materi-kuliah-komputasi-tambang kuliah-teknik-pertambangan-sttnas-yogyakarta- Materi 4
MATERI KULIAH - share.its.ac.id
Transcript of MATERI KULIAH - share.its.ac.id
Electric Power Systems L4 - Olof
Samuelsson
1
MATERI KULIAH
• ANALISIS GANGGUAN/
HUBUNG SINGKAT
• ANALISIS STABILITAS
Electric Power Systems L4 - Olof
Samuelsson
2
• DALAM ANALISIS SISTEM
TENAGA II, DIANALISIS SISTEM
DALAM KEADAAN PERALIHAN
DAN SIMETRI /TIDAK SIMETRI.
• ATAU ANALISIS DILAKUKAN
SESAAT (S/D ~ 1 DETIK) SETELAH
TERJADI GANGGUAN DALAM
SISTEM, DIMANA SISTEM
MUNGKIN DALAM KEADAAN
TIDAK SIMETRI ATAU SIMETRI
Electric Power Systems L4 - Olof
Samuelsson
3
PENDAHULUAN
• Pengertian Hubung Singkat pada Sistem Tenaga Listrik
• Fenomena Peralihan selama Hubung Singkat
• Thévenin equivalent
• Short-circuit capacity
• Bus admittance matrix (Ybus)
• Bus impedance matrix (Zbus)
Electric Power Systems L4 - Olof
Samuelsson
4
Tujuan Analisis Hubung Singkat
• Menentukan arus dan tegangan maximum & minimum pada bagian-bagian / titik-titik tertentu dari suatu sistem tenaga listrik untuk jenis-jenis gangguan yang mungkin terjadi.
• Dapat ditentukan setting relay dan koordinasi pengaman untuk mengamankan sistem dari keadaan abnormal dalam waktu yang seminimal mungkin.
• Menentukan short circuit capacity (daya hubung singkat dalam MVA) pada setiap bus dan juga daya h.s. yang mengalir pada saluran yang terhubung pada bus tsb. dapat ditentukan kapasitas alat pemutus daya
Electric Power Systems L4 - Olof
Samuelsson
5
SUMBER ARUS H.S.
• GENERATOR SINKRON
• MOTOR SINKRON
• MOTOR INDUKSI
ARUS H.S. YANG BERASAL DARI MOTOR
INDUKSI BIASANYA DIABAIKAN
Electric Power Systems L4 - Olof
Samuelsson
6
Asumsi dlm Analisis H.S. • BEBAN NORMAL, KAPASITANSI PENGISIAN SALURAN (LINE
CHARGING CAPACITANCE), HUBUNGAN SHUNT KE TANAH DIABAIKAN
• SEMUA TEGANGAN INTERNAL SISTEM MEMPUNYAI MAGNITUDE DAN PHASE SAMA (DIASUMSIKAN V=1.0 /00 pu.)
• BIASANYA TAHANAN SERI DARI SALURAN TRANSMISI DAN TRAFO DIABAIKAN
• SEMUA TRAFO DIANGGAP PADA POSISI TAP NOMINAL
• GENERATOR, MOTOR DIREPRESENTASIKAN DENGAN SUMBER TEGANGAN TETAP YANG DIHUBUNGKAN SERI
– DENGAN REAKTANSI SUB-PERALIHAN (SISTEM DALAM KEADAAN SUB-
PERALIHAN)
– ATAU DENGAN REAKTANSI PERALIHAN (SISTEM DALAM KEADAAN PERALIHAN)
– ATAU DENGAN REAKTANSI SINKRON (SISTEM DALAM KEADAAN STEADY-STATE)
Electric Power Systems L4 - Olof
Samuelsson
7
Fenomena Peralihan selama H.S.
Waktu
arus sinusoidal
arus
Gelombang arus saat h.s. terjadi, dalam waktu tunak (steady
state) akan cenderung sama dengan bentuk gelombang
awalnya (sinusoidal) sebelum terjadi hubung singkat, hanya
berbeda pada magnitudenya.
Electric Power Systems L4 - Olof
Samuelsson
8
dt
diLRitEm )sin(
)sin()( tEte m
Rangkaian Sistem Tenaga Listrik
Sumber Tegangan Ideal
tL
R
m etZ
Eti )sin()sin()(
21
222 LRZ
R
L 1tan
tL
R
m eZ
E
)sin(
Pers. Diff.
Arus H.S.
