Posted in Artikel

PEMBAGIAN JARINGAN DISTRIBUSI DAN SISTEM PROTEKSINYA

1.1. Sistem distribusi daya listrik

Sistem distribusi daya listrik meliputi semua Jaringan Tegangan Menengah (JTM) 20 KV dan semua Jaringan Tegangan Rendah (JTR) 380/220 Volt hingga ke meter-meter pelanggan. Pendistribusian daya listrik dilakukan dengan menarik kawat – kawat distribusi melalui penghantar udara. Penghantar bawah tanah dari mulai gardu induk hingga ke pusat – pusat beban. pada sistem di ranting Galang ada terpasang jaringan bawah tanah karena keadaan kota atau daerahnya belum memungkinkan untuk dibangun jaringan tersebut. jadi untuk daerah ini tetap disuplai melalui hantaran udara 3 phasa 3 kawat.

        Setiap elemen jaringan distribusi pada lokasi tertentu dipasang trafo-trafo distribusi, dimana tegangan distribusi 20 KV diturunkan ke level tegangan yang lebih rendah menjadi 380/220 Volt. Dari trafo-trafo ini kemudian para pelanggan listrik dilayani dengan menarik kabel-kabel tegangan rendah menjelajah ke sepanjang pusat-pusat pemukiman, baik itu komersial maupun beberapa industri yang ada disini. Tenaga listrik yang lazim digunakan dalam kehidupan sehari-hari untuk mengoperasikan peralatan-peralatan tersebut adalah listrik dengan tegangan yang rendah (380/220 Volt). Sedangkan tenaga listrik yang bertegangan menengah (sistem 20 KV) dan tegangan tinggi (sistem 150 KV) hanya dipergunakan sebagai sistem penyaluran (distribusi dan transmisi) untuk jarak yang jauh. Hal ini bertujuan untuk kehandalan sistem karena dapat memperkecil rugirugi daya dan memliki tingkat kehandalan penyaluran yang tinggi, disalurkan melalui saluran transmisi ke berbagai wilayah menuju pusat-pusat pelanggan.
Capture

Gambar 2.1.1 Diagram satu garis sistem penyaluran Tenaga Listrik

Keterangan dari gambar:
1. Saluran distribusi adalah saluran yang berfungsi untuk menyalurkan tegangan dari gardu distribusi ke trafo distribusi ataupun trafo pemakaian sendiri bagi konsumen besar.
2. Trafo distribusi berfungsi untuk menurunkan tegangan 20 KV dari Jaringan Tegangan Menengah (JTM) menjadi tegangan rendah 380/220 Volt. Tegangan rendah inilah yang kemudian didistriibusikan ke pelanggan kecil melalui jaringan tegangan rendah (JTR) yang berupa sistem 3 phasa empat kawat.
3. Konsumen besar adalah konsumen yang menggunakan energi yang besar yang biasanya langsung mengambil sumber listrik dari gardu terdekat untuk kemudian disalurkan ke Gardu Induk (GI ) pemakaian sendiri.
4. Konsumen biasa adalah konsumen-konsumen yang menggunakan tenaga istrik dengan level tegangan rendah (380/220 Volt) seperti rumah tangga, industri kecil, perkantoran, pertokoan dan sebagainya.

1.2. Pembagian Jaringan Distribusi
Jaringan distribusi adalah kumpulan dari interkoneksi bagian-bagian rangkaian listrik dari sumber daya ( Trafo Daya pada GI distribusi ) yang besar sampai saklar-saklar pelayanan pelanggan. Secara garis besar jaringan distribusi dapat dibagi menjadi dua bagian yaitu :

1. Distribusi Primer
Distribusi primer adalah jaringan distribusi daya listrik yang bertegangan menengah (20 KV). Jaringan distribusi primer tersebut merupakan jaringan penyulang. Jaringan ini berawal dari sisi skunder trafo daya yang terpasang pada gardu induk hingga kesisi primer trafo distribusi yang terpasang pada tiang-tiang saluran.

2. Distribusi Sekunder
Distribusi skunder adalah jaringan daya listrik yang termasuk dalam kategori tegangan rendah (sistem 380/220 Volt), yaitu rating yang sama dengan tegangan peralatan yang dilayani. Jaringan distribusi skunder bermula dari sisi skunder trafo distribusi dan berakhir hingga ke alat ukur (meteran) pelanggan. Sistem jaringan distribusi sekunder ini disalurkan kepada para pelanggan melalui kawat berisolasi.
Capture

Gambar 2.2.1 One Line Penyulang Pahat 3

Gambar 2.2.1 diatas memperlihatkan sistem pelayanan yang disalurkan melalui berbagai tujuan. Penyulang pahat merupakan salah satu Feder Utama 20 KV yang mendistribusikan daya ke konsumen yang sebelumnya melalui sistem pendistribusisn tegangan yaitu melalui penurunan tegangan 20 KV –380/220 Volt melalui tranformator step down.

1.3. Peralatan Sistem Distribusi
Jaringan distribusi yang baik adalah jaringan yang memiliki perlengkapan dan peralatan yang cukup lengkap, baik itu peralatan guna kontruksi maupun peralatan proteksi. Untuk jaringan distribusi sistem saluran udara, peratan-peralatanm proteksi dipasangkan diatas tiang-tiang listrik berdekatan dekat letak pemasangan trafo, perlengkapan utama pada sistem distribusi tersebut antara lain:

1. Tiang
Berfungsi Untuk meletakkan penghantar serta perlengkapan system seperti transformator, Fuse, isolator, arrester, recloser dan sebagainya. Tiang dibagi menjadi 3 jenis yaitu tiang kayu, besi dan beton sesuai dengan fungsi bawah tanah.
2. Penghantar
Berfungsi sebagai penyalur arus listrik dari trafo daya pada gardu induk ke konsumen. Kebanyakan penghantar yang digunakan pada sistem distribusi . Begitu juga dengan beberapa kawat jaringan bawah tanah.
3. Kapasitor
Berfungsi untuk memperbesar factor daya pada system penyaluran.
4. Recloser
Berfungsi untuk memutuskan saluran secara otomatis ketika terjadi gangguan dan akan segera menutup kembali beberapa waktu kemudian sesuai dengan setting waktunya. Biasanya alat ini disetting untuk dua kali bekerja, yaitu dua kali pemutusan dan dua kali penyambungan . Apabila hingga kerja recloser yang kedua keadaan masih membuka dan menutup, berarti telah terjadi gangguan permanen.
5. Fuse
Berfungsi untuk memutuskan saluran apabila terjadi gangguan beban lebih maupun adanya gangguan hubung singkat.
6. PMT
Berfungsi untuk memutuskan saluran secara keseluruhan pada tiap out put. Pemutusan dapat terjadi karena adanya gangguan sehingga secara otomatis PMT akan membuka ataupun secara manual diputuskan karena adanya pemeliharaan jaringan.
7. Tansformator
Berfungsi untuk menurunkan level tegangan sehingga sesuai dengan tegangan kerja yang diinginkan
8. Isolator
Berfungsi untuk melindungi kebocoran arus dari penghantar ke tiang maupun ke penghantar lainnya.

Perlengkapan – perlengkapan diatas sangat penting keberadaannya, terutama untuk peralatan proteksi. Agar dapat bekerja dengan baik dan terjaminnya kontinuitas pelayanan, maka harus dilakukan pemeliharaan secara rutin untuk mengetahui kerusakan dan kehandalan dari masing-masing peralatan tersebut. Pemeliharan peralatan yang rutin sangat penting dilakukan agar setiap saat dapat diawasi keadaannya apakah masih layak dipakai atau tidak.

1.4. Transformator Distribusi
Transformator adalah salah komponen elektro yang berkerja untuk menaikan tegangan serta menurunkan tegangan dengan perinsip kerja gandengan elektromagnetik. Dalam sistem distribusi tenaga listrik transformator dapat dibagi berdasarkan sistem kerja menjadi dua macam yaitu: 1. Transformator Step Up ( 11,6 KV menjadi 150 KV ) 2. Transformator Down ( 150 KV menjadi 20 KV ) dan ( 20 KV menjadi 380 / 220 Volt ) Sistem distribusi menggunakan jenis transformator step down untuk menghasilkan tegangan yang diinginkan.

Berdasarkan jenis belitan transformator yang digunakan maka dalam sistem tenaga listrik terdapat dua macam jenis belitan antara lain:
1. Belitan bintang
Capture

2. Belitan delta
Capture

1.5. Arester
Arrester adalah suatu alat untuk melindungi isolasi atau peralatam listrik terhadap tegangan lebih yang diakibatkan oleh sambaran petir atau tegangan transient yang tinggi dari suatu penyambungan atau pemutusan rangkaian (sirkuit), dengan jalan mengalirkan arus denyut (Surge Current) ketanah serta membatasi berlangsungnya arus ikutan (Follow Current) serta mengembalikan keadaan jaringan ke keadaan semula tanpa mengganggu sistem.

Prinsip Kerja Arester
Bagi sebuah arester bila terjadi tegangan lebih pada jaringan , aresterberkerja dengan mengalirkan arus surge ( Surge Current ) ketanah , kemudian setelah tegangan normal kembali, arester tersebut harus segera memutus arus yang mengikuti kemudian Follow Current.

Karakteristik Arrester
Sebuah alat pengamanan memiliki beberapa karakteristik begitu juga dengan arrester yang memiliki beberapa karakteristik antara lain :
a. Pada tegangan operasional, harus mempunyai impedansi yang sangat tinggi atau tidak menarik arus listrik
b. Bila mendapat tegangan transient abnormal diatas harga tegangan tembusnya , harus tembus ( Break Down ) dengan cepat.
c. Arus pelepasan selama Break Down ( Tembus ) tidak boleh melebihi arus pengelepasan nominal supaya tidak merusak.
d. Arus dengan frekwensi normal harus diputuskan dengan segera apabila tegangan transien telah turun dibawah harga tegangan tembusnya.

1.6. Rel Daya
Rel daya adalah suatu bagian dari sistem tenaga listrik yang bertujuan dalam penggunaannya untuk mengkombinasikan bermacam feder yang akan turut dibagi dalam melayani beban. Dalam sistem tenaga listrik Rel daya disebut juga dengan istilah Busbar. Busbar adalah konduktor berkapasitas arus besar yang berfungsi untuk terminal penampang arus yang masuk dan keluar melalui saluran masuk dan keluar melalui gardu induk. Busbar atau rel daya juga berfungsi untuk titik pertemuan atau hubungan antara transformator –transformator, SUTT dan peralatan-peralatan listrik lainya untuk menerima dan mendistribusikan tenaga listrik . Rel ini pada umunya terdiri dari bahan tembaga , alumunium atau ACSR.

1.7. Sistem Busbar Tunggal ( Single Busbar Sistem )
Pada sistem ini semua trafo, generator dan fedder yang ada pada system dihubungkan kebusbar. Rel daya tunggal adalah sistem rel daya yang paling sederhana karena hanya menggunakan satu rel daya saja. Semua rangkaian baik saluran masuk ataupun saluran keluar disambungkan dengan rel tersebut melalui pemutus daya dan saklar pemisah.
Capture

1.8. Recloser (Pemutus Balik Otomatis)
Salah satu tujuan pengamanan sistem tenaga listrik ialah terjaminnya penyaluran tenaga listrik, artinya bila terjadi gangguan (misalnya gangguan pada sistem distribusi yang sering terjadi) kalau mungkin tidak menimbulkan pemutusan daya, ataupun bila terpaksa, pemutusan tersebut diusahakan sesingkat mungkin. Peralatan yang bertugas untuk memberikan perintah memutus / menghubungkan daya secara otomatis adalah Pemutus Balik Otomatis(PBO) atau Recloser. Dengan penambahan rele penutup balik maka gangguan sementara tidak mengakibatkan pemutusan daya secara keseluruhan, atau hanya terjadi pemutusan daya dalam waktu yang sangat singkat (beberapa detik). Klasifikasi Recloser Recloser dapat diklasifikasikan sebagai berikut:
a. Menurut jumlah fasanya – Fasa tunggal – Fasa tiga
b. Menurut media peredam busur api – Media minyak 6 – Media hampa udara (vacum)
c. Menurut peralatan pengendalinya – Pengaturan hidrolik – Pengaturan elektronik

1.9. Sectionalizer
Sectionalizer atau yang disebut juga saklar seksi otomatis (SSO) adalah sebuah alat pemutus beban yg secara otomatis dapat dibebankan, seksi-seksi yang tergantung dari suatu sistem distribusi atau dapat melokalisasi gangguan pada seksi yang terganggu, sehingga sistem yang tidak mengalami gangguan tetap mendapat energi listrik.
Saklar seksi otomatis (SSO) bekerja sendiri untuk membuka rangkaian setelah perhitungan operasi pemutusan dari peralatan-peralatan disisi sumbernya, dan pembukaannya dilakukan pada saat peralatan disisi sumber sedang dalam posisi terbuka. Dalam pemasangannya dapat diperlihatkan pada bagan dibawah ini:
Capture

Oleh: Adri Muhaimin Afif (Magatrika 2011)

Posted in Artikel

PENGENALAN STAT KEAMANAN OPERASI SISTEM TENAGA LISTRIK (KONTINGENSI) MENGGUNAKAN INDEKS PERFORMA

PENDAHULUAN

Sistem tenaga listrik merupakan sistem yang bersifat dinamis. Parameter tegangan, aliran daya, dan kuat arus dapat berubah-ubah sesuai kondisi komponen-komponen ketenagalistrikannya (Stevenson, 1983). Komponen-komponen tersebut yaitu pembangkitan, penyaluran, dan beban. Perubahan kondisi yang terjadi terhadap salah satu komponen tersebut berdampak pada perubahan parameter tegangan, aliran daya, dan kuat arus pada komponen yang lain (Stevenson, 1983).

Perubahan kondisi yang terjadi pada komponen pembangkitan dapat berupa gangguan pada generator sehingga salah satu bus tegangan tidak mampu menyuplai daya sesuai semestinya ke dalam sistem atau malah tidak mampu menyuplai daya. Karena kondisi tersebut, kekurangan suplai daya pada beban harus ditangani oleh unit pembangkit dari bus lain.

Perubahan kondisi yang terjadi pada komponen penyaluran dapat berupa putusnya sebuah saluran atau keluarnya beberapa saluran dari sistem sehingga daya yang seharusnya disalurkan pada saluran tersebut harus disalurkan ke beban melalui saluran lain (Mohamed, 2012).

