STUDI PEMODELAN PERAMBATAN GELOMBANG SURJA PETIR PADA SALURAN TRANSMISI 150 KV MENGGUNAKAN METODE MULTICONDUCTOR TRANSMISSION LINE
Kadek Adi Dwi Purwaka 2205 100 038
dosen pembimbing : 1.
Ir. Syariffuddin M, M.Eng.
2.
IGN Satriyadi H, ST., MT.
LATAR BELAKANG •
•
•
Indonesia memiliki hari guruh yang tinggi dengan jumlah sambaran petir yang banyak. Surja petir adalah gejala tegangan lebih transien yang disebabkan oleh sambaran petir. Pada saluran transmisi performa petir menjadi salah satu faktor dominan dalam perancangan menara dan saluran transmisi.
PERMASALAHAN Bagaimana perambatan gelombang surja petir pada saluran transmisi 150 kV? Bagaimana pengaruh waktu tegangan impuls gelombang petir terhadap perambatan gelombang surja petir pada saluran transmisi 150 kV? Bagaimana pengaruh nilai puncak tegangan gelombang petir terhadap perambatan gelombang surja petir pada saluran transmisi 150 kV? Bagaimana pengaruh gangguan petir terhadap kawat yang tidak tersambar petir?
TUJUAN 1.
2.
Membuat model dari perambatan gelombang surja petir pada saluran transmisi 150 kV dengan mengunakan metode Multi-Conductor Transmission line (MTL) Mensimulasikan dan menganalisa pemodelan dari perambatan gelombang surja petir tersebut.
SISTEM TENAGA LISTRIK
Diagram Segaris Sistem Tenaga Listrik Sederhana
PETIR Petir merupakan kejadian alam di mana terjadi loncatan muatan listrik antara awan dengan bumi.
PROSES TERJADINYA PETIR
A
B
C
D
E
F
PROSES TERJADINYA GANGGUAN PADA SALURAN TRANSMISI AKIBAT PETIR
Gangguan di Saluran Transmisi
BENTUK UMUM GELOMBANG BERJALAN
•Puncak •Waktu muka (t1) •Ekor gelombang •Waktu ekor (t2)
Spesifikasi Gelombang Berjalan
MODEL SALURAN TRANSMISI DENGAN METODE MULTI-CONDUCTOR TRANSMISSION LINE
Saluran Transmisi n+1Konduktor (a) Tampak Samping. (b) Tampak Penampang Melintang
PERSAMAAN SALURAN TRANSMISI Persaman Maxwell
E B/ t
H J D/ t 2 persamaan diatas diturunkan menjadi persamaan saluran tranmisi sebagai berikut: z
V (z)+ t L I (z)+ R I (z) V
z
I (z)+ G V
s
ij
i
s
i
ij
i
i
ij
i
C t V (z) 0
(z) +
s
ij
i
si
(z)
PENYELESAIAN PERSAMAAN SALURAN TRANSMISI
Persamaan diatas diselesaikan dengan metode finite-difference maka persamaan diatas akan menjadi :
n 1 n 1 V i , k V i , k 1 z
n n I I i ,k i , k 1 z
n 1 I i ,k 2
R ij
ij
n i ,k
L
n 1 n V i , k 1 V i , k 1 2
G n
I
ij
n 1 n I i ,k I i ,k V t t n 1 n V i , k V i , k 1 0 t
C ij
Finite difference griding
n 1 sj , k
V 2
n sj , k
PENYELESAIAN PERSAMAAN SALURAN TRANSMISI Disederhanakan menjadi:
I
Lij Rij 2 t
n 1 i ,k
V
n 1
V
C ij 2 t
i , k 1
n G ij
1
1
n 1 sj , k
V 2
n sj , k
n 1 n 1 Lij V i , k V i , k 1 z t
n n I i ,k I i , k 1 z
2
R
n n C G ij ij V i , k 1 2 t
Dari persamaan diatas dibuat syntax program dengan bahasa pemograman MATLAB berupa hitungan numerik iterasi dari persamaan diatas.
