Power System

# 1Power SystemPengantarSistem tenaga listrik dibangun guna menyalurkan kebutuhan energi listrik kepada pengguna akhir.Paparan mengenai sistem tenaga listrik ini akan diberikan secara serial. Pokok bahasan hanya menyangkut teknik kelistrikan saja, mulai dari mesin pembangkit listrik ke arah pengguna akhir. Instalasi konversi energi sebelum mesin pembangkit listrik yang berperan mengubah energi primer, tidak termasuk dalam pembahasan.Analisis Sistem Tenaga#1Sudayatno Sudirham Isi Pelajaran #1

PendahuluanPernyataan Besaran ListrikSistem Tiga Fasa SeimbangSistem Per UnitKomponen Simetris PendahuluanTRANSFORMATORBOILERTURBINGENERATOR

GARDU DISTRIBUSISistem Proteksi dan Koordinasi IsolasiTransmisiPenggerak awalGeneratorDistribusiBebanTansformator Struktur Instalasi:Sistem Tenaga Listrik bertugasmemasok energi listrik sesuai dengan kebutuhan pengguna akhirPendahuluanKriteria Kualitas ListrikTegangan konstanFrekuensi konstanBentuk gelombang sinus

Pada pembebanan yang selalu berubah, deviasi tegangan tidak boleh melebihi batas tertentu Demikian pula halnya dengan frekuensi. Selain deviasi frekuensi tidak melebihi batas tertentu, total durasi deviasi frekuensi juga tidak melebihi batas tertentu, misalnya tidak lebih dari 2 detik dalam 24 jamBentuk gelombang tegangan dan arus sedapat mungkin mendekati bentuk sinus murni. Kandungan harmonisa tidak melebihi batas Total Harmonic Distortion (THD)PendahuluanPembangkitan Energi ListrikMacam-macam Sumber Energi PrimerThermal: Batubara Minyak Gas Surya (konsentrator) Geothermal Biomassa Nuklir (Fisi dan Fusi)

Nonthermal: Hidro Pasang-Surut Bayu Gelombang Laut Surya (semikonduktor)PendahuluanProduksi Energi ListrikBeberapa industri memproduksi listrik untuk keperluan sendiri dan lokalPLN memproduksi listrik untuk keperluan nasional. Kita akan melihat sistem tenaga listrik mengacu pada sistem PLNSampai saat ini PLN memproduksi listrik dengan memanfaatkan sumber energi primerBatubaraMinyakGas AlamAir (Hidro)Geothermal

Sumber energi alternatif telah pula mulai dikembangkan dan dimanfaatkan

PendahuluanProduksi PLN s/d 2005

ProduksiSumber: Statistik PLNPendahuluan Pertumbuhan ProduksiProd SendiriEnergi BeliTahunTotal GWhGWhtumbuh %GWhtumbuh %199877,90374,4213,482199984,77580,0237.54,75236.5200093,32683,5044.39,822106.72001101,65487,6354.914,01942.72002108,36188,0690.520,29244.72003112,97290,1662.422,80612.42004120,24493,1133.327,13219.02005127,37098,1775.429,1937.6Produksi total PLN terdiri dari produksi sendiri dan pembelian energi dari pihak lain Sumber: Statistik PLNPendahuluan

Komposisi ProduksiSumber: Statistik PLNPendahuluan

Sumber: Statistik PLNPendahuluanCadangan Sumber Energi Primer Indonesia

Pendahuluan

Pendahuluan

Pendahuluan

PendahuluanBebanPelanggan PLN dikelompokkan menjadi 4 kelompok:Rumah Tangga, Industri, Bisnis, dan LainnyaPendahuluan

Sumber: Statistik PLNPelanggan RT 93% dari totalEnergi Terjual [GWh]:TahunPlg RTPlg IndustriPlg BisnisPlg Lainnya199619,550.8027,948.906,225.703,206.60199722,739.3030,768.907,249.603,553.70199824,866.5027,984.808,666.703,743.40199926,883.9031,338.109,330.003,780.10200030,563.4034,013.2010,576.004,012.20200133,340.0035,593.0011,395.004,192.00200233,993.6036,831.3011,845.004,418.80200335,753.0536,497.2513,223.844,966.81200438,588.2840,324.2615,257.735,927.20200541,188.0042,453.0017,018.006,374.00Sumber: Statistik PLNPendahuluanTotal konsumsi RT berimbang dengan IndustriPernyataan Besaran ListrikPendahuluanAnalisis Sistem TenagaAnalisis sistem tenaga pada umumnya dilakukan dengan menyatakan bentuk galombang sinus dalam fasor yang merupakan besaran kompleks.Dengan menyatakan tegangan dan arus dalam fasor maka pernyataan elemen-elemen rangkaian sistem tenaga menjadi impedansi yaitu perbandingan fasor tegangan dan fasor arus

impedansifasor teganganfasor arusPernyataan Besaran ListrikResistor :

