Sudaryatno Sudirham. Distribusi Energi Listrik

Transkripsi

1 udaryatn udirham istribusi Energi Listrik ii

2 nalisis Jaringan istribusi Jaringan distribusi bertugas untuk mendistribusikan energi listrik ke pengguna energi listrik. Energi yang didistribusikan bisa berasal dari paskan energi melalui tegangan tinggi yang diubah ke tegangan menengah, atau dari pembangkit-energi di dalam jaringan itu sendiri. Energi listrik didistribusikan menggunakan tegangan menengah yang kemudian di ubah ke tegangan rendah untuk dikirimkan ke pengguna. i ndnesia, tegangan menengah nminal yang digunakan adalah 0 k fasa-fasa, sedangkan untuk tegangan rendah digunakan 80/0. alam bab ini kita akan melihat jaringan distribusi secara umum tanpa melihat secara detil peralatan-peralatan yang ada di jaringan distribusi. Kita akan melakukan analisis jaringan distribusi yaitu melakukan perhitungan-perhitungan arus dan tegangan pada jaringan yang diketahui apabila beban juga diketahui. Perlu kita fahami bahwa dalam analisis rangkaian linier, kita akan mempunyai relasi-relasi linier jika peubah (variables) yang kita gunakan dalam perhitungan adalah tegangan dan arus. Jika peubah rangkaiannya adalah daya, relasi-relasi dalam rangkaian menjadi tidak linier. Namun yang sering kita jumpai adalah bahwa besar beban dinyatakan sebagai daya. alam hal demikian ini maka kita perlu mengubahnya sedemikian rupa sehingga dalam perhitungan-perhitungan kita menggunakan tegangan dan arus sebagai peubah. -

3 .. iagram Rangkaian yang isederhanakan Tanpa melihat secara detil peralatan yang digunakan, suatu jaringan distribusi dapat digambarkan dalam diagram rangkaian seperti terlihat pada Gb... TT/TM TR TM TM TR TM TR Gb... iagram jaringan distribusi TM tegangan menengah TR tegangan rendah pusat pencatu daya; dalam gambar ini merupakan gardu di mana tegangan tinggi diubah ke tegangan menengah.,, dst pusat-pusat pembebanan yaitu titik-titik dimana sekelmpk beban dihubungkan ke jaringan tegangan menengah. i sini dilakukan pengubahan tegangan menengah ke tegangan rendah yang mencatu daya ke beban. Kita mengenal jaringan radial dan jaringan ring. pa yang diperlihatkan pada Gb.. adalah jaringan ring. Jaringan radial adalah jaringan yang pusat-pusat beban terhubung langsung ke sumber; jika pusat beban pada Gb... dihubungkan langsung ke, tidak ke ataupun ke, maka kita mempunyai jaringan radial. Pada sisi tegangan rendah kita bisa mempunyai system empat kawat atau tiga kawat, seperti diperlihatkan pada Gb... - udaryatn udirham, istribusi Energi Listrik

4 TR X /// fasa, 4 kawat fasa, kawat RTN RT Y fasa, 4 kawat N RT fasa Gb... isi tegangan rendah. eban-beban di X, dipask melalui saluran fasa, kawat, yaitu kawat fasa R, dan T. eban-beban di Y dipask melalui saluran 4 kawat, yaitu kawat fasa R,, T, dan netral N engan system 4 kawat, beban dapat dipask dengan menggunakan saluran fasa kawat melalui penghantar fasa dan netral erikut ini akan kita pelajari perhitungan-perhitungan pada jaringan distribusi system satu fasa dan tiga fasa. -

