power system - eecafedotnet.files.wordpress.com€¦ · ppt file · web viewpada 1918, c.l ....

PendahuluanSistem Per Unit

Komponen Simetris

TRANSFORMATOR

BOILERTURBIN

GENERATOR

GARDU DISTRIBUSI

Sistem Proteksi dan Koordinasi IsolasiTransmisiPenggerak awal Generator Distribusi BebanTansformator

Struktur Instalasi:

Sistem Tenaga Listrik bertugasmemasok energi listrik sesuai dengan kebutuhan pengguna

akhir

Pendahuluan

Reliability terkait dengan ketiadaan pasokan secara total atau tegangan

secara totalReliability dinyatakan dengan indeks yang dihitung per tahun dengan memasukkan faktor-faktor jumlah

pelanggan, beban terpasang, durasi ketiadaan pasokan, jumlah daya (kVA) yang terputus, serta seringnya daya

terputus. SAIFI (System Average Interruption Frequency Index)SAIDI (System Average Interruption Duration Index)CAIDI (Customer Average Interruption Duration Index)MAIFI (Momentary Average Interruption Frequency Index)

Reliability

Pendahuluan

Kriteria Kualitas ListrikTegangan konstanFrekuensi konstan

Bentuk 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 jam

Bentuk gelombang tegangan dan arus sedapat mungkin mendekati bentuk sinus

murni. Kandungan harmonisa tidak melebihi batas tertentu Total Harmonic

Distortion (THD)

Pendahuluan

Permasalahan Kualitas Daya

Power SurgesVoltage SagUndervoltageBrownoutsBlackoutsTransients / InterruptionsHigh-Voltage SpikesFrequency VariationElectrical Line NoiseHarmonics

Perkembangan teknologi menghasilkan peralatan-peralatan sensitif yang menuntut pasokan daya dengan

kualitas lebih baik. Permasalahan kualitas daya kemudian mencakup:

Pendahuluan

Pembangkitan Energi ListrikMacam-macam Sumber Energi Primer

Thermal: Batubara Minyak Gas Surya (konsentrator) Geothermal Biomassa Nuklir (Fisi dan Fusi)

Nonthermal: Hidro Pasang-Surut Bayu Gelombang Laut Surya

Pendahuluan

Produksi 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

primerBatubaraMinyak

Gas AlamAir (Hidro)Geothermal

Sumber energi alternatif telah pula mulai dikembangkan dan dimanfaatkan

Pendahuluan

Produksi PLN s/d 2005

Gb.3. Produksi

25,623

127,367

77,905

0

20,000

40,000

60,000

80,000

100,000

120,000

140,000

1 2 3 4 5 6 7

Akhir REPELITA & Tahun

GW

h

98 04 05

Produksi

Sumber: Statistik PLN

Pendahuluan

Pertumbuhan Produksi

Prod Sendiri Energi Beli

Tahun Total GWh GWh tumbuh % GWh tumbuh %

1998 77,903 74,421 3,482

1999 84,775 80,023 7.5 4,752 36.5

2000 93,326 83,504 4.3 9,822 106.7

2001 101,654 87,635 4.9 14,019 42.7

2002 108,361 88,069 0.5 20,292 44.7

2003 112,972 90,166 2.4 22,806 12.4

2004 120,244 93,113 3.3 27,132 19.0

2005 127,370 98,177 5.4 29,193 7.6

Produksi total PLN terdiri dari produksi sendiri dan pembelian energi dari pihak lain


Pendahuluan

Gb.6.a. Komposisi Produksi Energi

9,831

3,006

15,540

26,092

36,547

33,253

0

5,000

10,000

15,000

20,000

25,000

30,000

35,000

40,000

1994 1996 1998 2000 2002 2004Tahun

GW

h

BBM Tenaga Air Batu Bara Panas Bumi

Gas Alam Pembelian Sew a Diesel

Komposisi Produksi


Pendahuluan

Gb.6.b. Komposisi Pemakaian Energi Primer

0.005.00

10.0015.0020.0025.0030.0035.0040.0045.00

1994 1996 1998 2000 2002 2004Tahun

%

BBM Tenaga Air Batu Bara Panas Bumi

Gas Alam Pembelian Sewa Diesel


Pendahuluan

Pendahuluan

BebanPelanggan PLN dikelompokkan menjadi 4

kelompok:Rumah Tangga, Industri, Bisnis, dan Lainnya

Pendahuluan

Gb.1. Jumlah Pelanggan

15,157,409

26,433,489

34,559,353

0

5,000,000

10,000,000

15,000,000

20,000,000

25,000,000

30,000,000

35,000,000

1 2 3 4 5 6 7Akhir REPELITA & Tahun

Pela

ngga

n

Rumah Tangga Industri Bisnis Lain-lain Jumlah

98 04 05


Pelanggan RT 93% dari

total

Energi Terjual [GWh]:

Tahun Plg RT Plg Industri Plg Bisnis Plg Lainnya1996 19,550.80 27,948.90 6,225.70 3,206.601997 22,739.30 30,768.90 7,249.60 3,553.701998 24,866.50 27,984.80 8,666.70 3,743.401999 26,883.90 31,338.10 9,330.00 3,780.102000 30,563.40 34,013.20 10,576.00 4,012.202001 33,340.00 35,593.00 11,395.00 4,192.002002 33,993.60 36,831.30 11,845.00 4,418.802003 35,753.05 36,497.25 13,223.84 4,966.812004 38,588.28 40,324.26 15,257.73 5,927.202005 41,188.00 42,453.00 17,018.00 6,374.00


Pendahuluan

Total konsumsi RT berimbang dengan Industri

Pendahuluan

Analisis 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

x

xxZ

IV

impedansi

fasor tegangan

fasor arus

Pernyataan Besaran Listrik

Resistor : RR RIV RZR

RR

IV

Induktor :

LL Lj IV LjZL

LL

IV

Kapasitor :

CC Cj VI C

jCj

ZC

CC

1 1

IV

Perhatikan: relasi-relasi ini adalah relasi linier.

Dengan bekerja di kawasan fasor kita terhindar dari perhitungan integro-

diferensial.


• Perhatian : 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.


Karena tegangan dan arus dinyatakan dalam fasor yang merupakan bilangan kompleks maka daya yang merupakan

perkalian tegangan dan arus juga merupakan bilangan kompleks


Tegangan, arus, di kawasan fasor:

irmsirmsvrms IIV IIV ; ;

Tegangan, arus, dan daya di kawasan waktu:

viptIi tVv mvm ; )cos( ; )cos( i

besaran kompleks

Daya Kompleks :

)(*ivrmsrms IVS IV

sinsin

cos cos

rmsrms

rmsrms

IVSQ

IVSPjQPS

Re

Im

P

jQ

Segitiga daya

*IVS

*I


didefinisikan sebagai

SP

cos dayafaktor

Faktor Daya dan Segitiga Daya:

jQ

PRe

Im

Faktor daya lagging

*IVS

(lagging)

Re

Im

*I

I

V

V

(leading)

Re

Im

I

*I jQ

PRe

Im

Faktor daya leading *IVS


Daya Kompleks dan Impedansi Beban

IVIV

BB ZZ atau

22

2

2*

*

rmsBrmsB

rmsBB

BB

IjXIR

IjXR

ZZ

S

III

IV22 rmsBrmsB IjXIR

jQPS

2

2 dan

rmsB

rmsB

IXQ

IRP


Daya reaktifDaya nyata

Diagram fasor sumber tiga fasa

Sumber terhubung Y

Keadaan Seimbang

B

A

C

NVAN

VBN

VCN

+

+

+

Diagram fasor tegangan

120o

120o

Im

Re

CNV

BNV

o

o

o

240

120

0

CNCN

BNBN

ANAN

VV

VV

VV

CNBNAN VVV

Sistem Tiga Fasa Seimbang

Beban Terhubung Y,

Vff

N

A

B

C

Z = R + j X

Z = R + j X

Z = R + j X

NI

AI

BI

CI


Beban Terhubung ,

Vff

A

B

C

Z = R + j X

Z = R + j X

Z = R + j X

AI

BI

CI


Dalam sistem tiga fasa kita berhadapan dengan paling sedikit 6 peubah sinyal, yaitu 3 tegangan dan 3 arus.

Dalam keadaan

seimbang:

33 **3 AAfffS IVIV 333 LLLfff IVIVS

fCBA V VVV LCBA I III 0NI

CBA 3fLLCABCAB VV VVV

sin3sin3cos

cos3cos3cos

33

33

LLLffff

LLLffff

IVIVSQ

IVIVSP jQPS fff 333

A

B

CJaringa

n XJaringa

n Y

AI

BI

CI

CAVABV

BCV

AV BV CV

NI


Sistem 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 Simetris

Hanya ada 3 kemungkinan fasor seimbang yang bisa menjadi komponen simetris yaitu:

o

o

o

240

120

0

fC

fB

fA

V

V

V

V

V

V

o

o

o

240

120

0

fC

fB

fA

V

V

V

V

V

V

fC

fB

fA

V

V

V

V

V

V

CBA VVV

Urutan Positif

Urutan Negatif

Urutan Nol

120o

120o VA

VB

VC

Im

Re

120o

120o VA

VC

VB

Im

Re

VA= VB= VC

Im

Re

A

B

CJaringa

n XJaringa

n Y

AI

BI

CI

AV BV CV

NI

Komponen Simetris

Operator a

o1201aRe

120o

120o

ImAaV

Aa V2

AV

Badingkan dengan operator j yang sudah kita kenal

o9011 j

Im

ReAV

AjV

Aj V2

Aj V3

Komponen Simetris

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

CBA VVV ,,

22

10210

212

0210

210210

VVVVVVV

VVVVVVV

VVVVVVV

aa

aa

CCCC

BBBB

AAAA

Urutan nolUrutan positifUrutan

negatif

0112

1 VVV aa 022

22 VVV aa03VVVV CBA

3/0 CBA VVVV

Im

Re

0V120o

120o

Im

1V

1Va

12Va

120o

120o

Im

Re

22Va

2V

2Va

Komponen Simetris

22

10

212

0

210

VVVV

VVVV

VVVV

aa

aa

C

B

A

+ 2

21

20 113 VVVVVV aaaaCBA

0 0 3/0 CBA VVVV

2102

24

13

022

22

1022

13

0

210

VVVVVVV

VVVVVVV

VVVV

aaaaaa

aaaaaa

C

B

A

+

22

1022 131 VVVVVV aaaaaa CBA 3/2

1 CBA aa VVVV

+212

023

12

0

2102

23

14

022

210

VVVVVVV

VVVVVVV

VVVV

aaaaaa

aaaaaa

C

B

A

212

022 311 VVVVVV aaaaaa CBA 3/2

2 CBA aa VVVV

Komponen Simetris

Mencari komponen simetris dari fasor tak

seimbang

Contoh: Carilah komponen simetris dari tiga fasor arus tak seimbang berikut ini.

0 ;609 ;609 oo CBA III

ooo

ooo21

606603603

3/)0)60120(9609(3/)(

CBA aa IIII

o

oo

ooo22

1203

3)60sin60(cos31803603

3/)0)60240(9609(3/)(

j

aa CBA IIII

ooo

oo0

03603603

3/)0609609(3/)(

CBA IIII

Komponen Simetris

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

2

1

0

2

2 11

111

VVV

VVV

aaaa

C

B

A

C

B

A

aaaa

VVV

VVV

11

111

31

2 2

21

0

Dengan cara yang sama, kita peroleh untuk arus:

012~ ~ VTV ABC

ABCVTV ~ ~ 1012

012~ ~ ITI ABC ABCITI ~ ~ 1

012

Fasor tak

seimbang

Fasor tak seimbang

Fasor komponen simetris

komponen simetris

Komponen simetris

Fasor tak

seimbang

ditulis

ditulis

Komponen Simetris

Fasor tak seimbang

komponen simetris

Karena fasor tak seimbang ditransformasi ke dalam komponen simetrisnya maka impedansi harus disesuaikan. Sesuai dengan

konsep Impedansi di kawasan fasor, kita dapat menuliskan relasi :

ABCABCABC Z IV ~ ~

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

012~ ~ VTV ABC

012~ ~ ITI ABC

012012~ ~ ITVT ABCZ

0121

012~ ~ ITTV ABCZ

012012012~ ~ IV Z

didefinisikan sebagi TT ABCZZ 1012

relasi komponen simetris

Komponen Simetris

CmBmAsCC

CmBmAsBB

CmBmAsAA

jjXjX

IjjXjX

jjXjX

IXIIVV

XIIVV

IXIIVV

Contoh:

Xm

XmXm

AV BV CV

AI

BI

CI

CBA III

AVBVCV

Tentukan Z012

C

B

A

smm

msm

mms

C

B

A

C

B

A

XXXXXX

XXj

IIIX

VVV

VVV

ABCABCABCABC Zj IVV ~ ~~

Transformasi: 012012012012~ ~~ IVV Z

Komponen Simetris

)(000)(000)2(

33000)(33000)2(3

31

11

111

)()()()()()(

)2()2()2(

31

11

111

11

111

31

2

2

222

222

2

2

2

21012

ms

ms

ms

ms

ms

ms

smmmsmmms

smmmsmmms

msmsms

smm

msm

mms

ABC

XXXX

XXj

XXXX

XXj

aaaaj

aXXaXaXXaXaXXaXXaaXXXaaXXXaaXX

XXXXXX

aaaa

XXXXXXXXX

jaa

aaZZ TT

C

B

A

smm

msm

mms

C

B

A

C

B

A

XXXXXX

XXj

IIIX

VVV

VVV

ABCABCABCABC Zj IVV ~ ~~

Transformasi: 012012012012~ ~~ IVV Z

)2(0 ms XXjZ )(1 ms XXjZ )(2 ms XXjZ

Impedansi urutan nol

Impedansi urutan positif

Impedansi urutan negatif

Komponen Simetris

)2(0 ms XXjZ )(1 ms XXjZ )(2 ms XXjZ

Impedansi urutan nol

Impedansi urutan positif

Impedansi urutan negatif

0Z

0V 0V

1Z

1V 1V

2Z

2V 2V

Masing-masing dipecahkan dengan tatacara rangkaian seimbang.

