STUDI ARUS HUBUNG SINGKAT PADA SISTEM POWER SUPPLY JALUR KERETA TAIWAN

Image

Abstrak

 Sistem transportasi kereta api taiwan bagian barat utamanya terdiri dari jalur pegunungan dan jalur laut. Taiwan Railway Administration (TRA) telah mengadakan beberapa percobaan pada jalur laut untuk mengidentifikasi penyebab kejadian yang tidak diketahui yang menyebabkan kabel kontak trolly sering mencair. Tes yang dilakukan termasuk tes kegagalan hubung singkat dalam zona penyedia daya Gardu Induk Ho Long (Zhu Nan sampai Tong Xiao) yang memiliki kemungkinan terbesar terjadinya pencairan. Hasil pengujian didasarkan oleh nilai arus hubung singkat maksimum terukur menyediakan referensi bagi TRA untuk dibandingkan dengan kejadian pencairan yang terjadi..

Transformer LeBlanc adalah transformer utama dari sistem kelistrikan kereta api Taiwan. Transformer LeBlanc kebanyakan mengubah tegangan 3 fase 69 kV 60 Hz yang dibangkitkan oleh Taiwan Power Company menjadi sistem distribusi dua satu fase alternatif ( fase M dan fase T) yang digunakan untuk daya penarik trolly. Dikarenakan hubungan belitan transformer yang unik, software konvensional untuk analisis hubung singkat tidak akan bisa mensimulasi arus internal dan perbedaan fase untuk masing-masing arus fase. Oleh karena itu, selain hasil dari pengujian hubung singkat, pekerjaan ini menghasilkan model EMTP berdasarkan model ekuivalen rangkaian GI Kereta api taiwan yang menggunakan tarnsformer LeBlanc. Terlebih lagi, arus hubung singkat maksimum dievaluasi lebih jauh dengan mengacu pada rangkaian ekuivalen yang diusulkan. Pemeriksaan awal dari kabel kontak trolly mengungkapkan kemungkinan penyebab pencairan berdasarkan hasil simulasi.

Metode yang digunakan

Tes hubung singkat ini dilakukan pada Ho Long substation di mana melt down events sering terjadi. Pengukuran dilakukan pada arus hubung singkat maksimum yang mungkin melalui kabel kontak trolly (trolly contact wire) pengujian untuk data referensi. Dengan demikian, peneliti dapat lebih memahami mengapa kejadian tersebut terjadi. Pengujian hubung singkat dilakukan pada direct short fault, misalnya short circuit fault antara trolly contact wire dengan rel.

Pengujian hubung singkat adalah :

1)      Pastikan daerah pengujian tidak terdapat trolly.

2)      Hubung singkatkan trolly contact wire dengan rel.

3)      Ukur impedansi trolly contact wire :

Karena alternating feeder circuit yang digunakan merupakan sistem yang rumit, pengukuran biasanya dibuat dari impedansi trolly contact wire dengan drop tegangan yang sebenarnya. Arus AC 5-10 A diinjeksikan pada trolly contact wire dan rel dari substation untuk mengukur drop tegangan dan sudut fase tegangan dan arus. Kemudian, hitung impedansi ekuivalen trolly contact wire dan rel melalui daerah hubung singkat tertentu oleh . Berikut adalah tabel hasil pengujian :

Capture 

4)      Pengukuran resistansi  trolly contact wire :

Arus DC dinjeksikan untuk mendapatkan resistansi ekuivalen trolly contact wire R dan hasil pengujiannya adalah berikut :

Capture 

Dari langkah 3 dan 4 dapat diketahui nilai reaktor .

5)      Gunakan hasil langkah 3 dan 4, impedansi trafo, dan impedansi sistem untuk menghitung arus hubung singkat  untuk menyesuaikan graduation instrumen pencatat. Dengan demikian, bentuk gelombang arus hubung singkat dapat dicatat secara akurat, dan pengujian ulang yang tidak perlu dapat dihindari.

6)      Gabungkan trolly contact wire pada sistem sumber daya untuk mengalirkan pengujian hubung singkat.

7)      Pastikan relay off and interruption of vacuum circuit breaker (VCB).

8)      Catat nilai arus dan bentuk gelombang pengujian hubung singkat ketika tegangan sumber daya dipulihkan.

Untuk pengukuran bentuk gelombang arus hubung singkat diilustrasikan pada gambar di bawah :

 Capture

Dengan demikian, overcurrent relay mempunyai kemampuan untuk mati otomatis ketika arus hubung singkat terjadi, sementara membuat interupsi VCB  untuk mengisolasi daerah kegagalan. Oleh karena itu, transient recorder dapat mencatat bentuk gelombang ketika arus terjadi dan VCB interup (sekitar 4 siklus), seperti diperlihatkan pada gambar di bawah :

 Capture

Gambar  1.Bentuk gelombang arus hubung singkat fase M pada stasiun Tong Xiao (remote end)

Capture

Gambar  2.Bentuk gelombang arus hubung singkat fase M pada stasiun Ho Long (exit end)

 Capture

Gambar  3.Bentuk gelombang arus hubung singkat fase T pada stasiun Tan Wen (remote end)

Meski pengujian dilakukan untuk mengetahui arus hubung singkat maksimal yang mungkin, arus hubung singkat yang ada mungkin termasuk arus AC simetris dan arus DC asimetris yang berhubungan dengan bagian hubung singkat dan tegangan ketika hubung singkat terjadi. Oleh karena itu, selama pengujian, arus DC maksimal sulit untuk didapatkan dengan mengontrol waktu injeksi tegangan. Jadi, hasil Gambar 1-3 tidak dapat memberikan keterangan arus hubung singkat maksimal yang mungkin, dan karena hanya 4 siklus pertama yang dicatat, arus AC steady state tidak dapat diketahui. Namun, hasil pada Gambar 1-3 masih dapat memberikan referensi berharga untuk analisis.

