Post on 03-Jan-2016
description
Rangkuman Pertemuan kuliah Transmisi Daya Listrik
Karakteristik Listrik Saluran Transmisi (Kapasitansi, Konduktor Berkas dan Saluran Ganda)
1. Kapasitansi dan Reaktansi Kapasitip
Rangkaian Fasa Tunggal
Bila ada dua kawat paralel dipisahkan oleh media isolasi akan terbentuk kapasitor, jadi
mempunyai sifat untuk menyimpan muatan listrik. Bila suatu perbedaan tegangan
dipertahankan antara kedua kawat maka muatan-muatan listrik pada kawat-kawat tersebut
mempunyai tanda-tanda yang berlawanan. Sebaliknya bila muatan listrik pada kedua kawat
dipertahankan dengan tanda yang berlawanan, perbedaan tegangan akan timbul antara
kedua kawat tersebut.
Kapasitansi antara dua penghantar diekspresikan sebagai berikut :
dimana: εv = konstanta dielektrik udara bebas.
Gambar kapasitansi saluran fasa tunggal
Titik dengan potensial nol disebut titik netral kapasitansi (capacitance neutral point).
Bila sistem itu simetris, titik netral berada tepat di tengah-tengah kedua kawat itu. Sehingga:
Bila r1 = r2, sebagaimana biasanya dalam saluran-saluran tenaga listrik, maka :
Di dalam satuan praktis, lebih berguna untuk menghitung, kapasitansi per km, atau
h=1.000 meter dan ln diganti menjadi log serta untuk kawat udara
v 8 ,855x10 Farad/meter. Dengan mengsubstitusi harga-harga tersebut ke dalam
persamaan (3.5) diperoleh:
2. Rangkaian Fasa Tiga
Gambar Rangkaian Fasa Tiga
Kapasitansi saluran dapat ditulis sebagai berikut :
3. Konduktor Berkas (Bunled Conductors)
Pada saluran tegangan ekstra tinggi (EHV), yaitu pada tegangan-tegangan yang lebih tinggi dari
230 kV, rugi-rugi korona, terutama interfensi dengan saluran komunikasi sudah sangat besar bila
saluran transmisi itu hanya mempunyai satu konduktor per fasa. Untuk mengurangi
gradien tegangan, dengan demikian mengurangi rugi-rugi korona dan interfensi dengan saluran
komunikasi, jumlah konduktor per fasa dibuat 2, 3, 4, atau lebih. Saluran yang demikian
disebut saluran transmisi dengan konduktor berkas (bundled conductor transmission line).
Dengan menggunakan dua atau lebih konduktor per fasa, maka reaktansi saluran juga akan lebih
kecil dan kapasitas hantar bertambah besar.
Reaktansi Induktif
Gambar Fasa Tiga dengan Konduktor Berkas
Reaktansi induktif sistem fasa tiga dengan konduktor berkas dimana setiap berkas
terdapat n buah penghatar seperti dapat dilihat pada gambar diekspresikan sebagai
berikut:
4. GMR
GMR konduktor berkas dimana subkonduktor mempunyai jarak-jarak yang sama dan terletak pada
suatu lingkaran dengan radius R, dapat diturnkan sebagai berikut:
a. Bila pada saluran terdapat 2 buah subkonduktor, atau n = 2 (gambar 3.5), maka:
Gambar Dua buah subkonduktor
b. Bila 3 buah subkonduktor, atau n = 3 (gambar 3.6), maka:
Gambar Tiga Buah Subkonduktor
c. Bila 4 buah subkonduktor, atau n = 4 (gambar 3.7), maka:
Gambar empat buah subkonduktor
d. Bila n buah subkonduktor, maka diperoleh bentuk umum:
5. Saluran Ganda Fasa Tiga
Reaktansi Induktif Saluran Ganda Fasa-Tiga
Suatu saluran ganda fasa-tiga mempunyai dua konduktor paralel per fasa dan arus terbagi rata
antara kedua konduktor, baik karena susunan konduktor yang simetris maupun karena transposisi.
