Materi dan Evaluasi. Materi: Evaluasi

Transkripsi

1 Materi dan Evaluasi Materi: -Pendahuluan & Konsep Dasar -Transformator -Mesin Sinkron -Saluran Transmisi -Penyelesaian Aliran Daya (Metode Gauss Seidel, Newton Raphson) Evaluasi -Absensi -Tugas -Quiz 1 & 2 -UTS -UAS Referensi -Analisa Sistem Tenaga, William D. Stevenson JR. -Power System Analysis, John J. Grainger -Electrical Power Systems, MEEL Hawary 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 1

2 BAB I - Konsep Dasar 1.1 Pendahuluan Sebuah arus dan tegangan yang diekspresikan sebagai fungsi waktu adalah: v = 141.4cos( ωt + 30 o ) i = 7.07 cosωt Untuk menyatakan besaran2 ini sebagai sebagai phasor, kita gunakan identitas euler. Jika arus adalah phasor referensi: I 5 j0 o = ε = 5 0 o = 5 + j0 A Maka tegangan mendahului phasor referensi dengan 30 : V = 100 j30 o ε = o = /21/2009 PS S1 Teknik Elektro 2 j50 A

3 1.2 Notasi Subscript Tunggal IL Vt V = L t g L g Z A V = E I Z Sebuah rangkaian ac dengan emf E g dan impedansi beban Z L. 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 3

4 1.3 Notasi Subscript Ganda 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 4

5 1.4 Arah Aliran Daya Hubungan antara P, Q dan tegangan bus V, atau tegangan yang dibangkitkan terhadap tanda P dan Q adalah penting ketika aliran daya dalam sistem ditinjau. Pertanyaan yang ada adalah apakah daya dibangkitkan atau diserap oleh mesin saat tegangan dan arus ditentukan? Daya yang diserap didalam kotak dinyatakan dengan : S=VI* = P+jQ 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 5

6 Contoh 1.1 Dua sumber tegangan ideal didisain sebagai mesin 1 dan mesin 2 yang terhubung, seperti ditunjukkan pada gambar dibawah. Jika E 1 =100 0 V, E 2 = V, dan Z 0 =0+j5 Ω, Tentukan: a. Apakah setiap mesin membangkitkan atau menyerap daya nyata? b. Apakah setiap mesin menerima atau mensuplai daya reaktif? c. Berapakah P dan Q yang diserap oleh impedansi? 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 6

7 1.5 Tegangan dan Arus Dalam Rangkaian 3 Phase Seimbang Pada generator, emf E a 0, E b 0, E c 0, adalah sama dalam besaran dan terpisah 120 masing-masing. Jika besaran adalah 100 V dengan E a 0 sebagai reference: Gambar diagram phasor dibawah menunjukkan emf dengan urutan phase abc Tegangan terminal generator terhadap netral Rangkaian diagram generator hubungan Y dan beban seimbang hubungan Y 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 7

8 1.5 Gambar disamping adalah diagram Phasor arus dalam sebuah beban tiga phase seimbang. a. Phasor digambar dari sebuah titik bersama b. Penambahan Phasor-phasor membentuk segitiga tertutup Karena E a 0, E b 0, E c 0, adalah sama dalam besaran dan terpisah 120 dalam phase, dan impedansinya identik, maka arus juga akan menjadi sama dalam besaran dan terpisah 120 dalam phase. 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 8

9 Huruf a digunakan secara umum untuk menandai operator yang menyebabkan perputaran 120 dalam arah berlawanan arah jarum jam. Sedemikian 1.5 sebuah operator adalah sebuah bilangan komplex dari besaran unit dengan sudut 120 dan didefinisikan oleh Phasor yang diputar 240 dan 360 adalah: Diagram Phasor fungsi2 operator a 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 9

10 1.5 Metode penggambaran alternatif dari phasor-phasor. Diagram Phasor tegangan line-to-line dalam hubungan dengan tegangan line-to-netral dalam sebuah rangkaian tiga-phase seimbang. 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 10

11 Contoh 1.2 Dalam sebuah rangkaian tiga fase seimbang tegangan V ab adalah V. Tentukan semua tegangan dan arus dalam beban terhubung Y yang mempunyai Z L adalah Ω. Asumsikan urutan phase adalah abc. 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 11

