Permodelan Transient Reaktor Shunt pada Sistem Transmisi 500 kv Akibat dari Gangguan Fasa ke Tanah

Transkripsi

1 PROSEDING SEMINAR TUGAS AKHIR (202) -6 Permodelan Transient Reaktor Shunt pada Sistem Transmisi 500 kv Akibat dari Gangguan Fasa ke Tanah Wisnu Pribadi, I Made Yulistya Negara, I Gusti Ngurah Satriyadi H. Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60 yulistya@ee.its.ac.id ; didit@ee.its.ac.id Abstrak Pada transmisi tegangan tinggi akan muncul adanya line charging, yaitu tegangan pada sisi terima akan lebih besar dari tegangan pada sisi kirim. Untuk mengatasi permasalahan seperti itu maka diperlukan pemasangan reaktor shunt yang berfungsi untuk menyuplai daya reaktif induktif untuk mengurangi line charging yang terjadi. Pada saat terjadi gangguan auto reclouser bekerja untuk memadamkan arus gangguan, akan tetapi selama proses pemadaman, arus gangguan akan disuplai dengan arus kapasitansi sehingga muncullah secondary arc. Reaktor netral bersifat induktif yang digunakan untuk memadamkan secondary arc. Dalam tugas akhir ini dilakukan simulasi gangguan satu fasa ke tanah, dua fasa ke tanah dan tiga fasa ke tanah terhadap saluran transmisi 500 kv dengan menggunakan perangkat lunak EMTP/ATP. Pada simulasi gangguan satu fasa ke tanah secondary arc mengalami penurunan yaitu dari 70 A menjadi 24 A setelah dipasang reaktor netral. Pada simulasi gangguan dua fasa ke tanah secondary arc sebelum di pasang reaktor netral adalah 90 A menjadi 4 A setelah di pasang reaktor netral. Pada gangguan tiga fasa ke tanah secondary arc sebelum di pasang reaktor netral adalah 72 A menurun hingga 6 A setelah di pasang reaktor netral. Kata Kunci Reaktor shunt, ATP/EMTP, Secondary Arc,Reaktor Netral. I. PENDAHULUAN EAKTOR SHUNT adalah salah satu alat yang digunakan R untuk mengurangi line charging yang disebabkan oleh transmisi yang jauh. Pada saat terjadi gangguan pada saluran transmisi auto reclouser akan bekerja untuk mematikan arus gangguan. pada saat itu arus yang sudah padam akan kembali muncul karena disupply oleh arus kapasitif yang tersisa karena kompensasi arus induktif yang diberikan oleh reaktor shunt bernilai lebih kecil sehingga secondary arc akan muncul. Untuk mengurangi arus kapasitif tersebut maka dipasanglah reaktor netral. Pemasangan reaktor netral bertujuan untuk mengurangi secondary arc sehingga memudahkan auto reclouser bekerja. Reaktor netral dipasang di bawah pemasangan reaktor shunt. [] II. REAKTOR SHUNT DAN REAKTOR NETRAL A. Pemasangan Reaktor Shunt[] Reaktor shunt dirancang untuk terhubung ke saluran transmisi untuk mengatur tegangan saluran dengan cara menyerap daya kapasitif. Dalam keadaan normal reaktor shunt mengkompensasi daya reaktif antara 60% dan 75 %[]. Dalam tugas akhir ini akan dijelaskan efek dari pemasangan reaktor shunt terhadap parameter beban dan saluran. Reaktor shunt dipasang pada sisi penerima. Pada gambar dijelaskan pengaruh dari kapasitansi, pemasangan reaktor shunt. Gambar. Rangkaian pengganti saluran transmisi setelah dipasang reaktor shunt Dari gambar tersebut maka besar dari Lp (reaktor shunt) dirumuskan seperti di bawah ini: LL pp = () ωω 2.kk.(CC EE +CC CC ) Dimana: LL pp : Reaktor shunt k : Kostanta CC CC : Kapasitansiantar kabel fasa CC EE : Kapasitansi kabel fasa ke tanah B. Pemasangan Reaktor Netral[] Pemasangan reaktor netral berfungsi untuk mengurangi arus kapasitif yang yang ada pada saluran transmisi. Reaktor netral bersifat induktif yang bertujuan untuk mengurangi arus kapasitif tersebut. Gambar 2 merupakan rangkaian pengganti transmisi setelah di pasang reaktor netral.