Pada gambar dibawah ini diberikan potongan dari saluran ganda fasa-tiga. Konduktorkonduktor a
dan d dihubungkan paralel, demikian juga konduktor-konduktor b dengan e dan konduktor-
konduktor c dengan f.
Gambar susunan penghantar suatu saluran ganda fasa tiga
Pada umumnya semua konduktor adalah identik dengan radius r1, jadi: Ia = Id, Ib = Ie,
dan Ic = If. Bila saluran 1 jauh dari saluran 2 maka induktansi bersama antara konduktor-
konduktor dapat diabaikan. Tetapi pada umumnya kedua saluran itu ditopang pada satu
menara, jadi jarak-jarak antara konduktor tidak besar, sehinggta induktansi bersama tidak
dapat diabaikan.
Untuk menghitung reaktansi induktif dari saluran ganda tersebut dapat juga digunakan
metode GMR dan GMD yang telah dibicarakan sebelumnya. Jadi:
Relasi Arus dan Tegangan (Saluran Pendek dan Menengah)
1. Representasi Saluran Transmisi
Seperti telah disinggung dalam pertemuan sebelumnya, pada umumnya saluran-saluran
transmisi itu adalah fasa tiga yaitu fasa tiga dengan kawat netral n. Dalam keadaan tegangan
dan arus yang simetris tidak ada arus yang mengalir pada kawat netral n-n’ Oleh karena
ketiga fasanya simetris, artinya ketiga fasanya tergeser -1200 dan -120
0 terhadap fasa referensi,
maka analisanya cukup dilakukan dengan berdasarkan satu fasa, dan biasanya dipilih fasa a
sebagai fasa referensi, dengan jalan balik arus yang fiktif tanpa impedansi. Besaran-besaran
untuk fasa a dan fasa b diperoleh dengan memutar besaran fasa a dengan sudut -1200 dan 120
0
Gambar Representasi Saluran Transmisi
2. Klasifikasi Saluran Transmisi
Klasifikasi Untuk Keperluan Diagram Pengganti
Untuk keperluan analisa dan perhitungan maka diagram pengganti biasanya dibagi dalam tiga
kelas, yaitu:
a. Kawat pendek (<80 km)
b. Kawat menengah (80-250 km)
c. Kawat panjang (>250 km)
Klasifikasi saluran transmsi harus didasarkan pada besar kecilnya kapasitansi ke tanah. Jadi bila
kapasitansi kecil, dengan demikian arus bocor ke tanah kecil terhadap arus beban, maka dalam
hal ini kapasitansi ke tanah dapat diabaikan, dan dinamakan kawat pendek. Tetapi bila kapasitansi
sudah mulai besar sehinga tidak dapat diabaikan, tetapi belum begitu besar sekali sehingga masih
dapat dianggap seperti kapasitansi terpusat (lumped capacitance), dan ini dinamakan kawat
menengah. Bila kapasitansi itu besar sekali sehingga tidak mungkin lagi dianggap sebagai
kapasitansi terpusat, dan harus dianggap terbagi rata sepanjang saluran, maka dalam hal ini
dinamakan kawat panjang.
Klasifikasi Saluran Transmisi Menurut Tegangan Kerja
Di Indonesia standard tegangan transmisi adalah: 66, 380, dan 500 kV, dan klasifikasi
menurut tegangan ini masih belum nyata. Tetapi di Negara-negara yang telah maju,
terutama dalam bidang transmisi, seperti: USA, Rusia, Canada,dimana tegangan transmisi telah
mencapai 1000 kV, maka disana klasifikasi berdasarkan pada tegangan adalah:
a. Tegangan tinggi, sampai 138 kV b. Tegangan ekstra tinggi (Extra High Voltage, EHV), antara 220 sampai 765 kV c. Tegangan ultra tinggi (Ultra High Voltage, UHV), di atas tegangan 765 kV.
