analisis sistem tenaga listrik

(1)

ANALISIS SISTEM TENAGA

Analisis Gangguan

Dr. Muhammad Nurdin

Ir. Nanang Hariyanto, MSc

Departemen Teknik Elektro ITB

(2)

Pendahuluan

•

• SisSistem tetem tenanaga lisga listritrik pastk pasti meni mengalgalami gami gangangguguan dean dengangan arun aruss yang besar

yang besar •

• AlAlat at prprototekeksi si ararus us lelebibih (h (CB+O/C relay, fuse CB+O/C relay, fuse ) harus dapat) harus dapat mengisolasi lokasi hubung singkat agar kerusakan komponen mengisolasi lokasi hubung singkat agar kerusakan komponen minimal

minimal •

• PerPerhithitungungan aran arus huus hububung sing singkngkat dipat diperlerlukaukan untn untuk :uk : –

– mempmemperoleeroleh perkirh perkiraan arus hubuaan arus hubung singng singkat maksikat maksimummum mencek/memilih kapasitas

mencek/memilih kapasitas CB, fuse, bus CB, fuse, bus … & rating… & rating dan setting alat proteksi & koordinasi proteksi arus lebih dan setting alat proteksi & koordinasi proteksi arus lebih –

– mempmemperoleeroleh perkirh perkiraan arus h/aan arus h/s minimus minimum menetm menetapap mencek sensitivitas alat proteksi

mencek sensitivitas alat proteksi –

(3)

Sumber Arus Hubung Singkat

Arus (pada frekuensi daya) yang mengalir selama gangguan Arus (pada frekuensi daya) yang mengalir selama gangguan

hubung singkat berasal dari mesin-mesin berputar. hubung singkat berasal dari mesin-mesin berputar.

Kapasitor daya dapat mengeluarkan arus transien yang besar tapi Kapasitor daya dapat mengeluarkan arus transien yang besar tapi dalam waktu singkat (pd. f >> f daya).

dalam waktu singkat (pd. f >> f daya).

4 kategori mesin berputar : 4 kategori mesin berputar : •

• GeGeneneraratotor r sisinknkroronn •

• MoMototor r sisinknkroron n dadann synchronous condenser synchronous condenser •

• MeMesisin n iindnduukksisi

•• Electric utility system Electric utility system (untuk sistem distribusi : gardu induk)(untuk sistem distribusi : gardu induk)

Besar arus h/s dari setiap mesin berputar dibatasi oleh impedansi Besar arus h/s dari setiap mesin berputar dibatasi oleh impedansi mesin (= f(t)) dan impedansi antara mesin tsb dan gangguan mesin (= f(t)) dan impedansi antara mesin tsb dan gangguan

(4)

Generator sinkron

Z Z = R + jX= R + jX Fasa Fasa E E Netral Netral E

E == driving voltage driving voltage X

X : : XX_d_d” ” ((direct axis sub-transient reactance direct axis sub-transient reactance )) X

X_d_d’ ’ ((direct axis transient reactance direct axis transient reactance )) X

(5)

Ge

ne

ra

to

r

si

nk

ro

n

(l

an

ju

ta

n)

Besar reaktansi generator sinkron berubah bila generator Besar reaktansi generator sinkron berubah bila generator merasakan adanya gangguan hubung singkat :

merasakan adanya gangguan hubung singkat : •

• XX_d_d” = reaktansi sub-transien, menentukan arus pd.” = reaktansi sub-transien, menentukan arus pd. 1 1 st st _cycle_cycle

pada (frekuensi 50 Hz atau 60 Hz) dari awal gangguan ; pada (frekuensi 50 Hz atau 60 Hz) dari awal gangguan ; setelah ~ 0,1 det. reaktansi naik menjadi :

setelah ~ 0,1 det. reaktansi naik menjadi : •

• XX_d_d’ = reaktansi transien, menentukan arus beberapa’ = reaktansi transien, menentukan arus beberapa cycles cycles dari awal gangguan ; setelah 0,5 - 2 det kemudian dari awal gangguan ; setelah 0,5 - 2 det kemudian reaktansi naik menjadi :

reaktansi naik menjadi : •

• XX_d_d = reaktansi sinkron menentukan arus setelah tercapai= reaktansi sinkron menentukan arus setelah tercapai keadaan tunak

keadaan tunak Arus hubung singkat : Arus hubung singkat :

