harmonisa sistem distribusi

Sistem Distribusi Daya Listrik

Rangkaian ekuivalen dapat berupa ekuivaien seksi '7'atau ?T.Untuk rangkaian ekuivalen 'T', di mana Es dan Ep ditentukan seperti sebelumnya,

Ir dan I4 adalah ujung arus pengiriman dan ujung arus penerimaan (Gambar 3.ll).Admitansi beban Y4 = In/En

Is : Ir i Ic : ynEn * ("- +U\)U:no[vo+v(r**?)]

Es : E'* rs ?:"^(L * Yr +).no[v*+v(r+vn

: no [r * Yn z * "Lr(r -1? )]+)l+

Gambar 3.11 Saluran cukup panjang-rangkaian ekuivalen 'Zl

3.9 HARMONISA-HARMONISA3.9.1 Distorsi HarmonisaDengan makin banyaknya alat-alat tidak linear yang tipakai, distorsi harmonisa daribentuk gelombang tegangan merupakan persoalan yang cukup mendapat perhatian.Arus-arus harmonisa dibangkitkan karena penggunaan alat-alat, misalnya penyearah,inverter, penggerak kecepatan variabel yang menggunakan thyrister yang telah diatur,tungku, tungku busur dan reaktor-reaktor yang dapat dipenuhi. Arus-arus ini adalahakibat dari kenyataan bahwa peralatan mempunyai impedansi yang berubah tiapsetengah gelombang dari e.m.f. yang bekerja atau dia membangkitkan e.m.f. balikdengan bentuk tidak sinusoidal. Distorsi dari bentuk gelombang yang disebabkanmengalirnya arus harmonisa di seluruh rangkaian dan pengaruh dari distorsi semacam iniperlu dipelajari. IS: 325-1978 membatasi ini sampai 5% unluk catu tegangan rendah.

Besar dan derajat harmonisa yang ditimbulkan beban dipengaruhi oleh sifat-sifatperalatan. Misalnya, dengan penyearah (tabung hampa, lampu busur air raksa atau

hnya,3.r 1).

Metodologi Perencanaan, Disain, dan Operasi

komponen-komponen semi konduktor) arus harmonisanya dapat ditentukan secaraanalitis. Didapatkan bahwa semakin banyak tahap-tahap pada peralatan, semakin sedikitjumlah harmonisanya dan juga semakin kecil. Untuk penyearah dengan pengaturan(misalnya thyristor), harmonisa yang dibangkitkan merupakan fungsi sudut delaigelombang penyearah.

Gambar 3.12 menunjukkan bentuk gelombang arus DC dalam beban, bersamadengan bentuk gelombang tegangan dan arus fasa untuk rangkaian thyristor yang diaturpenuh. Juga menunjukkan spektrum frekuensi arus-arus harmonisa yang mengalir dalamfasa arus dengan delai 0o.

Keluaran D.C.

Fase teganganR.YdanB

I

hrih.tr,tr,hhipEilLiLhT

F.ase arusdalam R Ti ngkatharmonisa

43 cos 3 at + ...br sin 3 r,l/ + ...

Gambar 3.12 Harmonisa dalam penyearah thyristor yang diatur'

Setiap bentuk gelombang periodik yang tidak berbentuk sinusoidal dapat dinyata-lian dalam jumlah dari seri harmonisa frekuensi dasar dengan menggunakan analisisFourier.

!(t) :t * otcos n/ f a, cos 2 at {* Dr sin 6t + bz sin 2 ort -1-

di mana,

Sistem Distribusi DaYa Listrik

/ (r) cos n l.r.t, dtT7-

o, : f,j r t,r dt, o^:|\00T

u":+\/(r) sin0

n at, dt

Analisis dari harmonisa dapat juga dilakukan pada rangkaian itu sendiri dengan

bantuan analisator t.,,,"niru.'g.rriu[ gelombang diambil sampelnya dan analisatormengikutiseluruhdaerahf,ekuensinyamakakeluarlahbermacam.macamfrekuensi.

3.9.2 Pengaruh Harmonisa pada RangkaianHarmonisa dalam rangkaian distribusi daya dapat menyebabkan

akibat"akibat sebagai

berikut:(a) Terjadin ya beban tebih dari koreksi faktor daya kapasitor pada saat tunmg

untuk frekuensi tertentu'(b)Resonan,iunta,a,..ttansikapasitansidantransfornratoryangmengakibatkan

tegangan dan arus yang berlebih' r^- -^-^n^^(c) Interferen'i A"ogun rangkaian-rangkaian telpon dan pemancar karena arus-arus

harmonisa deret nol'(d)Tidakbekerjanyaperalatanpengatursebagaiakibatdistorsibentukgelombang

yang mempengaruhi titlk kerja rangkaian thyristor'(e)Kesalahan-kesalahonpadameter-meterptringanberputarpengukurenergi'(f) Terlalu pono,'y'o*esin-mt'in be'putai karena bertambahnya kehilangan daya

yang disebabkan u'us-u'u' eddy seperti halnya kehilangan torque'

(g) Kelebiha, U'i'o' A^'i lilitan transformator yang dihubungkan secara deltakarena t.rtatu"iunyutnya harmonisa ketiga atau karena terlalu

banyaknya arus

yang disebabkan adunyu arus DC mengaiir dalam liiitan'

3.9.3 Aliran Arus HarmonrsaGeneratormengeluarkantegangansinus.sempurna50Hzkerangkaian'Arustidaksinusoidal ke alat'alat tio"tiin*' dapat dinyatakan dengan ".tl::::j ditambah deretharmonisa. Geiombang-duru, urrr, itu sendiri yang membawa

energi ke beban' Arus

harmonisatidakikutmembawaenergidan*,,.ku"menunjukkanfenomenayangtidakdiinginkan karena **.;;^;.n;,rrunii iut,o, daya. Dalam kenyataannya

beban bekerja

seolaholahsebagaig,,'.,uto'-u'u,hu,*onisa.Sesuaidenganitu,analisisdilakukandengan menganggap o;;;";t; hu'monisu dimasukkan ke sistem

oleh sumber arus

di titik beban non-rinear pada sistem, seperti terlihat pada Gambar 3 '13(a)'

di mana,

Sistem Distribusi DaYa Listrik

Qo: f (t) dr, a" / (r) cos n rot, dt

sin n iot, dt

7-

:+\0

T1f7J

0

T

u:llr r,>0

Analisis dari harmonisa dapat juga dilakukan pada rangkaian itu sendiri denganbantuan anaiisator ttuttoni"' gtniul gelombang diambil sampelnya dan analisatormengikuti seluruh daerJ frekuensinya maka keluarlah bermacam-macam

frekuensi'

