1.Power Quality .pdf

MATI MATI LA GI ! MATI MATI LAGI !!! ???

KUAL ITAS DAYA LISTRIK LISTRIK (POWE (POWER R QUALITY)

PEMADAMAN

FAKTOR DAYA TEGANGAN TURUN/NAIK

HARMONISA

Mengapa masalah PQ harus diatasi ? -Kesalahan operasi peralatan -Peralatan cepat rusak -Peningkatan biaya akibat pemadaman -Peningkatan biaya dan waktu pemeliharaan dan perbaikan -Biaya konsultasi

Mengapa proteksi peralatan penting saat ini? -Peralatan elektronik lebih sensitif terhadap fluktuasi walaupun kecil -Beban elektronik baru mempunyai implikasi thd sistem yang sebelumnya tidak ada -Ketergantungan dan ekspektasi pada peralatan meningkat

Beban elektronik lebih dipengaruhi masalah catu daya. Peralatan elektronik baru lebih sensitif dari peralatan yang digunakan sebelumnya -Lampu penerangan menggunakan electronic ballast -Motor-motor mempunyai ASD dan PLC saat ini -Kantor-kantor menggunakan komputer, foto copy, fax, dan printer laser

Peralatan elektronik menghasilkan masalah PQ -Sistem kelistrikan sebelumnya dirancang dengan asumsi beban elektromekanik … gelombang tegangan dan arus berbentuk sinus murni -Peralatan elektronik menghasilkan distorsi harmonisa sehingga sistem catu daya mempunyai gelombang non-sinus -Banyak peralatan elektronik yang dipengaruhi masalah PQ dan juga menghasilkan masalah PQ

Masalah PQ harus mendapat perhatian lebih Masalah PQ sudah ada sejak adanya listrik, tetapi dalam 2 dekade terakhir mendapat perhatian yang lebih. -1980’s : komputer dan mikroprosesor dalam jumlah besar digunakan untuk bisnis dan di perumahan -1990’s : revolusi jaringan dan kemampunan & kecepatan peralatan yang meningkat terus

Power Quality pada Sistem Distribusi ?

DENGAN PENGENDALIAN DAN MONITORING POWER QUALITY AKAN MENURUNKAN BIAYA ENERGI LISTRIK

To Be Concerned About Power Quality Is Equal To

Save Money !!

KEGAGALAN PERALATAN UTAMA SISTEM KELISTRIKAN

SALAH SATU PENYEBABNYA ADALAH MASALAH POWER QUALITY

TERBAKARNYA TRAFO TEGANGAN TINGGI

MELEDAKNY MELEDAK NYA A TRAFO TEGANGAN TINGGI TINGGI

KEGAGALAN PEMUTUSAN – TEGANGAN 345 KV

EXPLOSION IN UTILITY TRANSFORMER TRANSFORMER

GANGGUAN PADA GI 500 KV

500 KV SF6 BREAKER GAGAL MEMBUKA

SAMBARAN PETIR MENGAKIBATKAN MASALAH PQ

What Is Power Quality ? Kualitas Daya Listrik (Power Quality) adalah Tingkat Kualitas dari jaringan listrik dan Tingkat Efisiensi dari penggunaan energi.

• Kontinyuitas • Level Tegangan • Efisiensi

What Is a Power Quality Problem? ” Setiap perubahan/penyimpangan yang terjadi pada TEGANGAN, ARUS atau FREKUENSI yang mengakibatkan kegagalan atau kesalahan operasi dari peralatan pelanggan ”

GANGGUAN POWER QUALITY 1. PEMADAMAN - Outages & Blinks 2. FLUKTUASI TEGANGAN - Voltage Sags & Swells 3. TRANSIENTS 4. DISTORSI GELOMBANG TEGANGAN/ARUS - Harmonisa

Gangguan Pow er Quality

Interruption


Interruption (Pemadaman)

Penyebab Utama : gangguan HS, kegagalan peralatan, dan kesalahan operasi kendali (control malfunction) Akibat Utama : terputusnya proses produksi

Gangguan Power Quality

VOLTAGE SAG


VOLTAGE SAG


Voltage sags (Penurunan Tegangan) Penyebab Utama : gangguan HS, starting motor-motor besar, dan switching on beban-beban besar Akibat Utama : memperpendek umur peralatan, kehilangan data, terputusnya proses produksi, etc.

Gangg uan Power Quality

VOLTAGE SWELL


Voltage Swell (Kenaikan Tegangan) Penyebab Utama : gangguan HS, switching off beban-beban besar, dan energizing capacitor bank kapasitas besar Akibat Utama : memperpendek umur, kehilangan data, terputusnya proses produksi, etc.


Capacitor Switching


Capacitor switching transients Penyebab Utama : metode koreksi power factor

Akibat Utama : kegagalan isolasi atau sparkover, kerusakan peralatan semikonduktor, memperpendek umur peralatan, kehilangan data

Ganguan Power Quality

Harmonics

Ganguan Pow er Quality

Harmonisa

Penyebab Utama : peralatan elektronika daya, arcing (dapur busur listrik), transformer saturation Akibat Utama : pemanasan lebih pada peralatan, kenaikan tegangan/arus, kesalahan operasi dari peralatan pengaman

SUMBER HARMONISA 

TRANSFORMATOR



MOTOR



DAPUR BUSUR LISTRIK



PENGATUR KECEPATAN



PENYEARAH (HAMPIR SEMUA BEBAN)

Permasalahan Utama akibat Harmonisa

• Pemanasan (lebih) kawat netral • Pemanasan (lebih) transformator • Kerusakan Capacitor banks • Pembebanan lebih peralatan listrik dan kabel • Kesalahan operasi peralatan listrik


Lightning Strike


Lightning Strike


Tegangan Lebih & transients Penyebab Utama : sambaran petir

Akibat Utama : kegagalan isolasi atau sparkover, kerusakan peralatan semikonduktor, memperpendek umur peralatan, kehilangan data atau stabilitas


High Impedance Fault (RMS)


High impedance faults (Gangguan Impedansi Tinggi) Penyebab Utama : konduktor putus, pohon (fail to establish a permanent return path) Akibat Utama : kebakaran, membahayakan manusia

GANGGUAN POWER QUALITY

GANGGUAN internal GANGGUAN external

GANGGUAN internal 1. Pentanahan tidak memenuhi standard 2. Noise 3. Interaksi Harmonisa 4. Interaksi beban

Arus beban industri yang mempunyai masalah resonansi harmonisa

GANGGUAN external 1. Switching Transient 2. Voltage Sags

3. Voltage Swells 4. Momentary Interruptions

5. Long Interruptions

GANGGUAN external 1. Petir 2. Angin 3. Kegagalan Peralatan 4. Binatang : burung 5. Kecelakaan : mobil, pesawat udara, kereta api

Power Quality bisa diketahui dengan melakukan PENGUKURAN, sebelum terjadi kerusakan!

THD

Fluktuasi Tegangan

MENGAPA POWER QUALITY MENJADI SEMAKIN PENTING UNTUK DIPERHATIKAN !! 1. High Tech Factories and Processes 2. Kualitas & Keandalan 3. Power Quality is a Financial Problem 4. Keandalan meningkat  Masalah PQ juga meningkat 5. Lamanya akibat Gangguan PQ >> lamanya Gangguan PQ itu sendiri 6. Konsumen mengharapkan listrik yang ‘BERSIH’

Why PQ becomes important? • Impact to Silicon Valley – One cycle int erruptio n makes a silicon d evice wort hless – Five minu tes shut dow n of a chip f abrication pl ant causes delay fro m a day to a week – One second of pow er outage makes e-commerce sites los e million s of dollars worth of business

• US PQ losses: $20 billion/year (Frost & Sullivan) Industry

Loss per voltage sag event

Paper Manufacturing

$30,000

Chemical industry

$50,000

Automobile industry

$75,000

Equipment manufacturing

$100,000

Credit card processing

$250,000

Semiconductor industry

$2.5 million

Managemen Rugi-Rugi Jaringan

Managemen Rugi-Rugi Jaringan Listrik Idaman

• Handal

Control, Maintenance

• Kualitas Bagus

Compensator, Power Conditioning

• Murah

Operasi Optimal, Management Losses

Managemen Rugi-Rugi Jaringan Contoh Persoalan Power Quality

Voltage Disturbance Transient : Fluktuasi Tegangan Akibat Gangguan Besar Seperti Masuknya Beban Besar Atau Hubung Singkat.


Voltage Distu rbance

Sag/Dips: Kejutan Sesaat Yang Terjadi Akibat Perubahan Mendadak Yang Tidak Berlangsung Lama Swell:bertambahnya Nilai Rms Tegangan (1,1-1,8 P.U) Dalam Durasi Sampai Satu Menit


Voltage Disturbance Flicker: Nilai Efektif Tegangan Yang Tidak Rata Akibat Beban-beban Non Linier Seperti Furnace Dsb. Voltage Imbalance: Ketidakseimbangan Tegangan Baik Fasa Maupun Magnitude

Managemen Rugi-Rugi Jaringan Pengertian Faktor Daya

Faktor daya (Cos φ) merupakan perbandingan antara daya riil (P:MW) terhadap daya kompleks (S:MVA) pada satu lokasi tertentu.

