Pengaruh Pemasangan Reaktor Shunt Terhadap Tegangan Transien Akibat Pelepasan Beban di Gardu Induk 275 Kv Pangkalan Susu-Binjai

TUGAS AKHIR

PENGARUH PEMASANGAN REAKTOR SHUNT

TERHADAP TEGANGAN TRANSIEN AKIBAT PELEPASAN BEBAN DI GARDU INDUK 275 KV PANGKALAN SUSU-BINJAI

Diajukan untuk memenuhi persyaratan Menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada

Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Tenaga Listrik

Oleh :

DEDY WIDYA SITINDAON NIM : 110402024

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

FEF{GA}AUg _{FE&{ASASSA}T REAKTOR,Sg{r/Afir}

T'SRKA5.}AP T'KSAA{#AN T.R.&ftSgE.N _{AKISAT PSLEPASAFI ESEAN}

&F GAKF$ XH*T]]K 3?5 KV FASGKAT"AIq SUS{I-EIF{JAI

Gleh:

g$e*ryIp?'e*wglp&$?S

S&3:11S4S?S24

?ugas Akhir ini dia.!rit<*n untuk mei**gkapi saiah satu qyarat

untuk memperaletr gelar $arja*a Tek$ifu

Fada

PEFARTSIbfEFT TH,KFfiK ELAKTRO

FAK{IT,TAS

TSKNK

{JF{TVERSTTAS SUMAT$RA TITAR{

Bffi$_4,Iq

sidang pada _{t*nggal 2 lrulan Desemb*r tahun z0l5 di depan} pengnji _:

l.

In Zarlknmaaen

F*nq fuF"€"

2.

trn $yahruwnrdi

: Ke€Eea P*nguji

: Amggofa Pengrrji

Disetnjui oleh :

Pernbirnbing T*gas Akhtr,

%

Lz-.

Er Riswsr! Diryri.Ih€.T

(

_____

IrtIP: 19S1{}484t9ffi €. e SWI

f;{f

l--dl#

\"i\.i{*,n

\t

*\i--\3>D;'

PENGARTII{ PEMASANGAI{ REAKTOR SHTINT

TERHADAP TEGAFIGAN TRANSXEN AKMAT PELEPASAI\I BEBA}I

DI GARI}U INDUK 275 KV PAITGK.4.I.AIV SUSU.BINJAI

*{ch:

DEDY _lVnpYA SITTnmIAON

NIhf:110402S24

Tugas Akhir ini _{diajukan untuk rnelengkapi salah satu syarat}

untuk memperoleh gelar Sarj*na Teknik

pada

NruTARTEMEN TEKNIK SLEKTRO

FAK{'LTAS TEKNIK

UNTVSRSTTAS STJMAT]ERA UTAITA

MEE}A}{

Sidang pada tanggal2 bulan Oktober tahun 20lS di depan penguji :

1.

Ketua

Fengnji

; Ir. Zulkamaea pane, _M.T.

2.

Anggota

Penguji

: trr. Syahrawardi

Disettliui oleh :

Pennbimbing Tugas Akhir,

.-1-'q€r^"*.--f-V

(

Ir. Riswan Dinzi,ftd"T.

FIIP : 196104{M1988111@1

%ry

r=8"L-={

-

\ ru'rtrDEf

ABSTRAK

Salah satu permasalahan yang timbul pada saluran transmisi tegangan

ekstra tinggi (200-500kV) adalah tegangan lebih transien yang terjadi pada saat

operasi hubung buka atau biasa disebut pelepasan beban. Tegangan lebih ini perlu

diperhatikan dalam perencanaan sistem transmisi agar tidak merusak peralatan.

Salah satu upaya untuk mengontrol tegangan lebih ini adalah dengan menggunakan

salah satu kompensator saluran, yaitu reaktor shunt. Reaktor shunt dipasang pada

sisi penerima saluran transmisi.

Pada Tugas Akhir ini, akan mempelajari pengaruh pemasangan reaktor shunt

terhadap kenaikan tegangan yang terjadi pada ujung penerima saluran transmisi

akibat pelepasan beban pada penyulang. Penelitian dilakukan di SUTET 275 kV

Pangkalan Susu-Binjai. Tegangan lebih diamati pada bus sisi penerima 275 kV

yang berada di GI 275 kV Binjai dan pelepasan beban dilakukan pada penyulang 20

kV di GI 150 kV Binjai dengan tahapan 10% - 100%, dengan kenaikan 10% tiap

tahapannya. Simulasi dilakukan pada perangkat lunak ETAP 11.0 dengan

memanfaatkan fitur Tansient Stability Analysis. Hasil simulasi menunjukkan bahwa

pemasangan reaktor shunt pada Tragi Binjai mampu menurunkan tegangan lebih

sebesar 3,613%.

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa

yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat

menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan

untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di

Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Adapun judul Tugas Akhir ini adalah:

PENGARUH PEMASANGAN REAKTOR SHUNT

TERHADAP TEGANGAN TRANSIEN AKIBAT PELEPASAN BEBAN DI GARDU INDUK 275 kV PANGKALAN SUSU-BINJAI

Tugas Akhir ini penulis persembahkan untuk kedua orang tua yang telah

membesarkan penulis dengan kasih sayang yang tak ternilai harganya dan

juga kepada kedua adik penulis yang selalu memberikan semangat dan mendoakan

penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya

Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan, dan

dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin

mengucapkan terima kasih kepada:

1 Bapak Ir. Riswan Dinzi, M.T selaku Dosen Pembimbing, Bapak

Ir. Zulkarnaen Pane, M.T dan Bapak Ir. Syahrawardi selaku Dosen

Penguji penulis yang telah banyak meluangkan waktu dan

2 Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku dosen wali penulis

yang banyak memberikan masukan dan pengarahan selama

perkuliahan.

3 Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si dan Bapak Rahmad Fauzi ST,

MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro

Fakultas Teknik dan seluruh staf pengajar.

4 Kedua orang tua tercinta, Ir. Bernat Tindaon dan Juniar Simanjuntak

yang memberikan segenap dukungan doa, daya dan dana kepada

penulis dalam menyelesaikan perkuliahan.

5 Kedua adik tersayang, Rani dan Dian yang mengisi keceriaan

penulis selama perkuliahan, sahabat bercanda, sahabat bersedih,

sahabat berjuang membangun keluarga tercinta bersama.

6 Sahabat-sahabat seperjuangan penulis : Youki, Sandro, Yudha, Ari,

Riandi, Mian. Teman sepermainan saat memulai perkuliahan di

semester awal, mengisi suka-duka perkuliahan, teman liburan

bersama, teman Kerja Praktek hingga menjadi sahabat dan

mengakhiri perkuliahan bersama.

7 Teman-teman satu stambuk 2011 yang banyak membantu penulis

dalam perkuliahan : Memory, Winner, Anriadi, Guntur, Anry, Tony,

Hans, dan teman-teman elektro semuanya.

8 Sahabat-sahabat Sion Ministry yang telah mendoakan penulis : Bg

Johnris Samosir, Kak Sarah, Daniel, Bg Robert, adik-adik PA,

teman sedivisi dan seluruh pekerja. Terima kasih atas pembentukan

9 Semua pihak yang telah membantu penulis dan tidak dapat penulis

sebutkan satu per satu.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini jauh dari sempurna, oleh karena itu

penulis sangat mengharapkan adanya kritik dan saran yang bertujuan untuk

menyempurnakan dan memperkaya kajian Tugas Akhir ini. Akhir kata

penulis berharap Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.