5 .. istem atu Fasa Radial nth-.: uatu penyalur daya fasa, dibebani mtrmtr listrik satu fasa seperti pada diagram berikut: Tegangan semua mtr dianggap 0. Jika susut daya pada saluran adalah 5% dari daya ttal mtr, hitung penampang kabel yang diperlukan. (η efisiensi, f.d faktr daya, HP 746 W; resistivitas kawat tembaga 0,07.mm/m) Penyelesaian: aya nyata masing-masing mtr: 0 P W P W P W 0.8 Nilai daya kmpleks: P 096 fd // fd P fd P 0 HP η 0,8 f.d HP η 0,87 f.d 0,85 5 HP η 0,8 f.d 0,77-4 udaryatn udirham, istribusi Energi Listrik

6 -5 rus knjugat: 49, , , aya Reaktif: R 674 0,8) sin(cs ) sin(cs sin ϕ fd Q R 87 0,85) sin(cs ) sin(cs sin ϕ fd Q R 86 0,77) sin(cs ) sin(cs sin ϕ fd Q rus dan sudut fasa arus : 4,9 49,8 cs ϕ,79 9, cs ϕ 9,65 7, cs ϕ

7 Karena jarak yang pendek, reaktansi saluran dapat diabaikan dan tegangan di ketiga titik beban dapat dianggap sefasa; besar tegangan sama 0. engan anggapan seperti ini, diagram fasr dapat digambarkan sebagai berikut. s Re m rus masing-masing bagian saluran: sal sal sal 7, cs 9,65 j7,sin 9,65 0,9 j7,4 7, 9,6 + 0,9 j7,4+ 9,cs,79,7 j80,5 46,, sal +,7 j80,5+ 49,8cs4,9 6, j08,66 96,67 j9,sin,79 j49,8sin 4,9 Jika R, R, R adalah resistansi setiap bagian saluran, susut daya saluran adalah: P sal sal R + sal R + sal R Jika saluran berpenampang sama untuk semua bagian (lebih eknmis menggunakan satu macam penampang dibanding jika menggunakan bermacam-macam penampang, karena -6 udaryatn udirham, istribusi Energi Listrik

8 jarak pendek); resistansi saluran sebanding dengan panjangnya. P sal R + R + 96 sal 546R W sal R + 46, Ttal daya nyata mtr: P ttal mtr 5 40 P P sal R R + 7, + P W 0 40 R P sal 5% dari P ttal mtr : P sal R W R ,0555 Ω Penampang knduktr yang diperlukan adalah: ρ 40 0,07 40 R 5, ,5 mm 45 mm -7

9 nth-.: erikut ini adalah diagram rangkaian pencatu beban dengan impedansi dan pembebanannya. Hitunglah tegangan di. (iketahui ) Penyelesaian: Z 0,+ j0, Ω f.d0,6 lagging f.d0,8 lagging Z Z 0,+ j0,5 Ω 0,8 56, 00 aya kmpleks: k csϕ + j 9,+ 4,4 k sinϕ 4 0,8+ sal Z (0,+ j0,5) 00 + sal + 0,+ j5,9 k j4sin(cs j,5 k 0,8) sal + 0, + 5,9 5,7 k sal ,7 k 5,7 cs 0,6 5,4+ j0,6 k -8 udaryatn udirham, istribusi Energi Listrik

10 + sal + 5,6+ j6,5 k + sal + + sal ,6 + 6, k 98,4 sal Z (0,+ j0,5) 98,4,9+ sal + + sal + 9,5+ j4,4 k j5,9 k 9,5 + 4,4 57,9 k * ,4 Perhatikan bahwa dalam cnth ini kita melakukan analisis daya, namun dalam perhitungan-perhitungan kita tetap menggunakan peubah tegangan ataupun arus dengan impedansi sebagai parameter rangkaian. Relasi-relasi tetaplinier... istem Tiga Fasa Empat Kawat Radial erikut ini kita akan melihat system tiga fasa empat kawat dengan dua macam beban, yaitu beban tiga fasa dan beban satu fasa di masing-masing fasa. nth-.:uatu saluran fasa 4 kawat dengan tegangan 40 antara fasa dan netral, mencatu daya pada mtr fasa 500 kw pada faktr daya 0,8. isamping itu saluran ini mencatu daya pada lampu-lampu yang terhubung antara fasa dan netral berturut-turut 50 kw, 50 kw, 00 kw. Hitung arus di masing-masing penghantar fasa, dan juga di penghantar netral. -9

11 Penyelesaian: fn 40 //// //// Penyelesaian: Mtr: 500 kw fd 0,8 50 kw 50 kw 00 kw mtr cs (0,8) 65 6,87 k 0,8 65 mtr per fasa 6,87 66,7+ eban-beban satu fasa: R 50+ j0 k eban ttal per fasa: 50+ j0 k T 00+ j0 k j5 k Rttal ttal Tttal 6,7+ j5 50, 9,98 6,7+ j5 40,4,54 66,7+ j5 87,4 8,8 k k k -0 udaryatn udirham, istribusi Energi Listrik

12 rus fasa dan arus netral: R, 50 9, ,4 40,4 (,54 0 ) 48,5 4,54 0,4 T 87,4 ( 8,8 + 0 ) 64, 0,8 0,4 R + + T 55, 9, erikut ini kita lihat jaringan radial dengan beban lebih bervariasi. alah satu beban dihubungkan antara fasa dengan fasa. nth-.4: aluran sistem fasa 4 kawat 400/0, mencatu beban-beban berikut: a. Mtr fasa, 5 HP, efisiensi 0,85, faktr daya 0,9 lagging; b. Oven fasa, 5 kw, faktr daya ; c. Mtr fasa, 400, HP, efisiensi 0,8, faktr daya 0,8 lagging, dihubungkan antara fasa R dan fasa. d. eban-beban fasa lain dihubungkan antara fasa dan netral: Fasa R: kw, faktr daya 0,9 lagging; Fasa : kw, faktr daya 0,9 leading; Fasa T: 4 kw, faktr daya. Hitung arus di penghantar fasa dan penghantar netral. -

13 Penyelesaian: 5 HP, η 0,85 fd fd 0,9 laging 5 kw Mtr fasa merupakan beban seimbang. aya di masingmasing fasa adalah / dari daya mtr. ( 5 / 0,85) 0,746 per fasa cs 0.9 4,9+ 0,9 j, eban tiga fasa 5 kw juga merupakan beban seimbang. aya di masing-masing fasa adalah / dari daya ttal. 5 per fasa cs,67 0 eban-beban satu fasa: HP 400 η 0,8 fd 0,8 laging kw fd 0,9 laging kw 4 kw fd 0,9 fd lead. ing R + j sin(cs 0,9) + 0,9 j0,48 j 0,9 sin(cs 0,9) j,45 T 4+ j0 Mtr satu fasa HP, 400, dengan efisiensi 0,8 dan faktr daya 0,8, yang dihubungkan antara fasa R dan, memerlukan perhatian khusus. Kita perlu menghitung daya di fasa R dan fasa T. - udaryatn udirham, istribusi Energi Listrik

14 aya yang dislurkan leh fasa R adalah: R R (/ 0,8) 0,746 0,8 R,5 cs 0,4 cs 0,8,5 6,87 R R R 0,8 8,74 6,87 edangkan: R R R ( R ) R sehingga: R R R R Maka: R 0 0 8,74 6,87,6+ j, ,74 6,87,4+ j engan demikian daya ttal masing-masing fasa dapat kita hitung, yaitu: Rttal ttal Tttal 8,66+ j,8 9,47,77 8,8+ j,67 9, 6,84 0,05+ j, 0,8,94 rus fasa dan arus netral adalah: R T 9,47,77 4,,8 0, 9, ( 6,84 0 ) 40, 6,8 0, 0,8 (, ) 44,7 08, 0, R + R + R 5,6 -