3.9.2 Pengaruh Harmonisa pada RangkaianHarmonisadalamrangkaiandistribusidayadapatmenyebabkanakibat"akibatsebagaiberikut:

(a)Terjadinyabebanlebihdarikoreksifaktordayakapasitorpadasaattuninguntuk frekuensi tertentu'

(b)Resonansiuntu'ureaktansikapasitansidantransformatoryangmengakibatkantegangan dan arus Yang berlebih'

(c) Iiterierercsi Otngan rangkaian-rangkaian telpon dan pemancar karena arus-arusharmonisa deret nol'

(d.)Tidakbekerjanyaperalatanpengatursebagaiakibatdistorsibentukgeiombangyang mempengaruhi titik kerja rangkaian thyristor'

(e) Kesalahan-kesilahan pada meter-meter piingan berputar pengukur energi'(f)Terlalupo,o,,yon'.sin-m.sinberputaikarenabertambahnyakehilangandaya

yang disebabkun u'u'-u'u'eddy seperti halnya kehilangan torque'(g) Kelebiha, b;;;; Jari lilitan transformator yang dihubungkan secara delta

karenaterlalubanyaknyaharmonisaketigaataukarenaterlalubanyaknyaarusyang disebabkan adanya arus DC inengalir dalam liiitan'

3.9.3 Aliran Arus HarmonrsaGeneratormengeluarkantegangansinus.sempurna50Hzkerangkaian.Arustidaksinusoidal ke alat-alat tiAuftim*' dapat dinyatakan dengarr Tt::::,'

ditambah deret

harmonisa. Gelombang Juru,. uru5, itu sendiri yang membawa energi ke beban' Arus

harmonisa tidak ikut membawa energi dan *t"ku Lenunjukkan fenomena yang tidak

diinginkan karena *.rJu'*.nrurunii fukto, daya. Dalam kenyataannya beban bekerja

seolaholahsebagaigeneratolarushartnonisa.sesuaidenganitu,analisisdilakukandengan menganggap u.rrr.-ir"p harmonisa dimasukkan ke sistem

oleh sumber arus

di titik beban non-linear pada sistem, seperti terrihat pada Gambar 3'13(a)'

33kV

Metodologi Perencanaan, Disain, dan Operasi 65

ilkv 4t5 v

vl Y2

Zy

21

v3 cc

I(a)

(ziln

(b)ff*i*

3'13 Harmonisa-harmonisa dalam sistem. (a) Aliran arus harmonis; (b) Rangkaian ekui-

dengan

Kecuali dinyatakan rain, biasanya dianggap bahwa reaktansi induktifpada frekuensifarrnonisa r kali frekuensi dasar oan ,eattllsi kapasitif lln kaliharga fiekuensi dasar,sedang tahanan tetap.Bila ditinjau dari generator harmonisa maka rangkaian ekuivalen dengan rangkaiandi atas terlihat pada Gambar 3.r3b. Frekuensi gerombang duru.

-rrrgur,dung g yaituperbandingan antara arus frekuensi dasar 1, dengan uruJt"rrtur.riu'saluran AC 11dan konstanta harmonisa k dinyatakan sebagai berikut:

laI 21,'t-*, k:N!=z

g2+k2-l

3.9.4 Batas-batas Besarnya l{amonisaSekarang akan dibahas mengenai batas maksimum pembangkitan harmonisa oleh ber-macam-macam beban. Ini adalah akibat dari makin banyatnvi p.ngg;an alat pengaturtegangan thyristor.

Bermacam-macam badan internasional dan _nesional juga telah mengeluarkanstandar atau telah memperhitungkannya. CENELEC, badan"stndarli Eropu, adarahyang pertama-tama mengeluarkan standar mengenai harmonisa untuk alat-alat rumah

(zr)'n

Z1

Sistem Distribusi Daya Listrik

tangga. Kemudian standar dikeluarkan oleh Belanda, Swedia, Jerman dan Inggris.Di Inggris clikeluarkan 'Ertgineering Recommendation G 512', oleh Kepala Kon-

perensi Sarjana pada tahun i967. Mereka mengatur batas-batas dari segi arus nyatauntuk setiap harmonisa pada titik hubung bersama, yaitu titik di mana mula-mula ter-jadi hubungan antara beban konsumen yang satu dengan beban konsumen lain pada,irt.-. Sebagai contoh, untuk busbar 11 kv, arus harmonis dibatasi sampai 9,7 A untukharmonisa ke-5 6,3 A untuk ke-7, dan i0 A untuk ke-l1'

Dari pengalaman pertama, perubahan rekomendasi G 5/3 dikeiuarkan' Ini agakkurang konservatif dibancling dengan G 5/2. Satu kesukaran adalah penjumlahan beban-beban yang membangkitkan harmonisa-harmonisa. Mula-mula dipakai penjumlahanhitungan. Sekarang telah disepakati untuk menggunakan tehnik kemungkinan danjumlahnya tidak lebih dari harga rms jumlah harmonisa-harmonisa'

Standar Jerman DIN 57160 Bagian 2 memberikan batas-batas khusus pada ber-macam-macam beban. Untuk penyearah jembatan tiga fasa, misalnya batas daya darikonverter l% d41 tingkat kesalahan sistem; tiap harmonisa tidak boleh lebih dari 5%dari dasar sampai dengan harmonisa ke-I3 dan kemudian menurun secara logaritmis;jumlah seluruh tegangan harmonisa tidak boleh melebihi kedalaman 1A% dan lamawaktu 'saat pergantian' ditentukan; tegangan sistem boleh turun sampai dengan 85%untuk periode sarnpai dengan 0,5 detik.

