BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Umum Gambar 2.1 dibawah ini menunjukkan diagram segaris suatu sistem tenaga listrik yang sederhana. Gambar ini menunjukkan bahwa sistem tenaga listrik terdiri atas lima sub-sistem utama, yaitu: pusat pembangkit, transmisi, gardu induk, jaringan distribusi, dan beban.

Gambar 2.1 Single line diagram sistem tenaga listrik secara sederhana

Pada pusat pembangkit terdapat generator dan tranformator penaik tegangan (step-up transformer). Generator berfungsi untuk mengubah energi mekanis yang dihasilkan pada poros turbin menjadi energi listrik. Lalu melalui transformator penaik tegangan energi listrik ini kemudian dikirimkan melalui saluran transmisi bertegangan tinggi menuju pusat-pusat beban. Tegangan ini dinaikkan dengan maksud untuk mengurangi jumlah arus yang mengalir pada saluran transmisi. Dengan demikian saluran transmisi bertegangan tinggi akan membawa aliran arus yang rendah dan berarti akan mengurangi rugi-rugi daya transmisi. Ketika saluran transmisi mencapai pusat beban, tegangan tersebut akan kembali diturunkan melalui 6

Universitas Sumatera Utara

transformator penurun tegangan (step-down transformer) yang terdapat pada gardu induk distribusi menjadi tegangan menengah maupun tegangan rendah yang kemudian akan disalurkan melalui saluran distribusi menuju pusat-pusat beban.

2.2 Representasi Gardu Induk Sebelum studi aliran daya ini dilakukan sistem yang dianalisa harus terlebih dahulu direpresentasikan dengan suatu diagram pengganti.

2.2.1 Pengertian Gardu Induk Gardu Induk adalah suatu instalasi yang terdiri dari peralatan listrik yang berfungsi untuk mentransfer tenaga listrik dari tegangan yang berbeda, pengukuran, pengawasan, pengamanan sistem tenaga listrik serta pengaturan daya. Untuk lebih jelasnya lihatlah Gambar 3.1 dan Gambar 3.2 di bawah ini.

Gambar 2.2 Diagram Garis Suatu Gardu Induk

7


Gambar 2.3 Gardu Induk PLTU 2 SUMUT Pangkalan Susu 2.2.2

Single Line Diagram Diagram satu garis adalah suatu diagram listrik pada gardu induk yang berisi

penjelasan secara umum tentang letak, jenis peralatan gardu induk seperti rel (busbar), pemisah (PMS), pemutus (PMT), Trafo arus (CT), trafo tegangan (PT), Lightning Arrester (LA), trafo tenaga dll. Single Line Diagram Gardu Induk 275 KV PLTU 2 SUMUT dapat dilihat pada lampiran di bagian akhir laporan ini.

2.2.3

Fungsi Gardu Induk Pada Sistem Tenaga Listrik

Fungsi dari gardu induk adalah sebagai berikut : 1.

Mentransformasikan atau merubah besaran tenaga listrik pada suatu tingkat tegangan ke tingkat tegangan yang diinginkan.

2.

Sebagai pusat pengaturan daya listrik ke Gardu Distribusi atau gardu lainnya melalui feeder-feeder menengah.

3.

Sebagai pusat pengaturan, pengawasan operasional serta pengaturan dalam mengamankan sistem jaringan tenaga listrik.

8


Oleh karena itu, jika dilihat dari segi manfaat dan kegunaan dari gardu induk itu sendiri, maka peralatan dan komponen dari gardu induk harus memiliki keandalan yang tinggi serta kualitas yang tidak diragukan lagi, atau dapat dikatakan harus optimal dalam kinerjanya sehingga masyarakat sebagai konsumen tidak merasa dirugikan oleh kinerjanya. Oleh karena itu, sesuatu yang berhubungan dengan rekonstruksi pembangunan gardu induk harus memiliki syarat-syarat yang berlaku dan pembangunan gardu induk harus diperhatikan besarnya beban. Maka perencanaan suatu gardu induk harus memenuhi persyaratan sebagai berikut : 1. Operasi, yaitu dalam segi perawatan dan perbaikan mudah 2. Flexibel 3. Konstruksi sederhana dan kuat 4. Memiliki tingkat keandalan dan daya guna yang tinggi 5. Memiliki tingkat keamanan yang tinggi

2.2.4

Klasifikasi Gardu Induk

Gardu induk dapat diklasifikasikan menurut beberapa bagian, yaitu : 2.2.4.1 Menurut pelayanannya  Gardu Transmisi, yaitu gardu induk yang melayani untuk TET (Tegangan Ekstra Tinggi) dan TT (Tegangan Tinggi).  Gardu Distribusi, yaitu gardu induk yang melayani untuk TM (Tegangan Menengah).

9


2.2.4.2 Menurut isolasinya  Gardu induk Konvensional Adalah Gardu Induk dengan isolasi udara bebas. Biasanya GI Konvensional memerlukan areal tanah yang cukup luas, karena sebagian besar peralatannya dipasang diluar Gedung ( SWITCH-YARD ) dan sebagian lagi peralatannya dipasang didalam Gedung.

