HIGH VOLTAGE DC (HVDC)DAN SISTEM DISTRIBUSI DC

PertimbanganUntuk menentukan jenis teknologi yang digunakan dalam power system, beberapa hal perlu diperhatikan:•Pengaruh terhadap lingkungan•Nilai ekonomis•Pengontrolan power flow•Stabilitas dan kualitas daya

Sejarah HVDC• Tahun 1930-an rectifiers ditemukan• Tahun 1941 transmisi HVDC pertama

mulai dikembangkan di Berlin, namun tidak pernah beroperasi.

• Tahun 1954 sistem transmisi HVDC pertama digunakan di Gotland.

Mengapa High Voltage?• Arus menjadi kecil sehingga mengurangi

rugi-rugi daya• Lokasi pembangkit yang jauh dari beban• Adanya jaringan terinterkoneksi

Pemanfaatan HVDC

Aplikasi HVDC [1]

Sistem Transmisi HVDC

Sistem transmisi HVDC [2]

Sistem Transmisi HVDC (Cont’d)• Stasiun converterTerdapat awal dan akhir line transmisi. Terdiri

dari komponen berikut:1. Thyristor valvesBerfungsi mengkonversi AC ke DC dan sebaliknya. 2. VSC valvesTerdiri dari multilevel converter, phase reactor

dan AC filter.

3. TransformatorBerfungsi mengadaptasi level tegangan AC dan

DC.

Sistem Transmisi HVDC (Cont’d)4. AC filter dan capacitor bankAC filter berfungsi untuk menghilangkan distorsi

harmonisa yang disebabkan oleh converter.Capacitor bank berfungsi untuk mensuplai daya

reaktif yang dibutuhkan untuk konversi power.

5. DC filterBerfungsi untuk mengurangi disturbance pada

sisi DC.

Sistem Transmisi HVDC (Cont’d)• Media transmisiUntuk transmisi di darat (on shore)

biasanya menggunakan overhead line. Untuk transmisi yang melewati laut, digunakan kabel transmisi bawah laut.

Keuntungan HVDC dibandingkan HVAC• Power yang lebih besar untuk ukuran

konduktor yang sama• Konstruksi yang simpel• Tidak ada skin effect• Tidak ada rugi-rugi akibat korona• Dapat mengkoneksi sistem AC dengan

frekueansi berbeda• Tidak dibutuhkan kompensasi untuk

daya reaktif

Kerugian HVDC dibandingkan HVAC• Harga converter mahal• Converter membutuhkan suplai daya

reaktif• Converter menginduksi distorsi

harmonisa, sehingga filter dibutuhkan

Aspek Ekonomis (Cont’d)

COST: AC vs DC Transmission

Terminal Cost AC

Terminal Cost DC

Line Cost DC

Line Cost AC

Break Even Distance (400-450km)

AC

DC

DC

Aspek Lingkungan• Medan magnetMedan magnet dipengaruhi arus yang mengalir

dalam konduktor itu dan panjang konduktor. HVDC memiliki densitas flux 25 mikroTesla untuk saluran transmisi 450 kV.

• Medan listrikMuncul karena perbedaan potensial antara

overhead conductor dan bumi serta awan yang memiliki charge. HVDC memiliki medan listrik yang kecil dibandingkan HVAC.

Aspek Lingkungan (Cont’d)• CoronaHVDC overhead transmission lines memproduksi

corona yang dapat memberikan kontribusi terhadap produksi ozone. Namun masih jauh di bawah rate yang membahayakan.

• Interferensi radio, tv dan teleponSwitching pada thyristor valves atau converter

dapat menyebabkan harmonisa hingga megahertz yang masuk dalam frekuensi radio sehingga bisa berpengaruh pada jaringan telekomunikasi.

Aspek Lingkungan (Cont’d)• Accoustic noiseSalah satu sumber noise dari HVDC adalah

transformator.

Kesimpulan• HVDC memiliki keuntungan

dibandingkan HVAC untuk transmisi dengan jarak lebih panjang.

• HVDC tidak memiliki masalah stabilitas.• HVDC lebih environmentally friendly

dibandingkan HVAC.

HVDC BIPOLAR LINKS IN INDIAHVDC BIPOLAR LINKS IN INDIA

NER

ER

SR

NR

NER

ER

SR

NR

RIHAND-DELHI -- 2*750 MW

CHANDRAPUR-PADGE – 2* 750 MW

TALCHER-KOLAR – 2*1000 MWER TO SR

SILERU-BARASORE - 100 MW EXPERIMENTAL PROJECT ER –SR

HVDC IN INDIAHVDC LINK CONNECTING

REGIONCAPACITY

(MW)LINE

LENGTH

Rihand – Dadri

North-North 1500 815

Chandrapur - Padghe

West - West 1500 752

Talcher – Kolar

East – South 2500 1367

SISTEM DISTRIBUSI DC

Hal-hal yang kurang menguntungkan•Untuk kapasitas besar memerlukan

pembangkit yang besar → rugi-rugi besar (sikat-sikat dan komutasinya), rugi-rugi mekanik dan listrik.

