PENGEMBANGAN ANALISIS ALIRAN DAYA DENGAN MEMPERHITUNGKAN PENGARUH KUALITAS ENERGI LISTRIK
on
Pengembangan analisa Aliran Daya …
Antonius Ibi Weking
PENGEMBANGAN ANALISIS ALIRAN DAYA DENGAN MEMPERHITUNGKAN PENGARUH KUALITAS ENERGI LISTRIK
Antonius Ibi Weking
Staff Pengajar Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Udayana
Kampus Bukit Jimbaran, Bali, 80361
Abstrak
Permasalahan kualitas energi listrik akhir-akhir ini mendapat perhatian besar berkenaan dengan meningkatnya kerugian energi listrik. Penurunan kualitas daya dalam keadaan “steady state” yang berlangsung cukup lama dapat mempengaruhi pemakaian energi listrik dari system / peralatan-peralatan distribusi.
Untuk melakukan analisis kualitas energi listrik pada sistem tenaga yang kurang baik ini, dibuatkan model analisis aliran daya dengan memperhitungkan karakteristik pemakaian energi dari komponen-komponen utamanya. Aliran daya yang dipakai adalah pengembangan metode fast decoupled untuk analisis aliran daya tiga phasa pada sistem distribusi radial.
Model pengembangan analisis aliran daya diuji pada sistem distribusi radial dengan komponen utamanya seperti saluran, transformator daya, dan motor induksi. Hasil simulasi menunjukkan bahwa pengaruh turunnya kualitas energi listrik menyebabkan meningkatnya rugi-rugi listrik pada sistem distribusi radial.
Kata kunci : Kualitas energi listrik, steady state, sistem distribusi
Energi listrik diharapkan tersedianya dalam jumlah dan kualitas yang memadai, karena mempengaruhi operasi peralatan baik disisi pelanggan maupun pengelola sistem kelistrikan. (Burke, et, al, 1990). Namun kenyataannya, sering kali energi listrik yang diterima tidak sesuai dengan yang diharapkan sehingga dapat menimbulkan rugi-rugi dan juga dapat menyebabkan kerusakan pada peralatan-peralatan listrik yang ada.
Permasalahan Power Quality dalam keadaan “steady state” ditentukan oleh beberapa hal antara lain pemadaman, faktor daya, distorsi harmonik, penurunan dan kenaikan tegangan, ketidak seimbangan tegangan (Susanto, Hermanto, 1993 dan Penangsang, ontoseno, 1995)
Dalam penelitian ini dibuatkan model analisis sistem tenaga listrik dengan mengkombinasikan metode fast decoupled untuk sistem radial dengan beban takseimbang maupun seimbang yang sudah dikembangkan sesuai dengan pengaruh kualitas energi listrik terhadap sistem peralatan distribusi (saluran, trafo, motor induksi).
Beban sangat berpengaruh pada kualitas energi listrik dari sistim tenaga listrik. Bila beban yang tidak seimbang maka kualitas energi listrik mengalami perubahan.
Dalam keadaan steady state, kualitas energi listrik ditentukan oleh.
Pemadaman merupakan masalah yang membawa dampak berbeda terhadap jenis beban
listrik. Bagi beberapa peralatan listrik pemadaman tidak membawa akibat yang berpengaruh, namun pada peralatan modern saat ini pemadaman dapat merusak perangkat keras maupun lunak.
Sebagian besar penggunaan peralatan memerlukan dua komponen arus. Arus total diuraikan dalam komponen aktif dan reaktif.
-
1. Arus aktif menghasilkan daya kerja nyata, biasanya dalam bentuk panas, cahaya atau daya mekanis. Daya tersebut adalah daya aktif yang diukur dalam satuan Watt.
-
2. Arus reaktif dibutuhkan untuk menghasilkan fluks yang diperlukan dalam operasi peralatan elektromagnetis. Tanpa fluks elektromagnetis energi tidak dapat mengalir lewat inti trafo atau menembus celah udara dalam suatu motor induksi. Daya yang dihasilkan adalah daya reaktif dalam satuan var.
Perubahan faktor daya tentu saja mempengaruh rugi-rugi daya pada saluran maupun kenerja peralatan lainnya.
Drop tegangan atau kenaikan tegangan disebabkan oleh arus (I amper) yang melalui impedansi (z ohm). Perubahaan tegangan sebesar (Δ volt) diakibatkan adanya tahanan dan reaktansi dalam suatu rangkaian. Bila V = I * Z maka dengan perubahan tegangan pada Z tetap terjadi perubahan besar arus akan mempengaruhi rugi-rugi daya komponen utama peralatan distribusi tsb.
Ketidakseimbangan tegangan disebabkan oleh ketidakseimbangan beban dimana salah satu fasa
mempunyai beban yang besar pada saluran sistim 3 phasa. Ada kalanya ketidakseimbangan tegangan diakibatkan oleh kesalahan hubungan tap trafo distribusi, tegangan suply yang tidak stabil, penyambungan power suply yang jelek, sistem transformator open delta, problem pada motor sendiri atau tidak sempurnanya capasitor bank.
Harmonik dapat terjadi karena komponen tak linier pada sistim jaringan tenaga listrik antara lain tanur busur listrik, konpensator statis untuk pengaturan daya reaktif serta peralatan elektronik seperti konveter DC dan pengaturan kecepatan motor (variable speed drive) dll. Komponen-komponen tersebut menyebabkan arus tak sinusoidal yang mengandung komponen-komponen distorsi harmonik. Distorsi harmonik ini cukup berpengaruh pada rugi daya motor induksi, transformator dan saluran
Jika tegang berubah dari V1 menjadi V1*, maka arus I2 akan berubah menjadi :
I * = V = aVι 2RR dimana, a = ratio transformator.