Medan, September 2015

Penulis,

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR TABEL ... x

1. PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan ... 2

1.4 Batasan Masalah ... 3

1.5 Manfaat ... 3

1.6 Metode Penelitian ... 3

1.7 Langkah-langkah Penelitian ... 4

2. SALURAN TRANSMISI SISTEM TENAGA LISTRIK ... 6

2.1 Pengertian Umum Saluran Transmisi ... 6

2.2 Karakteristik Listrik Dari Saluran Transmisi ... 7

2.2.1 Resistansi ... 7

2.2.2 Induktansi ... 9

2.2.3 Kapasitansi ... 12

2.3 Karakteristik Penyaluran Daya... 16

2.3.1 Saluran Transmisi Jarak Pendek ... 16

2.3.2 Saluran Transmisi Jarak Menengah ... 17

2.3.3 Saluran Transmisi Jarak Jauh ... 19

2.4 Studi Aliran Daya Sistem Tenaga Listriik ... 19

2.5 Profil Arus dan Tegangan Saluran Transmisi Pada Saat Beban Nol... 23

2.6Hubungan Daya Reaktif dengan Profil Tegangan ... 25

2.7.1 Analisis Transien : Gelombang Berjalan ... 26

2.7.2 Analisi Transien : Gelombang Pantul ... 29

2.8 Efek Feranti Pada Saluran Transmisi ... 31

2.9 Arus Pengisian ... 33

3. PENGARUH PEMASANGAN REAKTOR SHUNT PADA SALURAN TRANSMISI ... 34

3.1 Kompensasi Saluran Transmisi ... 34

3.2 Pengaruh Pemasangan Reaktor Shunt Terhadap Daya Reaktif ... 35

3.3 Profil Tegangan Sepanjang Saluran Dengan Kompensator Reaktor Shunt ... 35

3.5 Persamaan untuk Menentukan Rating Reaktor Shunt ... 36

4. PERANCANGAN SIMULASI PELEPASAN BEBAN... 38

4.1 ETAP (Electrical Transient Analysis Program) ... 38

4.2 Sistem Tenaga Listrik Tragi Binjai PT PLN (Persero)... 39

4.3 Variabel Masukan dan Keluaran Simulasi ... 42

4.3.1 Variabel Masukan Peralatan ... 42

4.3.2 Perhitungan Jumlah Beban ... 44

4.3.3 Variabel yang Diamati ... 45

4.3.4 Prosedur Penelitian ... 46

5. SIMULASI DAN ANALISA ... 47

5.1 Skenario Pelepasan Beban ... 47

5.2 Menjalankan Simulasi ... 49

5.3 Hasil Simulasi ... 50

5.4 Analisa Data ... 73

5.4.1 Simulasi Pelepasan Beban Tanpa Reaktor Shunt ... 73

5.4.2 Simulasi Pelepasan Beban Dengan Reaktor Shunt ... 76

5.5 Menentukan cara menghitung Rating Reaktor Shunt yang Efisien Sesuai dengan Parameter Transmisi ... 82

5.6Analisis Manfaat PemasanganReaktor Shunt dengan Kapasitas 59,5 MVAR di GI 275 kB Binjai ... 86

6. KESIMPULAN DAN SARAN ... 89

6.2 Saran ... 90

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN 1 PLTU 2 SUMATERA UTARA 2X220 MW MEDAN

INSPECTION REPORT

LAMPIRAN 2 EQUIPMENT BASIC TECHNICAL PARAMETER

PLTU PANGKALAN SUSU

LAMPIRAN 3 DATA BEBAN HARIAN PENYULANG GI BINJAI

TANGGAL 1-7 JULI 2015 UPT SUMABGUT, TRAGI

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 ... Siklus Transposisi ... 12

Gambar 2.2 ... Metode Muatan Bayangan ... 15

Gambar 2.3 ... Rangkaian Ekivalen untuk Saluran Transmisi Jarak Pendel .. 16

Gambar 2.4a ... Rangkaian Ekivalen untuk Saluran Transmisi Jarak ... Menengah Rangkaian T ... 18

Gambar 2.4b ... Rangkaian Ekivalen untuk Saluran Transmisi Jarak ... Menengah Rangkaian  ... 18

Gambar 2.5 ... Fasor-fasor Persamaan (2.20) Dilukis Dalam Bidang ... Kompleks ... 20

Gambar 2.6 ... Diagram Daya yang Diperoleh dengan Menggeser Titik ... Asal Sumbu Koordinat pada Gambar 2.5 ... 22

Gambar 3.1 ... Profil Tengangan Sepanjang Saluran dengan Kompensasi ... Reaktor Shunt ... 36

Gambar 3.2 ... Rangkaian Pengganti Saluran Transmisi Setelah Dipasang Reaktor Shunt ... 37

Gambar 4.1a ... Single Line Diagram GI 275 kV Binjai ... 40

Gambar 4.1b ... Single Line Diagram GI 150 kV Binjai ... 41

Gambar 4.2 ... Menara SUTET 275kV Pangkalan Susu-Binjai ... 44

Gambar 4.3 ... Diagram Alir Penelitian ... 46

Gambar 5.1 ... Kurva V-t Pelepasan Beban 10% tanpa Reaktor Shunt ... 51

Gambar 5.2 ... Kurva V-t Pelepasan Beban 20% tanpa Reaktor Shunt ... 52

Gambar 5.3 ... Kurva V-t Pelepasan Beban 30% tanpa Reaktor Shunt ... 53

Gambar 5.4 ... Kurva V-t Pelepasan Beban 40% tanpa Reaktor Shunt ... 54

Gambar 5.5 ... Kurva V-t Pelepasan Beban 50% tanpa Reaktor Shunt ... 55

Gambar 5.6 ... Kurva V-t Pelepasan Beban 60% tanpa Reaktor Shunt ... 56

Gambar 5.7 ... Kurva V-t Pelepasan Beban 70% tanpa Reaktor Shunt ... 57

Gambar 5.8 ... Kurva V-t Pelepasan Beban 80% tanpa Reaktor Shunt ... 58

Gambar 5.9 ... Kurva V-t Pelepasan Beban 90% tanpa Reaktor Shunt ... 59

Gambar 5.10 ... Kurva V-t Pelepasan Beban 100% tanpa Reaktor Shunt ... 60

Gambar 5.11 ... Kurva V-t Pelepasan Beban 10% dengan Reaktor Shunt ... 61

Gambar 5.13 ... Kurva V-t Pelepasan Beban 30% dengan Reaktor Shunt ... 63

Gambar 5.14 ... Kurva V-t Pelepasan Beban 40% dengan Reaktor Shunt ... 64

Gambar 5.15 ... Kurva V-t Pelepasan Beban 50% dengan Reaktor Shunt ... 65

Gambar 5.16 ... Kurva V-t Pelepasan Beban 60% dengan Reaktor Shunt ... 66

Gambar 5.17 ... Kurva V-t Pelepasan Beban 70% dengan Reaktor Shunt ... 67

Gambar 5.18 ... Kurva V-t Pelepasan Beban 80% dengan Reaktor Shunt ... 68

Gambar 5.19 ... Kurva V-t Pelepasan Beban 90% dengan Reaktor Shunt ... 69

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 ... Nilai Parameter Generator di PLTU Pangkalan Susu ... 42

Tabel 4.2 ... Data Kapasitas Transformator yang Terpasang pada Sistem

... Tenaga Listrik Pangkalan Susu-Binjai ... 43

Tabel 4.3 ... Saluran Transmisi SUTET 275kV Pangkalan Susu-Binjai ... 43

Tabel 4.4 ... Data Beban Penyulang di GI 150 kV Binjai ... 45

Tabel 5.1 ... Skenario Pelepasan Beban Untuk Simulai Transient Stability

... ETAP 11.0 ... 48

Tabel 5.2 ... Hasil Simulasi Pelepasan Beban, Sistem Tidak Terpasang

... Reaktor Shunt (1 pu = 275 kV) ... 71

Tabel 5.3 ... Hasil Simulasi Pelepasan Beban, Sistem Terpasang dengan

... Reaktor Shunt (1 pu = 275 kV) ... 71

Tabel 5.4 ... Hasil Simulasi Pelepasan Beban tanpa Reaktor Shunt ... 72

Tabel 5.5 ... Hasil Simulasi Pelepasan Beban dengan Reaktor Shunt ... 72

Tabel 5.6 ... Besar Tegangan Lebih Transien pada Saat Pelepasan Beban

... Di Tragi Binjai Tanpa Reaktor Shunt ... 80

Tabel 5.7 ... Besar Tegangan Lebih Transien pada Saat Pelepasan Beban di

... Tragi Binjai dengan Terpasang Reaktor Shunt ... 81

Tabel 5.8 ... Persentase Penurunan Kenaikan Tegangan Lebih Akibat

... Pemasangan Reaktor Shunt ... 82

Tabel 5.9 ... Besar Tegangan Lebih Transien pada Saat Pelepasan Beban di

Tragi Binjai dengan Terpasang Reaktor Shunt 38,5 MVAR . 86

Tabel 5.10 ... Perbandingan Nilai Tegangan Lebih yang Timbul Saat Pelepasan

ABSTRAK

Salah satu permasalahan yang timbul pada saluran transmisi tegangan

ekstra tinggi (200-500kV) adalah tegangan lebih transien yang terjadi pada saat

operasi hubung buka atau biasa disebut pelepasan beban. Tegangan lebih ini perlu

diperhatikan dalam perencanaan sistem transmisi agar tidak merusak peralatan.

