analisa gangguan 1.pptx
TRANSCRIPT
ANALISA SISTEM TENAGA
GANGGUAN PADA SISTEM TENAGA LISTRIK
ANALISA GANGGUAN1. Pendahuluan Sistem tenaga listrik pada umumnya terdiri dari pembangkit, gardu induk, jaringan transmisi dan distribusi . Berdasarkan konfigurasi jaringan, Pada sistem ini setiap gangguan yang ada pada penghantar, akan mengganggu semua beban yang ada atau apabila terjadi gangguan pada salah satu feeder maka semua pelanggan yang terhubung pada GI tersebut akan terganggu.
Apabila gangguan tersebut bersifat permanen dan memerlukan perbaikan terlebih dahulu sebelum dapat dioperasikan kembali, maka pelanggan yang mengalami gangguan pelayanan jumlahnya relatif banyak.
Suatu gangguan didalam peralatan listrik didefinisikan sebagai terjadinya suatu kerusakan di dalam sirkuit listrik yang menyebakan aliran arus listrik keluar dari saluran yang seharusnya. Gangguan ini umumnya disebabkan oleh putusnya kawat saluran transmisi sehingga terjadi hubung singkat ke tanah, pecahnya isolator atau rusaknya isolasi. Impedansi gangguan umumnya rendah, sehingga arus gangguan menjadi besar.
Selama terjadi gangguan, tegangan tiga fasa menjadi tidak seimbang dan mempengaruhi suplai ke sirkuit tiga fasa yang berdekatan. Arus gangguan yang besar dapat merusak tidak hanya peralatan yang terganggu, tetapi juga instalasi yang dilalui arus gangguan. Gangguan dalam peralatan yang penting dapat mempengaruhi stabilitas sistem tenaga listrik. Misalnya suatu gangguan pada daerah suatu pembangkit yang dapat mempengaruhi stabilitas sistem interkoneksi.
2. Komponen SimetrisKomponen-komponen yang seimbang ini dinamakan menjadi
tiga komponen urutan : a. Komponen urutan positif, yang terdiri dari tiga fasor yang sama
besarnya dan berbeda sudut fasanya 1200 dan mempunyai urutan yang sama dengan fasa aslinya.
b. Komponen urutan negatif, yang terdiri dari tiga fasor yang sama besarnya dan berbeda sudut fasanya 1200 dan mempunyai fasor urutan yang berlawanan dengan fasa aslinya.
c. Komponen urutan nol, yang terdiri dari tiga fasor yang sama simetris besarnya dan berbeda fasa nol derajat.
Impedansi urutan dapat didefinisikan sebagai suatu impedansi yang dirasakan oleh arus urutan bila tegangan urutannya dipasang pada peralatan atau sistem tersebut. Seperti juga tegangan dan arus di dalam metode komponen simetris dan tak simetris.
Impedansi yang dikenal ada tiga macam yaitu : a. Impedansi urutan positif (Z₁), yaitu impedansi yang hanya
dirasakan oleh arus urutan positif. b. Impedansi urutan negatif (Z₂), yaitu impedansi yang hanya
dirasakan oleh arus urutan negatifc. Impedansi urutan nol (Z₀), yaitu impedansi yang hanya
dirasakan oleh arus urutan nol.
Bentuk umum komponen simetrisVa = c11 V1 c + c12 V2 + c13V3 Vb = c21V1 + c22 V2 + c23 V3
Vc= c31V1 + c22 V2 + c31 V3
Dimana : C11, C12, C13, C21, … = konstanta transformasiDalam bentuk matriks :
1
3
2
1
333231
232221
131211
.VVV
CCCCCCCCC
VVV
c
b
a 2
Con’tatau, Va,b,c = CV V1,2,3 untuk tegangandan Ia,b,c = CI I1,2,3 untuk arusjadi CV dan CI mentransformasikan tegangan atau arus dari sistem a, b, c ke sistem 1, 2, 3. Harga matriks transformasi bisa sembarang, dengan syarat determinan C ≠ 0Semua bentuk transformasi itu, kecuali transformasi Kimbark mempunyai sifat : CV = CI
1. Sistem Tiga FasaDidalam sistem 3 fasa kita selalu menghadapi 3 besaran tegangan Ea, Eb, Ec dan 3 besaran arus Ia, Ib, Ic, sedang daya S dan impedansi Z dapat diturunkan dari kombinasi E dan Ib
Tiap-tiap 3 vektor (Ea, Eb, Ec) yang terletak dalam sebuah bidang datar selalu dapat dinyatakan dalam 3 buah vector yang baru (E1, E2, E3) dalam 3 persamaan simultan dengan koefisien-koefisien yang konstan seperti diberikan pada persamaan (1). Pemilihan koefien C11, C12, C13, C21, …, adalah sembarang, asal det C ≠ 0. Bila harga-harga koefisein C11,…, C33 telah ditentukan maka hubungan antara vector-vektor asal dan vector-vektor baru sudah tetap. Ini berarti bila E1, E2, E3 diketahui maka vector-vektor asal Ea, Eb, Ec dapat dicari.3. Pemilihan Koefisien
Suatu sistem yang terdiri dari 3 buah vector yang simetrik ialah bila ketiga vector itu sama besarnya dan tergeser satu terhadap yang lain sebesar 1200 atau 3600
Misalkan ketiga vector asal Ea, Eb, Ec diuraikan dalam komponen-komponen simetriknya, yaitu :
Ea = Ea1 + Ea2 + Ea0
Eb = Eb1 + Eb2 + Eb0
Ec = Ec1 + Ec2 + Ec0
dimana :Ea1 , Ea2 , Ea0 = komponen-komponen simetrik dari Ea
Eb1 , Eb2 , Eb0 = komponen-komponen simetrik dari Eb
Ec1 , Ec2 , Ec0 = komponen-komponen simetrik dari Ec
sehinggaEa1 , Eb1 , Ec1
Ea2 , Eb2 , Ec2
Ea0 , Eb0 , Ec0
Merupakan 3 pasang vector-vektor yang simetrik,lihat gambar 1
Gambar 1. Komponen-komponen urutan
4. Fasa Referensi dan Operator aPemilihan vector referensi adalah sembarang, tetapi
umumnya memilih vector fasa a sebagai sebagai referensi. Operator a
Pada sistem 3 fasa yang simetrik, ketiga vector itu sama besarnya dan tergeser 1200 satu dengan yang lain. Sebagai pengganti perputaran 1200 dipilih satu operator dengan symbol a.