 Gas Insulated Substation Adalah Gardu Induk dengan isolasi Sulfur Hexafluoride ( SF-6.). GIS ini hanya memerlukan areal tanah yang relatif kecil (seperenam kali lebih kecil dibanding GI. Konvensional), maka sangat cocok untuk dibangun di areal

perkotaan

yang

harga tanahnya

sangat

mahal

walaupun

pembangunannya memerlukan investasi yang sangat tinggi khususnya untuk pengadaan peralatannya akan tetapi masih relatif efisien. GIS hampir semua peralatannya dipasang di dalam Gedung. Untuk lebih jelasnya lihat pada Gambar 3.3 berikut ini.

10


Gambar 2.4 Switchgear Gardu Induk SF6 2.2.4.3 Menurut relnya  Gardu induk dengan system ring busbar Adalah gardu induk yang busbarnya berbentuk ring yaitu semua rel/busbar yang ada tersambung satu sama lain dan membentuk seperti ring / cincin. Untuk lebih jelasnya lihatlah Gambar 3.4 berikut ini.

Gambar 2.5 Gardu Induk System Ring Busbar

11


Keuntungan -

Biaya cukup rendah

-

Pemeliharaan breaker cukup fleksibel

-

Pemeliharaan dapat berlangsung tanpa interupsi jaringan

-

Hanya memerlukan 1 breaker setiap jaringan

-

Setiap jaringan disokong oleh 2 circuit breaker

Kekurangan -

Apabila terjadi gagal pada saat pemeliharaan breaker, maka jaringan akan terbagi menjadi 2

-

Saat terjadi gagal, maka jumlah circuit breaker yang menyokong jaringan akan berkurang

 Gardu induk dengan satu rel (single busbar) Adalah gardu induk yang mempunyai satu / single busbar . pada umumnya gardu dengan system ini adalah gardu induk diujung atau akhir dari suatu transmisi. Untuk lebih jelasnya lihatlah Gambar 3.5 berikut ini.

12


Gambar 2.6 Gardu Induk Single Busbar Keuntungan: -

Biaya paling Murah

Kekurangan: -

Kegagalan bus atau hasil pemutusan CB menyebabkan shutdown seluruh gardu Induk.

-

Sulit untuk melakukan maintenance

-

Tidak dapat melakukan modifikasi pada busbar tanpa mematikan gardu induk secara keseluruhan

-

Hanya dapat digunakan di tempat di mana beban dapat diputus

 Gardu induk dengan dua rel, Satu Breaker (Double Bus, Single Breaker) Adalah gardu induk yang mempunyai dua / double busbar . Sistem ini sangat umum, hamper semua gardu induk menggunakan system ini karena sangat efektif untuk mengurangi pemadaman beban pada saat

13


melakukan perubahan system. Untuk lebih jelasnya lihatlah Gambar 3.6 berikut ini.

Gambar 2.7 Double Bus, Single Breaker Keuntungan -

Lebih fleksibel dengan adanya 2 bus

-

Dapat dilakukan maintenance pada masing-masing bus

-

Dapat dilakukan pemindahan secara mudah menggunakan switch bus tie

Kekurangan -

Diperlukan breaker ekstra untuk bus tie

-

Diperlukan 4 switch untuk satu jaringan

-

Kemungkinan gagal pada bus cukup besar

14


 Gardu induk dengan dua rel sistem 1,5 PMT

(one and half circuit

breaker). Adalah gardu induk yang mempunyai dua / double busbar . Pada umumnya gardu induk jenis ini dipasang pada gardu induk di pembangkit tenaga listrik atau gardu induk yang berkapasitas besar. Dalam segi operasional, gardu induk ini sangat efektif, karena dapat mengurangi pemadaman beban pada saat dilakukan perubahan sistem (manuver system). Sistem ini menggunakan 3 buah PMT didalam satu diagonal yang terpasang secara seri. Pada Pembangunan Gardu Induk 275 KV PLTU 2 SUMUT Pangkalan Susu Sumatera Utara menggunakan system ini yaitu Gardu Induk dengan Dua Rel sistem 1.5 PMT.

Untuk lebih

mengenlal sistem ini lihatlah Gambar 3.7 berikut ini.

15


Gambar 2.8 Gardu Induk System 1,5 PMT

Keuntungan -

Operasi paling fleksibel

-

Memiliki keandalan tinggi

-

Mudah untuk melakukan maintenance bus

-

Kegagalan pada bus tidak mengakibatkan putusnya jaringan

Kekurangan -

Setiap jaringan disokong oleh 3/2 breaker

-

Circuit breaker yang berada di tengah menyokong 2 buah jaringan

16


Gardu Induk PLTU 2 Sumut menggunakan sistem 1,5 PMT (one and half circuit breaker).

2.2.4.4 Menurut Fungsi 

Gardu induk pembangkit



Gardu induk beban



Gardu induk hubung

2.2.4.5 Menurut Jenis Trafo Daya yang Terpasang

2.2.5



Gardu induk step up



Gardu induk step down

Peralatan Utama Gardu Induk Peralatan-peralatan utama yang terdapat di suatu gardu induk pada umumnya

terdiri atas : 1. Transformator (trafo), terdiri atas : 

Transformator tenaga (daya)



Transformator instrument :  Transformator tegangan  Transformator arus

17


2. Pemutus Tenaga (PMT) 3. Pemutus Pemisah (PMS) 4. Busbar (rel daya) 5. Isolator-isolator 6. Lightning Arester (LA) 7. Peralatan Sistem Pentanahan