I

I =

= E/Z

E/Z

dengandengan Z Z = impedansi total antara teg.= impedansi total antara teg. dalam generator dengan gangguan dalam generator dengan gangguan

(6)

Motor sinkron &

Synchronous condenser

•

• MotMotor sinor sinkrokron menn mensupsuplai arlai arus huus hububung sing singkngkat sepat seperterti halni halnyaya generator sinkron

generator sinkron •

• BilBila ganga gangguguan mean menyenyebababkabkan tegn tegangangan sian sistestem turum turun motn motoror

mengalami penurunan suplai daya untuk memutar beban. Pada mengalami penurunan suplai daya untuk memutar beban. Pada saat yang sama teg. dalam motor menyebabkan mengalirnya saat yang sama teg. dalam motor menyebabkan mengalirnya arus ke arah lokasi gangguan. Inersia motor dan beban berlaku arus ke arah lokasi gangguan. Inersia motor dan beban berlaku sebagai penggerak mula, bila eksitasi motor konstan, motor sebagai penggerak mula, bila eksitasi motor konstan, motor akan berfungsi sebagai generator mensuplai arus gangguan. akan berfungsi sebagai generator mensuplai arus gangguan. •

• ReReakaktatansnsi moi mototor sinr sinkrkron beon berurubabah dah dari : Xri : X_d_d” ” XX_d_d’ ’ XX_d_d •

• AruArus h/s dis h/s dihithitung dung dengengan mean menggnggunaunakakan sirn sirkit ekkit ekivaivalenlen generator sinkron

generator sinkron

Synchronous condenser

Synchronous condenser berperan seperti motor sinkron (tanpaberperan seperti motor sinkron (tanpa beban)

(7)

Mesin Induksi

Motor Induksi

•

• MotMotor Indor Induksuksi rotoi rotor sangr sangkar bkar berkerkontontribribusi pausi pada aruda arus hubus hubungng singkat hanya dalam beberapa

singkat hanya dalam beberapa cycles cycles saja, kemudian hilang.saja, kemudian hilang. Reaktansi motor induksi yang digunakan untuk menghitung arus Reaktansi motor induksi yang digunakan untuk menghitung arus h/s adalah X

h/s adalah X_d_d” yang besarnya mendekati” yang besarnya mendekati locked-rotor reactance.locked-rotor reactance. •

• MotMotor inor indukduksi rosi rotor btor belielitan ytan yang uang ujunjung belg belitaitan rotn rotornornyaya

dihubung singkat berlaku seperti MI rotor belitan. Bila belitan dihubung singkat berlaku seperti MI rotor belitan. Bila belitan rotornya dihubungkan dengan tahanan luar, konstanta waktu rotornya dihubungkan dengan tahanan luar, konstanta waktu h/s nya kecil sehingga kontribusinya dapat diabaikan.

h/s nya kecil sehingga kontribusinya dapat diabaikan.

Generator Induksi

•

(8)

Tipe Gangguan Hubung singkat

• • Hu

Hubu

bung

ng sin

singka

gkat

t tig

tiga-f

a-fasa (sim

asa (simetr

etris

is))

• • Hu

Hubu

bung si

ng sing

ngka

kat fas

t fasa ke fas

a ke fasa (

a (line-to-line

line-to-line ))

• • Hub

Hubung si

ung singka

ngkat fasa

t fasa-fa

-fasa-t

sa-tanah

anah

•

(9)

Metoda Perhitungan

•

• UntUntuk ganuk ganggugguan huban hubung siung singkngkat tigaat tiga-fa-fasa (sisa (simetmetrisris) siste) sistem tigam tiga--fasa didekati dengan sirkit ekivalen tiga--fasa tunggal (tiga--fasa-netral). fasa didekati dengan sirkit ekivalen fasa tunggal (fasa-netral). Dalam hal ini perlu diperhatikan batasan berikut :

Dalam hal ini perlu diperhatikan batasan berikut :

–

– KompoKomponen-konen-komponemponen sistem n sistem simetsimetris (didris (didesain siesain simetrimetris)s) –

– PemPembebbebanaanan n sissistem (daptem (dapat dianggat dianggap) seimap) seimbang dan simetbang dan simetrisris..