ij
I n
i ,k
PARAMETER-PARAMETER PADA SIMULASI Saluran transmisi terdiri dari 2 kondutor tanpa rugi-rugi Besar impedansi surja petir 400÷600 Ohm Nilai arus puncak petir 10 kA Jumlah titik yang ditinjau sebanyak 40 titik
TEGANGAN IMPULS GELOMBANG PETIR 1,2/50 µS
HASIL SIMULASI Arus pada kawat 1
HASIL SIMULASI Arus pada kawat 2
HASIL SIMULASI Tegangan pada kawat 1
HASIL SIMULASI Tegangan pada kawat 2
HASIL SIMULASI
WAKTU MUKA GELOMBANG YANG BERBEDA Kawat 1 Tegangan Impuls Gelombang Petir posisi 1/50 1,2/50 3/50 5/50 Ipuncak (A) Vpuncak (kV) Ipuncak (A) Vpuncak (kV) Ipuncak (A) Vpuncak (kV) Ipuncak (A) Vpuncak (kV) 10 2425 3544 2700 3529 3620 3451 3735 3367 20 2425 3380 2700 3361 3620 3271 3735 3187 30 2425 3245 2700 3223 3620 3123 3735 3037
Kawat 2 Tegangan Impuls Gelombang Petir posisi 1/50 1,2/50 3/50 5/50 Ipuncak (A) Vpuncak (kV) Ipuncak (A) Vpuncak (kV) Ipuncak (A) Vpuncak (kV) Ipuncak (A) Vpuncak (kV) 10 1019 244,2 1181 244,1 1751 248,1 1850 254 20 1043 173,4 1193 173,5 1717 176,9 1796 181,3 30 985,5 96,13 1113 96,25 1546 98,49 1592 100,8
HASIL SIMULASI WAKTU MUKA GELOMBANG YANG BERBEDA Kawat 1
4000
3600
3500
2500 2000
posisi 10
1500
posisi 20
1000
posisi 30
Tegangan Puncak (kV)
Arus Puncak (Ampere)
3500 3000
3400 3300 3200 posisi 10
3100 3000
posisi 20
2900
posisi 30
2800
500
2700
0 1,0/50
1,2/50
3,0/50
1,0/50
5,0/50
1,2/50
3,0/50
5,0/50
Waktu Tegangan Impuls (µs)
Waktu Tegangan Impuls (µs)
Kawat 2 2000
300
1600 1400 1200 1000
posisi 10
800
posisi 20
600
posisi 30
400 200 0 1,0/50
1,2/50
3,0/50
Waktu Tegangan Impuls (µs)
5,0/50
Tegangan Puncak (kV)
Arus Puncak (Ampere)
1800
250 200 150
posisi 10
100
posisi 20 posisi 30
50 0 1,0/50
1,2/50
3,0/50
Waktu Tegangan Impuls (µs)
5,0/50
HASIL SIMULASI
WAKTU EKOR GELOMBANG YANG BERBEDA Kawat 1 Tegangan Impuls Gelombang Petir posisi 1,2/25 1,2/50 1,2/100 1,2/500 Ipuncak (A) Vpuncak (kV) Ipuncak (A) Vpuncak (kV) Ipuncak (A) Vpuncak (kV) Ipuncak (A) Vpuncak (kV) 10 2759 3207 2700 3529 2581 3726 2182 3923 20 2759 2941 2700 3361 2581 3627 2182 3899 30 2759 2730 2700 3223 2581 3545 2182 3878
Kawat 2 Tegangan Impuls Gelombang Petir posisi 1,2/25 1,2/50 1,2/100 1,2/500 Ipuncak (A) Vpuncak (kV) Ipuncak (A) Vpuncak (kV) Ipuncak (A) Vpuncak (kV) Ipuncak (A) Vpuncak (kV) 10 1044 395,5 1181 244,1 1285 137,9 1214 31,05 20 1022 291,6 1193 173,5 1246 95,97 1135 21,17 30 933,4 169,1 1113 96,25 1110 51,89 973,2 11,17
HASIL SIMULASI WAKTU EKOR GELOMBANG YANG BERBEDA Kawat 1
3000
4500 4000
2000 1500
posisi 10 posisi 20
1000
posisi 30
Tegangan Puncak (kV)
Arus Puncak (Ampere)
2500
3500 3000 2500 posisi 10
2000 1500
posisi 20
1000
posisi 30
500
500
0 0
1,2/25 1,2/25
1,2/50
1,2/100
1,2/500
1,2/50
1,2/100
1,2/500
Waktu Tegangan Impuls (µs)
Waktu Tegangan Impuls (µs)
Kawat 2 450
1200
400
1000 800 posisi 10
600
posisi 20 400
posisi 30
200
Tegangan Puncak (kV)
Arus Puncak (Ampere)
1400
350 300 250 posisi 10
200 150