Managemen Rugi-Rugi Jaringan Pengertian Faktor Daya

S  P  jQ

cos   P / S sin   Q / S

Managemen Rugi-Rugi Jaringan Pengertian Displacement Factor

Displacement factor adalah power factor untuk sistem yang tidak sinusoidal murni. Sebagai contoh, untuk inverter nilai power factor atau displacement factornya dihitung dengan :

cos  

V dc I dc 3.VI

Managemen Rugi-Rugi Jaringan

Persoalan

rugi-rugi di jaringan distribusi tidak hanya terkait dengan daya riil namun juga daya reaktif.  Aliran

daya reaktif tidak hanya menimbulkan rugi-rugi di saluran dan trafo, namun juga mengurangi kapasitas jaringan distribusi.  Aliran Faktor

Daya reaktif sangat terkait dengan faktor daya. daya sangat terkait dengan tipe beban.

Managemen Rugi-rugi Jaringan P.f. of Residential Customer Feeder

Managemen Rugi-rugi Jaringan P.f. of Residential Customer Feeder

Managemen Rugi-Rugi Jaringan Faktor Daya untuk Industri No

Industry

Power Factor

Process

Power Factor

1

Auto arts

0.75 - 0.8

Air Compressing

0.75 - 0.8

2

Brewery

0.76 - 0.8

Welding

0.35 - 0.6

3

Clothing

0.35 - 0.6

Machining

0.4 - 0.65

4

Hospital

0.75 - 0.8

Stamp in

0.6 - 0.7

5

Commercial buildings

0.8 - 0.9

Spraying

0.6 - 0.65

• Motor-motor mengkonsumsi lebih dari 50% energi listrik di industri

Managemen Rugi-Rugi Jaringan Beban Reaktif:Motor Induksi

Managemen Rugi-Rugi Jaringan Beban Reaktif : Variable Speed Drives

• Displacement

Factor:

cos  

V dc I dc

3.VI

Managemen Rugi-Rugi Jaringan Beban Reaktif: Variable Speed Drives

Displacement Factor Sebagai Fungsi Sudut

Managemen Rugi-Rugi Jaringan Beban Reaktif: Discharge Lamp

Power Factor Correction: (A) Corrected Choke Ballast Circuit (B) Phasor Diagram Of The Circuit

Managemen Rugi-rugi Jaringan Sumber Losses : Motor Induksi

Typical Loss Distribution Of Standard Design B Drip-proof Motors

Power

M1

M2

M3

M4

MS

M7

HP

1

5

25

50

100

200

kW

0.746

3.7

18.65

37.3

74.6

149.2

Output [W]

746

3,730

18,560

37,300

74,600

149,200

Input [W]

1,020

4,491

20,946

41,217

81,530

160,432

Efficiency [%]

73

83

89

90.5

91.5

93

Managemen Rugi-rugi Jaringan Magnetic Losses In Induction Motors

Power

Ml

M2

M3

M4

MS

M7

HP

1

5

25

50

100

200

kW

0.746

3.7

18.6

37.3

74.6

149.2

Magnetic Core Loss [W]

76

225

351

765

906

1,650

Total Loss [W]

274

761

2,296

3,917

6,930

11,232

Magnetic Loss [%]

27

29

15

19

13

15

Magnetic Loss current [A]

0.1

0.31

0.5

1.06

1.2

2.3

Managemen Rugi-rugi Jaringan Composition of Losses In An Induction Motor

Motor Component Loss

Loss [%]

Standard power loss

37

Rotor power loss

18

Magnetic core loss

20

Friction and windings

9

Stray load loss

10

Managemen Rugi-Rugi Jaringan Sumber Losses: Transformator

P  3 I 2 Rtr Pn  3 I n 2 Rtr  I  P  Pn    I n 

2

 S  P  Pn    S n 

2

 I  Pt  P0  Pn    I n 

2

Managemen Rugi-Rugi Jaringan Contoh Perhitungan Losses Transformator (1)

Sebuah trafo: Sn=500kVA, V=11/0,4kV, P0=2.100 W Pn=9.450 W. Tentukan dan gambar losses sebagai fungsi beban.

.No

Load [%]

10

25

50

75

100

Load [kVA]

50

125

250

375

500

No-load Losses [W]

2100

2100

2100

2100

2100

Load Losses [W]

94.5

590

2362

5315

9450

Total Losses [W]

2194.5

2690

4462

7415

11550

95.6

78

47

28

18

Load Losses [%thd total losses]


Rugi-rugi beban Nol Sebagai Fungsi pembebanan Transformers

Rugi-rugi Transformers Sebagai Fungsi Beban


Transformers Losses Per KVA Sebagai Fungsi Beban


Losses Per KVA Dapat Dihitung:

Pt S



P0 S

 Pn

S 2 n

S

Pembebanan Ekonomis Dapat Dihitung:

P0 Pn  Pt  /   2 0 dS  2 S S n  S 

d 

Diperoleh:

S econ  S n S econ  500

P0 Pn 2100

 235kVA

9450 235 100%  47% S econ (%)  500

Managemen Rugi-Rugi Jaringan Daya Reaktif Transformator

Daya Reaktif Tanpa Beban: i Qtro  o S n [ kVAr ]

Rugi Daya Riil akibat Daya Reaktif:

Daya Reaktif Berbeban:

dengan kq menyatakan losses watt/kVAR

 S  Pq  k q Qtotal  k q Qtro  k q Qn    S n 

100

Qtr  3 I tr X tr 2

2

 I tr   S    Qtr  Qn   Qn     I trn   S n 

2

Rugi Daya Riil Total:

P  Ptr  Pq 2

Daya Reaktif Total:

 S    S n 

Qtot  Qtro  Qtr  Qtro  Qn 

2

2

 S   S   Po  k q Qtro  Pn    k q Qn    S n   S n 

2

Managemen Rugi-Rugi Jaringan Daya Reaktif Transformator

Beban Optimal (ekonomis):

S econ  S n

Po  k q Qtro Pn  k q Qn

Managemen Rugi-rugi Jaringan Menghitung Rugi-rugi Jaringan Dari Aliran Daya Reaktif

Rugi-rugi Daya Riil Akibat Daya Reaktif :

P 

Q

2

V

2

R

Dengan: P : Losses riil (watt) Q : Daya reaktif di Saluran R : Resistansi Saluran

Managemen Rugi-rugi Jaringan Kompensasi Daya Reaktif

•Pengertian : Pemasangan Kapasitor Atau Sumber Daya Kapasitif Lain Dalam Rangka Menaikkan Faktor Daya, Menurunkan Losses Dan Menaikkan Tegangan.


Aliran Daya Aktif dan Reaktif Tanpa Kompensasi

Aliran Daya Aktif dan Reaktif Dengan Kompensasi Kapasitor


Filosofi Kompensasi Daya reaktif

Susunan Kapasitor Untuk Kompensasi Daya Reaktif


Filosofi Kompensasi Daya reaktif



Faktor Daya Awal: Cos1 

P S 1

Faktor Daya yang Diinginkan:

P



1 2 2

Cos 2 

( P 2  Q1 )

Q1

P S 2

P



1

( P 2  Q2 ) 2 2

Q2 QC=Q1-Q2 X C 

V

2

QC

C 

1  X C

Managemen Rugi-rugi Jaringan Contoh Perhitungan Kapasitor

•

Motor induksi 3Φ, 500 HP, 60 Hz, 4160 V, Y, menyerap 423.69 kW dengan pf = 0.75 laggging. Diinginkan pf menjadi 0.9 lagging dengan memasang tiga kapasitor.

Hitunglah : • Rating kapasitor bank yang dibutuhkan ( dalam kVAR ) • Hitung kapasitansi setiap kapasitor, jika kapasitor dihubungkan • Hitung kapasitansi setiap kapasitor, jika kapasitor dihubungkan Y

Managemen Rugi-rugi Jaringan Contoh Perhitungan Kapasitor •

Q1=P.tan Φ1 =423.69.tan ( cos-10.75 ) =423.69*0.8819=373.7 kVAR

•

Q2=P.tan Φ2 =423.69.tan ( cos-10.9 ) =423.69*0.4843=205.2 kVAR

•

QC=Q1-Q2=373.7-205.2=168.5 kVAR

Managemen Rugi-rugi Jaringan Contoh Perhitungan Kapasitor

QC

I L 

I C 

168.5



3.V LL I L



3 * 4.16 23.41

3

3

X C 

V L  L

C 

1

I C

 X C





 23.41 A

R

S

T

 13.53 A

4160 13.53 1

2 fX C



IL

 307.38 1 2 * 60 * 307.8

IL

IC

 517.78 F

IC

IC

IL

Managemen Rugi-rugi Jaringan Contoh Perhitungan Kapasitor R

I C  I L 23.41 A

S

X C 

V L  N I C

4160



3 * 23.41

 102.72

T IL

C 

1  X C



1 2 fX C



1 2 * 60 *102.72

 25.82 F

IL

IL

Managemen Rugi-rugi Jaringan Lokasi Kompensasi

Kompensasi Sentral : Kapasitor Diletakkan Di Penyulang Utama Kompensasi Grup : Kapasitor Diletakkan Di Suatu Kelompok Beban Kompensasi Individu : Kompensator Diletakkan Langsung Di Beban Yang Dikehendaki

Managemen Rugi-rugi Jaringan Lokasi Kompensasi •

KeuntunganKompensasi Sentral

-Tidak semua motor beroperasi pada saat yang sama, sehingga dapat

digunakan kapasitor bank.