Perubahan kondisi yang terjadi pada komponen beban dapat berupa overloadyaitu pembebanan berlebih yang menimbulkan kuat arus di atas kemampuan suatu bus ataupun saluran (Mohamed, 2012).

Gangguan yang terjadi pada sistem dapat menimbulkan perubahan aliran daya pada sistem tenaga listrik. Perubahan daya yang terjadi berbeda – beda tergantung letak titik gangguan. Saat terjadi perubahan aliran daya, terjadi perubahan kuat arus pada saluran dan perubahan tegangan pada bus.Komponen bus dan saluran memiliki rating ketahanan terhadap besar arus dan tegangan tertentu.Oleh karena itu, diperlukan analisis untuk menguji bus dan saluran yang paling kritis terhadap gangguan.

Analisis kontingensi merupakan usaha untuk mengetahui keadaan operasi sistem tenaga listrik saat suatu komponen mengalami gangguan atau bahkan keluar dari sistem. Dengan adanya analisis kontingensi, diharapkan operasi sistem tenaga listrik tetap dapat berjalan dengan aman walaupun terjadi gangguan pada sistem. Hasil akhir dari analisis ini berupa indeks kontingensi yang menunjukkan urutan saluran transmisi yang paling berbahaya terhadap keamanan operasi sistem tenaga listrik apabila terjadi gangguan pada lokasi saluran tersebut.

PENGERTIAN

Indeks kontingensi suatu bus ataupun saluran merupakan sebuah variabel yang menunjukkan dampak keamanan operasi sistem tenaga listrik apabila bus atau saluran tersebut terkena gangguan. Indeks kontingensi untuk saluran menunjukkan saluran transmisi mana saja yang dapat menyebabkan sistem kritis bila terkena gangguan (Mohamed, 2012). Sedangkan indeks kontingensi untuk bus menunjukkan bus pembangkit mana saja yang dapat menyebabkan sistem kritis bila terkena gangguan. Untuk menghitung indeks kontingensi dan pembebanan di masing – masing bus ataupun saluran, digunakan analisis aliran daya menggunakan metode – metode yang dibahas di subbab selanjutnya.

Transmisi

Sistem transmisi merupakan komponen dalam sistem tenaga listrik yang berfungsi menghubungkan pusat-pusat pembangkit tenaga listrik dengan pusat-pusat beban.  Pusat-pusat pembangkit dan pusat-pusat beban memiliki karakteristik umum yang berbeda.  Pada umumnya pusat-pusat pembangkit terletak di daerah pinggiran kota, sedangkan pusat-pusat beban mayoritas terletak di perkotaan.  Pusat-pusat pembangkit umumnya terletak di pinggiran kota karena areal yang dibutuhkan untuk sebuah pusat pembangkit cenderung cukup luas.  Sedangkan pusat beban cenderung terkonsentrasi di daerah perkotaan.

            Proses penyaluran tenaga listrik dilakukan dalam berbagai level tegangan.  Dengan nilai arus yang sama, makin tinggi level tegangan maka daya yang dapat dihantarkan melalui saluran transmisi tersebut akan semakin besar.

Biaya pembangunan saluran transmisi dapat dibagi menjadi tiga hal pokok, yaitu biaya untuk penghantar, menara, dan peralatan isolasi.  Makin tinggi level tegangan yang digunakan, biaya untuk peralatan isolasi akan semakin dominan.

Level Tegangan Sistem Transmisi

Pemilihan level tegangan suatu saluran transmisi memerlukan banyak pertimbangan.  Pertimbangan-pertimbangan tersebut dipadukan untuk mendapatkan nilai level tegangan yang memiliki nilai ekonomis paling tinggi.

Adapun beberapa hal yang dapat dijadikan pertimbangan dalam pemilihan level tegangan antara lain:

  1. Biaya peralatan.
  2. Panjang saluran transmisi.
  3. Beban yang terhubung dengan saluran transmisi dan perkembangannya.
  4. Pertimbangan interkoneksi.
  5. Batasan regulasi tegangan dan rugi-rugi transmisi.

Berdasarkan level tegangan, sistem transmisi di Indonesia dikelompokkan menjadi transmisi tegangan tinggi (TT) dan transmisi tegangan ekstra tinggi (TET).  Tegangan tinggi di Indonesia adalah 70 kV, 150 kV, dan 275 kV.  Sedangkan tegangan ekstra tinggi di Indonesia yaitu 500 kV  (PT PLN Persero, 2011).  Adapun perkembangan sistem transmisi Jawa-Bali adalah sebagai berikut.

2001 2002 2003 2004 2005*
500 kV (kms) 2.849 3.128 3.532 4.068 4.068
150 kV (kms) 10.475 11.055 11.055 11.121 11.121
70 kV (kms) 3.985 3.985 3.757 3.603 3.603

Tabel 2.1Perkembangan Saluran Transmisi Sistem Jawa-Bali

DariTabel 2.1 Perkembangan Saluran Transmisi Sistem Jawa-Baliterlihat bahwa panjang saluran transmisi 70 kV terus berkurang.  Hal tersebut disebabkan karena adanya upayauprating menjadi 150 kV guna meningkatkan keandalan dan perbaikan kualitas pelayanan kekonsumen.  Selain itu, sesuai dengan perencanaan sistem distribusi pada RUPTL 2006-2015, ke depan tegangan 70 kV akan diimplementasikan sebagai jaringan distribusi sebagai salah satu langkah menekan susut jaringan distribusi.

Kemampuan Hantar Arus (KHA)

Paduan parameter tegangan sistem dan rencana kemampuan transfer daya transmisi akan membentuk kemampuan hantar arus (current-carrying capacity/ampacity) penghantar.  Menurut PUIL 2000 (SNI 04-0225-2000), kemampuan hantar arus (KHA) adalah arus maksimum yang dapat dialirkan dengan kontinu oleh penghantar pada keadaan tertentu tanpa menimbulkan kenaikan suhu yang melampaui nilai tertentu.

Jika penghantar digunakan dalam kondisi yang tidak sesuai dengan kondisi yang disyaratkan meski tetap dalam fungsinya, maka nilai KHA yang dimilikinya harus dikalikan dengan faktor koreksi.

Rating untuk penghantar udara, mengacu pada standard IEEE 738-1993 (IEEE Standard for Calculating theCurrent-Temperature Relationship of Bare OverheadConductors), ditentukan oleh faktor internal dan faktor eksternal.  Faktor internal terdiri dari resistans, diameter penghantar, jenis material penghantar, kondisi permukaan penghantar dan sifat termis material penghantar.  Faktor eksternal terdiri dari arah bentangan penghantar, ketinggian tempat, keadaan udara sekitar, penyinaran sinar matahari, suhu lingkungan, dan kecepatan serta arah angin.  Semakin mudah penghantar melakukan pendinginan suhu, maka makin besar kemampuan hantar arus penghantar tersebut.  Hal ini berkaitan dengan transfer panas yang terjadi pada penghantar tersebut.

Representasi Saluran

Representasi untuk saluran transmisi dibagi menjadi tiga macam berdasarkan panjang saluran yang akan dimodelkan.  Untuk saluran dengan panjang kurang dari 80 km, digunakan model saluran transmisi pendek.  Untuk saluran dengan panjang 80 sampai dengan 240 km, digunakan model saluran transmisi menengah.  Untuk saluran dengan panjang lebih dari 240 km, digunakan model saluran transmisi jarak jauh.

Saluran Transmisi Jarak Pendek

Rangkaian ekivalen untuk saluran transmisi pendek dapat diselesaikan dengan perhitungan rangkaian arus bolak-balik biasa.  Pada rangkaian ekivalen transmisi pendek ini, admitansi shunt diabaikan.  Rangkaian ekivalen untuk transmisi pendek adalah seperti pada Gambar 2.1.

Capture

Gambar 2.1: Rangkaian Ekuivalen Saluran Transmisi Pendek

Saluran Transmisi Jarak Menengah

Saluran transmisi untuk jarak menengah memasukkan komponen admitansi shunt pada pemodelannya.  Admitansi shunt disini merupakan kapasitansi murni.  Rangkaian ekivalen untuk saluran transmisi jarak menengah adalah sebagai pada Gambar 2.2.

Capture

Gambar 2.2 Rangkaian Ekivalen Saluran Transmisi Jarak Menengah

Rangkaian ekivalen di atas merupakan rangkaian ekivalen nominal p.  Untuk rangkaian nominal  p, admitansi shunt saluran dibagi dua sama besar dan ditempatkan masing-masing pada ujung pengirim dan ujung penerima.  Jika admitansi shunt menjadi satu di tengah dan impedans saluran yang dibagi dua sama besar di ujung pengirim dan di ujung penerima, maka rangkaian ekivalen tersebut disebut rangkaian ekivalen nominal T.

Saluran Transmisi Jarak Jauh

Untuk pemodelan saluran transmisi yang lebih panjang dari 240 km, untuk memperoleh ketelitian perhitungan, admitansi shunt tidak dapat dianggap terpusat.  Admitansi shunt harus dinyatakan tersebar merata sepanjang saluran.

Konstanta ABCD

Dalam analisis jaringan, parameter saluran terpakai di dalam konstanta ABCD, dengan saluran transmisi digambarkan sebagai jaringan berujung empat seperti pada Gambar 2.3.

Capture

Gambar 2.3 Rangkaian 4 ujung

Susunan atau kombinasi parameter R,L, dan C di dalam konstanta ABCD bergantung kepada pendekatan yang diambil. Untuk transmisi pendek, dengan panjang (l) maksimum 50 mile, pendekatan dapat dilakukan dengan hanya impedans seri tertumpuk.

Susunan atau kombinasi parameter R,L, dan C di dalam konstanta ABCD bergantung kepada pendekatan yang diambil. Untuk transmisi pendek, dengan panjang (l) maksimum 50 mile, pendekatan dapat dilakukan dengan hanya impedans seri tertumpuk seperti ditunjukkan oleh Gambar 2.4

Capture

Gambar 2.4 Rangkaian pendekatan transmisi pendek

Untuk transmisi dengan panjang yang sedang (l= 50 sampai 150 mile) dapat digunakan dua pendekatan, yaitu dengan rangkaian nominal T atau dengan rangkaian nominal π. Rangkaian transmisi jarak menengah digambarkan pada Gambar 2.5.

Capture

Gambar 2.5 Rangkaian pendekatan transmisi menengah

PadaGambar 2.6 digambarkan sebuah saluran transmisi panjang. Saluran trasmisi panjang (l> 150 mile), parameter R, L, dan C tidak dapat dianggap tertumpuk (lumped parameter), tetapi harus dianggap sebagai yang sesungguhnya, yaitu parameter terdistribusi (distributed parameter). Setelah dihitung, kemudian di dalam gambar dinyatakan dengan rangkaian ekivalen π, yang elemen-elemennya diberi nilai sesuai dengan hasil hitungan tersebut.

Capture

Gambar 2.6 Rangkaian pendekatan transmisi panjang

Load Flow

Studi aliran beban (Load Flow) yaitu suatu proses perhitungan nilai tegangan, arus, daya aktif, daya reaktif, atau faktor daya pada titik-titik dalam suatu jala-jala listrik.  Studi aliran beban penting dalam pengoperasian maupun perencanaan suatu sistem tenaga listrik.  Dengan studi aliran beban, efek-efek interkoneksi antara komponen-komponen sistem tenaga listrik dapat diamati.

Data yang diperlukan untuk suatu studi aliran beban yaitu data daya dan tegangan pada bus, serta data impedans seri dan admitans shunt pada saluran penghubung antara bus.

Data daya pada bus merupakan data daya bersih untuk bus tersebut.  Daya yang diserap oleh suatu beban dari jala-jala diberi notasi negatif, sedangkan daya yang masuk pada jala-jala diberi notasi positif.

Pada suatu bus, harus ditentukan apakah besar tegangan atau aliran daya reaktifnya yang akan ditentukan konstant.  Umumnya daya reaktif ditentukan konstant pada bus-bus beban dan tegangan ditentukan konstant pada bus-bus generator.  Pada  penyelesaian studi aliran beban dengan software, dimungkinkan nilai tegangan pada generator ditentukan konstant pada suatu jangkauan pembangkitan daya reaktif.  Jika batas jangkauan tersebut dilampaui, maka nilai pembangkitan daya reaktif tersebut yang kemudian menjadi dipertahankan konstant.

Kebutuhan daya aktif dan daya reaktif total pada sistem tidak dapat ditentukan sebelumnya, karena rugi-rugi pada sistem tidak diketahui sebelum perhitungan selesai.  Oleh karena itu, pada suatu jaring-jaring listrik yang menjadi objek studi aliran beban, minimal harus memiliki sebuah bus yang dapat mencukupi berapapun kebutuhan total daya aktif dan reaktif sistem. Bus tersebut disebut sebagai bus berayun (swing bus).  Swing bus berfungsi untuk mencatu selisih antara daya yang sudah diketahui masuk pada sistem dengan daya yang diserap sistem, termasuk rugi-ruginya.  Tegangan beserta sudut pada swing bus ditentukan sebelumnya.  Masukan daya aktif dan reaktif swing bus ke sistem ditentukan setelah perhitungan selesai sebagai penyelesaiannya.

Kesulitan dalam studi aliran beban disebabkan karena perbedaan jenis data yang harus ditentukan pada suatu bus.  Studi aliran beban membutuhkan suatu proses iteratif dengan menetapkan nilai-nilai perkiraan untuk tegangan-tegangan bus yang tidak diketahui. Perhitungan suatu nilai baru untuk setiap tegangan bus tersebut dilakukan dengan bantuan nilai-nilai perkiraan daya aktif, daya reaktif, dan tegangan perkiraan sebelumnya.  Selanjutnya akan diperoleh suatu himpunan baru nilai-nilai tegangan untuk setiap bus yang akan terus digunakan untuk menghitung himpunan tegangan-tegangan bus yang baru.  Proses perhitungan himpunan tegangan-tegangan bus ini terus dilakukan sampai mendapatkan suatu nilai perubahan nilai tegangan setiap bus antara tiap himpunan yang kurang dari suatu nilai minimum yang telah ditentukan.

Dua metode yang menjadi dasar dalam studi aliran beban adalah metode Gauss – Seidel dan metode Newton – Raphson.

Metode Gauss – Seidel

Metode Gauss – Seidel didasarkan pada pernyataan tegangan suatu bus sebagai fungsi dari daya aktif dan daya reaktif pada suatu busbaik berupa masukan dari sumber maupun berupa penyerapan oleh beban yang terdapat pada bustersebut, tegangan – tegangan pada bus lain yang telah dihitung atau diperkirakan sebelumnya, dan admitansi-admitansi sendiri maupun bersama pada simpul-simpulnya.  Penurunan persamaan diawali dari rumusan simpul pada persamaan jala-jala.

