ANALISIS SISTEM TENAGA Analisis Gangguan Dr. Muhammad Nurdin Ir. Nanang Hariyanto, MSc
Departemen Teknik Elektro ITB
Pendahuluan • Sistem Sistem tena tenaga ga listri listrik k pasti pasti mengal mengalami ami gang ganggu guan an denga dengan n arus arus yang besar • Alat Alat pr prot otek eksi si ar arus us lebi lebih h (CB+O/C (CB+O/C relay, fuse ) harus dapat mengisolasi lokasi hubung singkat agar kerusakan komponen minimal • Perhit Perhitung ungan an ar arus us hubu hubung ng singk singkat at diperl diperluka ukan n untuk untuk : – memperole memperoleh h perkiraan perkiraan arus hubung hubung singkat singkat maksimum maksimum mencek/memilih kapasitas CB, fuse, bus … & rating dan setting alat proteksi & koordinasi proteksi arus lebih – memperole memperoleh h perkiraan perkiraan arus h/s h/s minimum minimum menetap menetap mencek sensitivitas alat proteksi – evalua evaluasi si aliran aliran arus h/s dan profil profil tegan tegangan gan selama selama h/s
Sumber Arus Hubung Singkat Arus (pada frekuensi daya) yang mengalir selama gangguan hubung singkat berasal dari mesin-mesin berputar. Kapasitor daya dapat mengeluarkan arus transien yang besar tapi dalam waktu singkat (pd. f >> f daya). 4 kategori mesin berputar : • Gene Genera rato torr sink sinkro ron n • Moto Motorr sink sinkro ron n da dan n synchronous condenser • Mesi Mesin n indu nduksi • Electric utility system (untuk sistem distribusi : gardu induk) Besar arus h/s dari setiap mesin berputar dibatasi oleh impedansi mesin (= f(t)) dan impedansi antara mesin tsb dan gangguan
Generator sinkron Z = Z = R + jX Fasa E
Netral E = E = driving voltage X : Xd” (direct axis sub-transient reactance ) Xd’ (direct axis transient reactance ) Xd (direct axis steady state reactance )
Gene Ge nera rato torr si sink nkro ron n (l (lan anju juta tan) n) Besar reaktansi generator sinkron berubah bila generator merasakan adanya gangguan hubung singkat : • Xd” = reaktansi sub-transien, menentukan arus pd. 1 st cycle pada (frekuensi 50 Hz atau 60 Hz) dari awal gangguan ; setelah ~ 0,1 det. reaktansi naik menjadi : • Xd’ = reaktansi transien, menentukan arus beberapa cycles dari awal gangguan ; setelah 0,5 - 2 det kemudian reaktansi naik menjadi : • Xd = reaktansi sinkron menentukan arus setelah tercapai keadaan tunak Arus hubung singkat :
I = I = E/Z
dengan Z = Z = impedansi total antara teg. dalam generator dengan gangguan
Motor sinkron & Synchronous condenser • Motor Motor sinkro sinkron n mensup mensuplai lai arus arus hubu hubung ng singk singkat at sepert sepertii halnya halnya generator sinkron • Bila Bila ganggu gangguan an menye menyeba babka bkan n tegang tegangan an siste sistem m turun turun motor motor mengalami penurunan suplai daya untuk memutar beban. Pada saat yang sama teg. dalam motor menyebabkan mengalirnya arus ke arah lokasi gangguan. Inersia motor dan beban berlaku sebagai penggerak mula, bila eksitasi motor konstan, motor akan berfungsi sebagai generator mensuplai arus gangguan. • Reak Reakta tans nsii moto motorr sinkr sinkron on beru beruba bah h dari dari : Xd” Xd’ Xd • Arus Arus h/s dihit dihitung ung deng dengan an me mengg ngguna unaka kan n sirkit sirkit ekiva ekivalen len generator sinkron Synchronous condenser berperan seperti motor sinkron (tanpa beban)
Mesin Induksi Motor Induksi • Motor Motor Induks Induksii rotor rotor sangkar sangkar berk berkont ontrib ribusi usi pada pada arus arus hubung hubung singkat hanya dalam beberapa cycles saja, kemudian hilang. Reaktansi motor induksi yang digunakan untuk menghitung arus h/s adalah Xd” yang besarnya mendekati locked-rotor reactance. • Motor Motor induk induksi si rotor rotor beli belitan tan yang yang ujun ujung g belita belitan n rotorn rotornya ya dihubung singkat berlaku seperti MI rotor belitan. Bila belitan rotornya dihubungkan dengan tahanan luar, konstanta waktu h/s nya kecil sehingga kontribusinya dapat diabaikan.