- Biaya maintenance rendah. •

Kerugian Kompensasi Sentral - Ukuran kapasitor yang besar menyebabkan transient saat energized - Memakan ruang - Hanya mengkompensasi bagian atas penyulang utama

Managemen Rugi-rugi Jaringan Lokasi Kompensasi

•

Keuntungan Kompensasi Grup

- Biaya Instalasi Murah - Biaya maintenance rendah.

•

Kerugian Kompensasi Grup - Memakan ruang - Hanya mengkompensasi bagian atas LV Bus

Managemen Rugi-rugi Jaringan Lokasi Kompensasi •

Keuntungan Kompensasi Individu

- Menambah Kapasitas Saluran - Tidak Membutuhkan Peralatan Switching yang Mahal - Pemilihan dan Pemasangan Mudah

•

Kerugian Kompensasi Individu - Harga Instalasi Mahal - Tidak digunakan Secara Full - Menyebabkan Overeksitasi pada Motor

Managemen Rugi-rugi Jaringan Fungsi Kompensasi : Mengefisienkan Kapasitas Saluran

Kompensasi Tidak Hanya Mengurangi Losses, Namun Juga Mengefisienkan Kapasitas Saluran, Seperti Terlihat Pada Tabel Berikut. cos

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0.98

Sin

0.866

0.8

0.71

0.6

0.43

0.2

Reactive current [A]

86

66.4

50.7

37.5

23.8

10.2

Total current [A]

100

83

71.4

62.5

55.5

51

Active current [A]

50

50

50

50

50

50

Line Capacity Increase [%]

0

17

28.6

37.5

44.5

49

Managemen Rugi-rugi Jaringan Fungsi Kompensasi : Mengefisienkan Kapasitas Saluran

Bertambahnya Kapasitas Saluran Karena Pertambahan Faktor Daya

Managemen Rugi-rugi Jaringan Contoh Kompensasi di Industri

Data Sistem

Line

P [kW]

Q [kVA]

R[ ]

1

150

60

4.0

2

110

60

2.0

3

100

130

0.5

4

150

250

0.2

Total

510

500

.

Managemen Rugi-rugi Jaringan Contoh Kompensasi di Industri

Dua Alternatif Kompensasi Untuk Mencapai p.f yang Sama Optimal Calculation (Lagrangre Multiplier, Dynamic Programming)

Classical Approach (Trial Error)

Substation

QC [kVAr]

Losses [KW]

QC [kVAr]

Losses [kW]

1

50

0.77

20

12.3

2

50

0.43

30

3.5

3

100

0.87

100

0.87

4

150

3.87

200

0.967

Total

350

5.94

350

17.64

Optimal

Managemen Rugi-rugi Jaringan Kompensasi Kapasitor di Feeder

Tujuan: •Minimisasi losses •Mempertahankan tegangan •Minimisasi biaya instalasi

Managemen Rugi-rugi Jaringan Kompensasi Kapasitor di Feeder

Rule of Thumb Tipe dan Kapasitas: -Fixed Capacitor (1/3 bagian) -Variabel Capacitor (2/3 bagian) Lokasi: Pada Pusat Beban:

  L P  Pemasangan Optimal: Pi Li

centre

i

Menyebar di Sepanjang Saluran (mahal)

Contoh Perhitungan Pusat Beban:

Lcentre 

2,2.500  1,5.1000  0,5.2000 4,2

 ........

Managemen Rugi-rugi Jaringan Pengaruh Perbaikan Faktor Daya Terhadap Tegangan Beban

R

jXL

+

+ VS

IS VR

-

R

XL

I

+ VS -

I’

+

IC XC

VR -

Managemen Rugi-rugi Jaringan Pengaruh Perbaikan Faktor Daya Terhadap Tegangan Beban

Managemen Rugi-rugi Jaringan Efek Samping : Overkompensasi

Efek Overkompensasi : Tegangan Diatas Level Nominal , Mengurangi Umur Hidup Insulasi , Dan Merusak Peralatan Sensitif.

Managemen Rugi-rugi Jaringan Mengatasi Overkompensasi : Kapasitor Variabel

Untuk mengatasi overkompensasi akibat fluktuasi beban, digunakan kapasitor yang dapat diatur nilainya menggunakan pengatur otomatis. Pengatur otomatis bekerja untuk mempertahankan faktor daya

Managemen Rugi-rugi Jaringan Overkompensasi Pada Motor Induksi

Overkompensasi Pada Motor Induksi Sangat Berbahaya Terutama Saat Motor Induksi Terlepas Dari Sumber. Untuk Mengatasi Ini, Maka Nilai Kapasitor Yang Dipasang Disarankan Tidak Melampaui Kapasitas Beban Nol Mesin Induksi.

Managemen Rugi-rugi Jaringan Kompilasi Rumus Daya Riil : P  3VI cos  Reaktif Power Q  3VI sin  Reaktif Power Q  P tan  Daya Nyata (total) S  Arus Total I  Arus Riil I active 

P

cos 

S

3V P 3V

Arus Reaktif I reactive  I active * tan  Losses P  3 RI  2

Drop Tegangan

R * P 2

V cos  2 V  3 I  R cos   X sin  

Managemen Rugi-rugi Jaringan Contoh Studi Kasus Di Industri

Beban Baru


Data Saluran Load No

Cable size (mm2)

Maximum Capacity

Resistance

Distance

A

/km

m

Resistance

1

70

175

0.345

100

0.069

2

95

210

0.249

200

0.0498

3

120

250

0.192

200

0.0384

4

185

385

0.126

200

0.0252

Managemen Rugi-rugi Jaringan Contoh Studi Kasus Di Industri Data Beban No 1

Load

kW

Metal Halide Lamp

Q(kVAR)

Cos

54.5

Ireactive (A)

S(kVA)

I(A)

Iactive (A)

103.5

144

122

76.4

88

0.95

88

0.7

90

125

174

122

124

99

0.6

132

165

230

138

184

154

0.7

157

220

306

214

218

429

-

433.5

610

847

596

602.4

220*400W 2

Induction Motors 5.5 kW*16

3

Induction Motors 11 kW*9

4


Total

Melampaui Kapasitas Trafo

Managemen Rugi-rugi Jaringan Contoh Studi Kasus Di Industri Solusi Kompensasi P No 1

Q New

Qc

S

I

Iactive

Ireactive

Load

kW

Cos 

kVAR.

kVAR

kVA

A

A

A

Metal Halide Lamp

88

0.96

25.6

28.9

91.6

127

122

35.6

88

0.96

25.6

64.4

91.6

127

122

35.6

99

0.96

28.8

103.2

103.1

143

138

40.25

154

0.96

44.9

112.1

160.4

223

214

62.4

429

-

125

308.6

446.8

620

596

173.8

220*400W 2

Induction Motors 5.5 kW*16

3


4


Total

Managemen Rugi-rugi Jaringan Contoh Studi Kasus Di Industri Kon disi Pembebanan Trafo OPTION 1 Uncompensated

OPTION 2 Compensated

610

447

Transformer load [%] maximum

122

89

Total current [A]

847

620

Total active current [A]

596

596

Total reactive current [A]

602

174

Average cos

0.7

0.96

Active power [kW]

429

429

Reactive power [kVAr]

433

125

Compensation devices [kVAr]

-

308.6

Parameters

S [kVA1

Overload

Managemen Rugi-rugi Jaringan Contoh Studi Kasus Di Industri Tegangan dan Arus Salur an Line No

1

2

3

4

Parameters

OPTION 1 Uncompensated

OPTION 2 Compensated

Current

A

144

127

Load

%

82

72

Losses

kW

1.43

1.11

Voltage drop

V

14.6

14.5(***)

Current

A

174

127(*)

Load

%

82

60

Losses

kW

1.5

0.8

Voltage drop

V

10.5

10.5(***)

Current

A

230

144

Load

%

92

57

Losses

kW

2.03

0.796

Voltage drop

V

9.17

9.19(***)

Current

A

306

223

Load

%

79

58(**)

Losses

kW

2.36

1.25

Managemen Rugi-rugi Jaringan Contoh Studi Kasus Di Industri Analisis Ek onomi Untuk Kompensasi Sentral 1. Reactive power to be compensated as calculated

308.6 kVAr

2. Capacitor banks installed

300 kVAr

3. Reactive power not compensated

133.6 kVAr

4. Power factor obtained

0.956

5. Cost of installation $50 per kVAr

$15,000

6.

