Arus Hubung Singkat Generator Gambar 9.26 memperlihatkan arus hubung singkat yang terjadi pada stator generator sinkron. Tampak bahwa besarnya arus hubung singkat tersebut menurun sebagai fungsi waktu. Pada 3-4 cycle yang pertama arus hubung singkat : I =
di mana V adalah tegangan jepit generator dan
Xd” adalah reaktansi generator dalam periode sub transient. Dalam periode sub transient ini arus hubung singkat stator menurun karena fluks magnetik kutub rotor mendapat perlawanan fluks magnetik stator yang membesar sebagai akibat adanya arus hubung singkat. Setelah periode subtransient, disusul periode transient dengan arus stator I =
di mana Xd’ adalah reaktansi
generator dalam periode transient. Dalam periode transient, laju penurunan arus hubung singkat berkurang, berarti nilai Xd’ > Xd’’, hal ini disebabkan sudah di respons dari damper winding, yaitu lilitan peredam yang dipasang di (kutub) rotor. Lilitan peredam ini mulai menghasilkan medan magnet yang dihasilkan arus hubung singkat stator. Periode berikutnya adalah periode steady state di mana semua unsur telah stabil. Dalam periode steady state besarnya arus stator, di mana adalah reaktansi langsung (direct axis reactance) dari kumparan stator. Ada kemungkinan bahwa arus gangguan steady state ini nilainya lebih rendah dari pada arus nominal sehingga relay proteksi tidak bekerja. Gambar 9.26 memperlihatkan perkembangan arus hubung singkat generator dengan kondisi bahwa hubung singkat terjadi saat tegangan mendekati nilai maksimum. Apabila gangguan gubung singkat terjadi saat nilai tegangan generator mendekati nol maka arus hubung singkat generator akan berkembang seperti pada gambar 9.27 dimana timbul komponen arus searah (DC). Komponen DC ini diperlukan untuk membuat nilai arus sama dengan 0 pada saat t=0, yaitu saat gangguan hubung singkat terjadi, sesuai dengan kenyataan. Gambar 9.27(a)
memperlihatkan keadaan di mana saat gangguan terjadi (t = 0), nilai tegangan generator mendekati nilai maksimum, sama seperti pada Gambar 9.26, berlaku untuk arus fasa R. Gambar 9.27(b) memperlihatkan keadaan di mana saat gangguan terjadi (t = 0) nilai tegangan mendekati nol dari arah negatif, sedangkan pada Gambar 9.27(c) tegangan sedang mendekati titik nol dari arah positif, lihat Gambar 9.28: fasa R dan fasa S.
Gambar 9.26 Arus hubung singkat generator sinkron
Gambar 9.27 Arus fasa R,S dan T saat gangguan tiga fasa terjadi tegangan fasa R sedang pada fasa 90° sehingga arus IR yang induktif nilainya = 0, tidak ada komponen DC. Untuk fasa S dan T terdapat komponen DC.
Gambar 9.28 Keadaan steady state dari: tegangan dan arus sebagai fungsi waktu dari fasa R dan fasa S dari generator sinkron tiga fasa. Arus dianggap induktif, tertinggal 90° terhadap tegangan, lihat skala sudut fasa. Gangguan terjadi pada saat t = 0, pada saat tersebut tampak kondisi: VR = nilai maksimum; IR = 0; VS = nilainya negatif menuju ke nol; Is ≠ 0, nilainya negative, sehingga timbul komponen DC Dengan cara serupa bisa digambarkan kondisi arus fasa T.
Apabila terjadi gangguan hubung singkat di depan generator, maka akan timbul arus gangguan seperti diperlihatkan pada Gambar 9.26 dan Gambar 9.27 pada masing-masing fasa. Gangguan ini akan dideteksi oleh relay arus lebih (Over Current Relay/OCR). Selanjutnya OCR akan men-trip pemutus tenaga (PMT). Proses ini memakan waktu kira-kira 3 cycle atau 60 milisekon. Pada saat PMT memutus arus gangguan maka arus gangguan masih ada dalam periode subtransient dengan reaktansi subtransient dari generator: Xd”. Juga terlihat dari Gambar 9.28, dengan pengertian bahwa arus gangguan bersifat induktif, kontak PMT yang paling berat harus pula diperhitungkan adanya komponen DC seperti diuraikan dalam persamaan (9.7),
karena pemutusan arus gangguan oleh PMT terjadi dalam periode subtransient di mana nilai komponen DC belum menjadi nol. Mengingat hal-hal tersebut di atas, maka untuk menetukan kemampuan memutus arus hubung singkat (breaking capacity) dari PMT, arus hubung singkat dihitung dengan reaktansi subtransient Xd” kemudian dikalikan dengan faktor keamanan = 2 untuk memperhitungkan : a. Adanya komponen DC b. Keausan kontak-kontak PMT c. Perkembangan yang mungkin terjadi dalam sistem yang menaikkan tingkat arus hubung singkat. (Marsudi, Djiteng 2011)