Transformasi balik memberikan pemecahan rangkaian tak seimbang

Komponen Simetris

Hasil transformasi merupakan 1 set rangkaian seimbang

CCBBAAfS IVIVIV3Secara umum relasi

daya kompleks 3 fasa adalah:

Dalam bentuk matriks jumlah perkalian ini dinyatakan sebagai:

C

B

A

CBAfSIII

VVV 3

A

B

CJaringa

n XJaringa

n Y

AI

BI

CI

AV BV CV

NI

Komponen Simetris

maka :

ABCABCtfS IV ~~3

Jika fasor tegangan dinyatakan dalam bentuk vektor kolom:

C

B

A

ABCVVV

V~

dan fasor arus dinyatakan dalam bentuk vektor kolom:

C

B

A

ABCIII

I~

C

B

A

CBAfSIII

VVV 3

dituliskan secara kompak:

Komponen Simetris

012~ ~ VTV ABC karena

*

012*

012

*012012

3

~~

~ ~

~~

ITTV

ITVT

IV

tt

t

ABCABCtfS

012~ ~ ITI ABC

maka

dan

100010001

3300030003

11

111

11

111

2

2

2

2

aaaa

aaaat TT

sehingga

*0120123

~~3 IV tfS

atau 2211003 3 IVIVIVfS

Komponen Simetris

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

0100

100~

ABCV

101010

~j

ABCI

Perhatikan bahwa:

C

B

A

ABCVVV

V~ dan

C

B

A

ABCIII

I~

10001000010001000

101010

0100100101010

0100100~3

jj

jjIS ABC

TABCf

V

Komponen Simetris

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

o

o

o

o

2

21012

303100303100

0

31

02401001000120100100

0100100

31

0100

100

11

111

31~~

aaaaABCVTV

101010102010

31

60106010106010601010

101010

31

101010

11

111

31~~

oo

oo

2

21012

jjj

jj

j

j

aaaaABCITI

Komponen Simetris

100010001517513

21000

45210452102010

303

100303

1000

~~3

oo

o

ooo

0120123

j

j

S f

IV

Hasil perhitungan sama dengan hasil pada Contoh sebelumnya.

Komponen Simetris

Sistem per-unit merupakan sistem penskalaan atau normalisasi guna mempermudah kalkulasi.

basis nilaiyasesungguhn nilaiunit-per Nilai

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*IVS

VVJika dan II maka )()( SVIS

Kita ambil nilai basis sembarangbaseS maka )( base

pu SS

S

Sistem Per-Unit

Salah satu, Vbase atau Ibase , dapat ditentukan sembarang namun tidak ke-dua-dua-nya. Dengan

cara itu maka

basebasebase IVS

Basis impedansi

basepu V

VV

Basis tegangan dan basis arus harus memenuhi relasi

basepu I

II

base

basebase I

VZ

basebasebasebasepu Z

XjZ

RZ

jXRZ

ZZ

tidak diperlukan menentukan basis untuk R dan X secara sendiri-

sendiri

Sistem Per-Unit

Contoh: 3 j4

j8 V 0100 osV

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

A 5100500

base

basebase V

SI dan 20

5100

base

basebase I

VZ

Dalam per-unit, nilai elemen rangkaian menjadi:

pu 1100100

base

pu VVV pu 15,0

203

base

pu ZRR

pu 2,0204

puCX

pu 4,0208

puLX

pu 1,5325,02,015,04,02,015,0 o jjjZ pu

Sistem Per-Unit

pu 1,5341,5325,0

01 oo

o

pu

pupu Z

VI

Penggambaran rangkaian dalam per-unit menjadi

0,15 j0,2 j0,4 o01sV

Sistem Per-Unit

Diagram 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.

YZ

Y loadload

Generator

Pentanahan netral

melalui impedansi

Y

CB

1

3

2 4 5 6

Hubungan Y ditanahkan

Hubungan

Transformator tiga belitan

Transformator dua belitan

Saluran transmisi

Nomor bus

Hubungan 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

Courseware

Sistem Tenaga Listrik # 1

power system - eecafedotnet.files.wordpress.com€¦ · ppt file · web viewpada 1918, c.l ....

Documents