Avoided cost of transformer upgrading from SOOkVA to 750 kVA

$20,000

• Cost of a new transformer with installation

$25,000

• Re-sale of the old transformer

$5,000

7. Total cost

$5,000

Managemen Rugi-rugi Jaringan Contoh Studi Kasus Di Industri Analisis Ekonomi Untuk Kompensasi Sentral

1.

Reactive energy before compensation

124,704 kVArh/month

2.

Reactive energy after compensation

38,304 kVArh/month

3.

Reactive energy reduction

86,400 kVAr/month

4.

Cost per 1 kVAr

1.5 cent

5.

Savings per month

$1,296 per month

6.

Savings per year

$15,552 per year


Catatan : Adanya Lampu Metal Halide Akan Menyebabkan Munculnya Harmonisa. Untuk Itu Perlu Diteliti Efek Harmonisa Tersebut Terhadap Kapasitas Kapasitor Yang Dipasang.

Managemen Rugi-rugi Jaringan Contoh Studi Kasus Kompensasi Feeder

Pers Persoalan oalan : Rendahnya Tegangan Konsumen


Load

S [MVA]

Co s φ

1

0.3

0.70

2

0.4

0.80

3

0.4

0.60

4

0.5

0.75

5

0.7

0.70

6

0.4

0.65

7

0.5

0.75

8

3.3

0.70

9

0.9

0.80

10

0.3

0.80

11

0.5

0.75

12

5.0

0.75

Data Data Beban B eban

Managemen Rugi-rugi Jaringan Contoh Studi Kasus Kompensasi Feeder Line section

R ( /km]

X [ /km]

1 [km]

Sl

0 .1 9 3 3

0 .2 9

1 .0

S2

0 .1 9 3 3

0 .2 9

0 .9

S3

0 .1 9 3 3

0 .2 9

1 .0

S4

0 .1 9 3 3

0 .2 9

5 .0

S5

0 .1 9 3 3

0 .2 9

0.75

S5

0 .1 9 3 3

0 .2 9

1 .5

S7

0 .1 9 3 3

0 .2 9

2 .0

S8

0 .1 9 3 3

0 .2 9

0 .8

S9

0 .2 9 6 7

0 .2 9

1 .0

S 10

0 .2 9 6 7

0 .2 9

2. 0

S 11

0 .2 9 6 7

0 .2 9

0. 9

S12

0 .2 9 6 7

0 .2 9

0 .8

From B8 to Load8

0 ,2 9 6 7

0.2 9

4 .0

Data Saluran


Pilihan ili han Kompensa Ko mpensasi si Option

Reactive Power Compensation

Option 1

No- compensation

Option 2

Qc = 1.6MWAr at B8a, cosy = 0.96

Option 3

Qc = 1.6MWAr at at B8 B8

Option 4

Qc= 3.2 MWAr at B8 to compensate all loads

Option 5

Qc = 1.6MWAr at B8 Qc = 1.6 MWAr at B 12

Option 6

QC = 1.6 MWAr at B8 wit with Load 8 = {S = 1.3MVA, Cos φ = 0.7 0.7 } = { six six-pul -pulse se brid bridge ge 2.5 MW) MW)


Hasi Hasill Tegangan egang an Bus

MAIN kV

B1 kV

B2 kV

B3 kV

B4 kV

BS kV

B6 kV

OP1

22.39

22.21

22.06

21.94

21.4

21.32

21.18

OP2

22.6

22.47

22.35

22.26

21.81

21.74

21.63

OP3

22.61

22.47

22.36

22.26

21.81

21.75

21.63

OP4

22.83

22.74

22.66

22.58

22.23

22.18

22.1

OP5

22.83

22.74

22.66

22.58

22.23

22.18

22.09

OP6

22.64

22.52

22.41

22.32

21.41

21.85

21.75


Hasil Tegangan Bus

B7 kV

B8 kV

B8a kV

B9 kV

B10 kV

B11 kV

B12 kV

OP1

21.1

20.93

20.75

20.86

20.74

20.69

20.65

OP2

21.48

21.43

21.33

21.36

21.24

21.19

21.15

OP3

21.49

21.44

21.26

21.36

21.24

21.19

21.16

OP4

21.99

21.95

21.77

21.88

21.76

21.71

21.67

OP5

21.99

21.95

21.77

21.9

21.82

21.79

21.09

I OP6

21.61

21.57

21.42

21.49

21.37

21.3

21.28


Profil Tegangan


Profil Tegangan


Profil Tegangan


Hasil Arus Saluran (A) Bus

Main

B1

B2

B3

B4

BS

B6

B7

B8

B8a

B9

B10

B11

B12

OP1

505

491

437

4SS

433

402

385

363

222

141

183

170

149

130

OP2

428

415

397

380

359

329

314

293

227

112

188

174

152

13S

OP3

427

414

396

379

358

328

313

292

227

145

188

175

153

136

OP4

391

380

364

351

334

312

302

287

233

148

192

179

256

138

OP5

391

380

364

352

334

312

302

287

178

148

148

139

128

113

OP6

400

387

369

3S2

331

302

287

266

229

115

189

176

154

135


Profil Arus


Profil Arus


Harmo nis a Tegangan Bus B8, Opti on 6 V[kV]

V1

V5

V7

V11

V13

V17

V19

Harmonic [kV]

21.57

0.44

0.44

0.10

0.07

0.04

0.03

Harmonic [%]

100

2

2

0.50

0.30

0.15

0.12

Total Distortion

2.80

Harmon isa Arus Pada Kapasitor, Option 6, THD=18,8 % Total I

I1

I5

I7

I11

I13

I17

I19

Current [A]

153.8

15.7

22.2

8.4

6.4

4.4

3.8

Current [%]

100

10

14

5.4

4.1

2.8

2.4

Distortion

18.8


Harmo nis a Arus Pada Kapasito r, Option 6, THD=18,8 %


Rugi-rugi Saluran Line

Line Resistance

Option l

Option 5

R[ ]

I [A]

P [kW]

I [A]

P [kW]

S1

0.19330

505

148.00

391

88.65

S2

0.17000

491

123.00

380

73.64

S3

0.19330

423

130.00

364

76.80

S4

0.96600

455

599.00

352

359.00

S4

0.14000

433

79.00

334

47.00

S6

0.28900

402

140.00

312

84.40

S7

0.38660

386

172.00

302

105.00

S8

0.15460

363

61.00

287

38.20

S9

0.29670

222

43.80

178

28.20

S10

0.59340

183

60.00

148

39.00

S11

0.26703

170

23.20

139

15.50

S12

0.23736

149

15.70

128

11.60

SB8-L8

1.18000

141

70.30

115

46.80

Total

1665 00

1013 79


Rugi-rugi Saluran

PERANGKAT LUNAK

Skema Jaringan Distribusi Tenaga Listrik

Losses JTM

Eout1

JTT

Ein(TM)

JTM

Losses Trafo

Eout(TM)

Ein(TRF)

TRAFO

Losses JTR

Eout(TRF) Ein(TR)

JTR

Eout(TR) =Epel(TR)

Eout2 Pelanggan (TT)

Pelanggan (TM)in

Pelanggan (TM)out

Pelanggan (TR)in

Pelanggan (TR)

Konsep Dasar Energy Losses (E losses)

Persamaan Energy Losses Jaringan Distribusi ELosses(Dist) = ELosses(JTM) + ELosses(TRF) + ELosses(JTR)

Dalam Bentuk Energi

E losses (%) 

Ein

 Eout Ein

100%

Metoda Perhitungan Estimasi Energy Losses 2 jenis kurva beban : week day & week end

Untuk menentukan Energy Losses (KWh) diperlukan Data dan Pengukuran Lapangan yang banyak, yang pada kenyataannya sulit diperoleh

PENGOLAHAN DATA INPU INPUT T 1. Pemod Pemod elan elan Jaringan Jarin gan Distri busi bus i

a. Jaringan Tegangan Menengah (JTM) Distribusi c. Jaringan Tegangan Rendah (JTR) 2. Pemodelan Beban

b. Trafo

Pem Pem o d elan JTM J TM,, J TR

Digunakan Digu nakan Impedans i ( R + j X ) Data Data Jaringan (panjang, jenis d an penampang) diperoleh dari Data Data Base PLN Distribus Distri busii Jatim J TM J TR Dihitu ng R (taha (tahanan) nan) dan X (rea (reaktansi) ktansi) salur an antara antara titik tit ik-titik beban beban

JTM/JTR data

Pemodela mo delan n Trafo rafo Distri is tribus busii

Digunakan Digu nakan Impedansi Impedans i (R + j X) Data Data Trafo Trafo Dis trib tr ibus usii (KVA, (KVA, No-Lo No-Load ad Loss Lo sses, es, Rated Rated Lo ad Losses Los ses dan Impedansi) dip eroleh dari Data Data Base PLN PLN Distri busi Jatim Trafo Estimasi Data Data Trafo Trafo Distr ibusi ibu si bil a tidak tersedia

Trafo Data

Pemodelan mo delan Be B eban Digunakan Kurv a Beban yang yang menunj ukkan ukk an pembebanan pembebanan j aringan s elama perio periode de waktu yang ditinjau Kurva Beban Kur va Beban Beban setiap penyulang tersedia, tetapi tetapi Kurva Kur va Beban pada setiap Titik Beban (JTM) (JTM) biasanya bi asanya tidak tid ak tersedia atau atau sul it di peroleh.

