TUGAS

TRANSMISI DAYA LISTRIK

PERENCANAAN SALURAN TRANSMISI

OLEH :

KELOMPOK IV

FARGAN TANJUNG (F1B 013 027)

AAN SETIAWAN (F1B 013)

GUFRAN (F1B 013)

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MATARAM

2015

sBAB 2PEMBAHASAN

A. Pendesainan1. Diketahui :

Panjang Saluran : 275 km = 170,88 mil Daya Beban Maksimum : 430 MW cosθ : 0.8 lagging

2. Besar Tegangan yang DigunakanDari data diatas maka dapat ditentukan besar tegangan

menggunakan pendekatan rumus yang diformulasikan oleh Alfred Still yakni :

V=5.5√ l+ kW100

dimana l dalam mil

V=5.5√170,88+430.000

100

¿367,76 kV

Karena di Indonesia tegangan yang tersedia untuk saluran transmisi yaitu sebesar 30,

66, 150, 220, 380, dan 500 kV, sedangkan tegangan yang didapat dari hasil

perhitungan tegangan berdasarkan data yaitu sebesar 367,76 kV, maka tegangan yang

digunakan dalam perancangan saluran transmisi yaitu sebesar 380 kV, sesuai dengan

ketentuan yang ada di Indonesia.

3. Menentukan besar arus yang mengalir

I=P

√3× V × cosθ

¿430000

√3 × 380× 0,8=816,65 Ampere

Φ = arc cos 0.8 (lagging)

Φ = 36.87

I=816,65∠−36,87 A

Dari besar arus yang didapat maka dapat ditentukan jenis konduktor yang digunaka dengan konduktor yang memiliki kapasitas hantar sebesar 10% -

15% yakni konduktor alumunium berinti kawat baja (ACSR)

I toleransi=816,65+ (15 % x 816,65 )

¿939,15 A

Karena kapasitas hantar harus lebih besar dari arus sebenarnya yang digunakan maka Kuat

Hantar Arus = 950.000 Ampere

4. Konduktor yang digunakan

Konduktor yang digunakan jenis ACSR (Aluminium Conductor, Steel-

Reinforced) yaitu kawat penghantar aluminium berinti kawat baja. Konduktor ini

digunakan karena cocok digunakan untuk saluran – saluran transmisi tegangan tinggi,

dimana jarak antara dua tiang atau menara jauh (ratusan meter) dan konduktor ini

memiliki kuat tarik yang tinggi.

Gambar Konstruksi ACSR

Untuk mengetahui karakteristik dari ACSR yang digunakan dapat dilihat dari

besar arus yang digunakan. Kapasitas hantar dari ACSR harus lebih besar dari besar arus

yang digunakan. Karakteristik ACSR dapat dilihat pada tabel A.1. Karakteristik Listrik

dari Konduktor Aluminium Berinti Kawat Baja (ACSR) (Transmisi Daya Listrik ; Prof.

Ir. T. S. Hutauruk, M.Sc.;Erlangga.1993).

maka Konduktor yang digunakan jenis ACSR 874.000, dengan perbandingan

lilitan 54/7(A1/St), dengan karakteristik :

Diameter luar (m) = 2,9108x10-2 m

GMR (m) = 1,1765x10-2 m

Tahanan Ra (25 C) = 0.0665 Ω/km

Lapisan AI = 3

Tahanan Ra (50 C) = 0,0732 Ω/km

5. Isolator yang digunakan

Isolator yang digunakan pada saluran transmisi ini yaitu isolator gantung. Berdasarkan table di atas, yaitu dilihat dari besarnya tegangan yang digunakan, maka jumlah isolator yang sesuai untuk tower ini adalah 22 piringan.