Dengan demikian perubahan rugi tembaga yang terjadi adalah :
ΔP = (I2')2R2 -(I2)2R2 cu 2 2eq 2 2eq
Pada transformator jenis ini tegangan pada salah satu sisi (umumnya sisi sekunder) dijaga tetap dengan mengubah penyadap pada belitan sisi primer transformator tsb.
t
V1
I2
V2 R
3. METODE ANALISIS
Gambar 2. Rangkaian transformator on load tap changer
Analisis yang dilakukan yaitu pengaruh perubahan kualitas energi listrik.
Pada pengopersian Transformator daya 3 phasa pada keadaan normal, terdapat kerugian yaitu meliputi rugi tembaga (Pcu) dan rugi inti besi ( rugi-rugi eddy dan rugi histerisis).
-
3.1.1 Pengaruh Pada Transformator
-
3.1.1.1 Rugi Tembaga (Pcu)
-
Secara umum rugi tembaga (Pcu) dinyatakan sbb : Pcu = i2R2eq
Sehingga untuk suatu kVA yang konstan besar arus adalah sebagai berikut :
I = kVA
2 3*V2
dimana : kVA = Kapasitas trafo 3 phasa
V2 = Tegangan phasa sisi sekunder
I1
V1
J-
I
![](https://jurnal.harianregional.com/media/1584-2.png)
R
Jika terjadi penurunan tegangan pada sisi primer, maka penyadap akan turun untuk menjaga agar tegangan pada sisi sekunder tetap. Sehingga jumlah belitan primer turun, yang berarti impedansi belitan primer turun. Rugi tembaga yang terjadi adalah :
P = 3I,2Ri cu 1 1
Untuk mengetahui antara rugi histerisis dan rugi Eddy Current terhadap rugi besi total tergantung dari bahan inti seperti pada tabel 1 berikut :
Tabel 1. Perbandingan rugi histerisis dan eddy current
Ph/Ptot |
Pe/Ptot | |
Oriented steel |
0,5 |
0,5 |
Non-Oriented steel |
0,7 |
0,3 |
Ph/Ptot = perbandingan rugi hiterisis terhadap besi rugi total.
Pe/Ptot = perbandingan rugi eddy terhadap rugi besi total.
Rugi-rugi histerisis dapat dinyatakan dengan
Ph = khfB
Gambar 1. Rangkaian transformator off load tap changer
Pada beban dengan model impedansi yang konstan, maka jika terjadi penurunan tegangan akan terjadi penurunan arus pula. Hal ini menyebabkan rugi tembaga transformator tanpa pengubah penyadap menjadi turun seiring dengan penurunan arus pada belitannya.
Jika diketahui : E = -4,44f Nφm dan v=1,6
Maka : Bm = E∕(4,44fNA)
Sehingga : Ph = khE1∙6f1∙6
Pada saat Enommaka didapat Phnom
Pada saat E menjadi E*, maka rugi histerisis menjadi:
P
P
hnom
h
E
1,6
(E*)1,6
nom
Sedangkan rugi arus eddy dapat dinyatakan dengan persamaan :
P = k f2B 2
eem
Maka : Bm = E∕(4,44fNA) , Pe = Penom
E*
E
nom
2
Total rugi daya adalah :
P = P* + P* + P*
cu h e
Pada pengopersian motor induksi 3 phasa pada
keadaan normal, terdapat kerugian meliputi tembaga pada satator dan rotor, rugi inti besi, gesek dan angin serta rugi stray.
Besar dari torsi induksi dinyatakan sbb :
rugi rugi
T = -E2 ωs
r2
s
2
∆V = I*Z
Sehingga pengaruh perubahan tegangan dari V menjadi V* akan mempengaruhi drop tegangan yang baru dan rugi-rugi penyaluran/konduktor :
Pcu = i2 R
Ketidakseimbangan tegangan pada sistem distribusi 3 phasa umumnya diakibatkan oleh adanya beban 1 phasa yang besar pada saluran sistem 3 phasa.
Analisa motor induksi tiga phasa pada kondisi tegangan tidak seimbang dilakukan dengan menyatakan tegangan yang tidak seimbang menjadi urutan positif dan komponen urutan negatif yaitu sebagai berikut :
Ea + Eb + Ec
Ep = 3
Bila terjadi perubahan tegangan E manjadi
E*
maka terjadi perubahaan pada slip menjadi S* dan perubahaan arus menjadi I*.
Daya output motor (Pout) akibat perubahan tegangan manjadi :
P * = (τ *)2R2∕
ag 2 s
Pconv* = P.g* (1 - s*) atau
Pconv* = 2n(1 - s*) ns T .
P = P *-(p k + Pf )
out conv gesek fe
Rugi-rugi daya yang lain :
P =s*p * cu rotor ag
P ,, = 3(i,*)2Ri cu stator 1 1
2
Pfe = — (E*)
R
c
P . = P + P + P total cu rotor cu stator fe
P = P . + P input total out
3
Masing-masing komponen diterapkan pada rangkaian ekivalen yang bersangkutan sehingga diperoleh arus urutan positif dan negatif.
Slip rotor didefenisikan sebagai berikut :
S = ωs - ω
ωs
Komponen urutan negatif membangkitkan medan berputar dengan arah berlawanan sehingga slip akibat urutan negatif S diperoleh sebagai berikut :
S* = ωs ωr = 1 + bl = 2 -B12Bl= 2-s ωs ωs ωs
Dimana s slip akibat urutan positif.
