Analisis Aliran Daya_Setengah

Abstrak

Pada Modul 2, praktikan akan memahami konsep dari analisis aliran daya rangkaian sistem tenaga elektrik terhadap perubahan – perubahan parameter yang komponennya diubah. Pengaruh parameter komponen tersebut dilihat pada tegangan beban maupun daya aktif dan reaktif di 8 titik pengukuran dengan menggunakan SimPowerSystem SimPowerSystem dan Simulink pada Matlab.

Kata kunci: Analisis Aliran Daya, Daya Aktif, Daya Reaktif, MatLab, SimPowerSystems TM, Simulink®.

1.

2.2

PENDAHULUAN

Dinamika terjadi ketika penggunaan beban listrik pada suatu industri, seperti pada siang hari penggunaan beban akan naik dibandingkan penggunaan beban listrik di malam hari. Perubahan aliran daya pada suatu sistem tenaga listrik tersebut dapat menggunakan konsep analisis aliran daya, sehingga dapat mengatasi gangguan dan meminimalisir kerugian yang dialami sistem, seperti kasus overvoltage maupun undervoltage. Adapun tujuan praktikum modul 2 Analisis Aliran Daya, ini adalah sebagai berikut : 



2.

setiap saluran dan transformator di jaringan, serta besar tegangan dan sudut phasa pada setiap busbar di jaringan, setelah data konsumsi daya pada titik-titik beban dan produksi daya pada sisi generator diketahui. Analisa solusi aliran daya ini akan memberikan gambaran apakah sistem tenaga yang ada memiliki peformansi yang memenuhi kriteria-kriteria yang telah ditetapkan pada sistem tersebut, seperti antara lain: Pembebanan komponen dan rangkaian; Tegangan bus pada kondisi mantap; Aliran daya reaktif; Rugi-rugi sistem. (1)

Memahami konsep aliran daya pada suatu sistem tenaga elektrik; Melakukan analisis terhadap perubahan – perubahan aliran daya pada suatu sistem tenaga elektrik dengan menggunakan SimPowerSystems dan Simulink pada MATLAB.

S TUDI PUSTAKA

2.1 A NALISIS NALISIS A LIRAN LIRAN D AYA

Studi aliran daya menghitung tegangan arus, daya aktif, daya reaktif dan faktor daya pada suatu sistem tenaga. Perencanaan, perancangan dan pengoperasian sistem tenaga membutuhkan perhitunganperhitungan tersebut untuk menganalisis performansi sistem pada kondisi mantap dalam berbagai macam kondisi operasi. Pada praktikum ini, solusi aliran daya diperoleh dengan menggunakan SimPowerSystems™ dan Simulink® pada MATLAB (untuk mengerti detail formula perhitungan aliran daya, praktikan disarankan untuk membaca panduan buku teks mengenai analisis sistem tenaga). Permasalahan mendasar yang dipecahkan dengan studi aliran daya ini adalah menemukan aliran daya pada

GENERATOR

Generator adalah sumber tegangan listrik yang diperoleh melalui perubahan energi mekanik menjadi energi listrik. Generator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik, yaitu dengan memutar suatu kumparan dalam medan magnetsehingga timbul ggl induksi. Generator mempunyai dua komponen utama, yaitu bagian yang diam (stator) dan bagian yang bergerak (rotor). Rotor berhubungan dengan poros generator yang berputar di pusat stator. Poros generator biasanya diputar menggunakan usaha luar yang dapat berasal dari turbin, baik turbin air atau turbin uap dan selanjutnya berproses menghasilkan arus listrik. (2) Terdapat dua jenis generator, yaitu generator arus bolak-balik (AC) dan generator arus searah (DC). Generator arus bolak-balik sering disebut juga dengan alternator. Alat ini terdiri atas magnet dengan kutub berbentuk cekung dan kumparan kawat yang dililitkan pada suatu armatur dan dapat berputar dalam suatu medan magnet. Armatur berupa kumparan persegi dengan lilitan mengitari sebuah inti besi lunak. Generator arus searah sering disebut juga dengan dinamo. Alat ini terdiri atas magnet dan kumparan kawat yang dililitkan pada suatu armatur dan dapat berputar dalam suatu medan magnet. Perbedaannya dengan generator AC adalah pada bagian komponen yang berhubungan dengan ujung kumparan yang berputar. Dinamo mcnggunakan sebuah cincin belah atau disebut sebagai komutator, sedangkan generator AC menggunakan dua buah slip ring . (2) 2.3