15 .4. Jaringan Tiga Fasa Tiga Kawat - Ring Kita lihat cnth berikut, di mana sebuah sumber mencatu dua beban dan beban-beban dinyatakan dalam impedansinya. nth-.5: Rangkaian fasa ring G di catu di G. eban terhubung bintang tersambung di dengan impedansi per fasa 50 7 Ω, dan di dengan impedansi per fasa 40 6 Ω. Tegangan antar fasa di G adalah, k. mpedansi saluran adalah Z G,5+ j, Ω, Z,4+j,0 Ω, dan Z G,5+j, Ω Tentukan arus di masing-masing segmen saluran, dengan referensi tegangan di G. G Gff, k,5+ j,ω,5+ j, Ω Z 50 7 terhubung Y,,4+ j Ω Z 40 6, terhubung Y Kita gunakan mdel satu fasa dan kita hitung dengan menggunakan metda tegangan simpul. mpedansi Z kita nyatakan dalam admitansi Y. -4 udaryatn udirham, istribusi Energi Listrik

16 Y Y Y Y Y G G Z G,5 0,9 4,6 ZG,5 +, +, 0,5 8,7 Z,4 + tan tan tan 0,58 5,5 7 0,0 7 Z 50 Z (,/,5) (, /,5) (/,4) Persamaan Tegangan impul dengan tegangan di G sebagai referensi adalah sebagai berikut: impul : ( Y Y ) Y Y 0, atau G + G G ( Y ) Y Y G impul : ( Y Y ) Y Y 0 atau G G + G G ( Y ) Y Y G Kita harus ingat bahwa besaran-besaran dalam persamaan ini adalah besaran kmpleks. Jika kita tuliskan persamaan ini dalam bentuk matriks, kita dapatkan ( Y G Y ) a ( Y G Y ) G G G Y Y ecara ringkas, persamaan matriks dapat kita tulis: G G G G -5

17 a a b Y a a Y Y G G G G a a dengan ; b Y ; b b ; a a G G Y Y alah satu cara penyelesaian adalah dengan eliminasi Gauss. alam perhitungan ini kita melakukan penyederhanaan, mengingat bahwa tegangan jatuh sepanjang saluran tidak akan lebih besar dari 5% selisih tegangan antara titik-titik simpul. engan pendekatan ini, impedansi dan admitansi hanya kita perhitungkan besarnya saja, tanpa memperhatikan sudut fasanya. Pendekatan ini akan memberikan kesalahan hasil perhitungan yang masih dalam batas-batas yang bisa diterima. engan mdel satu fasa dan tegangan di G sebagai referensi maka besaran jaringan adalah seperti dalam table berikut. Mdulus Y G 0.9 Y G 0.5 Y 0.58 Y 0.0 Y 0.0 G [](f-n) 76 Elemen-elemen matriks adalah: -6 udaryatn udirham, istribusi Energi Listrik

18 Eliminasi Gauss dari matriks Mdulus a 0.89 a 0.58 a 0.58 a. b 9 b 967 a a b a a b memberikan a a b 0 a b dengan a b b yang akan memberikan a ( a ( a ( b / a b a / a ) b ) a a ) engan memasukkan nilai elemen matriks kita perleh a -7

19 fn b a a b ( a ( a / a / a ) b ) a 7 40 atau ff 500 fn ( b a a fn ) 7 00 atau ff 400 erikut ini cnth satu lagi. nth-.6: iagram rangkaian berikut menunjukkan sistem fasa dengan pencatu energi di pada k. rus beban adalah seimbang dan semua faktr daya mengabil referensi tegangan di. mpedansi per fasa dicantumkan pada gambar. Faktr daya semua beban adalah lagging dengan referensi tegangan di. Hitung tegangan di dan sudut fasanya relatif terhadap tegangan di. eperti cnth sebelumnya, kita gunakan mdel satu fasa dan kita lakukan perhitungan menggunakan metda tegangan simpul. mpedansi Z kita nyatakan dalam admitansi Y Persamaan Tegangan impul dengan tegangan di sebagai referensi adalah: -8 udaryatn udirham, istribusi Energi Listrik