Salah satu upaya untuk mengontrol tegangan lebih ini adalah dengan menggunakan

salah satu kompensator saluran, yaitu reaktor shunt. Reaktor shunt dipasang pada

sisi penerima saluran transmisi.

Pada Tugas Akhir ini, akan mempelajari pengaruh pemasangan reaktor shunt

terhadap kenaikan tegangan yang terjadi pada ujung penerima saluran transmisi

akibat pelepasan beban pada penyulang. Penelitian dilakukan di SUTET 275 kV

Pangkalan Susu-Binjai. Tegangan lebih diamati pada bus sisi penerima 275 kV

yang berada di GI 275 kV Binjai dan pelepasan beban dilakukan pada penyulang 20

kV di GI 150 kV Binjai dengan tahapan 10% - 100%, dengan kenaikan 10% tiap

tahapannya. Simulasi dilakukan pada perangkat lunak ETAP 11.0 dengan

memanfaatkan fitur Tansient Stability Analysis. Hasil simulasi menunjukkan bahwa

pemasangan reaktor shunt pada Tragi Binjai mampu menurunkan tegangan lebih

sebesar 3,613%.

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pada saat terjadi pelepasan beban dari suatu sistem tenaga listrik dapat

menimbulkan tegangan lebih transien. Apabila suatu sistem tenaga listrik tidak

mampu menyuplai penuh daya pada saat beban puncak, maka pelepasan beban

tidak dapat dihindarkan agar pembangkit yang bekerja tidak mengalami beban

lebih (overload).

Untuk saluran transmisi tegangan ekstra tinggi (200-500kV) perlu juga

dipertimbangkan tegangan lebih yang diakibatkan efek feranti. Efek feranti

adalah suatu kondisi dimana tegangan pada sisi penerima lebih besar dari

tegangan pengirim akibat suatu keadaan pembebanan. Hal ini terjadi diakibatkan

oleh adanya line charging pada saluran transmisi. Tegangan lebih ini perlu

diperhatikan dalam perencanaan sistem transmisi agar tidak merusak peralatan.

Upaya yang dapat dilakukan untuk mengatasi kenaikan tegangan ini adalah

pemasangan kompensator yang berfungsi untuk mengkompensasi sifat kapasitif

saluran, yaitu reaktor shunt. Reaktor shunt dirancang untuk mengatur tegangan

saluran dengan cara menyuplai daya reaktif induktif dengan kata lain menyerap

daya reaktif. Dengan pemasangan reaktor shunt, perlu diketahui apakah

amplitudo tegangan transien yang ditimbulkan akibat pelepasan beban masih

memenuhi nilai yang diizinkan tanpa merusak peralatan terpasang.

Pada tugas akhir ini, penulis akan melakukan simulasi untuk melihat

pengaruh pemasangan reaktor shunt pada saluran transmisi terhadap tegangan

menggunakan perangkat lunak ETAP 11.0 untuk studi kasus saluran transmisi 275

kV Pangkalan Susu-Binjai, PT PLN (Persero). Simulasi ini diharapkan dapat

menjadi salah satu referensi PT PLN (Persero) dan sidang pembaca dalam

perencanaan sistem transmisi yang terpasang dengan reaktor shunt.

1.2 Perumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dari tugas akhir ini adalah :

1. Bagaimana pengaruh dipasang atau tidaknya reaktor shunt terhadap

tegangan pada ujung penerima saluran transmisi, yaitu pada GI 275kV

Binjai ?

2. Bagaimana menentukan rating reaktor shunt ?

3. Apakah amplitudo tegangan lebih transien pada ujung sisi penerima yang

ditimbulkan akibat pelepasan beban masih memenuhi nilai yang

diijinkan?

1.3 Tujuan

Adapun tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah :

1. Mengetahui pengaruh pemasangan reaktor shunt terhadap tegangan lebih

transien yang timbul pada ujung penerima saluran transmisi, yaitu pada

GI 275kV Binjai.

2. Menentukan cara menghitung rating reaktor shunt yang efisien sesuai

dengan parameter transmisi.

3. Menentukan kemampuan reaktor shunt yang terpasang pada GI 275 kV

4. Menentukan kapasitas beban yang dapat dilepaskan dari sistem agar

tegangan lebih transien yang terjadi masih dapat diterima peralatan

terpasang tanpa merusak peralatan tersebut.

1.4 Batasan Masalah

Adapun batasan masalah yang dilakukan pada penulisan tugas akhir ini

adalah :

1. Saluran transmisi yang disimulasikan adalah Saluran Transmisi

Tegangan Ekstra Tinggi 275 kV Pangkalan Susu-Binjai.

2. Pada GI 275 kV Binjai telah terpasang Reaktor shunt berkapasitas 59,5

MVAR. Reaktor dengan kapasitas tersebut direncanakan untuk

pengembangan jangka panjang. Simulasi dilakukan untuk mengetahui

manfaat dari pemasangan reaktor tersebut saat ini, sebelum

pengembangan.

3. Simulasi studi analisis profil tegangan ini menggunakan perangkat lunak

ETAP 11.0

4. Pengukuran dilakukan di ujung penerima Saluran Transmisi Pangkalan

Susu-Binjai, yaitu di GI 275 kV Binjai.

5. Kapasitas beban yang dilepasakan bervariasi, mulai dari 0% - 100%

kapasitas beban terpasang.

1.5 Manfaat

Dari penulisan tugas akhir ini diharapkan dapat diketahui penurunan atau

terhubung dengan reaktor shunt. Adapun hasil dari simulasi ini diharapkan

menjadi bahan referensi untuk menjaga tegangan yang sesuai pada daerah yang

diteliti sehinggga dapat menjaga tegangan pada rentang nilai yang tepat untuk

mempertahankan kestabilan sistem dan menjaga peralatan terpasang dari

kerusakan akibat tengangan lebih transien.

1.6 Metode Penelitian

Beberapa metode yang digunakan dalam menyelesaikan skripsi antara lain:

a. Skripsi ini menggunakan data sistem tenaga listrik Tragi Binjai PT PLN

(Persero) yang disimulasikan dengan perangkat lunak ETAP 11.0

b. Untuk dapat mengetahui variasi tegangan lebih yang mungkin terjadi

dalam sistem tenaga listik tersebut dibuat beberapa skenario pelepasan

beban.

c. Pengukuran tegangan lebih dilakukan pada ujung sisi penerima Saluran

Transmisi Pangkalan Susu – Binjai 275 kV dengan menggunakan fitur

Transient Stability Analysis pada perangkat lunak ETAP 11.0.

1.7 Langkah-langkah Penulisan

a Studi literatur, yaitu dengan mencari buku-buku dan artikel yang

digunakan untuk referensi yang ada di perpustakaan USU maupun

internet.

b Konsultasi dengan pembimbing baik dosen maupun pembimbing di

lapangan serta rekan-rekan yang berpengalaman berkaitan dengan materi

c Observasi data, dalam skripsi ini dibutuhkan data-data yang akan diolah

untuk membuktikan kebenaran kenaikan tegangan akibat pelepasan beban

pada sisi penyulang 20 kV. Data tersebut antara lain diagram saluran

tunggal dari suatu sistem tenaga listrik Tragi Binjai PT PLN (Persero) dan

BAB 2

SALURAN TRANSMISI SISTEM TENAGA LISTRIK

2.1 Pengertian Umum Saluran Transmisi

Pusat pembangkit tenaga listrik biasanya letaknya jauh dari tempat-tempat

dimana tenaga listrik itu digunakan. Karena itu, tenaga listrik yang dibangkitkan

disalurkan melaui penghantar-penghantar dari pusat pembangkit tenaga listrik ke

pusat-pusat beban, baik langsung maupun melalui saluran penghubung, yaitu GI.