•Sulit membuat generator DC bertegangan tinggi →Resiko loncatan bunga api pada sikat.

•Kapasitas besar →Demensi Generator juga besar, mempersulit perakitannya.

•Sikat dan Komutasi →perawatan dan penggantian komponen.

•Dianggap Ekonomis jika kapasitas daya maximumnya adalah 5 MW.

Drop tegangan

CDVRIV 2

21 VVV

AA

BB

CC

DD

ABV

RIV 1

RIV 221 VVVV CDAB

Efisiensi

IVIV

1

2

1

2

VV

1

1

VVV

sumberolehdikirimyangDayaterimatitikdisampaiyangDaya

1

1VV

•Seperti Gambar di atas Polaritas ( + ) dan ( - ) tidak dapat dibalik

•Pada Umumnya sistem DC terdiri dari 2 atau 3 kawat penghantar untuk mensupply beban – beban yang ada

•Arus mengalir dari kutub + , kembali melalui kutub -

IR I GEDE DYANA ARJANA, MT

Gambar Saluran Distribusi DC, dengan beban terkonsentrasi pada titik-titik tertentu : “ masing-masing besarnya i Ampere“, I kemungkinan sama besar di setiap titik atau berbeda di tiap titik

• Diketahui Panjang Saluran AB adalah L meter• Diameter saluran adalah A mm2

• Tahanan Jenis Tergantung dari bahan metalnya ρ

Maka : dan

DROP TEGANGAN

• Panjang AB adalah “ l “ mtr dan AC adalah “ x “ mtr, sedang arus dari A ke C besarnya “ il – ix atau I (l – x )

• Lihat dx , besar R dx adalah r.dx maka drop tegangan sepanjang dx adalah : dv = I (l-x) (r.dx) = ( ilr - ixr ) VoltTotal drop di titik x adalah : maka : v = I,l.r.x – ½ i.r.x2

= i.r ( l.x - ½ x2 )

DROP TEGANGAN TOTAL SALURAN

Drop Teg. Di titik B adalah : dvB = i.r [ l2 - ½ . l2 ] = ½

[ i.r.l2 ]

dvB = ½ I R V0lt

saat : i x l = I dan r x l = R maka ,

dv AB = ½ I . R volt

Contoh 1. Saluran Disupply satu sumber “ dari A ke B “

CONTOH PERHITUNGAN PADA SALURAN

Diketahui : Tegangan drop yang diijinkan 10 Volt , ρ = 1.78 x10-8

Ώm maka tentukan diameter saluran ( asumsikan drop total saluran = 10 volt ) sesuai gambar slide sebelumnya

R1 = 1.78 x 10-8 x 40 / A R2 = 1.78 x 10-8 x 100 / A R3 = 1.78 x 10-8 x 150 / A R4 = 1.78 x 10-8 x 250 / A dan Δ V = 10

Volt

Contoh 2. Saluran Disupply dari dua sumber “ dari titik A dan B “

• Diketahui kedua sumber mempunyain tegangan yang sama VA = VB = 200 V , resistansi kedua buah konduktornya adalah 0,1 Ώ per 1000 mtr, hitung besar arus pada masing-masing seksi.

• Sesuai gambar di atas dapat diperkirakan bahwa pada titik D terjadi peningkatan arus dari titik A, kemungkinan hal ini terjadi pada titik D ada dua unit beban yang di supply dari sumber A dan sumber B, tetapi pada gambar terlihat satu titik konsentrasi arus

C D E

50 A 150 A100 A

A B

500 m 300 m700 m 250 m

C D E

50 A 150 A100 A

A B500 m 300 m700 m 250 mD

• Pada Umumnya Sistem Supply Dist.DC sama bentuknya seperti sistem distribusi bentuk RADIAL. Oleh karena itu penyelesaiannya dapat dilakukan dengan cara :

DIKETAHUI : VA = VB sehingga dv = 0 ( asumsikan tdk ada drop sepanjang saluran A s/d B )

Maka dapat dicari arus masing-masing seksi dengan anggapan bahwa saluran disupply dari satu sumber yaitu dari titik A. sehingga , (ingat resistansi kedua buah konduktornya adalah 0,1 Ώ per 1000 mtr)

dv = 0 = I x R 0 = 10 -4 [ (I.500)+ 700 ( I-50 ) + 300 ( I-150 ) + 250 ( I-300 )]

1750 I = 155000 sehingga di dapat I = 88.6 Ampere

= 10 -4 [ 500I + 700I - 35000 + 300I - 45000 + 250I-75000 ]

0 = 10-4 [ 1750 I - 155000 ]

KEMUDIAN :Hitung arus pada masing- masing seksi

I = = I A = IAC = 88.6 AICD = IAC - 50 = 88,6 - 50 = 38,6 AIDE = ICD – 100 = 38,6 - 100 = - 61,4 AIBE = IDE – 150 = ( -61,4 ) – 150 = - 211,4 A

Berdasarkan hasil di atas dapat ditentukan bahwa :1. Arus dari sumber B besarnya 211,4 Ampere2. Arus pada titik D yang besarnya 100 A bersumber dari dua arah yaitu, a. Arus bersumber dari supply A besarnya 38,6 A dan b. Arus bersumber dari supply B memberi supply sebesar 61,4 A

Selain cara di atas penyelesaian persolan tersebut dapat dilakukan dari arah yang berbeda yaitu diasumsikan bahwa saluran tersebut hanya disupply dari sumber B

Cara lain dapat juga diselesaikan dengan menghitung besar arus pada masing-masing seksi dengan memecah saluran menjadi 2 bagian ( spt. Gambar diatas ) kemudian dihitung dengan cara yang sama maka hasilnya akan sama.