Komponen DC
Electric Power Systems L4 - Olof
Samuelsson
9
Waktu
Arus asimetris total
komponen DC
arus AC simetris
aru
s
Magnitude arus hubung singkat berada maksimum pada titik
terjadinya hubung singkat dan menurun secara eksponensial
(akibat adanya komponen DC) menuju steady state
Electric Power Systems L4 - Olof
Samuelsson
12
Catatan :
• SAAT TERJADI HUBUNG SINGKAT TIDAK BISA DIRAMAL, SEHINGGA HARGA α TIDAK DAPAT DIKETAHUI TERLEBIH DAHULU (KOMP. DC DITENTUKAN DNG FAKTOR PENGALI, MAX. 1.6)
• KOMPONEN DC HILANG DENGAN CEPAT, BIASANYA DALAM 8-10 cycles
• REAKTANSI DARI MESIN SINKRON BERUBAH TERHADAP WAKTU
• UNTUK MENGHITUNG ARUS GANGGUAN, REAKTANSI MESIN SINKRON DAPAT DINYATAKAN SBB :
"
dx Reaktansi Sub-Peralihan, untuk menentukan arus H.S. selama cycle
pertama setelah H.S. terjadi dalam waktu 0.05 - 0.1 detik, bertambah
besar menjadi
Reaktansi Peralihan, untuk menentukan arus H.S. setelah beberapa
cycle setelah H.S. terjadi dalam waktu 0.2 - 2 detik, bertambah besar
menjadi
Reaktansi Sinkron, untuk menentukan arus H.S. setelah keadaan
steady state dicapai
,
dx
dx
Electric Power Systems L4 - Olof
Samuelsson
13
Analisis Hubung Singkat A. GANGGUAN SHUNT (HUBUNG SINGKAT)
1. HUBUNG SINGKAT 3 PHASA SIMETRI
a. TIGA PHASA (L-L-L)
b. TIGA PHASA KE TANAH (L-L-L-G)
2. HUBUNG SINGKAT TIDAK SIMETRI
a. SATU PHASA KE TANAH (1L-G)
b. ANTAR PHASA (L-L)
c. ANTAR PHASA KE TANAH (2L-G)
B. GANGGUAN SERI (HUBUNGAN TERBUKA)
1. SATU SALURAN TERBUKA (1L-0)
2. DUA SALURAN TERBUKA (2L-0)
3. IMPEDANSI SERI TAK SEIMBANG
C. GANGGUAN SIMULTAN
1. SHUNT - SHUNT
2. SHUNT - SERI
3. SERI - SERI
Electric Power Systems L4 - Olof
Samuelsson
14
a. HS 1 fasa ke tanah
b. HS antar fasa
c. HS 2 fasa ke tanah
d. HS 3 fasa ke tanah
e. HS 3 fasa
f. HS 1 fasa ke tanah
melalui impedansi
Electric Power Systems L4 - Olof
Samuelsson
15
Thévenin equivalent
Represents passive network
• No-load voltage VTH
• Short-circuit impedance ZTH
• All sources zero for ZTH
Also for entire power system
+/0/- seq. equivalents
VTH
ZTH
~
Electric Power Systems L4 - Olof
Samuelsson
16
Short-circuit current
– Z=0 connected at terminals
– Short-circuit current
• Limited by ZTH (good!)
• ISC=VTH/ZTH≈1/ZTH p.u. (VTH≈1)
• Determines breaker rating
VTH
ZTH
~ ISC
Electric Power Systems L4 - Olof
Samuelsson
17
Short-circuit power
– Short-circuit power
• Short-circuit capacity
• Fault level
– SSC=VTHISC≈ISC≈1/ZTH p.u.
– SSC not useful power
VTH
ZTH
~ ISC
Electric Power Systems L4 - Olof
Samuelsson
18
Network strength
SLOAD relative to SSC
• SLOAD << SSC : strong
• SLOAD ≈ SSC/2 : weak
• SLOAD > SSC/2 : impossible
VTH
ZTH
~ SLOAD
Electric Power Systems L4 - Olof
Samuelsson
19
Example: ZTH and SSC in network
p.u. network model
• Assume all sources are V=1
• all impedances p.u. on common base
• SSC≈1/ZTH with all sources at zero
a)
b) c)
Electric Power Systems L4 - Olof
Samuelsson
20
Bus admittance matrix Ybus
• Admittance representation
• Nodal current balances
• I= Ybus Vbus
• Reference bus removed
Electric Power Systems L4 - Olof
Samuelsson
21
Setting up Ybus
Element ii by inspection
Sum of all admittances connected to bus i
Element ij by inspection
–(admittance connecting buses i and j)
Element ij from measurements
– 1 p.u. voltage source at node j
– Voltage sources at nodes≠j zero
– Current into bus i is Ybus,ij
Electric Power Systems L4 - Olof
Samuelsson
23
Ybus properties
• With reference
– Row and column sums zero
• Reference removed
– Dimensions N-1 x N-1
• One Ybus for each sequence
• Sparse and symmetric
• Compact network model
Electric Power Systems L4 - Olof
Samuelsson
24
Bus impedance matrix Zbus
• Vbus = Zbus I
• If Ybus is invertible:
Zbus = Ybus-1
• Zbus by inspection difficult
Electric Power Systems L4 - Olof
Samuelsson
25
Setting up Zbus
Element ij of Zbus from measurement
– 1 p.u. current source at node j
– Current sources at nodes≠j to zero
– Voltage at bus i is Zbus,ij