Torsi urutan positif :
dengan :
P ag
P conv
R2
τ. , ind
η.
P
s
fe
RC
= daya celah udara
= daya mekanis pada rotor
= resistensi ekivalen rangkaian rotor
= torsi induksi
= kecepatan sinkron
= rugi besi
= resistensi magnetisasi
Tep = 3 Ep2 p ωs
Torsi urutan negatif sbb:
T = —E 2 en n
ωs
r2 s 2
2
2
Effisiensi motor induksi :
P
η = ^x100%
P in
Pengaruh beban terhadap jatuh tegangan dapat berbeda tergantung juga pada kondisi beban.
Torsi total : Ttotal = Tep+ Ten
Daya celah udara urutan positif
P= ω T agp s ep
Daya celah udara urutan negatif
P= ω T agn s en
Totalnya adalah :
P = P + P ag agp agn
Kerugian daya di rotor :
Prp = sPagp ; Prn = (2 - s) Pagn
2 r2 2 r2
Pagp I2 s ; Pagn I2 2 - s
Rugi-rugi daya stator :
2
P cu rotor I R 1
Adanya ketidakseimbangan tegangan disebabkan karena adanya ketidakseimbangan beban menimbulkan arus urutan negatif dan nol. Arus harmonik ketiga pada dasarnya merupakan arus urutan nol dimana faktor distrorsi akibat ketidakseimbangan tegangan diassumsikan sebagai timbulnya harmonik urutan ketiga. Dan dilakukan pertambahan rugi-rugi akibat harmonik ini seperti persamaan berikut ini.
. f I Λ2
ΔP = R ∙ I2(CDF)2 = R∣ -n- I
I I1 J
![](https://jurnal.harianregional.com/media/1584-3.png)
∆Pht
ΔPtot = ΔPcu +ΔPht +ΔPet
dimana I — I merupakan faktor distorsi yang 111J
diperoleh.
Akibat beban yang tidak seimbang pada saluran tegangan rendah empat kawat, menyebabkan bertambahnya rugi daya dan drop tegangan pada saluran. Karena ketidakseimbangan beban adalah sumber arus urutan nol dan negatif pada jaringan yang dikirim pelanggan sehingga muncul ketidaksimetrisan dan menambah simpang tegangan. Rugi daya dapat diekspresikan dengan komponen simetri.
Ploss = 3I2R1 + 3¾1 + 3I2Ro
dengan R1,R2,R0 = resistansi urutan positif, negatif dan nol.
Dalam keadaan simetri : PSL - 3I2R1
Dalam analisa harmonisa sistem tiga phasa, harmonisa ditinjau dari komponen simetris. Harmonisa ketiga dengan kelipatannya (triplen harmonic), meskipun harmonisa ini tidak begitu besar, namun keberadaannya dalam sistem perlu dipertimbangkan.
Motor Induksi Polyphase yang dioperasikan pada tegangan yang tidak sinusoidal murni mempunyai rugi-rugi normal dan tambahan rugi-rugi akibat harmonik. Rugi-rugi tersebut adalah sbb : a. Rugi Inti
Rugi ini bertambah akibat dari kerapatan flux yang lebih besar. Pertambahan rugi ini kecil dan dapat diabaikan dalam perhitungan rugi-rugi total.
-
b. Rugi Gesekan dan Rugi Stray.
Rugi gesekan merupakan rugi yang tidak dipengaruhi oleh bentuk tegangan rugi stray meliputi : Rugi rotor zig-zag, Rugi stator dan Rugi rotor.
-
c. Rugi pada Kumparan Stator.
Rugi I2R pada stator diberikan oleh persamaan yang umum dan ditambah rugi-rugi tambahan untuk memperhitungkan rugi-rugi akibat arus harmonik. P1= 3Rs(Is)2[1 + THD2]
-
d. Rugi pada kumparan rotor akibat harmonik.
Rugi harmonik rotor merupakan rugi terbesar yang diakibatkan oleh arus harmonik. Untuk harmonik ke -n rugi diberikan sebagai berikut :
P = 3Rr(Ir)2 n nn
Jumlah rugi-rugi dari seluruh harmonik yaitu:
P1 = 3Rr(Ir)2[I + THD2]
Untuk mendapatkan arus injeksi dari beban tak linier dapat dicari dengan menggunakan persamaan
Ih = (Is)(Ih)
dengan :
Is = arus nominal konverter statis
Ih = faktor harmonisa dalam pu.
Secara umum rugi arus pusar dapat dinyatakan dengan persamaan:
Pe = kef2Bm2
jika Pe1 adalah kerugian arus pusar pada frekuensi dasar (50 Hz) dan kerapatan medan magnet sebanding dengan arus,maka:
Pe1 = ae (5O)2I∣2
rugi arus pusar akibat harmonik ke n adalah:
Pen = ae (50n)2I12
rugi histerisis dapat dinyatakan dengan persamaan umum:
Ph = khfBmv
dengan cara serupa kerugian histerisis akibat harmonik ke n dapat dinyatakan dengan:
Peh = an (50)nInv
jika Pe1 dan Ph1 adalah rugi-rugi histerisis dan arus pusar pada frekuensi dasar, maka dengan superposisi rugi-rugi total arus pusar adalah:
![](https://jurnal.harianregional.com/media/1584-5.png)
sedangkan rugi-rugi histerisis total adalah:
v
~, < I 1
Pht = Pht ∑ n∣≠∣
n=2 ^ Iι J
pengaruh harmonik terhadap rugi-rugi tembaga transfomator dapat dihitung besarnya dengan rumus umumnya sebagai berikut:
~
p =yr i
cu n
n = 1
dengan:
In = arus maksimum harmonik ke n (n=1 adalah fundamental)
Rn = tahanan transformator pada harmonik ke n
dalam keadaan tahanan Rn kostan (tidak tergantung frekuensi), maka rugi tembaganya adalah:
Pcu = R ∑RI12 (1 + (CDF)2)
n=1
dengan: CDF = koefisien faktor distorsi
Pengaruh lain aliran arus harmonisa menyebabkan drop tegangan di antara rangkain impedansi.