KONFIGURASI TOWER

20ft = 6.096m

20ft = 6.096m

Dimana : 1 ft = 0,3048 m

Jenis menara yang kami gunakan adalah menara baja jenis korset. Kami memilih

menara jenis ini karena umumnya menara ini dipakai untuk:

1. Saluran Tegangan Tinggi Rangkaian Tunggal ( single circuit )

2. Gawang/ Span yang lebar

Untuk Konfigurasi tower,digunakan tower dengan konfigurasi horizontal saluran

ganda. Untuk mengurangi korona dan hilangnya daya akibat rugi-rugi maka digunakan

konduktor tipe 4 berkas. Hal ini disesuaikan dengan daya dan tegangan yang ada. Jarak

sub berkas adalah 40 cm.

KONFIGURASI BERKAS

44ft = 13.41m

Jarak antar sub-berkas= 1.3 ft = 0,4 m

Tujuan dari pemberkasan konduktor yaitu :

a. Untuk mengurangi reaktansi saluran.

b. Menambah kemampuan transfer daya.

c. Mengurangi rugi korona, radio interferensi, impedansi surya, dan efek kulit.

MENCARI NILAI KONSTANTA A B C D

1. Nilai L

a1 c2=a2 c1=13,41m

a1c1=a2 c2=12. 19 m

a1 a2=c1 c2=√13 ,412+12.192=18 ,12 m

a1b2=b1c2=a2b1=b2 c1=√13 , 412+6 .0962=14 , 73 m

a1 b1=b1 c1=b2 c2=a2 b2=6 ,096 m

DS=GMR=1 .176 x 10−2 m

D

Sb=1 . 09 x 4√DS .d3

=1 . 09 x4√1.176 x10−2 . 0 . 43

=0. 18 m

DAB=4√Da1 b 1 . Da 1 b2 . Da 2b 1 .Da2 b2 DCA=

4√Dc 1a 1 . Dc1 a2 . Dc2 a 1. Dc 2a 2

=4√6 , 096 x14 ,73 x 14 , 73 x 6 , 096 =

4√12 .19 x13 ,41 x13 , 41x 12 . 19

b2

a2c1

b1

a1 c2

b1 b2=13 ,41 m

=9 ,48 m =12 , 79 m

DBC=4√ Db 1c 1. Db 1c 2 .Db2 c 1 . Db2 c2 GMD=3√DAB . DBC . DCA

=4√6 . 096 x14 ,73 x14 ,73 x 6.096 =

3√79 , 48 x 9 , 48 x 12 ,79

=9 ,48m =10 , 48 m

DSA=√DSb .Da 1 a2=√0 ,18 x 18 ,12=1.81 m

DSB=√ DSb . Db 1b 2=√0.18 x13 .41=1 .55 m

DSC=√ DSb . Dc1 c2=√0 ,18 x 18 ,12=1.81 m

GMRL=3√ DSA . DSB . DSC

=3√1 . 81 x1 . 55x 1. 81

=1 . 72m

L =2 . 10−7 . InGMD

GMRL

=2 .10−7×In(10 , 48

1. 72 ) =3 .61×10−7 H /m

=3 .61 x 10−4 H /km

2. Nilai C

rSb=

4√r .d3

=4√ 2. 9108 x10−2

3. 0,43

=0 ,16 m

r A=√rSb . Da 1a 2=√0 ,16 x 18 ,12=1 .70 m

r B=√rSb . Db 1b 2=√0. 16 x13 ,41=1. 46 m

rC=√rSb .D c 1c 2=√0 ,16 x18 ,12=1 .70 m

GMRC=3√r A .rB . rC

=3√1 .70×1. 46×1 .70

=2,1 m

C=2 πE0

InGMDGMRC

=2×3 ,14×8 , 85×10−12

In10 , 482,1

=3 . 46 x 10−11 F/m