20 ( Y ( Y ( Y ( Y ( Y ( Y ) + ) + ) + ) Y ) Y ) Y Y Y Y atau Y Y Y Y Jika kita tuliskan dalam bentuk matriks akan kita perleh: Y Y 0 Y Y Y Y Y 0 Menggunakan mdel satu fasa, data jaringan adalah: Mdulus rad a [] 6, Y [] Y [] Y [] Y [] , fd 0.8 lagging , fd 0.8 lagging , fd 0.9 lagging engan data tersebut, elemen matriks dihitung dengan pengertian bahwa elemen matriks adalah kmpleks, persamaan matriks menjadi: -9

21 0,99-0,60 0, - 0, , - 0,7,00-0,68 0,78-0,67 0,0 0 0,78-0,67,05-0, , , ,8 Namun kita akan melakukuan perhitungan pendekatan dengan mengabaikan sudut fasa, sehingga persamaan akan berbentuk sebagai berikut. 0,99 0, 0 0,,00 0,78 0,0 0,78, Eliminasi Gauss dari matriks ini memberikan 0, , 0,95 0 0,0 0,78 0,4 ari sini diperleh tegangan-tegangan ,09 57 fn 668 atau ff fn 68 atau ff 0 60 fn 656 atau ff 0 80 Perlu kita mengerti bahwa pengabaian sudut fasa dan hanya memperhitungkan mdulus dalam pemecahan matriks persamaan jaringan, tidaklah selalu diperkenankan. Pengabaian yang kita lakukan dalam cnth di atas adalah untuk mempermudah perhitungan. -0 udaryatn udirham, istribusi Energi Listrik

22 .5. Perhitungan Elemen Matriks Kmpleks alam nth-.6. kita mengabaikan sudut fasa, baik untuk tegangan, arus, maupun admitansi. erikut ini kita melakukan perhitungan dengan memperhatikan sudut fasa, yang berarti kita harus melakukan perasi-perasi fasr / bilangan kmpleks. Karena setiap elemen matriks dinyatakan dengan menyebut mdulus dan argumennya, maka perasi-perasi bilangan kmpleks menggunakan relasi-relasi berikut: α β ( α+β) ( cs( α+β) ) + ( sin( α+β) ) tan sin( α+β) cs( α+β) α ( α β) β cs( α β) + sin( α β) tan ( / ) sin( α β) ( / cs( α β) α+ β α β ( cs+ csβ) + ( sin+ sinβ) tan sin+ sinβ cs+ csβ ( cs csβ) + ( sin sinβ) tan sin sinβ cs csβ -

23 alam perhitungan dengan menggunakan frmula-frmula ini, perlu diwaspadai situasi dimana bagian nyata dari suatu fasr bernilai negatif. Jadi fasr berada di kuadran ke- atau ke 4. alam hal demikian ini jika bagian imajinernya bernilai negatif kita akan mendapatkan fasr di kuadran ke- sedangkan bila bagian imajinernya psitif kita akan mendapatkan fasr di kuadran ke-; suatu kreksi harus dilakukan agar kita mendapatkan fasr di kuadran yang semestinya, yaitu kuadran ke- atau ke-4. nth-.7: Ulangi perhitungan pada cnth-.6 dengan memperhitungkjan sudut fasa Persamaan dalam matriks adalah: 0,99-0,60 0, - 0, , - 0,7,00-0,68 0,78-0,67 0,0 0 0,78-0,67,05-0,65 Eliminasi Gauss dari matriks ini menghasilkan 0,99 0, , - 0,7 0,95-0, ,0 0 0,78-0,67 0,4-0, , , , , ,68 5-0,76 yang memberikan (dengan sudut fasa diubah ke dalam satuan derajat): fn 64 8, atau ff fn 606 6,7 atau ff fn 6,4 atau ff 0760 ari hasil ini terlihat adanya perbedaan dengan hasil sebelumnya, namun perbedaan tersebut tidaklah besar. - udaryatn udirham, istribusi Energi Listrik

24 -