Generator Induksi • Pa Pada da perh perhit itun unga gan n arus arus h/s = mot motor or indu induks ksi. i.
Tipe Gangguan Hubung singkat
• • • •
Hubu Hubung ng singka singkatt tiga-f tiga-fasa asa (simetr (simetris is)) Hubu Hubung ng sing singka katt fasa fasa ke fasa fasa (line-to-line (line-to-line ) Hubung Hubung singka singkatt fasa-fa fasa-fasa-t sa-tanah anah Hubu Hubung ng singk singkat at fasa fasa ke tanah tanah
Metoda Perhitungan • Untuk Untuk ganggu gangguan an hubung hubung singk singkat at tiga-fa tiga-fasa sa (simet (simetris ris)) sistem sistem tigatigafasa didekati dengan sirkit ekivalen fasa tunggal (fasa-netral). Dalam hal ini perlu diperhatikan batasan berikut : – Komponen-ko Komponen-kompone mponen n sistem simetris simetris (didesain (didesain simetri simetris) s) – Pembeb Pembebana anan n sistem sistem (dapat (dapat dianggap) dianggap) seimbang seimbang dan simetris simetris..
• Untuk Untuk ganggu gangguan an hubung hubung sing singkat kat tak-si tak-simet metris ris,, diperluk diperlukan an transformasi komponen simetris (komponen-komponen urutan positif, negatif dan nol). • Perhit Perhitung ungan an dila dilakuk kukan an dala dalam m siste sistem m per-u per-unit nit • Menggu Menggunak nakan an teore teorema ma The Theven venin in dan dan Super Superpos posisi isi
Impedansi komponen sistem Untuk perhitungan hubung singkat ½ cycle
Interrupting 3 – 5 cycles
30 cycles
Generator sinkron
Xd” , R
Xd” , R
Xd’ atau Xd , R
Motor sinkron, Synchronous condenser
Xd” , R
Xd” , R
Mesin induksi (rotor sangkar)
Xd” , R
Xd” , R
---
Electric utility system
Xs , R s
Xs , R s
Xs , R s
X,R
X,R
X,R
Beban statis
H/s maksimum : Xd’ , R H/s minimum : diabaikan
Algoritma Perhitungan Arus Hubung Singkat • Siapka Siapkan n diagr diagramam-dia diagra gram m siste sistem m • Kumpu Kumpulka lkan n da dan n konve konvers rsika ikan n da data ta imped impedan ansi si ke sistem pu • Hitung Hitung impeda impedansi nsi ekivale ekivalen n (ekivalen (ekivalensi si seri, seri, paralel paralel dan transformasi Y - ) • Hitun Hitung g arus arus hub hubung ung singk singkat at - First cycle short circuit current duties - Interr Interrupt upting ing short short circuit circuit curr current ent dutie duties s - 30 cycles minimum short circuit currents
Perhitungan Arus Hubung Singkat First cycle short circuit current duties : Arus h/s simetris I sc sym = (Epu / Zpu) . Ibase ~ (Epu / Xpu) . Ibase Arus h/s total (asimetris) maks. Isc tot = Isc sym + Idc = k Isc sym Ibase k : faktor pengali= 1,6 (ANSI/IEEE C37.010-1979) = 1,55 (ANSI/IEEE C37.41-1981)
Perhitungan Arus Hubung Singkat (lanjutan) Interrupting short circuit current duties Arus h/s sime imetris = k (Epu / Xpu) . Ibase Arus h/s total = k Isc sym Ibase k : faktor pengali (fungsi X/R dilihat dari di titik gangguan dan kecepatan CB)
Perhitungan Arus Hubung Singkat (lanjutan) 30 cycles minimum short circuit currents Arus h/s = Arus h/s simetris = (Epu / Xpu) . Ibase