~~
ΔV = ∑InZn ; ΔV = ∑In (R + j2πfnL).
n=1 n=1
Untuk beban nonlinier akan terjadi distorsi harmonisa dimana secara garis besar terdapat dua pengaruh. Pengaruh Pertama dapat meningkatkan nilai rms gelombang arus yaitu :
M
Σ (In)2Rn n=2
Pengaruh kedua adalah aliran harmonisa menyebabkan drop tegangan diantara rangkaian impedansi.
Perancangan perangkat lunak adalah kombinasi pemograman harmonisa bila ada beban non linier (Duffey Christoper), yang digabungkan dengan analisis pemograman fast decoupled (Zimmerman) untuk beban tak seimbang dengan memasukkan unsur kualitas energi listrik menjadi satu model perangkat lunak. (gambar 3)
![](https://jurnal.harianregional.com/media/1584-6.jpg)
Data : > Beban, > Z saluran > dll
![](https://jurnal.harianregional.com/media/1584-7.jpg)
![](https://jurnal.harianregional.com/media/1584-8.png)
S+S*%perb.
Gambar 3. Model Pengembangan Analisis Aliran Daya
Keterangan pemodelan dengan langkah-langkah sbb: 1. Cek Data beban dan saluran
-
2. Data tegangan, beban seimbang atau tidak S+S*%perb( %perubahan beban tak seimbang) S=PL+jQL
-
3. Set Tegangan source dan pertama tegangan beban diassumsi 1pu.
VS = VS +∆VS
∆VS = VS * % naik turun tegangan
VS = Tegangan sumber diinputkan
-
4. Hitung arus injeksi yang akan digunakan dari semua peralatan kalau ada konverter/inverter maka hitung dulu arus total injeksi harmonisa. Didapat arus injeksi kesuatu cabang.
Ih=Is*fh ;
∑ Ih=∑ Ih + %perb Ik’=IGK+ICK+ILK-∑IL-∑Ih
IL
P + jQ
3*V
-
5. Perhitungan metode fast decopled tiga phasa
-
6. Didapat tegangan dan arus tiga phasa.
-
7. Perhitungan pada saluran
-
8. Perhitungan pada motor induksi dan trafo.
-
9. Kembali kelangkah 2, 3 atau 4
Perhitungan Saluran :
-
1. PLoss = I2R (termasuk bila ada harmonisa)
-
2. Jatuh tegangan ∆V = I * Z
-
3. Pf = cos θ =faktor daya
-Dalam keadaan seimbang = Ptotal/Sc
Reaktansi Stator (X1) = 1,15 Ohm
Reaktansi Rotor (X2) = 1,15 Ohm
Windage & Friction Loss = 220 Watt
Stray – load loss = 120 Watt
P1 +Σ VHIHcos φH
Pf = (P1 + PH) = H=1_____________
S Ts2TsT
Dimana : SC = VC* IC
VC = √ (V,2 + Vb2 + Vc2)∕3
IC = T(IFTibTr2)TJ
Gambar 4. Sistem distribusi radial
Untuk menguji kualitas energi listrik diambil data (Zimmerman), data transformator dan data motor listrik sbb :
a.
b
Data Transformator : Transformator tiga fasa Tegangan Primer Tegangan Sekunder Rugi Besi Normal Resistensi Ekiv. Sek Oriented Steel (Ph : Pe) Daya Beban per Fasa
= 2000 KVA
= 6.3 KV
= 400 Volt
= 2532 Watt
= 0.0003 Ohm/fasa
= 0.5 : 0.5
= 100% KVA Nom.