2.2.5.1 Transformator 2.2.5.1.1 Transformator Tenaga (Trafo Daya) Pengertian dan Fungsi Transformator merupakan peralatan listrik yang berfungsi untuk menyalurkan daya/tenaga dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya. Transformator menggunakan prinsip hukum induksi faraday dan hukum lorentz dalam menyalurkan daya, dimana arus bolak balik yang mengalir mengelilingi suatu inti besi maka inti besi itu akan berubah menjadi magnet. Dan apabila magnet tersebut dikelilingi oleh suatu belitan maka pada kedua ujung belitan tersebut akan terjadi beda potensial. Arus yang mengalir pada belitan primer akan menginduksi inti besi transformator sehingga didalam inti besi akan mengalir flux magnet dan flux magnet ini akan menginduksi belitan sekunder sehingga pada ujung belitan sekunder akan terdapat beda potensial. Untuk lebih jelasnya lihatlah Gambar 3.8 Transformator Daya PLTU 2 SUMUT Pangkalan Susu berikut ini.

18


Gambar 2.9 Transformator Daya PLTU 2 SUMUT Pangkalan Susu

Jenis Transformator Daya Berdasarkan fungsinya transformator tenaga dapat dibedakan menjadi : 

Trafo pembangkit



Trafo gardu induk/penyaluran



Trafo distribusi

Transformator tenaga untuk fungsi penyaluran dapat dibedakan menjadi : 

Trafo besar



Trafo sedang



Trafo kecil

2.2.5.1.2 Transformator Instrument Transformator instrument berfungsi untuk mencatu instrument ukur (meter) dan relai serta alat-alat serupa lainnya. Transformator ini terdapat dua jenis yaitu transformator arus (CT) dan transformator tegangan (PT)

19


Transformator instrument yang berazaskan induksi terdiri dari inti (core) dan kumparan (winding). Inti berfungsi sebagai jalannya fluxi magnit sedangkan kumparan berfungsi mentransformasikan arus dan tegangan. Kumparan primer dan sekunder dapat lebih dari satu kumparan.

2.2.5.1.2.1 Transformator arus (CT) Transformator Arus atau Current Transformer (CT) adalah peralatan pada sistem tenaga listrik yang berupa transformator yang digunakan untuk pengukuran arus yang besarnya hingga ratusan ampere dan arus yang mengalir pada jaringan tegangan tinggi atau tegangan menengah. Di samping untuk pengukuran arus, transformator arus juga digunakan untuk pengukuran daya dan energi, pengukuran jarak jauh, dan rele pengaman. Kumparan primer transformator dihubungkan seri dengan rangkaian atau jaringan yang akan diukur arusnya sedangkan kumparan sekunder dihubungkan dengan meter atau dengan rele pengaman. Untuk lebih jelasnya lihatlah Gambar 3.9 Trafo Arus PLTU 2 Sumut Pangkalan Susu berikut ini.

20


Gambar 2.10 Trafo Arus PLTU 2 Sumut Pangkalan Susu

21


Fungsi dari trafo arus adalah: -

Mengkonversi besaran arus pada sistem tenaga listrik dari besaran primer menjadi besaran sekunder untuk keperluan pengukuran sistem metering dan proteksi

-

Mengisolasi rangkaian sekunder terhadap rangkaian primer, sebagai pengamanan terhadap manusia atau operator yang melakukan pengukuran.

-

Standarisasi besaran sekunder, untuk arus nominal 1 Amp dan 5 Amp. Secara fungsi trafo arus dibedakan menjadi dua yaitu:

a).

Trafo arus pengukuran o Trafo arus pengukuran untuk metering memiliki ketelitian tinggi pada daerah kerja (daerah pengenalnya) 5% - 120% arus nominalnya tergantung dari kelasnya dan tingkat kejenuhan yang relatif rendah dibandingkan trafo arus untuk proteksi. o

Penggunaan trafo arus pengukuran untuk Amperemeter, Watt-meter, VARh-meter, dan cos  meter.

b).

Trafo arus proteksi



Trafo arus untuk proteksi, memiliki ketelitian tinggi pada saat terjadi gangguan dimana arus yang mengalir beberapa kali dari arus pengenalnya dan tingkat kejenuhan cukup tinggi.

22




Penggunaan trafo arus proteksi untuk relai arus lebih (OCR dan GFR), relai beban lebih, relai diferensial, relai daya dan relai jarak.

2.2.5.1.2.2 Transformator Tegangan (PT) Trafo tegangan adalah peralatan yang mentransformasi tegangan sistem yang lebih tinggi ke suatu tegangan sistem yang lebih rendah untuk peralatan indikator, alat ukur / meter dan relai. Untuk lebih jelasnya lihatlah Gambar 3.10 Trafo Tegangan Kapasitif PLTU 2 SUMUT Pangkalan Susu berikut ini.

Gambar 2.11 Trafo Tegangan Kapasitif PLTU 2 SUMUT Pangkalan Susu

Fungsi dari trafo tegangan yaitu : -

Mentransformasikan besaran tegangan sistem dari yang tinggi ke besaran tegangan listrik yang lebih rendah sehingga dapat digunakan untuk peralatan proteksi dan pengukuran yang lebih aman, akurat dan teliti.

23


-

Mengisolasi bagian primer yang tegangannya sangat tinggi dengan bagian sekunder yang tegangannya rendah untuk digunakan sebagai sistm proteksi dan pengukuran peralatan dibagian primer.