CIRCUIT BREAKER

Circuit breaker (CB) adalah peralatan pada sistem tenaga listrik yang berfungsi untuk memutuskan hubungan antara sisi sumber tenaga listrik dan sisi beban yang dapat bekerja secara otomatis ketika terjadi gangguan atau secara manual ketika dilakukan perawatan atau perbaikan. Circuit breaker dirancang untuk melakukan proteksi terhadap suatu rangkaian listrik dari bahaya-bahaya yang disebabkan oleh short circuit atau overcurrent secara otomatis.

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB

1

Fungsi utamanya adalah untuk menginterupsi arus listrik ketika relay protektif mendeteksi adanya kesalahan dalam rangkaian. Tidak seperti fuse, yang hanya dapat digunakan sekali kemudian diganti, sebuah circuit breaker dapat direset dan digunakan kembali dalam keadaan (3) normal. 2.4

SIMULINK

Simulink merupakan bagian tambahan dari software MATLAB (Mathworks Inc.). Simulink dapat digunakan sebagai sarana pemodelan, simulasi dan analisis dari sistem dinamik dengan menggunakan antarmuka grafis (GUI). Simulink terdiri dari beberapa kumpulan toolbox yang dapat digunakan untuk analisis sistem linier dan non-linier. Beberapa library yang sering digunakan dalamsistem kontrol antara lain math, sinks, dan sources . (4) 2.5

SISTEM PER UNIT

Dalam analisa sistem tenaga listrik, ada empat besaran yang dipakai sebagai parameter dalam perhitungan atau pengujian sistem yaitu [1] : Arus (A), Tegangan (V), Daya (W), dan Impedansi (Ohm). Untuk memudahkan perhitungan dalam analisa sistem tenaga listrik digunakan sistem per unit. Dengan menentukan besaran dasar, besaran per unit dapat dihitung. Dengan menentukan dua besaran (biasanya tegangan dasar dan daya dasar), maka besaran dasar yang lain (arus dan impedansi) dapat ditentukan. Sistem per unit adalah ekspresi besaran pada sistem dalam perbandingan terhadap besaran dasar (base). Perhitungan menjadi lebih sederhana karena semua besaran yang telah ditransformasi ke dalam per unit tidak berubah ketika dicerminkan dari sisi ke sisi yang lain pada trafo. Sistem ini akan sangat memudahkan ketika dalam suatu sistem tenaga terdapat banyak trafo yang digunakan. Besaran per unit didefinisikan sebagai perbandingan harga yang sebenarnya (actual value) dengan harga dasar (base value). Jadi jika dituliskan dalam rumus yaitu: (Besaran sesungguhnya – Besaran dasar dengan dimensi yang sama) . (5)

2.7 TRANSMISI

Transmisi adalah proses penyaluran tenaga listrik dari tempat pembangkit tenaga listrik (power plant) hingga saluran distribusi listrik (substation distribution) agar sampai pada konsumen pengguna listrik. Transmisi dibedakan menjadi berbagai macam, salah satunya adalah menurut panjangnya. Transmisi saluran pendek memiliki panjang saluran kurang dari 50 mil. Transmisi saluran menengah memiliki panjang saluran antar 50-150 mil. Transmisi saluran panjang memiliki panjang saluran lebih dari 150 mil. 2.8

BEBAN

Beban berfungsi untuk menyerap daya. Ada tiga jenis beban pada umumnya yaitu beban resistif, beban induktif, dan beban kapasitif. Beban resistif dihasilkan oleh bahan yang bersifat murni tahanan seperti pada elemenpemanas dan lampu pijar. Beban induktif timbul akibat lilitan atau kumparan yang menimbulkan menimbulkan medan magnet seperti pada trafo, motor, dan relay. Arus tertinggal (lagging) terhadap tegangannya dengan beda fasa sebesar 0 sampai 90˚. Beban kapasitif bersifat seakan-akan menyimpan tegangan listrik sesaat. Arus mendahului (leading) tegangannya dengan beda fasa sebesar -90 sampai 0˚. Pada modul ini ketiga jenis beban digunakan dengan hubungan paralel. 3.