Motor induksi tiga phasa (wound rotor Y-Y) :
Daya motor induksi Tegangan antar phasa Frekuensi
Jumlah kutup Arus nominal Torsi nominal
Resistansi stator (R1)
Resistansi rotor (R2) Resist. Magnetisasi (Rc)
= 15 HP
= 440 volt
= 50 Hz
= 8
= 26 Ampere
= 147 Nm
= 0,52 Ohm
= 0,634 Ohm
= 360 Ohm
Bus |
KV |
Phasa A |
Phasa B |
Phasa C | |||
kW |
kVar |
kW |
kVar |
kW |
kVar | ||
HVPLN |
20 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
HV-01 |
20 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
HS101 |
20 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
MS101 |
6.3 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
MV101 |
6.3 |
2150 |
400 |
2150 |
400 |
2150 |
400 |
LV101 |
0.4 |
900 |
550 |
900 |
550 |
900.0 |
550 |
HS201 |
20 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
MS201 |
20 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
MV301 |
20 |
3900 |
3000 |
3900 |
3000 |
3900 |
3000 |
LV301 |
20 |
1500 |
750 |
1500 |
750 |
1500 |
750 |
MV601 |
20 |
1550 |
500 |
1550 |
500 |
1550 |
500 |
LV601 |
20 |
1600 |
800 |
1600 |
800 |
1600 |
800 |
-
• Dalam pengujian ini transformator diletakkan pada saluran MV101 dan LV101
-
• Untuk pengujian Motor Induksi dipasang pada bus LV101
-
• Saluran yang akan diuji adalah MV101 dan LV101
-
• Assumsi Konverter dipasangankan pada bus MV101
Tabel 3. Data Impedansi Saluran
Saluran |
Zaa |
(pu) |
Zbb |
(pu) |
Zcc |
(pu) |
Zab |
(pu) |
Zac |
(pu) |
Zbc |
(pu) |
Re |
Im |
Re |
Im |
Re |
Im |
Re |
Im |
Re |
Im |
Re |
Im | |
HVPLN-HV-01 |
0.0001 |
0.0003 |
0.0001 |
0.0003 |
0.0001 |
0.0003 |
0.00003 |
0.00008 |
0.00003 |
0.00008 |
0.00003 |
0.00008 |
HV-01 - HS101 |
0.0011 |
0.0022 |
0.0011 |
0.0022 |
0.0011 |
0.0022 |
0.00020 |
0.00050 |
0.00020 |
0.00050 |
0.00020 |
0.00050 |
HS101 - MS101 |
0.0002 |
0.0003 |
0.0002 |
0.0003 |
0.0002 |
0.0003 |
0.00003 |
0.00003 |
0.00003 |
0.00003 |
0.00003 |
0.00003 |
MS101 - MV101 |
0.0062 |
0.0005 |
0.0062 |
0.0005 |
0.0062 |
0.0005 |
0.00040 |
0.00060 |
0.00040 |
0.00060 |
0.00040 |
0.00060 |
MV101- LV101 |
0.0082 |
0.0097 |
0.0082 |
0.0097 |
0.0082 |
0.0097 |
0.00002 |
0.00004 |
0.00002 |
0.00004 |
0.00002 |
0.00004 |
HV-01 - HS201 |
0.0008 |
0.0017 |
0.0008 |
0.0017 |
0.0008 |
0.0017 |
0.00005 |
0.00040 |
0.00005 |
0.00040 |
0.00005 |
0.00040 |
HS201 - MS201 |
0.0001 |
0.0001 |
0.0001 |
0.0001 |
0.0001 |
0.0001 |
0.00003 |
0.00003 |
0.00003 |
0.00003 |
0.00003 |
0.00003 |
MS201 - MV301 |
0.0062 |
0.0212 |
0.0062 |
0.0212 |
0.0062 |
0.0212 |
0.00100 |
0.00250 |
0.00100 |
0.00250 |
0.00100 |
0.00250 |
MV301 - LV301 |
0.0900 |
0.1286 |
0.0900 |
0.1286 |
0.0900 |
0.1286 |
0.02000 |
0.05000 |
0.02000 |
0.05000 |
0.02000 |
0.05000 |
MS201 - MV601 |
0.0062 |
0.0212 |
0.0062 |
0.0212 |
0.0062 |
0.0212 |
0.00100 |
0.00150 |
0.00100 |
0.00150 |
0.00100 |
0.00150 |
MV601- LV601 |
0.0677 |
0.0938 |
0.0677 |
0.0938 |
0.0677 |
0.0938 |
0.00200 |
0.01000 |
0.00200 |
0.01000 |
0.00200 |
0.01000 |
Tabel 4. Faktor Pengali (fh) dari arus harmonisa Pada Xc = 0.12 dan α=300
Harmonic |
Pu Value |
Harmonic |
Pu Value |
1 |
1.000 | ||
5 |
0.192 |
29 |
0.014 |
7 |
0.132 |
31 |
0.012 |
11 |
0.073 |
35 |
0.011 |
13 |
0.057 |
37 |
0.010 |
17 |
0.035 |
41 |
0.009 |
19 |
0.027 |
43 |
0.008 |
23 |
0.020 |
47 |
0.008 |
25 |
0.016 |
49 |
0.007 |
The magnitude of the harmonic current in a 12 pulse converter that are show in bold type are normally take as 10% of the six pulse value. |
-
5.2 Hasil Simulasi
-
5.2.1 Sistem Diberi Beban Takseimbang pada bus
-
LV 101.
Dalam pengertian beban phasa A diassumsikan diturunkan 20 %, phasa B tetap dan phasa C dinaikkan 20 %, ternyata memberikan hasil yang berbeda bila sistem dalam keadaan seimbang. Hasil tersebut dapat dilihat dalam tabel 5 dan 6.
Untuk pengujian Motor Induksi dipasang pada bus LV101 dengan menaikkan dan menurunkan tegangan sumber sampai 20 % . Hasil simulasi memberikan gambaran efek tersebut terhadap rugi-rugi sistem seperti dalam tabel 7.
