EMTP

ANALISA PENGARUH PEMASANGAN PEMBANGKIT TERDISTRIBUSI PADA SISTEM JARINGAN DISTRIBUSI TERHADAP VOLTAGE SAG DENGAN PEMODELAN ATP/EMTP

Dosen Pembimbing : 1. Dr. Ir. Margo Pujiantoro, MT 2. IGN Satriyadi H, ST. MT Oleh: CARENINA ZABO [2209 106 086]

Program Studi Teknik Sistem Tenaga Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember 2011

Pendahuluan Latar Belakang Tujuan

Permasalahan Batasan Masalah 2

Latar Belakang Distributed Generator (DG) merupakan suatu pembangkitan yang dipasang di jaringan distribusi dengan maksud untuk mengurangi drop tegangan dan rugi-rugi daya yang timbul karena impedansi saluran. Permasalahan kualitas daya umumnya adalah dampak dari penyimpangan tegangan, arus atau frekuensi yang disebabkan gangguan dijaringan, baik hubung singkat pada sistem, kenaikan arus dan beban secara mendadak, maupun kegagalan kerja peralatan. Salah satu gangguan yang sering terjadi pada sistem tenaga listrik adalah voltage sag atau kedip tegangan. 3

Tujuan Mengetahui pengaruh pemasangan DG terhadap kualitas tegangan pada saat timbul sag akibat adanya hubung singkat tiga fasa ke tanah, satu fasa ke tanah dan antar fasa

Mengetahui efek dari peralatan proteksi di jaringan distribusi terhadap karakteristik voltage sag

4

Permasalahan Efek penurunan sementara tegangan yang diakibatkan adanya gangguan pada sistem jaringan distribusi 13.8 kV

Permasalahan

Pemasangan DG pada sistem distribusi tenaga listrik berpengaruh terhadap tegangan sag.

Bagaimana mendapatkan karakteristik tegangan sag pada sistem distribusi ketika terjadi gangguan hubung singkat melalui simulasi ATP/EMTP

5

Batasan Masalah a.

Sumber gangguan yang digunakan hanya dibatasi yang disebabkan oleh gangguan hubung singkat di saluran tegangan menengah.

b.

Metode koordinasi peralatan proteksi menggunakan circuit breaker F#3 dan pada bus DG yang disimulasi dan di plot pada kurva standar ITIC, CBEMA dan SEMI

6

VOLTAGE SAG Mengacu pada IEEE Standard 1159-1995, IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality [3]. Catagories Instantaneou s Sag Swell

Typical Duration

0.5 – 30 cycles 0.5 – 30 cycles

Typical Voltage Magnitude

0.1 – 0.9 pu 1.1 – 1.8 pu

Momentary Sag Swell Interuption

30 cycles – 3 s 0.1 – 0.9 pu 30 cycles – 3 s 1.1 – 1.4 pu 0.5 cycles – 3 s < 0.1 pu

Temporary Sag Swell Interuption

3 s – 1 min 3 s – 1 min 3 s – 1 min

0.1 – 0.9 pu 1.1 – 1.2 pu < 0.1 pu

7

Gangguan Hubung Singkat pada Jaringan Sistem

Sumber Voltage Sag

Pembebanan yang Besar pada Sistem Starting Motor Daya Besar

Pengaruh Voltage Sag Pengaruh voltage sag akibat gangguan hubung singkat adalah sebagai berikut [5] : • Komputer dan jenis lain dari komputasi elektronik • Pada industri Karakteristik operasi beberapa peralatan listrik terhadap variasi tegangan adalah sebagai berikut : • Rangkaian relay dan kontaktor • Lampu fluorescent dan lampu discharge intensitas tinggi (HID) 8

Kurva Standar CBEMA, ITIC dan SEMI Kurva Toleransi ITIC[6]

Kurva Toleransi SEMI[7]

