BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 4 BAB TINAUAN USTAKA.1. Struktur Sstem Teaga Lstrk Sstem keteagalstrka merupaka sekumpula pusat pembagt da pusat beba dmaa atara satu sama la dhubugka oleh jarga trasms (terkoeks). Oleh karea tu sstem teaga lstrk secara umum terdr dar tga kompoe utama atu pusat pembagkt, trasms, da dstrbus beba [3]. usat embagkt Trasms Dstrbus Beba Gambar.1 embaga sstem teaga lstrk secara umum Trasms lstrk meghubugka pusat pembagkt dega sstem dstrbus. usat pembagkt dalam sstem teaga lstk terdr dar beberapa ut pembagkt ag kerap kal tersebar luas pada pelaaa terkoeks tersebut. Ut pembagkt terdr dar berbaga macam pembagkt sesua dega masuka eerg prmer pembagkt tersebut. Eerg prmer ag dguaka atara la batubara, paas bum, uklr, ar, gas, mak, matahar, da sebagaa. Masg-masg jes eerg prmer memlk harga ag bervaras, utuk tu perlu dlakuka pegoperasa pembagkt-pembagkt sehgga dapat bekerja terus-meerus dalam memeuh kebutuha beba. Dalam pegoperasa sstem teaga lstrk sagat perlu dperhatka tga aspek petg sebaga berkut: 1. Ekoom (Ecoom). Keamaa (Securt) 3. Kualtas (ualt) Operas ekooms ag dmaksud tdak sekadar memaksmalka pegoperasa pembagkt-pembagkt ag baa operasa murah amu juga harus mejagaa agar tdak melewat batasa keamaa da kualtas sstem. Sstem bekerja ama apabla sstem dapat bertaha terhadap gaggua tak terduga tapa 4 Uverstas Sumatera Utara

2 5 meebabka terjada pemadama pada ss kosume. Sstem dsebut memlk kualtas ag bak apabla sstem tersebut memlk kemampua utuk memberka pelaaa dega tegaga da frekues ag sesua stadar. Ekoom Kualtas Keamaa Gambar. Aspek ag dperhatka dalam operas sstem teaga lstrk ada pelaksaaa pegedala operas sstem teaga lstrk, uruta prortas dar ketga aspek ag harus dperhatka sepert ag telah d jelaska datas bsa berubah-ubah tergatug pada kods real tme. ada saat terjad gaggua, maka keamaa adalah prortas utama sedagka mutu da ekoom bukalah hal ag utama. Demka juga pada saat keamaa da mutu sudah bagus, maka selajuta ekoom harus dprortaska. Efses pada proses produks teaga lstk dapat dukur dar tgkat baa ag dguaka utuk membagktka teaga lstrk tersebut. Dalam pecapaa proses produks ag efse dguaka metode alra daa ewto raphso da ecoomc dspatch dalam pedekata fugs baa ag optmal tersebut... Model Ut embagkt es geerator ag umum dguaka dalam pembagkta sstem teaga adalah geerator skro. Sela daa aktf (MW), geerator skro juga memproduks daa reaktf (Mar). Kedua jes daa ag dbagktka tersebut memlk batasa operas sesua desa geeratora. Sela tu, ut-ut pembagkt juga memlk cost fucto ag meataka besar baa ag dkeluarka terhadap keluara daa ag dbagktka. 5 Uverstas Sumatera Utara