Misal suatu perhitungan jala-jala dengan 4 bus, maka rumusan untuk tegangan pada bus 2 adalah sebagai berikut.

Capture

Dengan memasukkan nilai admitans baik admitans sendiri maupun admitans bersama pada persamaan (2.8), maka persamaan menjadi :

Capture

Persamaan di atas memberikan nilai yang telah dikoreksi untuk V2 berdasarkan P2 dan Q2 yang direncanakan untuk bus tersebut.  V2* adalah nilai konjugat perkiraan tegangan sebelumnya untuk bus tersebut atau nilai konjugat tegangan hasil perhitungan sebelumnya.  Ketepatan perhitungan baru akan didapatkan setelah beberapa kali iterasi.  Tegangan tersebut belum sebagai bentuk penyelesaian untuk V2 karena perhitungan tersebut masih didasarkan pada nilai-nilai tegangan perkiraan pada bus-bus yang lain.  Setelah didapatkan nilai tegangan yang telah dikoreksi untuk suatu bus, nilai tegangan tersebut lalu digunakan untuk menghitung tegangan bus yang lain.  Proses tersebut diulangi untuk setiap bus secara berturut-turut pada seluruh bus jala-jala selain swing bus, sebagai iterasi pertama perhitungan aliran daya.  Iterasi tersebut diulangi sampai didapatkan indeks ketepatan yang sesuai dengan yang telah ditentukan.

Untuk keseluruhan N buah bus, tegangan yang dihitung pada setiap bus k dengan Pk dan Qk diketahui, dirumuskan sebagai berikut.

Capture

Dengan n ≠ k.

Metode Gauss – Seidel memerlukan iterasi yang cukup banyak untuk mendapatkan suatu nilai dalam indeks ketepatan.  Hal tersebut disebabkan koreksi tegangan pada metoda Gauss – Seidel hanya menggantikan nilai koreksi tegangan terakhir, sementara perhitungan berjalan per bus.  Jumlah iterasi dalam perhitungan dapat dikurangi dengan mengalikan koreksi tegangan setiap bus pada tiap iterasi dengan faktor percepatan.  Selisih antara tegangan yang baru saja dihitung dan tegangan terdahulu terbaik pada bus dikalikan dengan faktor percepatan yang sesuai untuk mendapatkan koreksi yang lebih baik untuk ditambahkan pada nilai yang terdahulu.  Faktor percepatan untuk komponen real dengan komponen imajiner dapat berbeda.  Pemilihan faktor percepatan yang salah dapat menyebabkan perhitungan tidak konvergen.  Pada umumnya faktor percepatan yang diambil adalah 1,6.

Jika nilai yang diberikan pada suatu bus adalah nilai tegangannya, maka komponen real dan imajiner tegangan pada bus tersebut pada setiap iterasi didapatkan dengan menghitung daya reaktif dahulu sebagai berikut.

Capture

dimana n ≠ k, jika n = k, maka :

Capture

Daya reaktif hasil perhitungan tersebut dihitung berdasarkan nilai-nilai tegangan terbaik sebelumnya untuk tiap bus.  Nilai Qk tersebut kemudian dimasukkan pada persamaan (2.8) untuk mendapatkan Vk baru.  Unsur-unsur pada Vk baru tersebut kemudian dikalikan dengan perbandingan besarnya Vk konstant yang ditentukan terhadap besarnya Vkhasil dari persamaaan (2.8).

Metode Newton – Raphson

Penggunaan metode Newton – Raphson dalam studi aliran beban didasarkan  pada penggunaan deret Taylor dalam proses penyelesaian dua persamaan dengan dua variabel.  Misal suatu fungsi dengan dua variabel x1dan x2 serta dua konstanta K1 dan K2 dengan fungsi sebagai berikut.

f1(x1,x2) = K1(9)

f2(x1,x2) = K2(10)

Penyelesaian perkiraan pertama untuk persamaan tersebut adalah x1(0) dan x2(0).  Untuk mendapatkan suatu jawaban yang benar, dianggap x1(0) dan x2(0) harus ditambahkan masing-masing dengan nilai Capture.  Selanjutnya perumusan dapat ditulis sebagai berikut.

Capture

Jika persamaan (2.17) dan (2.18) diuraikan dalam deret Taylor, maka akan menjadi sebagai berikut.

Capture

Suku Capturemenunjukkan bahwa turunan parsial dihitung untuk nilai-nilai x1(0) dan  x2(0).  Suku-suku lain semacam itu dihitung dengan cara yang sama.  Jika turunan parsial dengan orde lebih dari satu diabaikan, maka persamaan (2.17) dan persamaan (2.18) dapat ditulis dalam bentuk matrik sebagai berikut.

 Capture(15)

Matrik bujursangkar turunan-turunan parsial tersebut dinamakan jacobian (J), atau dalam hal ini J(0) untuk menunjukkan bahwa perkiraan-perkiraan pertama x1(0) dan x2(0) digunakan untuk menghitung nilai turunan-turunan parsial dalam angka.  f1(x1(0),x2(0)) adalah nilai yang dihitung dari nilai K1 untuk nilai-nilai perkiraan x1(0) dan x2(0).  Tetapi,  nilai K1 yang dihitung ini bukanlah nilai yang ditetapkan persamaan (2.15), kecuali jika nilai-nilai perkiraan x1(0) dan x2(0) sesuai.  Jika ditentukan DK1(0) sebagai K1 yang ditetapkan, dikurangi nilai K1 yang dihitung, dan dengan mendefinisikan K2 dengan cara yang sama, maka didapatkan perumusan sebagai berikut.

Capture(16)

            Nilai Dx1(0) dan Dx2(0) dapat diperoleh dengan membalik matrik jacobian.  Tetapi, karena telah terjadi pemotongan deret, maka penambahan nilai ini pada perkiraan pertama tidak akan memberikan jawaban yang benar sehingga harus dilakukan perkiraan untuk x1(1) dan x2(1)berikutnya.  Hubungan x1(0) dengan x1(1) dan  x2(0) dengan x2(1)  adalah sebagai berikut.

Capture

Perhitungan aliran beban dengan metode Newton Raphson dapat dilakukan dengan menyatakan tegangan-tegangan bus dan admitans-admitans saluran dalam bentuk polar maupun bentuk siku.  Jika dalam bentuk polar, maka persamaan (2.16) dapat diuraikan dalam komponen real dan imajiner seperti berikut ini.

Capture

didapatkan

Capture  (22)

sehingga perumusan daya aktif dan daya reaktif menjadi :

Capture

Swing bus diabaikan dalam penyelesaian iterasi, karena tegangan dan sudut tegangan pada swing bus tetap.  Nilai konstant P dan Q yang ditetapkan, sesuai dengan konstanta K dalam persamaan (2.19).  Nilai-nilai perkiraan besar dan sudut tegangan juga sesuai dengan nilai-nilai perkiraan untuk x1 dan x2 dalam persamaan (2.19).  Sehingga untuk perhitungan nilai-nilai perkiraan pada persamaan (2.24) dan persamaan (2.25) adalah sebagai berikut.

DPk = Pk ditetapkan – Pk terhitung(25)

DQk = Qk ditetapkan – Qk terhitung(26)

            Jacobian terdiri dari turunan parsial P dan Q terhadap masing-masing variabel dalam persamaan (2.24) dan persamaan (2.25).  Unsur – unsur matrik kolom Ddk(0) dan D|Vk|(0) sesuai dengan Dx1(0) dan Dx2(0) dan merupakan koreksi – koreksi yang harus ditambahkan pada perkiraan semula Ddk(0) dan D|Vk|(0) untuk mendapatkan nilai – nilai baru bagi perhitungan DPk(1) dan DQk(1).   Berikut bentuk matrik penyelesaian metode Newton Raphson pada suatu sistem yang terdiri 3 bus dengan swing bus pada bus 1.

Capture (27)

Unsur-unsur jacobian didapatkan dengan membuat turunan-turunan parsial dari rumus untuk Pk dan Qk dan memasukkan ke dalam tegangan-tegangan yang diperkirakan untuk iterasi pertama atau yang diperhitungkan dalam iterasi sebelumnya.  Dari persamaan (2.24) diperoleh rumusan sebagai berikut.

Capture

Pada penjumlahan di atas terlihat bahwa n ≠ k, karena dk akan hilang dari persamaan (2.23) jika n = k.

1.1       Kontingensi

Kontingensi merupakan keadaan operasi saat terjadinya gangguan atau keluarnya suatu komponen dari sistem tenaga listrik  Kontingensi dapat terdiri dari gangguan pada satu komponen atau lebih.  Untuk kegagalan pada satu komponen disebut single outagecontingency.  Kegagalan atau keluarnya dua atau lebih komponen suatu sistem tenaga listrik secara bersamaan disebut multiple outage contingency.Analisis kontingensi dilakukan dengan membandingkan aliran daya dalam kondisi normal dengan aliran daya dalam kondisi kontingensi.

Pada keadaan ini, sistem tenaga listrik dituntut tetap dapat memenuhi kekangan dari sistem transmisi.  Adapun kekangan-kekangan untuk sistem transmisi adalah dari aspek termal, stabilitas, dan tegangan.

Stabilitas

Permasalahan dalam stabilitas sistem tenaga listrik dikelompokkan menjadi dua macam, yaitu bagainama menjaga agar sinkronisasi antara generator dalam sistem dapat terjaga dan bagaimana menjaga batasan tegangan dapat terpenuhi.  Untuk suatu sistem interkoneksi, generator-generator pada sistem tersebut berputar dengan nilai frekuensi yang sama.  Saat terjadi gangguan, kebutuhan daya yang harus dipenuhi oleh generator akan berkurang.  Tetapi, daya masukan pada generator tersebut tidak berubah, sehingga kecepatan generator tersebut akan naik.  Saat gangguan telah hilang aliran daya serta daya masukan generator berubah, sehingga pada akhirnya akan muncul osilasi pada rotasi generator yang berakibat pada osilasi frekuensi sistem.

Indeks Kontingensi

Untuk menentukan indeks kontingensi, diterapkan dua metode, yaitu metode perbandingan antar tegangan dan metode perbandingan antar kuat arus.Dengan menilai indeks kontingensi, dapat diperoleh urutan kontingensi saluran mana yang paling berbahaya terhadap keberlangsungan operasi sistem tenaga listrik setelahnya.

Capture    (30)

Penghitungan indeks kontingensi dengan metode perbandingan kuat arus dilakukan dengan menjumlahkan perbandingan besar arus yang sedang mengalir saat terjadi kontingensi pada saluran k dengan kemampuan hantar arus saluran tersebut.

Capture            (31)

Penghitungan indeks kontingensi dengan metode perbandingan tegangan dilakukan dengan menjumlahkan perbandingan selisih magnitude tegangan di bus yang sedang terjadi kontingensi (Vk) terhadap dengan rerata bus pada saat kontingensi (Vk) terhadap selisih tegangan maksimal dan minimal pada bus (∆Vk).

Oleh: Rico Yudhianto (Magatrika 2010)

Posted in kegiatan magat

HOME VISIT PERDANA MAGATRIKA: IR. I NENGAH SUMERTI, 19 APRIL 2014

Reza Bakhtiar, Magatrika 2010

Kunjungan kerumah DOSEN? Ada gak sih mahasiswa atas atau organisasi lain di JTETI UGM yang pernah ada kunjungan ke rumah DOSEN? Selama penulis kuliah hampir 8 semester belum ada tuh organisasi di JTETI yang acaranya kunjungan kerumah dosen? Apa penulis sendiri yang kuper jadi gak tau? Apalagi dosen yang ingin dikunjungi ini termasuk dosen yang sangat “spesial” bagi seluruh umat JTETI UGM khususnya masyarakat yang mengambil konsentrasi power atau biasa disebut STL. Salah satu dosen yang hampir setiap semesternya menguncangkan hati para mahasiswanya setelah melihat portal akademik. Siapa lagi kalau bukan bapak Ir. I Nengah Sumerti.

Kunjungan ke rumah dosen kali ini merupakan pengalaman yang sangat berharga bagi penulis dan bagi yang ikut. Tapi sangat disayangkan jumlah kuota dibatasi. Tapi gak logis juga andaikan semua anggota magatrika ikut, bisa-bisa dikira demo tuntutan kenaikan *piip* #sensored. Awal cerita kami semua berangkat menggunakan motor dari JTETI, dengan seragam hitam-hitam (baju magatrika) kebanggaan kita, bukan dengan maksud yang lain pake hitam-hitam, tetapi demi kekompakan anggota magatrika. Diperjalanan ada satu anggota kita yang ketinggalan karena ban motor nya bocor, yaitu Muhammad Iqbal 2012. Sabar ya.

Sesampainya dirumah beliau, dengan baju putih khas nya kami disambut dengan ramah dan welcoming banget. Diawal kami juga bertemu dengan istri beliau yang juga ramah. Kami banyak bercerita tentang keluarga pak Nengah, ternyata ada salah satu anak beliau alumni dari JTETI juga lhoo. Beliau bercerita bahwa anaknya tidak mau mengambil konsentrasi STL dengan alasan tidak mau bertemu dengan mata kuliah yang diajar beliau. (Haha sampai segitunya ya). Tetapi beliau meneruskan ceritanya sambil tertawa bahwa saat itu beliau kan mengampu mata kuliah kewirausahhaan yang otomatis pasti bertemu dengan beliau. Haha. Diawal juga beliau menanyakan kami dari angkatan berapa dan dari daerah mana, hingga ngalor ngidul. Tapi ada satu hal lucu ketika salah satu dari kami bercerita bahwa ada salah satu mahasiswa angkatan 2012 sedang diperjalanan karena ban motornya bocor. Sehubungan angkatan 2012 kan belum pernah diajar matakuliah yang beliau ampu, celetuk beliau,”wah, belum bertemu saja sudah “GEMBOS” (ngertikan maksudnya? Haha).

Singkat cerita, ketika ada salah satu dari kami menanyakan mengapa Nilai praktikum STL kok banyak yang kurang bagus? Pada saat itu juga Bapak Ir. I Nengah Sumerti terpanggil sebagai seorang Dosen dan pengajar. Beliau langsung menjelaskan dengan teori dan konsep, karena mungkin kurang begitu jelas, beliau dengan semangatnya langsung membawa papan tulis yang sudah lama tak terpakai, dan alhasil beliau kembali mengajar seperti dikelas. Tetapi bedanya beliau duduk dibawah, kami diatas?! (SALUT BUAT BELIAU). Kami dijelaskan letak mana saja yang salah pada soal reponsi praktikum. Pada intinya nomor 1 beliau berpendapat bahwa rata-rata dari mahasiswa menggambar capability chart hanya sekedar menggambar, tidak ada batas-batas dan keterangan/batas angka. Beliau berkata layaknya peta buta, gambar bagus tetapi tak ada batas nya untuk apa? Namanya saja “capability”, pastilah ada batasannya. Giliran ada batasnya, tapi gambarnya salah. Bahkan beliau sedikit kesal ketika ada mahasiswa yang menggambar sudut yang besar dan gambarnya tidak singkron dan tidak logis. Selain dari masalah nomor 1, masih banyak masalah disoal lain yang ternyata soal yang sangat tricky. Berhubung “master” yang telah menjadi turun temurun tiap angkatan itu, jadi kami anggap master tersebut lah yang paling benar, tenyata masih banyak yang salah lho. Jadi wajar saja turun-temurun nilai praktikum tersebut selalu berkahir tragis.

Setelah satu jam lebih (mungkin) kuliah dadakan yang diadakan beliau, penulis berfikir ini merupakan momen terbesar kita, untuk memperbaiki kesalahan-kesalahan dari responsi praktikum yang turun-temurun selalu berakhir tragis. Tetapi yang ikut disini hanyalah sebagian sangat kecil dari keseluruhan anggota magatrika. Ada baiknya jika ilmu yang diberikan beliau ini disebarluaskan kepada seluruh masyarakat Magatrika. Ternyata pemikiran penulis seirama dengan pesan pak Nengah bahwa yang tidak ikut haruslah diberi tahu. Ada baiknya untuk kedepannya diberikan semacam short coure responsi praktikum STL sebelum remidial. Karena bagi penulis ilmu itu memang haruslah disebarluaskan. Apalagi ilmu tersebut memperbaiki tradisi buruk dari mahasiswa STL. “Tunjukan kami jalan yang benar” seperti yang selalu kita katakan ketika beribadah. Itulah jalan yang benar! Bukan dari master yang selalu memberi jalan yang sesat hingga banyak yang masuk jurang.

10153111_1430189010568762_2294844264016699289_n

Akhir cerita, beliau berpesan sering-sering main ke rumah beliau, bahkan beliau sangat welcome jika ada kunjungan kembali dan ada bakar-bakaran jagung. Penulis juga sangat senang bisa ikut dalam kunjungan tersebut. Semoga kedepannya bisa diteruskan dan dapat semua dosen kita kunjungi. Barang kali aja dapet kunci-kunci atau kisi-kisi sebelum ujian. hehe…

Posted in Artikel

Three Gorges Dam,PLTA Terbesar di Dunia

Three Gorges Dam (Bendungan Tiga Ngarai) saat ini merupakan bendungan sekaligus pembangkit listrik tenaga air (PLTA) terbesar di dunia. Dibangun sepanjang 2.3 km menyebrangi Sungai Yangtze, China. Proyek ambisius ini dinilai sebagai proyek terbesar Cina sejak dibangunnya Tembok Besar Cina. Proyek pembangunan bendungan terbesar di dunia ini telah banyak menuai pro dan kontra. Kritik yang muncul terutama datang dari para ahli geologi, ahli biologi dan pemerhati lingkungan.

PLTA (Pusat listrik tenaga air) pembangkit listrik bawah tanah Three Gorges dam’di Yichang, Provinsi Hubei – China. Three Gorges Dam, proyek pembangkit listrik tenaga air terbesar di dunia, mulai beroperasi pada kapasitas penuh hari Rabu 4/7/2012, karena seluruh generator turbin sebanyak 32 unit telah dioperasikan. Generator pertama mulai beroperasi pada tanggal 10 Juli 2003. Bendungan itu juga memiliki dua pembangkit listrik yang lebih kecil, masing-masing memiliki kapasitas generatif 50.000 kilowatt (kw). PLTA ini menghasilkan listrik dengan kapasitas 22,500 MW, mengalahkan pembangkit listrik Itaipu di perbatasan Brazil-Paraguay (12,500 MW) yang selama ini menyandang predikat yang terbesar di dunia. Berikutnya yang termasuk jajaran lima besar pembangkit listrik terbesar di dunia  adalah Guri di Venezuela (10,300 MW), Grand Coulee di U.S. (6,809 MW) dan Sayano-Shushensk di Russia (6,400 MW). Dengan kapasitas sebesar itu, TGHP akan memasok kurang lebih 10% dari total ketersediaan energi di Cina Proyek Three Gorges Dam diluncurkan pada tahun 1993 dengan total anggaran pembangunan 22,5 miliar dolar AS

Three Gorges Dam juga merupakan pembangkit dengan sistem clean Energy Production. Dibandingkan dengan pembangkit listrik batubara dengan kapasitas daya listrik yang sama, TGHP akan mengurangi emisi 100 juta ton CO2, 2 juta ton SO2, 0.37 juta ton NOx dan beberapa partikulat lainnya. Hal ini akan mencegah hujan asam dan mengurangi efek rumah kaca di Asia Timur dan Central Cina. Listrik tenaga air yang dihasilkan dari TGHP setiap tahunnya akan menggantikan 50 juta ton batubara mentah yang digunakan dalam pembangkit listrik batubara.

c

Gambar1. Panorama Bendungan Three Gorges Dam

d

Gambar2. Aliran air bendungan

Berikut ini adalah gambar-gambar PLTA Three Gorges Dam

d

d

d

Three Gorges Dam Francis turbine

d

Referensi:

1.   http://en.wikipedia.org/wiki/Three_Gorges_Dam
2. http://chindonews.blogspot.com/2012/07/plta-three-gorges- dam.html
3. http://tofanhakim.wordpress.com/2010/02/20/three-gorges-dam-analisis-manfaat-dan-dampak/

Oleh: Dwiki Darmawan (Magatrika 2011)

Posted in Artikel

VERTICAL AXIS TURBINE SEBAGAI ALTERNATIF GREEN ELECTRICITY PADA GEDUNG PENCAKAR LANGIT

Dewasa ini sedang ramai dibicarakan masalah green energy dimana orang berlomba lomba untuk menghasilkan energi, terutama listrik dari sumber daya alam yang dapat diperbaharui atau tidak terbatas. Salah satunya adalah penggunaan angin sebagai pembangkit listik, angin merupakan salah satu sumber daya yang sangat melimpah di alam, namun kita harus mengerti akan sifat sifat angin yang nantinya dapat meningkatkan opotimasi penggunaan angin sebagai pembangkit.

Ada dua jenis turbin angin yang umum digunakan saat ini, yaitu berdasarkan arah poros berputar (sumbu): turbin angin sumbu horisontal dan turbin angin sumbu vertikal.
Ukuran turbin angin bervariasi. Turbin kecil yang digunakan untuk memasok energi rumah atau bisnis mungkin memiliki kapasitas kurang dari 100 kilowatt. Beberapa turbin komersial berukuran besar mungkin memiliki kapasitas 5 juta watt, atau 5 megawatt. Turbin yang lebih besar sering dikelompokkan bersama-sama sebagi ladang angin yang memasok listrik ke jaringan listrik.

Turbin Angin Sumbu Horisontal

Kebanyakan turbin angin yang digunakan saat ini adalah tipe sumbu horisontal. Turbin angin sumbu horisontal memiliki bilah baling-baling seperti di pesawat. Sebuah turbin angin horisontal berdiri setinggi bangunan 20-lantai dan memiliki tiga pisau yang rentangnya menjangkau 200 kaki. Turbin angin terbesar di dunia memiliki baling-baling yang lebih lebih panjang dari lapangan sepak bola. Turbin angin yang tinggi dan lebar dibangun untuk menangkap lebih banyak angin.

Capture

Gambar 1

Turbin Angin Sumbu Vertikal

Capture

Gambar 2

Turbin angin sumbu vertikal memiliki bilah yang memanjang dari atas ke bawah. Turbin angin jenis ini yang paling umum adalah turbin angin Darrieus, dinamai sesuai dengan nama insinyur Perancis Georges Darrieus yang desainnya dipatenkan pada tahun 1931. Jenis turbin angin vertikal biasanya berdiri setinggi 100 meter dengan lebar 50 kaki. Turbin angin sumbu vertikal menempati porsi kecil untuk digunakan pada saat ini.

Perbedaan HAWT dan VAWT

Capture

Gambar 3

Mengapa VAWT?

  1. VAWT tidak harus ditempatkan pada arah angin dominan, jadi penempatan VAWT dapat dilakukan di arah mana saja, hal ini sangat mendukung dalam penempatan pada gedung pencakar langitm dapat dipasang di segala penjuru di gedung pencakar langit tersebut.
  2. VAWT hanya menimbulkan getaran dan kebisingan rendah, walaupun kekuranganya adalah putaran yang lebih rendah dari HAWT namun pada pemasangan di gedung bertingkat, hal ini menjadi sebuah kelebihan tersendiri. Dengan rendahnya putaran dari bilah, maka getaran dan noise yang dihasilkan oleh turbin itu sendiri akan sangat kecil dan tidak akan mengganggu lingkungan disekitar atau orang orang yang ada didalam gedung.
  3. Efisiensi VAWT lebih besar dari HAWT
  4. Pada turbin VAWT tidak ada electromagnetic interference. Hal ini sangat menguntungkan bila dipasang pada gedung bertingkat karena EI dapat merusak peralatan elektronik seperti komputer dan lainya. Dengan tidak adanya EI maka pemasangan turbin pada gedung pencakar langit tidak akan menimbulkan masalah pada peralatan elektronik di sekitarnya.
  5. Bilah bilah yang digunakan pada VAWT cenderung lebih kecil, kita tahu bahwa HAWT mempunyai bilah bilah yang sangat panjang untuk meningkatkan kapasitas penangkapan angin, namun hal itu sangat sulit diapliasikan pada gedung pencakar langit karena sedikitnya lahan, dan bila bisa pun, nilai investasi yang dikeluarkan akan sangat besar. Maka itu digunakanlah VAWT yang menggunakan bilah kecil dan lebih ringkas, walaupun kecepatan putar lebih kecil, namun bila kita memperhitungkan aspek wind flow seperti gambar 4 bukan tidak mungkin bahwa VAWT mempunyai kapasitas penangkapan yang sama besarnya.

Contoh Penggunaan VAWT pada Pearl River Tower

Pearl river adalah salah satu gedung yang berusaha untuk menjadi net-zero building, sebuah gedung yang berusaha untuk mencukupi kebutuhan energinya sendiri. Salah satu penyumban energi listriknya adalah PLTA yang menggunakan turbin vertikal. Tidak hanya menggunakan turbin angin biasa, Pearl River tower juga memperhitungkan besarnya windflow seperti gambar 4 dan 5

Capture

Gambar 4

Capture

Gambar 5

 c

 Gambar 6

c

Gambar 7

Gambar 6 merupakan jalur masuknya udara dari bagian gedung yang didalamnya terdapat turbin angin vertikal yang terlihat seperti Gambar 7

c

Gambar 8

Gambar 8 merupakan ilustrasi dari arah angin dan letak dari Turbin yang nantinya dapat menghasilkan energi listrik yang digunakan untuk mensuply gedung itu sendiri.

 Dengan mengunakan konsep yang seperti itu, dapat kita lihat dengan jelas bahwa ternyata penggunaan VAWT pada gedung pencakar langit dapat dilakukan, bahkan dengan perhitungan perhitungan lainya justru dapat menigkatkan efisiensi dan kinerja yang optimal dalam penggunaan VAWT

Rencana Kedepan

c

Bukan tidak mungkin, gedung gedung pencakar langit seperti diatas akan dipasang dengan VAWT untuk meningkatkan efisiensi energi dan mengurangi ketergantungan terhadap Bahan Bakar Fosil

 Referensi

https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=7&ved=0CEgQFjAG&url=http%3A%2F%2Fwww.josre.org%2Fwp-content%2Fuploads%2F2012%2F09%2FPearl-River-Case-Study-China.pdf&ei=YeZYU9icFoiNrQeShoDYBw&usg=AFQjCNEItPweO14YhdIgONLqpHy1AuONEA&sig2=VA11-Vi95UlWDurpsRJdvw&bvm=bv.65397613,d.bmk&cad=rjahttps://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=11&ved=0CHAQFjAK&url=http%3A%2F%2Fwww.armisusandi.com%2Fenergi%2FP6_ME4132.ppt&ei=yudYU7HVCoeBrgejz4DwCg&usg=AFQjCNGxGYwIE4WVbg5Ro4HifzFJYK_Fhg&sig2=MQDBGuB4MLSrBKWb8U1sfw&bvm=bv.65397613,d.bmk&cad=rja

http://www.planethijau.com/mod.php?mod=informasi&op=viewinfo&intypeid=3&infoid=7

Oleh : Richardus Gerry Bayu Novianto (Magatrika 2011)

Posted in Artikel

Self-Repairing Secondary Underground Residential Distribution Cable

Distribusi menggunakan kabel tanah sudah digunakan sejak lama terutama pada negara-negara yang telah maju. Akan tetapi, timbul masalah karena pada kabel akan terjadi korosi pada isolasi kabel. Akibatnya, setidaknya membutuhkan dana skitar 1-2 juta dolar per tahun untuk melakukan perbaikan pada jaringan kabel distribusi bawah tanah tersebut. Kerusakan isolasi terjadi pada lapisan kedua dimana pada isolasi tersebut isolasi mengalami kerusakan dari berbagai macam faktor mulai dari surja daya, pembuatan yang kurang sempurna, pemasangan yang tidak sesuai standar, dan kerusakan akibat faktor eksternal yang lain. Diluar faktor diatas, masalah yang sering teradi adalah kegagalan isolasi karena adanya korosi pada isolasi sehinggan konduktor akan mengenai tanah secara langsung. Dengan masalah korosi tersbut, maka terdapat desain baru akan pembuatan isolasi kebel dimana kabel akan dapat memperbaiki dirinya sendiri pada bagian yang mengalami korosi.

 Gambaran desain isolasi kabel

Kebanyakan isolasi pada kabel tanah menggunakan bahan yang kedap air atau untuk menangani masalah korosi pada kabel menggunakan pita semikonduktor atau karet silicon. Akan tetapi, hasil yang didapat tidak maksimal, hal ini membuat bahwa untuk mengatasi masalah korosi ini diperlukan penggunaan material baru pada kabel. Secara garis besar, desain kabel menggunakan lapisan isolator yang dapat bergerak pada kabel. Lapisan isolator tersebut disematkan diantara lapisan konduktor dengan XPLE yang sebagian besar bahan tersebut terdiri dari HDPE (high density polyethylene).

Capture

Secara garis besar cara kerja desain ini adalah dengan membuat bahan mengalir menutupi bagian yang mengalami kerusakan. Persgeseran bahan tersebut merupakan hasil dari perbedaan tekanan. Tekanan pada kabel antara 100 – 300 kPa untuk 1/0 kabel AWG. Sehingga saat terjadi kerusakan pada kabel maka karena perbedaan tekanan tersebut menyebabkan lapisan isolator tersebut bergerak pada bagian yang mengalami kerusakan dan bahan akan berhenti karena bertemu dengan tekanan atmosfer. Pada pengujian desain kabel tersebut diberi potongan pada lapisan isolatornya, potongan melintang dilakukan hingga bahan konduktor terlihat.

Capture

kabel kemudain dipendam kedalam tanah campuran antara pasir Ottawa, Wyoming bentonite, dan pupuk dengan campuran ini didapatkan resitivitas kurang dari 50 ohmmeters. Dengan pengujian kabel tanah dengan rancangan lama akan mengalami korosi setelah ditanam dalam campuran tanah tersebut. Namun, pada kabel yang memiliki kemampuan memperbaiki diri sendiri saat terjadi kerusakan pada isolasi makan kabel yang semula kerusakan hingga batang konduktor dapat terlihat, lapisan isolator tersebut kembali membungkus batang konduktor tersebut.

Capture

Gambar 3 control sample

 Capture

 Capture

                                          Gambar 5 self repairing sample

 Kerusakan akibat korosi pada kabel tidak boleh diiraukan lagi , dengan demikian diperlukan desain baru dalam pembuatan lapisan kabel. Kabel yang dapat memperbaiki diri sendiri ( self repairing cable) merupakan salah satu solusi dalam masalah menangani kerusakan isolasi pada kabel tanah. Saat terjadi kerusakan pada isolasi, lapisan isolasi tersebut akan bergerak menutup bagian yang mengalami kerusakan akibat adanya perbedaan tekanan hingga bagian yang mengalami kerusakan akan tertutup.

 Referensi:

Paul L. Cinquemani, Andrew Maunder, Frank L. Kuchta, Brent Runyon, Alberto Bareggi, Luigi Caimi, Self-Repairing Secondary Underground Residential Distribution Cable, IEEE

Oleh : Teja Murti Endra K (Magatrika 2011)

Posted in Artikel

Masa Depan Sistem Ketenagalistrikan Dunia

Sistem Ketenagalistrikan merupakan subkonsentrasi dari disiplin ilmu teknik elektro yang bertujuan untuk mempelajari konsep-konsep dari pengadaan energi listrik, karakteristik dari energi listrik, pembuatan material dan penyokong dalam membangkitkan energi listrik untuk pemenuhan kehidupan sehari-hari. Sistem Ketenagalistrikan merupakan salah satu disiplin ilmu primer yang harus terus menerus dipelajari karena pengadaan energi listrik merupakan tulang punggung dari kemajuan peradaban manusia.

 Kebutuhan energi listrik untuk kehidupan manusia sehari-hari akan selalu berkembang mengingat perkembangan teknologi manusia yang semakin pesat itu sendiri yang menyebabkan permintaan energi listrik terus meningkat. Kesulitan dalam pemenuhan kebutuhan listrik bagi para konsumen tidak terlepas dari sifat khas listrik yaitu energi listrik tidak bisa disimpan dalam jumlah yang besar[2]. Sehingga dalam pemenuhan energi listrik dalam pembangkitan listrik harus sesuai dengan kebutuhan saat itu juga dan tidak boleh kurang karena akan menyebabkan konsumen kekurangan energi listrik, serta jangan terlalu berlebihan karena akan menyebabkan kerugian dari sisi pembangkit. Pembangkitan energi listrik menjadi semakin sulit karena permintaan konsumen yang besar permintaannya selalu berubah terhadap waktu menyebabkan ilmu Sistem Ketenagalistrikan menjadi sangat penting untuk dipelajari dan dikembangkan menjadi lebih baik karena sebagai tulang punggung dari kemajuan teknologi manusia dan sebagai kebutuhan primer setiap manusia dalam menjalankan peradaban manusia

 dddd

Gambar 1 The Future of Alstom Smart City[1]

Masa depan sistem ketenagalistrikan dihadapkan pada tantangan untuk bagaimana caranya membangkitkan energi listrik yang semakin besar karena kebutuhan manusia dan jumlah populasi manusia yang semakin besar pula sehingga diperlukan pemenuhan dalam kebutuhan energi listrik. Diharapkan dalam pembangkitan energi listrik dapat dibangkitkan dengan setepat mungkin terhadap kebutuhan konsumen yang berubah terhadap waktu.

Sistem ketenagalistrikan juga dihadapkan pada tantangan bagaimana caranya membangkitkan energi listrik dengan menggunakan energi yang terbarukan. Tantangan ini muncul pada era abad 21 karena pembangkitan jaman dahulu sebagian besar menggunakan konsep bahan bakar yang tidak dapat dibuat lagi. Penggunaan bahan bakar yang tidak terbarukan akan menimbulkan masalah ketika bahan bakar tersebut habis, maka energi listrik tidak akan bisa dibangkitkan. Selain itu, bahan bakar yang tidak terbarukan cenderung memiliki efek samping yang negatif. Dampak pada alam serta pengaruh terhadap kesehatan manusia itu sendiri dapat terganggu akibat pembangkitan menggunakan energi tak terbarukan.

dddd

                    Gambar 2. PLTU cenderung memiliki efek samping buruk[4]

Salah satu contohnya adalah pembangkitan energi tenaga uap yang menggunakan bahan bakar utama yaitu batu bara. Pembangkit tipe ini memiliki kelebihan dalam teknologi pembangkitan yang mudah dan sudah dikembangkan sejak abad 19. Daya listrik yang dibangkitkan dengan teknologi uap juga besar sehingga dapat memenuhi permintaan konsumen yang sangat besar. Namun efek samping dari pembangkit listrik tenaga uap adalah hasil gas buang yaitu CO2 merugikan bagi manusia apabila dalam skala yang besar karena akan menyebabkan suhu bumi semakin meningkat karena efek rumah kaca[3]. Selain itu, gas NOX yang dikeluarkan dari pembangkit listrik tenaga uap juga akan menyebabkan hujan asam yang akan merusak vegetasi disekitarnya serta manusia itu sendiri.

 Dari permasalahan sumber energi tak terbarukan tersebut, predisksi sistem ketenagalistrikan masa depan dalam jangka pendek akan berkutat pada masalah bagaimana caranya membangkitkan energi dengan menggunakan sumber energi terbarukan. Selain itu tantangan berikutnya adalah bagaimana dengan menggunakan sumber energi terbarukan dapat membangkitkan energi listrik dalam jumlah yang sangat besar mengingat penggunaan energi listrik terbarukan diharapkan dapat menggantikan sepenuhnya dari penggunaan pembangkitan energi listrik energi tak terbarukan.

Bukti dari penggunaan energi terbarukan yang ramah lingkungan pada era sekarang salah satu contohnya seperti yang dilakukan oleh negara Jerman terhadap pembangkit listrik tenaga nuklir. Hal ini dilakukan untuk menyikapi kejadian PLTU Fukushima, Jepang yang diakibatkan dari gempa Jepang pada tanggal 11 Maret 2011 yang menyebabkan radiasi terhadap manusia disekitar dan menyebabkan pencemaran lingkungan di laut hingga menyebar ke samudra yang lain[5]. Menurut pemerintah Jerman, penggunaan teknologi nuklir walaupun telah menggunakan teknologi terbaru ditakutkan tetap akan menimbulkan efek negatif yang sangat besar apabila terjadi bencana alam yang merusak eksistensi pembangkit nuklir tersebut. Pemerintahan Jerman akhirnya memastikan pada 2022  nanti negara Jerman akan bebas dari suplai energi yang berasal dari pembangkit listrik tenaga nuk.ir (PLTN). Sembilan PLTN yang masih beroperasi akan ditutup secara bertahap pada tahun 2015, 2017, 2019, 2021, dan 2022. Konsumsi energi akan digantikan menggunakan energi terbarukan penggunaanannya akan ditargetkan mencapati 80-100 persen pada 2050 nanti[6].

dddd

  Gambar 3. Jerman menutup 9 PLTN tahun 2022[6]

Dengan demikian, masa depan sistem ketenagalistrikan akan terus berkembang dan perkembangannya diprediksi akan berkutat pada pemenuhan energi listrik dalam skala sangat besar dengan menggunakan energi terbarukan yang diharapkan akan menggantikan penggunaan energi tak terbarukan. Riset dan penelitian pada bidang sistem ketenagalistrikan diharapkan menemukan teknologi terbaru yang dapat dimanfaatkan sebagai solusi dari masalah pembangkit listrik yang tidak ramah lingkungan sehingga diharapkan pemenuhan energi listrik dan kehidupan manusia serta alam itu sendiri dapat berjalan selaras dan harmoni demi kemajuan dan keberlangsungan peradaban manusia.

Referensi :

[1] http://www.alstom.com/Global/US/Resources/Images/. Last Accessed : 23 April 2014

[2] http://id.wikipedia.org/wiki/Listrik . Last Accessed : 23 April 2014

[3] http://id.wikipedia.org/wiki/Efek_rumah_kaca. Last Accessed : 23 April 2014

[4]http://1.bp.blogspot.com/_2nW2tr30XR8/TS8nSNhuG9I/AAAAAAAAALk/wXHz_WuIUDc/s1600/pltu-banten-01.jpg. Last Accessed : 23 April 2014

[5]http://satriaskyterror.wordpress.com/category/energi-2/nuklir-energi/. Last Accessed : 23 April 2014

[6] http://www.tempo.co/read/news/2012/07/14/117416974/Jerman-Tutup-9-PLTN-yang-Tersisa-Secara-Bertahap. Last Accessed : 23 April 2014

Oleh : Tri Ilham Wicaksono (Magatrika 2012)

Posted in Artikel

STATCOM SEBAGAI VOLTAGE REGULATOR DAN PENJAGA STABILITAS SISTEM PADA SISTEM DISTRIBUTED GENERATION

Permasalah energi terjadi di seluruh dunia. Cadangan energi berupa energi fosil semakin menurun. Padahal energi fosil memegang porsi yang besar dalam proses penyediaan energi listrik. Krisis energi ini diikuti dengan peningkatan kebutuhan listrik perkapita. Sehingga pemenuhan kebutuhan energi listrik dapat terancam jika hanya bergantung pada pembangkit dengan bahan bakar fosil.

Permasalahan tersebut menuntut pengembangan pemanfaatan energi baru terbarukan (EBT) dalam proses pemenuhan kebutuhan energi listrik. Sumber energi baru terbarukan yang dapat dikembangkan antara lain adalah surya, angin, air, dan biomassa. Sumber energi baru terbarukan ini lebih ramah lingkungan dibandingkan energi fosil. Pengembangan pemanfaatan Energi Baru Terbarukan (EBT) diikuti dengan pengembangan konsep Distributed Generation (DG).

 Capture

 Distributed Generation atau DG adalah teknologi pembangkitan energi listrik berskala kecil yang menghasilkan daya listrik di suatu tempat yang lebih dekat dengan konsumen dibandingkan dengan pembankit listrik pusat. Pembangkit ini dapat dihubungkan secara langsung ke konsumen, sistem distribusi, atau transmisi milik utility (DPCA, Distributed Power Coalition of America). Salah satu keuntungan dari skema DG adalah mengurangi pengeluaran untuk pembangunan jalur transmisi dan distribusi (T&D), mengurangi emisi, dan meningkatkan keandalan (Daly P. A., 2001).

Penggunaan generator induksi dalam konversi energi listrik menjadi sebuah pilihan dalam konsep Distributed Generation dan pembangkit energi terbarukan. Generator induksi memiliki sistem eksitasi yang sederhana, level kegagalan rendah, murah, dan perawatan yang mudah (Henderson D. S., 1996). Kekurangan generator induksi adalah tidak mampu mengontrol tegangan dan menghasilkan daya reaktif. Selain itu, generator induksi membutuhkan sumber daya reaktif untuk bekerja.

Teknologi elektronika daya menggeser penggunaan fixed capacitor ke penggunaan teknologi FACTS. Teknologi FACTS memungkinkan kompensasi yang lebih dinamis dan fleksibel karena mengikuti perubahan beban.

 Salah satu contoh teknologi FACTS adalah STATCOM Salah satu cara untuk mengontrol tegangan dan daya reaktif pada sistem adalah dengan pemasangan peralatan FACTS. Peralatan FACTS dapat diaplikasikan dalam saluran transmisi untuk meningkatkan keseimbangan daya reaktif, memperbaiki nilai tegangan dan meningkatkan stabilitas sistem transmisi energi listrik (Robandi, 2006).

Pemasangan peralatan STATCOM pada skema PLTMH berfungsi sebagai kontrol tegangan dan kontrol aliran daya. Selain itu, STATCOM berperan untuk meningkatkan stabilitas sistem saat terjadi gangguan (Noroozian M., 2003).

Salah satu gangguan yang dapat terjadi pada sistem Distributed Generation adalah saat suplai dari pembangkit utama terputus. Kondisi ini dinamakan kondisi loss of grid. Saat terjadi kondisi ini, beban yang harus disuplai oleh DG dapat melebihi kapasitas DG. Sehingga terjadi kondisi overload pada generator induksi. Hal tersebut dapat mengakibatkan penurunan tegangan pada jaringan DG (Yudha C. K,2013).

Pada kondisi loss of grid, generator induksi tidak mendapat sumber daya reaktif, sehingga membutuhkan sumber daya reaktif lain agar generator induksi tetap beroperasi. Kapasitor menjadi salah satu pilihan untuk mengkompensasi kebutuhan daya reaktif generator induksi saat terjadi kondisi loss of grid (Yudha C. K,2013). Pemasangan STATCOM memiliki keunggulan dibandingkan fixed capacitor karena dapat mengikuti perubahan beban.

 Capture

Cara Kerja STATCOM

STATCOM menghasilkan tegangan 3 fase oleh VSC dari kapasitor DC. Tegangan tersebut disinkronisasi dengan nilai sumber tegangan AC. Induktor berperan untuk menghubungkan keluaran inverter tersebut dengan busbar AC.