Saluran transimi dapat dibedakan menjadi dua kategori, yaitu : saluran udara

(overhead line) dan saluran bawah tanah (underground). Sistem saluran udara

menyalurkan tenaga listrik melalui penghantar-penghantar yang digantung pada

tiang-tiang transmisi dengan perantaraan isolator-isolator, sedangkan sistem

saluran bawah tanah meyalurkan tenaga listrik melalui kabel-kabel bawah tanah.

Tenaga listrik ini dapat disalurkan dengan beberapa tegangan nominal.

Berdasarkan dokumen IEC (International Electrotechnical Commission) 60038,

tegangan transmisi dapat dikelompokkan menjadi : tegangan menengah

(1kV-35kV), tegangan tinggi (35kV – 230 kV) dan tegangan ekstra tinggi (230kV –

800kV) dan tegangan ultra tinggi (di atas 800kV).

Menurut jenis arus yang dialirkan, saluran transmisi dapat dibedakan

menjadi 2 (dua) jenis, yaitu sistem arus bolak-balik (A.C./alternating current)

dan sistem arus searah (D.C./direct current). Di dalam sistem A.C. penaikan dan

penurunan tegangan mudah dilakukan yaitu dengan menggunakan

transforma-tor. Pada sistem ini terdapat A.C. satu fasa dan tiga fasa. Sistem tiga fasa

mempunyai kelebihan dibandingkan dengan sistem satu fasa karena daya yang

diabaikan. Berhubungan dengan keuntungan-keuntugannya, sistem A.C. paling

banyak digunakan. Namun, sejak beberapa tahun terakhir ini penyaluran arus

seaorah mulai dikembangkan karena, isolasinya lebih sederhana, daya-guna yang

tinggi serta tidak ada masalah stabilitas, sehingga dimungkinkan penyaluran jarak

jauh. Penyaluran tenaga listrik dengan sistem D.C. baru dianggap ekonomis bila

jarak saluran udara lebih dari 640 km atau saluran bawah tanah lebih panjang dari

50 km [1].

2.2 Karakteristik Listrik dari Saluran Transmisi

Saluran transmisi listrik mempunyai empat parameter yang mempengaruhi

kemampuannya untuk berfungsi sebagai bagian dari suatu sistem tenaga, yaitu

resistansi, induktansi, kapasitansi dan konduktansi [2]. Parameter-parameter ini

merupakan salah satu pertimbangan utama dalam perencanaan saluran transmisi.

Impedansi seri dibentuk oleh resistansi dan induktansi yang terbagi rata

disepanjang saluran. Sedangkan konduktansi dan kapasitansi yang terdapat

diantara penghantar-penghantar dari suatu saluran fasa-tunggal atau di antara

sebuah penghantar dan netral dari suatu saluran tiga-fasa membentuk admitansi

paralel. Dalam perhitungan, rangkaian saluran ekivalen yang dibentuk dari

parameter-parameter dijadikan satu meskipun resistansi, induktansi dan

kapasitansi tersebut terbagi merata di sepanjang saluran.

2.2.1 Resistansi

( )

2  

I P

R (2.1)

dimana P = rugi daya pada penghantar (Watt)

I = arus yang mengalir (Ampere)

Resistansi efektif sama dengan resistansi dari saluran jika terdapat distribusi

arus yang merata (uniform) di seluruh penghantar. Distribusi arus yang merata di

seluruh penampang suatu penghantar hanya terdapat pada arus searah, sedangkan

tidak pada arus bolak-balik (ac).

Resistansi dc dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini

) (

0  

A l

R  (2.2)

dimana  _{= resistivitas peng}hantar (Ω.m)

l _{= panjang penghantar (m)}

A = luas penampang (m2)

Dengan meningkatnya frekuensi arus bolak-balik, distribusi arus makin

tidak merata (nonuniform). Peningkatan frekuensi ini juga mengakibatkan tidak

meratanya kerapatan arus (current density), disebut juga efek kulit (skin effect).

Untuk penghantar dengan jari-jari yang cukup besar ada kemungkinan

terjadi kerapatan arus yang berisolasi terhadap jarak radial dari titik-tengah

penampang penghantar. Fluks bolak-balik mengimbaskan tegangan yang lebih

tinggi pada serat-serat di bagian dalam daripada di sekitar permukaan penghantar,

karena fluks yang meliputi serat dekat permukaan penghantar lebih sedikit

daripada fluks yang meliputi serat di bagian dalam penghantar. Berdasarkan

hukum Lenz, tegangan yang diimbaskan akan melawan perubahan arus yang

dalam menyebabkan meningkatnya kerapatan arus pada serat-serat yang lebih

dekat ke permukaan penghantar dan karena itu resistansi efektifnya meningkat.

Sehingga dapat dikatakan pada arus bolak-balik arus cenderung mengalir melalui

permukaan penghantar.

Perhitungan resistansi total suatu saluran transmisi ditentukan oleh jenis

penghantar pabrikan, biasanya pabrikan akan memberikan tabel karakteristik

listrik dari penghantar yang dibuatnya, termasuk diantaranya nilai resistansi ac

penghantar dalam satuan Ω/km (Standar Internasional) atau Ω/mi (American

Standart).

Nilai resistansi juga dipengaruhi oleh suhu, ditunjukkan oleh persamaan

berikut [1]

)] (

1

[ _{2 1}

1

2 R T T

R  



 _(2.3)

dimana R₁ dan R₂ adalah resistansi pada suhu T₁ dan T₂, dan  adalah koefisien

suhu dari resistansi, yang nilainya tergantung dari bahan konduktor.

2.2.2 Induktansi

Induktansi adalah sifat rangkaian yang menghubungkan tegangan yang

diimbaskan oleh perubahan fluks dengan kecepatan perubahan arus [2].

Persamaan awal yang dapat menjelaskan induktansi adalah menghubungkan

tegangan imbas dengan kecepatan perubahan fluks yang meliputi suatu rangkaian.

Tegangan imbas adalah

dt d

e  (2.4)

 = banyaknya fluks gandeng rangkaian (weber-turns)

Banyaknya weber-turns adalah hasil perkalian masing-masing weber dari

fluks dan jumlah lilitan dari rangkaian yang digandengkannya.

Jika arus pada rangkaian berubah-ubah, medan magnet yang

ditimbulkannya akan turut berubah-ubah. Jika dimisalkan bahwa media di mana

medan magnet ditimbulkan mempunyai permeabilitas yang konstan, banyaknya

fluks gandeng berbanding lurus dengan arus, dan karena itu tegangan imbasnya

sebanding dengan kecepatan perubahan arus [2],

dt di L

e (2.5)

Dimana L = konstanta kesebandingan

= induktansi (H)

dt di

= kecepatan perubahan arus (A/s)

Dari Persamaan 2.3 dan 2.4 maka didapat persamaan umum induktansi

saluran dalam satuan Henry, yaitu [2]

i

L (2.6)

dengan i adalah arus yang mengalir pada saluran transmisi dalam satuan

ampere (A).

Induktansi timbal-balik antara dua rangkaian didefenisikan sebagai fluks

gandeng pada rangkaian pertama yang disebabkan oleh arus pada rangkaian kedua

per ampere arus yang mengalir di rangkaian kedua. Jika arus I2 menghasilkan

fluks gandeng dengan rangkaian 1 sebanyak



12, maka induktansi

( )

2 12

12 H

I

M  (2.7)

Dimana



_{12 = fluks gandeng yang dihasilkan I}2 terhadap rangkaian 1 (Wbt)

I₂ = arus yang mengalir pada rangkaian kedua.

Pada saluran tiga fasa induktansi rata-rata satu penghantar pada suatu

saluran ditentukan dengan persamaan [2]

2 10 7 ln (H /m)

D D L s eq a  

 untuk penghantar tunggal,

2 10 7 ln (H /m)

D D L _b s eq a  

 untuk penghantar berkas.

dengan 3

31 23 12D D

D

Deq  dan Ds adalah GMR penghantar tunggal dan

b s

D

adalah GMR penghantar berkas. Nilai D_sb akan berubah sesuai dengan jumlah

lilitan dalam suatu berkas .