3 6 Dalam OF, pusat pembagkt merupaka peumbag terbesar dalam memeuh aspek keekoomsa operas sstem teaga, karea baa baha bakar pada pembagkt-pembagkt tersebut merupaka kompoe terbesar dalam baa peedaa teaga lstrk. Ada dua karakterstk pembagkt ag dguaka sebaga dasar perhtuga OF, ak [5] : - Heat-rate (H) = Btu per hour heat put to the ut Mbtu h - Fuel Cost (F) = $ per hour put to the ut for fuel $ h Besar la fuel cost F tersebut bergatug pada besar daa ag dbagktkaa. Semak besar daa ag dbagktka, maka la F juga semak besar. Basaa kedua baga tersebut memlk hubuga ag tdak lear. Setap pembagkt memlk betuk kurva F terhadap output ag berbedabeda da dslah masalah tetag koordas pembagkt berasal. Berhubug karea setap pembagkt memlk karakterstk ag berbeda, maka perlu dlakuka aalss pembagkt maa ag murah da maa ag mahal sehgga operas sstem teaga ag ekooms dapat tercapa. emmala baa pembagkta dega memlh pembagkt murah utuk beroperas belum aka cukup bla tdak melhat keadaa salura da beba. egoperasa pembagkt juga harus melhat dampaka terhadap keadaa salura da beba ak batasa salura trasms da letak beba tersebut. Semak jauh beba dar pusat pembagkt maka rug-rug salura trasms da drop tegaga aka semak besar..3. Salura Trasms Salura trasms berfugs utuk mealurka teaga lstrk dar pusatpusat pembagkt ke pusat-pusat beba (gardu duk). Secara umum, kapastas salura trasms dketahu melalu level tegaga salura tersebut. Namu dalam pegoperasaa, karakterstk salura trasms tersebut harus dketahu secara rc agar susut tegaga, rug-rug daa, da kapastas salura (kemampua hatar arus) tu tdak melaggar batasa-batasa pegoperasa. Faktor-faktor 6 Uverstas Sumatera Utara

4 7 tersebut dpegaruh oleh parameter salura trasms atu resstas, duktas, kapastas da koduktas. Keempat parameter tergatug pada jes koduktor ag dguaka da kofguras salura trasms tu sedr [6] esstas esstas () adalah peebab utama dar terjada rug-rug daa (power loss) pada salura trasms. ug-rug daa ag dhaslka atu berupa paas. esstas suatu peghatar drumuska dega [6] :...(.1) I dmaa (Ω/m) merupaka resstas efektf pada peghatar, Δ (Watt) merupaka rug daa pada salura da I (Ampere) merupaka arus rms. esstas efektf suatu peghatar dpegaruh oleh jes arus ag megalr pada peghatar da kostruks dar peghatar tersebut. Nla resstas efektf suatu jes peghatar aka berbeda jka peghatar dguaka pada sstem dega arus AC da jka dguaka pada sstem dega arus DC, ak terkat dega dstrbus arus pada peghatar. ka arus dasumska terdstrbus merata pada peghatar maka resstas tersebut dsebut sebaga resstas DC. ka arus dasumska tdak terdstrbus merata, maka resstas tersebut dsebut sebaga resstas AC. esstas dc dberka oleh rumus d bawah l 0 (Ω)...(.) A dmaa, ρ = resstvtas peghatar (ohm-meter l = pajag koduktor (m) A = luas peampag koduktor (m ).3.. Iduktas Iduktas pada salura trasms merupaka akbat dar adaa meda maget ag mucul d sektar peghatar ag dalr arus. ersamaa ag petg utuk duktas per fasa dar salura tga-fasa ragkaa tuggal adalah sebaga berkut [6]: 7 Uverstas Sumatera Utara

5 8 7 Deq L 10 l (H/m per fasa)...(.3) Ds dmaa, D eq = rata-rata geometrs dar ketga jarak pada salura tdak smetrs D s = GM peghatar Nla D eq ddapatka dega perhtuga ag megacu pada susua peghatar pada salura. Nla GM suatu jes peghatar spesfk utuk tap jesa. ka tap fase haa terdr dar suatu peghatar, maka la GM ag terdapat pada katalog peghatar dapat lagsug dguaka. Tetap jka peghatar utuk tap fase adalah peghatar berkas, maka harus dguaka la GM peggat sesua dega kofguras peghatar berkas tersebut Kapastas Kapastas pada salura trasms dakbatka oleh perbedaa potesal atar peghatar pada salura trasms. Semak tgg level tegaga suatu salura trasms, maka kapastas salura tersebut semak dperhtugka. Demka juga dega jarak salura trasms, semak jauh salura, maka la kapastas semak dperhtugka [6]. Kapastas atara dua peghatar pada salura dua kawat ddefeska sebaga muata pada peghatar tu per ut beda potesal datara keduaa. Dalam betuk persamaa, kapastas per satua pajag salura adalah q C (F/m)...(.4) v dmaa q adalah muata pada salura dalam coloumb per meter da v adalah beda potesal atara kedua peghatar dalam volt. Kapastas ke etral d rumuska sebaga berkut: C k Ca Cb (F/m ke etral)...(.5) l( D / r) dmaa, C = kapastas ke etral (F/m) k = permtvtas relatf (F/m) r = jar-jar luar peghatar (m) D = Kerapata fluks lstrk (C/m ) 8 Uverstas Sumatera Utara