•

• UntUntuk ganuk ganggugguan huban hubung sung singingkat takkat tak-si-simetmetrisris, diper, diperluklukanan

transformasi komponen simetris (komponen-komponen urutan transformasi komponen simetris (komponen-komponen urutan positif, negatif dan nol).

positif, negatif dan nol).

•

• PerPerhithitungungan dan dilailakukkukan dan dalaalam sim sistestem pem per-ur-unitnit

•

(10)

Impedansi komponen sistem

Untuk perhitungan hubung singkat

½

½ ccyycclle e IInntteerrrruuppttiinng g 3 – 5 cycles 3 – 5 cycles

30 cycles 30 cycles Generator sinkron

Generator sinkron XXdd”” ,, RR XXdd” ” , , R R XXdd’ atau X’ atau Xdd , , R R

Motor sinkron, Motor sinkron, Synchronous Synchronous condenser condenser X Xdd”” ,, RR XXdd” ” , , R R  H/s maksimum :H/s maksimum : X Xdd’ ’ , , R R   H/s minimum :H/s minimum : diabaikan diabaikan Mesin induksi Mesin induksi (rotor sangkar) (rotor sangkar) X Xdd”” ,, RR XXdd” ” , , R R ---Electric utility Electric utility system system X Xss , , R R ss XXss , , R R ss XXss , , R R ss Beban statis Beban statis X X , , R R X X , , R R X X , , R R

(11)

Algoritma Perhitungan

Arus Hubung Singkat

• • Sia

Siapka

pkan di

n diagr

agram-

am-dia

diagra

gram si

m siste

stem

m

• • Kum

Kumpu

pulka

lkan

n da

dan

n ko

konve

nvers

rsika

ikan

n da

data imp

ta imped

edan

ansi ke

si ke

sistem pu

• • Hit

Hitung imp

ung impeda

edansi ekiv

nsi ekivale

alen (ekiva

n (ekivalen

lensi seri

si seri, para

, paralel

lel

dan transformasi Y

-dan transformasi Y -



))

• • Hi

Hitun

tung ar

g arus h

us hub

ubung

ung si

singk

ngkat

at

-- First cycle short circuit current duties

First cycle short circuit current duties

-

- Inte

Interr

rrupt

upting sho

ing short cir

rt circuit cu

cuit curr

rrent du

ent dutie

ties

s

-

(12)

Perhitungan

Arus Hubung Singkat

First cycle short circuit current duties

First cycle short circuit current duties ::

Arus h/s simetris

Arus h/s simetris I

I

_{sc sym}_{sc sym}

=

= (E

(E

_pu_pu

/

/ Z

Z

_pu_pu

)

) . . II

_base_base

~

(E

pupu

/

/ X

X

pupu

)

) . . II

basebase

Arus h/s total (asimetris) maks. I

_{sc tot}_{sc tot}

=

= II

_{sc sym}_{sc sym}

+

+ II

_dc_dc

=

= k

k II

_{sc sym}_{sc sym}

II

_base_base

k : faktor pengali= 1,6 (ANSI/IEEE C37.010-1979)

= 1,55 (ANSI/IEEE C37.41-1981)

(13)

Perhitungan

Arus Hubung Singkat (lanjutan)

Interrupting short circuit current duties

A

Arrus

us h

h//s

s ssim

ime

ettrris

is =

= k

k ((E

E

_pu_pu

/

/ X

X

_pu_pu

)

) . . II

_base_base

A

Arru

us

s h

h//s

s tto

otta

al

l

=

= k

k II

_{sc sym}_{sc sym}

II

_base_base

k : faktor pengali

(fungsi X/R dilihat dari di titik gangguan

dan kecepatan CB)

(14)