Induktor :

Kapasitor :

Perhatikan: relasi-relasi ini adalah relasi linier. Dengan bekerja di kawasan fasor kita terhindar dari perhitungan integro-diferensial.Pernyataan Besaran ListrikPerhatian : Walaupun impedansi merupakan pernyataan yang berbentuk kompleks, akan tetapi impedansi bukanlah fasor. Impedansi dan fasor merupakan dua pengertian dari dua konsep yang berbeda.Fasor adalah pernyataan dari sinyal sinus Impedansi adalah pernyataan elemen.Pernyataan Besaran ListrikDayaKarena tegangan dan arus dinyatakan dalam fasor yang merupakan bilangan kompleks maka daya yang merupakan perkalian tegangan dan arus juga merupakan bilangan kompleksPernyataan Besaran ListrikTegangan, arus, di kawasan fasor:

Tegangan, arus, dan daya di kawasan waktu:

besaran kompleksDaya Kompleks :

ReImPjQSegitiga daya

Pernyataan Besaran Listrikdidefinisikan sebagai

Faktor Daya dan Segitiga Daya:jQPReImFaktor daya lagging

(lagging)ReIm

V (leading)ReIm

jQPReImFaktor daya leading

Pernyataan Besaran ListrikDaya Kompleks dan Impedansi Beban

Pernyataan Besaran ListrikDaya reaktifDaya nyataSistem Tiga Fasa SeimbangDiagram fasor sumber tiga fasa Sumber terhubung YKeadaan SeimbangBACNVANVBNVCN ++ + Diagram fasor tegangan120o120oImRe

Sistem Tiga Fasa SeimbangBeban Terhubung Y, VffNABCZ = R + j X Z = R + j X Z = R + j X

Sistem Tiga Fasa SeimbangBeban Terhubung , VffABCZ = R + j X Z = R + j X Z = R + j X

Sistem Tiga Fasa SeimbangDalam sistem tiga fasa kita berhadapan dengan paling sedikit 6 peubah sinyal, yaitu 3 tegangan dan 3 arus.Dalam keadaan seimbang:

ABCJaringan XJaringan Y

Sistem Tiga Fasa SeimbangKomponen SimetrisSistem tiga fasa tidak selalu dalam keadaan seimbang. Pada waktu-waktu tertentu, misalnya pada waktu terjadi hubung singkat satu fasa ke tanah, sistem menjadi tidak seimbang.Analisis sistem tiga fasa tidak seimbang, dilakukan dengan memanfaatkan komponen simetris.Pada 1918, C.L. Fortesque memaparkan dalam papernya, bahwa tegangan (ataupun arus) dalam sistem tak seimbang dapat dinyatakan sebagai jumlah dari tegangan-tegangan (atau arus-arus) yang seimbang. Tegangan-tegangan (atau arus-arus) yang seimbang ini disebut komponen simetris. Dengan menggunakan komponen simetris, tegangan dan arus tiga fasa yang dalam keadaan tak seimbang di-transformasikan ke dalam komponen-komponen simetris. Setelah analisis dilaksanakan pada setiap komponen simetris, dilakukan transformasi balik dan kita dapatkan solusi dari keadaan tak seimbang. Komponen SimetrisHanya ada 3 kemungkinan fasor seimbang yang bisa menjadi komponen simetris yaitu:

Urutan PositifUrutan NegatifUrutan Nol120o120oVAVBVCImRe120o120oVAVCVBImReVA= VB= VCImReABCJaringan XJaringan Y

Komponen SimetrisOperator a

Re120o120oIm

Badingkan dengan operator j yang sudah kita kenal

ImRe

Komponen SimetrisUraian fasor yang tak seimbang ke dalam komponen-komponen simetris dengan menggunakan operator a

Urutan nolUrutan positifUrutan negatif

ImRe

120o120oIm

120o120oImRe

Komponen Simetris

+

00

+

+

Komponen SimetrisMencari komponen simetris dari fasor tak seimbangContoh:Carilah komponen simetris dari tiga fasor arus tak seimbang berikut ini.