Estimasi B eban eban p ada setiap Titik Beban Beban

1. Beban Puncak penyulang (JTM) ditentukan dari Kurva Beban penyulang (tersedia) 2. Beban Puncak tsb digunakan untuk Estimasi beban setiap titik beban pada penyulang (JTM) 3. Beban penyulang terdiri dari kelompok Perumahan, Komersial, Industri dan Mixed dimana beban puncaknya terjadi pada waktu yang tidak bersamaan 3. Digunakan 2 Kurva Beban penyulang (JTM) : a. Kurva Beban Week Day (senin s/d jum’at)

b. Kurva Beban Week End (sabtu dan minggu) Diperoleh beban puncak penyulang week day dan week end

Estimasi Beban pada setiap Titik Beban

4. Estimasi perbandingan beban kelompok-kelompok beban pada saat beban puncak penyulang (pengukuran/data sekunder) 5. Estimasi beban kelompok-kelompok beban pada saat beban puncak penyulang, dan beban puncak kelompok beban diperoleh dengan faktor kontribusi 6. Estimasi Beban pada setiap titik beban (JTM) berdasarkan kapasitas trafo pada setiap titik beban 7. Estimasi Beban pada setiap titik beban (JTR) berdasarkan data pelanggan pada setiap tiang

Week Day

Week End

Single Line Diagram

START

LOAD FLOW CALC.

Data Saluran/ Trafo

YES NO

Data Bus

YES

NO END

Losses (KW) pada JTM, Trafo dan JTR ditentukan dengan Load Flow Calculation untuk beban puncak penyulang week day dan week end

Load Flow Calculation

(Metode Fast Decoupled) • Given : • Tegangan Sumber (Gardu Induk) • Parameter Jaringan (R dan X) • Daya pada setiap Titik Beban JTM dan tiang JTR (P dan Q)

• Calculate : • Tegangan dan cos  setiap Titik Beban • Aliran Daya (Arus) setiap saluran dan trafo • Losses (KW) setiap saluran dan trafo

KW losses JTM

KW losses pada JTM diperoleh langsung dari load flow calculation

KWloss-TM

KW losses Trafo Distribusi R (tahanan) Trafo Distribusi biasanya tidak tersedia atau sulit diperoleh  2

KW loss trf  L

 KVAload     KW loss  R  KVArated 

KVAload = beban trafo yang besarnya berubah sesuai besar beban (hasil load flow calculation) KWloss-R = rugi-rugi berbeban trafo pada rated load (data)

KVArated = rated capacity trafo (data)

Total KW losses Trafo Distribusi KW loss trf T  KW loss trf  N  KW loss trf  L KWloss-trf-L = total rugi-rugi berbeban trafo KWloss-trf-N = rugi-rugi trafo tanpa beban (data )

KW losses JTR

KW losses pada JTR perlu dikoreksi sebagai akibat ketakseimbangan beban

KWloss-TR

Koreksi Ketidakseimbangan Beban pada JTR [ Ir ] = a [ I ] [ Is ] = b [ I ] [ It ] = c [ I ]

r

r

9 - 2 (ab + ac + bc)

[ I ]2 r

Losses pada penghantar fasa & netral r + [ In ]2 r n

Pe’ =

[ Ir ]2 + [ Is ]2 + [ It ]2

Pe’ =

9 - 2 (ab + ac + bc)

[ I ]2 r +

9 - 3 (ab + ac + bc)

[ I ]2 r n

& bila tidak ada kawat netral

Pe” =

r n

r

ESTIMASI Energy Losses (KWh) pada JTM, Trafo distribusi dan JTR

Jaringan TM

ElossTM = H x 24 x KWloss-TM x LFTM LFTM = 0.2 x LTM + 0.8 x LTM2 24 H

= jumlah jam per hari = jumlah hari week day (269) / week end (96) per tahun kwloss-TM = KW losses JTM week day/week end LFTM LTM

= loss factor week day / week end = load factor kurva beban week day / week end

Energy Losses jaringan TM :

ElossTM = ElossTM-w.day + ElossTM-w.end (KWh)

Trafo Distribusi ElossTRF = H x 24 x KWloss-trf -T x LFTRF LFTRF = 0.2 x LTRF + 0.8 x LTRF2 24 H

= jumlah jam per hari = jumlah hari week day (269) / week end (96) per tahun

Kwloss-trf-T = KW losses trafo week day / week end LFTRF = loss factor week day / week end LTRF = load factor kurva beban week day / week end

Energy Losses Trafo Distribusi :

ElossTRF = ElossTRF-w.day + ElossTRF-w.end (KWh)

Jaringan TR

ElossTR = H x 24 x KWloss-TR x LFTR LFTR = 0.2 x LTR + 0.8 x LTR2 24 H

= jumlah jam per hari = jumlah hari week day (269) / week end (96) per tahun

kwloss-TR = KW losses JTR week day/week end

LFTR LTR

= loss factor week day / week end = load factor kurva beban week day / week end

Energy Losses jaringan TR :

ElossTR = ElossTR-w.day+ElossTR-w.end+ElossSR (KWh)

START

LOAD FLOW CALC. & ENERGY LOSSES ESTIMATION

YES NO YES

NO END

Total Energy Losses : ElossTotal = ElossTM+ElossTRF+ElossTR (KWh) ElossTotal

Pegolahan Data

Load Flow Calculation

Energy L osses Estimation

Terima Kasih Atas Perhatiannya

KUALITAS TEGANGAN

(Voltage Quality)

Kualitas Supply Listrik (Power Quality) Diskontinuitas

supply daya seminimal mungkin Regulasi Tegangan yang baik Tingkat penurunan tegangan rendah Level harmonisa tegangan serendah mungkin Rasio ketakseimbangan tegangan rendah Fluktuasi frekwensi minimal

Faktor Penentu Kualitas Supply Listrik Kondisi

supply – demand Kondisi cuaca Kondisi dan kinerja peralatan dari sistem supply listrik Kondisi dan kinerja instalasi konsumen

Kinerja Sistem & Kualitas Supply Listrik 1. Kinerja Sistem: 

SAIDI: Indeks tersebut menyatakan durasi (jangka waktu) dari pemutusan supply daya listrik yang dirasakan oleh konsumen dalam suatu periode tertentu



SAIFI: Indeks yang merupakan indikator frekuensi konsumen mengalami pemutusan supply daya listrik dalam suatu periode tertentu.

2. Standard Kualitas Supply Listrik

SPLN (?) (CONTOH : Philippines Grid Code)       

Frekwensi sistem (60 Hz) Besar tegangan yang tidak boleh melampaui range yang diijinkan Adanya frekwensi harmonisa di sistem Adanya ketakseimbangan tegangan Beda fasa antar tegangan yang tidak sama dengan 120 derajat Fluktuasi tegangan yang menimbulkan flicker melampaui batasan yang diijinkan Adanya high-frekquency overvoltages pada grid

Standar Kualitas Supply Listrik (Philippines) (Philippines) Parameter

Limits

Variasi Frekwensi

60 Hz +/- 0,3 Hz

Variasi Tegangan Swells [pu] Sags [pu] Long duration UV [pu] Long duration OV [pu]

1,1 sp 1.8 V n 0,9 sp 0,1 V n 0,9 Vn 1,1 Vn

Harmonisa Vn = 500 kV Vn = 115 – 115 – 230 230 kV Vn = 69 kV

THD*

TDD*

1,5 %

1,5 %

2,5 %

2,5 %

3,0 %

5,0 %

Ketakseimbangan Tegangan: Negative Sequence Zero Sequence

<1 % V n < 1 % Vn

Flicker (fluktuasi tegangan)

< 1 % Vn

Flicker Severity 115 kV dan V>115 kV < 115 kV Variasi tegangan transien

Long term

  

Short term

0,6 unit 0,8 unit 0,8 unit 1 unit TOV defined as high-freq OV Infrequent short-duration peaks permitted to exceed exceed the harmonic levels Infrequent short-duration peaks, max. 2 % is permitted for Voltage Unbalance