6 9.3.4 Koduktas Koduktas (B) atar peghatar serta peghatar dega taah meebabka arus bocor (leakage curret) pada solator salura overhead da ag melalu solas kabel. Namu dalam kods rla, kebocora pada solator salura overhead sagat kecl sehgga dapat dabaka, sedagka koduktas atar peghatar basaa daggap sama dega ol [6]..4. epresetas Salura Berdasarka pajag salura ag dmodelka, ragkaa ekvale utuk represetas salura trasms dbag mejad tga, atu salura trasms jarak pedek ak dega pajag salura kurag dar 80 km, salura trasms jarak meegah ak dega pajag salura km, da salura trasms jarak pajag ak dega pajag salura lebh dar 40 km [6] Salura Trasms edek agkaa ekvale salura trasms pedek sepert pada Gambar.3 dapat d selesaka dega perhtuga ragkaa arus bolak-balk basa [6]. IS + Z = + jωl + I s load - Gambar.3 agkaa Ekvale Salura Trasms edek - ada ragkaa ekvale trasms pedek, admtas shut dabaka. Karea tdak terdapat cabag paralel (shut), arus pada ujug-ujug pegrma da peerma aka sama besara da I s = I (Ampere)...(.6) Dmaa I s da I merupaka arus pada ujug pegrm da ujug peerma.tegaga pada ujug pegrma adalah s = + I Z (volt)...(.7) 9 Uverstas Sumatera Utara

7 10 Dmaa Z adalah zl, atu mpedas ser keseluruha salura da s da merupaka tegaga salura terhadap etral pada ujug pegrma da ujug peerma..4.. Salura Trasms arak Meegah Salura trasms jarak meegah sepert pada Gambar.4 dmodelka dega memasukka admtas shuta. Admtas shut d s merupaka kapastas mur [6]. Utuk medapatka suatu rumus utuk s kta lhat bahwa arus dalam kapastas pada ujug peerma adalah Y/ da arus dalam cabag ser adalah I + Y/. S S Y I ZY 1 Z ZI... (.8)... (.9) I S + Z = + jωl + I s Y/ Y/ load - - Gambar.4 agkaa Ekvale Salura Trasms arak Meegah.4.3. Salura Trasms arak auh erhtuga parameter salura trasms megguaka perhtuga salura trasms jarak pajag lebh serg dguaka karea hasl ag dperoleh lebh akurat [6]. ada perhtuga salura trasms pajag, parameter, L da C tdak daggap sebaga lumped parameter (tertumpuk), tetap daggap sebaga la ag ata dega arta bahwa la-la tersebut tersebar d sepajag salura (dstrbuted parameter). 10 Uverstas Sumatera Utara

8 11 Salura trasms memlk memlk empat parameter la ag dguaka dalam perhtuga arus da tegaga d ss pegrm da peerma. Dalam salura trasms berlaku : I S S A C B D I... (.10) Sedagka perhtuga parameter-parameter tersebut d atas adalah sebaga berkut : A D cosh l... (.11) B Z C sh l... (.1) sh l C... (.13) Z C Bak maupu Z c kedua-duaa merupaka blaga kompleks. Dmaa merupaka kostata rambata da Z c merupaka mpedas karakterstk. Dar persamaa datas, maka dapat dperoleh peelesaa, S, I, da I S sebaga suku-sukua. S A BI cosh l Z sh l I... (.14) C I S sh l C DI cosh l I... (.15) Z C Nla tegaga pada persamaa d atas adalah tegaga salura ke etral (le to eutral voltage) da la arus adalah arus salura. Dar persamaa d atas, maka dapat dketahu pegaruh parameter trasms terhadap la tegaga da arus bak dar sumber maupu peerma.5. Beba Beba merupaka baga ag dlaa oleh sstem teaga [6]. Daa ag dbagktka pusat-pusat pembagkt kemuda dsalurka agar dapat sampa ke ttk-ttk beba. Daa ag dterma beba ak daa aktf () da daa reaktf (). Daa tersebut dusahaka memlk tegaga ag tdak jauh dar ratg tegaga a, agar tdak merusak peralata-peralata atau beba-beba tersebut. 11 Uverstas Sumatera Utara