9

METODOLOGI Memasukan Data Pada Simulasi di ETAP 7 Pemasangan DG pada sistem Melakukan Load Flow Analysis dan Short Circuit Analysis Memodelkan sistem pada software ATP/EMTP Melakukan Simulasi dan menganalisa Penarikan Kesimpulan

10

PEMODELAN DENGAN ATP-EMTP Parameter yang digunakan pada simulasi [12]: a. Lokasi Gangguan b. Resistansi Gangguan c. Waktu Mulai Gangguan d. Durasi Gangguan e. Tipe Gangguan : Gangguan 1 Fasa ke Tanah :

Gangguan 3 Fasa ke Tanah :

Gangguan Antar Fasa

:

11

Pemodelan Parameter Sistem dengan ATP-EMTP[10] 1. Sumber Tegangan 2. Transformator Parameter

Vrp Rs Ls Vrs

Keterangan Tegangan puncak(Vrms l-l)kV pada sisi primer Nilai resistansi pada sisi sekunder Nilai induktasi pada sisi sekunder Tegangan puncak(Vrms l-n) kV pada sisi sekunder

Dengan mengetahui kapasitas daya (kVA), impedansi (8.5%), dan X/R=18.6 pada transformator, dapat dihitung nilai keempat parameter pemodelan diatas dengan persamaan :

………………………….………………pers. 1 12

………………………….………………pers. 2 Dengan tegangan pada sisi primer adalah 110 kV, maka tegangan puncak sisi primer adalah : ………………..……pers. 3 Vrp=110x√2=155.56 kV Tegangan sisi sekunder adalah 13.8 kV line-line, maka tegangan puncak sisi sekunder adalah : Vrs=13.8√(2 ⁄ 3)=11.267 kV ………….....……pers. 4

3. Kawat Saluran L1 berjarak 1800 meter, resistivitas kawat alumunium Diameter kawat AAAC 150 mm² , dan jari-jari kawat = 0.00125 m ………………………….…………pers. 5 ………………………….….………pers. 6 13

4. Beban Contoh beban 50 kVA (16.67 kVA per phasa), dengan power factor 0,85. Tegangan line-to-netral adalah 110 V. Untuk permodelan di ATP-EMTP digunakan data perfasa untuk tiap beban pada transformator distribusi

Dari nilai P dan Q perfasa dapat diketahui nilai resistansi dan induktansi beban dengan persamaan : ……………………..…………………pers. 7

…………………………………………pers. 8 14

Single Line Diagram Sederhana

15

Single Line Diagram PT. CPI dengan ATP-EMTP DG

16

Kurva Karakteristik Arus-Waktu dari Peralatan Proteksi pada Simulasi

Kurva dari Feeder#3 Batang Eksisting

Kurva dari CB Distributed Generation 17

SIMULASI DAN ANALISA 4.1 Simulasi Sistem Tanpa Gangguan pada Sisi 13.8 kV Sebelum dipasang DG No. Titik

Kondisi Normal (Vpeak l-l)

1. 2. 3. 4.

19516 19516 19516 19516

Tegangan Selisih (Vpeak l- Tegangan l) (V) 17336 17099 17032 17006

% Tegangan

2180 2417 2484 2510

- 11.17 - 12.38 - 12.72 - 12.86

Sesudah dipasang DG No. Titik


Tegangan (Vpeak ll)

Selisih Tegangan (V)

% Tegangan

1. 2. 3. 4.