Untuk suatu berkas dua-lilitan

d r d r c Db

s    

4 2

) (

Untuk suatu berkas tiga-lilitan

3 2

9 3

)

(r d d rd

c

D_sb    

Untuk suatu berkas empat-lilitan

4 3 16 4 09 , 1 ) 2 ( 2 1 rd d d d r c

Dsb      

Persamaan di atas merupakan persamaan untuk saluran yang telah

ditransposisikan, yaitu suatu metode pengembalian keseimbangan ketiga fasa

di sepanjang saluran sedemikian rupa sehingga setiap penghantar akan menduduki

posisi semula penghantar yang lain pada suatu jarak yang sama, lihat Gambar 2.1

Posisi 1

Posisi 2

Posisi 3 a

b

c

c

a

b

b

c

a D12

D23

D31

Gambar 2.1 Siklus Transposisi

Persamaan ini juga dapat dapat digunakan untuk saluran tiga fasa dengan

jarak pemisah tidak simetris karena ketidaksimetrisan antara fasa-fasanya adalah

kecil saja sehingga dapat diabaikan pada kebanyakan perhitungan induktansi [2].

2.2.3 Kapasitansi

Kapasitansi suatu saluran transmisi adalah akibat beda potensial antara

penghantar, baik antara penghantar-penghantar maupun antara penghantar-tanah.

Kapasitansi menyebabkan penghantar tersebut bermuatan seperti yang terjadi

pada pelat kapasitor bila terjadi beda potensial di antaranya. Untuk menentukan

nilai kapasitansi antara penghantar-penghantar ditentukan dengan persamaan [2]

). / ( ) ln(

m F

r D k

C_ab   (2.8)

Jika saluran dicatu oleh suatu transformator yang mempunyai sadapan

kapasitansi ke tanah (kapasitansi ke netral), adalah muatan pada penghantar per

satuan beda potensial antara penghantar dengan tanah. Jadi kapasitansi ke netral

untuk saluran dan kawat adalah dua kali kapasitansi antara penghantar-penghantar

[2]. ). / ( ) ln( 2 m F r D k

C_an   (2.9)

Dimana C_ab = kapasitansi antara penghantar a-b (F/m)

an

C = kapasitansi antara penghantar-tanah (F/m)

k = permeabilitan bahan dielektrik

D = jarak antara penghantar (m)

r = jari-jari antara penghantar (m)

Persamaan (2.9) juga dapat digunakan untuk menentukakan kapasitansi

saluran tiga-fasa dengan jarak pemisah yang sama. Jika penghantar pada saluran

tiga-fasa tidak terpisah dengan jarak yang sama, kapasitansi masing-masing fasa

ke netral tidak sama. Namun untuk susunan penghantar yang biasa,

ketidaksimetrisan saluran yang tidak ditrasnposisikan adalah sangat kecil,

sehingga perhitungan kapasitansi dapat dilakukakan seakan-akan semua saluran

itu ditransposisikan. Untuk saluran tiga fasa yang ditransposisikan, nilai

kapasitansi fasa ke netral ditentukan dengan persamaan [2]

) / ( ) ln( 2 m F r D k C eq n 

 untuk penghantar tunggal,

) / ( ) ln( 2 m F c D D k C b s eq n 

Dengan D_eq adalah GMR penghantar, r adalah jari-jari penghantar dan

c

D_sb adalah GMR penghantar berkas. Nilai D_sbc akan berubah sesuai dengan

jumlah lilitan dalam suatu berkas .

Untuk suatu berkas dua-lilitan

d r d

r c

D_sb 4  2  

) (

Untuk suatu berkas tiga-lilitan

3 2

9 3

)

(r d d rd

c Db

s    

Untuk suatu berkas empat-lilitan

4 3 16 4 09 , 1 ) 2 ( 2 1 rd d d d r c

Dsb      

Untuk menghitung kapasitansi saluran kabel ke tanah perlu menggunakan

metode muatan bayangan, lihat Gambar 2.1. Pada metode ini bumi dapat

diumpamakan dengan suatu penghantar khayal yang bermuatan di bawah

permukaan bumi pada jarak yang sama dengan penghantar asli di atas bumi.

Penghantar semacam itu mempunyai muatan yang sama tetapi berlawanan tanda

dengan penghantar aslinya dan disebut penghantar bayangan. Jika ditempatkan

satu penghantar bayangan untuk setiap penghantar atas-tiang, fluks antara

penghantar asli dengan bayangannya adalah tegak lurus pada bidang yang

menggantikan bumi, dan bidang itu adalah suatu permukaan ekipotensial. Fluks di

atas bidang itu adalah sama seperti bila bumi ada tanpa adanya penghantar

bayangan. Persamaan untuk menentukan kapasitansi saluran kabel ke tanah adalah

[2] : ) ln( ) ln( 2 3 3 2 1 3 ' 31 ' 23 ' 12 H H H H H H c D D k C b s eq n 

Dimana C_n = kapasitansi saluran kabel ke tanah (F/m)

' 12

H = jarak antara penghantar 1 dengan penghantar bayangan 2 (m)

' 23

H = jarak antara penghantar 2 dengan penghantar bayangan 3 (m)

' 31

H = jarak antara penghantar 3 dengan penghantar bayangan 1 (m)

1

H = jarak antara penghantar 1 dengan permukaan bumi (m)

2

H = jarak antara penghantar 2 dengan permukaan bumi (m)

3

H = jarak antara penghantar 3 dengan permukaan bumi (m)

H

1 H2 H3

H 1

2 '

H 2

3 ' H

31 '

1 2 3

1' 2' 3'

Permukaan bumi

2.3 Karakteristik Penyaluran Daya

Dalam mempelajari karakteristik penyaluran daya dalam keadaan normal,

lazim diandaikan saluran transmisi dengan rangkaian yang konstantanya

didistribusikan atau rangkaian yang konstantanya dikonsentrasikan, yaitu bila

salurannya pendek.

2.3.1 Saluran Transmisi Jarak Pendek

Oleh karena pengaruh kapasitansi dan konduktansi bocor dapat diabaikan

pada saluran transmisi pendek (kurang dari 80 km), maka saluran tersebut dapat

dianggap sebagai rangkaian impedansi yang terdiri dari tahanan dan induktansi,

seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.3. Dengan demikian maka impedansi Z

dan admitansinya Ydinyatakan oleh [1] :

jB G jb g l y Y jX R jx r l z Z           ) ( ) (     (2.11)

Dimana rtahanan kawat (Ω/km)



x reaktansi kawat =2fL(Ω/km)



g konduktansi kawat (mho/km)



b suseptansi kawat = 2fC(mho/km)

Ujung Pengiriman Ujung Penerimaan

S

E ER

R X

Bila kondisi pada ujung penerima diketahui, maka hubungan antara

tegangan dan arus dinyatakan oleh persamaan berikut [1] :

r r

R r

S E I IX

E   cos   (2.12)

Dengan regulasi tegangan

) sin cos

( _{r r}

r R r r S X R E I E E

E  _{   }

(2.13)

Sebaliknya bila kondisi pada titik pengirim diketahui maka

) sin cos

( _{R r r}

S

r E I IX

E      (2.14)

Dimana E_S tegangan pada ujung pengirim



r

E tegangan pada ujung penerima



R

I arus pada ujung penerima



R jumlah tahanan saluran (Ω)



X jumlah reaktansi saluran (Ω)



r



cos faktor daya pada ujung penerima



r



sin faktor daya-buta pada ujung penerima

2.3.2 Saluran Transmisi Jarak Mengengah

Saluran transmisi jarak-menengah dapat dianggap sebagai rangkaian

T atau rangkaian  [1], perhatikan Gambar 2.4.