2 PROSEDING SEMINAR TUGAS AKHIR (202) -6 2 Gambar 2. Rangkaian pengganti saluran setelah dipasang reaktor netral Besar dari LL nn dapat ditentukan dengan menggunakan rumus dibawah ini: LL nn =. LL pp.(cc 0 CC). CC (CC CC 0 ). CC (2) ωω 2.LLpp.CC Dimana mm 0 = CC CC 0 CC Sehingga persamaan LL nn menjadi: LL nn =. LL pp.mm 0 () kk mm 0 Dimana: K : 0.6 dan 0.8 LL nn : Reaktor netral LL pp : Reaktor shunt CC 0 : CC EE Pada tabel di bawah ini dijelaskan nilai-nilai yang digunakan untuk mencari besar dari LL nn []: Tabel Konsatanta perbadingan LL nn dan LL pp, besar mm 0 dan k LL nn LL pp mm 0 = 0. mm 0 = 0.45 k = k = III. ANALISA HASIL SIMULASI A. Perhitungan Nilai dari Reaktor Shunt dan Reaktor Netral Sebelum dilakukan simulasi terlebih dahulu, diperlukan perhitungan nilai dari reaktor shunt dan reaktor netral terlebih dahulu. Dalam perhitungan ini perlu untuk mengetahui nilai dari kapasitansi antar kabel fasa dan kapasitansi antara kabel fasa dengan tanah. Jarak antar fasa adalah 6 m, maka Dab= 6 m, Dbc= 6 m, dan Dca= 2 m. Deq= Deq= 20.6 m. Tinggi kawat fasa adalah 70 m. Sehingga Ha= 70 m, Hb= 70 m, dan Hc= 70 m. Heq= Heq= 70 m. Mencari GMD. GGGGGG = DDDDDD. + DDDDDD2 4HHHHHH 2 GGGGGG = GGGGGG = 9.75 mm Mencari GMR. GGGGGG = [ NN. rr. AA NN ] NN SS AA = 2. ssssss ππ NN AA = 2. ssssss ππ 4 AA = 0.82 Sehingga GMR adalah GGGGGG = [ ] 4 GGGGGG = 0.8 Sehingga nilai dari CC CC adalah CC CC = log GGGGGG GGGGGG CC CC = log CC CC = μf mile CC CC =.5 μf Untuk menghitung kapasitansi saluran kabel ke tanah maka perlu menggunakan metode muatan bayangan. Hal ini kan di jelaskan pada gambar 4 di bawah ini. 2 H H2 H Permukaan bumi H H2 H2 Gambar. Rangkaian pengganti kapasitansi dan reaktor shunt Menghitung kapasitansi saluran: 2 Gambar 4. Metode muatan bayangan 2

3 PROSEDING SEMINAR TUGAS AKHIR (202) -6 CC = ln GGGGGG rr 2ππεε 0 ln( HH 2 HH 2 HH HH HH 2 HH ) HH = 70 m, HH 2 = 70 m, dan HH = 70 m HH 2 = 40.9 m, HH 2 =40.9 m, dan HH = 4.6 m Maka nilai dari CC EE adalah. CC = CC EE = ln GGGGGG rr ln ππεε 0 CC EE =.6 0 FF ln( HH 2 HH 2 HH HH HH 2 HH ) 2 ππ ln( 40.9 ) Besar dari reaktor shunt adalah: LLLL = ω 2. k(c E +. C C ) LLLL = 2. π. f. k(c E +. C C ) LLLL = 2 π 50 0,6 ( ( ) perhitungan dan perbedaan antara dipasang reaktor netral dengan tidak di pasang reaktor netral. B. Pemodelan dengan Menggunakan EMTP /ATP Dalam simulasi kali ini kita menggunakan fasilitas ATPDraw dari software EMTP untuk memodelkan dan mensimulasikan pengaruh switching terhadap reaktor shunt 500 kv. Sumber yang digunakan merupakan sumber arus bolak-balik (AC) dengan tegangan rms line-line (V L-Lrms ) 500 kv. Frekuensi yang digunakan adalah 50 Hz. Untuk sumber, digunakan Single Phase Programmable Voltage Source. Circuit Breaker berfungsi sebagai pemutus daya. Pada simulasi ini digunakan Breaker yang memiliki pengaturan waktu eksternal, yang diatur dengan Timer. saluran transmisi yang digunakan memiliki komponen utama berupa komponen resistif, kapasitif dan induktif. Untuk simulasi ini, panjang saluran diasumsikan 25. km. dapat terlihat pada Gambar 8. Reaktor shunt dihubungkan dengan saluran transmisi pada gardu induk, diasumsikan diletakkan sebelum transformator daya. C. Kondisi Sistem Tanpa Reaktor Shunt Pada simulasi dibawah ini dilakukan saluran transmisi tanpa menggunakan reaktor shunt. Maka akan terlihat bahwa tegangan pada sisi terima akan lebih besar dari sisi kirim. LLLL = 5.57 HH Untuk mencari reaktor netral maka perlu dilihat dengan gambar 4. di bawah ini. Gambar 6. Pemodelan Sistem Transmisi -fasa 500 kv menggunakan ATP/EMTP dalam kondisi berbeban tanpa reaktor shunt Pada simulasi ini saluran transmisi 500 kv tidak