12 1.5 Diagram rangkaian beban tiga phase terhubung Diagram phasor arus saluran dalam hubungan dengan arus phase pada beban seimbang tiga phase terhubung 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 12

13 1.5 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 13

14 Contoh 1.3 Tegangan terminal pada beban terhubung Y terdiri dari tiga impedansi yang sama Ω adalah 4.4 kv line to line. Impedansi setiap tiga saluran yang menghubungkan beban pada substation bus adalah Z L = Ω. Tentukan tegangan line-to-line di substation bus tersebut. Penyelesaian: Tegangan line to netral di beban adalah: 4400/ 3=2540 V. Dengan Van sebagai reference Tegangan line to netral di bus substation : Magnitude tegangan di bus substation : 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 14

15 1.6 Besaran Per-Unit Contoh: Untuk sebuah tegangan line-toline 108 kv dalam set tiga phase seimbang, tegangan line-to-netral adalah 108/ 3 = 62.3 kv. Untuk daya 3 phase 18,000 kw dan daya per phase 6,000 kw 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 15

16 Base impedansi dan base arus dapat dihitung secara 1.6 langsung dari harga tiga phase kilovolts base dan kilovoltampere base 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 16

17 Contoh 1.4 Carilah penyelesaian pada contoh 1.3 dengan bekerja dalam per unit pada base 4.4 kv, 127 A sehingga besaran tegangan dan arus akan menjadi 1.0 per unit. Penyelesaian: Base impedansi adalah Maka impedansi beban adalah 1.0 per unit. Dan Impedansi saluran adalah: 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 17

18 1.6 Perubahan Besaran Base Per-Unit Contoh 1.5 Reaktansi disain generator X adalah 0.25 per unit berdasarkan pada rating nameplate generator 18 kv, 500 MVA. Base untuk perhitungan adalah 20 kv, 100 MVA. Tentukan X pada base yang baru. Atau dengan mengkonversi harga terhadap ohm dan dibagi dengan impedansi base yang baru 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 18

19 BAB 2. Impedansi Seri Saluran Transmisi Suatu saluran transmisi listrik mempunyai empat parameter yang mempengaruhi kemampuannya untuk berfungsi sebagai bagian dari suatu sistem tenaga : 1. Resistansi, 2. Induktansi, 3. Konduktansi, 4. Kapasitansi Jika arus mengalir pada suatu rangkaian listrik, beberapa sifat rangkaian itu dapat djelaskan menurut medan magnet dan medan listrik yang timbul disekitarnya. Gambar 2.1 memperlihatkan suatu saluran fasa tunggal serta medan magnet dan listriknya. Garis fluks magnetisnya membentuk lingkaran tertutup yang meliputi rangkaian, dan garis garis fluks listriknya bermula dari muatan positif pada salah satu penghantar dan berakhir pada muatan negatif pada penghantar Gb. 2.1 Medan medan magnet dan yang lain. listrlk dari saluran dua kawat. 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 19

20 2.1 Jenis-jenis Penghantar Bermacam macam jenis penghantar aluminium dapat dikenal dari lambanglambang berikut ini: AAC ''all aluminium conductors",seluruhnya terbuat dari aluminium AAAC ''all-aluminium alloy conductors'', seluruhnya terbuat dari campuran aluminium ACSR "Aluminium conductor, steel reinforced'', penghantar aluminium yang diperkuat dengan baja ACAR ''aluminiumn conductor, alloy reinforced", penghantar aluminium yang diperkuat dengan logam campuran Gambar 2.2 Penampang penghantar kabel ACSR dengan penguatan baja, Diperoleh 7 serat btta,dan 24 serat aluminium 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 20

21 2.2 RESISTANSI Resistansi penghantar saluran transmisi adalah penyebab yang terpenting dari rugi daya (power loss) pada saluran transmisi. Resistansi dc dinyatakan Perubahan resistansi penghantar logam dengan berubahnya suhu boleh dikatakan linear pada batas batas pengoperasian yang normal. Gb.2.3 Resistansi penghantar logam sebagai fungsi dari suhu. 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 21

