 Spesifikasi Transformator Tenaga ................................................. 27 4.1.2 Data Penyulang Abang................................................................... 27 4.2 Perhitungan Impedansi Sumber........................................................... 27 4.3 Perhitungan Reaktansi Transformator................................................. 28 4.4 Perhitungan Impedansi Penyulang ...................................................... 29 4.5 Perhitungan Impedansi Ekivalen Jaringan .......................................... 30

ix

4.6 Perhitungan Gangguan Hubung Singkat ............................................. 31 4.6.1 Perhitungan Gangguan Hubung Singkat 1 Fasa Ke Tanah............ 31 4.6.2 Perhitungan Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa ............................ 31 4.7 Perhitungan Kedip Tegangan .............................................................. 33 4.7.1 Perhitungan Kedip Tegangan Gangguan 1 Fasa Ke Tanah ........... 33 4.7.2 Perhitungan Kedip Tegangan Gangguan 3 Fasa ............................ 34 4.8 Simulasi Pemulihan Kedip Tegangan Pada Matlab Simulink..............35 4.8.1 Penentuan Resistansi Sumber dan Induktansi Sumber ...................36 4.8.2 Penentuan Beban Jaringan Pada Simulasi ..................................... 37 4.8.3 Parameter-Parameter Untuk Simulasi............................................ 39 4.8.4 Implementasi Struktur Dynamic Voltage Restorer ........................ 39 4.8.5 Pemulihan Kedip Tegangan 1 Fasa Ke Tanah ............................... 40 4.8.6 Pemulihan Kedip Tegangan 3 Fasa................................................ 43

BAB V PENUTUP 5.1 Simpulan.............................................................................................. 48 5.2 Saran .................................................................................................... 48 DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 49 LAMPIRAN................................................................................................... 50

x

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Komponen Utama Dalam Penyaluran Tenaga Listrik ................ 7 Gambar 2.2 Konfigurasi Jaringan Radial ........................................................ 8 Gambar 2.3 Kedip Tegangan .......................................................................... 8 Gambar 2.4 Model Pembagi Tegangan Pada Sistem Distribusi Radial ........ 10 Gambar 2.5 Gelombang Terjadinya Kedip Tegangan .................................. 11 Gambar 2.6 Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa Ke Tanah ...................... 13 Gambar 2.7 Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa ....................................... 14 Gambar 2.8 Impedansi Penghantar ................................................................ 14 Gambar 2.9 Segitiga Daya ............................................................................ 18 Gambar 2.10 Rangkaian Dasar DVR ............................................................ 20 Gambar 2.11 Teknik Kompensasi Pre-Sag ................................................... 21 Gambar 2.12 Teknik Kompensasi In-Phase .................................................. 22 Gambar 3.1 Flowchart Urutan Analisis ........................................................ 25 Gambar 4.1 Single Line Diagram Penyulang Abang .................................... 26 Gambar 4.2 Lokasi Gangguan Pada Penyulang Abang ................................ 29 Gambar 4.3 Model Simulasi Pemulihan Kedip Tegangan ............................ 36 Gambar 4.4 Input Data Sumber .................................................................... 37 Gambar 4.5 Inputan Parameter Pada Beban ................................................. 38 Gambar 4.6 Implementasi Pengendalian DVR Pada Simulasi ..................... 40 Gambar 4.7 Hasil Simulasi Pemulihan Kedip Tegangan 1 Fasa Ke Tanah... 41 Gambar 4.8 FFT Analysis Gelombang Keluaran Beban Tanpa DVR ........... 42 Gambar 4.9 FFT Analysis Gelombang Keluaran Beban Terpasang DVR .... 42 Gambar 4.10 Hasil Simulasi Pemulihan Kedip Tegangan 3 Fasa ................. 43 Gambar 4.11 FFT Analysis Beban Tanpa DVR Fasa A ............................... 44 Gambar 4.12 FFT Analysis Beban Terpasang DVR Fasa A ........................ 44 Gambar 4.11 FFT Analysis Beban Tanpa DVR Fasa B ............................... 45 Gambar 4.12 FFT Analysis Beban Terpasang DVR Fasa B ......................... 45 Gambar 4.11 FFT Analysis Beban Tanpa DVR Fasa C ............................... 46 Gambar 4.12 FFT Analysis Beban Terpasang DVR Fasa C ......................... 46

xi

DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Definisi Kualitas Daya Listrik Sesuai Standar IEEE ...................... 6 Tabel 2.2 Tipikal Rentang Kualitas Daya Input dan Parameter Beban ........ 10 Tabel 4.1 Spesifikasi Trafo Penyulang Abang .............................................. 27 Tabel 4.2 Data Penyulang Abang ................................................................. 27 Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Gangguan Hubung Singkat 1 Fasa Ke Tanah .. 31 Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Gangguan Hubung Singkat 3 Fasa .................. 32 Tabel 4.5 Hasil Perhitungan Gangguan Hubung Singkat ............................. 32 Tabel 4.6 Hasil Perhitungan Kedip Tegangan 1 Fasa Ke Tanah ................... 34 Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Kedip Tegangan 3 Fasa ................................... 35 Tabel 4.8 Hasil Perhitungan Kedip Tegangan .............................................. 35 Tabel 4.9 Hasil Simulasi Kedip Tegangan 3 Fasa ........................................ 47

xii

DAFTAR SINGKATAN PLC

= Programmable Logic Controller

DVR

= Dynamic Voltage Restore

THD

= Total Harmonic Distortion

IEC

= International Electrotechnical Commision

IEEE

= Institute of Electrical and Electronics Engineers

HZ

= Hertz

KV

= Kilo Volt

V

= Volt

RMS

= Root Mean Square

PCC

= Point Common Coupling

SUTM

= Saluran Udara Tegangan Menengah

PMT

= Pemutus Tenaga

CB

= Circuit Breaker

HID

= High Intensity Discharge

PLN

= Perusahaan Listrik Negara

ANSI

= American National Standards Institute

GI

= Gardu Induk

PLTS

= Pembangkit Listrik Tenaga Surya

xiii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Single Line Diagram Penyulang Abang ............................................ 51 Lampiran 2 Data Spesifikasi Trafo Dan Penyulang Abang .................................. 52 Lampiran 3 Model Simulasi Pemulihan Kedip Tegangan .................................... 53 Lampiran 4 Hasil Simulasi Pemulihan Kedip Tegangan 1 Fasa Ke Tanah .......... 54 Lampiran 5 FFT Analysis Beban Tanpa DVR dan Terpasang DVR.................... 55 Lampiran 6 Hasil Simulasi Pemulihan Kedip Tegangan 3 Fasa........................... 57 Lampiran 7 FFT Analysis Beban Tanpa DVR dan Terpasang DVR Fasa A........ 58 Lampiran 8 FFT Analysis Beban Tanpa DVR dan Terpasang DVR Fasa B........ 60 Lampiran 9 FFT Analysis Beban Tanpa DVR dan Terpasang DVR Fasa C........ 62

xiv