9 1.6. Stud Alra Daa ermasalaha alra beba atau alra daa dmaksud utuk medapatka ttk operas ag stabl pada sstem keteaga lstrka. Stud alra daa secara rut dguaka pada perecaaa, cotrol da pegoperasa sstem keteaga lstrka sebaga perecaaa pegembaga kedepaa. Stud alra daa merupaka sebuah solus pada sstem teaga dega operas ag bersfat stats. Secara umum stud alra daa dguaka utuk medapatka [7-8]: 1. Alra daa pada salura. Tegaga bus da tegaga sstem 3. Efek perubaha pada kofguras srkut da peambaha srkut baru pada sstem pembebaa. 4. Kods sstem pembebaa ag optmal 5. ug pada sstem ag optmal 6. egatura tab pada trafo utuk pegoperasa ag ekooms 7. Kemugka melakuka perbaka pada sebuah sstem ag sudah ada dega megubah ukura kabel da tegaga pada sstem. 8. Efek -phase da keaka kuadratk tegaga pada sstem pembebaa. Solus proses alra daa memlk dua tahap. ertama da merupaka satu hal petg ag bertujua utuk mecar tegaga kompleks pada seluruh bus, utuk tekk aalss kovesoal pada srkut ag lear tdak dapat dmafaatka. I merupaka kosekues pada daa kompleks. Step kedua merupaka peghtuga besara alra daa aktf da reaktf, rug tembaga da la-la Tpe Bus pada Stud Alra Daa Bus pada sebuah sstem jarga keteaga lstrka umuma terbag mejad tga kategor atu geerator bus, load bus (bus beba), da slack bus, da masg-masg memlk spesfkas sepert Besara tegaga, Sudut phasa tegaga ϕ, Daa aktf atau daa sebeara, Daa reaktf [8-9]. Spesfkas pada setap bus atara la: 1. Geerator bus (oltage Cotrol Bus) 1 Uverstas Sumatera Utara

10 13 Bus serg juga dsebut sebaga bus. Melalu bus, daa aktf dar geerator ag dbutuhka beba dsupla dega besar ag tetap (MW tertetu) da la magtudo tegaga ag juga tetap. Geerator pada bus dkotrol tegagaa supaa berla tetap melalu ekstas meda dega megguaka Automatc oltage egulator (A). Dalam stud alra daa, keluara dar bus adalah besara Mar ag dbagktka oleh geerator ag melekat padaa da besar sudut tegagaa. Dalam keataa, basaa kta aka megaggap - Bus sebaga Geerator Bus karea geerator memlk kemampua megubah-ubah (varabel) daa reaktfa, utuk mejaga agar besar tegaga d busa tetap.. Bus Beba Bus serg juga dsebut sebaga bus. ada bus haa terdapat beba saja (tapa geerator). arameter ag dketahu pada bus adalah besar la daa aktf (; MW) da la daa reaktf (; Mar) ag merupaka besar dar beba tersebut. Dalam stud alra daa, la ag dcar pada bus jes adalah besar magtudo tegaga da sudut tegagaa. 3. Slack bus atau Swg bus Dalam perhtuga alra daa, slack bus dalam sebuah sstem haa satu, dmaa besar da sudut tegaga dketahu/dtetuka. Daa aktf da reaktfa tdak dketahu. Bus ag dplh sebaga slack bus harus mempua sumber daa aktf da reaktf. Hal karea daa ag djekska ke bus harus bsa berubah-ubah agar ddapat solus dalam sstem teaga lstrk. lha terbak utuk slack bus memerluka pegalama dalam sstem ag daalss (basaa ada lebh dar satu bus ag memlk sumber daa aktf da reaktf). Sfat dar sebuah solus serg dpegaruh oleh pemlha slack bus. Slack bus juga serg dsebut sebaga eferece bus. Arta, bus la dbadgka properta terhadap referece bus. Oleh sebab lah, salah satu tps utuk memula perhtuga load flow, basaa dlakuka dega member la tegaga da besar suduta dega 1 0 p.u., atau ag dsebut sebaga flat start. Flat start dlakuka dega asums, la tegaga da sudut pada bus la ag aka dcar, laa tdak aka jauh-jauh dar 1 0 p.u. 13 Uverstas Sumatera Utara