-

Sebagai standarisasi besaran tegangan sekunder (100, 100/√3, 110/√3 dan 110 volt) untuk keperluan peralatan sisi sekunder.

-

Memiliki 2 kelas, yaitu kelas proteksi (3P, 6P) dan kelas pengukuran (0,1; 0,2; 0,5;1;3)

Trafo tegangan dibagi dibagi menjadi dua jenis yaitu 

Trafo tegangan magnetik (Magnetik Voltage Transformer / VT) Disebut juga Trafo tegangan induktif. Terdiri dari belitan primer dan sekunder pada inti besi yang prinsip kerjanya belitan primer menginduksikan tegangan kebelitan sekundernya.



Trafo tegangan kapasitif (Capasitive Voltage Transformer / CVT) Capacitive Voltage Transformer (CVT) atau Transformator Tegangan Kapasitif adalah peralatan pada sistem tenaga listrik yang berupa transformator satu fasa step down yang dirangkai dengan pembagi tegangan kapasitif yang mentransformasi tegangan pada jaringan tegangan tinggi ke suatu sistem tegangan rendah yang layak untuk perlengkapan indikator, alat ukur, rele, dan alat sinkronisasi. CVT dipilih karena lebih ekonomis membuat pembagi tegangan kapasitif daripada membuat transformator dengan belitan tegangan tinggi.

24


2.2.5.2 Pemutus Tenaga (PMT) Circuit Breaker atau Sakelar Pemutus Tenaga (PMT) adalah suatu rangkaian listrik pada semua kondisi, termasuk arus hubung singkat, sesuai dengan ratingnya peralatan pemutus rangkaian listrik pada suatu sistem tenaga listrik, yang mampu untuk membuka dan menutup pada kondisi tegangan yang normal ataupun tidak normal. Untuk lebih jelasnya lihatlah Gambar 3.11 Pemutus Tenaga PLTU 2 SUMUT berikut ini.

Gambar 2.12 Pemutus Tenaga PLTU 2 SUMUT Fungsi utamanya adalah sebagai alat pembuka atau penutup suatu rangkaian listrik dalam kondisi berbeban, serta mampu membuka atau menutup saat terjadi arus gangguan ( hubung singkat ) pada jaringan atau peralatan lain.

25


Syarat-syarat yang harus dipenuhi oleh suatu PMT agar dapat melakukan halhal diatas, adalah sebagai berikut : 1. Mampu menyalurkan arus maksimum sistem secara terus-menerus 2. Mampu memutuskan dan menutup jaringan dalam keadaan berbeban maupun terhubung singkat tanpa menimbulkan keruasakan pada pemutus tenaga itu sendiri 3. Dapat memutuskan arus hubung singkat dengan kecepatan tinggi agar arus hubung singkat tidak sampai merusak peralatan sistem, membuat sistem kehilangan kestabilan, dan merusak pemutus tenaga itu sendiri. Klasifikasi Pemutus Tenaga Pemutus tenaga dapat diklasifikasikan atas beberapa jenis , yaitu : 1. Berdasarkan besar/kelas tegangan - PMT tegangan rendah (Low Voltage) Dengan range tegangan 0.1 s/d 1 kV ( SPLN 1.1995 - 3.3 ). - PMT tegangan menengah (Medium Voltage) Dengan range tegangan 1 s/d 35 kV ( SPLN 1.1995 – 3.4 ). - PMT tegangan tinggi (High Voltage) Dengan range tegangan 35 s/d 245 kV ( SPLN 1.1995 – 3.5 ). - PMT tegangan extra tinggi (Extra High Voltage) Dengan range tegangan lebih besar dari 245 kVAC ( SPLN 1.1995 – 3.6 ).

26


2. Berdasarkan jumlah mekanik penggeraknya (moving coil) - PMT Single Pole PMT type ini mempunyai mekanik penggerak pada masing-masing pole, umumnya PMT jenis ini dipasang pada bay penghantar agar PMT bisa reclose satu fasa.

- PMT Three Pole PMT jenis ini mempunyai satu mekanik penggerak untuk tiga fasa, guna menghubungkan fasa satu dengan fasa lainnya di lengkapi dengan kopel mekanik, umumnya PMT jenis ini di pasang pada bay trafo dan bay kopel serta PMT 20 kV untuk distribusi. 3. Berdasarkan media isolasi - PMT Gas SF6 - PMT Minyak - PMT Udara Hembus (Air Blast) - PMT Hampa Udara (Vacuum)

4. Berdasarkan proses pemadaman busur api listrik di ruang pemutus -

PMT Jenis Tekanan Tunggal (single pressure type)

-

PMT Jenis Tekanan Ganda (double pressure type)

27


5. Berdasarkan mekanik penggeraknya -

Pegas

-

Pneumatik

-

Hidrolik

2.2.5.3 Pemisah (PMS) Pemisah (PMS) atau Disconnecting switch (DS) adalah peralatan pada sistem tenaga listrik yang berfungsi sebagai saklar pemisah yang dapat memutus dan menyambung rangkaian dengan arus yang rendah (± 5A), biasa dipakai ketika dilakukan perawatan atau perbaikan. PMS terletak di antara sumber tenaga listrik dan PMT serta di antara PMT dan beban. Berdasarkan posisinya, PMS dibagi menjadi 3 macam yaitu PMS jaringan, PMS bus, dan PMS transformator. Dilihat dari jumlah kutubnya, pemisah dibagi atas dua jenis, yaitu pemisah satu fasa dan pemisah tiga fasa. Pada dasarnya PMS dipakai untuk membebaskan PMT dari tegangan yang tersambung kepada PMT tersebut. Agar dapat dilakukan perawatan ataut perbaikan pada PMT tersebut, maka PMS harus dibuka agar pada PMT tidak terdapat tegangan dan PMT aman bagi teknisi. Untuk lebih jelasnya lihatlah Gambar 3.12 Pemisah (DS) PLTU 2 SUMUT berikut ini.