3.10 PERUBAHAN-PERUBAHAN BEtsAN

3 .10.1 Naik-Turunnya Tegangan.Bila beban yang dicatu oleh sebuah rangkaian berubah, tegangan jatuh pada salurah jugaberubah. Karenanya dilihat oleh konsumen yang lain tegangan sepanjang saiuran ter-sebut naik-turun. Bila hal ini terjadi sangat sering, perubahan-perubahan yang terus-menerus akan mengganggu konsumen. Pada pihak lain, naik-turunnya tegangan akanberpengaruh pada kerja alat-alat yang dipakai. Misalnya, instalasi komputer dan catudayanya peka terhadap naik-turunnya tegangan biasa maupun tajam. Selanjutnyapabrik-pabrik dapat terganggu bekerjanya untuk berproduksi bila ada kelengahan kerjakarena adanya relai tegangan rendah.

Yang paling peka terhadap naik-turunnya tegangan adalah lampu pijar. Sinar yangdikeluarkan oleh kawat wolfram dari lampu sangat peka terhadap perubahan teganganbatas dari lampu, dan setiap perubahan pada tegangan akan keiihatan, Toleransi kon-sumen terhadap kediparr melupakan fungsi frekuensi naik-turunnya tegangan'Bermacam-macam kurva yang berlainan telah dibuat untuk mendapatkan hubungan ini.Satu set kurva-kurva yang biasa dipakai yang menyatakan tingkat penerimaan dantoleransi kedipan lampu ditunjukkan pada Gambar 3.14. Bagi lampu-lampu neon,cahaya yang dikeluarkannya iidak peka terhadap perubahan tegangan. Meluasnya peng-gunaan lampu jenis ini mengurangi kesadaran masyarakat terhadap persoalan kedipan.

Tipe beban yang menyebabkan persoalan kedipan adalah pengelasa.n, penggilingan,mesin-mesin pertambangan, motor-motor, kompresor, kompor-kompor. Metode untukmenganalisis persoalan menghidupkan motor dan untuk perubahan beban yang terus-menerus dijelaskan di bawah.

.4

- ,,3cooce"o,Go: e.oval,!

{kurva tersebut berlaku untuk

roo os4 3 2 troaoFluktuasi per detik

,o 'orott,o trt 5 o 3

Fluktuasi per menit

Metodologi Petencanaan, Disain, dan Operasi

ar 60 watt)

30 -- t5 l0 7 5 3

Penerimaan dan toleransi kedipan lampu disebabkan karena fluktuasi

Kurva 1 Ele'ctrical world November 1958 (L. Brieger)Kurva 2 dan 3 Electrical engineering July '1956 (A. Kroneberg)Kurva 4 E.R.A. Report VIT 146-1962 (R. Thomas & P. Kendall)

il*i, n"oiJ.-!.1

Garis batas

Kedipan tidakr-rtjL terlihat oleh80% pengamat

Gambar 3.14 Kedipan lampu.

Fluktuasi per iam

Sistem Distribusi Daya Listrlk

3.1O.2 Menghidupkan MotorTegangan jatuh karena arus stari motor induksi akan tergantung dari besarnya motorfaktor daya pada saat start, impedansi sistem dan metode start. Untuk motor tiga fasategangan jatuh diekstrapolasi sesudah ekuivalen satu fasa dianaiisis.

Dari Bagian 3 .8.1 didapat persamaan tegangan jatuh sebagaiE, : En f .IR cos {n

-

IX sin fadi mana, ,Es : tegangan catu fasa ke netral

ER : tegangan fasa ke netral pada beban1 = arus start motor

R : tahanan sistemX : reaktansi sistem

cos OR : faktor daya dari beban pada saat start

Tegangan latuh(%\ : * ,r^cos dR -

1X sin dn) x 100Dldi mana. E adalah tegangan catu saluran ke saluran dan @4 adalah negatif untuk fai


Diasumsikan ada instalasi dengan /, unit dengan nornor 1,2, . . . , i, . , lt danialam periode waktu llnit i bekerja{ kali dan bekerja untuk satu periode ay dan titik:ekerja selama periode (.7

- a1)

Kemungkinan bahwa unit 7 bekerja adalah,

n,:Al TKemungkinan bahwa unit-unit 1,2, . .. , k bekerja pada saat yang sama dan

:ari unit-unit tidak bekerja dinyatakan denganp (k) : pr Fz ps ... p* {,.1

-

pr) (t -

pr\ ... {I -

pr)l-ama waktu rara-rata unit-unit k ini bekerja secar4 bersama-sama adaiah

Tt(k):f^lp' + f"lp, -f ... +

Frekuensi unit-unit k pada saat bekerja

F (k)

J*tpo**h+ .+ f,tL--p,secara bersama-sama adaiah

_P (k)- 7(E

3.10.4 Perubahan Beban yang Terus-menerusBerbeda dengan beban motor yang mempunyai perubahan tegangan tertentu pad.a saatstart, banyak beban yang mempunyai pola arus yang tidak teratur. Beban semacam inimenyulitkan penggunaan prosedur yang telah dijelaskan tadi.

Khas beban yang dalam tahun-tahun ini menarik perhatian adalah "arc furnace,',"induction f,urnace" dan penggilingan. Pada 'arc furnace,' tegangan 'arc? mempunyaiperubahan yang 'stochastic' karena proses meleleh. Gerakan dari 'arc' yang mengakibat-kan naik-turunnya arus dalam daerah frekuensi 0,05 sampai dengan 30 FIz dapat mem-pengaruhi penerangan konsumen, TV, alat-alat elektronik lainnya. Frekuensi yangsangat peka adalah l0 Hz [10] di mana hanya dengan perubahan a,2%pada tegangancatu menyebabkan kedipan yang terlihat. Dalam 'induction furnace' beban berubahterus-menerus pada saat kopling beban dalam kompor dengan lilitan induksi berubahdalam proses pelelehan.