Klasifikasi Berdasarkan Pada Fungsinya Dalam Operasi
Berdasarkan fungsinya dalam operasi, saluran transmisi sering diberi nama:
a. Transmisi, yang menyalurkan daya besar dari pusat-pusat pembangkit ke daerah-daerah
beban, atau antara dua atau lebih sistem. Yang terakhir ini disebut juga sebagai saluran
interkoneksi atau tie line.
b. Subtransmisi, biasanya merupakan transmisi percabangan dari saluran yang tinggi ke
saluran yang lebih rendah.
c. Distribusi, di Indonesia telah ditetapkan bahwa tegangan distribusi adalah 20 kV.
3. Diagram Pengganti Saluran Transmisi
Saluran Pendek
Gambar diagram pengganti dari saluran pendek. Disini kapasitansi saluran diabaikan
Gambar Diagram Penggganti Saluran Pendek
Notasi-notasi pada gambar dijelaskan sebagai berikut :
VS = tegangan pada ujung kirim atau ujung generator; IS
= arus pada ujung kirim atau ujung generator; VR =
tegangan pada ujung terima atau ujung beban; IR = arus pada ujung terima atau ujung beban; dan
Z = R + j X = impedansi saluran.
Maka relasi tegngan dan arus dapat ditulis :
VS = VR + ZIR; IS = IR
Atau dalam bentuk matriks dapat ditulis :
Dimana untuk saluran pendek dapat dilihat bahwa konstanta saluran A, B, C, dan D adalah :
A = 1; B = Z; C = 0; dan D = 1
Pengaturan Tegangan atau ―Voltage Regulation‖ (VR) didefinisikan sebagai:
dimana: |VR (NL)| = tegangan skalar ujung beban pada beban nol (no load), |VR (FL)| = tegangan skalar
ujung beban pada beban penuh (full load).
Untuk kawat pendek |VR(NL) | = |VS| dan |VR(FL)| = |VR), maka:
Daya pada ujung kirim, PS dieksperesikan sebagai berikut:
dimana: cos θS = factor daya di ujung kirim, θS = perbedaan sudut fasa antara tegangan dan
arus.
Efisiensi saluran didefinisikan sebagai berikut:
dimana: PR = daya pada ujung beban, PS = daya pada ujung kirim
Saluran Menengah
Pada saluran menengah kapasitansi itu dapat dipusatkan pada satu titik (nominal T), atau pada
dua titik (nominal PI).
Nominal T
Gambar Diagram pengganti saluran menengah, nominal T
Relasi tegangan dan arus sesuai gambar di atas :
4. Nominal Pi
Gambar Diagram Pengganti Saluran Menengah, nominal Pi
Diagram Lingkaran Pada Saluran Transmisi
Dalam sistem tenaga listrik, khususnya dalam saluran transmisi, tegangan, arus dan daya selalu berubah-
ubah dari saat ke saat. Oleh karena itu untuk menghemat waktu sangat menolong bila pemecahan
dilakukan secara grafik dengan pertolongan diagram lingkaran. Diagram lingkaran juga sangat
menolong dalam perencanaan dan dalam bidang operasi. Disamping itu dengan pertolongan diagram
lingkaran dapat diterangkan hasil-hasil yang diperoleh.
1. PERSAMAAN VEKTOR DARI LINGKARAN
Persamaan Vektor Lingkaran Bentuk Linier
Gambar Diagram Lingkaran
Persamaan Vektor Dalam Bentuk Kuadrat
2. DIAGRAM LINGKARAN DAYA
Daya kompleks didefinisikan sebagai :
Dengan Pengertian : + Q = daya reaktif induktif; - Q = daya reaktif kapasitif
Persamaan tegangan :
Daya pada ujung beban :
Diagram Lingkaran Daya Pada Ujung Beban
Gambar diagram lingkaran daya pada ujung beban
Diagram Lingkaran Daya Pada Ujung Kirim
Gambar diagram lingkaran daya pada ujung kirim
3. ALIRAN DAYA PADA SALURAN TRANSMISI
saluran transmisi dengan konstanta umum ABCD seperti gambar dibawah ini :
Gambar saluran transmisi dengan konstanta umum ABCD
Daya pada ujung beban : atau
Bila VS dan VR tegangan jala-jala dalam kV, maka daya fasa tiga adalah:
Dari persamaan diatas
Jadi supaya diperoleh daya maksimum, maka beban harus dengan factor daya negative (leading power
factor). Titik untuk PR (max)
Untuk saluran udara tegangan tinggi, harga tahanan R biasanya kecil terhadap reaktansi X, jadi :
Dari persamaan diatas dapat disimpulkan bahwa aliran daya aktif PR ssebanding dengan selisih
KOMPENSASI PADA SALURAN TRANSMISI
saluran transmisi jarak jauh dengan tegangan ekstra tinggi atau tegangan ultra tinggi
membutuhkan peralatan kompensasi. Hal ini terutama dimaksudkan untuk:
a. mengotrol tegangan kerja di setiap titik sepanjang saluran,
b. memperkecil panjang elektrik
c. menaikkan kapasitas penyaluran.