European Standard : Voltage characteristics in in Public distribution systems

•Variasi Tegangan (Voltage Variations) •Kelip (Flicker Pst/Plt) •Harmonisa (Harmonics): ke-2 s/d ke-40 •Frekuensi •Tegangan tak seimbang (Unbalance) •Kedip Tegangan (Voltage Dips (Sags) dan

Lonjakan Tegangan Tegangan (Swells) (Swells ) •Suplai listrik terputus (interuptions) Periode pengukuran: 1 minggu

Parameter

Averaging time

Limits for 95 % of 1 week

Limits for 1 week

Voltage variation

10 min

+/- 10%

-15% +10%

Flicker Pst Plt

10 min 120 min

Plt<1

Harmonics

10 min

Table up to 40th harmonic

THD U

10 min

<8%

Signalling voltages

3s

<5% of Un 99% of 1 day

Frequency

10s

+/- 1% 99,5% of year

Unbalance

10 min

<2%

Voltage dips/swells

10 ms

Not defined

Interuptions (<1% of Un)

10 ms

Not defined

Periode pengukuran: 1 minggu

-6% + 4% 100% of the time

Kualitas Tegangan (Voltage Quality) Parameter:  Kedip tegangan (Voltage Sags (Dips))  Lonjakan tegangan (Voltage Swell)  Tegangan dibawah 10% tegangan nominal untuk waktu lama (orde menit) (Long Duration Variations). Sering diartikan sebagai suplai listrik terputus (Interuption)  Distorsi harmonisa tegangan (Voltage Distortions)  Kelip tegangan (Flicker)  Variasi frekuensi (Frequency Variations)  Tegangan tak seimbang (Unbalance/ Negative Sequence Voltage)

Kedip Tegangan (Voltage Dips/Sags)

KEDIP TEGANGAN Definisi : Gangguan kedip tegangan didefinisikan sebagai fenomena penurunan magnitude tegangan efektif terhadap harga nominalnya selama interval waktu t

0,1 s/d 0,9 pu

5 siklus s/d 1 menit

(penurunan tegangan rms sebesar 0.1-0.9 pu, dari selang waktu 10 milidetik-1000 milidetik)

Edaran Direksi No 12E/012/DIR/2000 tentang lama kedip di sisi supply : Sub sistem 500 kV  110 milidetik Sub sistem 150 kV  140 milidetik Sub sistem 70 kV  170 milidetik Sub sistem 20 kV  1000 milidetik (cat : penetapan durasi kedip dikaitkan dengan durasi kerja proteksi utama jaringan)

 Surat

PARAMETER KEDIP TEGANGAN (1)

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Amplitudo Durasi Pergeseran sudut phasa Ketidak seimbangan tegangan Jumlah rata-rata persatuan waktu perubahan bentuk gelombang

PARAMETER KEDIP TEGANGAN (2) 100.00

50.00

Nilai

) % ( e g a t l o V

0.00 0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

“tegangan kedip”

maksimum Lama

tegangan kedip yang melewati batas tegangan standard

-50.00

-100.00

100.00

80.00

) % ( e g a t l o V S M R

60.00

Batas

tegangan operasi minimum yang ditetapkan oleh pemakai

40.00

20.00

0.00 0.05

0.10

0.15 Time (s)

0.20

0.25

Penyebab Gangguan Kedip Tegangan  Gangguan

hubungsingkat (di penyulang sendiri ataupun yang terjadi di saluran/penyulang lain)  Surja alih hubung akibat pengoperasian pemutus tenaga di saluran TT atau sistem distribusi  Perubahan beban tiba tiba yang cukup besar  Karakteristik pembebanan konsumen, seperti: Arc furnaces (open arc, submerged arc) Starting motor berkapasitas besar Mesin las berkapasitas besar, dll. Mesin pemotong logam

GANGGUAN KEDIP TEGANGAN

Kedip Tegangan akibat Hubung Singkat

Contoh Pengukuran

Tegangan VS Waktu

Starting Motor Induksi

Tegangan VS Waktu

Energizing Transformator

Contoh Pengukuran

Lonjakan Tegangan (Voltage Swells) Teg. Lebih sesaat akibat faults atau switching off beban besar 150

100

 Nilai

50

) % ( e g a t l o V

0 0.05

0.15

0.25

0.35

0.45

-50

-150

100 ) % ( e g a t l o V S M R

50

0.65

0.75

0.85

Lama

-100

150

0.55

kenaikkan tegangan maksimum

Time (s)

kenaikan tegangan diatas batas operasi menurut standard Batas

tegangan operasi maksimum yang ditetapkan oleh pemakai

Long Duration Voltage variations 100.00

50.00

Lama

) % ( e g a t l o V

0.00 0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

-50.00

tegangan dibawah 10% tegangan nominal

-100.00

120.00

100.00

Batas

yang ditetapkan oleh pemakai

90%

80.00 ) % ( e g a t l o V S M R

Note: Diklasifikasikan sebagai voltage interruption bila durasi > 1 menit atau tegangan turun sp 0 volt

60.00

40.00

20.00

0.00 0.05

0.10

0.15

0.20 Time (s)

0.25

0.30

0.35

Klasifikasi hasil rekaman tegangan (contoh) Depth % of Vnominal 140 < d <= 180

Duration 0.5 - 30 cycles Instantaneous swells

120 < d <= 140 110 < d <= 120 90 <= d <= 110 10 <= d < 90 d < 10

Instantaneous

30 - 180 cycles 3s - 1min

Over Momentary swells Voltage Temporary Long duration Tegangan normal Momentary Temporary

Momentary interruptions Temporary

According to IEEE 1159

> 1min

Sustained

Under Voltage

UNIPEDE : International Union of Producer and Distributor of Electrical Energy

Akibat Voltage dips pada kerja motor

 Torque

motor : T A =[(E/ER)2T m]-T L

T L = rated voltage motor torque ER = rated motor voltage T m = rated voltage motor torque E = Voltage available at motor bus T A = average accelerating torque  Akibat voltage dips  TA < 0  Masalah : berapa lama kondisi itu bisa dipertahankan ?  Proteksi ? :* AC contactor (50-70%) rated voltage atau * Time delayed under voltage protection (U, time delay)

Kelip Tegangan (Flickers)

Tegangan

yang bervariasi dengan frekuensi antara 0.5 - 25 Hz

1.5

1.0

0.5

) u p ( e g a t l o V

0.0 0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

Batas

yang ditetapkan pemakai

-0.5

-1.0

-1.5 Time (s)

BATAS DAN STANDARD KELIP TEGANGAN Pst : short term flicker severity index Plt : long term flicker severity index Misal untuk Eropa, batas Pst yang diijinkan antara 0,6 0,8.

–

Di Inggris, telah diusulkan batas P st = 1,2 untuk sistem dengan tegangan 132 kV dan dibawahnya, sedangkan Pst = 1 untuk tegangan diatas 132 kV

Ketakseimbangan Tegangan

(Voltage Unbalance)

Ketidakseimbangan Tegangan :

V2(urutan neg.) V1(urutan pos.)

Penyebab : - Distribusi beban tidak seimbang pada setiap fasa. - Impedansi sistem (trafo + penghantar) tidak sama pada setiap fasa. - Power supply yang tidak seimbang dan tidak stabil - Adanya short circuit fasa-tanah yang tak terdeteksi - Kegagalan operasi dari peralatan pengoreksi faktor daya (capasitor bank)

Apakah Ketakseimbangan Tegangan berdampak merugikan ?

Akibat Ketakseimbangan Tegangan pada Motor : Menyebabkan

ketakseimbangan arus (current

unbalance) yang sangat tinggi Besar

arus tak seimbang yang dihasilkan adalah

6 sampai 10 kali tegangan tak seimbang Motor 100 hp yang beroperasi pada kondisi nominal dan dengan 2,5% tegangan tak seimbang menghasilkan arus tak seimbang sebesar 27,7%

Akibat Ketakseimbangan Tegangan pada Motor : Pada

motor induksi arus urutan negatif menghasilkan arah

putaran fluksi yang melawan putaran fluksi dari arus urutan positif  torsi motor berkurang  diperlukan tambahan arus/daya agar torsi normal  pemanasan berlebih pada motor Tambahan

kenaikan temperator (dalam percent) minimal sebesar

2 x (% voltage unbalance) Motor yang beroperasi normal pada temperatur kerja 100°C akan mengalami kenaikan temperatur sebesar 8°C jika dioperasikan pada kondisi 2% voltage unbalance

Teknik Pencegahan: Re-distribusi

beban agar beban menjadi

seimbang Mereduksi

ketakseimbangan tegangan pada

trafo dan penghantar Pemasangan

single-phase regulator dan static

var compensator

Referensi (definisi, pengukuran, nilai batas) PQ Event Definition / Description Standards - IEEE 1159-1995 - EN-50160  Measurement Standards - P1159.1 & .2 Task Forces on PQ Events Characterization - IEEE 519 & IEC 61000-4-7 on Harmonics - IEC 61000-4-15 on flicker - IEC 61000-4-30 PQ Parameters Measurements  Disturbance Limits - IEEE 519a - EN 50160 - IEC 61000-3-x 