Naik-turunnya sangat cepat. Pada Gambar 3.15 tipe naik-turunnya tegaflgan terlihatuntuk substasion busbar yang mencatu instalasi 'induction furnace' dengan 12 MW lewatsatu set kabel. Untuk mengukur bermacam-macam kenaik-turunan tegangan, sebuahmeter dengan respon yang cukup dibutuhkan unttrk memberikan penilaian yang realistiktingkat frekuensinya. Electrical Research Association (ERA) Technology Ltd., Englandtelah mengembangkan meter pencatat untuk fluktuasi tegangan semacam ini [l ].

Metode yang berhubungan dengan perubahan tegangan yang berkecepatan tinggibanyak dibicarakan: Konsep fluktuasi tegangan V7 dipakai modulasi bungkus daribentuk gelombang frekuensi dasar sebagai ukuran dari kerasnya kedipan pada mata.

70 Sistem Distribusi Daya Listrik

o

cooC6ooF

Waktu (jarn)

Gambar 3.15 Fluktuasi beban/tegangan.

Pengujian-penguiian vang

_

luas oleh ERA telah memungkinkan penentuan n'ai_nilaikritis fluktuasi tegangan sebagar pr;r;;;;;,;;ulgun .utu seperti terrihat pada Taber 3.5.

Tabel 3.SNilainilai Kritis dari Fluktuasi Tegangan

Dapat diterima tidaknya 'arc furnace, berdasarkan pada bentuk fungsi-fungsikemungkinan tegangan l

Metodologi Perencanaan, Disain, dan Operasi 7\

3. 10.5 Pengukuran-pengukuran untuk Mengurangi KedipanCara-cara melawan kedipan dari segi pencatu daya di antaranya:

(a) Menambah kapasitas transformator catu daya.(b) Pemisahan catu tegangan kepada konsumen-konsumen peralatan beban yang

berlainan. Ini berarti harus memisahkan jumlah konsumen dengan beban yangberubah dan yang tetap.

(c) Penambahan kapasitas ekuivalen, hubung pendek tiga fasa dari sistem denganmemasang kapasitor-kapasitor seri dan sebagainya.

Usaha-usaha dari segi beban adalah:(a) Penurunan nilai absolut dari perubahan arus dengan memasang reaktansi seri di

rangkaian beban yang berubah-ubah.(b) Pemasangan kapasitor paralel dari pengatur thyristor.(c) Penekanan arus lebih dengan memasukkan reaktansi seri.

Contoh:Seorang konsumen penggilingan gandum yang berkembang, mempunyai motor 50 dayakuda, 400 V, mengajukan permintaan untuk penyambungan daya. Sebelum memberi-kan sambungan, bagaimana cara mengetahui toleransi dip tegangan untuk konsumen lainyang dicatu dari substasio distribusi yang sama?

PENYELESAIAN:Dimisalkan faktor daya dari motor 0,85 pada efisiensi maksimum 90%. Panjang kabeltegangan rendah untuk konsumen ini 100 meter, mempunyai tahan 0,0326 ohm danreaktansi 0,0084 ohm, maka didapat

Arus beban penuh : 50x746 x 1003x400x0.85x90

: 70.3 AArus pada start langsung (DOL) : 6 x 70.3

42t.8 A

Arus pada start bintang-delta : 1+: 140.6 A

Persentase teganga4 jatuh:(l) Start langsung:

?: 4io (421.8 x 0.0326 x 0.3-421.8 x 0.0084 x 0.954) x 100:65%

(2) Start dengan bintang-delta:Persentasediptegangan : ? -2.83%

II


Dengan mengamati kurva 2 (ekstrapolasi) pada Gambar 3.15, untuk menghindari ter-jadinya kedipan, maka untuk'start langsung hanya diperbolehkan 3 kali start motoruntuk setiap 2 jam. Untuk start bintang-delta 12 kali start motor tiap jam,yang dalampraktek tidak terjadi. Maka untuk menghindari rangsangan terjadinya kedipan tegangan,kita dapat menyambung daya pada motor induksi 50 HP dengan cara start bintang-delta.

Contoh:Urrtuk catu daya kepada konsumen dapur api busur, yang mempunyai dua dapur apimasing-masing 10 ton (5 MVA) kapasitasnya termasuk beban tambahannya. Penggunaandaya sudah 16/20 MVA, transformator 66111 kV pada substasion di mana tingkatkesalahan pada bus 66 kV adalah 1060 MVA dan pada bus terpisah 1 I kV untuk trans-formator yang diusuikan 266 MVA. Cari persentase dip tegangan pada saat bekerjamelelehkan bila dapur api tersebut bekerja terus-menerus dan bersama-sama. Bagaimanasaran anda mengenai susunan catu daya untuk beban tambahan dan ke konsumen iaindari transformator yang diusulkan?

PENYELESAIAN:Fluktuasi tegangan dinyatakan dengan rumus:

Persentase dip tegangan : 0.45xP,xnxDx100

Bila satu dapur api bekerja, D : l,Bila dua dapur api bekerja bersama-sama, D:0,8.

(l) Sekarang untuk catu I I kV,(a) Perubahan tegangan untuk satu dapur api adalah

0.45x5xlxlx100-----___166-: 0.946 0/o

(b) Perubahan tegangan untuk bekerja secara bersama adalah0.45 x 5x2x 0.8 x 100T

- r.3st%

Perubahan-perubahan pada kedua kasus ini lebih dari batas yang diperbolehkan0,3%.Diluar batas ini kedipan cahaya tidak dapat ditoleransi lagi dan perubahan tegang-an sangat berbahaya untuk alat-alat elektronika yang peka. Oleh karena itu bebantambahan dan konsumen lainnya jangan dicatu dari transformator I I kV ini.(2) Memeriksa kemungkinan catu ke alat-aiat bantu dan konsumen yang lain dari sub-

stasion 66 kV.