Capture

Pada dua sumber AC yang memiliki frekuensi sama dan dihubungkan dengan induktans seri, daya aktif mengalir dari sumber leading ke sumber yang lagging. Sementara daya reaktif mengalir dari sumber yang bertegangan lebih tinggi ke sumber yang bertegangan lebih rendah. Perbedaan sudut fase diantara dua sumber menentukan arah aliran daya aktif. Sementara perbedaan tegangan menentukan arah aliran daya reaktif. Sehingga STATCOM dapat digunakan untuk mengatur aliran daya reaktif dengan mengubah magnitude tegangan dari Voltage Source Converter (VSC) terhadap sumber tegangan yang terhubung ke bus.

Daftar Pustaka:

Tamrakar I., Shilpakar LB., Fernandes B.G., Nilsen R., “Voltage and frequency control of parallel operated synchronous generator and induction generator with STATCOM in micro hydro scheme”, Generation, Transmission & Distribution, IET, , Sept. 2007, vol. 1, no. 5, pp. 743-750

 Yudha, C. K., 2013, “Simulasi Karakteristik Motor Induksi Sebagai Generator pada Kondisi Loss of Grid menggunakan PSIM”, Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi Informasi, Universitas Gadjah Mada

Listyandi, L. R., 2013. Karakteristik Kerja Paralel Generator Induksi dengan Generator Sinkron, Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi Informasi, Universitas Gadjah Mada

Noroozian M., Petersson N.A, Thorvaldson B., Nilsson B. A., Taylor C. W., “Benefits of SVC and STATCOM for Electric Utility Application”, Transmission and Distribution Confrence and Exposition, 2003 IEEE PES, vol. 3, pp. 1143-1150, Sept. 2003

Daly P. A., Morrison J., “Understanding the Potential Benefits of Distributed Generation on Power Delivery Systems”, Rural Electric Power Conference, , May 2001, pp. A2/1-A213

Henderson, D.S., “Synchronous or Induction Generator? –The choice for small scale generation”, Opportunities and Advances in Int. Power Generation, IEE Conf, March 1996, (Publication No. 419), pp. 146-149

 Oleh: Diwangkara Bagus Nugraha (Magatrika 2010)

Posted in Artikel

Pemodelan Motor Induksi dalam Simulink Matlab

  1. PENGERTIAN MOTOR INDUKSI

Motor Induksi adalah suatu motoryang dicatu oleh arus bolak-balik pada statornya secara langsung dan pada rotornya terdapat arus karena induksi dari stator. Arus rotor ini merupakan arus yang terinduksi karena adanya perbedaan relative antara putaran rotor dengan medan putar (rotating magnetic field) yang dihasilkan oleh arus stator.

 2.  PRINSIP KERJA MOTOR INDUKSI

 Motor induksi bekerja berdasarkan induksi elektromagnetik dari kumparan stator kepada kumparan rotornya. Garis-garis gaya fluks yang diinduksikan dari kumparan stator akan memotong kumparan rotornya sehingga timbul emf (ggl) atau tegangan induksi dan karena penghantar (kumparan) rotor merupakan rangkaian yang tertutup, maka akan mengalir arus pada kumparan rotor.

 Penghantar (kumparan) rotor yang dialiri arus ini berada dalam garis gaya fluks yang berasal dari kumparan stator sehingga kumparan rotor akan mengalami gaya Lorentz yang menimbulkan torsi yang cenderung menggerakkan rotor sesuai dengan arah pergerakan medan induksi stator. Pada rangka stator terdapat kumparan stator yang ditempatkan pada slot-slotnya yang dililitkan pada sejumlah kutup tertentu. Jumlah kutup ini menentukan kecepatan berputarnya medan stator yang terjadi yang diinduksikan ke rotornya. Makin besar jumlah kutup akan mengakibatkan makin kecilnya kecepatan putar medan stator dan sebaliknya. Kecepatan berputarnya medan putar ini disebut kecepatan sinkron.

3.   KONSTRUKSI MOTOR INDUKSI

 Capture

  •  Rotor

Rotor adalah bagian dari motor induksi yang berputar. Rotor terhubung ke beban mekanis melalui poros. Konstruksi rotor terdiri dari :

  • Inti rotor, bahannya sama dengan inti stator
  • Alur dan gigi materialnya sama dengan inti, alur tempat                          meletakkan belitan
  • Poros atau as
  • Belitan rotornya bahannya dari tembaga, dari konstruksi lilitan akan memberikan dua macam rotor yaitu:
  1. motor induksi dengan rotor sangkar atau kurung
  2. motor induksi dengan    belitan
  •  Stator

Stator adalah bagian dari motor induksi yang diam. Konstruksi stator terdiri dari :

  • Rumah stator dari besi tuang
  • Inti stator dari besi lunak atau baja silikon
  •  Alur dan gigi, materialnya sama dengan inti, alur (slot) tempat             meletakkan belitan
  • Belitan stator dari tembaga
  •  Celah udara

Diantara stator dan rotor terdapat celah udara dimana energi berpindah dari stator ke rotor.

 4. KELEBIHAN DAN KELEMAHAN MOTOR INDUKSI

 a)      Kelebihan motor induksi

  1. Sangat sederhana dan kuat terutama motor induksi sangkar tupai
  2. Harganya murah dan sangat reliable
  3. Efisiensi sangat tinggi karena tidak menggunakan sikat
  4. Perawatan mudah karena tanpa sikat
  5. Starting mudah

 b)      Kelemahan motor induksi

  1. Kecepatan tidak dapat divariasi, karena variasi kecepatan akan mengorbankan efisiensi motor
  2. Seperti motor DC Shunt, kecepatan berkurang dengan penambahan beban

5. PEMODELAN MENGGUNAKAN MATLAB

Matlab digunakan untuk memodelkan motor induksi.

a)      Diagram Keseluruhan dari Motor Induksi (s1)

Capture

b)      Dalam Blok Qaxis

Capture

c)       Dalam Blok Daxis

 Capture

d)      Dalam Blok Zero_seq

 Capture

e)      Dalam Blok Rotor

Capture

f)       Dalam Blok abc2qds

Capture

g)      Dalam Blok qds2abc

Capture6.  PEMBAHASAN

a)      Analisis Source Code

  • m1.m

tes

File ini merupakan komponen utama dari simulasi model induksi yang terintegrasi dengan subfile p1hp yang berisi nilai parameter-parameter yang dibutuhkan dalam perhitungan serta file s1

p1hp % load 1 hp motor parameters from p1hp.m

Menghubungkan file m1 dengan file p1hp yang berisi nilai dari parameter-parameter yang dibutuhkan dalam perhitungan

Psiqso = 0; % stator q-axis total flux linkage
Psipqro = 0; % rotor q-axis total flux linkage
Psidso = 0; % stator d-axis total flux linkage
Psipdro = 0; % rotor d-axis total flux linkage
wrbywbo = 0; % pu rotor speed

Penginisialisasian nilai awal dari nilai fluks gandeng pada stator dan rotor dalam q-axis dan d-axis , dan nilai awal pada kecepatan rotor dalam pu, semua nilai awal yang diberikan adalah 0.

stop = 2; % use 2 sec simultion time for Fig. in text

nilai 2 yang diberikan adalah gelombang hasil simulasi akan ditampilkan sampai ketika t = 2 detik

tmech_time = [0 0.8 0.8 1.2 1.2 1.6 1.6 tstop];
tmech_value = [0 0 -0.5 -0.5 -1. -1. -0.5 -0.5]*Tb;

Merupakan nilai pembebanan rotor, tmech_value merupakan nilai koefisien pembebanan dikalikan dengan basis torsi, sedangkan tmech_time merupakan waktu yang merepresentasikan perubahan kondisi pembebanan dan berubahan besarnya torsi.

disp(‘Set up for running s1.m or s3.m‘);
disp(‘Perform simulation then type return for plots’);
keyboard
clf;
subplot(4,1,1)
plot(y(:,1),y(:,2),’-‘)
ylabel(‘vag in V‘)
title(‘stator phase to neutral voltage’)
subplot(4,1,2)
plot(y(:,1),y(:,3),‘-‘)
ylabel(‘ias in A‘)
axis([-inf inf -25 25]);
title(‘stator current‘)
subplot(4,1,3)
plot(y(:,1),y(:,5),’-‘)
ylabel(‘Tem in Nm‘)
title(‘developed torque‘)
subplot(4,1,4)
plot(y(:,1),y(:,4),’-‘)
axis([-inf inf 0 1.2]);
ylabel(‘wr/wb‘)
xlabel(‘time in sec‘)
title(‘pu rotor speed‘)

Fungsi berikut berfungsi untuk plotting gambar hasil simulasi, sehingga pada hasil simulasi akan ditampilkan 4 grafik gelombang yakni tegangan stator fase ke netral fase A, arus stator, besarnya torsi elektromekanis dan kecepatan rotor dalam pu.

  • p1ph.mtes

Pada file ini merupakan pemberian nilai-nilai dari parameter yang akan digunakan dalam perhitungan. Dalam file ini juga telah dimasukan rumusan untuk perhitungan parameter lainnya yang dibutuhkan dengan berdasarkan parameter awal yang telah diketahui nilainya.

Sb = 750;   % rating in VA
Prated = 750;   % output power in W
Vrated = 200;   % rated line to line voltage in V
pf = 0.8;

Inisialisasi nilai daya semu, daya aktif, tegangan kerja dan faktor daya.

Irated = Sb/(sqrt(3)*Vrated*pf); % rated rms current

Mencari nilai dari arus kerja dalam rms, dengan rumusan nilai daya aktif dibagi dengan akar 3 yang dikalikan dengan tegangan kerja dan faktor daya

P = 4;      % number of poles
frated = 60;    % rated frequency in Hz
wb = 2*pi*frated;   % base electrical frequency

Inisialisasi jumlah kutub dan frekuensi kerja dari motor induksi serta rumusan mencari basis frekensi listrik

we = wb;
wbm = 2*wb/P;   % base mechanical frequency
Tb = Sb/wbm;    % base torque

Mencari nilai basis torsi dengan rumusan basis daya semu dibagi dengan basis frekuensi mekanis

Zb = Vrated*Vrated/Sb;  %base impedance in ohms
Vm = Vrated*sqrt(2/3);  % magnitude of phase voltage
Vb = Vm; % base voltage
Tfactor = (3*P)/(4*wb); % factor for torque expression

Mencari besarnya basis impedans dan tegangan maksimum serta faktor untuk persamaan torsi

rs = 3.35;  % stator wdg resistance in ohms
xls = 6.94e-3*wb; % stator leakage reactance in ohms
xplr = xls;     % rotor leakage reactance
xm = 163.73e-3*wb;  %stator magnetizing reactance
rpr = 1.99; % referred rotor wdg resistance in ohms
xM = 1/(1/xm + 1/xls + 1/xplr);
J = 0.1;        % rotor inertia in kg m2
H = J*wbm*wbm/(2*Sb); % rotor inertia constant in secs.
Domega = 0; % rotor damping coefficent

Memasukan nilai parameter-parameter yang telah diberikan di bagian pendahuluan, dan kemudian koefisien damping rotor dibuat bernilai 0 sehingga nilai dari torsi damping akan selalu 0

  • s1.m

File ini merupakan deskripsi m-file dari simulink dengan nama s1.

b)      Analisis Blok SIMULINK

  • Keseluruhan Blok Diagram
    Capture

            Blok diagram diatas merupakan kesluruhan diagram untuk simulasi motor induksi. Simulasi yang dimodelkan dalam matlab ini menggunakan stasionary reference frame dimana kecepatan motor akan sama dengan kecepatan sinkronnya.
Simulasi ini mengeluarkan 4 jenis output yang ditampilkan yakni dan tegangan fase ke netral motor, arus motor, torsi elektromekanis motor, kecepatan rotor. Kesemuanya dikelola oleh multiplexer 5-1 yang ditambah dengan clocknya. Multiplexer ini dihubungkan ke scope dan ke workspace. Scope berfungsi untuk melihat keluaran gelombang dan workspace untuk dikeluarkan hasilnya dalam bentuk matriks pada workspace Matlab.
Clock merupakan fungsi untuk variabel waktu yang digunakan untuk mengubah-ubah fase tegangan, agar menjadi 3 fase gelombang diatur agar memiliki perbedaan fase sebesar 1200 . Kemudian ketiga fase a,b dan c masuk kedalam blok abc2qds untuk mentransformasikan ketiga fase tersebut ke dalam konfigurasi qd0. Keluaran blok dq0 akan terbagi menjadi 3, yakni fase d, fase q, dan fase 0. Masing-masing akan masuk ke dalam blok diagram yang berbeda-beda. Keluaran d akan masuk blok d axis, keluaran q akan masuk ke dalam blokq axis, dan keluaran 0 akan masuk ke dalam blok zero sequence.
Keluaran blok d axis dan q axis akan masuk ke blok rotor. Blok ini akan mengolah torsi yang terjadi pada moto, dimana inputnya juga ditambahkan berupa torsi mekanis yang nilainya diubah-ubah dalam source code m1.
Sementara itu, keluaran arus baik dari blok d axis, q axis, dan zero sequence akan masuk ke blok diagram qds2abc, untuk mentransformasikan komponen qd0 sebelumnya ke konfigurasi abc. Umpan balik berupa arus a, b dan c diberikan kembali pada blok transformasi abc2qds. Dan blok product digunakan untuk mengalikan dari dua sumber konektor untuk didapatkan output hasil perkaliannya.