28


Gambar 2.13 Pemisah (DS) PLTU 2 SUMUT Pada

PMS

terdapat

mekanisme

interlocking

yang

befungsi

untuk

mengamankan pembukaan dan penutupan PMS. Mekanisme interlocking tersebut adalah : 

PMS tidak dapat ditutup ketika PMT dalam posisi tertutup.



Saklar pembumian (Earthing Switch) dapat ditutup hanya ketika PMS dalam keadaan terbuka.



PMS dapat ditutup hanya ketika PMT dan ES terbuka.



PMT dapat ditutup hanya ketika PMS dalam kondisi telah terbuka atau telah tertutup. Ada dua macam fungsi PMS, yaitu:

29


1. Pemisah Peralatan Berfungsi untuk memisahkan peralatan listrik dari peralatan lain atau instalasi lain yang bertegangan. PMS ini boleh dibuka atau ditutup hanya pada rangkaian yang tidak berbeban. 2. Pemisah Tanah (Pisau Pentanahan/Pembumian) Berfungsi untuk mengamankan dari arus tegangan yang timbul sesudah saluran tegangan tinggi diputuskan atau induksi tegangan dari penghantar atau kabel lainnya. Hal ini perlu untuk keamanan bagi orang-orang yang bekerja pada peralatan instalasi. Penempatan posisi pemisah Sesuai dengan penempatannya di daerah mana Pemisah tersebut dipasang, Pemisah dapat dibagi menjadi: 1.

Pemisah Penghantar/Line Pemisah yang terpasang di sisi penghantar

2.

Pemisah Rel/Bus Pemisah yang terpasang di sisi rel

3.

Pemisah Kabel Pemisah yang terpasang di sisi kabel

4.

Pemisah Seksi

30


Pemisah yang terpasang pada suatu rel sehingga rel tersebut dapat terpisah menjadi dua seksi 5.

Pemisah Tanah Pemisah yang terpasang pada penghantar/line/kabel untuk menghubungkan ke tanah.

2.2.5.4 Ligthning Arester (LA) Lightning Arester adalah alat pelindung peralatan sistem terhadap bahaya tegangan-lebih petir. Alat ini bersifat isolator pada tegangan kerja sistem tetapi akan terhubung singkat bila diterpa tegangan-lebih impuls. Ketika suatu arester bekerja, arester melewatkan arus impuls yang besar ke tanah. Bersamaan dengan berkurangnya tegangan impuls, arester memulihkan sifatnya kembali menjadi isolator sehingga arus hubung singkat karena tegangan frekuensi sistem tidak terus berlangsung. Untuk lebih jelasnya lihatlah Gambar 3.13 Lightning Arester PLTU 2 SUMUT berikut ini.

31


Gambar 2.14 Lightning Arester PLTU 2 SUMUT LA berfungsi melindungi peralatan listrik terhadap tegangan lebih akibat surja petir dan surja hubung serta mengalirkan arus surja ke tanah. LA dilengkapi dengan: 

Sela bola api (Spark gap)



Tahanan kran atau tahanan tidak linier (valve resistor)



Sistem pengaturan atau pembagian tegangan (grading system)

Arester ditempatkan sedekat mungkin dengan peralatan yang dilindungi dengan tujuan: 1. Untuk mengurangi peluang tegangan impuls merambat pada kawat penghubung arester dengan peralatan yang dilindungi. 2. Saat arester bekerja, gelombang tegangan impuls merambat pada kawat penghubung transformator dengan arester. Setelah gelombang tegangan itu tiba pada terminal transformator, gelombang tegangan tersebut akan dipantulkan, sehingga total tegangan pada terminal arester dua kali tegangan

32


sisa. Peristiwa ini dapat dicegah jika arester dipasang langsung pada terminal transformator. 3. Jika kawat penghubung arester dengan transformator yang dilindungi cukup panjang, maka induktansi kawat itu harus diperhitungkan. 2.2.5.5 Earthing Switch Earthing Switch atau saklar pembumian digunakan untuk membumikan bagian aktif (bertegangan) selama pengujian maupun masa perawatan (maintenance). Saklar ini bersifat normally open dan hanya bisa ditutup saat PMS dalam keadaan terbuka. Untuk lebih jelasnya lihatlah Gambar 3.15 di bawah ini untuk mengetahui dimana earthing switch biasa di pasang.

Gambar 2.15 Earthing Switch di Gardu Induk PLTU 2 SUMUT Saat PMS dibuka, masih ada tegangan sisa pada peralatan. Saklar pembumian berfungsi mengalirkan tegangan tersebut ke bumi dan pemeliharaan peralatan bisa dilakukan dengan aman.