memakai reaktor shunt yang digunakan untuk kompensasi adanya line charging. Simulasi ini digunakan untuk melihat adanya line charging yang terjadi pada saluran transmisi ini. Gambar 5. Rangkaian pengganti kapasitansi dengan reaktor shunt dan reaktor netral Besar dari reaktor netral adalah: LLLL =. LL pp. mm 0 k mm 0 LLLL = LLLL = 4.22 H Setelah dilakukan perhitungan di atas nilai dari reaktor shunt dan reaktor netral digunakan sebagai data dalam simulasi dengan menggunakan ATP/EMTP. Setelah itu dilihat Gambar 7. Plot tegangan sistem tanpa reaktor Shunt Keterangan: Gelombang warna merah menunjukan BUS A Gelombang warna hijau menunjukan BUS B Pada keadaan sistem tanpa reaktor shunt, tegangan sumber adalah 500 kv dengan frekuensi 50 Hz. Dari plot gambar 4.2 dapat dilihat pengaruh adanya line charging pada transmisi sehingga nilai tegangan pada sisi terima lebih besar dari pada sisi kirim. Disini terlihat bahwa efek feranti yang timbul pada saluran ungaran menuju krian tidak terlalu besar yaitu hanya sekitar 7,78 kv. Tetapi meskipun efek feranti ini kecil juga perlu d kompesasikan di gardu induk krian agar kualitas sistem terjaga.

4 PROSEDING SEMINAR TUGAS AKHIR (202) -6 4 VV ss VV rr = cos (.2x 0. ff. ll) 500 VV rr = cos(.2x ) VV rr = 57,78 kkkk D. Kondisi Sistem dengan Reaktor Shunt Gambar 8. Pemodelan Sistem Transmisi -fasa 500 kv menggunakan ATP/EMTP dalam kondisi berbeban dengan reaktor shunt Setelah melakukan simulasi sistem tanpa reaktor shunt dan didapat bahwa tegangan sisi kirim lebih kecil dari pada tegangan sisi terima. Pada simulasi kedua ini sistem ditambah dengan reaktor shunt. Hasil dari simulasi adalah sebagai berikut. Gambar. Arus secondary arc dengan reaktor shunt Nilai dari secondary arc adalah 70 A Gangguan satu fasa ke tanah pada simulasi diatas merupakan gangguan paling banyak yang dialami pada sistem transmisi. Gangguan satu fasa ke tanah tersebut juga mempengaruhi kerja dari Single Pole Auto Reclosing (SPAR) karena munculnya secondary arc. Pada t= 0. sistem transmisi mengalami gangguan satu fasa ke tanah. Pada t= 0.2 muncullah secondary arc. F. Pemasangan Reaktor Netral Sebagai Kopensasi dari Pada simulasi ini dilakukan penambahan reaktor netral sebagai kompensasi dari adanya secondary arc yang muncul karena pemasangan reaktor shunt. Similasi dapat dilihat pada gambar di bawah ini: Gambar 9. Plot tegangan sistem dengan reaktor shunt Keterangan: Gelombang warna merah menunjukan BUS A Gelombang warna hijau menunjukan BUS B Pada keadaan sistem dengan reaktor shunt, tegangan sumber adalah 500 kv dengan frekuensi 50 Hz. Dari plot gambar 4.5 dapat dilihat pengaruh adanya daya reaktif yang dihasilkan oleh reaktor shunt sehingga daya pada sisi terima meniliki nilai lebih rendah apabila dibandingkan dengan daya pada sisi kirim. E. Gangguan Satu Fasa ke tanah dengan Munculnya mengalami gangguan satu fasa ke tanah. Simulasi dapat dilihat pada gambar di bawah ini: Gambar 2. Pemodelan Sistem Transmisi -fasa 500 kv menggunakan ATP/EMTP dengan menambahkan reaktor netral. Hasil dari simulasi gangguan satu fasa ke tanah di atas menunjukan adanya penurunan besar dari secondary arc karena adanya pemasangan reaktor shunt dan penambahan reaktor netral. Hasil dari simulasi di atas dapat dilihat pada Gambar 0. Pemodelan Sistem Transmisi -fasa 500 kv menggunakan ATP/EMTP dalam kondisi gangguan satu fasa ke tanah. Hasil dari simulasi gangguan satu fasa ke tanah di atas menunjukan adanya secondary arc karena adanya pemasangan reaktor shunt. Hasil dari simulasi di atas dapat dilihat pada Gambar. Arus secondary arc dengan reaktor shunt dan reaktor netral Nilai dari secondary arc adalah 24 A Dari hasil simulasi di atas dapat dapat terlihat hasil dari pemasangan reaktor netral. Secondary arc memiliki nilai yang lebih kecil setelah dipasang reaktor netral. Pada t= 0. sisten transmisi mengalami gangguan satu fasa ke tanah, pada t= 0.2 muncul adanya secondary arc setelah itu akan perlahan-lahan akan stabil. 4