  • Blok q-axis
    Capture

Persamaan 6.112
Capture
Persamaan 6.113
Capture
Persamaan 6.115
Capture
Persamaan 6.117
Capture

Blok diagram ini diawali oleh 2 multiplexer 3-1. Multiplexer pertama memiliki 3 input yakni : flux linkage motor (psiqm) pada simulink dilambangkan dengan u[1], tegangan stator pada sisi konfigurasi q yang dilambangkan dengan u[2], tegangan ini merupakan keluaran dari blok transformasi abc2dqs dan flux linkage stator pada sisi konfigurasi (psi1s) yang dilambangkan dengan u[3], psi1s adalah flux linkage pada sisi konfigurasi q.
Ketiga input tersebut dimasukan pada persamaan 6.112 untuk mendapatkan keluaran berupa flux linkage stator sisi q. Nilai psiqs juga akan berfungsi sebagai input pada multiplexer. Oleh karena itu Formula mencari nilai psiqs adalah:
Capture
Kemudian multiplexer yang kedua juga merupakan multiplexer 3-1. Input yang diberikan adalah psiqr atau flux linkage rotor pada sisi konfigurasi q, dan nilai rotor akan dilihat dari sisi komponen stator  yang dilambangkan dengan u[1], berikutnya adalah hasil perkalian antara kecepatan rotor dengan flux linkage rotor pada sisi d yang dilamabangkan dengan u[2] dan yang terakhir adalah flux linkage motor (psiqm) yang selanjutnya akan disebut u[3].
Ketiga input diatas akan dimasukan pada rumusan persamaan 6.113 untuk mendapatkan keluaran berupa flux linkage rotor sisi q, kemudian nilai psiqr juga akan berfungsi sebagai input pada multiplexer. Rumusan mencari nilai psiqr adalah:
Capture
Hasil keluaran multiplexer baik multiplexer satu maupun dua, akan digunakan pada perhitungan tahap selanjutnya yakni pada tiga multiplexer selanjutnya. Hasil multiplexer satu (psiqs) akan dipergunakan untuk masuk ke multiplexer satu dan multiplexer dua, sedangkan psiqr akan masuk ke multiplexer dua dan tiga. Namun multiplexer yang digunakan adalah mux 2-1. Mux memiliki dua  input yakni hasil dari keluaran perhitungan tahap pertama (psiqs dan psiqr).
Multiplexer satu terhubung dengan rumusan untuk mendapatkan nilai arus stator sisi q. Multiplexer dua terhubung dengan rumusan untuk mendapatkan nilai flux linkage motor. Dan multiplexer tiga terhubung untuk mendapatkan nilai arus rotor pada sisi q.
Multiplexer satu selain mendapatkan input dari psiqs juga mendapatkan input dari psiqm, psiqs adalah u[1] dan psiqm adalah u[2]. Sementara itu multiplexer tiga selain mendapat input dari psiqr juga mendapat input dari psiqm, psiqr adalah u[1] dan psiqm adalah u[2]. Multiplexer kedua mendapat input dari psiqr dan psiqs, u[1] dan u[2]. Rumusan yang digunakan ada pada persamaan 6.115 dan 6.117.

Rumusan pada multiplexer satu adalah
Capture
Rumusan pada multiplexer dua adalah:
Capture
Rumusan pada multiplexer tiga adalah
Capture
Keluaran dari blok ini yaitu psids, iqs, psiqs, dan iqr.

  • Blok d-axis
    Capture

Persamaan 6.112
Capture
Persamaan 6.113
Capture
Persamaan 6.115
Capture
Persamaan 6.117
Capture

Hal yang sama juga dilakukan untuk mendapatkan nilai input output dengan parameter dan rumusan seperti yang telah dilakukan pada blok q axis, yang rumusannya menggunakan persamaan di atas, sehingga didapat :
Capture
Keluaran dari blok ini sendiri ada empat. Yaitu psids, ids, psiqs, dan idr.

  • Blok Zero Sequence
    Capture

Blok diagram ini adalah untuk blok zero sequence. Blok ini bertujuan untuk mengolah keluaran dari blok diagram abc2dqs khususnya yang berupa urutan 0. Blok tersebut merupakan bentuk dari rumusan:
Capture
Persamaan di atas, didapat dari langkah-langkah di bawah ini:

Capture
Apabila kita integralkan kedua sisi akan didapatkan:

Capture
Sebagaimana diketahui, Capture, maka persamaan di atas berubah menjadi:

Capture
KarenaCapture , maka apabila disubtitusikan ke persamaan diatas, menjadi:

Capture
Apabila persamaan di atas dirubah bentuknya, maka akan menjadi:

Capture
Persamaan di atas akan sama dengan persamaan yang digunakan pada blok diagram ini. 

  • Blok Rotor
    Capture

Persamaan 6.118
Capture
Persamaan 6.120

Capture

Blok diagram untuk operasi yang terjadi pada rotor. Blok ini digunakan untuk mencari nilai torsi yang terjadi pada motor. Sebagaimana persamaan torsi yang beroperasi pada rotor:
Capture
Nilai dari Capture sendiri didapatkan dari formulasi yang melibatkan flux linkage pada fase q dan d serta arus stator yang mengalir pada fase q dan d. Keempat inputan tersebut akan menjadi input dari multiplexer 4-1. Dimana flux linkage fase d adalah input pertama dan disebut sebagai u[1], flux linkage fase q akan menjadi input ketiga sebagai u[3], dan arus stator fase q dan d masing-masing adalah input kedua dan keempat yang dilamabangkan dengan u[2] dan u[4]. Semua input tersebut digunakan didalam formulasi berikut sesuai dengan persamaan 6.118

Capture
Dimana

Capture
P adalah jumlah kutub motor induksi.
Sementara itu, nilai Capture didapatkan pada perhitungan di source code m1. Yang mana merupakan nilai torsi mekanis yang terjadi pada rotor tersebut. Kemudian Capture adalah torsi yang diakibatkan oleh gesekan pada motor. Nilai torsi ini sendiri didapatkan dari nilai torsi yang didapatkan dari perkalian antara keluaran blok ini, yaitu kecepatan rotor, dengan koefisien damping.

            Untuk mendapatkan keluaran blok yang berupa kecepatan rotor, maka hasil keluaran torsi yang dikalikan dikalikan dengan 1/2H harus diintegralkan. H sendiri merupakan rasio dari energi kinetis yang dihasilkan rotor dengan daya yang dihasilkan. Rumusan di atas dapat diperoleh dari langkah-langkah di bawah ini:
Capture
Karena nilai Capture , maka

Capture
Diketahui bahwa :

Capture

Karena diinginkan untuk mendapatkan hasil dalam bentuk p.u. , maka hasil torsi yang didapat perlu dijadikan kondisi p.u. pula. Sehingga bila disubtitusikan akan menjadi sesuai persamaan 6.120 diatas :
Capture

Karena
Capture
maka
Capture

Maka nilai  wr/wb adalah :
Capture

Persamaan diatas adalah sama dengan bentuk blok diagram di bawah ini:
tes

  • Blok Transformasi abc ke qd0

 tes

Blok ini adalah blok transformasi konfigurasi abc ke qds atau qd0. Ada empat input bagi blok ini. Tiga input berasal dari tegangan input motor dan satu input berasal dari penjumlahan arus stator yang didapatkan. Untuk keluaran tegangan akan masuk kedalam multiplexer 3-1. Tegangan fase a akan menjadi keluaran pertama (u[1]), tegangan fase b akan menjadi keluaran kedua (u[2]), dan tegangan fase c akan menjadi keluaran ketiga (u[3]). Semua keluaran akan digunakan dalam rumusan untuk mencari nilai pada konfigurasi qd0.
Rumusan yang digunakan untuk mencari nilai dalam konfigurasi qd0 adalah sesuai dengan persamaan 6.106 pada blok transformasi stator dibawah :

Capture
Hasil yang didapatkan pada Vq dan Vd adalah keluaran blok ini. Sementara nilai V0 harus dikurangi dengan nilai Vsg. Nilai Vsg sendiri merupakan tegangan stator ke netral. Nilainya sendiri bergantung pada nilai kapasitansi dari stator ke ground (Csg). Nilai Csg adalah :

Capture
Sementara untuk mendapatkan nilai Vsg didapat dari

Capture
Ketika fase netral stator terhubung ke netral, maka nilai Csg akan bernilai tidak terbatas dan nilai 1/Csg akan dianggap 0.

  • Blok Transformasi qd0 ke abc
    tes
     

Blok diagram ini berfungsi untuk mentransformasi balik-kan nilai arus stator yang didapatkan dari konfigurasi dq0 ke konfigurasi abc. Arus q stator akan menjadi input pertama ke multiplexer dan dianggap sebagai u[1]. Arus d stator akan menjadi input kedua dan dianggap sebagai u[2]. Dan arus 0 stator akan menjadi input ketiga dan dianggap sebagai u[3].

            Nilai tersebut akan dimasukkan kedalam rumusan dibawah ini untuk mendapatkan nilai arus dalam konfigurasi abc.
Capture 

  • Blok transformasi stator
    tes
    Persamaan 6.106

tes

 Persamaan 6.109

tes

  • Blok transformasi rotor
    tes

Persamaan 6.107
tes

Persamaan 6.108
tes

Persamaan 6.110
tes

Persamaan 6.111 

tes

c)       Grafik Hasil Simulasi

  • Tegangan Fase ke Netral, Fase A (V­ag)
    tes
  • Arus Starting
    tes
  •  Torsi Elektro Mekanis
    tes

 

  • Kecepatan Putar Rotor
    tes

 

d)      Analisis Hasil Simulasi

  • Tegangan Fase ke Netral, Fase A (Vag)

Pada gambar simulasi yang pertam dapat dilihat bahwa terdapat gelombang tegangan berbentuk sinusoidal, tegangan yang terukur pada simulasi adalah tegangan fase ke netral, dengan nilai yang dapat diperhitungkan dengan rumusan berikut :
Capture

Nilai tegangan yang diberikan diawal merupakan tegangan fase ke fase dengan besar 200 V, nilai tersebut merupakan nilai tegangan nominal (RMS), sehingga untuk mencari nilai RMS tegangan fase ke netrar nilai tersebut dibagi dengan akar 3 dan untuk mendapatkan tegangan peak to peaknya nilai tersebut dikalikan dengan akar 2

Dapat dilihat bahwa hasil perhitungan dan hasil simulasi nilainya cukup dekat.

tes

  • Arus Starting dan Arus Kerja

Pada Grafik yang kedua terdapak grafik Arus, terlihat saat proses awal nilai arus sangat besar, hal ini merupakan arus starting motor, dimana arus yang besar akan dibutuhkan untuk menghasilkan torsi yang besar untuk memutar rotor dari keaadaan diam sampai mencapai kondisi steady state. Oleh karena itu setelah motor dapat mencapai kecepatan yang stabil, maka arus yang dibutuhkan akan menjadi lebih kecil. Namun Kondisi besarnya arus ini juga sangat dipengaruhi oleh pembebanannya, oleh karena itu ketika beban bertambah maka torsi yang dibutuhkan akan bertambah besar, sebaliknya jika beban berkurang maka torsi juga akan berkurang. Hasil pada simulasi dapat diperhitungkan sebagai berikut :

CaptureDiketahui bahwa daya aktif (P) total sebesar 750 Watt, maka daya per fasenya adalah P dibagi 3 yakni 250 Watt. Kemudian tegangan yang digunakan adalah tegangan per fase yang besarnya

CaptureKemudian besarnya arus adalah :

CaptureDapat dilihat pada hasil simulasi bahwa besarnya arus kerja cuku dekat dengan hasil perhitungan.

Capture

  • Torsi Elektromekanis

Untuk menggerakan rotor motor dibutuhkan torsi elektromekanis, sehingga pada saat starting motor, dapat dilihat bahwa nilai torsi akan sangat besar. Torsi merupakan gaya yang dibutuhkan untuk memutar rotor motor, oleh karena itu torsi yang dibutuhkan untuk memutar motor dari keadaan diam sampai berputar dengan kecepatan yang stabil akan besar. Kita dapat memperhitungkan besarnya torsi elektromekanis dengan rumusan berikut:
Capture

Karena tidak memiliki nilai transformasi, maka torsi elektromekanis dapat dicari dengan rumusan berikut :
Capture

Kita ketahui bahwa torsi damping bernilai 0 sesuai yang diinisiasikan pada M-file bahwa nilai koefisien damping dari rotor adalah 0
tes
Sehingga rumusan untuk mencari torsi elektromekanis menjadi :

Capture

Kemudian kita mencari nilai dari torsi mekanis dengan rumusan berikut :
Capture

Sedangkan Nilai dari Basis torsi adalah :
Capture

Karena Nilai dari Wr/Wb adalah suatu konstanta dan ketika diturunkan terhadap waktu maka nilainya akan menjadi 0.

Sehingga bila kita mencari nilai torsi elektromekanis akan menjadi :
Pada inisiasi source code terdapat 3 jenis pembebanan yang berbeda yakni kondisi tanpa beban (no load), kondisi kedua saat koefisien torsi mekanis bernilai -0,5 dan saat torsi mekanis bernilai -1

  • Saat t = 0,7 ; tmech_value = 0
    Capture

Hasil pada simulasi :
Capture

  • Saat t = 1 ; tmech_value = -0,5
    Capture
  • Saat t = 1,4 ; tmech_value = -1
    Capture

Nilai yang didapat dari hasil perhitungan cukup dekat dengan hasil simulasi.

  • Wr/Wb

Wr/Wb adalah kecepetan putar rotor dari motor induksi, yang pada simulasi dinyatakan dalam pu. Rumusan yang digunakan adalah :
Capture

Sehingga diketahui bahwa yang mempengaruhi kecepatan putar rotor adalah torsi elektromekanis, torsi mekanis dan torsi damping.

Bial diamati berdasarkan grafik hasil simulasi diketahui bahwa saat starting kecepatan putar sangat tinggi, dari keadaan diam sampai mencapai keadaan dimana kecepatan putar motornya mencapai nilai maksimum dan stabil (steady state). Bila diamati secara keseluruhan kenaikan kecepatan putar rotor ini hanya berlangsung selama 0 – 0,6 detik, hal ini jugalah yang mempengaruhi nilai torsi elektromekanis dan arus starting saat rentang waktu tersebut sangatlah besar.

7.  KESIMPULAN

  1. Untuk memudahkan perhitungan parameter dan komponen dari suatu motor induksi maka digunakan transformasi dari fase abc ke bentuk konfigurasi dq0. Yang tindaklanjutnya biasanya digunakan untuk mengatur kecepatan motor dan analisis kecepatan motor terhadap pengaruh pembebanan.
  2. Simulasi dilakukan dengan blok diagram simulink dengan software matlab, dimana terdapat 3 file yakni m1 berupa kerja dari keseluruhan motor induksi, p1hp file yang menginisiasi nilai-nilai parameter motor induksi dan s1 merupakan file yang menghubungkan simulink dengan program.
  3. Tegangan Fase ke netral dengan nilai maksimum dapat dicari dengan rumusan :
    Capture
  4. Pada saat starting yakni dari kondisi diam sampai mencapai putaran yang stabil, arus pada motor induksi akan sangat besar yakni dibandingkan arus kerjanya yakni sekitar 6-8 kali arus kerjanya, hal ini disebabkan karena dibutuhkan torsi yang besar saat starting motor.
  5. Besarnya Torsi Elektromekanis ditentukan oleh rumusan berikut :
    Capture
  6. Besarnya kecepatan putar rotor ditentukan dengan rumusan berikut :
    Capture

Dimana nilainya akan stabil setelah kondisi starting karena percepatannya adalah 0.