=3 . 46 x 10−8 F /km

3. Nilai Z dan Y

X L= j2 π fL XC= 1

2 π fC

= j2 π×50×3 .61 x10−4 = 1j 2π×50×3 . 46 x 10−8

= j 0. 11Ω/km =− j 91997 , 08Ω/km

z=Ra+ jX L

=0. 0665+ j0 .11Ω/km

Y= 1Xc

xl= 1− j91997 , 08

x275

= j2 , 989 x10−3

=2 , 989×10−3∠90 °

Z=z . l

=(0 . 0665+ j 0 .11 )x 275

=18 , 31+ j 30 ,29

=35 ,39∠58 ,85° Ω

γ .l = √Z .Y

= √35 ,39 x 2, 989×10−3∠

58 ,85+902

= 0 . 325∠74 , 425

=0.087+ j 0 ,313

ZK = √ ZY

= √35 ,392 ,989×10−3 ∠

58 ,85−902

= 108 , 81∠−15 .575

=104 , 81− j 29 , 215

4. Konstanta A B C D

A1 = D1 = Cosh γ .l

= Cosh (0 .087+ j0 , 313 )

= Cosh 0,087.Cos (0,313x57,3) + j Sinh 0,087.Sin (0,313x57,3)

= 0.955 + j0,027

= 0 . 955∠1,619

B1 = Zk Sinh γ .l

= (104 , 81− j 29 ,215 ) x Sinh (0 . 087+ j00 , 313 )

=(104 , 81− j 29 ,215 )x sinh0,087.Cos(0,313x57,3) +j cosh0,087.Sin (0,313x57,3)

= (104 , 81− j 29 ,215 ) x (0,0829+j0,309)

= 17,716+ j29,964

= 34 , 81∠59 , 41

C1 =

1

Z K . Sinh γ .l

=

1(104 ,81− j29 ,215 )

×sinh(0 . 087+ j0 . 313 )

=

1(104 ,81− j29 ,215 )

×(0 .0829+ j 0 ,309)

=-−2 , 873×10−5+ j 2 , 939 x 10−3

= 2 , 94 x10−3∠90 .56

Karena menara ini menggunakan hubungan paralel dua buah kutub empat, maka

A1= A2 = 0 .955∠1, 619

B1 = B2 = 34 , 81∠59 , 41

C1 = C2 = 2 , 94 x10−3∠90 .56

D1 = D2 = 0 .955∠1,619

A=A1. B2+ A2 . B1

B1+B2

¿()x ( )+()x ( )

( )+()

¿0,955∠1,619

B=B1.B2

B1+B2

¿()x ()()+()

¿17,405∠59,41

C=C1+C2−¿¿

¿ (()+())−()−()x ()−()()+()

¿5,88 x10−3∠90.56

D=B1. D2+B2 . D1

B1+B2

¿()x ( )+()x ()

( )+()

¿0,955∠1,619

a. mencari vr (%) sebelum kompensasi

1. Nilai VS , IS , PS

VR(L-L) = 380 kV

VR(L-N) =

380√3

=219 , 89 kV

IR = 816 , 65∠−36. 87 A

VS(L-N) = A . VR(L-N) + B . IR

= ()x (219,89x103)+( 17 , 405∠59 . 41)x (816 ,65∠−36 .87 )

= 223325∠2. 9V

= 223 , 325∠2 . 9kV

VS(L-L) = √3 . VS(L-N)

= √3×386 ,81∠2. 9kV

= 386 , 81∠2. 9 kV

Jadi tegangan sisi kirimnya adala 386,81 kV

IS = C VR(L-N) + D IR

=(5,88 x10−3∠90,56)x(219,89x103)+()x(816 ,65∠−36 . 87 )

=1049 ,46∠53 ,47 A

Jadi arus sisi kirimnya adalah 1049,46 A

φ S = ∠VS – ∠ IS

= 2,9 – 53.47

= -50,57

PS = √3 . VS(L-L) . IS . Cos φ S

= √3 (386,81) x(1049,46) Cos (-50,57 0)