33


2.3 Persamaan Aliran Daya Komponen Utama dari suatu sistem tenaga pada umumnya terdiri dari generaror, saluran transmisi, transformator dan beban. Komponen-komponen utama tersebut diganti dengan rangkaian pengganti agar dapat dilakukan analisis pada sistem tenaga listrik. Rangkaian pengganti yang digunakan adalah rangkaian pengganti satu phasa dengan nilai phasa netralnya. Dengan asumsi sistem 3 phasa yang

dianalisis

dalam

keadaan

seimbang

dan

kondisi

normal.

Untuk

mempresentasikan suatu sistem tenaga listrik digunakan diagram yang disebut diagram segaris (single line diagram). Diagram segaris berisi informasi yang dibutuhkan mengenai sistem tenaga tersebut. [3] Pada studi aliran daya, perhitungan aliran dan tegangan sistem dilakukan pada terminal tertentu atau bus tertentu. Bus-bus pada studi aliran daya dibagi dalam 3 macam, yaitu: 

Bus Beban Pada bus ini daya aktif (P) dan daya reaktif (Q) diketahui sehingga sering juga

disebut bus PQ. Daya aktif dan reaktif yang dicatu ke dalam sistem tenaga bernilai positif, sementara daya aktif dan reaktif yang di konsumsi bernilai negatif. Besaran yang dapat dihitung pada bus ini adalah V (tegangan) dan δ (sudut beban).[3] 

Bus Generator Bus Generator dapat disebut dengan voltage controlled bus karena tegangan

pada bus ini dibuat selalu konstan atau bus dimana terdapat generator. Pembangkitan daya aktif dapat dikendalikan dengan mengatur penggerak mula (prime mover) dan

34


nilai tegangan dikendalikan dengan mengatur eksitasi generator. Sehingga bus ini sering juga disebut dengan PV bus. Besaran yang dapat dihitung dari bus ini adalah Q (daya reaktif) dan δ (sudut beban).[3] 

Slack Bus Slack Bus sering juga disebut dengan swing bus atau bus berayun. Slack bus

berfungsi untuk menyuplai daya aktif P dan daya reaktif Q. Besaran yang diketahui dari slack bus adalah tegangan V dan sudut beban δ. Suatu sistem tenaga biasanya dirancang memiliki bus ini yang dijadikan sebagai referensi yaitu besaran δ = 00. Besaran yang dapat dihitung dari bus ini adalah daya aktif P dan daya reaktif Q.[3] Perbedaan dari masing-masing bus dapat dilihat pada Table 2.1 di bawah ini. Tabel 2.1 Klasifikasi bus pada sistem tenaga No.

1.

2.

Tipe Bus

Load Bus

Generator

P

Q

V

δ

(Daya Aktif)

(Daya Reaktif)

(Tegangan)

(Sudut Beban)

Diketahui

Diketahui

Tidak

Tidak

Diketahui

Diketahui

Diketahui

Tidak

Diketahui

Bus 3.

Slack Bus

Tidak Diketahui

Tidak

Tidak

Diketahui

Diketahui

Diketahui Diketahui

Diketahui

Persamaan aliran daya secara sederhana dapat dilihat pada Gambar 2.2 untuk sistem yang memiliki 2 bus. Pada setiap bus terdapat sebuah generator dan beban.

35


Bus 1 dengan bus 2 dihubungkan dengan penghantar. Pada setiap bus memiliki 6 besaran elektris yang terdiri dari : PD, P G, Q D, QG, V, dan δ. [1]

Gambar 2.16 Diagram Satu Garis Sistem 2 Bus Pada Gambar 2.2 dapat dihasilkan persamaan aliran daya. Besar daya pada bus 1 dan bus 2 adalah =

−

=(

−

)+ (

−

)…………………… (2.1)

=

−

=(

−

)+ (

−

)…………………… (2.2)

Pada Gambar 2.3 menunjukkan rangkaian ekivalen untuk sistem 2 bus dimana generator direpresentasikan sebagai sumber yang memiliki reaktansi dan transmisi model π (phi). Beban diasumsikan memiliki impedansi konstan dan daya konstan pada diagram impedansi.[4][5]

36


Vˆ2

Vˆ1

jB  YP 2

jB  YP 2

Gambar 2.17 Rangkaian ekivalen sistem 2 Bus Besarnya arus pada bus 1 dan bus 2 adalah: =

−

…………………………………………………….. (2.3)

=

−

……………………………….……………………. (2.4)

Gambar 2.3 diatas dapat disederhanakan untuk mendapatkan bus daya pada masing-masing bus seperti pada gambar 2.4 di bawah ini. YS  Vˆ1

1 ZS

Vˆ2

Gambar 2.18 Rangkaian ekivalen model π untuk sistem 2 bus Semua besaran diasumsikan dalam sistem per-unit, sehingga:

37


∗

=

=(

+

)⇒(

−

)=

=(

+

)⇒(

−

)=

∗

=

YS 

∗

……………………. (2.5)

∗

……………………. (2.6)

1 ZS Vˆ2

Vˆ1

Gambar 2.19 Distribusi arus pada rangkaian ekivalen untuk sistem 2 bus Distribusi arus dapat dilihat pada Gambar 2.5, dimana arus pada bus 1 adalah ′

=

+ "…………………..………………………………..

