Media Elektrika, Vol. 7 No. 2, Desember 2014
ISSN 1979-7451
PROFIL SURJA HUBUNG KARENA PROSES ENERGIZED PADA SALURAN TRANSMISI 500 KV Yuniarto Program Studi Diploma III Teknik Elektro, Fakultas Teknik UNDIP Semarang
ABSTRACT Transient over voltage that happened because switching surge have to be paid attention to don't cause the damage equipments of insulation coordination system. This research aim to perceive the transient over voltage at the end of 500 kv transmission line caused energized process by using EMTP (Electromagnetic Transients Program) as toll to simulate the energized process. Data for this research was taken from 500 kv transmission line Ungaran-Pedan. From this research was expected can become a reference for power company in planning insulation coordination at transmission line. Result of research show that transient over voltage at the end of 500 kv transmission line caused energized process reach more or less twice its nominal voltage Keywords : energized, karateristik, transient over voltage, EMTP
Pemakaian
1. PENDAHULUAN
level
tegangan
saluran
Dewasa ini peningkatan peningkatan
transmisi yang tinggi, mengakibatkan
tegangan
tegangan lebih transien yang dialami oleh
saluran
transmisi
telah
mencapai tegangan ekstra tinggi yaitu 500
saluran transmisi
kV. Pemilihan level tegangan transmisi
tersebut
akan
semakin
tinggi
juga.
500 kV didasarkan pada pertimbangan bahwa
Tegangan lebih tersebut bisa merusak
transmisi 500 kV memiliki kemampuan
peralatan
menyalurkan daya listrik kira-kira 11 kali
tegangannya
kapasitas transmisi 150 kV, untuk jenis
Insulation Level) peralatan isolasi yang
penghantar yang sama dan jaringan yang
dipakai. Tegangan lebih transien adalah
digunakan lebih sedikit serta mempunyai
tegangan
kemampuan menyalurkan daya listrik yang
sangat besar dan berlangsung sangat
lebih jauh.
singkat yang disebabkan karena sambaran
isolasi
jika
melebihi
yang
magnitude BIL
mempuyai
(Basic
amplitudo
petir atau karena operasi pensaklaran.
Profil Surja Hubung.....
13
Media Elektrika, Vol. 7 No. 2, Desember 2014 Tegangan
lebih
transient
yang
ISSN 1979-7451 A. Analisis Transien : Gelombang
disebabkan karena sambaran petir disebut
Berjalan
surja petir sedang tegangan lebih transient
Gejala tegangan lebih transien pada
yang disebabkan oleh operasi pensaklaran
saluran
disebut surja hubung.
Surja hubung salah
dengan membuat rangkaian ekivalen satu
satunya disebabkan oleh proses pemberian
fase, sehingga tiga fase saluran transmisi
tenaga
(energized), yaitu proses mengaliri
diasumsikan sebagai satu fasa tunggal.
sebuah saluran transmisi dalam keadaan
Studi tentang surja hubung pada saluran
tanpa
transmisi
beban
dengan
sumber
tegangan,
melalui operasi penutupan saklar. Kenaikan
sehingga
yang
adalah pada
dapat
diselesaikan
sangat
penelitian
kompleks, ini
hanya
terjadi
mempelajari kasus suatu saluran yang
karena surja hubung harus diperhatikan
tanpa rugi-rugi. Suatu saluran tanpa rugi-
jangan
rugi adalah representasi yang baik dari
sampai
tegangan
transmisi
menyebabkan
kerusakan
koordinasi isolasi peralatan pada sistem.
saluran-saluran frekuensi tinggi di mana
Penelitian yang dilakukan penulis ini bertujuan
untuk
mengetahui
profil
dan
ωL dan ωC
menjadi
sangat
dibandingkan
dengan
R
besar
dan
G.
karakteristik tegangan lebih transien yang
Pendekatan yang dipilih untuk persoalan
terjadi karena proses energized, dengan
ini sama seperti yang telah digunakan
memakai
EMTP
untuk menurunkan hubungan-hubungan
Program).
tegangan dan arus dalam keadaan steady
Untuk obyek penelitian ini diambil data dari
state untuk yang saluran panjang dengan
saluran transmisi 500 kV Ungaran-Pedan.
konstanta-konstanta yang tersebar merata.
program
(Electromagnetic
simulasi
Transients
Hasil penelitian diharapkan bisa menjadi
Tegangan V dan I adalah fungsi-
bahan masukan bagi perusahaan-perusahaan
fungsi x dan t bersama-sama, sehingga
kelistrikan dalam menentukan koordinasi
kita
isolasi saluran transmisi.
sebagian. Persamaan jatuh tegangan seri
perlu
menggunakan
turunan
di sepanjang elemen saluran adalah V i x Ri L x x t
(1)
demikian pula halnya : 14
Yuniarto
Media Elektrika, Vol. 7 No. 2, Desember 2014 V V x x Gv C x t
ISSN 1979-7451 Yang
(2)
merupakan
suatu
penyelesaian untuk terjadinya komponen-
Persamaan dan tersebut di atas dapat dibagi
komponen ke depan dan ke belakang
dengan Δx, dan karena hanya membahas
sebuah
suatu saluran tanpa rugi-rugi, maka R dan G
bersamaan pada sebuah saluran tanpa
akan sama dengan nol sehingga didapatkan :
rugi-rugi. Variabel v yang menyatakan kecepatan
V i L x t
(3)
v
i V C x t
(4)
suku dalam persamaan (3) terhadap x dan sebagian
kedua
persamaan (4) terhadap t. menghasilkan
2i / xt
suku
dalam
Prosedur ini pada
kedua
berjalan
(7)
LC
v = kecepatan rambat gelombang (m/s) L = induktansi saluran (H/m) C = kapasitansi saluran (F/m) Jika gelombang yang berjalan ke depan, yang disebut juga dengan gelombang datang, dinyatakan dengan :
mengeliminir turunan sebagian kedua dari
V+ = f1(x-vt)
didapatkan :
(5)
(5) ini
adalah
yang
dinamakan persamaan gelombang berjalan suatu saluran tanpa rugi-rugi. Penyelesaian persamaan ini adalah fungsi dari (x-vt), dan tegangannya dinyatakan dengan : V = f1(x-vt) + f2(x+vt)
Profil Surja Hubung.....
(8)
Maka gelombang arus akan ditimbulkan oleh muatan-muatan yang bergerak dapat
1 2V 2V . 2 LC x 2 t
Persamaan
dapat
1
persamaan yang dihasilkan, dan dengan
variabel i dari kedua persamaan tersebut,
secara
dengan :
Sekarang variabel i dapat dihilangkan dengan menghitung turunan sebagian kedua
gelombang
berjalan
dinyatakan dengan :
dan
turunan
gelombang
dinyatakan dengan : i+ =
1 LC
dari persamaan
f 1 x vt
(9)
(8) dan persamaan (9)
didapatkan bahwa : V i
L C
(10)
(6)
15
Media Elektrika, Vol. 7 No. 2, Desember 2014
ISSN 1979-7451
Perbandingan antara V dan i dinamakan
Akibatnya sebagaian dari gelombang
impedansi karakteristik atau impedansi surja
berjalan bergerak melewati bagian lain
(ZC) dari saluran tanpa rugi-rugi.
dari
Pada
saat
tegangan
Pada
titik
transisi,
v(t)
tegangan atau arus dapat berharga nol
diterapkan pada salah satu ujung saluran
sampai dua kali harga semula tergantung
transmisi
pada
tanpa
suatu
rangkaian.
rugi-rugi,
maka
unit
karakteristik
kapasitasi C pertama dimuati pada tegangan
Gelombang
v(t).
wave)
Kapasitansi
ini
kemudian
meluah
berjalan
disebut wave)
teminalnya. asal
(impinging
gelombang
datang
dan
macam
kedalam unit kapasitansi berikutnya melalui
(incident
induktansi L. proses bermuatan-peluahan
gelombang lain yang muncul pada titik
(charge-discharge) ini berlanjut hingga ujung
transmisi
saluran dan energi gelombang dialihkan dari
pantul (reflected wave) dan gelombang
bentuk elektronik (dalam kapasitansi) ke
maju (transmitted wave).
disebut
dua
dengan
gelombang
bentuk magnetik (dalam induktansi). Jadi, gelombang teganan bergerak maju secara
B.
gradual
Pantul.
ke
ujung
saluran
dengan
Analisis Transien : Gelombang
menimbulkan gelombang arus ekivalen juga.
Di sub bab ini akan dibahas
Propagasi gelombang tegangan dan arus ini
tentang apa yang akan terjadi jika suatu
disebut gelombang berjalan (travelling wave)
tegangan
dan gelombang ini kelihatan seolah-olah
pengirim suatu saluran transmisi yang
tegangan dan arus berjalan sepanjang saluran
ditutup dengan suatu impedansi ZR
dengan
kecepatan
yang
diberikan
oleh
persamaan (7).
suatu
dihubungkan
pada
ujung
Pada saat saklar ditutup dan suatu tegangan terhubung pda suatu saluran,
Saat gelombang yang berjalan pada
maka suatu gelombang tegangan V+
saluran
mulai berjalan sepanjang saluran dikikuti
transmisi
mencapai
titik
oleh
rangkaian
suatu
Perbandingan antara VR dan iR di ujung
sambungan dengan saluran lain atau kabel,
saluran pada setiap saat harus sama
belitan mesin, dan lain-lain, maka pada titik
dengan resistansi penutup ZR.
