Pada saat terjadi gangguan di sistem tenaga listrik pasti akan mengalir arus yang besar pada sistem tersebut, dan peralatan proteksi arus lebih (seperti Circuit Breker, Over Current relay dan fuse) harus dapat mengisolasi lokasi hubung singkat agar meminimalkan kerusakan yang terjadi pada komponen-komponen peralatan.
Oleh karena itu perhitungan arus hubung singkat diperlukan untuk :
a. memperoleh perkiraan arus hubung singkat maksimum, yang berfungsi untuk memilih kapasitas dari CB,fuse,bus & rating dan setting dari alat proteksi & koordinasi proteksi arus lebih yang akan digunakan.
b. memperoleh perkiraan arus hubung singkat minimum, yang berfungsi untuk menetapkan sensitivitas alat proteksi.
c. evaluasi aliran arus hubung singkat dan profil tegangan selama terjadinya hubung singkat.
Arus (pada frekuensi daya) yang mengalir selama terjadinya gangguan hubung singkat berasal dari mesin-mesin berputar. namun, kapasitor daya pun dapat mengeluarkan arus transien yang besar tapi dalam waktu singkat (pada frekuensi > frekuensi daya).
Mesin-mesin berputar seperti disebutkan diatas terdiri dari 4 kategori, yaitu:
• Generator sinkron
• Motor sinkron dan synchronous condenser
• Mesin induksi
• Peralatan dan perlengkapan listrik (seperti untuk sistem distribusi: gardu induk)
Besar arus hubung singkat dari setiap mesin berputar dibatasi oleh impedansi
mesin dan impedansi antara mesin tersebut dan gangguan.
1. Generator Sinkron
Besar reaktansi generator sinkron berubah bila generator merasakan adanya gangguan hubung singkat:
• Xd” = reaktansi sub-transien, menentukan arus pada 1st cycle (pada frekuensi 50Hz atau 60 Hz) dari awal gangguan; setelah ~ 0,1 detik reaktansi naik menjadi,
• Xd’ = reaktansi transien, menentukan arus beberapa cycles dari awal gangguan; setelah 0,5 – 2 detik kemudian reaktansi naik menjadi,
• Xd = reaktansi sinkron menentukan arus setelah tercapai keadaan tunak/mantap
Jadi proses perubahan nilai reaktansi dari generator sinkron bila terjadi gangguan adalah sebagai berikut: Xd” -> Xd’ -> Xd
Arus hubung singkat: I= E/Z
dengan;
Z= impedansi total antara tegangan dalam generator dengan gangguan
2. Motor Sinkron dan Synchronous Condenser
• Motor sinkron mensuplai arus hubung singkat seperti halnya generator sinkron
• Bila gangguan menyebabkan tegangan sistem turun, maka motor akan mengalami penurunan suplai daya untuk memutar beban. Pada saat yang sama tegangan dalam motor menyebabkan mengalirnya arus ke arah lokasi gangguan. Inersia motor dan beban berlaku sebagai penggerak mula, dan apabila eksitasi motor konstan, motor akan berfungsi sebagai generator mensuplai arus gangguan.
• Reaktansi motor sinkron berubah dari : Xd” -> Xd’ -> Xd
• Arus hubung singkat dihitung dengan menggunakan sirkuit ekivalen generator sinkron.
Untuk Synchronous condenser, peranannya hampir sama seperti motor sinkron (namun tanpa beban).
3. Mesin Induksi
terbagi menjadi motor induksi dan generator induksi.
a. Motor Induksi
• Motor Induksi rotor sangkar berkontribusi pada arus hubung singkat hanya dalam beberapa cycles saja, kemudian hilang. Reaktansi motor induksi yang digunakan untuk menghitung arus hubung singkat adalah Xd” yang besarnya mendekati locked-rotor reactance.
• Motor induksi rotor belitan yang ujung belitan rotornya dihubung singkat berlaku seperti motor induksi rotor belitan. Bila belitan rotornya dihubungkan dengan tahanan luar, konstanta waktu hubung singkatnya kecil sehingga kontribusinya dapat diabaikan.
b. Generator Induksi
• Pada perhitungan arus hubung singkat = motor induksi.
Tipe Gangguan Hubung Singkat
• Hubung singkat tiga-fasa (simetris)
• Hubung singkat fasa ke fasa (line-to-line)
• Hubung singkat fasa-fasa-tanah
• Hubung singkat fasa ke tanah
Metode Perhitungan
• Untuk gangguan hubung singkat tiga-fasa (simetris) pada sistem tiga fasa didekati dengan sirkuit ekivalen fasa tunggal (fasa-netral). Dalam hal ini perlu diperhatikan batasan berikut:
– Komponen-komponen sistem simetris (didesain simetris)
– Pembebanan sistem (dapat dianggap) seimbang dan simetris.
• Untuk gangguan hubung singkat tak-simetris, diperlukan transformasi komponen simetris (komponen-komponen urutan positif, negatif dan nol).
• Perhitungan dilakukan dalam sistem per-unit
• Menggunakan teorema Thevenin dan Superposisi
Klik Sumber