a = -0,5 + j0,866a2 = ej240
= -0,5 – j0,866a3 = ej360 = 1,0 + j0a + a2 + a3 = 0
atau
120sin120cos1201120 jea j
01 2 aa
Jadi kalau fasa a dipilih sebagai fasa referensi dan dengan menggunakan operator a, maka :Vektor-vektor urutan positif : Ea1 = Ea1
Eb1 = a2Ea1
Ec1 = aEa1
Vektor-vektor urutan negatif : Ea2 = Ea2
Eb2 = aEa2
Ec2 = a2Ea2
Vektor-vektor urutan nol : Ea0 = Eb0 = Ec0
Bila diisikan harga-harga ini kedalam persamaan (3), diperoleh :
Ea = Ea1 + Ea2 + Ea0
Eb =a2Ea1 +a Ea2 + Ea0
Ec = aEa1 + a2 Ea2 + Ea0
Atau dalam bentuk matriks :
0
2
1
2
2 .11111
a
a
a
c
b
a
EEE
aaaa
EEE
4
Dari persamaan (4) dapat dicari Ea1, Ea2, Ea0 dinyatakan dalam Ea, Eb, Ec
Ea0 = 31
(Ea + Eb + Ec)
Ea1 = 31
(Ea +a Eb + a 2Ec)
Ea2 = 31
(Ea + a 2Eb + aEc)
Dalam bentuk persamaan tegangan dan arus :
021021 ; aaaaaaaa IIIIEEEE
212
0212
0 ; aaabaaab aIIaIIaEEaEE
22
1022
10 ; aaacaaac IaaIIIEaaEEE 5
)(31);(
31
00 cbaacbaa IIIIEEEE
)(31);(
31 2
12
1 cbaacbaa IaaIIIEaaEEE
)(31);(
31 2
02
2 cbaacbaa aIIaIIaEEaEE
Gangguan pada Generator yang Tidak Berbeban
Bila terjadi gangguan pada jepitan-jepitan generator pada titik P, arus urutan akan timbul, dan jatuh tegangan urutan pada titik P terhadap tanah adalah :
Va1 = Ea – Ia1 Z1 untuk urutan positifVa2 = 0 – Ia2 Z0 untuk urutan negativeVa0 = 0 – Ia0 Z0’ – In Zn untuk urutan nolVa0 = - Ia0 Z0’ – (Ia + Ib + Ic) Zn
Va0 = - Ia0 Z0’ – 3 Ia0 Zn
Va0 = - Ia0 (Z0’ + 3 Zn) = - Ia0 Z0 6
Dimana : Z0 = Z0’ + 3 Zn
Z1 = impedansi urutan positif antara N dan PZ'2 = impedansi urutan negatif antara N dan PZ0 ‘ = impedansi urutan nol antara N dan PZn = impedansi netral generator ketanah
Z0 = impedansi urutan nol antara tanah dan P
Vn = - In Zn = tegangan netral generator ketanah atau pergeseran titikNetral (Neutral Displacement)
Vn = - 3 Ia0 Zn
Vn = - Ia0 (3 Zn)
Jadi persamaan umum tegangan pada titik gangguan :
Va1 = Ea1 – Ia1 Z1
Va2 = – Ia2 Z2
Va0 = – Ia0 Z0 7
Gangguan Tiga Fasa (K – K – K) atau (K – K – K – T)
1. Hubung singkat K-K-K, Netral Generator DiketanahkanDalam komponen simetrik ada 6 besaran yang tidak diketahui :
Va1, Va2, Va0, dan Ia1, Ia2, Ia0. Jadi dibutuhkan 6 persamaan simultan. Tiga persamaan yang pertama adalah :
Va1 = Ea – Ia1 Z1
Va2 = - Ia2 Z2
Va0 = - Ia0 Z0 = Vn – Ia0 Z0’ 8Ketiga persamaan yang lain dapat diperoleh dari macam gangguan yang terjadi pada titik gangguan, untuk gangguan ini diperoleh persamaan kondisi pada titik F :
Va – Vb = 0Va – Vc = 0Ia + Ib + Ic = 0 9