19516 19516 19516 19516

19570 19791 19901 19872

54 275 385 356

+ 0.27 + 1.41 + 1.97 + 1.82

18

4.1 Drop Tegangan pada Sisi Jaringan Tegangan Rendah 110 V Sebelum dipasang DG Beban


Tegangan (Vpeak ll)


% Teganga n

Pemb14 Candi8 Tilan20 Kelok4 Tilan10

155.56 155.56 155.56 155.56 155.56

140.23 137.85 135.74 135.13 134.86

15.33 17.71 19.82 20.43 20.70

- 9.85 - 11.38 - 12.74 - 13.33 - 13.31

Tegangan (Vpeak ll)


% Teganga n

154.16 155.62 157.20 157.91 157.56

1.4 0.06 1.64 2.35 2

- 0.8 + 0.6 + 1.05 + 1.51 + 1.28

Sesudah dipasang DG Beban Pemb14 Candi8 Tilan20 Kelok4 Tilan10

Kondisi Normal (Vpeak l-l) 155.56 155.56 155.56 155.56 155.56

19

)

4.2 Simulasi Sistem Dengan Gangguan 4.2.1 Sebelum Dipasang DG ► Simulasi Hubung Singkat 3 Fasa ke Tanah

Fault F1 durasi 600 ms dan 1s

Isc = 1086.7 A

TCB = 0.5 s

Titik Fault

Volt. Sag di TIL 10 ( Vpeak )

Teg. Sisa di TIL 10 (%)

Fault 1

57.94

37.25

Fault 2

52.58

33.81

Fault 3

51.11

32.86

(Ket: Kondisi normal tegangan

20

►Simulasi Hubung Singkat 1 Fasa ke Tanah

Fault F1 durasi 200 ms

Tipe Fault

Voltage Sag (V)


Fasa A

Fasa B

Fasa C

Fasa A

Fasa B

Fasa C

Fault 1

124.75

134.8

138.07

80.20

86.66

88.76

Fault 2

123.23

134.8

138.09

79.22

86.66

88.77

Fault 3

122.77

134.8

138.04

78.93

86.66

88..74

Isc = 406.1 A

21

►Simulasi Hubung Singkat Antar Fasa

Fault F1 durasi 600 ms dan 1 s

Isc = 1160.4 A TCB = 0.47 s

Tipe Fault

Voltage Sag (V) Fasa A

Fasa B

Fasa C

Teg. Sisa di TIL 10 (%) Fasa A

Fasa B

Fasa C

Fault 1

32.61

102.28 131.69

20.97

65.75

84.66

Fault 2

29.21

103.67 130.22

18.78

66.65

83.72

Fault 3

28.15

104.05 129.76

18.10

66.89

83.42 22

4.2.2 Setelah Dipasang DG ►Simulasi Hubung Singkat 3 Fasa ke Tanah


Fault F1 durasi 600 ms & 1 s

Titik Fault

Volt. Sag di TIL 10 ( Vpeak )


Fault 1 Fault 2 Fault 3

105.79 100.8 99.54

68.01 64.80 63.99

Isc = 1129.4 A TCB = 0.45 s TDG = 0.28 s

23

►Simulasi Hubung Singkat 1 Fasa ke Tanah


Isc = 654.94 A

Tipe Fault

Voltage Sag (V) Fasa A

Fasa B

Fasa C

Teg. Sisa di TIL 10 (%) Fasa Fasa Fasa A B C

Fault 1

152.54 157.5 156.39 96.86

0

99.93

Fault 2

152.13 157.5

96.59

0

99.91

Fault 3

151.80 157.5 155.88 96.39

0

98.98

156

24

►Simulasi Hubung Singkat Antar Fasa


Isc = 1174.7 A TCB = 0.47 s TDG = 0.28 s

Voltage Sag (V) Fasa Fasa Fasa A B C

Teg. Sisa di TIL 10 (%) Fasa Fasa Fasa A B C

Fault 1

80.2

134.6

149.2

50.93

85.47

94.74

Fault 2

71.8

128.1

153.1

45.64

81.36

97.19

Fault 3

70.4

125.1

155.2

44.74

79.42

98.56

Tipe Fault

25

Plot Karakteristik Voltage Sag pada Kurva CBEMA, ITIC dan SEMI Hubung Singkat 3 Fasa ke Tanah Sesudah Dipasang DG

Sebelum Dipasang DG

26

Hubung Singkat 1 Fasa ke Tanah

Sesudah Dipasang DG

Sebelum Dipasang DG

27

Hubung Singkat Antar Fasa Sesudah Dipasang DG

Sebelum Dipasang DG

28

Dampak Teknis

Batas Drop Out Kontaktor (IEC 60947-4-1)

Kurva toleransi voltage sag untuk 7 lampu gas discharge

29

KESIMPULAN 1.