22 2.3 Tabel Nilai Resistansi Contoh 3 1. Tabel karakteristik listrik untuk penghantar berlilitan Marigold yang terbuat seluruhnya dari aluminium memberikan resistansi dc O,01558 Ω per 1000 ft pada 20 C dan resistansi ac O,0956Ω /mil pada 50 C. Penghantar tersebut mempunyai 61 serat dan ukurannya ialah cmil. Periksalah nilai resistansi dc dan hitunglah perbandingan resistansi ac terhadap resistansi dc. JAWABAN: Pada 20 C dan peningkatan sebesar 2% karena lilitan, Dari persamaan (3.2) memberikan Pada suhu 50 C dari Persamaan (3.3) Efek kulit rnenyebabkan kenaikan resistansi sebesar 3,7%. 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 22

23 2.4 Definisi Induktansi Persamaan yang menghubungkan tegangan lnbas dengan kecepatan perubahan fluks yang lneliputi suatu rangkaian Jika ψ adalah lambang fasor untuk fluks gandeng Fasor jatuh tegangan (voltages drop) karena fluks gandeng adalah Jika arus pada rangkaian berubah ubah, medan magnet yang ditimbulkannya pasti juga berubah ubah. Sehingga L adalah Jika arus I 2 menghasilkan fluks gandeng dengan rangkaian 1 sebesar ψ 12, maka induktansi timbal baliknya adalah Jika fluks gandeng berubah secara linear maka Fasor jatuh tegangan pada rangkaian 1 yang disebabkan fluks gandeng dari rangkaian 2 adalah 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 23

24 2.5 Induktansi Penghantar Yang Disebabkan Oleh Fluks Internal Gambar 3.1 hanya memperlihatkan garis fluks yang berada di luar penghantar (external). Tetapi sebenarnya sebagian dari medan magnet juga berada di dalam penghantar (internal) Untuk mendapatkan nilai induktansi yang teliti dari suatu saluran transmisi, fluks internal dan eksternal perlu dipertimbangkan Gb.2.4 Penampang suatu penghantar berbentuk 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 24

25 2.6 Induktansi Antara Dua Titik Diluar Penghantar Yang Tersendiri Induktansi yang disebabkan oleh fluks yang berada di antara P1 dan P2 adalah Gb.2.5 Suatu penghantar dan titik eksternal P 1 dan P 2. 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 25

26 2.7 Induktansi Saluran Dua Kawat Berfasa Tunggal Induktansi rangkaian yang disebabkan oleh arus pada penghantar 1. Untuk fluks eksternal Untuk fluks internal Induktansi total rangkaian yang disebabkan oleh arus pada penghantar 1 saia adalah Gb.2.6 Penghantar dengan jari-jari yang berbeda dan medan magnet yang ditimbulkan oleh arus pada penghantar 1 saja. Induktansi untuk keseluruhan rang kaian adalah 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 26

27 2.8 Induktansi Saluran Dengan Penghantar Terpadu Gb.2.8 Saluran berfasa tunggal yang terdiri dari dua penghantar terpadu. Penghantar lilitan termasuk ke dalam klasifikasi umum untuk penghantar terpadu yaitu yang terbuat dari dua elemen atau serat atau lebih, yang secara elektris terhubung paralel. Penghantar X tersusun dari n serat yang terhubung paralel dan induktansinya Dengan mengganti Dm dan Ds 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 27

28 2.8 Induktansi Saluran Dengan Penghantar Terpadu Perkalian m jarak untuk masing masing n serat menghasilkan suku mn. Akar pangkat mn dari perkalian mn jarak dinamakan jarak rata-rata geometris (geometric mean distance) antara penghantar X dan penghantar Y. Singkatannya adalah D m atau GMD dan sering juga disebut GMD bersama antara dua penghantar. Akar pangkat n 2 dari Suku suku ini disebut GMD sendiri dari penghantar X, GMD sendiri disebut juga jari-jari rata-rata geometris (Geometric Mean Radius) GMR yang dinyatakan dengan D s Induktansi penghantar Y ditentukan dengan cara yang sama, dan induktansi salurannya adalah 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 28