Tabel 5. Tegangan Dari Beban Tak Seimbang (20%) Pada Bus LV101
Bus |
Zab |
(pu) |
Zac |
(pu) |
Zbc |
(pu) |
Re |
Im |
Re |
Im |
Re |
Im | |
HVPLN |
1.00003 |
0.00000 |
1.00003 |
0.00000 |
1.00003 |
0.00000 |
HV-01 |
0.99991 |
0.00009 |
0.99991 |
0.00009 |
0.99991 |
0.00009 |
HS101 |
0.99975 |
0.00026 |
0.99975 |
0.00025 |
0.99976 |
0.00025 |
MS101 |
0.99972 |
0.00028 |
0.99973 |
0.00027 |
0.99974 |
0.00027 |
MV101 |
0.99924 |
0.00023 |
0.99927 |
0.00024 |
0.99930 |
0.00025 |
LV101 |
0.99894 |
0.00034 |
0.99902 |
0.00033 |
0.99910 |
0.00032 |
HS201 |
0.99950 |
0.00042 |
0.99950 |
0.00042 |
0.99950 |
0.00042 |
MS201 |
0.99945 |
0.00044 |
0.99945 |
0.00044 |
0.99945 |
0.00043 |
MV301 |
0.99658 |
0.00265 |
0.99658 |
0.00265 |
0.99658 |
0.00265 |
LV301 |
0.98913 |
0.00756 |
0.98913 |
0.00756 |
0.98913 |
0.00756 |
MV601 |
0.99830 |
0.00175 |
0.99830 |
0.00175 |
0.99830 |
0.00175 |
LV601 |
0.99415 |
0.00424 |
0.99415 |
0.00424 |
0.99415 |
0.00424 |
Tabel 6. Arus Dari Beban Tak Seimbang (20%) Pada Bus LV101
Saluran |
Zaa |
(pu) |
Zbb |
(pu) |
Zcc |
(pu) |
Re |
Im |
Re |
Im |
Re |
Im | |
HVPLN-HV-01 |
0.236123 |
-0.123350 |
0.232517 |
-0.121145 |
0.228911 |
-0.118941 |
HV-01 - HS101 |
0.064649 |
-0.021237 |
0.061043 |
-0.019033 |
0.057438 |
-0.016829 |
HS101 - MS101 |
0.064649 |
-0.021237 |
0.061043 |
-0.019033 |
0.057438 |
-0.016829 |
MS101 - MV101 |
0.064649 |
-0.021237 |
0.061043 |
-0.019033 |
0.057438 |
-0.016829 |
MV101- LV101 |
0.021619 |
-0.013221 |
0.018014 |
-0.011017 |
0.014410 |
-0.008813 |
HV-01 - HS201 |
0.171473 |
-0.102112 |
0.171473 |
-0.102112 |
0.171473 |
-0.102112 |
HS201 - MS201 |
0.171473 |
-0.102112 |
0.171473 |
-0.102112 |
0.171473 |
-0.102112 |
MS201 - MV301 |
0.108319 |
-0.075810 |
0.108319 |
-0.075809 |
0.108319 |
-0.075809 |
MV301 - LV301 |
0.030212 |
-0.015396 |
0.030212 |
-0.015396 |
0.030212 |
-0.015396 |
MS201 - MV601 |
0.063154 |
-0.026303 |
0.063154 |
-0.026303 |
0.063154 |
-0.026302 |
MV601- LV601 |
0.032119 |
-0.016231 |
0.032119 |
-0.016231 |
0.032119 |
-0.016231 |
Tabel 7. Rugi-Rugi Motor Induksi Akibat Naik-Turun Tegangan
UpDn |
Slip |
Pfe |
PcuRt |
PcuSt |
Ploss |
Pin |
Pout |
Eff |
-20% |
0.088 |
283.89 |
1266.54 |
1038.80 |
2929.22 |
15703.88 |
12774.66 |
0.8135 |
-15% |
0.075 |
320.48 |
1074.57 |
881.35 |
2616.40 |
15464.41 |
12848.01 |
0.8305 |
-10% |
0.066 |
359.29 |
928.26 |
761.35 |
2388.89 |
15283.55 |
12894.66 |
0.8437 |
-5% |
0.058 |
400.32 |
812.78 |
666.64 |
2219.74 |
15145.52 |
12925.78 |
0.8534 |
0% |
0.051 |
443.57 |
719.32 |
589.98 |
2092.87 |
15040.20 |
12947.32 |
0.8608 |
5% |
0.046 |
489.04 |
642.21 |
526.73 |
1997.97 |
14960.63 |
12962.66 |
0.8665 |
10% |
0.042 |
536.72 |
577.59 |
473.73 |
1928.03 |
14901.87 |
12973.83 |
0.8706 |
15% |
0.038 |
586.62 |
522.75 |
428.75 |
1878.12 |
14860.26 |
12982.14 |
0.8736 |
20% |
0.034 |
638.74 |
475.72 |
390.18 |
1844.63 |
14833.05 |
12988.41 |
0.8756 |
Pengujian dilakukan dengan membuat simulasi pembebanan tidakseimbang 5% s/d 20 %. Hasil simulasi memberikan gambaran efek tersebut terhadap rugi-rugi sistem seperti dalam tabel 8.
Pengujian dilakukan dengan menaikkan THD arus dari 5% s/d 20% dengan assumsi converter 6 pulsa dipasangankan pada bus MV101. Dari Hasil simulasi memberikan gambaran efek tersebut terhadap rugi-rugi sistem seperti dalam tabel 9.
