MATERI KULIAH - share.its.ac.id

Electric Power Systems L4 - Olof

Samuelsson

1

MATERI KULIAH

• ANALISIS GANGGUAN/

HUBUNG SINGKAT

• ANALISIS STABILITAS


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


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)


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


Samuelsson

5

SUMBER ARUS H.S.

• GENERATOR SINKRON

• MOTOR SINKRON

• MOTOR INDUKSI

ARUS H.S. YANG BERASAL DARI MOTOR

INDUKSI BIASANYA DIABAIKAN


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)


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.


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


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


Samuelsson

10

Arus H.S.

Dengan Sumber

Tegangan tidak

Ideal


Samuelsson

11

Arus H.S.

Fasa a, b dan c dengan

komponen DC ≠ 0


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


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


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


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

~


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


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


Samuelsson

18

Network strength

SLOAD relative to SSC

• SLOAD << SSC : strong

• SLOAD ≈ SSC/2 : weak

• SLOAD > SSC/2 : impossible

VTH

ZTH

~ SLOAD


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)


Samuelsson

20

Bus admittance matrix Ybus

• Admittance representation

• Nodal current balances

• I= Ybus Vbus

• Reference bus removed


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


Samuelsson

22

Example: Ybus


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


Samuelsson

24

Bus impedance matrix Zbus

• Vbus = Zbus I

• If Ybus is invertible:

Zbus = Ybus-1

• Zbus by inspection difficult


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


Samuelsson

26

ZTH from Zbus

Element ii of Zbus

– Short-circuit impedance ZTH at bus i

• Conditions

– Zbus has neutral as reference

– Generators have internal impedance

– Loads can be included in Zbus

• Practical for large systems

MATERI KULIAH - share.its.ac.id

Documents

Transcript of MATERI KULIAH - share.its.ac.id