29 Contoh 3.2 Suatu rangkalan saluran transmisi fasa tunggal terdiri dari tiga kawat padat dengan jari-jari O,25 cm. Rangkaian kembali terdiri dari dua kawat dengan jari-jari O,5 cm. Susunan penghantar diperlihatkan dalam Gambar 3.9. Hitunglah Induktansi akibat arus di inasing masing sisi saluran dan induktahsi keseluruhan saluran dalam henry per meter(dan dalam milihenry per mil). Gambar 3.9 Susunan penghantar untuk Contoh /21/2009 PS S1 Teknik Elektro 29

30 Contoh 3.2 Pertama tama kita hitung GMD antara sisi sisi x dan y: Kemudian kita hitung GMR untuk sisi 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 30

31 Contoh 3.2 dan untuk sisi Y Induktansi total saluran adalah 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 31

32 2.9 Pengguanan Tabel Tabel nilai-nilai GMR biasanya sudah tersedia untuk penghantar-penghantar standard dan memberikan data yang cukup baik untuk menghitung reaktansi induktif maupun reaktansi kapasitif paralel dan resistansi. Biasanya reaktansi induktif lebih diinginkan daripada induktansi. Reaktansi induktif sebuah penghantar dari saluran dua-penghantar fasa-tunggal adalah: Contoh: Hitunglah reaktansi induktif per mil untuk saluran fasa-tunggal yang bekerja pada 60 Hz. Penghantarnya adalah dari jenis Partridge, dan jarak pemisah antara pusat-pusatnya adalah 20 kaki. Jawab: Ds= kaki 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 32

33 2.9 Pengguanan Tabel 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 33

34 2.10 Induktansi Saluran 3 Fasa Dengan Jarak Pemisah Tidak Simetris Jika jarak pemisah penghantar-penghantar suatu saluran tiga-fasa tidak sama, persoalan untuk menemukan induktansi meniadi lebih sulit. Dalam hal ini, fluks gandeng dan induktansi masing masing fasa menjadi berlainan. Induktansi yang berbeda pada setiap fasa menghasilkan suatu rangkaian yang tidak seimbang. Keseimbangan ketiga fasa dapat dikembalikan dengan mempertukarkan posisi posisi penghantar pada selang jarak yang teratur di sepaniang saluran sedemikian rupa sehingga setiap penghantar akan menduduki posisi semula penghantar yang lain pada suatu jarak yang sama. Pertukaran posisi penghantar semacam ini disebut transposisi (transposition). Induktansi rata-rata perfasa: 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 34

35 2.10 Induktansi Saluran 3 Fasa Dengan Jarak Pemisah Tidak Simetris Contoh: Suatu saluran tiga fasa rangkaian tunggal yang bekerja pada frekuensi 60 Hz tersusun seperti dalam Gambar disamping. Penghantar penghantarnya adalah ACSR Drake. Hitunglah induktansi per mil per fasa. Dari Tabel A.1, 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 35

36 2.11 Penghantar Berkas Dengan menggunakan dua penghantar atau lebih per fasa yang disusun berdekatan dibandingkan dengan jarak pemisah antara fasa fasanya, maka gradien tegangan tinggi pada penghantar dalam daerah EHV dapat banyak dikurangi. Saluran semacam ini dikatakan sebagai tersusun dari penghantar berkas (bundled conductor). Berkas ini dapat terdiri dari 2, 3 atau 4 penghantar. Untuk berkas 1 penghantar Untuk berkas 2 penghantar Untuk berkas 3 penghantar 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 36

37 Contoh Masing masing penghantar pada saluran dengan penghantar berkas seperti terlihat pada Gambar disamping adalah jenis ACSR, 1.272,000 cmil Pheasant. Hitunglah reaktansi induktif dalam ohm per km(dan per mil) per fasa untuk d=45 cm. Hitunglah juga reaktansi seri per unit saluran jika panjangnya 160 km dan dasar yang dipakai adalah 100 MVA, 345 kv. Jawaban: Dari Tabel A.1 Ds= kaki, dan dikalikan untuk dirubah menjadi meter Gambar Jarak Pemisah Peng-hantar Masing masing pada suatu saluran berkas 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 37

38 2.12 Saluran 3 Fasa Rangkaian Paralel Dua rangkaian tiga fasa yang identik susunannya dan secara elektris terhubung paralel mempunyai reaktansi induktif yang sama. Gambar Susunan penghantar pada suatu saluran tiga-fasa rangkaian-paralel 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 38