GAMBAR ARUS TOTAL YANG MENGALIR PADA SALURAN

MENETUKAN DROP TEGANGAN PADA SALURAN- Setelah diketahui arus pada tiap-tiap seksi maka kita akan dapat

menghitung drop pd seksi yang ada dan menentukan tegangan riil pada titik-titik beban.dvAC = 10-4 x 500 x 88,6 = 4,43 voltdvCD = 10-4 x 700 x 38,6 = 2,7 volt

Kalau pada soal ditentukan bahwa supply dari satu arah/sumber makadvDE = 10-4 x 300 x ( - 61,4 ) = - 1,84 voltdvEB = 10-4 x 250 x ( - 211,4 ) = - 5,29 volt., sehingga

VC = 200 – 4,43 = 195,57 VVD = 195,57 – 2,7 = 192,87 V

Dari sumber A VE = 192,87 – ( -1,84 ) = 194,71 V

Dari sumber B VE = 200 – 5,29 = 194,71 V

SUPPLY DUA ARAH DENGAN TEGANGAN YANG BERBEDA

Diketahui VP = 248 V dan VQ = 245 V,Total R kedua konduktor 0,1 Ώ, panjang PQ = 800 Meter, Hit Arus dan Rugi-rugi daya

Asumsikan I dari P adalah X dan Y adalah I dari Q dv = 248 -245 = 3 Volt maka 3 = I x R3 = (0,1/800).[100x+150(x-20)+250(x-100)+100(x-150)+100(x-

220)+100(x-260)]3 = (1/8000). [800x -91000]24000+91000 = 800xX = 115000/800 = 143,75 A

BESAR ARUS PADA TIAP SEKSI :

I pada titik M adalah X – 100 IM = 143,75 – 100 = 43,75 Amp

Besar arus dari sumber Q adalah :Y = IQ = X – 260 = 143,75 – 260 = -116,25 A

Tanda – menunjukkan bahwa arus berlawanan arah atau berasal dari sumber lain yaitu dari Q

SEDANGKAN LOSSES DAYA

Rumus umum : P = I2 x R

Jadi :

∆P=(0,1/800).[100*143,752+150*123,752+250*43,752+100)*6,252+100+100* 76,252+100*116.252]

∆P = 847,3 Watt

DISTRIBUSI RING/LOOP

• DISTRIBUSI RING DIRANCANG BERBENTUK CIRCUIT TERTUTUP YANG BERTUJUAN UNTUK MENJAGA STABILITAS TEGANGAN DAN KONTINYUITAS TERJAMIN JUGA UNTUK EFFISIENSI KONDUKTOR

• BENTUK SISTEM DISTRIBUSI LOOP/RING DAPAT DIASUMSIKAN SEPERTI BENTUK DISTRIBUSI OPEN/RADIAL

• UNTUK MENYELESAIKAN PERHITUNGAN, BAIK MENGHITUNG DROP TEGANGAN, BESAR ARUS DI SETIAP SEKSINYA ATAU LOSSES DAYA PADA SALURAN DAPAT DILAKUKAN DENGAN CARA YANG SAMA DENGAN PERHITUNGAN DISTRIBUSI OPEN YANG DISUPPLY DENGAN DUA SUMBER

CONTOH

DIKETAHUI :- Panjang saluran 400 m , R tiap konduktor 0,2 Ώ per 1 km, hitung drop tegangan

dan arusnya bila tegangan supplynya 240 Volt

- dv = 0 0 = 70 I + 90(I-50) + 80(I-120) + 60(I-220) 0 = 300I – 27300MAKA I = 27300/300 I = 91 Ampere.

KEMUDIAN :R per konduktor = 0,2/1000 = 0,0002

I = IAD = 91 A ICB = 41 – 70 = - 29 AIDC = 91 – 50 = 41 A IBA = -29 – 100 = -129 A

-Tanda minus menandakan bahwa arus disupply dari ara yang berlawananMAKA :

dvAD = 2 [ 91 x 70 x 0,0002 ] = 2,55 volt dv CD= 2 [ 41 x 90 x 0,0002 ] = 1,48 volt dv CB= 2 [ 29 x 80 x 0,0002 ] = 0,93 volt dv CD= 2 [ 129 x 60 x 0,0002 ] = 3,1 volt

SEHINGGA :

VD = 240 – 2,55 = 237,45 VVC = 237,45 – 1,48 = 235,97 VVB = 240 – 3,1 = 236,9 V