Dengan I_S merupakan arus yang mengalir pada ujung pengirim, untuk rangkaian

Y E Y Z I I Y Z Z I Y Z E E r r S r r S                      ) 2 1 ( ) 4 1 ( ) 2 1 ( (2.15)

dan rangkaian  _{persamaannya adalah :}

) 4 1 ( ) 2 1 ( ) 2 1 ( Y Z Y E Y Z I I Z I Y Z E E r r S r r S                      Beban S

E

Y

2

R

2

X

R E

2

R

2

X

S

I

Beban S

E

E_R

2

Y

2

Y

R

X

S

I

Ujung Pengiriman Ujung Penerimaan

Ujung Pengiriman Ujung Penerimaan

(a)

[image:32.595.152.475.183.612.2]

(b)

2.3.3 Saluran Transmisi Jarak Jauh

Untuk saluran transmisi jarak jauh, konstantanya didistribusikan sehingga

persamaannya menjadi [1] :

l Z E l I I l Z I l I E S r S r r S                 sinh cosh sinh cosh 0 0     (2.16)

Dimana Z₀ impedansi karakteristik =

z y

 

= konstanta rambatan = zy

2.4 Studi Aliran Daya Sistem Tenaga

Aliran daya pada setiap titik di sepanjang saluran transmisi dapat diturunkan

dengan persamaan konstanta ABCD saluran transmisi berikut [2].

R R S AV BI

V   (2.17)

B AV V

I S R

R   (2.18) Dengan membuat            

 A V A B B V A

A R S

0 0 (2.19) Didapatkan  () . () B V A B V

I_R S R (2.20)

Maka daya kompleks V_RI_R* pada ujung penerima adalah

) ( . ) ( . 2           B V A B V V jQ

P_{R R} S R R (2.21)

) cos( . ) cos( . 2        B V A B V V

P_R S R R (2.22)

) sin( . ) sin( . 2        B V A B V V

Q_R S R R (2.23)

Rumusan untuk daya kompleks P_R  jQ_R merupakan hasil gabungan dua fasor

yang dinyatakan dalam bentuk polar dan dapat direpresentasikan dalam bidang

kompleks yang kordinat-kordinat mendatar dan tegaknya adalah dalam satuan

daya. Gambar 2.5 menunjukkan kedua besaran kompleks tersebut dan selisihnya.

jQ P

[image:34.595.176.354.315.529.2]

B V VS. R B V A R 2 . ) ( ) (  R  var watt

Gambar 2.5 Fasor-fasor Persamaan (2.20) dilukis dalam bidang kompleks

Gambar 2.6 menunjukkan fasor-fasor yang sama dengan titik asal

sumbu-sumbu koordinat yang telah digeser. Gambar ini merupakan suatu diagram daya

dengan hasil yang besarnya adalah P_R  jQ_R atau V_R.I_R dengan sudut R

terhadap sumbu mendatar . Komponen-komponen nyata dan khayal dari

R R jQ

R R

R R V I

P  cos (2.24)

R R R R V I

Q  sin (2.25)

Dimana _R adalah sudut fasa dengan mana V_R mendahului I_R .

Pada Gambar 2.6 posisi n tidak tergantung pada arus I_R dan tidak akan

berubah selama V_R konstan. Kemudian jarak antara n dan k adalah konstan untuk

nilai V_S dan V_R yang tetap. Karena itu, dengan berubahnya jarak antara O dan k

dengan perubahan beban, titik k yang harus tetap berada pada jarak yang konstan

dari titik n yang tetap, dibatasi geraknya di sekeliling lingkaran yang berpusat

pada n. Setiap perubahan pada P_R akan memerlukan suatu perubahan pula pada

R

Q untuk menjaga k tetap pada lingkaran. Jika suatu nilai V_S lain dibuat konstan

untuk nilai V_R yang sama, letak titik n tidak berubah tetapi akan didapatkan suatu

lingkaran baru dengan jari-jari nk.

Dengan menganalisis Gambar 2.6, terlihat bahwa ada suatu limit bagi daya

yang dapat dikirimkan ke ujung penerima saluran untuk tegangan ujung pengirim

dan ujung penerima yang sudah ditentukan besarnya. Suatu penambahan dari daya

yang dikirim berarti bahwa titik k akan bergeser sepanjang lingkaran sehingga

sudut   sama dengan nol; yang berarti, lebih banyak daya yang akan

B V

V_S . _R

B V A. _R2

) (







) (







R



var

watt

R R I

V .

O

n

[image:36.595.144.485.87.419.2]

k

Gambar 2.6 Diagram daya yang diperoleh dengan menggeser titik-asal sumbu koordinat pada Gambar 2.5

Peningkatan  yang lebih lanjut akan berakibat berkurangnya daya yang

diterima. Daya maksimum yang dapat ditransmisikan dapat ditentukan dengan

persamaan [2] :

) cos( ,

2

max    

B V A

B V V

P_R S R R (2.26)

Jika tegangan ujung penerima dipertahankan konstan dan lingkaran ujung

penerima digambar untuk berbagai nilai tegangan ujung pengirim, lingkaran yang

dihasilkan akan konsentris karena letak pusat lingkaran daya ujung penerima tidak

2.5 Profil Arus dan Tegangan Saluran Transmisi pada Saat Beban Nol

Apabila suatu saluran transmisi diasumsikan telah ditransposisi, maka

parameter saluran dapat ditunjukkan persamaan berikut

L j R

z   (2.27)

C j G

y    _(2.28)

Dimana zmerupakan impedansi seri per unit panjang/fasa dan ymerupakan

adimitansi paralel per unit panjang/fasa.

Pada saluran tranmisi yang memperhitungkan efek kapasitansi dan

induktansi pada saluran, nilai arus dan tegangan pada sisi penerima ditentukan

dengan persamaan berikut, untuk x merupakan jarak dari ujung penerima [1]:

x R C R x R C

R Z I _e V Z I _e

V

V      

2 2 (2.29) x R C R x R C

R Z I _e V Z I _e

V

I      

2 / 2 / (2.30) dimana y z

Z_C  / (2.31)

 

  zy  j (2.32)

Konstanta Z_Cdisebut dengan karakteristik impedansi dan  disebut dengan

konstanta perambatan (propagation constant). Bilangan real pada konstanta

perambatan disebut dengan koefisien pelemahan (attenuation constant) , dan

bilangan imajiner disebut konstanta fasa (phase constant) .

x R x R e V e V

V     2 2 (2.33) x C R x C R _e Z V e Z V

I    

2

2 (2.34)

Dengan mengabaikan rugi-rugi saluran,   j  j LC , Persamaan (2.32) dan

(2.33) dapat disederhanakan menjadi [1]

) cos( x V

V  _R  (2.35)

) sin( ) ( x Z V j I C R   (2.36)

Arus dan tegangan pada ujung pengirim diperoleh dengan mensubsitusi panjangl

untuk x.

  cos ) cos( R S R S V E l V E   (2.37) dan   tan ) ( sin ) ( C S S C R S Z E j I Z V j I   (2.38)

Dimana  l. Sudut  disebut dengan panjang elektrik (electric length) atau

sudut saluran. sudut saluran yang dinyatakan dalam satuan radian. Berdasarkan

persamaan di atas, arus dan tegangan saluran dapat dinyatakan dalam bentuk

tegangan pengirim E_S,

 

cos

cos x

E

V  _S (2.39)

  cos sin C S Z x E j

Berdasarkan Persamaan (2.39) dan (2.40) nilai V dan I berbanding lurus

dengan nilai x dan  . Semakin besar nilai nilai x dan  maka semakin besar pula

tengangan pada ujung sisi penerima. Kenaikaan tegangan pada ujung sisi

penerima ini disebabkan karena adanya arus pengisian yang mengalir melalui

saluran induktansi. Fenomena ini disebut dengan efek feranti. Fenomena ini

pertama kali diketahui oleh Ferranti pada saluran udara yang menyuplai

konsumen berbedan rendah.

2.6 Hubungan Daya Reaktif dengan Profil Tegangan

Persamaan yang menunjukkan hubungan antara daya reaktif dan tegangan

pada suatu saluran transmisi adalah [3],

 

 cos ( / )sin

cos _{R C C R}

S E Z Q E

E   (2.41)

Dengan demikian, maka

   sin ) sin cos ( C R R R Z E s E E

Q   (2.42)

Daya reaktif pada ujung sisi pengirim ditentukan dengan persamaan :

   sin ) sin cos ( C RS S S Z E sR E E

Q    (2.43)

Jika tegangan pada ujung sisi pengirim dan penerima adalah sama, maka

   sin ) cos (cos 2 C S S R Z E Q

Q    (2.44)

Dimana  = sudut beban

S

Q = daya reaktif sisi pengirim

R

2.7 Tegangan Lebih Pada Sistem Tenaga Listrik

Adakalanya suatu sistem tenaga listrik mengalami tegangan lebih impuls

karena adanya operasi hubung-buka (switching operation) atau karena transmisi

sistem tenaga listrik disambar petir [4] . Tegangan lebih impuls yang diakibatkan

oleh adanya operasi hubung-buka disebut tegangan impuls hubung-buka,

sedangkan tegangan lebih impuls yang diakibatkan oleh sambaran petir pada

transmisi sistem tenaga listrik disebut tegangan lebih impuls petir.