Test System

Dengan model ekuivalen EMTP pada Gardu Induk yang telah dijelaskan pada seksi sebelumnya, kita dapat mensimulasikan tes hubung singkat ke tanah pada kabel kontak trolly pada area pembangkitan daya. Selain itu, sudut fase tegangan dapat juga disimulasikan dengan mengatur sudut injeksi pada penyedia daya. Gambar 9(a)-(d) menunjukkan bentuk gelombang arus gangguan hubung singkat pada simulasi, dimana tabel IV menunjukkan nilai arus puncak maksimum dan nilai arus RMS pada keadaan steady state pada hunung singkat. Hasil simulasi pada gambar 9(a)-(c) dan hasil pengujian hubung singkat sebenarnya pada gambar 7(a)-(c) dapat dilihat menyerupai satu sama lain pada bagian pengurangan nilai DC dan pengamatan yang sama dilakukan juga pada nilai Tabel II dan IV; Semua eror kurang dari 8 %. Faktor-faktor yang menyebabkan eror adalah sebagai berikut:

  • Error Visual

Error utama yang yang muncul pada pembacaan hasil simulasi maupun hasil pengujian aktual

  • Error Instrumentasi

Instrumentasi  yang digunakan untuk pengukuran memiliki error pengukuran yang berbeda-beda, hal ini menyebabkan keakuratan hasil pengujian.

  • Error Model

Untuk mennyederhanakan rangkaian ekiuvalen, dilakukan pengabaian resistansi peralatan. Hal ini menghasilkan error pada hasil simulasi yang lebih besar.

 Capture

 Gambar 7 

Capture

                 Tabel II                                                                                                          Gambar 9

Capture Tabel IV

Hasil Penelitian

Membandingkan hasil simulasi pada software dan hasil pengujian sebenarnya menunjukkan bahwa model ekuivalen sirkuit Gardu Induk yang disebutkan pada bagian sebelumnya memiliki akurasi tinggi dengan error yang sangat rendah antara 3%-8%. Tanpa diragukan lagi, model ini bisa diaplikasikan untuk simulasi tes hubung singkat pada sistem transportasi kereta api di Taiwan. Dengan ini, model ini dapat digunakan sebagai referensi desain yang dapat dipercaya untuk semua peralatan pengaman dan persetujuan koordinasi yang ingin digunakan. Terlebih lagi, model ini mengurangi kerusakan peralatan dan biaya pengujian utnuk kabel kontak trolly. Disisi lain, penelitian ini juga menggunakan model sirkuit ekuivalen untuk melakukan simulasi hubung singkat pada Gardu Induk Ho Long, yang mengkompensasi tidak cukupnya nilai arus hubung singkat ketika pengujian dilakukan. Berdasarkan dari hasil penelitian, arus maksimum simetris dapat mencapai hingga 2400,1 A; Arus peak maksimum bahkan dapat mencapai hingga 3400 A. Meskipun arus ini cukup besar, arus ini masih kecil jika dibandingkan dengan nilai 10.000 A yang dibutuhkan untuk benar-benar mencairkan kabel kontak trolly. Karena itu, mengacu dari fakta-fakta yang ada, dipercaya bahwa peristiwa melelehnya kabel dapat memiliki penyebab lain selain dikarenakan gangguan hubung singkat.

Hasil percobaan ini, menunjukkan bahwa gangguan hubung singkat bukan merupakan penyebab dari melelehnya kabel, dan sirkuit ekuivalen yang digunakan untuk simulasi dapat menyediakan acuan berharga untuk penelitian mengenai masalah ini pada waktu mendatang.

Pengaplikasian di Indonesia

Tes hubung singkat yang telah dilakukan merupakan pengujian hubung singkat dengan sistem yang menggunakan trafo dengan konfigurasi leblanc.Sedangkan di Indonesia sistem yang digunakan untuk rel kereta listrik menggunakan trafo berkonfigurasi scott.Hal ini menyebabkan pengujian hubung singkat dalam paper ini tidak dapat diaplikasikan di Indonesia,Berikut penjelasan singkat tentang trafo konfigurasi scott dan leblanc:

  • Konfigurasi Scott

Konfigurasi Scott transformator merupakan salah satu cara yang paling populer untuk mengurangi masalah ketidakseimbangan dalam gardu traksi yang dapat mentransfer sisi beban seimbang sistem dua fase ke tahap seimbang jaringan AC tiga fase. Struktur skema pengaturan tersebut ditunjukkan padagambar dibawah ini

Capture

 Maksimum ketidakseimbangan faktor tegangan konfigurasi ini adalah sekitar 10,24%

  • Konfigurasi leblanc

Konfigurasi Leblanc transformator untuk Leblanc transformer intraction gardu yang dapat mentransfer sisi beban seimbang sistem dua fase ke tahap seimbang jaringan AC tiga fase. Namun karena karakteristik perancangan Leblanc transformator dibandingkan dengan Scott, Leblanc konfigurasi transformator dapat dikatakan sebagai sistem yang paling digunakan di dunia. Struktur skema pengaturan tersebut ditunjukkan pada gambar dibawah ini

Capture

 Maksimum ketidakseimbangan faktor tegangan konfigurasi ini adalah sekitar 6,69% 

Untuk Tugas Mata Kuliah Aplikasi Komputer dalam Sistem Tenaga Listrik JTETi UGM