P"

Metodologi Perencanaan, Disain, dan Operasi

(a) Persentase dip pada bus stasion 66 kV untuk satu dapur api adalah0.45x5xlxlxl00

i090:0.206%

(b) Untuk dua dapur aPi adalah0.45x5x2x0.8x100w

: 03300/0

Kita lihat untuk satu dapur api, perubahan tegangan bus 66 kVjauh di bawah batasyang diijinkan dan untuk dua dapur api, perubahan-perubahan persis diijinkan. Makakita simpulkan bahwa beban tambahan dan konsumen lain perlu diberikan catu daritransformator 66lll kV yanglain dari pada substasion 66 kV ini'

3.10.6 Kekerasan Pembebarran Transformatorpengalaman menunjukkan bahwa perubahanperubahan atau pulsa-pulsa atau kekerasanpembebanan dapat dipakai untuk rnemperkirakan penggunaan yang maksimum masapakai transformator, bila besarnya arus lebih, lama dan frekuensi terjadinya diketahui.Alat-alat ukur seperti alat pemonitol arus lebih [1] dapat diadakan untuk mengumpul-kan data kekerasan beban: alat monitor memberikan informasi mengenai besarnyakesalahan, lama waktu dan frekuensi. Threshold yang membatasi besar dan lama waktudapat berubah-ubah. Unit-unit dapat diletakkan paralel dengan threshold pembatas yangdapat berubah untuk mendapatkan tingkat kuantitatif spesifik dari besarnya arus lebihdan lamanya.

Data kekerasan pembebanan dihubungkan dengan lama pakai normal yang diharap-kan telah terkurnpul sebagai hasil pengalaman dalam penggunaan di bidang industriseperti dapur api busur dan penggunaan penyearah sebagai mana halnya pengujianhubung pendek skala penuh. Membatasi data pada transformator-transformator tipepiringan, bentuk konstruksi inti, harga rms maksimum dari sebuah pulsa arus masukuntuk tiap unit batas arus mungkin dinyatakan sebagai jumlah pulsa arus leblh tiap jamseperti yang diberikan di bawah ini untuk batas kenaikan 55oC (rata-rata kenaikantemperatur lilitan oleh tahanan), transformator dengan pendinginan senCiri [3] :

n: (4,7611pJ4di mana, v2 : jumlah pulsa arus tiap jam untuk masa pakai normal

1ou : harga rms maksimum dari pulsa arus dalam pu berdasarkan pada bataskenaikan arus liiitan 55'C (dari IS: 2026-197'7 diperbarui untuk trans-formator daYa).

3.11 RESONANSI-FERROSebuah rangkaian resonansi-ferro ditandai dengan sebuah rangkaian seri yang mengan-dung inti besi dan induktansi nonlinear diseri dengan sebuah kapasitansi dan rangkaian

73

74 Sistem Distdbusi Daya Listrik

dicatu oleh tegangan ac. Sebagai akibat dari sifat nonlinear induktansi, rangkaian dapatmenunjukkan beberapa bentuk kelakuan yang terpisah, semua ini dinyatakan sebagairesonansi-ferro:

(a) Subresonansi stabil dari frekuensi dasar.(b) Resonansi-ferro stabil dari frekuensi dasar.(c) Frekuensi osilasi subharmonisa yang stabil.(d) Osilasi tidak stabil tapi berlanjut yang bangkit sendiri.(e) Osilasi transien yang dapat berubah menjadi subresonansi.Keadaan resonansi-ferro stabil dari frekuensi dasar adalah salah satu yang paling

berbahaya dalam jaringan distribusi listrik. Rangkaian dapat dibentuk dengan switchingsatu fasa yang tak berbeban atau berbeban ringan dihubungkan secara delta ke trans-formator distribusi dalam hubungan dengan panjang kabel. Dalam sebuah sistem distri-

Switch satu fasa

( b)

(c)Gambar 3.16 Resonansi-ferro: (a) Diagram satu garis susunan rangkaian resonansi-ferro; (b) Rang-kaian ekuivalen tiga fasa; (c) Pendekatan rangkaian satu fasa.

; '4t-r TransformatorKabel

(a)

hubungan delta


Perbandingan xalx^ dapat rangsung dihitung dari data transformator dan panjangkabel bawah tanah.

busi, biasa dipakai hubungarr delta (tegangan tinggi)-bintang (tegangan rendah) ke trans_formator. sebuah kaber bawah tanah pada tegangan distribusi mempunyai kapasitansiterhadap tanah per satuan panjang sekiiar 50 kahlaluran uo*u lungk a rata-ratasekitar0'31 pf/km)' Faktor ini berarti bahwa pada kabel bawah tanah'leiitr mungkin terjadipersoalan tegangan lebih dari pada resonansi-ferro pada penghantar ud.ara.Sebuah diagram satu garis dari susunan demikiar daii sebuah sistem tiga fasa di-tunjukkan pada Gambar 3.16. Dengan kondisi seperti itu tegangan lebih besar daritegangan yang dipakai akan kelihatan pada kapasitansi serl dalam rangkaian (3 atau 4kali)' Sepanjang kabel, lilitan transformator, beban kabel dan fasa-fasa terbuka dari

switch bergantung pada tegangan lebih ini.-

Ada beberapa kemungkinan susunan switching yang mempunyai rangkaianekuivalen sama yang akan mengakibatkan kondisi .*"r.mi-irtro. Switching inimungkin:

(a) sembarang tipe switch dipakai pada jaringan udara (switch air-break dan se_bagainya).(b) Fusa lepasan atau fusa ,horn gap, diganti dengan ,hot stick,.(c) Pemutus rangkaian.Kondisi switching satu fasa terjadi karena putusnyb satu atau dua fuse tegangantinggi atau saat yang tidak serempak menutupnya daun-daun kontak uta' pol-p"otepemutus rangkaian.Perlu dicatat bahwa rangkaian resonansi-ferro terjadi bila kedua transfbrmator dankabel dengan panjang tertentu switched pada saat yang sama. Maka, kondisi resonansi-ferro dapat dihindari dengan mula-mula mengaliri kabel dan kemudian transformator

dan sebaliknya memutus aliran mula-mula transformator kemudian baru kabel.