METODOLOGI

Komponen dan alat yang digunakan pada praktikum modul 1 Pengenalan Komponen & Perangkat Lunak SIMPOWERSYSTEMS TM Dan Simulink® Pada Matlab adalah 

1 unit komputer



Software Matlab

Langkah-langkah yang dilakukan adalah

2.6 TRANSFORMATOR

Transformator adalah peralatan listrik yang mengubah data AC pada suatu level tegangan ke level tegangan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik tanpa merubah frekuensinya. Dapat juga digunakan untuk sampling tengangan, arus, dan transformasi impedansi. Ketika kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan AC, perubahan arus listrik pada kumparan primer menimbulkan perubahan medan magnet. Medan magnet berubah diperkuat oleh inti besi, sehingga fluks magnet yang ditimbulkan akan mengalir ke kumparan sekunder, sehingga pada ujung – ujung kumparan sekunder akan timbul ggl induksi. (6) Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB

2

Merangkai komponen - komponen sesuai dengan rangkaian pada modul (Gambar 4.1)

Gambar 4.3 :

Bentuk Sinyal Tegangan beban Fasa B

Gambar 4.4 :

Bentuk Sinyal Tegangan beban Fasa C

Mengatur parameter sesuai dengan kondisi pada modul

Melakukan simulasi; Dan mencatat hasil simulasi pada BCL.

4.

H ASIL DAN A NALISIS

Rangkaian yang dibuat memiliki spesifikasi sebagai berikut :

Gambar 4.1 :

Gambar 4.5 :

Bentuk Sinyal Arus beban Fasa A

Gambar 4.6 :

Bentuk Sinyal Arus beban Fasa B

Gambar 4.7 :

Bentuk Sinyal Arus beban Fasa C

Skematik Rangkaian Modul 1

Generator : 30 MVA, 13.8 kV, Xs = 0.1 pu; Trafo 1 : 20 MVA, 13.2 – 132 kV, ∆-Y, Rt = 0.005, Xt = 0.1pu; Trafo 2 : 20 MVA, 132 – 13.8 kV, Y-∆, Rt = 0.005, Xt = 0.1pu; Line : 20 KM, Rl = 0.2 Ω/km, Xl = 2 Ω/km; Beban : 20 MVA, 0.8 lag, 13.8kV, Xs = 0.08 pu. Kemudian, setelah mengatur parameter dan melakukan debug. Dalam menyusun rangkaian terdapat perubahan kompnen yaitu Demux menggantukan stator voltage. Hasil simulasi dari rangkaian dapat dilihat pada gambar berikut :

Gambar 4.2 :

Bentuk Sinyal Tegangan beban Fasa A


3

Gambar 4.8 :

Pengaturan Generator

Setelah generator sinkron dipasang, lalu diberikan parameter seperti gambar diatas. ada gambar tersebut, diberikan parameter sebesar 30 MVA ditandai angka 30e6, 13.8 kV, dengan Xs = 0.1 pu. Selanjutnya tegangan keluarannya bernilai 13.8 kV dengan frekuensi standar 50 Hz. Selain itu, nilai Xl juga diubah menjadi 0.1 pu sesuai dengan spesifikasi yang ada pada modul.

Gambar 4.9 :

Pengaturan Breaker

Untuk breaker, diatur dalam keadaan close dan juga tanpa switching yang dapat dilihat pada gambar tanda switching A, B, C tidak dicentang. Tujuannya agar breaker dapat terhubung dengan komponen yang lain. Serta pada ketiga fasanya breaker tidak dapat melakukan switching untuk keperluan praktikum.