Koordinasi dan respon peralatan proteksi di jaringan tegangan menengah 13.8 kV sebelum dan sesudah DG dipasang dari hasil simulasi dengan program ATP-EMTP menunjukkan efek perubahan terhadap karakteristik dan durasi voltage sag yang dirasakan beban di tegangan rendah 110 V.

2.

Tipe gangguan hubung singkat dari simulasi menunjukan perbedaan perubahan nilai tegangan yang dirasakan beban, dikarenakan magnitudo arus hubung singkat yang berbeda pada tiap tipe dan lokasi gangguan.

3.

Drop tegangan terbesar di tegangan menengah sebelum dipasang DG sebesar 12.86 % dan pada tegangan rendah yang terletak di ujung jaringan sebesar 13.31 %. Hal ini disebabkan rugi-rugi di sepanjang konduktor di jaringan. Sedangkan selisih tegangan di tegangan menengah setelah dipasang DG sebesar 1.82 % dari tegangan nominal dan pada tegangan rendah sebesar 1.28 %. 30

DAFTAR PUSTAKA [1] GE Corporate Research and Development Niskayuna, “ DG Power Quality, Protection and Reliability Case Studies Report ”, Renewable Energy Laboratory National New York, August 2003. [2] Soeprijanto, Adi. “Diktat Kuliah Analisis Sistem Tenaga Listrik 1 & 2”. Jurusan Teknik Elektro, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. [3] IEEE 1159-1995, “Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality”, 1159-1995. [4] Nita R. Patne, Krishna L. Thakre, “Factor Affecting Characteristic Of Voltage Sag Due To Fault In The Power System”, Serbian Journal of Electrical Engineering Vol. 5, No. 1, May, 2008, 171-182. [5] RC. Dugan , McGraw-Hill, “Electrical Power System Quality”, New York, 1996. [6] Ibid.,” ITI (CBEMA) Curve Application Note” Information Technology Industry Council (ITI), Washington DC, 2005 [7] Schneider Electric.,” SEMI F47 Voltage Sag Standart”, Technical Buletin, Vol.1, 2005 [8] Martinez J.A., Martin-Arnedo J, “Voltage Sag Analysis Using An Electromagnetic Transients Program”, IEEE Power Engineering Society Winter Meeting, vol.2, p. 1135-40, 2002. [9] Sedighnejad H., Alireza J., “Effect Of Protection Device Coordination On Voltage Sag Characteristics Of Distribution Networks”, Tehran, May, 2009. [10] Senini, Andrew James, “Simulating Power Quality Problems by ATP/EMTP”, October, 1998. [11] Juan A. Martinez-Velasco, and Jacinto Martin. Arnedo. “EMTP Model For Analysis of Distributed Generation Impact on Voltage sags,” Juni 2007. [12] Juan A. Martinez-Velasco, and Jacinto Martin. Arnedo. “Voltage Sag Stochastic Prediction Using an Electromagnetic Transients Program,” October, 1994