5 PROSEDING SEMINAR TUGAS AKHIR (202) -6 5 G. Gangguan Dua Fasa ke tanah dengan munculnya mengalami gangguan dua fasa ke tanah. Pada t= 0. terjadi gangguan dua fasa ketanah. Selanjutnya bisa dilihat dari gabar di bawah ini: Gambar 4. Pemodelan Sistem Transmisi -fasa 500 kv menggunakan ATP/EMTP dalam kondisi gangguan dua fasa ke tanah. Hasil dari simulasi gangguan dua fasa ke tanah di atas menunjukan adanya secondary arc karena adanya pemasangan reaktor shunt. Hasil dari simulasi di atas dapat dilihat pada Gambar 5. Arus secondary arc dengan reaktor shunt Nilai dari secondary arc adalah 00 A Pada simulasi gangguan dua fasa ke tanah di atas dapat dilihat pada t= 0. sistem transmisi mengalami gangguan. Pada t= 0.2 timbullah secondary arc. Pada saat t= 0. secondary arc muali stabil kembali. H. Pemasangan Reaktor Netral pada Gangguan Dua Fasa ke Tanah mengalami gangguan dua fasa ke tanah. Pada t= 0. terjadi gangguan dua fasa ketanah. Stelah dilihat hasil dari simulasi gangguan dua fasa ketanah di atas muncullah secondary arc maka pada simulasi ini dipasanglah reaktor netral yang digunakan untuk mengurangi nilai dari secondary arc. Selanjutnya bisa dilihat dari gambar di bawah ini Gambar 7. Arus secondary arc dengan reaktor shunt dan reaktor netral Nilai dari secondary arc adalah 4 A Pada gambar 5 dan 7 terlihat perbandingan besarnya secondary arc sebelum dan sesudah di pasang reaktor netral. Pada simulasi stelah dipasang reaktor netral secondary arc terlihat menurun karena adanya reaktor netral yang telah dipasang. Reaktor netral tersebut bersifat reaktif sehingga mengurangi besar dari secondary arc yang timbul setelah gangguan. hal ini disebabkan karena reaktor netral akan mengurangi kapasitansi pada fasa yang terkena gangguan sehingga secondary arc yang terjadi akan lebih kecil setelah dipasang reaktor netral. I. Gangguan Tiga Fasa ke Tanah dengan munculnya mengalami gangguan tiga fasa ke tanah. Pada t= 0. terjadi gangguan tiga fasa ketanah. Selanjutnya bisa dilihat dari gabar di bawah ini: Gambar 8. Pemodelan Sistem Transmisi -fasa 500 kv menggunakan ATP/EMTP dalam kondisi gangguan tiga fasa ke tanah Hasil dari simulasi gangguan tiga fasa ke tanah di atas menunjukan adanya secondary arc karena adanya pemasangan reaktor shunt. Hasil dari simulasi di atas dapat dilihat pada Gambar 6. Pemodelan Sistem Transmisi -fasa 500 kv menggunakan ATP/EMTP dalam kondisi gangguan dua fasa ke tanah dengan penambahan reaktor netral. Hasil dari simulasi gangguan dua fasa ke tanah di atas menunjukan adanya penurunan besar dari secondary arc karena adanya pemasangan reaktor shunt dan penambahan reaktor netral. Hasil dari simulasi di atas dapat dilihat pada Gambar 9. Arus secondary arc dengan reaktor shunt Nilai dari secondary arc adalah 72 A Pada simulasi gangguan tiga fasa ke tanah di atas dapat dilihat pada t= 0. sistem transmisi mengalami gangguan. Pada t= 0.2 timbullah secondary arc. Pada saat t= 0. secondary arc mulai stabil kembali. 5