Gambar 4.10 :

Pengaturan Configuration Trafo 1


4

Gambar 4.13 :

Gambar 4.11 :

Pengaturan Parameters Trafo 1

Selanjutnya, transformator atau trafo. Pada rangkaian ini, terdapat dua trafo, yaitu trafo stepup pada trafo pertama dan trafo stepdown pada trafo kedua. Trafo step-up berfungsi untuk menaikan tegangan dari tegangan rendah ke tegangan tinggi. Pada modul yaitu dari 13.8 kV menjadi tegangan tinggi 132 kV, ini digunakan untuk keperluan transmisi. Sedangkan trafo stepdown berfungsi untuk menurunkan tegangan dari 132 kV menjadi 13.8 kV. Konfigurasi yang digunakan pada trafo pertama yaitu Delta-Wye. Delta pada bagian winding 1 dan Wye pada bagian winding 2.

Gambar 4.12 :

Pengaturan Parameters Trafo 1

Pada trafo ini, parameter daya nominal dan frekuensi sama seperti trafo pertama. Tetapi konfigurasinya dibalik menjadi Wye-delta dengan parameter tegangan, R, dan L yang dibalik juga dari trafo pertama.

Pengaturan Configuration Trafo 2 Gambar 4.14 :

Pengaturan Pi Line

Pada pengaturan seperti gambar tersebut frekuensi diatur 50 Hz dan panjang dari line Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB

5

adalah 20 km sesuai dengan modul. Pada setiap kilometernya, resistansi line adalah 0.2 ohm/km seperti spesifikasi. Sama seperti pada trafo, nilai induktansi diperoleh dari nilai reaktansinya yang bernilai 2 ohm/km dibagi dengan 100π sebagai frekuensi dari sinyal dalam rad/s.

sistem tiga fasa. Tegangan antarfasa diatur 13.8 kV dengan frekuensi 50 Hz seperti spesifikasi pada modul. Dengan melakukan perhitungan, nilai daya aktif adalah 16 MW karena pada spesifikasi nilai dayanya adalah 20 MW dengan power factor 0.8.

Gambar 4.18 : Gambar 4.17 :

Pengaturan Multimeter

Pengaturan Measurement

Komponen yang dianalisis pada rangkaian berikutnya yaitu measurement Pada pengaturan measurement tegangan diubah menjadi phase to phase agar tegangan yang terukur adalah jenis tegangan yang biasa digunakan di dalam perancangan dan perhitungan.

Seluruh parameter yang telah ditentukan dan dimasukkan ke dalam rangkaian selanjutnya mulai disimulasikan dan akan menghasilkan suatu grafik yang ada seperti pada Gambar 4.2 sampai Gambar 4.7. Pertanyaan Analisis Modul :

1. Jelaskan fungsi dari sistem eksitasi pada generator ! Fungsi dari sistem eksitasi yaitu mengalirkan arus searah ke dalam generator yaitu arus field. Konduktor pada generator yang diputar akan muncul GGL induksi, lalu arus field digunakan untuk membangkitkan medan magnet dalam generator. Tegangan keluaran generator salah satunya dipengaruhi oleh kuat medan magnet ini, dan medan magnet ini juga dipengaruhi oleh besarnya arus field. Maka secara tidak langsung, tegangan keluaran generator juga ditentukan oleh besarnya arus yang dialirkan oleh sistem eksitasi ini

2.

Gambar 4.18 :

Pengaturan Beban RLC

Komponen berikutnya adalah beban. Pada beban yang digunakan dirangkaian ini adalah beban parallel yang mengandung komponen RLC untuk

Apabila suatu breaker terputus, apa yang terjadi pada sinyal keluaran tegangan pada beban ? Apabila breaker terputus atau open circuit, maka arus yang mengalir pada rangkaian menjadi nol, walaupun elektronnya tetap ada namun tidak bisa melewatkan arusnya karena terputus jalurnya. Karena fungsi breaker disini adalah sebagai switch yang melakukan proteksi jika adanya korsleting. Sehingga


6

tegangan pada beban juga akan bernilai nol pula dan tidak ada transmisi tenaga dari sumber ke beban

3.

Arus Base pada load :

Buat perhitungan dalam sistem pu untuk mencari arus pada beban ! Base perhitungan :

Arus Beban dalam pu :

Dalam perhitungan breaker dianggap ideal tanpa loss sehingga tidak dimasukkan perhitungan.

Arus Aktual pada beban :

Load : 4.