Dari persamaan (8) dan (9) dapat dicari :
Va0 = 31
(Va + Vb + Vc) = Va
Jadi Va0 = Va
31
31Va1 = (Va + aVb + a2 Vc) = (1 + a + a2) Va = 0
0)1(31 2
2 aaVa
0)(31
0 cbaa IIII
atau ,
0021 aaa IVV
Dari persamaan (8) :111 ZIEV aaa
110 ZIE aa
Jadi :
11 Z
EI aa
0222 ZIV aa
atau
02 aI
Jadi arus gangguan
11 Z
EII aaf
Va0 = - Ia0 Z0
)3'( 000 naa ZZIV
Karena 00 aI Maka 00 0xZVa
Aa VV 0
Tadi telah dihitung
Bila : 1) terhingga 2) tak terhingga tidak dapat ditentukan
0Z 00 aV0Z 0aV
Hubung Singkat K-K-K-T, Titik Netral tidak DiketanahkanDalam hal ini :
(pada titik P)dan
Karena tegangan titik N dan titik P sama
Gangguan K-T1.Netral generator diketanahkan
00 aV
0nV
0aVPersamaan kondisi pada titik gangguan P ; ;Jadi :
Dan
maka
0bI 0cI
3)(
31
0a
cbaaI
IIII
3)(
31 2
1a
cbaaI
IaaIII
3)(
31 2
2a
cbaaI
aIIaII
210 aaa III
0021 aaaa VVVV
)( 021 aaa VVV
)( 2011 ZZIV aa
juga, (persamaan umum)jadi
atau
Dan
Jadi :
111 ZIEV aaa
)( 20111 ZZIZIE aaa
aa EZZZI )( 2101
0211 ZZZ
EI aa
021210 ZZZ
EIII aaaa
aa EZZZ
ZV
021
00
dan
Arus gangguan
aaaa EZZZ
ZZE
ZZZZ
EV021
02
021
11
aa EZZZ
ZV
021
22
021
2ZZZ
EII aaf
2. Netral generator tidak diketanahkan Jadi
Jadi tegangan urutan nol pada titik P = -Eₐ yaitu sama dengan tegangan generator. Karena Iₐ₀= 0, maka tidak ada jatuh tegangan urutan nol antara N dan P (Iₐ₀ Z₀’) = 0). Jadi tegangan netral N = tegangan urutan nol pada titik P
~~'3' 000 ZZZZ n
0~21
021
ZZE
III aaaa
aaa EZEV 11 .002 aV
aa
a EZZZZZ
EZV
~~
21021
00
aa EV 0
aan EVV 0
Gangguan antara dua kawat (K-K)
0aI cb II cb VV
0)(31
0 cbaa IIII
33)(
31 2
21
bbcbaa
IjIaaIaaIII
33)(
31 2
22
bbcbaa
IjIaaIaIaII
21 aa II cb VV
022
10212
aaaaaa VVaaVVaVVa
22
12 )()( aa VaaVaa
21 aa VV
atau2211 ZIZIE aaa
2121 ZZ
EII aaa
00 aI
aaa EZZ
ZVV
21
221
0aV tidak dapat ditentukan
0212
aaacbf IaIIaIII
21
3ZZ
EjI a
f
Gangguan K-K-T1. Netral generator diketanahkan
0aI
0bV0cV
3)(
31
0a
cbaaV
VVVV
31a
aV
V
32a
aV
V
021 aaa VVV
0021 aaaa IIII
)( 021 aaa III
000 ZIV aa jadi0
1
0
00 Z
VZV
I aaa
222 ZIV aa jadi1
1
2
22 Z
VZV
I aaa
102
021 )11()( aaaa VZZ
III
102
02aVZZ
ZZ atau
102
021 aa I
ZZZZ
V
111 ZIEV aaa Darimaka
11102
02 ZIEIZZZZ
aaa
aa EZZ
ZZZZZZI
)(02
0201211
atau
jadi
dan
aa EZZZZZZ
ZZI
020121
021
aaa EZZZZZZ
ZI
ZZZ
I020121
01
02
02
aaa EZZZZZZ
ZI
ZZZ
I020121
21
02
20
Arus gangguan,
Tegangan-tegangan urutan,
cbf III
)()( 022
10212
aaaaaaf IIaaIIaIIaI
021 2)( aaaf IIII
af EZZZZZZ
ZI
020121
23
aa EZZZZZZ
ZZV
020121
021
102 aaa VVV
2. Netral generator tidak diketanahkan
111 ZIEV aaa