39 Contoh Suatu saluran tiga fasa rangkaian ganda terdiri dari penghantar-penghantar ACSR Ostrich 300,000 cmil 26/7 yang disusun seperti gambar dibawah. Tentukan reaktansi induktif dalam ohm per mil per fasa untuk 60 Hz. Jawab: Menurut tabel A.1 untuk Ostrich Ds= ft Gambar Susunan penghantar pada suatu saluran tiga-fasa rangkaian-paralel 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 39

40 BAB 3. Kapasitansi Saluran Transmisi Admitansi shunt (Shunt admittance) suatu saluran transmisi terdiri dari konduktansi dan reaktansi kapasitif. Konduktansi ini biasanya diabaikan karena sumbangannya pada admitansi shunt sangat kecil. Alasan lain untuk mengabaikan konduktansi ialah karena tidak ada cara yang baik untuk memperhitungkannya karena konduktansi ini cukup berubah ubah. Kapasitansi suatu saluran transmisi adalah akibat beda potensial antara penghantar(konduktor); kapasitansi menyebabkan penghantar tersebut bermuatan seperti yang teriadi pada pelat kapasitor bila teriadi beda potensial di antaranya. Kapasitansi antara penghantar adalah muatan per unit beda potensial. 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 40

41 3.1 Kapasitansi Saluran Dua Kawat Kapasitansi antara dua penghantar pada saluran dua kawat didefinisikan sebagai muatan pada penghantar itu per unit beda potensial di antara keduanya. Dalam bentuk persamaan, kapasitansi per satuan panjang saluran adalah: Jika r a = r b = r Gambar penampang saluran kawat sejajar 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 41

42 Kapasitansi saluran ke netral F/m Reaktansi Kapasitif antara penghantar dan netral Gambar (a) dan (b) Hubungan konsep kapasitansi antar saluran dan kapasitansi saluran ke netral. Dibagi 1609 menjadi mil Jika kapasitansi antar saluran dianggap terdiri dari dua kapasitansi yang sama dalam hubungan seri, maka tegangan antara saluran terbagi dua sama besar diantara kedua kapasitansi tersebut dan titik hubung antara keduanya berada pada potensial tanah. Jadi Kapasitansi ke netral adalah satu dari dua kapasitansi seri yang sama, atau dua kali kapasitansi antar saluran. 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 42

43 Contoh 1 Carilah suseptansi kapasitif per mil saluran fase-tunggal yang bekerja pada 60 Hz. Penghantarnya adalah Partridge, dan jarak pemisahnya adalah 20 kaki antara pusatnya. Jawaban: Dari tabel A1, Nilai diameter luar adalah in. Atau dengan reaktansi kapasitif pada jarak pemisah 1 kaki (Tabel A1) dan faktor pemisah reaktansi kapasitif (Tabel A3) diperoleh Reaktansi kapasitif antar saluran: Suseptansi kapasitif antar saluran: 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 43

44 3.2 Kapasitansi Saluran Tiga-Fasa Dengan Jarak Pemisah Yang Tidak Simetris Gambar penampang saluran tiga fasa dengan jarak pemisah tidak simetris. 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 44

45 Contoh 2 Carilah kapasitansi dan reaktansi kapasitif untuk 1 mil saluran seperti yang digambarkan dalam contoh 3.4, Jika panjang saluran 175 mil dan tegangan kerja normal 220 kv, tentukan reaktansi kapasitif ke netral untuk seluruh saluran, arus pengisian per mil, dan mega volt ampere pengisian total. Contoh 3.4: Suatu saluran tiga fasa rangkaian tunggal yang bekerja pada frekuensi 60 Hz tersusun seperti dalam Gambar disamping. Penghantar penghantarnya adalah ACSR Drake. Hitunglah induktansi per mil per fasa. Jawaban: Dari Tabel Untuk saluran sepanjang 175 mil, Reaktansi kapasitif = 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 45

46 Contoh 2 Arus Pengisian per mil: Atau I chg = x 175 = 119 A untuk saluran. Daya reaktif adalah Q = 3 x 220 x 119 x 10-3 = 45.3 Mvar. 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 46