Alat-alat kompensasi pada saluran-saluran transmisi adalah reaktor shunt, kapasitor seri atau kombinasi
dari keduanya. Kompensasi dengan reaktor shunt biasanya digunakan pada saluran transmisi jarak
menengah dan kompensasi dengan kapasitor seri atau kombinasi reaktor shunt dan kapasitor seri
digunakan pada saluran yang lebih panjang. Pada kompensasi dengan kapasitor seri cukup
direpresentasikan dengan sirkuit nominal PI tanpa menimbulkan kesalahan yang berarti. Dalam hal
ini penempatan fisik dari kapasitor seri sepanjang saluran tidak termasuk dalam perhitungan. Tetapi bila
kondisi kerja sepanjang saluran perlu diperhatikan, letak fisik kapasitor harus diperhatikan. Hal ini
dapat diperoleh dengan menentukan konstanta umum ABCD dari bagian saluran di masing-masing
sisi dari kapasitor dan merepresentasikan kapasitor itu dengan konstanta ABCD-nya.
Menurut persamaan kutub empat, dua atau lebih kutub empat terhubung seri, konstanta umum dari
gabungan seri itu adalah:
Derajat kompensasi pada kompensasi dengan reactor shunt adalah BL/BC, dimana BL adalah suseptansi
induktif dari reactor shunt, dan BC adalah suseptansi kapasitif total dari saluran. Derajat kompensasi pada
kompensasi dengan kapasitor seri adalah XC/XL, di mana XC adalah reaktansi kapasitif dari kapasitor
seri dan XL adalah reaktansi induktif total dari saluran perfasa.
Gambar saluran transmisi yang dikompensasi
a. Kompensasi reaktor shunt pada ujung beban.
b. Kompensasi reaktor shunt pada kedua ujung.
c. Kompensasi kapasitor seri pada ujung beban.
d. Kombinasi kompensasi reaktor shunt dan kapasitor seri.
1. Komponen Reaktor Shunt
Kompensasi reaktor shunt dilakukan dengan memasang reaktor shunt pada salah satu ujung atau
pada kedua ujung saluran. Bila saluran itu panjang sekali, maka saluran dibagi dalam beberapa
bagian dan setiap bagian dikompensasi.
Pengaruh Kapasitor Seri Terhadap Tegangan
Dengan pemasangan kapasitor seri, reaktansi ekivalen berkurang, dengan demikian jatuh
tegangan berkurang, jadi pengaturan tegangan lebih baik.
Gambar Kompensasi dengan kapasitor seri
a. Diagram satu garis b. diagram vector tegangan
Pengaruh Kapasitor Seri Terhadap Penyaluran Daya
Dengan kompensasi seri, reaktansi seri berkurang, jadi limit daya statis bertambah besar. Besar
daya yang disalurkan diberikan oleh persamaan berikut:
Untuk saluran menengah dengan representasi nominal PI dan tahanan diabaikan harga |B|
diberikan oleh X yaitu reaktansi seri saluran. Jadi bila pada saluran dipasang kapasitor seri maka
reaktansi berubah menjadi X- XC,
dimana XC adalah reaktansi kapasitif dari kapasitor seri.
Daya yang disalurkan menjadi:
Dari persamaan diatas dapat dilihat bahwa daya maksimum bertambah dengan pemasangan
kapasitor seri.