Tabel 8. Rugi-Rugi Motor Induksi Akibat Ketidakseimbangan Tegangan
UnBl |
Slip |
Pfe |
PcuRt |
PcuSt |
Ploss |
Pin |
Pout |
Eff |
0 |
0.051 |
443.57 |
719.32 |
589.98 |
2092.87 |
15040.20 |
12947.32 |
0.8608 |
5% |
0.051 |
443.94 |
742.07 |
608.64 |
2134.64 |
15070.89 |
12936.25 |
0.8584 |
10% |
0.051 |
445.05 |
810.3 |
664.6 |
2259.94 |
15162.98 |
12903.04 |
0.851 |
15% |
0.051 |
446.9 |
924.02 |
757.87 |
2468.78 |
15316.45 |
12847.67 |
0.8388 |
20% |
0.051 |
449.48 |
1083.22 |
888.45 |
2761.15 |
15531.32 |
12770.17 |
0.8222 |
Tabel 9. Rugi-Rugi Motor Induksi Harmonisa
Har |
Slip |
Pfe |
PcuRt |
PcuSt |
Ploss |
Pin |
Pout |
Eff |
0 |
0.051 |
443.57 |
719.32 |
589.98 |
2092.87 |
15040.20 |
12947.32 |
0.8608 |
5% |
0.051 |
443.57 |
719.34 |
589.99 |
2092.87 |
15040.20 |
12947.32 |
0.8608 |
10% |
0.051 |
443.57 |
719.35 |
590.00 |
2092.87 |
15040.20 |
12947.32 |
0.8608 |
15% |
0.051 |
443.57 |
719.37 |
590.02 |
2092.88 |
15040.21 |
12947.32 |
0.8608 |
20% |
0.051 |
443.57 |
719.39 |
590.04 |
2092.88 |
15040.21 |
12947.32 |
0.8608 |
Dalam pengujian ini transformator diletakkan pada saluran MV101 dan LV101.
Tabel 10. Rugi-Rugi Trafo Akibat Naik-Turun Tegangan
UpDn |
Pcu |
Pe |
Ph |
Ptot |
Drop V |
(Watt) |
(Watt) |
(Watt) |
(Watt) | ||
-20% |
12916.03 |
810.24 |
885.89 |
14612.2 |
0.008358 |
-15% |
11441.19 |
914.69 |
976.12 |
13332.0 |
0.008357 |
-10% |
10205.26 |
1025.46 |
1069.60 |
12300.3 |
0.008356 |
-5% |
9159.29 |
1142.57 |
1166.25 |
11468.1 |
0.008355 |
0 |
8266.26 |
1266.00 |
1266.00 |
10798.3 |
0.008354 |
5% |
7497.74 |
1395.77 |
1368.79 |
10262.3 |
0.008353 |
10% |
6831.62 |
1531.86 |
1474.56 |
9838.0 |
0.008352 |
15% |
6150.48 |
1674.29 |
1583.25 |
9508.0 |
0.008352 |
20% |
5740.46 |
1823.04 |
1694.82 |
9258.3 |
0.008351 |
Tabel 11. Rugi-Rugi Trafo Akibat Ketidakseimbangan Tegangan
UnBl |
Pcu |
Pe |
Ph |
Ptot |
Drop V |
(Watt) |
(Watt) |
(Watt) |
(Watt) | ||
0 |
8266.26 |
1266.00 |
1266.00 |
10798.3 |
0.008354 |
5% |
8273.13 |
1268.11 |
1267.01 |
10808.26 |
0.008354 |
10% |
8293.76 |
1274.44 |
1270.05 |
10838.25 |
0.008354 |
15% |
8328.13 |
1284.99 |
1275.12 |
10888.25 |
0.008355 |
20% |
8376.26 |
1299.76 |
1282.24 |
10958.25 |
0.008357 |
Dalam sistem diiuji pada saluran MV101 dan LV101 dimana dalam simulasi tegangan dinaikkan maupun diturunkan dan juga dibuat tak seimbang antar phasa. Dari pengujian didapatkan hasil sebagai berikut :
Tabel 13. Rugi-Rugi Saluran Akibat Naik turun V
UpDn |
P |
Q |
Drop V |
Pf |
Watt |
Var |
Volt | ||
-20% |
858.02 |
1014.9 |
0.32155 |
0.8527 |
-10% |
677.4 |
801.3 |
0.32153 |
0.8529 |
0% |
548.4 |
648.9 |
0.32152 |
0.8529 |
10% |
543.2 |
536.1 |
0.32149 |
0.8530 |
20% |
385.7 |
450.3 |
0.32148 |
0.8530 |
Tabel 14. Rugi – Rugi Saluran Akibat Ketidakseimbangan Tegangan
UnBl |
P Watt |
Q Var |
Dp V |
Pf | ||
Vr |
Vs |
Vt | ||||
5% |
549.4 |
649.9 |
0.1125 |
0.1072 |
0.1018 |
0.858 |
10% |
552.1 |
653.1 |
0.1179 |
0.1072 |
0.0964 |
0.851 |
15% |
556.7 |
653.8 |
0.1232 |
0.1072 |
0.0911 |
0.839 |
20% |
563.1 |
666.2 |
0.1286 |
0.1072 |
0.0857 |
0.822 |
Tabel 15. Rugi – Rugi Saluran Akibat Harmonisa
Tabel 12. Rugi-Rugi Transformator Akibat Harmonisa
Har |
Pcu |
Pe |
Ph |
Ptot |
Drop V |
(Watt) |
(Watt) |
(Watt) |
(Watt) | ||
0 |
8266.26 |
1266.00 |
1266.00 |
10798.30 |
0.008354 |
5% |
8266.34 |
1266.48 |
1266.27 |
10799.09 |
0.008355 |
10% |
8266.48 |
1266.92 |
1266.59 |
10799.99 |
0.008355 |
15% |
8267.12 |
1267.44 |
1267.05 |
10801.61 |
0.008356 |
20% |
8267.36 |
1267.92 |
1267.12 |
10802.30 |
0.008357 |
Har |
P Watt |
Q Var |
Drop V Volt |
Pf |
0% |
548.40 |
648.90 |
0.32152 |
0.8529 |
5% |
548.61 |
648.90 |
0.32154 |
0.8529 |
10% |
549.02 |
648.90 |
0.32160 |
0.8529 |
15% |
549.57 |
648.90 |
0.32167 |
0.8528 |
20% |
550.23 |
648.90 |
0.32176 |
0.8528 |
Pengujian dilakukan pada sistem secara keseluruhan untuk melihat pengaruh kualitas energi listrik pada sistem.