31

TERIMA KASIH

32

TUGAS SEMINAR ……

33

Area 1 438.5 kVA 5200 m

Area 3 930 kVA 1500 m

Area 2 1141 kVA 2400 m Area 4 1253 kVA 4150 m 34

Penempatan DG Skenario penempatan DG pada ETAP 7 1. Penambahan 2 DG @1 MW yang tersebar pada bus 86 dan bus 21 (pertimbangan terhadap panjang saluran) 2. Penambahan 2 DG @1 MW yang tersebar pada bus 86 dan bus 26 (pertimbangan terhadap density beban dan area terjauh) Hasil simulasi menunjukkan bahwa: Skenario 1: Rugi-rugi daya : 186.4 kW ; 577.2 kVAR Marginal report : 36 bus Critical report : 7 bus Skenario 2: Rugi-rugi daya : 154.4 kW ; 521.7 kVAR Marginal report : 20 bus 35

Simulasi ATP Profil Tegangan Jaringan 13.8 kV (2 MW terpusat)

No. Titik 1. 2. 3. 4.

Kondisi Normal (Vpeak ll) 19516 19516 19516 19516

Teganga n (Vpeak ll) 19570 19791 19901 19872

Profil Tegangan Jaringan 13.8 kV (2 x @1MW tersebar)

1.

Kondisi Normal (Vpeak l-l) 19516

Teganga n (Vpeak l-l) 19228

2.

19516

3. 4.


% Tegangan

No. Titik

54 275 385 356

+ 0.27 + 1.41 + 1.97 + 1.82

Profil Tegangan Jaringan 110 V (2 MW terpusat)


% Teganga n

228

-1.16

19460

16

-0.08

19516

19514

2

0

19516

19563

+47

+0.24

Profil Tegangan Jaringan 110 V (2 x @1MW tersebar)

Pemb14

Kondisi Normal (Vpeak l-l) 155.56

Teganga n (Vpeak l-l) 151.77

+ 0.6

Candi8

155.56

1.64

+ 1.05

Tilan20

157.91

2.35

+ 1.51

157.56

2

+ 1.28

Beban


Teganga n (Vpeak l-l)


% Teganga n

Pemb14

155.56

154.16

1.4

- 0.8

Candi8

155.56

155.62

0.06

Tilan20

155.56

157.20

Kelok4

155.56

Tilan10

155.56


% Teganga n

3.79

-2.43

153.02

2.5

-1.61

155.56

154.38

1.18

-0.75

Kelok4

155.56

154.82

0.72

-0.46

Tilan10

155.56

155.15

0.41

-0.26

Beban

36

Hubung Singkat 3 Fasa

)

Gelombang Voltage Sag DG terpusat di Fault F1 durasi 200 ms

Gelombang Voltage Sag DG tersebar di Fault F1 durasi 200 ms

Isc = 1129.4 A

Isc = 892.95 A

Titik Fault Fault 1 Fault 2 Fault 3

Volt. Sag di TIL 10 ( Vpeak ) 105.79 100.8 99.54


Titik Fault

68.01 64.80 63.99

Fault 1 Fault 2 Fault 3

Volt. Sag di TIL 10 ( Vpeak ) 119.11 115.09 113.28

Teg. Sisa di TIL 10 (%) 76.78 74.19 73.02

37

Hubung Singkat Antar Fasa

Gelombang Voltage Sag DG terpusat di Fault F1 durasi 200 ms

Gelombang Voltage Sag DG tersebar di Fault F1 durasi 200 ms

Isc = 1174.4 A

Isc = 1001.3 A

Voltage Sag (V) Tipe Fault


Fasa A

Fasa B

Fasa C

Fasa A

Fasa B

Fasa C

Fault 1

80.2

134.6

149.2

50.93

85.47

94.74

Fault 2

71.8

128.1

153.1

45.64

81.36

Fault 3

70.4

125.1

155.2

44.74

79.42

Voltage Sag (V) Tipe Fault


Fasa A

Fasa B

Fasa C

Fasa A

Fasa B

Fasa C

Fault 1

97.11

135.2

150.4

62.6

87.15

96.95

97.19

Fault 2

88.76

127.9

154

57.22

82.45

99.27

98.56

Fault 3

85.93

124.5

156

55.39

80.26

105.5

38

EMTP

Recommend Documents