3.11.1 NomogramNomogram [5] untuk perhitungan langsung berhubungan dengan parameter-parametertransformator dan panjang kabel bawah tanah, diberikan puOu Cu*lur 3.l7 bersama.sama dengan harga-harga tegangan lebih yang memungkinkan ditentukan resonansi-ferroyang lebih keras dan persentase beban yang akan dibebankan ke sebuah transformatorff.:^:*.egah terjadinya resonansi-ferro. Nomogram tersebut berdasarkan padanuDungan

Xor 0.1022 kVAt; - -7k*-IV-: 'r"* (dinyatakan dalam%)

: perbandingan dari reaktansi deret positif dengan reaktansi kemagnitantransformator (pada tegangan batas)

: batas-batas transformator: persentase arus transformator yang ditimbuikan: panjang kabel dalam km.

Xctxm

di mana,

KVA1"*

Zt-

Er-+---

76 Sistem Distribusi DaYa Listrik

untuk menggunakan nomogram, batas-batas kvA transformator, tegangan.kv,persentase ur,r* yung dibangkitkan dan panjang kabel bawah tanah Ix- (atau ekuivalensisrlurun udaranya) dapat dipakai pada Gambat 3.17a untuk menentukan perbandinganXalX^ dan kemudian berapa kali nilai tegangan normal'

tex"/. Lkm vx NoRMAL P.U

33.02,7

54

3

2

.02,05?0

,2'8

.1

-- -tar

-'

?f t i25 1.5

1.O

(a)

I.4

tex1 20--.- iF-- 5

(b)Gambar 3.17 Nomograf untuk tegangan lebih: (a) Tegangan lebih resonansi-ferro: (b) Persentasebeban minimum untuk mencegah tegangan lebih resonansi-ferro'

Contoh:kVA

-

10,000I"* :2%kV :66L :lkmXorl Xm:4'7v

-2.8Dengan menggunakan Gambar 3.17b untuk perbandingan RIX^, dalam hal ini per-

bandingan tahanan (beban pada transformator) terhadap reaktansi kemagnitan trans-formatir pu (dalam batas-batas tegangannya). Itu dapat dibaca terhadap perbandingan

1i


X"tlX^yang telah ditentukan lebih dahulu dan dengan menggunakan-arus yang timbul

padatransfolmatol,t"uutununbebankW(sebagaipersentasedaribatas-batastIans.folmator) dapat clitentukan untuk mqncegah resonansi-ferro'

'', . a!..i.; tr::s,i: ':. .:..i:.::.:':ir.:: 3r. :.:..:::'r:.:r',, j,.i., j,

::;, : :l;;]rxi, =; 4ir?;, Jd,%..r;=

,',r',','.;31Y;:,.r,;, 3'; P.o i'=,11.r.,''

Contoh:

3.12 KER.UGIAN-KER.UGIAN SISTEM

3 .12,1 Kerugian-kerugian pada Komponen'

Kerugian-kerugiandayasistemterdiridarikerugian.kerugianpadatransformatorstepup,salurantransmisi,t,un,fo,mutorstepdown,.u'lu,unsubtransmisi,catu-catudistribusiprimer, transformato,'i'u"'f"'-uto' iist'ibu'i' saluran-saluran tegangan

rendah dan

meter-meter. to. u*rrrri a"ri-f.rtunai"gan kerugian pada bermacam-macam bagian

sistem daya dapat dibuat dari nilainilai yang dibeiikan di bawah dari suatu penelitian

t.rugiun-t .tugian sistem pada penggunaan daya'.,

.;.,; ,,..1..;,:::. ./6:JiibriSi .N| ..:,

.:.,:. '."....;:i ',:,. .-r:'::.. 100:,r :,r ,, 11;58-

r,..- : ','t. r'l :,:.,. : 20;66:. ]:-' :.: :- , , ,,12185.,

r.'' ..: :I :.. : . --..r..1....r.,', tJ, ;/|. :.:

- -l: i:..i1,.,,'f, tt:..t.J:1tg2.l:.,-:*.,:*:,:94

3.12.2 ReduksiStudi dengan menggunakan komputer dapat menolong mengurangi

kerugian-kerugian

sistem. Dapat dipelaj",i;;i; u*;; data masukan yang berbeda' Pengurangan kerugian-kerugian sistem berarti penghematan energi yang berarti

peningkatan kapasitas daya"

Bermacam-m acam caraol ui ln.ngurangi kerugian sistem diberikan di bawah ini'

1. Mengoptimalkan kapasitas saluran' gaturan tegangan(a) Memilih kapasiias kvA/km yang sesuai berdasarkan pada penyangdibutuhkandanfaktordayayangnormaluntukpenghantaryangdipakaipaOa ia,ingan distribusi tegangan rendah'(b) pilih tupurttuJUW/ilu;l}k penghantar standar yang dipakai pada distribusiprimer, dengan demikian membatasi panjang salnran catu primer'

2. Mengoptimalkan kapasitas transformator'.tempat dan penggunaannya'(a) Memilih r.upuiic trunsformator distribusi yang sesuai dengan catu untukkonsumen untuk menja ga agxt tegangan jatuh minimal'

-1


Penempatan transformator distribusi yang tepat sesuai dengan catu untukkonsumen untuk menjaga tegangan jatuh minimal.Optimalkan penggunaan transformator distribusi berdasarkan faktor bebanyang ada padanya.

3. Menjaga tingkat tegangan pada sistem distribusi.4. Pemasangan kapasitor-kapasitor paralel.

(a) Pasang kapasitor paralel pada tiap beban induktif atau pada titik-titik yangsesuai pada distributor tegangan rendah berdasarkan kemungkinan kehidupanekonomis.

(b) Pasang kapasitor paralel untuk batas optimum pada tempat yang optimum disaluran catu untuk mengurangi kerugian saluran dan memperbaiki tegangan.

5. Pilih sistem SWER untuk daerah pedesaan yang berpenduduk jarang di mana per-kembangan masa datang kecil.

6. Pada saluran-saluran I I kV, dilengkapi dengan jepitan pendek gemuk dengan ujungmati yang dibuat dari besi tuang yang dapat ditempat. Kecenderungan kebutuhanini perlu dipersiapkan. Kehilangan daya yang disebabkan arus eddy dan histerisis cukuptinggi bila penghantar pembawa arus dijepit dengan jepitan besi. Sebuah panitia yangdibentuk oleh Menteri Tenaga dan Irigasi pada tahun 1974 l7l telah mendapatkanperbedaan kerugian daya dengan jepitan besi dan bukan besi. Ini diberikan pada tabel3.6. Mungkin angka-angkanya di luar dugaan.