= 446,570 MW

Jadi daya sisi kirimnya adalah 880.9 MW

b. Nilai Regulasi tegangan sebelum di kompensasi

VR (%) =

(|V S|

|A '

|

−|V R|)|V R|

x 100 %

=

(386 ,810 , 955

−380)380

x100 %

= 6,589%

Efisiensi :

η=PR

PS×100 %

¿ 430446 ,57

×100 %

¿96 ,29 %

Drop tegangan (jatuh tegangan) :

Δ V ( % ) =

|V S(L−L)−V R (L−L )|

|V S (L−L )|

∗100 %

=

|386,81−380||386,81|

∗100 %

=1,76 %

KOMPENSATOR

1. Kompensator Reaktor Shunt (pada operasi beban ringan)

Fk = 50%

BC=Y

¿ j 2.989 x10−3

F k=BL

BC

BL=0.5¿¿

¿j1.495x10−3

Konstanta gabungan dari saluran dan reactor shunt

A2 = D2= 1

B2 = 0

C2=− j BL=1.495 x10−3∠−90

[A BC D ]=[A B

C D ]⏟SALURAN

[A2 B2

C2 D2]⏟KOMPENSASI

A=A . A2+B .C2

¿ (0.955∠1,619 ) x 1+ (17,405∠59,41 ) x (1.495 x10−3∠−90 )¿0.9 77∠0,806

B=A . B2+B . D2

¿ (0.955∠1,619 ) x (0)+( (17,405∠59,41 ) ) x1

¿ (17,405∠59,41 )

C=C . A2+D .C2

¿ (5.88 x10−3∠90.56 ) x 1+ (0.955∠1,619 ) x (1.495 x10−3∠−90 )¿0.00445∠90.22

D=C .B2+D . D2

¿ (5.88 x10−3∠90.56 ) x 0+(0.955∠1,619 ) x1

¿0.955∠1,619

Vs saluran kompensasi

VS(L-N) = A . VR(L-N) + B . IR

¿ (0.977∠0,806 ) x (219.8 9 x 103 )+(17,405∠59,41 ) x (816,65∠−36.87 )

¿228096,64∠2.13 V

¿228.069∠2.13KV

V S (L−L )=√3 V S (L−L )

¿√3 x228,069∠2.13 KV

¿395.067∠2.13 KV

I S=C .V R ( L−N )+ D. I R

¿ ( 4,45 x 10−3∠90.22 ) x (219.8 9 x103 )+ (0,955∠1,619 ) x (816,65∠−36.87 )

¿824,909∠39.83 A

Jadi arus sisi kirimnya adalah 824,909∠−39,83 A

φ S = ∠VS – ∠ IS

=2.13−39.83

¿-37,7

PS = √3 . VS(L-L) . IS . Cos φ S

= √3 (395,067 ¿x (824,909) Cos (37.7)

= 446,618 MW

Jadi daya sisi kirimnya adalah 446.618 MW

Efisiensi :

η=PR

PS×100 %

¿ 430446 .618

×100 %

¿96 ,279 %

Nilai regulasi tegangan setelah di kompensasi :

VR (% )=(|V S||A|

−|V R|)|V R|

x100%

¿( 395,067

0.977−380)

380x100 %

¿6,412 %

Drop tegangan (jatuh tegangan) :

Δ V ( % ) =

|V S(L−L )−V R (L−L)|

|V S (L−L)|

∗100 %

=

|3 95 , 067−380||395,067 . 78||

∗100 %

= 3.81%

2. Kompensator Kapasitor Seri(pada operasi beban puncak)

Fk = 50 %

F k=XC

X L

BL=0.11 x 275

¿30,25

X c=F k . X l

¿0.5 x30,25

¿15,125 Ω

Konstanta gabungan dari saluran dan kapasitor seri

A2 = D2= 1

B2=−J Bc=15,125∠−90

C2=0

[A BC D ]=[ A B

C D ]⏟SALURAN

[A2 B2

C2 D2]⏟KOMPENSASI

A=A . A2+B .C2

¿ (0.955∠1,619 ) x (1)+(17,405∠59,41 ) x (0 )