2.7.1 Analisi Transien : Gelombang Berjalan

Gejala tegangan lebih transien pada saluran transmisi dapat diselesaikan

dengan membuat rangkaian ekivalen satu fase, sehingga tiga fase saluran

transmisi diasumsikan sebagai satu fasa tunggal. Studi tentang surja hubung pada

saluran transmisi adalah sangat kompleks, sehingga pada penelitian ini hanya

mempelajari kasus suatu saluran yang tanpa rugi. Suatu saluran tranpa

rugi-rugi adalah representasi yang baik dari saluran-saluran frekuensi tinggi di mana

L

 dan C menjadi sangat besar dibandingkan dengan R dan G. Pendekatan

yang dipilih untuk persoalan ini sama seperti yang telah digunakan untuk

menurunkan hubungan-hubungan tegangan dan arus dalam keadaan steady state

untuk yang saluran panjang dengan konstanta-konstanta yang tersebear merata

[5].

Tegangan V dan I adalah fungsi-fungsi x dan t bersama-sama, sehingga perlu

menggunakan turunan sabagaian. Persamaan jatuh tegangan seri di sepanjang

elemen saluran adalah :

x t i L Ri x x V

       

)

Demikian pula halnya : x t V C Gv x x V _        ) ( (2.46)

Persamaan di atas dapat dibagi dengan x, dan karena hanya membahas

suatu saluran tanpa rugi-rugi, maka R dan G akan sama dengan nol sehingga

didapatkan : t i L x V      (2.47) Dan t V C x i      (2.48)

Sekarang variable I dapat dihilangkan dengan menghitung turunan sebagian

kedua suku dalam persamaan 3 terhadap x dan turunan sebagian kedua suku

dalam persamaan 4 terhadap t. Prosedur ini menghasilkan 2i/xt pada kedua

persamaan yang dihasilkan, dan dengan mengeliminir turunan sebagian kedua dari

variable i dari kedua persamaan tersebut, didapatkan :

2 2 2 2 1 t V x V LC       (2.49)

Persamaan 5 ini adalah yang dinamakan persamaan gelombang berjalan

suatu saluran tanpa rugi-rugi. Penyelesaian persamaan ini adalah fungsi dari (x-vt)

dan tegangannya dinyatakan dengan :

) ( )

( ₂

1 x vt f x vt

f

V     (2.50)

Yang merupakan suatu penyelesaian untuk terjadinya komponen-komponen

ke depan dan kebelakang sebuah gelombang berjalan secara bersamaan pada

sebuah saluran tanpa rugi-rugi. Variabel v yang menyatakan kecepatan gelombang

LC

v 1 (2.51)

Dengan :



v kecepatan rambat gelombang (m/s)



L induktansi saluran (H/m)



C kapasitansi saluran (F/m)

Jika gelombang yang berjalan ke depan yang disebut juga dengan

gelombang datang, dinyatakan dengan :

) (

1 x vt

f

V   (2.52)

Maka gelombang arus akan ditimbulkan oleh muatan-muatan yang bergerak

dapat dinyatakan dengan :

) ( 1

1 x vt

f LC

i   (2.53)

Dari Persamaan (2.37) dan Persamaan (2.38) didapatkan bahwa :

C L i

V _

 

(2.54)

Perbandingan antara V dan I dinamakan impedansi karakteristik atau

impedansi surja (Zc) dari saluran tanpa rugi-rugi.

Pada saaat suatu tegangan v(t) diterapkan pada salah satu ujung saluran

transmisi tanpa rugi-rugi, maka unit kapasitansi C pertama dimuati pada tegangan

v(t). Kapasitansi ini kemudian meluah kedalam unit kapasitansi berikutnya

melalui induktansi L. Proses bermuatan-peluahan ini berlajut hingga ujung saluran

dan energi gelombang dialihkan dari bentuk elektronik (dalam kapasitansi) ke

bentuk magnetic (dalam induktansi). Jadi, gelombang tegangan bergerak maju

ekivalen juga. Propagasi gelombang tegangan dan arus ini disebut gelombang

berjalan (travelling wave) dan gelombang ini kelihatan seolah-olah tegangan dan

arus berjalan sepanjang saluran dengan kecepatan yang diberikan oleh persamaan

7.

Saat gelombang yang berjalan pada suatu saluran transmisi mencapai titik

transisi, seperti suatu rangkaian terbuka, rangkaian hubungan singkat, suatu

sambungan dengan saluran lain atau kabel, belitan mesin dan lain-lain, maka pada

titik itu terjadi perubahan parameter saluran. Akibatnya sebagian dari gelombang

berjalan bergerak melewati bagian lain dari rangkaian. Pada titik transisi,

tegangan atau arus dapat berharga nol sampai dua kali harga semula tergantung

pada karakteristik terminalnya. Gelombang berjalan asal (impinging wave) disebut

gelombang datang (incident wave) dan dua macama gelombang lain yang muncul

pada titik transmisi dissebut dengan gelombang pantul (reflected wave) dan

gelombang maju (transmitted wave).

2.7.2 Analisis Transien : Gelombang Pantul

Jika tegangan dihubungkan pada ujung pengirim suatu saluran transmisi

yang ditutup dengan suatu impedansi Z_R. Pada saat saklar ditutup dan suatu

tegangan terhubung pada suatu saluran, maka suatu gelombang tegangan V

mulai berjalan sepanjang saluran diikuti oleh suatu gelombang arus i.

Perbandingan antara V_R dan i_R di ujung saluran pada setiap saat harus sama

dengan resistansi penutup Z_R

Oleh karena itu kedatangan V dan idi ujung penerima di mana nilai-nilainya

belakang atau gelombang-gelombang pantulan Vdan iyang nilai-nilainya di

ujung adalah V_Rdan i_Rsedemikian sehingga [5],

       R R R R R R i i V V i V (2.55)

Dengan V_Rdan i_Radalah gelombang-gelombang Vdan iyang diukur pada

ujung penerima.

Jika dibuat ZC  L/Cdidapat :

C R R Z V i   _ (2.56) dan C R R Z V i   _ (2.57)

Kemudian dengan memasukkan nilai iRdan



R

i ke dalam Persamaan (2.55)

dihasilkan persamaan :

  _    R C R C R R V Z Z Z Z V (2.58)

Koefisien pantulan _Runtuk tegangan pada ujung penerima saluran didefenisikan

sebagai V_R /V_R, jadi [5]:

C R C R R Z Z Z Z     (2.59) dengan : R

 = koefisien pantulan pada ujung penerima

R

Z = impedansi ujung penerima

C

Pada saluran yang ditutup dengan impedansi karakteristik Z_C, terlihat

bahwa koefisien pantulan sama dengan nol, sehingga tidak ada gelombang

pantulan dan saluran berlaku seakan-akan panjangnya tidak terhingga. Pada saat

ujung saluran yang merupakan suatu rangkaian terbuka Z_R adalah tak terhingga

akan didapatkan harga _R sama dengan 1 (satu). Dengan demikian tegangan yang

terjadi pada ujung penerima menjadi 2 kalinya tegangan sumber (ujung pengirim).

Dari uraian di atas bisa disimpulkan bahwa besar tegangan lebih transien

sangat tergantung pada impedansi karakteristik (ZC  L/C), dimana impedansi

karakteristik tersenut sangat berpengaruh terhadap koefisien panrulan _R.

Gelombang-gelombang yang berjalan kembali kea rah ujung pengirim akan

menyebabkan pantulan-pantulan baru yang ditentukan oleh koefisien pantulan

pada ujung pengirim _S dan impedansi ujung pengirim Z_R.