Tabel 3.6Disipasi Daya dalam Watt pada Jepitan Besi dan Bukan Besi

Kelihatan bahwa biaya mahal jepitan aluminium dikompensir oleh penghematandaya dalam dua tahun sedang keuntungannya diperoleh sesudah itu, dapat dilihat daricontoh berikut ini..

Contoh:Misalkan saluran 1000 km untuk 1l kV mempunyai ciri-ciri sebagai berikut:Penghantar: RabbitKapasitas membawa arus: 200 A (lebih kurang)Jarak antara: 75 meter

(b)

(c)

.:IeBilst]::bcsi.,{89pi;t14*.A9.,a,yang dapat ditempat)

. Metodologi Perencanaan, Disain, dan Operasi 79

Fasa:Jumlahjepitan dengan tegangan: Tiga dari 15% seluruh dukungan x 2 atau

1000 x 1000 15---'T- x ffi x 2x3 :12.000untuk3fasa

(a) Pengurangan kerugian dayaAnrbil sampel kerugian daya dengan angka-angkanya:Kerugian daya tiap jepitan dengan besi tuang yang dapat ditempa : 6,12 WKerugian daya tiap jepitan dari campuran aluminium : 0,60 WPenghematan dari 12000 jepitan aluminium

=Z:::;u000wDalam 10 tahun: 66240 x 10 x 365 x 24W :5802624 satuan (kW).Misalkan biaya tiap 11 kV catu = 10 paise tiap sdtuan, jumlah penghematan 1000km saluran 10 tahun:

5802624 x l0*---6il- : Rs. 5.80.2 62, atav dibulatkan Rs. 600.000Jadi per tahun menghemat Rs. 60.000

(b) Biaya tambahan modalPerbandingan biaya pembelian pertama alat'alat pengikat saluran 11 kVHarga jepitan aluminium : Rs.25,00/setHarga jepitan dari besi tuang : Rs. 14,00/setBeda harga : Rs. 1 1,00/setJumlah biaya lebih untuk 12.000 set : Rs. 32.000

(c) Keuntungan lain dengan daya yang sangat kecil pada jepitan yang terbuat daricampuran aluminium adalah bahwa penghantar akan bersuhu lebih rendah di daerahjepitan.Kita dapatkan bahwa kelebihan modal untuk membeli jepitan aluminium akan ter.bayar dalam waktu dua tahun.

7 . Batasi ketidak-seimbangan pada catu tegangan rendah.Sebagai akibat dari beban yang tidak sama pada tiap fasa, komponen-komponen derelnegatif dan nol menyebabkan terlalu panasnya transformator, kabel-kabel, penghantardan motor-motor, menambah kerugian dan kerusakan motor karena keadaan tegangaryang tidak seimbang. Untuk menghemat modal usahakan sistem tetap pada deret tegangan negatif dalam harga-harga yang dibahas seperti halnya pada kerugian daya.

IS. 325-i9?8 (pasal 3.2), BS 4999: 31 dan IEC 34-l membatasi deret fasa negati(NPS) 2% dari tegangan. Suatu pemeriksaan keadaan tidak seimbang di sembarang titiJdidapat dengan mengukur ketiga fasd tegangan.

Persentase keadaan tidak seimbang dihitung dari pernyataan umum:

Persentase NPS = 1fr;( ur,"r, - 1 un.",,un, * - |V,"na"n )

I

80 Sistem Distribusi DaYa Lisrrik

Persentase NPS tegangan dapat pula dicatat, dengan menggunakan tape-recorder

misalnya untuk satu minggu.

Contoh:

Tigangan {asa laluran':(Y } N il& i p e rldek a tan, N PS.',70

8. Bermacam-macamPengukwan'penghematan energi ini ,;,rn.ak,rp berbagai bidang misalnya penggunaan komputeruntuk managemen dan untuk mengatur monitor jaringan; penggunaan meter energistatis sebagai ganti dari tipe induksi yang iama;pemasangan lampu-lampu umum

dengan

i"*p, ruil_, jox, sot{ (iirrat nagian 2.2);pemasangan transformator distribusi dengankerugian rendah (didisain untuk kerapatan magnit 1 weber/m2) dan menyusun secarabertingkat beban-beban pertanian di

-daerah pedesaan; dan penggunaan pompa irigasi

yangtepatdunp.ngg,,naankonverter.konvertersemikonduktorsebagaigantidarikonverter dengan motor listrik atau 'mercuri atc''

3.12.3 Perhitungan BiaYaDalam sebuah sistem ada dua macam kerugian: yang tetap yaitu kerugian bukan

karena

bebandanyangberubahyaitukerugiankarenabeban.Biayakerugian-kerugianiniberbeda untuk tiap ,urunun atau kelompok karena tiap-tiap alat mempunyai per-bandingan biaya tetap dan biaya tidak tetap sendiri-sendiri. Prinsip umum

perhitungan

kerugian ini diuraikan sebagai berikut'

l.Kerugianbukankarenabeban:Karenainipadadasarnyatetap,peralatantambahandapatdisiapkanuntukmemberikankebutuhantambahanpadajam.jampuncak.Unit.unit yang berdasarkan beban efisien (hidrokapasitas, termal, atau nuklir) dapat me-menuhihampirsetiapsaat.Karenanyakebutuhantiapunit/biayanergiuntukinirendah.2.Kerugiankarenabeban:Kerugian-kerugianinidibagiduabagian:kebutuhandanenergi'Macammacambebanmembuatperhitungankebutuhanberdasarkanbiayakerugianbebanpuncakmenjadikompleks.?uncaktahunansistemberubahdaritahunketahundanpembebananrata.rataberubah-ubahdaritiap-tiapdaerahdanbebanpraktisdaritiap-tiapp.'uru.*.sistem.distribusidenganpenrbebananpuncaktidakboleh bersamuun drngun puncak seluruh sistem. Pada kerugian-kerugian ini biaya ke-;;i;il tergantung pidu fikto, puncak tanggungiawab (k) yang merupakan perbanding'an dari beban sistem distribusi paca saat pun.uk seluruh sistem dengan beban

puncak'