47 BAB 4. Model Sistem Saluran Pendek Kurang dari 80 km (50 mi) Saluran Menengah antara 80 km 240 km (50 mi-150 mi) Saluran Panjang lebih 240 km (150 mi) 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 47

48 4.1 Saluran Transmisi A. Saluran Transmisi Pendek 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 48

49 B. Saluran Transmisi Menengah 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 49

50 Saluran Transmisi Menengah 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 50

51 C. Saluran Transmisi Panjang 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 51

52 C. Saluran Transmisi Panjang Persamaan Dalam Bentuk Hiperbolis 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 52

53 Contoh Soal 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 53

54 Contoh Soal 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 54

55 4.2 Mesin Sinkron X s X ar X l R a E f E r V t Rangkaian Ekivalen Generator ac Vt = Tegangan terminal Xs = reaktansi sinkron = Xar + Xl Xar = Reaktansi jangkar Xl = Reaktansi bocor jangkar Ra = Tahanan jangkar 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 55

56 Mesin Sinkron 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 56

57 Pembangkitan 3 Fasa Tiga coil a, b, c merepresentasikan tiga kumparan jangkar stator. Satu coil f merepresentasikan kumparan medan rotor. Sumbu coil a dipilih pada θ d =0º, dan coil b,c dipilih pada θ d =120º, 240º. Coil a, b dan c mempunyai induktansi diri: Mutual induktansi L ab, L bc dan L ca adalah negatif constan: Mutual induktansi antara coil medan dan stator: Induktansi diri coil medan : 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 57

58 Mesin Sinkron Medan berputar pada kecepatan sudut konstan ω, untuk mesin dua kutub : Persamaan fluks gandeng untuk coil jangkar menjadi: Persamaan fluks gandeng untuk coil jangkar: Persamaan λa mempunyai dua komponen fluks gandeng, yaitu akibat arus jangkar i a dan akibat arus medan I f. Jika coil a mempunyai tahanan R, maka drop tegangan v a adalah: 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 58

59 Mesin Sinkron e a : tegangan terminal fasa a saat i a =0 : tegangan tanpa beban : tegangan open circuit : tegangan internal sinkron : emf dibangkitkan pada fasa a. Sudut θ d0 menunjukkan posisi kumparan medan sumbu d terhadap fasa a pada t=0. Maka δ = θ d0-90º menunjukkan posisi sumbu q yang terletak 90º dibelakang sumbu d, sehingga θ d0 = δ + 90º dan Diperoleh 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 59

60 Mesin Sinkron 6/21/2009 Rangkaian ekivalen generator PS S1 Teknik Elektro Diagram phasor 60

61 Mesin Sinkron X s X ar X l R a E f E r V t Rangkaian Ekivalen Generator ac E f = e a V t = V a X ar = X Ls X l = X Ms Ra = R X d = X s 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 61

62 4.3 Transformator 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 62

63 Contoh Soal Rangkaian Ekivalen Transformator 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 63

64 Contoh Soal 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 64

65 Contoh Soal 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 65

66 4.4 Diagram Segaris 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 66

67 Diagram Segaris Diagram segaris sistem tenaga listrik Diagram impedansi dari diagram segaris 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 67

68 Diagram Segaris Resistansi sering diabaikan dalam perhitungan gangguan, karena reaktansi induktif jauh lebih besar dari resistansinya. Pada transformator, admitansi shunt diabaikan karena arus magnetisasi sangat kecil dibanding arus beban penuh. Beban-beban yang tidak menyangkut mesin yang berputar sangat kecil pengaruhnya terhadap arus saluran total apabila terjadi gangguan dan biasanya diabaikan. Beban berupa motor serempak selalu dimasukkan dalam perhitungan gangguan karena emf yang dibangkitkan besar pengaruhnya terhadap arus gangguan. 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 68

69 Contoh Soal 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 69

70 Contoh Soal 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 70

71 Contoh Soal 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 71

72 BAB 5. Penyelesaian Aliran Daya 5.1 Kesetaraan Sumber Untuk rangkaian yang mempunyai emf konstan Eg dan impedansi seri Zg, tegangan pada beban adalah Jika tegangan V L sama, kedua sumber dengan masing-masing impedansinya akan menjadi setara (ekivalen). Dengan membandingkan kedua persamaan diatas, maka kedua rangkaian akan menjadi identik asal: dan Untuk rangkaian yang mempunyai sumber arus konstan Is dan impedansi shunt Zp, tegangan pada beban adalah 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 72