11 14 Bus basaa terhubug ke pusat pembagkt dega kapastas terbesar. ada stud alra daa, geerator pada swg bus aka memeuh segala kekuraga daa pada sstem. Melalu stud alra daa, pada bus aka dperoleh besar la daa aktf (MW) da (Mar) ag dbagktka oleh geerator ag melekat padaa..6.. ermodela utuk Stud Alra Daa Kompoe-kompoe dar suatu sstem teaga lstrk pada umuma terdr dar pusat pembagkt, dalam hal ag dgambarka adalah geeratora., trasformator daa, salura trasms, kodesator skro arus stats, alat pegama (pemutus daa da rela-rela) da beba ag terdr dar beba damk da beba stats [8]. Semua kompoe sstem teaga salg terterkoeks melalu bus ag berbeda-beda. ermodela sstem utuk sstem trasms tga bus dapat d tujuka pada Gambar.5. Gambar.5 Sstem Trasms tga Bus Impedas salura meghubugka bus 1, da 3 dotaska dega Z 1, Z 3, da Z 31. Salura admttas dotaska dega 1,, da 31. Total suspectas kapastf pada bus dtujukka dega 10, 0, 30. Dega meerapka hukum krchoff maka ddapatka arus pada masgmasg bus sebaga berkut. I 1 = ( 1 - ) 1 + ( 1-3 ) 1... (.16) I = 0 + ( 1 ) 3 + ( - 3 ) 3... (.17) I 3 = ( 3 1 ) 31 + ( 3 - ) (.18) Dar matrk, 14 Uverstas Sumatera Utara

12 15 I I I (.19) Dmaa, 11 = (.0) = (.1) 33 = (.) Sehgga, I I I (.3) Metode Newto-aphso erhtuga alra daa dselesaka dega cara teras. Ada beberapa metode ag dguaka dalam perhtuga alra daa ak atara la metode Gauss-Sedel, fast decouple, da Newto-aphso. Metode Newto-aphso serg dguaka dalam perhtuga alra daa karea dega metode, teras ag dlakuka relatf lebh cepat koverge saat daplkaska pada program komputer [7-8]. Daa semu pada sstem teaga lstrk drumuska sebaga : S j I * = 1,,3,...,... (.4) dega : S = daa semu pada bus (A) = daa aktf pada bus (Watt) = daa reaktf pada bus (ar) = tegaga pada bus I = arus pada bus ka dubah mejad betuk kompleks kojuget, maka persamaaa mejad : - j = * I... (.5) Da, 15 Uverstas Sumatera Utara

13 16 I k 1 Y k k... (.6) Sehgga persamaaa mejad : j * Y... (.7) k 1 k k Kemuda dar persamaa (.5) da persamaa (.6) dperoleh rumusa daa aktf da reaktf sebaga berkut : * Y k k k 1 * Y k k k 1... (.8)... (.9) Atau dalam betuk polar drumuska sebaga berkut: Y k j e... (.30) j Y e k... (.31) k Sehgga persamaaa mejad : ky k 1 k cos( k ) k... (.3) ky k 1 k s( ) k k... (.33) Dalam melakuka teras pada perhtuga alra daa, tegaga pada bus berau (swg bus) dabaka. Karea besar tegaga da sudut fasea dtetapka secara spesfk sebaga referes. ada load bus, besar daa aktf da reaktf harus dketahu terlebh dahulu sedagka pada bus pegatur tegaga terlebh dahulu dketahu besar magtudo tegaga busa da besar daa ag tetap dkeluarka oleh geeratora. ersamaa d atas bersfat lear da dapat dselesaka dega megguaka matrks acoba. Matrks acoba adalah turua parsal dar persamaa daa aktf da reaktf d atas terhadap sudut k da magtudo tegaga k. Dalam betuk matrks dapat dtulska sebaga berkut : 16 Uverstas Sumatera Utara