=

+(

= =

−

(2.7)

) …………..……………………………

(2.8)

+

+ (− ) ……………………………………

(2.9)

+

………………………….……………..……… (2.10)

Dengan: Y11 adalah jumlah admitansi terhubung pada bus 1 =

+

Y12 adalah admitansi negatif antara bus 1 dengan bus 2 = − Untuk aliran arus pada bus 2 adalah: = = =

′

+

"……………………………………………………….. (2.11) +(

+

−

) …………………..……………………….. (2.12)

+ (− ) ………………………………………. (2.13)

38


=

+

………………………………………….………(2.14)

Dengan: Y22 adalah jumlah admitansi terhubung pada bus 2 =

+

Y21 adalah admitansi negatif antara bus 2 dengan bus 1 = −

= Y12

Dari Persamaan (2.10) dan (2.14) dapat dihasilkan persamaan dalam bentuk matrik, yaitu: =

…………………….…………………….......... (2.15)

Notasi matrik dari Persamaan (2.15) adalah =

………………………………………………..…… (2.16)

Persamaan (2.5) hingga Persamaan (2.16) yang diberikan untuk sistem 2 bus dapat dijadikan sebagai dasar untuk penyelesaian persamaan aliran daya untuk sistem n-bus. Gambar 2.6 menunjukan sistem dengan jumlah n-bus dimana bus 1 terhubung dengan bus lainnya. Gambar 2.7 menunjukan model transmisi untuk sistem n-bus.

Gambar 2.20 Sistem n bus

39


Gambar 2.21 Model transmisi π untuk sistem n-bus Persamaan yang dihasilkan dari Gambar 2.7 adalah: =

+

− = ⋯− =

+ ⋯+

+

−

+

−

+⋯+

…………………………………….……………………… +

−

−

………..…………………..…………………………

(2.18)

+

=∑

+⋯+

+

+

+⋯+

+

+ ⋯+

(2.17) −

…………………………...…….. (2.19)

………………………………..……………………………. (2.20)

Dimana: =

+

+ ⋯+

+

+

+⋯+

…………… (2.21)

= jumlah semua admitansi yang dihubungkan dengan bus 1 =−

;

=−

;

=−

…………………………..…….

(2.22)

40


Persamaan (2.20) dapat disubtitusikan ke Persamaan (2.5) menjadi Persamaan (2.23), yaitu: −

∗

=

=

∗

∑

………………………………………… (2.23)

Dengan: ∗

= | |∠ −

=

−

∗

=

∑

; untuk = 1,2, … , ……………………….. (2.24)

Persamaan (2.24) merupakan representasi persamaan aliran daya yang nonlinear. Untuk sistem n-bus, seperti Persamaan (2.15) dapat dihasilkan Persamaan (2.25), yaitu :

:

= :

:

… … … …

:

:

…………………………………………. (2.25)

Notasi matrik dari Persamaan (2.25) adalah =

……………………………………………………………. (2.26)

Dimana:

=

2.4

:

:

… … … …

:

=

………… (2.27)

Metode Newton-Rhapson Pada sistem multi-bus, penyelesaian aliran daya dilakukan dengan metode

persamaan aliran daya. Metode yang pada umumnya digunkan dalam penyelesaian aliran daya, yaitu metode Newton-Raphson, Gauss-Seidel, dan Fast Decoupled. Tetapi metode yang dibahas pada Tugas Akhir ini adalah metode Newton-Raphson.

41


Dalam metode Newton-Rhapson, persamaan aliran daya dirumuskan dalam bentuk polar. Persamaan arus yang memasuki bus dapat ditulis ulang menjadi: =∑

…………………………………………………………….. (2.28)

Persamaan di atas bila ditulis dalam bentuk polar adalah: =∑

∠

+

……………………………………………… (2.29)

Daya kompleks pada bus I adalah: −

=

∗

…………………………………………………………… (2.30)

Dengan: ∗

= | |∠ −

=

Subsitusi dari Persamaan (2.29) ke Persamaan (2.30) sehingga menjadi: −

= | |∠ −

−

=∑

∑

∠

| |

∠

−

+ +

…………………………… (2.31) ……………………………… (2.32)

Dimana: (

)

≅

−

+

+

−

+

Dari Persamaan (2.31) dan (2.32) dapat diketahui persamaan daya aktif dan persamaan daya reaktif yaitu sebagai berikut: ( )

=∑

( )

= −∑

( )

( )

( )

cos

( )

sin

−

( )

−

+

( )

( )

+

…………………….. (2.33)

( )

…………………… (2.34)

Persamaan (2.33) dan (2.34) merupakan langkah awal perhitungan aliran daya menggunakan metode Newton-Raphson. Penyelesaian aliran daya menggunakan

42


proses iterasi (k+1). Untuk iterasi pertama (1), nilai k = 0, merupakan nilai perkiraan awal (initial estimate) yang ditetapkan sebelum dimulai perhitungan aliran daya. Hasil perhitungan aliran daya menggunakan Persamaan (2.33) dan (2.34) akan ( )

diperoleh nilai ( )

dan ∆

.∆

( )

( )

dan

dan ∆

( )

. Hasil nilai ini digunakan untuk menghitung nilai ∆

( )

adalah sisa daya (power residual) antara yang terjadwal

dengan nilai hasil perhitungan: ∆

( )

∆

( )

=

,

=

−

( ) ,

……………………………………………………. (2.35)