¿0.955∠1,619

B=A . B2+B . D2

¿¿

¿9,28∠3,36

C=C . A2+D .C2

¿ (5.88 x10−3∠90. 5 6 ) x (1)+(0.955∠1,619 ) x (0 )

¿5.8 8 x10−3∠90. 5 6

D=C .B2+D . D2

¿ (5.88 x10−3∠90.56 ) x (15,125∠−90)+ (0,955∠1,619 ) x (1)

¿1,04∠1,529

VS(L-N) = A . VR(L-N) + B . IR

¿ (0.946∠1,619 ) x (219.8 9 x103 )+ (9,28∠3,36 ) x (816,65∠−36.87 )

¿216237.077∠0.463 V

¿216.237∠0.463 KV

V S (L−L )=√3V S (L−L )

¿√3 x214.25∠0.463 KV

¿374.533∠0,463 KV

I S=C .V R ( L−N )+ D. IR

¿ (5.8 8 x10−3∠90. 56 ) x (219.8 9 x 103 )+ (1,04∠1,529 ) x (816,65∠−36.87 )

¿1047,3 4 A

Jadi arus sisi kirimnya adalah 1052,44∠49.497 A

φ S = ∠VS – ∠ IS

=0.463−49.034

¿−56.97

PS = √3 . VS(L-L) . IS . Cos φ S

= √3 (374,533 ¿x (1047,34) Cos (−49,034)

= 445,44 MW

Jadi daya sisi kirimnya adalah 445,44 MW

Efisiensi :

η=PR

PS×100 %

¿ 430445. 44

×100 %

¿95 , 534 %

Nilai regulasi tegangan setelah di kompensasi :

V R (% )=(|V S||A|

−|V R|)|V R|

x 100 %

¿( 374.533

0.955−380)

380x100 %

¿3.20%

Drop tegangan (jatuh tegangan) :

Δ V ( % ) =

|V S(L−L )−V R (L−L)|

|V S (L−L)|

∗100 %

=

|3 74 , 533−380||374,533|

∗100 %

= 1,46 %

MENGHITUNG ANDONGAN

Berdasarkan Tabel Characteristics of Alumunium cable steel Reinforced untuk ACSR

795.000(26/7)CM, maka:

Ultimate strength pounds (T) = 31200 pound = 14152.08 kg

Weight pounds per mile (Wc) = 5770 pound/mile = 1.628 kg/m

Jarak gawang (l) = 1000 ft = 304,8 m

D=Wc . l2

8T

¿1 .628 x 304 . 82

8 x 14152 .08

¿151246 .15113216 . 64

¿1 .336 m

Tinggi menara = 173.7ft = 52.94 m

Lebar menara = 48 ft = 14.63 m

Jarak aman ke tanah

N = tinggi menara – D

= 52.94 – 1.336

= 51.60 m

Panjang kawat sebenar dalam satu gawang adalah

Lgawang = l + 8 . D3 .l

= 304,8 + 8 x1 .3363 x 304 .8

= 304.812 m

Banyak gawang = 320000 m304 . 8 m

= 1049.87 buah

SehinggaLtotal = Banyak gawang x Lgawang

= 1049.87 x 304.812= 320012.97 m= 320.013 km

Ztotal = Z x Ltotal

= (0 . 1218+ j 0 .15 ) x 320.013= 0.1218 + j48.001= 48.02 ∠ 89.86 Ω

Panjang Dielektrik

Berdasarkan buku transmisi Daya Listrik (Prof. Ir. T.S. Hutahuruk,M.Sc), panjang

dielektrik dapat dicari dengan rumus:

γ l = ( α + jβ ) l

= 0,108+ j 0,35 rad

Θ = β l

= 0,35rad

= (0,35rad x 57,3)

Θ = 20.060

Rugi korona

Bila tegangan arus boalk balik pada suatu kawat dinaikan terus menerus, maka akan

dicapai suatu harga yang dikenal dengan tegangan kritis visual Vv, pada tegangan mana

kelihatan cahaya violet yang disebut korona. Korona ini dibarengi dengan suara berdesis dan

menimbulkan bau ozon.