6 PROSEDING SEMINAR TUGAS AKHIR (202) -6 6 J. Pemasangan Reaktor Netral pada Gangguan Tiga Fasa ke Tanah mengalami gangguan tiga fasa ke tanah. Pada t= 0. terjadi gangguan tiga fasa ketanah. Selanjutnya bisa dilihat dari gabar di bawah ini: Gambar 20. Pemodelan Sistem Transmisi -fasa 500 kv menggunakan ATP/EMTP dalam kondisi gangguan dua fasa ke tanah dengan penambahan reaktor netral. Hasil dari simulasi gangguan tiga fasa ke tanah di atas menunjukan adanya penurunan besar dari secondary arc karena adanya pemasangan reaktor shunt dan penambahan reaktor netral. Hasil dari simulasi di atas dapat dilihat pada Gambar 2. Arus secondary arc dengan reaktor shunt dan reaktor netral Nilai dari secondary arc adalah 6 Pada gambar 9 dan 2 terlihat perbandingan besarnya secondary arc sebelum dan sesudah di pasang reaktor netral. Pada simulasi stelah dipasang reaktor netral secondary arc berbeda hanya kecil sekali. Dibawah ini adalah hasil dari simulasi mengenai pemasangan reaktor netral: Tabel Perbandingan nilai secondary arc sebelum dan sesudah di pasang Jenis Gangguan reaktor netral Besar tanpa Reaktor Netral Besar Secondary Arc dengan Reaktor Netral fasa ke tanah 70 A 24 A 2 fasa ke tanah 00 A 4 A fasa ke tanah 72 A 6 A sebesar 4 A. Terdapat penurunan besar dari secondary arc. 4. Pada gangguan satu fasa ke tanah besar secondary arc sebelum dipasang reaktor netral sebesar 72 A. Setelah dipasang reaktor netral nilai dari secondary arc adalah sebesar 6 A. Terdapat penurunan besar dari secondary arc. DAFTAR PUSTAKA [] Ramold, M., Idarraga, G., dan Jäger, J., Transient shunt reactor dimensioning for bulk power transmission systems during normal and faulty network conditions, International Conference on Power System Technology, [2] IEEE Power System Relaying Committee Working Group, Single phase tripping and auto reclosing of transmission lines IEEE committee report, IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 7, No., pp , Jan. 989 [] E. W. Kimbark, Suppression of Ground-Fault Arcs on Single-Pole- Switched EHV Lines by Shunt Reactors, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, vol PAS-8, pp , March/April 964 [4] J. A. Filho, P.C. Fernandez, E. H. Rose, A D Ajuz and A. Castanheira, Brazilian Successful Experience in the Usage of Current Limiting Reactors for Short-Circuit Limitation, paper 206, Cigre session in Tokyo,2005. [5] Wahyudi, R, Ir. Transmisi Tenaga Listrik, Diktat Kuliah Jurusan Teknik Elektro, FTI ITS, 200. [6] Hutauruk, T.S., Gelombang Berjalan dan Proteksi Surja, Jakarta, Erlangga, 989. [7] M. V. Escudero, M. Redfern, Effects of Transmission Line Construction on Resonance in Shunt Compensated EHV Lines, International Conference on Power Systems Transients (IPST 05) in Montreal, Canada on June 9-2, 2005, Paper No. IPST05-09 [8] Kadir, Abdul, Transmisi Tenaga Listrik, UI-Press, Jakarta, 998. [9] Arismunandar, A., 984, Buku Pegangan Teknik Tenaga Listrik, Jilid III, Gardu Induk, Pradnya Paramita, Jakarta. [0] Aslimeri dkk., 2008, Teknik Transmisi Tenaga Listrik, Jilid II, Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan, Jakarta.Arismunandar,A., Teknik Tegangan Tinggi Suplemen,Ghalia- Indonesia,Jakarta,98. [] Zoran G., Birger H., Fahrudin M., Oktober 200. HV Shunt Reactor Secrets for Protection Engineers, presented at 0 th Western Protective Relaying Conference, Washington. IV. KESIMPULAN. Pada saluran transmisi 500 kv GITET Ungaran menuju GITET Krian terjadi line charging pada sisi terima yaitu pada GITET Krian yaitu sebesar 57,78 kv. Setelah di lakukan pemasangan reaktor shunt maka besar tegangan terima adalah 494,64 kv. 2. Pada gangguan satu fasa ke tanah besar secondary arc sebelum dipasang reaktor netral sebesar 70 A. Setelah dipasang reaktor netral nilai dari secondary arc adalah sebesar 24 A. Terdapat penurunan besar dari secondary arc.. Pada gangguan satu fasa ke tanah besar secondary arc sebelum dipasang reaktor netral sebesar 00 A. Setelah dipasang reaktor netral nilai dari secondary arc adalah 6