posisi 20
100
posisi 30
50
0 1,2/25
1,2/50
1,2/100
Waktu Tegangan Impuls (µs)
1,2/500
0 1,2/25
1,2/50
1,2/100
Waktu Tegangan Impuls (µs)
1,2/500
HASIL SIMULASI PUNCAK TEGANGAN IMPULS YANG BERBEDA Kawat 1 Puncak Gelombang Petir (E) posisi 1 MV 2 MV 3 MV 4 MV Ipuncak (A) Vpuncak (kV) Ipuncak (A) Vpuncak (kV) Ipuncak (A) Vpuncak (kV) Ipuncak (A) Vpuncak (kV) 10 675 882,2 1350 1765 2025 2646 2700 3529 20 675 840,3 1350 1681 2025 2521 2700 3361 30 675 805,9 1350 1612 2025 2417 2700 3223
Kawat 2 Puncak Gelombang Petir (E) posisi 1 MV 2 MV 3 MV 4 MV Ipuncak (A) Vpuncak (kV) Ipuncak (A) Vpuncak (kV) Ipuncak (A) Vpuncak (kV) Ipuncak (A) Vpuncak (kV) 10 295,3 61,03 590,6 122,1 885,9 183,1 1181 244,1 20 298,4 43,38 596,7 86,76 895,1 130,1 1193 173,5 30 278,3 24,06 556,7 48,12 835 72,18 1113 96,25
HASIL SIMULASI PUNCAK TEGANGAN IMPULS YANG BERBEDA Kawat 1 4000 3500
2500 2000 1500
posisi 10
1000
posisi 20 posisi 30
500
Tegangan Puncak (Kv)
Arus Puncak (Ampere)
3000
3000 2500 2000
posisi 10
1500
posisi 20
1000
posisi 30
500
0
0 1
2
3
4
1
Puncak Gelombang Petir (MV)
2
3
4
Puncak Gelombang Petir (MV)
1400
300
1200
250
1000 800 posisi 10
600
posisi 20 400
posisi 30
200 0
Tegangan Puncak (kV)
Arus Puncak (Ampere)
Kawat 2
200 150
posisi 10
100
posisi 20 posisi 30
50 0
1
2
3
Puncak Gelombang Petir (MV)
4
1
2
3
Puncak Gelombang Petir (MV)
4
KESIMPULAN
Perambatan gelombang petir pada kawat 1 memiliki nilai arus puncak yang sama pada semua titik yang ditinjau pada kawat (k) sedangkan nilai tegangan puncak mengalami penurunan hingga ±5% pada tiap titik yang ditinjau pada kawat (k). Pada kawat 1 semakin besar waktu muka gelombang petir maka tegangan puncak akan mengalami penurunan hingga ±3%, sedangkan arus puncak akan mengalami peningkatan hingga ±3%, dan semakin besar waktu ekor gelombang petir maka tegangan puncak akan mengalami peningkatan hingga ±10%, sedangkan arus puncak mengalami penurunan hingga ±5%. Pada kawat 2 semakin besar waktu muka gelombang petir maka tegangan puncak mengalami peningkatan hingga ±3%, sedangkan arus puncak mengalami peningkatan hingga ±5%, dan semakin besar waktu ekor gelombang petir maka tegangan puncak mengalami penurunan hingga ±40%, sedangkan arus puncak mengalami peningkatan hingga ±9%.
KESIMPULAN
Nilai puncak gelombang petir memiliki hubungan berbanding lurus dengan nilai arus puncak dan tegangan puncak pada kawat 1 dan 2. Semakin besar nilai puncak gelombang petir maka nilai arus puncak dan tegangan puncak yang terjadi pada kawat 1 dan 2 akan mengalami peningkatan hingga ±30%. Perambatan gelombang petir yang terjadi pada kawat 2 memiliki nilai arus puncak dan tegangan puncak yang mengalami penurunan pada tiap titik yang ditijau (k). Nilai arus puncak pada kawat 2 hingga ±42% dari nilai arus puncak pada kawat 1 sedangkan nilai tegangan puncak pada kawat 2 hingga ±7% dari nilai tegangan puncak pada kawat 1.
SEKIAN
[TERIMA KASIH]