Pengaruh PQ pada peralatan dan industri 

Peralatan yang rawan terhadap PQ antara lain : –

–

–

Variable Speed Drives Electronics Controls Computer and Communication Systems



Sistem kontrol pada industri dan pemroses data umumnya rawan terhadap PQ



Pengaruh PQ terhadap hasil produksi : –

–

–

Produk cacat dan ditolak Jadwal produksi terganggu --- jangka pendek Hilangnya peluang pasar --- jangka panjang

Power Quality (masalah yang dihadapi ) Isu yang dihadapi para manajer dan pembuat keputusan Disisi perusahaan listrik •

•

Batas PQ yang diperlukan industri dan yang dapat disediakan oleh perusahaan Biaya penyediaan listrik

•

Efisiensi/ rugi-rugi energi

•

Faktor lingkungan

Disisi pengguna listrik (industri) •

Kualitas produk

•

Biaya produksi

•

Kompetisi pasar global

•

Otomatisasi proses produksi

PENYELESAIAN MASALAH PQ

Manfaat indeks kinerja/kualitas  Pada

pelanggan : * Untuk menilai kompatibilitas antara spesifikasi yang diinginkan dengan lingkungan dan kualitas supply listrik (Power Quality)

 Pada

perusahaan listrik : * Sebagai tolok ukur dalam menilai kinerja operasi, pemeliharaan sistem dan penetapan kebijakan perencanaan

System Benchmarking Membandingkan

kualitas besaran listrik di titik pasokan pelanggan dengan di penyulang gardu Membandingkan kualitas besaran listrik di satu gardu dengan yang lain Membandingkan kualitas besaran listrik antar cabang distribusi

Penutup 1. Kedip tegangan disebabkan gangguan dan fault clearing time: Besarnya kedip tegangan tergantung dari lokasi dan jarak dari titik gangguan. Semakin jauh dari titik gangguan, maka kedip tegangan semakin kecil

2. Kedip tegangan, (harmonics), flickers disebabkan kondisi pembebanan: arc furnaces dll 3. Penanggulangan: di sisi sistem pasokan di sisi beban/konsumen

Harmonisa (Harmonics)

Harmonisa? dan Bagaimana HARMONISA bisa timbul/dibangkitkan pada suatu Jaringan/Sistem Tenaga Listrik

•

•

•

Setiap sinyal periodik yang tidak berbentuk sinus (NONSINUSOIDAL) mengandung harmonisa Harmonisa berbentuk gelombang sinus : Ansin(wnt+jn) Semakin tinggi frekuensi harmonisa, semakin kecil amplitudonya

Sinusoidal No harmonics

Non-Sinusoidal Harmonics

Harmonisa adalah gelombang-gelombang sinus dengan frekuensi kelipatan (integer) dari frekuensi sumber, yang bila digabungkan dengan gelombang sinus dengan frekuensi sumber akan menghasilkan gelombang yang terdistorsi (non-sinus) Sumber dari harmonisa dalam sistem tenaga listrik adalah beban-beban non-linear

U1(t) = A1sin(wt)

U(t) = U1sin(wt) + U3sin(3wt) +U5sin(5wt) + U3(t) = A3sin(3wt)

=

+ U5(t) = A5sin(5wt)

URMS =  U1e2 + U2e2 + … + Une2

BEBAN LINIER DAN NON-LINIER Beban Linier :

Bila arus yang diserap mempunyai bentuk gelombang (sinus) yang sama dengan tegangan supply (tidak mengandung harmonisa) Contoh : tahanan (pemanas listrik), beban induktif dlm keadaan steady-state (transformator, motor)

Beban Non-linier : Bila arus yang diserap tidak mempunyai bentuk gelombang yang sama (non-sinus) dengan tegangan supply (mengandung harmonisa)

Contoh : motor saat start, transformator saat switch on.

ORDE DAN SPEKTRUM HARMONISA Orde Harmonisa dinyatakan dalam frekuensi (kelipatan frekuensi dasar. Untuk frekuensi dasar 50 Hz, harmonisa orde ke 5 mempunyai frekuensi 5 x 50 = 250 Hz

Spektum Harmonisa adalah grafik yang menggambarkan amplitudo dari harmonisa sebagai fungsi masing-masing frekuensinya

Simetris Hanya harmonisa ganjil Umumnya harmonisa ganjil dominan

Non-simetris Juga terdapat harmonisa genap

Tegangan harmonisa timbul karena adanya arus harmonisa yang berasal dari beban non-linear I Zi Ug

+ _

+ U -

U=Ug - Zi * I

ZL

Sistem elektronika daya terdiri dari peralatan semi-konduktor (SCRs, IGBTs, MOSFETs' etc) yang menghubungkan/memutus (switching) arus sesuai dengan algorithma kontrol tertentu Proses switching tsb jarang berimpit dengan zero crossing dari gelombang sumber/supply; sehingga mengakibatkan timbulnya pulsa-pulsa arus. Sifat non-linear rangkaian tsb mengakibatkan : walaupun tegangan yang digunakan murni sinus, arus yang dihasilkan akan berbentuk non-sinus dan akan mengandung harmonisa Uraian diatas menunjukkan bahwa beban menjadi sumber arus harmonisa, yang kemudian diinputkan kembali ke sistem dan berinteraksi dengan impedansi sistem yang akhirnya menghasilkan distorsi tegangan harmonisa.

Harmonisa tersebar ke seluruh jaringan

Ug

+U-

+U-

Zi1

Zi2

+ _

ZL1

Skugga

+UZi3 ZL2

ZL3

Diestimasikan sekitar 40% energi listrik yang dibangkitkan menggunakan peralatan elektronika daya sebelum digunakan Alasan utama makin banyaknya penggunaan peralatan elektronika daya tsb adalah peningkatan efisiensi sistem akan diperoleh Alasan kedua adalah yang berakibat pada peningkatan harmonisa pada sistem tenaga adalah perubahan dalam filosofi desain dari para perancang peralatan listrik. Sebelumnya, perancangan peralatan cenderung under rated atau over designed . Saat ini, supaya bisa bersaing, peralatan listrik dirancang lebih kritis (sesuai kebutuhan)

Tegangan dan Arus Harmonisa pada sistem supply/sumber

BEBAN 3 FASA 4 KAWAT 380 VOLT

Harmonisa yg dibangkitkan lampu neon (TL). Karacteristik harmonisa dari lampu neon adalah kelipatan orde 3 yaitu 3, 9, 15, atau frekuensi 150Hz, 450Hz dan 750Hz . Bentuk gelombang Tegangan Supply dan harmonisa yang dikandungnya (THD=9.4)

Arus Fasa dan Arus Netral beban 3 fasa lampu fluorescent

Efek harmonisa yang lain adalah mengalirnya arus netral yang tinggi. Hasil Analisis Harmonisa dari arus netral menunjukkan adanya ketakseimbangan pada sistem 3-fasa dan sebagian besar adalah arus harmonisa ke 3 dan ke 9 ) akibat beban lampu neon. Bentuk gelombang arus Netral dan harmonisa yang dikandungnya

Harmonisa yang dibangkitkan oleh Penyearah 6 Pulsa (six- pulse bridge rectifiers) adalah orde 5, 7, 11, dan 13, atau 250Hz, 350Hz, 550Hz and 650Hz .

Bentuk gelombang Arus Supply dan harmonisa yang dikandungnya (THD=14%)

Hasil pengukuran diatas memberikan informasi mengenai distorsi harmonisa pada sistem distribusi. Bila hanya digunakan kapasitor untuk kompensasi daya reaktif akan mengakibatkan beban lebih (overload) pada kapasitor, dan kemungkinan meledak dan terbakar .

Besaran Harmonisa untuk menentukan Kualitas Supply Listrik (Power Quality)

Faktor Distorsi Arus dan Tegangan Faktor Distorsi didefinisikan sebagai ratio (perbandingan) dari harga efektif harmonisa terhadap harga efektif gelombang dasarnya (50 Hz) yang dinyatakan dalam % dari gelombang dasarnya.