Ini biasanya berkisar antara 0,) dan 0,8 untuk sistern distribusi dan 0'8 sampai0p5untuk sistem transmisi. Karena k merupakan perbandingan beban' maka kerugian

me-

rupakan fungsi dari i y;gdipakai unt.rk menentukan biaya kebutuhan. Bila sebuatt


sistem distribusi mempunyai kerugian P kW pada saat beban puncak, Pk2 akan merupa-kan kerugian pada saat puncak seluruh sistem, yang biayanya ditentukan dari kebutuh-an. Karenanya kerugian kebutuhan Pkz kW harus dipenuhi dengan peralatan pem-bangkit.

Untuk kerugian karena energi, faktor kerugian sangat penting. Ini merupakan per-bandingan dari kerugian energi pada sistem pada periode waktu tertentu dengan kerugi-an energi yang akan terjadi bila puncak kerugian sistem terjadi pada periode waktutersebut. Pendekatan empiris [9] :

Faktor kerugian : (faktor beban)t'732Cara lain yang mudah:Faktor kerugian : c (faktor beban) + (1

-

c)(faktor beban)2di mana c :0,3 untuk sistem transmisi dan 0,15 untuk sistem distribusi.

Kedua hubungan ini dianggap tepat bila kebutuhan minimum pada periode tersebuttidak kurang dari 0,2 pu dari kebutuhan puncak. Bila faktor beban sistem di bawah0,8, hubungan di bawah ini lebih tepat.

Lr: Lf + 0,213(Lf -

K)2di mana, K : kebutuhan minimum kebutuhan puncak dalam pu

Bila faktor kerugian diperoleh, kita dapat menentukan biaya modal energi darikerugian-kerugian beban. Biaya ini sama dengan 8.760 kali perkalian faktor kerugian,kerugian-kerugian puncak sistem distribusi dan biaya energi. Angka 8.760 merupakanjumlah jam dalam satu tahun. Kerugian pada beban puncak adalah 12 x R, di mana Iarus puncak dan R adalah tahanan rangkaian sistem yang terdiri dari saluran-saluran,transformator-transformator dan sebagainya. Maka penambahan modal karena seluruhkerugian dapat dirumuskan sebagai berikut:

Jumlah biaya karena kerugian tiap tahun: (8.760 x Kerugian bukan beban x Harga energi tiap unit* Kerugian bukan beban x Biaya kebutuhan tiap unit)* Biaya kebutuhan tiap unit Pk2 + 8 .7 60 x Faktor kerugianx 12 x R x Biaya energi tiap unit)

Algoritma berdasarkan pada perumusan di atas dapat disiapkan dan dengan bantuanprogram yang cocok dan perhitungan kerugian sistem dan dihitung penambahan modal-nya sangat mudah.

Pada soal di atas, 1 berdasarkan pada pengukuran rangkaian nyata. Mungkin adasuatu keadaan tanpa ada data terukur dari beban puncak atau arus puncak dan harga-harga yang terukur terlarang untuk konsumen energi listrik tegangan rendah. Padakeadaan seperti itu, angka yang diperoleh dapat diubah secara kasar menjadi angkabeban puncak dengan bantuan rumus berikut ini yang dibuat oleh Dewan Negara Swediat4l'

P:ktl+k2wttzdi mana, P = beban puncak dalam kW

W : energi dalam kWh/tahun

j

82 Sistem Distribusi DaYa Listrik

Konstanta k, dan k, tergantung dari sifat beban dan perlu diambil sebagai para'meter pada saat menghitung.

Akhir-akhir ini model sistem distribusi beban, saluran, transformator, kapasitor dansebagainya diketahui merupakan alat yang teliti untuk menghitung kerugian.

Contoh:Dalam sistem daya dari Dewan Negara Punjab pada tahun 1977-1978.

Jumlah energi disalurkan : 4305 juta unitKebutuhan maksimum : 707 MWKebutuhan minimum :4 MWDapatkan Ir,

PENYELESAIAN:

Faktor beban tahunan : Ei36ffi-* : 0.695K:41707:0.006

i. L, :0.6952 + 0.273 (0.695 -

0.006)':0.612

Dinyatakan dalam bentuk lamaL":cLtlQ-c)Lf

: 0.6 Lt + 0.4 Lrz

BIBLIOGRAFI

l. ,.Recording supply ffuctuations", News Number,4, Blcctrical Roscarcb Acrocie'tion, 1978, pp. 5.

2. pabla, A.s., ,.Powcr supply to arc f,urna663", ftdian tournal ol Pgwcr od RtvcrValley Developnpfi, Calaulta, Iunc' 1975.

3. "Yannucci, D.A., "Fautts influcnce traosformer life", Electrica!lforld, M&tar,'Hill, New York, July 15, 1978.

4. Liodholm, K., ,.A computerized informatioo systcm for thc medium and low vol-tagc networks',, Proceedings, Symposium on computer applicatioos in largc scalopower systems, Vol. II, International Fedcration of Automatic Control, New Dclhi,1979, pp. 300

s. Coskciic, L.W., ..The prediction and control of .ferrorosonant ovcrvoltaScs inelcctricity distribUtion systems", Electrical Enginccring Transcations, Tbc lostitu-tion of Engineers, Australia, 1975

6. ISi : 5728-1970. Guide for short circuit calculations.7, Electticc,l Mdnuf\ctuting compdny Transmission Dtge.tr, No. 586, Calcutta, Juno

1977.8. Sullivan, R,L., Power System Planning, McClraw-Hill, New York, l9?7'9. Wagncr, C.L, and D.L. Nickel, "Chooge correct transformer loss values"" Electri-

cal World, McGraw-Hill, New York, May 15 1978,pp' 64'66'

harmonisa sistem distribusi

Documents