itu terjadi perubahan parameter saluran.
karena itu kedatangan V+ dan i+ di ujung
16
hubungan
singkat,
suatu
gelombang
arus
i +.
transisi, seperti suatu rangkaian terbuka,
Oleh
Yuniarto
Media Elektrika, Vol. 7 No. 2, Desember 2014
ISSN 1979-7451
penerima di mana nilai-nilainya adalah VR+ dan iR
+
ρR = koefisien
harus menimbulkan gelombang-
pantulan
pada
ujung penerima
gelombang yang berjalan ke belakang atau
ZR = impedansi ujung penerima
gelombang-gelombang pantulan V- dan i-
ZC = impedansi karakteristik
yang nilai-nilainya di ujung adalah VR- dan
(impedansi surja)
iR- sedemikian sehingga, VR V R V R iR i R i R dengan VR
-
dan iR -
-
Pada saluran yang ditutup dengan (11)
impedansi karakteristik ZC, terlihat bahwa koefisien pantulan untuk sama dengan
adalah gelombang-
nol,
sehingga
tidak
ada
gelombang
-
gelombang V dan i yang diukur pada ujung penerima.
pantulan, dan saluran berlaku seakanakan panjangnya tidak terhingga.
Jika dibuat ZC =
L / C didapat dari
persamaan (10) : i R
VR Zc
Pada saat ujung saluran yang merupakan suatu rangkaian terbuka ZR
(12)
adalah tak terhingga akan
didapatkan
harga ρR sama dengan 1 (satu). Dengan
dan
demikan tegangan yang terjadi pada
V R Zc
iR
(13)
iR- ke dalam persamaan (11) dihasilkan persamaan : Z R Zc .V Z R Zc R
(14)
ujung penerima saluran didefnisikan sebagai
dengan :
Profil Surja Hubung.....
2
kalinya
ujung pengirim. Dari
uraian
di
atas
bisa
transien
sangat
tergantung
impedansi karakteristik (ZC =
pada L / C ),
dimana impedansi karakteristik tersebut sangat berpengaruh terhadap koefisien
VR-/VR+, jadi : ZR Zc ZR Zc
menjadi
disimpulkan bahwa besar tegangan lebih
Koefisien pantulan ρR untuk tegangan pada
R
penerima
tegangan pada sumber tegangan atau pada
Kemudian dengan memasukkan nilai iR+ dan
VR
ujung
pantulan ρR. (15)
Harus diperhatikan di sini bahwa gelombang-gelombang
yang
berjalan
kembali ke arah ujung pengirim akan
17
Media Elektrika, Vol. 7 No. 2, Desember 2014
ISSN 1979-7451
menyebabkan pantulan-pantulan baru yang
secara
ditentukan oleh koefisien pantulan pada
pemodelan
ujung pengirim ρS dan imedansi ujung
breaker, transformator, sumber
pengirim ZR.
petir dan pemodelan berbagai jenis
S
ZS Zc ZS Zc
(16)
dengan :
khusus
menyediakan
untuk
fasilitas
generator,
circuit surja
saluran transmisi.
2. METODE DAN PEMBAHASAN
ρS = koefisien pantlan pada ujung pengirim
Perhitungan matematis dari rumusrumus tersebut di atas akan sulit dan
ZR = impedansi ujung pengirim
rumit
ZC = impedansi
mempermudah
karakteristik
(impedansi surja)
sekali,
sehingga dalam
untuk
menganalisa
dipakai EMTP sebagai alat bantu, dengan cara
C. EMTP (Electromagnetic Transients
membuat
simulasi
rangkaian
berdasarkan data-data yang diperoleh di
Programs)
lapangan. Sehingga metode penelitian ini
EMTP (Electromagnetic Transients Program) adalah sebuah paket program komputer terintegasi yang secara
khusus
dapat diuraikan dalam langkah-langkah kegiatan sebagai berikut : a. Pencarian data di lapangan.