Bandingkan hasil perhitungan anda dengan simulasi pada Matlab! Analisa Hasilnya! Perbandingan hasil perhitungan dan hasil simulasi terlihat bahwa hasil perhitungan berbeda dengan simulasi menunjukan arus yang mengalir pada beban kurang lebih mendekati nilai 1000 A. Perbedaan ini dapat terjadi karena adanya beberapa parameter yang diabaikan di dalam perhitungan. Salah satu faktornya karena nilai C pada PI line yang tidak ikut diperhitungkan dalam perhitungan. Maka seharusnya nilai impedansi dari line tidak persis seperti pada hitungan tersebut. Pada hasil simulasi sinyal terlihat naik kemudian turun lagi dan stabil konstan. Proses ini yaitu ketika seluruh komponen penyimpan energi mengalami charging terlebih dahulu kemudian keadaan menjadi steady state. Faktor lainnya adalah keberadaan breaker pada sistem. Pada simulasi breaker menimbulkan losses sedangkan pada perhitungan kita anggap breaker ideal tanpa loss. Dengan demikian perbedaan pada hasil perhitungan dengan hasil simulasi di Matlab tersebut

Trafo 1 :

Trafo 2 :

Line :

5.

Sebutkan dan jelaskan minimal 4 jenis pemutus arus ! 

Circuit Breaker Pemutus arus listrik otomatis, karena arus berlebih yang melewati CB tersebut. Berfungsi sebagai pengaman rangkaian listrik.



Fuse Alat yang dapat memutuskan arus listrik pada saat terjadi hubung singkat atau arus berlebih pada rangkaian listrik.

Generator : 

Saklar


7

Komponen pemutus dan penyambung aliran arus listri. Kompnen yang dirancang untuk memiliki dua keadaan, yaitu menutup dan terbuka. 

LBS (Load Break Switch) Pemutus atus 3 fasa untuk penempatan di luar ruas pada tiang pancang yang dikendalikan secara elektronik.

6.

Sebutkan dan jelaskan pengaturan governor pada pengaturan sinkron ! 

[2]

https://id.wikipedia.org/wiki/Generator_listr ik diakses pada 07/02/2018 pukul 20.00.

[3]

http://fungsi.info/tag/fungsi-circuit-breaker/ diakses pada 07/02/2018 pukul 20.05.

[4]

https://id.wikipedia.org/wiki/Simulink diakses pada 07/02/2018 pukul 20.10.

[5]

http://jonielektro.blogspot.co.id/2011/12/si stem-per-unit.html diakses pada 07/02/2018 pukul 20.15.

https://tanotocentre.wordpress.com/2009/06/06/t ransformator/ diakses pada 07/02/2018 pukul 20.20.

Base Load Governor Bekerja dengan cara mengatur kecepatan prime power mover dan generator agar menghasilkan daya yang konstan meskipun beban yang disuplai berubah – ubah.



Drop Governor Bekerja berdasarkan perubahan frekuensi pada jaringan. Apabila terjadi perubahan beban, maka akan terjadi perubahan frekuensi, sehingga governor akan melakukan penyesuaian kecepatan prime mover agar kembali pada frekuensi.



Isochronous Governor Bekerja dengan cara mengatur prime mover dan generator pada frekuensi yang konstan, tanpa memperhatikan beban yang disuplai.

5.

K ESIMPULAN

Dari percobaan yang telah dilakukan, didapat kesimpulan sebagai berikut : 1.

Rangkaian Sistem Tenaga elektrik dapat dibuat menggunakan SimPowerSystemsTM dan Simulink® pada Matlab.

2.

Terdapat library pada SimPowerSystems TM yang berisi komponen yang berguna pada Sistem Tenaga Elektrik.

3.

Hasil perhitungan dengan hasil simulasi dapat berbeda akibat perbedaan parameter, pembacaan nilai grafik simulasi, serta pembulatan angka hasil perhitungan.

D AFTAR PUSTAKA

[1]

Tim Penyusun, Modul Praktikum Sistem Tenaga Elektrik EL3217 , Laboratorium Sistem Kendali dan Komputer. Bandung, 2018. Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB

8


9

Analisis Aliran Daya_Setengah

Recommend Documents