FD 

jumlah kuadrat dari amplitudo semua harmonisa kuadrat dari amplitudo gelombang dasar

100%

TOTAL HARMONIC DISTORTION FACTOR (THD) Faktor Distorsi disebut Total Harmonic Distortion (THD) N



2

I i

Faktor Distorsi Arus

THD arus 

i 2

2

I 1

N

 Faktor Distorsi Tegangan

THDtegangan 

V i

i 2

2

V 1

2

INDIVIDUAL HARMONIC DISTORTION FACTOR (IHD) Faktor Distorsi disebut Individual Harmonic Distortion (IHD)

Faktor Distorsi Arus

Faktor Distorsi Tegangan

IHDarus 

I i I 1

IHDtegangan 

V i V 1

TEGANGAN EFEKTIF (RMS VOLTAGE)

V rms 

h

 (V ) h

h 1

2

 V 1 1  THD

2

Faktor Daya sesungguhnya (True Power Factor)

pf 

P S

S  3VI P  3VI cos  1

S = daya nyata (VA) P = daya aktif (W) Cos φ1 = displacement factor Index “1” = gelombang dasar (50 Hz)

N

I 



2 I i

pf 

i 1

3V 1 I 1 cos  1 N



3V 1

2

I i

i 1

I 1

pf 

cos  1

N



2 I i

i 1

True Power Factor

pf  k 1 cos 1

k 1 

I 1



N



2

I i

i 1

1 1  (THD ) 2

Standard Harmonisa

IEEE Standards IEEE STD. 519-1992 IEEE-519 Voltage Distortion Limits Bus Voltage at PCC

IHDv (%)

THDv(%)

69 kV and below

3.0

5.0

69.001 kV through 161 kV

1.5

2.5

161 kV and above

1.0

1.5

IHDv = Individual Harmonic voltage Distortion THDV = Total Harmonic Distortion

IEEE Standards IEEE STD. 519-1992 IEEE-519 Maximum Odd-Harmonic Current Distortion (%) Limits for General Distribution Systems (120 Volts – 69,000 Volts) Isc /IL

n<11

11 n<17

17 n<23

23 n<35

35 n

TDD

<20

4.0

2.0

1.5

0.6

0.3

5.0

20<50

7.0

3.5

2.5

1.0

0.5

8.0

50<100

10.0

4.5

4.0

1.5

0.7

12.0

100<1000

12.0

5.5

5.0

2.0

1.0

15.0

>1000

15.0

7.0

6.0

2.5

1.4

20.0

Even harmonics are limited to 25% of the odd harmonic limits above ISC = Maximum short circuit current at the bus IL = Maximum demand load current of the fundamental frequency at the bus

Sumber Harmonisa

Peralatan yang menghasilkan Harmonisa • • • • • • •

Peralatan kantor (komputer dll)) Pengatur cahaya (lampu) Lampu hemat (rendah) energi Pengatur kecepatan Motor (Elektronika Daya) UPS Electric Arc Furnace Dll

Penyearah Enam Pulsa (Six-pulse Bridge Rectifiers) Orde Harmonisa : (pengaruh komutasi diabaikan)

n = kp ± 1

p = jumlah pulsa output dalam satu siklus adalah 6 k = 0, 1, 2,... Bilangan bulat n = orde harmonisa Rumus diatas juga dapat digunakan untuk penyearah 12 pulsa, yaitu p = 12.

Dapur Busur Listrik (Electric Arc Furnace) Harmonisa yang dibangkitkan oleh dapur busur listrik tidak bisa diprediksi dan untuk mengetahuinya diperlukan pengukuran Harmonisa yang timbul selalu berubah-ubah , tergantung pada kondisi dapur busur listrik, yaitu posisi elektrode, scrap baja, busur api antara elektrode, dan elektrode serta groundingnya Keunikan karakteristik dari sistem ini adalah munculnya sub- harmonik , yaitu harmonisa dengan frekuensi dibawah frekuensi gelombang dasar (50 Hz). Harmonisa yang dibangkitkan bisa digunakan sebagai indikator kondisi operasi dari dapur busur listrik.

Kompensator VAR Statis Thyristor-Controlled Reactor (TCR) digunakan sebagai kompensator statis pada sistem distribusi untuk mengurangi kedip tegangan, memperbaiki faktor daya, memperbaiki ketakseimbangan dan memperbaiki stabilitas sistem

(a) Bila tingkat harmonisa rendah dan hanya hanya dibutuhkan kompensasi daya reaktif (b) Bila filter harmonik harus digunakan

Lampu Dischar ge Lampu discharge membangkitkan arus harmonisa dengan orde ganjil. Dalam sistem 3 fasa, harmonisa yang terbesar/ dominan adalah orde ke 3, 9 dan 15. Harmonisa tsb merupakan komponen urutan nol, sehingga jumlah arus harmonisa tsb akan mengalir melalui kawat netral yang mengakibatkan pemanasan berlebihan pada kawat netral tsb, khususnya bila ukuran kawat netral tsb lebih kecil dari konduktor fasa. Lampu neon/TL hemat energi (new, compact, energy efficient) dengan electronic starter dan ballast, membangkitkan spektrum harmonisa orde ganjil yang lengkap dengan Total Harmonic Distortion Index lebih besar 100%.

Peralatan Electronik rumah tangga Peralatan elektronik seperti TV, VCR, radio, personal computer, mesin cuci yang dikontrol secara elektroniss, and compact fluorescent lamps require direct current to supply electronic components. Single-phase rectifiers are commonly used as power supplies for such electronic equipment.

Walaupun daya nominal dari masing-masing peralatan tsb kecil, peralatan elektronik dalam jumlah besar akan memberikan masalah yang serius di daerah perumahan, terutama daerah yang berpenduduk padat. Pola penggunaan energi pada daerah perumahan menunjukkan bahwa sekitar 30 ÷ 50% beban perumahan mempunyai karakteristik arus-tegangan yang non-linier , yang merupakan sumber arus harmonisa.

Kapasitor dan Harmonisa

(RESONANSI)

Pemasalahan yang timbul akibat Harmonisa: – Excessive h eating & failure of c apacitors, capacito r fuses, transformers, motors , etc. – Uncontroll ed tripping of breakers or fuses – Voltage distortio n – Erroneous operation of cont rol sys tems – Damage to electroni c equipment (inclu ding drives) – Communication interference

– Capacitor resonance => Very serious!

Impedansi Kapasitor sebagai fungsi Frekuensi

z

z

0

1

C

1

C

2

f

f (Hz)

Fenomena Resonansi : – Beban capacitive dan inductive membatasi arus yang mengalir

(mempunyai impedansi), tetapi tergantung pada frekuensi impedansi dan arus yang mengalir berubah dengan berubahnya frequensi – Impedansi kapasitif dan induktif mempunyai sifat yang berlawanan (saling meniadakan) – Pada frequensi tertentu, reaktansi kapacitif = inductif  Impedansinya saling meniadakan (terhubung seri)  Frekuensi tersebut adalah frekuensi resonansi/ tuning frequency – Bila terdapat frequensi yang sama dengan tuning frequency, maka maka akan terjadi fenomena resonansi  arus pada frekuensi resonansi tersebut akan menjadi besar

Karacteristik Impedansi X

INDUCTANCE XL =

L = (2

XL

f) L

bila f naik

XL

X

CAPACITOR XC = -

C

=-

(2 f)C

XC

Bila f naik

XC

Fenomena Resonansi:

fr  f 1

X L  2  fl

Z

X L

Resonansi

X C

XL ( XL+Xc )

X C  

1 2 fc

XC

Resonansi Seri LC

HUBUNGAN SERI DARI INDUKTOR DAN KAPASITOR

X

f r XL Z

XC

XL + Xc = 0 XL = -Xc

f r

2

r

=1

Resonansi Seri 20 KV

20 KV, 150 MVA, 50 Hz Harmonics

Inductance of the Transformator

Harmonic Source

400 V

400 V

Capacitor Bank

Capacitance of the Capacitor Bank

Resonansi Paralel LC

HUBUNGAN PARALEL DARI INDUKTOR DAN KAPASITOR

X

f r XC

XL

Z

f r

2

r

=1

Resonansi Paralel 20 KV, 150 MVA, 50 Hz Network Inductance Harmonic Source

400 V Harmonics Variable Speed Drive

Capacitor Bank

Capacitance of the Capacitor Bank

Efek Harmonisa

Peralatan Listrik Distorsi harmonisa bisa menyebabkan terjadinya pergeseran voltage zero crossing , yang akan berakibat pada kesalahan operasi bila digunakan untuk sinkronisasi kontrol.

Komputer dan peralatan yang sejenisnya membutuhkan sumber ac yang bila mengandung harmonisa THD tegangan- nya tidak boleh lebih dari 5%, dan untuk masing-masing harmonisa tidak boleh lebih dari 3% gelombang dasar (50 Hz).

Pengukuran Harmonisa mengakibatkan kesalahan pengukuran dari alat- alat ukur tergantung pada konstruksi dari alat ukur tsb. Alat ukur yang bekerja berdasarkan induksi (induction disk), seperti watt-hour meters, dirancang dan dikalibrasi untuk gelombang sinus. Harmonisa membangkitkan tambahan kopel/torque electromagnetic pada disk, sehingga hasil pengukurannya lebih tinggi. Suatu study di Canada melaporkan bahwa harmonisa ke 5 sebesar 20% akan mengahsilkan 10 ÷ 15% error pada two element three-phase wattmeter. Digital wattmeter biasanya teliti, kecuali jika distorsinya sangat besar (≥20%).

Interferensi Telephone Harmonisa dapat mempengaruhi rangkaian telephone yang menghasilkan medan magnit dan medan listrik, dan akan mempengaruhi kualitas sistem komunikasi.

1.Power Quality .pdf

Recommend Documents