73 5.2 Persamaan Simpul Titik-titik sambungan yang terbentuk, jika dua atau lebih elemen murni (R, L atau C atau sumber tegangan atau arus ideal) dihubungkan satu sama lain pada ujung-ujungnya dinamakan simpul-simpul (nodes). Untuk mempelajari persamaan simpul dimulai dengan diagram segaris pada gambar 7.2. Diagram reaktansi untuk sistem ditunjukkan pada gambar /21/2009 PS S1 Teknik Elektro 73

74 Persamaan Simpul Diagram reaktansi pada gambar 7.3 ditunjukkan dalam persatuan. Simpul-simpul ditunjukkan dalam titik-titik, Nomor ditunjukkan untuk simpul-simpul besar. Jika rangkaian digambar kembali dengan emf dan impedansi seri yang menghubungkannya ke simpul-simpul besar digantikan dengan sumber arus ekivalen dan admitansi shunt ekivalen, hasilnya adalah seperti gambar 7.4. Nilai admitansi diperlihatkan dalam persatuan menggantikan nilai impedansi. 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 74

75 Persamaan Simpul Notasi subscript tunggal akan dipakai untuk menunjukkan tegangan masing-masing rel (bus) terhadap netral yang diambil sebagai simpul pedoman 0 (reference node). Dengan menerapkan hukum arus Kirchoff pada simpul 1, yaitu arus sumber yang menuju simpul tersebut samadengan arus yang meninggalkannya, diperoleh : simpul 1: simpul 4: Dengan mengatur kembali persamaan2 diatas diperoleh: simpul 1: simpul 4: 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 75

76 Persamaan Simpul Keempat persamaan dalam bentuk matriks adalah : Disebut dengan matriks admitansi rel, Y rel (Y bus ) Matriks ini simetris terhadap diagonal utamanya. Admitansi Y 11, Y 22, Y 33 dan Y 44 dinamakan admitansi sendiri (self admitansi), masing2 sama dengan jumlah semua admitansi yang berujung pada simpul yang ditandai dengan subskrip yang berulang. Admitansi yang lain adalah admitansi bersama (mutual admittance), masing-masing sama dengan jumlah negatif semua admitansi yang dihubungkan langsung antara simpul yang disebutkan menurut subskrip gandanya. Rumus umum untuk arus sumber yang mengalir menuju simpul k suatu jaringan yang mengandung N buah simpul, selain netral adalah: 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 76

77 Contoh Soal 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 77

78 Contoh Soal 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 78

79 Contoh Soal [Y BUS ] -1 [Y BUS ] -1 [Y BUS ] [Z BUS ]=[Y BUS ] -1 Hasil perhitungan : Matriks bujursangkar diatas didapat dengan membalikkan matriks admitansi bus disebut matriks impedansi bus. 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 79

80 Contoh Soal Tegangan simpul adalah : 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 80

81 5.3 Analisa Aliran Daya Metode Gauss Seidel Merupakan metode iterasi yang paling umum digunakan. Asumsikan bahwa diberikan himpunan n persamaan: [A][X] = [C] a 11 x 1 + a 12 x 2 + a 13 x a 1n x n = c 1 a 21 x 1 + a 22 x 2 + a 23 x a 2n x n = c 2 a 31 x 1 + a 32 x 2 + a 33 x a 3n x n = c 3 x 1 = (c 1 -a 12 x 2 -a 13 x 3 - -a 1n x n )/ a 11 x 2 = (c 2 -a 21 x 1 -a 23 x 3 - -a 2n x n )/ a 22 x 3 = (c 3 -a 31 x 1 -a 32 x 2 - -a 3n x n )/ a 33 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 81