Tabel 16. Rugi-Rugi Sistem Akibat Turun-NaikTegangan
UpDn |
P |
Q |
Drop V |
KWatt |
KVar |
Volt | |
-20% |
95.758 |
200.161 |
763.383 |
-10% |
75.338 |
157.504 |
763.289 |
0% |
60.839 |
127.207 |
763.195 |
10% |
50.168 |
104.905 |
763.125 |
20% |
42.084 |
88.006 |
763.054 |
Tabel 17. Rugi-Rugi Sistem Akibat Ketidakseimbangan Beban
UnBl |
P KWatt |
Q KVar |
Drop V Volt |
0% |
60.839 |
127.207 |
763.195 |
5% |
60.841 |
127.209 |
763.195 |
10% |
60.846 |
127.213 |
763.195 |
15% |
60.855 |
127.220 |
763.195 |
20% |
60.867 |
127.230 |
763.195 |
Tabel 18. Rugi-Rugi Sistem Akibat Harmonisa
Har |
P KWatt |
Q KVar |
Drop V Volt |
0% |
60.839 |
127.207 |
763.195 |
5% |
60.839 |
127.207 |
763.195 |
10% |
60.839 |
127.207 |
763.195 |
15% |
60.839 |
127.207 |
763.195 |
20% |
60.839 |
127.207 |
763.195 |
Dari hasil analisa dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
-
1. Pengembangan metode analisis aliran daya ini dapat menghitung rugi-rugi daya dengan memperhitungkan rugi-rugi daya secara terpadu.
-
2. Hasil dari simulasi menunjukkan bahwa penurunan tegangan pada sumber ternyata menimbulkan kerugian total daya yang cukup besar. Hal ini terjadi karena dengan menurunnya tegangan sumber maka menurun pula tegangan beban menyebabkan timbul arus yang besar.
-
3. Faktor distorsi harmonisa menimbulkan juga kerugian sistem walaupun kecil ini sangat tergantung besar distorsi pada sistem, sehingga kurang begitu mempengaruhi kerugian daya.
-
4. Ketidakseimbangan beban menyebabkan ketidak-seimbangan tegangan. Bila dianalisis ketidak-seimbangan pada satu saluran saja menimbulkan ketidakseimbangan tegangan yang kecil dan sedikit mempengaruhi besar rugi daya pada sistem.
-
5. Pengaruh gangguan kualitas energi listrik terhadap rugi-rugi energi listrik cenderung meningkat pada saluran, transformator dan motor induksi. Penaruh ini menyebabkan menurunnya faktor daya dan drop tegangan meningkat.
Pengaruh buruknya kualitas energi listrik secara umum meningkatkan rugi-rugi sistem maka perlu diperhatikan. Dengan makin berkembangnya sistem secara keseluran maka perlu adanya pengembangan analisis aliran daya seperti untuk jaringan non radial terhadap kualitas energi listrik.
-
[1] Bishop, M,T., Evaluating Harmonic-Induced Transformer Heating, IEEE Transaction on Power Delivery, Vol 11, No1, January 1996.
-
[2] Burke, James j, Griffith, david., Ward J., Power Quality-Two Different Prespective, IEEE Transaction on Power Delivery, Vol. 5, No. 3, July 1990.
-
[3] Czarnecki, Leszek S., Power Relatted in Three-Phase Unbalanced System., IEEE Transaction on Power Delivery, Vol. 10, No. 3, July 1995, Hal 116.
-
[4] Duffey, Christopher, K and Ray P. Stratford., Update of Harmonic Standar IEEE 519; IEEE Recommended Practice and Requirements for Harmonic Control in Electrica Power System, IEEE Trans Power Apparatus and System, Vol. 25 No. 6, November 1989.
-
[5] Emanuel Eigeles, A. “On The Definition Of Power Factor and Apparent Power In Unbalance Poly Circuit With Sinusoidal Voltage and Current”., IEEE Transaction on Power Delivery, Vol 8, No.8, 1996.
-
[6] Hermanto, Bambang., Phenomena Harmonik di Sistem Tenaga Listrik : Masalah, Penyebab dan Usaha Mengatasinya, Majalah Energi & Listrik Vol. VI no. 2, Juni 1996, hal 9.
-
[7] Kazibwe, Wilson E., Sendaula, Musoke H., Electric Power Quality Control Tecniques, Van Nostrand Reinhold, 1993.
-
[8] Penangsang, O., Anam S., Analisis dan Simulasi Peningkatan Kualitas Energi Listrik Serta PengaruhnyanTerhadap Pemakaian Energi Listrik Pada Komponen Utama Beban Industri., Laporan Penelitian, PPSLPT. ADB Loan No. 1253-INO, 1997
-
[9] Singh, Tejindar P., Riser Roland., Krien, Steven D., Power Quality Aspect of Energi Efficiency, EPRI, 1992.
-
[10] Wirawan H., Studi Analisa Pengaruh Kualitas Tenaga istrik Terhadap Pemakaian Daya Listrik Pada Beban Industri, ITS Surabaya, 1993.
-
[11] Zimmerman, D, Ray., Chiang Dong-Hsio., Fast Decoupled Power Flow For Unbalanced Radial Distribution System., IEEE Transaction on Power Delivery, Vol. 11, No. 1, 1995.
Teknologi Elektro
105
Vol. 8 No.1 Januari - Juni 2009
Discussion and feedback