didesain untuk meyelesaikan permasalahan
b. Pembuatan model saluran
peralihan (transient) pada sistem tenaga
c. Penentuan
listrik
untuk
rangkaian
terkonsentrasi,
rangkaian terdistribusi, atau kombinasi dari
ini
parameter
saluran d. Penerapan model rangkaian ke
kedua rangakian tersebut. Program
nilai
dalam program EMTP pertama
kali
e. Pengamatan hasil simulasi dari
dikembangkan oleh H.M. Dommel di Munich
EMTP
Institute of Technology pada awal tahun
Data-data untuk simulasi diambil
1960-an. EMTP sangat tepat jika digunakan
dari saluran transmisi 500 kV antara
untuk menganalisis transien pada operasi
Ungaran-Pedan dengan asumsi sebagai
surja hubung (switching surge) atau surja
berikut :
petir (lightning surge) karena program ini 18
a. saluran tersebut ideal Yuniarto
Media Elektrika, Vol. 7 No. 2, Desember 2014
ISSN 1979-7451
b. pemutus tenaga membuka secara serentak Simulasi
c. pengamatan hanya dilakukan di ujung saluran. d. saluran
transmisi dalam keadaan
tanpa reaktor.
dijalankan
dengan
skenario, saluran transmisi dalam keadaan tanpa beban kemudian saklar ditutup untuk
memasukan
tegangan
sebesar
Berdasarkan data-data yang diperoleh
408,25 kV. Dari hasil simulasi didapatkan
maka didapatkan bentuk simulasi rangkaian
profil dan karakteristik tegangan lebih
sebagai berikut,
transient yang terjadi di ujung penerima saluran transmisi 500 kV Ungaran Pedan karena proses energized di Gardu Induk 500 Kv Ungaran adalah sebagai-berikut.
U
Gambar 1. Model Rangkaian untuk Simulasi
Profil Surja Hubung.....
19
Media Elektrika, Vol. 7 No. 2, Desember 2014
ISSN 1979-7451
Gambar 2. Profil Surja Hubung di Ujung Saluran Transmisi 500 kV Ungaran-Pedan pada Saat Operasi Energized.
Hasil simulasi seperti yang tercantum pada gambar 2 di atas
memperlihatkan
3. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan
bahwa magnitude tegangan lebih transien
Tegangan lebih transien yang terjadi
terbesar yang terjadi di ujung saluran selama
di ujung penerima saluran transmisi 500 kV
proses energized pada saluran transmisi 500
yang terbuka pada saat proses energized
kV Ungaran-Pedan kurang lebih 800,20 kV.
mencapai dua kali tegangan yang dikenakan
Tegangan tersebut hampir dua kali tegangan
di
di ujung pengirim yaitu 408,25 kV.
berbahaya bagi koordinasi sistem osilasinya.
ujung
pengirim
sehingga
sangat
Tegangan lebih transient tersebut berlangsung sangat cepat yang makin lama
Saran
makin mengecil dan mencapai keadaan tunak
Untuk mendapatkan hasil simulasi
(steady state) dalam waktu kurang lebih 30
yang lebih akurat perlu dilakukan lebih
mili detik.
lanjut dengan menghilangkan asumsi-asumsi pada penelelitian ini. Juga perlu dilakukan
20
Yuniarto
Media Elektrika, Vol. 7 No. 2, Desember 2014 penelitian lebih lanjut untuk menentukan
ISSN 1979-7451 Control”, Power Engineering Society
langkah-langkah guna meredam tegangan
Winter Meeting no.06, IEEE. Marti, L., 1998, “Calculation of Voltage
lebih transien.
profile Along Transmission Lines”, DAFTAR PUSTAKA
IEEE
Arismunandar, A., 1994, “Teknik Tegangan
Delivery.
Tinggi”, Pradnya Paramita, Jakarta. Dommel,
dan
Herman,
W.,
on
Naidu, MS., V.,
1996,
“Electromagnetic Transients Program”
Transaction
on
Power
Kamaraju, 1995, “High
Voltage Engineering”, Tata MCGrawHill Publishing Company Limited. T.S. Hutauruk, 1989, “Gelombang Berjalan
Vancouver, Canada. EMTP Development Coordination group, 1998, “The Electromagnetic Transients
dan Proteksi Surja”, Erlangga, Jakarta Stevenson, W.D., Jr., 1996, “Power System
Program”, Version 3,0 Rule Book 1,
Analysis”,
Volume 1, EPRI Report.
Singapore.
International
Edition
EMTP Development Coordination group, 1998, “The Electromagnetic Transients Program”, Version 3,0 Rule Book 2, Volume 1, EPRI Report. EMTP Development Coordination group, 1998, “The Electromagnetic Transients Program”, Version 3,0 Rule Book 3, Volume 1, EPRI Report. Galvan, A., and Cooroy, V., 1997, “Analysis of Lightning-Induced Voltages in a Network of Conductors using the ATPEMTP
Program”,
Conference
Publication no. 445, IEEE. Kundur, P., Morison, G.R., and Wang, L., 2000, transient
“Techniques
for
On-Line
Stability Assessment
Profil Surja Hubung.....
and
21