82 Persamaan Umum Aliran Daya Daya Masuk Bus = Daya Keluar Bus 1 2 S 1 = S 12 + S 13 P 1 +jq 1 = (P 12 +jq 12 ) + (P 13 +jq 13 ) = V 1 I 12* +V 1 I 13 * = V 1 (I 12* +I 13* ) = V 1 (I 12 +I 13 ) * = V 1 I 1 * (P 1 +jq 1 ) * = (V 1 I 1 * ) * P 1 -jq 1 = V 1 * I 1 3 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 82

83 Persamaan Umum Aliran Daya P 1 jq 1 = V 1 * I 1 P 1 jq 1 = V 1 * (Y 11 V 1 + Y 12 V 2 + Y 13 V 3 + Y 14 V 4 ) P i jq i n * = V i YijV Persamaan Umum j Aliran Daya j= 1 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 83

84 Klasifikasi Bus A. Load Bus (PQ Bus) 1. Terhubung dengan beban 2. P dan Q tetap 3. V dan θ dihitung B. Generator Bus (PV Bus) 1. Terhubung dengan generator 2. P dan V tetap 3. Q dan θ dihitung C. Slack/Swing Bus 1. Terhubung dengan generator 2. V dan θ tetap 3. P dan Q dihitung Slack/Swing Bus P dan Q ditentukan setelah seluruh iterasi terselesaikan. Biasanya slack bus yang digunakan dalam analisa ini jumlahnya hanya satu dan dipilih sebagai bus ke satu atau yang terakhir, yang terhubung dengan generator berkapasitas besar. Konsep Slack Bus ini diperlukan, karena aliran daya kedalam sistem pada setiap bus tidak dapat ditetapkan sampai seluruh iterasi diselesaikan. Karena bus ini berfungsi sebagai referensi, maka sudut fasa tegangannya sama dengan nol. 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 84

85 Contoh Soal 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 85

86 Contoh Soal Base 100 MVA 230 kv At 230 kv 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 86

87 Contoh Soal Table 9.3 Bus data for example 9.2 The Q values of load are calculated from the corresponding P values assuming a power factor of /21/2009 PS S1 Teknik Elektro 87

88 Bus Beban (PQ Bus) Untuk memperbaiki konvergensi, digunakan faktor percepatan α. Umumnya α diset sebesar 1.6 dan tidak lebih dari 2. Bus Generator (PV Bus) Besaran V 4 dikoreksi dengan persamaan: 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 88

89 5.4 Analisa Aliran Daya Metode Newton Raphson Garis Tangen Gambar Metode Newton Raphson Saat y(x) = 0 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 89

90 Contoh soal Hitunglah F(x) = x 3 64 dengan menggunakan metode Newton Raphson Harga awal Maka Proses Iterasi Iterasi ke dua Iterasi pertama 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 90

91 Metode Newton Raphson dengan n Persamaan Misal 2 Persamaan Non Linier adalah sbb: Persamaan Umum: Matriks Jacobian dihitung secara numeri pada titik awal x 1 (0) dan x 2 (0) Matriks Jacobian Sehingga iterasi pertama diselesaikan dengan: 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 91

92 Contoh soal Gunakan Metode Newton Raphson untuk menyelesaikan persamaan berikut: Element Jacobian-nya adalah Jawab. Turunan Parsial adalah Maka Harga awal adalah Hasil iterasi pertama 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 92

93 Contoh soal Perhitungan Iterasi ke-dua Hasil iterasi kedua : Element Jacobian-nya adalah Hasil iterasi ke-3 sampai ke-8 : Maka 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 93

94 Metode Newton Raphson Persamaan aliran daya. Rectangular Form Polar Form Tegangan Bus Admitansi Power Mismatch Hybrid Form 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 94

95 Metode Newton Raphson Dalam bentuk matriks Jacobian correction mismatches 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 95

96 Contoh soal Dari matriks Y BUS = /21/2009 PS S1 Teknik Elektro 96

97 Contoh soal 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 97

98 Contoh soal Elemen Baris ke lima kolom ke 5 Set pada iterasi pertama 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 98

99 Contoh soal Hasil Penyelesaian Aliran Daya Metode Newton Raphson 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 99

100 Tabel A1 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 100

101 Tabel A2 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 101

102 Tabel A3 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 102

103 Jadwal Kuliah Pertemuan ke Hari/Tanggal Materi Pokok Bahasan 6/21/2009 PS S1 Teknik Elektro 103