C S

C S S

Z Z

Z Z

  

 (2.60)

Dengan :

S

 = koefisien pantulan pada ujung pengirim

S

Z = impedansi ujung pengirim

C

Z = impedansi karakteristik

2.8 Efek Feranti pada Saluran Transmisi

Efek feranti adalah gejala yang timbul akibat dari keadaan pembebanan

pada ujung penerima, yang mengakibatkan tegangan pada titik atau lokasi yang

Hubungan antara tegangan dan arus pada saluran transmisi panjang telah

dirumuskan pada persamaan terdahulu yaitu [3] :

l I l Z V I l Z I l V V R C R S C R R S     cosh sinh sinh cosh     (2.61) Dimana :   Y Z

ZC impedansi karakteristik

 



 j ZY

 konstanta propagasi



 konstanta redaman



 konstanta pergeseran fasa

Apabila rugi-rugi daya diabaikan ( 0) maka l  jl, sehingga

hubungan tegangan dan arus dapat ditulis [3]:

l jI

l V

V_S  _Rcos  _R_Rsin (2.62)

l I l Z V j

I _{R R}

C R

S  sin   cos (2.63)

Dimana :



l

 sudut karakteristik



 power angle, sudut antara V_S dan V_R

= sudut antara arus I_Sdan V_R

R

 = sudut power factor pada ujung VR

Karena rugi-rugi diabaikan maka l  jl

Dengan 

LC

v 1 kecepatan propagasi

Untuk sistem dengan frekuensi 50 Hz dan v300.000 Km/s, maka :

Km Km

Km o o

o

100 / 6 /

06 , 0 ) / ( 000 . 300

50 .

2 _{ }

 



Jadi secara umum hargaldidapat 6o/100 Km, sehingga dalam menghitung

tegangan efek Ferranti cukup menggunakan harga ltersebut.

2.9 Arus Pengisian

Pada saluran transmisi admitansi shuntnya terdiri dari konduktansi (G) dan

reaktansi kapasitif (C). Konduktansinya sering diabaikan karena pengaruhnya

pada admitansi shunt sangat kecil [6].

Kapasitansi saluran transmisi merupakan akibata beda potensial antar

penghantar. Kapasitansi antara penghantar-penghantar sejajar besarnta konstan

tergantung pada ukuran dan jarak pemisiah antar penghantar.

Suatu tegangan bolak-balik yang dipasang pada saluran transmisi akan

menyebabkan muatan pada penghantar di suatu titik berubah sesuai dengan

perubahan nilai tegangan sesaat antar penghantar pada titik itu. Perbedaan ini

menyebabkan muatan mengalir. Arus yang disebabkan oleh aliran muatan karena

tegangan bolak-balik disebut arus pengisian (charging current). Arus ini mengalir

BAB 3

PENGARUH PEMASANGAN REAKTOR SHUNT PADA SALURAN TRANSMISI

3.1 Kompensasi Saluran Transmisi

Peralatan kompensasi pada saluran transmisi dibutuhkan untuk mengontrol

tegnagn kerja disepanjang saluran, memperkecil sudut karakteristik ldari

saluran sehingga stabilitas sistem lebih terjamin dan untuk menaikkan kapasitas

penyaluran.

Alat-alat kompensasi yang digunakan adalah reaktor shunt, kapasitor seri

dan kapasitor shunt. Penggunaan alat-alat kompensasi ini dapat berdiri sendiri

atau merupakan kombinasi dari dua alat, tergantung pada kebutuhan sistem.

Reaktor shunt digunakan untuk mengkompensasi akibat sifat kapasitif

saluran, khususnya untuk membatasi kenaikan tegangan saat open circuit atau

beban ringan. Reaktor shunt cenderung menurunkan daya natural.

Kapasitor shunt digunakan untuk menambah kapasitansi saluran pada saat

saliran mendapat beban berat. Kapasitor shunt mengbangkitkan daya reaktif yang

cenderung untuk menaikkan tegangan. Penggunaan kapasitor shunt akan dapat

menaikkan daya natural.

Kapasitor seri digunakan untuk mengkompensasi panjang saluran atau

mengurangi sudut  sehingga dapat menjaga kestabilan sistem dan menaikkan

transfer daya. Untuk saluran yang tidak terlalu panjang



500Km



hanya

diperlukan kompensasi dengan reaktor shunt, sedangkan kombinasi reaktor shunt

3.2 Pengaruh Pemasangan Reaktor Shunt Terhadap Daya Reaktif

Pada saat beban ringan terjadi kelebihan daya reaktir kapasitif sebesar [7]:

2

V Y

Q_C _C (3.1)

Dimana Y_Cadalah admitansi saluran.

Pemasangan reaktor shunt akan memberikan daya induktif sebesar [5]:

2

V Y

Q_i  _i (3.2)

Dimana Yiadalah admitansi shunt.

Dengan demikian daya reaktif setelah pemasangan reaktor shunt besarnya akan

menjadi [5]:



_{Y Y}



_V2

Q_L  _C _i (3.3)

Dari Persamaan (3.5) dapat dilihat bahwa pemasangan reaktor shunt pada saluran

akan mengurangi daya reaktif kapasitif yang berlebihan.

3.3 Profil Tegangan Sepanjang Saluran dengan Kompensator Reaktor Shunt

Profil tegangan merupakan besar tegangan pada titik-titik tertentu saluran

mulai dari ujung pengirim sampai ujung penerima, pada saat saluran transmisi

mendapat beban yang tertentu besarnya.

Pengaruh dari kompensasi reaktor shunt terhadap tegangan dapat dilihat

pada Gambar 3.1 [7].

Keterangan gambar :

a. Saluran transmisi pada beban nol dengan kompensasi di tengah dan di

ujung-ujungnya.

Dari Gambar 3.1 dapat dilihat bahwa pemsangan reaktor shunt diperlukan

pada saat beban ringan.

0,8 1,0 1,2 1,4

800

0 200 400 600

(a)

(b)

V (pu)

Jarak dari ujung pengirim (Km)

(a) Saluran transmisi pada beban nol dengan kompensasi di tengah dan di ujung-ujungnya.

[image:50.595.176.451.143.414.2]

(b) Saluran transmisi pada beban natural dengan kompensasi di tengah dan di ujung-ujungnya.

Gambar 3.1 Profil Tegangan Sepanjang Saluran dengan Kompesasi Reaktor

Shunt

3.4 Persamaan untuk Menentukan rating Reaktor Shunt

Dari Gambar 3.2 maka besar dari LP (reaktor shunt) dirumuskan dengan

persamaan berikut [8]:



CE CC



k

Lp

3 .

. 1

2 



 (3.4)

Dimana :

Lp : reaktor shunt

k : konstanta bernilai 0,8

C

C : kapasitansi antar kabel fasa

E

AC

T

AC

S

AC

R

CC

CC CC

CE CE CE

LP LP LP

CB

CB

CB

Gambar 3.2 Rangkaian Pengganti Saluran Transmisi Setelah Dipasang Reaktor

BAB 4

PERANCANGAN SIMULASI PELEPASAN BEBAN

4.1 ETAP (Electrical Transient Analysis Program)

ETAP merupakan salah satu perangkat lunak yang dapat melakukan

penggambaran Single Line Diagram (SLD) secara grafis dan mengadakan

bebarapa analisis/studi yakni load flow (aliran daya), short circuit analysis

(hubung singkat), motor starting, harmonisa, transient stability, protective device

coordination, dan lain-lain. Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam bekerja

dengan ETAP adalah [9]:

 One Line Diagram, menunjukkan hubungan antar komponen/peralatan

listrik sehingga membentuk suatu sistem kelistrikan.

 Library, informasi mengenai semua peralatan yang akan dipakai dalam

sistem kelistrikan. Data elektris maupun mekanis dari peralatan yang

detai/lengkap dapat mempermudah dan memperbaiki hasil simulasi/analisis.

 Standar yang dipakai, biasanya mengacu pada standar IEC atau ANSII,

frekuensi sistem dan metode-metode yang dipakai.

 Study Case, berisikan parameter-parameter yang berhubungan dengan

metode studi yang akan dilakukan dan format hasil analisis.

Pada skripsi ini fitur ETAP yang digunakan untuk s