Komponen SimetrisTransformasi fasor tak seimbang ke dalam komponen simetrisnya dapat dituliskan dalam bentuk matriks sebagai:

Dengan cara yang sama, kita peroleh untuk arus:

Fasor tak seimbangFasor tak seimbangFasor komponen simetriskomponen simetrisKomponen simetrisFasor tak seimbangditulisditulisKomponen SimetrisFasor tak seimbangkomponen simetrisKarena fasor tak seimbang ditransformasi ke dalam komponen simetrisnya maka impedansi harus disesuaikan. Sesuai dengan konsep Impedansi di kawasan fasor, kita dapat menuliskan relasi :

Ini adalah matriks impedansi 33 yang memberikan induktansi sendiri dan induktansi bersama antar fasa

didefinisikan sebagi

relasi komponen simetrisKomponen Simetris

Contoh:XmXmXm

Tentukan Z012

Transformasi:

Komponen Simetris

Transformasi:

Impedansi urutan nolImpedansi urutan positifImpedansi urutan negatifKomponen Simetris

Impedansi urutan nolImpedansi urutan positifImpedansi urutan negatif

Masing-masing dipecahkan dengan tatacara rangkaian seimbang.Transformasi balik memberikan pemecahan rangkaian tak seimbangKomponen SimetrisHasil transformasi merupakan 1 set rangkaian seimbangDaya pada Komponen Simetris

Secara umum relasi daya kompleks 3 fasa adalah:Dalam bentuk matriks jumlah perkalian ini dinyatakan sebagai:

ABCJaringan XJaringan Y

Komponen Simetris maka :

Jika fasor tegangan dinyatakan dalam bentuk vektor kolom:

dan fasor arus dinyatakan dalam bentuk vektor kolom:

dituliskan secara kompak:Komponen Simetris

karena

makadan

sehingga

atau

Komponen SimetrisContoh:Tentukan daya kompleks 3 fasa dalam keadaan tak seimbang dimana fasor tegangan fasa dan arus saluran diberikan dalam bentuk matriks sbb:

Perhatikan bahwa:

dan

Komponen SimetrisContoh:Tentukan daya kompleks 3 fasa dalam Contoh sebelumnya dengan menggunakan komponen simetris

Komponen Simetris

Hasil perhitungan sama dengan hasil pada Contoh sebelumnya.Komponen SimetrisSistem Per-UnitSistem per-unit merupakan sistem penskalaan atau normalisasi guna mempermudah kalkulasi.

Nilai basis selalu memiliki satuan sama dengan nilai sesungguhnya sehingga nilai per-unit tidak berdimensi. Di samping itu nilai basis merupakan bilangan nyata sedangkan nilai sesungguhnya bisa bilangan kompleks.Kita ambil contoh daya kompleks

Jikadan

maka

Kita ambil nilai basis sembarang

maka

Sistem Per-UnitSalah satu, Vbase atau Ibase , dapat ditentukan sembarang namun tidak ke-dua-dua-nya. Dengan cara itu maka

Basis impedansi

Basis tegangan dan basis arus harus memenuhi relasi

tidak diperlukan menentukan basis untuk R dan X secara sendiri-sendiriSistem Per-UnitContoh: 3j4 j8

Jika kita tentukan Sbase = 500 VA dan Vbase = 100 V maka

dan

Dalam per-unit, nilai elemen rangkaian menjadi:

Sistem Per-Unit

Penggambaran rangkaian dalam per-unit menjadi 0,15j0,2 j0,4

Sistem Per-UnitDiagram Satu GarisDiagram satu garis digunakan untuk menggambarkan rangkaian sistem tenaga listrik yang sangat rumit. Walaupun demikian diagram satu garis harus tetap memberikan informasi yang diperlukan mengenai hubungan-hubungan piranti dalam sistem.YZYloadloadGeneratorPentanahan netral melalui impedansiYCB132456Hubungan Y ditanahkanHubungan Transformator tiga belitanTransformator dua belitanSaluran transmisiNomor busHubungan Y sering dihubungkan ke tanah. Pentanahan melalui impedansi berarti ada impedansi (biasanya induktif atau resistif) diselipkan antara titik netral dan tanah. Titik netral juga mungkin dihubungkan secara langsung ke tanah.Diagram Satu Garis CoursewareSistem Tenaga Listrik # 1

Sudaryatno SudirhamSekian Terimakasih