14 (.3) dega eleme matrks acoba sebaga berkut : Sehgga,... (.33).7. Ecoomc Dspatch Tujua ecoomc dspatch (ED) adalah utuk memmalka komsums baha bakar pada geerator atau baa operasoal seluruh sstem dega meetuka outpu daa pada tap ut pembagkt dbawah batasa kods permtaa beba pada sstem. Dasar dar permasalaha ecoomc dspatch adalah pada pegatura karakterstk put da output ut pembagkt daa [9]. M F T = F 1 ) ( = c b a 1 ) (... (.34) Uverstas Sumatera Utara

15 18 Dmaa : = deks ut ag doptmalka F( ) = fugs baa put-output ut (p/jam) = daa ag dbagktka ut a, b, c = koefse baa ut pembagkt = jumlah ut ag doptmas Fugs baa pada persamaa datas merupaka fugs baa ag bersfat polomal. Utuk pegguaa fugs baa ag lear, maka koefse ag dguaka adalah koefse derajat satu pada fugs datas atau koefse b. arameter dar fugs baa merupaka karakterstk put-output pada ut geerator ag ddapat melalu: 1. ercobaa kods ut geerator tersebut. ekama hstor pegoperasa ut pembagkt 3. Desg data ut geerator ag dsedaka pabrka Tujua dar medapatka fugs baa pada ut geerator adalah utuk medapatka ttk terpolas pembagkta daa terhadap komsums baha bakar ataupu baa operasoal ut pembagkt tersebut..8. Optmal ower Flow Secara hstors upaa pertama pada pegoptmala dalam sstem teaga mucul d geeras dspatch. Ecoom dspatch klask (ED) atu bagamaa megalokaska total permtaa d atara ut pembagkt utuk memmalka baa peedaa kebutuha. ada proses optmas dalam sstem teaga mucul kebutuha utuk memasukka keruga trasms d tujua ekoom, serta kedala pada arus lstrk [5,10-11]. rmal-dual Iteror ot Method (DIM) memlk fugs obektf utuk memmalka fugs baa sebag berkut : NG NG M F T = F G ) a G b G c (... (.35) 1 1 Sela tu, metode juga memlk equalt costrats, atu persamaa alra daa aktf da reaktf serta persamaa kesembaga pembagkta da beba. Kods tersebut dformulaska dalam persamaa berkut : (,δ) G + D = 0... (.36) 18 Uverstas Sumatera Utara

16 19 dega, (,δ) G + D = 0... (.37) NG ND G ) D ( 0... (.38) 1 1 (,δ) = Y j j cos. j j j1 (,δ) = Y j j s. j j j1 L... (.39)... (.40) ersamaa (.39) da (.40) datas bukalah persamaa lear amu dapat dlearka dega ekspas Talor sepert berkut: dega (, ) (, ) adalah matrks acoba... (.41) ug-rug trasms ( L ) ag dberka pada persamaa (.38) dapat dhtug lagsug dega metode power flow. Sela tu, pada metode DIM terdapat equalt costrats, ag terdr dar batasa alra daa pada masg-masg salura, batasa daa aktf da reaktf pada pembagkt, serta batasa magtudo tegaga da sudut tegaga pada masg-masg bus. S (, ) S f max 0 Batasa MA salura, from ed... (.4) S (, ) S t max 0 Batasa MA salura, to ed... (.43)... (.44) G, m G G,max... (.45) G, m G G,max... (.46), m,max... (.47), m,max 19 Uverstas Sumatera Utara