Rugi korona dirumuskan sbb:

Pkor = k (V - V0)2

Dimana:

V0 = Tegangan kritis dimana korona mulai terjadi KV

Rugi rugi dapat dinyatakan (meneurut Peek):

P =

1, 286δ

.( f +25 ).√ Dr

r2( log Dr

)2(V g−mδV 'go ). 10−2

b = tekanan udara (76 mmHg)

t = Suhu udara (25 0C)

r = jari-jari kawat (Cm)

D = Andongan = 1 .336 m = 133.6 Cm

V’go = 21,1 kV/Cm

m = m0 . m1 (m0 faktor permukaan kawat = 1,0 untuk kawt halus, dan m1 =

factor udara = 1,0 untukudara baik dan 0,8 untuk hujan)

m = m0 . m1

= 1 x1 =1

Vg = Gradien tegangan pada permukaan kawat untuk saluran transmisi 3 fasa

Dimana:

δ = kerapatan udara relative

= 0.386 . b273+ t

= 0.386 x76276+25

= 0,097

VL-N = V L−L

√3

=

380√3

= 219.39 kV

r = 12 . D

=

133 .6 Cm2

= 66.8 cm

Vg =

0 , 4343∗V s(L−N )

r log Dr

Kv

=

0 , 4343∗219 .39

66 . 8 log133 .6 66 .8

= 4.74 kV

Sehingga besar rugi korona adalah

P =

1 ,2860 .097

x (50+25) x .√133. 6 66 .8

x66 . 8 2 x ( log 133. 666 .8

)2 x (4 . 74−(1 x0 . 097 x 4 .74 ) ). 10−2

= 24435.32 kW

= 24.44 MW

KESIMPULAN

Dari hasil perhitungan dapat diketahui pada system transmisi daya listrik dengan panjang saluran 750 km dan beban maksimum 600 MW dengan menggunakan jenis konduktor ASCR tipe 795.000 dengan perbandingan lilitan Al/St = 26/7 dan sub konduktor 4 berkas, menggunakan jenis menara dengan konfigurasi horizontal saluran tunggal:

No Variable Nilai1.2.3.4.5.

6.

Besarnya tegangan transmisi ( V )Besarnya arus yang mengalir ( I )Panjang andongan ( D )Impedansi total ( Ztotal )Sebelum kompensasiVs(L-N)

VS (L-L)

VR(L-N)

IR

IS

PS

Pmaks

VR %Efesiensi (η ) %V %

Setelah kompensasi

a) Reaktor shunt ( pada operasi beban ringan)VS (L-L)

750 kV866,03∠−36,87A

1 .336 m25 . 6+ j 37 .76Ω/km

223 . 83∠3 . 547 kV387.68∠3.547kV

219.39 kV759.67∠−36 .87A1008.31 ∠ 56.13 A

424.359 MW654.712MW

7.8 %94,25%1.98 %

7.

8.

VS (L-N)

IsPS

Efesiensi (η ) %VR %V %

b) Kapasitor seri (pada operasi beban puncak)VS (L-L)

VS (L-N)

Is

Ps

Efesiensi (η ) %VR %V %

Panjang Dielektrik

Rugi Korona

229.656 ∠ 2.46 kV397.78 ∠ 2.46 kV

817.404 ∠-34.82 A448.107MW

89 .26 %7.58%

4.47%

214.25 ∠ 0.16 kV371.09 ∠ 0.16 kV

1036.67 ∠-16,03 A 424.188

94 . 299 %3.23 %2.4 %

20.060°

24.44 MW