Full text as pdf :
http://www.4shared.com/office/ICyvkHemce/artikel_magat.html

Oleh :

M. Ibadurrohman (2011)
Maulana Hidayatullah (2011)
Rian Prima Hardiyanto (2011)

Divisi Mesin Magatrika

Posted in Artikel

Sistem Proteksi Generator Sinkron Berkapasitas Besar Berdasarkan standar IEEE Std 242-2001

IEEE Std 242-2001 membagi sistem proteksi generator sinkron menjadi 3 jenis dilihat dari kapasitas generatornya. Semakin besar kapasitas generator, semakin banyak pula peralatan proteksi yang digunakan. Skema proteksi yang direkomendasikan bagi generator berdasarkan kapasitasnya:

  1.  Kecil (sebagai contoh: 1000 KVA maksimum hingga 600V; 500 KVA maksimum diatas 600V)
  2. Medium (sebagai contoh: dari kapasitas generator kecil hingga 12 500 KVA tanpa memperhatikan tegangan)
  3. Besar (sebagai contoh: dari kapasitas generator medium hingga kurang lebih 50 000 KVA)

Biasanya dalam suatu Industri besar menggunakan generator  yang berkapasitas besar. Untuk Generator Kapasitas Besar, Proteksi yang direkomendasikan berupa:

  •  51V, backup overcurrent relay (baik voltage restrained maupun voltage controlled)
  •  51G, backup ground time-overcurrent relay
  • 87, differential relay (sebagai contoh high-speed variable-percentage)
  • 87G, ground differential relay (sebagai contoh directional product)
  • 40, impedance relay (sebagai contoh offset mho) untuk proteksi loss-of-field (dua element untuk sensitivitas yang lebih baik)
  • 46, negative-phase-sequence overcurrent relay untuk proteksi melawan kondisi tidak seimbang
  • 49, temperature relay untuk mengawasi temperatur kumparan stator
  •  64, generator field ground relay
  •  60, voltage-balance relay

Capture

Gambar Typical protective relay scheme untuk generator berkapasitas besar

  • Time Overcurrent voltage-restrained relay (51V)

Rele ini berfungsi untuk memberikan proteksi back-up terhadap gangguan eksternal

  • Backup ground time-overcurrent relay (51G )

Rele ini bertanggung jawab untuk memberikan proteksi back-up terhadap gangguan eksternal, yang berarti ketika rele 50G tidak melindungi generator dari gangguan eksternal maka Rele Ground time-overcurrent (Device 51G) akan memproteksi generator.

sss

Gambar Proteksi generator dengan Ground Time Overcurrent Relay

Ketika gangguan terjadi di dekat terminal generator ,besar kemungkinan akan terjadi kerusakan serius pada generator akibat dari arus gangguan yang besar dan berkepanjangan, terutama ketika gangguan tanah terjadi di dekat terminal generator. Kerusakan ini dapat dikurangi dengan menggunakan rele instantaneous ground overcurrent (50G). Rele instantaneous akan mendeteksi gangguan yang terjadi dekat netral generator. Hal ini juga dapat memberikan proteksi back-up untuk gangguan pada feeder.

  • Differential Relay (87)

Rele Differential (Device 87) akan memberikan kemampuan untuk mendeteksi gangguan tanah yang paling dalam, tergantung pada besarnya arus gangguan tanah. Jika maksimum arus gangguan tanah di bawah pick-up Rele Differential, Rele Differential tidak akan memberikan perlindungan terhadap gangguan tanah tersebut.

Capture

 Gambar skema proteksi generator dengan differential relay

  •  Ground Differential  Relay (87G)

Rele diferensial dapat mendeteksi gangguan fase ke fase pada stator. Selain itu juga dapat digunakan untuk mendeteksi gangguan satu fase ke tanah, tergantung dari seberapa jauh titik gangguan dari terminal netral. Arus diferensial ke tanah dibutuhkan untuk mendeteksi gangguan satu fase ke tanah yang terjadi di dekat terminal netral (5% – 10% dari ujung kumparan netral). Rele diferensial tidak bisa mendeteksi gangguan antarbelitan di fase yang sama. Pengaturan sebesar 0,3 A dan kemiringan 10% akan memberikan proteksi yang sensitif dan dapat mencegah terjadinya salah operasi saat ada gangguan luar karena kesalahan rasio CT. Pengaturan kemiringan mungkin bisa lebih tinggi (misal 20%) jika rele tidak otomatis meningkatkan kemiringannya pada arus yang lebih tinggi untuk mencegah terjadinya salah operasi karena saturasi CT. Rele ini biasanya tidak menggunakan tunda waktu. Namun, jika saturasi CT dapat terjadi ketika gangguan eksternal, tunda waktu diperlukan agar tidak terjadi salah operasi selama keadaan transien. IEEE 242 merekomendasikan agar zona proteksi rele diferensial juga mencakupi breaker generator.

Capture

 Gambar skema proteksi generator dengan ground differential relay

  • Loss of field Relay (40)

Perangkat ini dapat mendeteksi ketika sistem eksitasi generator hilang. Proteksi ini penting ketika generator sedang beroperasi secara paralel, meskipun tidak dibutuhkan unit isolasi single. Sumber dari eksitasi untuk generator bisa secara penuh ataupun sebagian (parsial) melalui peristiwa seperti trip tanpa disengaja dari breaker, rangkaian medan terbuka, atau hilangnya suplai menuju sistem eksitasi. Apapun penyebabnya hilangnya sistem eksitasi dapat menyebabkan masalah baik bagi generator maupun sistem.                             Ketika generator kehilangan eksitasinya, generator tersebut akan overspeed dan beroperasi sebagai sebuah generator induksi. Secara kontinyu menyuplai beberapa daya ke sistem dan menerima eksitasi dari sistem dalam bentuk VAR. Pada umumnya, kondisi terberat bagi generator dan sistem adalah ketika generator kehilangan eksitasi ketika beroperasi pada beban penuh. Untuk kondisi ini, arus pada stator dapat mencapai lebih dari 2 per unit. Karena generator kehilangan sinkronisasi, level slip yang tinggi dapat terinduksi di rotor. Level arus yang tinggi ini menyebabkan pemanasan lebih yang berbahaya bagi kumparan stator dan rotor dalam waktu yang singkat.   Terdapat setidaknya 3 tipe peralatan proteksi yang dapat memberikan proteksi terhadap masalah hilangnya eksitasi pada generator. Masing-msaing tipe memiliki perbedaan biaya relatif, pengaplikasian yang kompleks, dan tingkat perlindungan yang ditawarkan. Pemilihan tipe yang digunakan haruslah berdasakan pada aplikasi, faktor pertimbangan seperti biaya generator, biaya rele, dan seberapa penting keluaran generator.

a) Rele jarak (distance relay)

   Rele jarak (distance relays) memerlukan masukan arus dan masukan tegangan, yang diperoleh pada lokasi rele, yaitu pada pangkal atau pada ujung sumber pengiriman daya. Kedua besaran tersebut dibandingkan untuk mendeteksi adanya gangguan pada sistem, yang pada umumnya ditandai dengan kenaikan nilai arus serta penurunan tegangan kalau terjadi hubung singkat. Karena arus dan tegangan diukur hanya dari satu ujung (yaitu ujung pengirim), maka tidak diperlukan kawat pilot (tidak seperti pada rele diferensial untuk saluran), dan merupakan sistem non-unit, seperti arus lebih, jadi dapat memberikan proteksi backup terhadap rele lain.
Rele jarak banyak dipakai untuk proteksi saluran subtransmisi dan saluran transmisi karena kecepatannya yang tinggi, sebuah persyaratan untuk dapat mempertahankan stabilitas sistem ketika terjadi hubung singkat. Kinerja rele jarak ada bermacam-macam, sehingga dapat dipilih sebuah atau gabungan beberapa kinerja yang paling tepat, baik sensitivitas maupun stabilitas kerja relenya. Hasilnya adalah sebuah proteksi yang dapat memberikan proteksi utama yang akurat dan cepat seperti pada rele diferensial tetapi tidak memerlukan kawat pilot, dan dapat memberikan proteksi backup yang lebih baik dibandingkan rele arus lebih. Rele jarak juga memungkinkan tutup-balik otomatis (autoreclosing) diterapkan pada saluran yang membutuhkannya.Terdapat 2 rele jarak yang umum digunakan untuk mendeteksi masalah berkaitan dengan hilangnya eksitasi, adapun yang pertama adalah rele jarak offset mho.

Capture
Gambar  Karakteristik rele impedans loss-of-field menggunakan rele jarak offset mho

Kondisi saat generator beroperasi pada beban penuh direpresentasikan oleh titik A. Ketika hilangnya eksitasi, mungkin disebabkan terjadi hubung singkat pada kumparan, maka generator tersebut akan menyerap daya reaktif dari saluran sebagai pengganti eksitasi yang hilang. Hal tersebut menyebabkan generator bersifat leading, selain itu arus pada stator akan bertambah bahkan bisa melebihi batas kemampuannya. Jika dilihat dari gambar diatas adanya reaktans negatif akibat generator menyerap daya reaktif menjadikan titik A yang semula pada kuadran pertama berpindah pada kuadran keempat dan memasuki batas saat rele offset mho bekerja. rele mho tersebut memiliki 2 zona berupa lingkaran, yang mana biasanya zona yang lebih besar merupakan zona ketika rele menyadari adanya gangguan loss of field dan memberikan alarm untuk memberi tahu operator untuk mengambil langkah tepat dalam mengatasi gangguan, sementara zona yang kecil merupakan saat ketika rele mho menyadari gangguan dan langsung men-trip-kan breaker. Adapun rele jarak kedua yang sering digunakan adalah kombinasi dari rele impedans, rele direksional, dan rele undervoltage yang diaplikasikan pada terminal generator dan diatur untuk memperhatikan mesin. Rele impedans (Z2) dan rele direksional diatur untuk berkoordinasi dengan membatasi eksitasi minimum generator dan batas steady state. Selama kondisi eksitasi rendah, contohnya terjadi kegagalan membatasi eksitasi minimum, unit ini beroperasi dan membunyikan alarm untuk memperingati operator melakukan tindakan yang tepat untuk mengembalikan kondisi menjadi semula.

Capture
Gambar Proteksi loss-of-excitation menggunakan rele impedans, direksional, dan undervoltage

Berbeda dengan rele offset mho yang hanya dapat mendeteksi gangguan loss of field, gabungan rele ini dapat mendeteksi ketika generator mulai mengalami undervoltage. Karena undervoltage yang merupakan salah satu indikasi terjadinya loss of field dapat segera dideteksi oleh rele impedans.

b) Rele reaktif (VAR)
c) DC undercurent relays

  • Negative Phase/Unbalance Overcurrent Relay (46)

Proteksi terhadap arus tak seimbang biasa menggunakan rele negativesequence overcurrent. Kemampuan generator dalam menahan arus tidak seimbang diperoleh dari produsen dan harus sesuai dengan IEEE Std C50.13.

  • Stator Temperature Relay (49S)

Suhu pada stator yang terus meningkat melebihi batas kemampuan
generator dapat membahayakan sebab bisa merusak isolasi di dalamnya. Oleh sebab itu diperlukan peralatan proteksi yang dapat menghidupkan alarm atau mentrip breaker jika suhu di dalam stator telah melebihi batas yang diperbolehkan. Alarm berguna sebagai peringatan bagi petugas untuk mengambil tindakan lain seperti memutus beban yang tidak seimbang, sebelum benar-benar men-trip
breaker.

Misal dalam suatu produsen generator memberikan pengaturan sebagai berikut.
Alarm : 150 derajat celcius
Trip : 160 derajat celcius
Ketika suhu stator mencapai suhu 150 derajat celcius, alarm akan berbunyi. Rele baru akan trip jika suhunya sudah mencapai 160 derajat Celcius.

  • Generator Earth Fault Relay (64)

Rele dengan tipe MCSU ini adalah rele yang dapat digunakan untuk mendeteksi arus gangguan tanah hingga 0.5% dari arus rated-nya. Dengan adanya tunda waktu memungkinkan bagi rele untuk tetap stabil selama proses switching maupun transien dan menyediakan cukup grading dengan sistem proteksi lainnya pada level arus gangguan yang tinggi. Rele akan reset pada saat arus berada di bawah level pickup yang diatur di atas arus residual maksimum. Rele dihubungkan dengan sekunder CT yang bagian primernya dicatu dari PT  di rangkaian pentanahan generator. Setelah mendeteksi gangguan tanah, rele ini akan menghidupkan alarm dan mengaktifkan
generator/turbine lockout (86GT) bila diperlukan.

  • Voltage Balance Relay (60V)

Rele ini digunakan untuk menghindari kemungkinan terjadinya salah
operasi pada rele-rele lain yang juga membutuhkan masukan tegangan, seperti rele jarak (21), reverse power (32), loss of field (40), negative-phase sequence (46) ,(89) atau rele overcurrent baik voltage-restrained maupun voltage-controlled (51V) karena adanya sekering VT yang putus. Sekering yang putus akan mengakibatkan adanya perubahan yang signifikan pada tegangan yang terukur, sehingga rele-rele tadi akan beroperasi di saat yang tidak diinginkan. Rele voltage-balance terhubung dengan alarm, memutus regulator tegangan dari sistem, dan memblok kemungkinan salah trip oleh rele proteksi yang kinerjanya dipengaruhi oleh perubahan tegangan. Rele ini juga akan memastikan peralatan instrumentasi tetap mendapatkan suplai meskipun ada sekering yang putus. Rele ini tidak
memerlukan perhitungan tertentu untuk pengaturannya, karena ia langsung beroperasi saat ada sekering VT yang putus.

Capture
Gambar skema proteksi rele voltage-balance

Sumber:

  1. IEEE Power & Energy Society. “IEEE recommended practice for protection and coordination of industrial and commercial power systems.” IEEE std. 242-2001 (Revision of IEEE std. 242-1986) [IEEE Buff Book], 2001
  2. Prabowo, Hartanto dan Rayyan, Laporan Kerja Praktik Studi Proteksi Generator Sinkron MGT 9 PT. Chevron Pacific Indonesia Distrik Minas, Universitas Gadjah Mada, 2013
  3. Stalony, Veby Enandes, Laporan Kerja Praktik Analisis Stator Ground Fault Generator Sinkron GENP 20 MW Pabrik-4 PT Pupuk Kalimantan Timur,Universitas Gadjah Mada,2014

Oleh : Veby Enandes Stalony (2010)