−

( ) ,

…………………………………………………… (2.36)

,

Hasil perhitungan ∆

( )

dan ∆

( )

digunakan untuk matrik Jacobian pada

persamaan: ( )

( )

⎡∆ ⎢ :( ⎢∆ ⎢ ( ⎢∆ ⎢ : ( ⎣∆

⎤ ⎥ ) ⎥ )⎥ ⎥ ⎥ ) ⎦

⎡ ⎢ : ⎢ ( ⎢ =⎢ ( ⎢ ⎢ ⎢ : ⎢ ( ⎣

( )

… : )

:

( )

| |

:

( )

… )

( )

| | ( )

… : )

:

…

( )

|

:

( )

…

( )

… :

|

… :

( )

|

|

…

⎤ ( ) ∆ ⎥ ⎡ : : ( )⎥ ⎢ ⎥⎢ ∆ ( ) | | ⎥⎢ ( ) ( ) ⎥ ⎢∆ | |⎥⎢ : : ⎥⎢ ( ) ( ) ⎣∆ ⎥ | |⎦ |

|

⎤ ⎥ ⎥ ⎥………….…….. (2.37) ⎥ ⎥ ⎥ ⎦

Dari Persamaan (2.37) dapat dilihat bahwa perubahan daya berhubungan dengan perubahan besar tegangan dan sudut phasa. Secara umum, Persamaan (2.37) dapat disederhanakan menjadi Persamaan (2.38). ∆ ∆

( ) ( )

=

∆ ( ) ……………………………………………….. (2.38) ∆| |( )

Besaran elemen matriks Jacobian Persamaan (2.38) adalah:

43




J1 ( )

( )

=∑ ( )



=−

( )

=2

( )

| | ( )

=

| | cos ( )

sin

( )

−

−

( )

+

+

( )

( )

cos

( )

………………..(2.39)

≠ .........(2.40)

cos

+∑ −

( )

( )

cos

+

( )

−

( )

( )

+

.(2.41)

≠ ………. ..(2.42)

J3 ( )

( )

=∑ ( )

=−



( )

sin

J2 ( )



( )

( )

( )

cos

−

−

( )

( )

+

( )

+

( )

( )

sin

....................... (2.43)

≠ …(2.44)

J4 ( )

| | ( )

= −2

( )

|

| sin

−∑

−

( )

+

………………………………………………………………….(2.45)

( )

=−

( )

sin

−

( )

+

( )

≠ ........... (2.46)

44


Setelah nilai matrik Jacobian dimasukan ke dalam Persamaan (2.38), maka ( )

nilai ∆

( dan ∆| |

)

dapat dicari dengan menginverskan matrix Jacobian seperti

pada Persamaan (2.47). ∆ ( ) = ∆| |( )

∆ ∆

Setelah nilai ∆ | |(

)

( ) ( )

( )

……………………………………………… (2.47)

( dan ∆| |

)

diketahui nilainya, maka nilai

dapat dicari dengan memasukkan nilai ∆

( )

( dan ∆| |

)

(

)

dan

ke dalam

persamaan:

(

)

| |(

Nilai ∆

= )

(

( )

+∆

( =| |

)

)

( )

……………………………………………

(2.48)

( ) + ∆| | ……………………………………… (2.49)

( dan ∆| |

)

hasil perhitungan dari Persamaan (2.48) dan

(2.49) merupakan perhitungan pada iterasi pertama. Nilai ini digunakan kembali untuk perhitungan iterasi ke-2 dengan cara memasukkan nilai ini ke dalam Persamaan (2.33) dan (2.34) sebagai langkah awal perhitungan aliran daya. Perhitungan dilanjutkan sampai iterasi ke-n dan akan selesai jika nilai ∆

( )

dan ∆

( )

konvergen

setelah mencapai nilai ketelitian iterasi yang ditetapkan. [4-7][9]

Prosedur Perhitungan aliran daya dengan menggunakan metode NewtonRaphson adalah sebagai berikut:

45


1. Membentuk matriks admitansi Ybus sistem. ( )

2. Menentukan nilai awal di mana ( )

fasa ( )

,

dan

,

( )

,

,

,

,

. Pada bus beban (load bus)

harganya diketahui, besar tegangan

,

disamakan dengan nilai slack bus sehingga

( )

dan sudut

= 1.0. dan

= 0.0. Untuk voltage regulated bus di mana nilai tegangan dan daya

aktif diketahui, nilai sudut fasa disamakan dengan sudut slack bus, jadi ( )

= 0. ( )

3. Menghitung daya aktif

dan daya reaktif

( )

berdasarkan Persamaan

(2.33) dan (2.34). 4. Menghitung nilai ∆

( )

dan ∆

( )

berdasarkan Persamaan (2.35) dan

(2.36). 5. Membuat matrik Jacobian berdasarkan Persamaan (2.38) sampai Persamaan (2.46) 6. Menghitung nilai

(

)

( dan | |

)

berdasarkan Persamaan (2.48) dan

(2.49) 7. Masukkan hasil nilai

(

)

( dan | |

)

ke dalam Persamaan (2.33) dan

(2.34) untuk mencari nilai P dan Q hingga mencapai nilai yang konvergen. 8. Jika sudah konvergen maka perhitungan selesai. Jika belum konvergen, maka perhitungan dilanjutkan untuk iterasi berikutnya. [4-7][9]

46


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents