Parameter TL(Kuliah)

download Parameter TL(Kuliah)

of 13

description

semoga bermanfaat

Transcript of Parameter TL(Kuliah)

MODUL 5

PARAMETER SALURAN TRANSMISI (BAGIAN 1)

(Pertemuan IV)4.1 Pendahuluan

Fungsi saluran transmisi adalah untuk menyalurkan energi listrik dari sisi pembangkitan yang terletak di berbagai lokasi ke system distribusi yang selanjutnya akan mendistribusikannya ke beban. Saluran transmisi juga menginterkoneksi system-sistem tenaga yang berdekatan sehingga memungkinkan penyaluran daya yang ekonomis di dalam system pada kondisi normal. Interkoneksi juga memungkinkan pengiriman daya antar region pada kondisi darurat.

Setiap saluran transmisi memiliki resistansi, induktansi, kapasitansi, dan konduktansi. Induktansi dan kapasitansi muncul karena adanya medan listrik dan medan magnet di sekitar konduktor. Parameter-parameter ini penting dalam menentukan model saluran tranmsisi yang dipergunakan dalam analisa sistem tenaga listrik.

4.2 Saluran Udara

Saluran transmisi terdiri dari penghantar, isolator, dan kadang-kadang kawat pelindung. Di samping saluran tunggal, kini telah juga dibangun saluran ganda, bahkan saluran dengan 3 sampai 10 pasang fasa pada tiang yang sama, misalnya untuk tegangan 69 kV di Amerika Serikat.

Tegangan saluran dipilih berdasarkan besarnya daya yang akan ditransmisikan dan panjang saluran transmisinya. Tingkat-tingkat tegangan yang dipergunakan distandardisasi di mana satu negara berbeda dengan negara yang lain. Namun demikian secara umum tegangan saluran transmisi dikelompokkan ke dalam beberapa kategori, yaitu :

Saluran Udara Tegangan Tinggi, SUTT (High Voltage Overhead Line)

Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi, SUTET (Extra High Voltage Overhead Line) : di atas 230 kV

Saluran Udara Tegangan Ultra Tinggi, (Ultra High Voltage Overhead Line) : di atas 765 kV

Penghantar yang paling banyak digunakan untuk saluran udara teganan tinggi adalah tipe ACSR (Allumunium Conductor Steel Reinforced), AAC (All Allumunium Conductor), AAAC (All Alumunium Alloy Conductor), dan ACAR (Aluminium Conductor Alloy Reinforced).

Untuk tegangan lebih tinggi dari 230 kV biasanya digunakan penghantar bundle (bundled conductor), yang terdiri dari 2, 3, atau 4 penghantar perfasa. Membundel penghantar akan meningkatkan radius efektif dan menurunkan kekuatan medan magnet di sekitar penghantar, yang berakibat pada menurunnya rugi korona, audible noise (bising), dan interferensi radio. Di samping itu juga menurunkan reaktansi saluran.

4.3 Resistansi Saluran

Resistansi saluran sangat menentukan evaluasi dari efisiensi system transmisi dan studi ekonomisnya. Resistansi DC dari suatu penghantar bulat pejal pada temperatur tertentu dinyatakan sebagai :

dimana :( = resistivitas penghantar

l = panjang penghantar

A = Luas penampang penghantar

Resistansi penghantar dipengaruhi oleh bebrapa faktor, yaitu :

Frekuensi

Pilinan

Temperatur

Jika arus bolak-balik (AC) mengalir pada penghantar, arus tidak terdistribusi merata di seluruh bagian konduktor. Kepadatan arus lebih tinggi dipermukaan konduktor daripada di bagian dalamnya. Hal ini menyebabkan resistansi AC lebih tinggi daripada resistansi DC-nya. Fenomena ini dikenal sebagai skin effect. Sebagai contoh, pada 60 Hz, resistansi AC lebih tinggi sekitar 2% dari resistansi DC.

Resistansi penghantar juga berubah dengan temperatur, bila temperatur naik resistansi naik, dan sebaliknya. Pada temperatur yang biasa terjadi, perubahan resistansi terhadap temperatur berbentuk linier, dihitung dengan persamaan :

dimana R2 dan R1 adalah resistansi pada temperatur t2 dan t1 berturut-turut, sedangkan T adalah konstanta suhu yang nilainya tergantung dari jenis material penghantarnya. Untuk alumunium misalnya, T = 228.

4.4 Induktansi Penghantar Tunggal

Penghantar berarus menghasilkan medan magnet disekelilingnya mengikuti hukum tangan kanan, dimana ibujari menunjukkan arah arus, sedangkan jari-jari lainnya menunjukkan arah medan magnetnya. Bila arus yang mengalir pada penghantar berubah maka fluksi megnetiknyapun berubah, dan tegangan akan diinduksikan pada rangkaian. Untuk bahan nonmagnetic, induktansi, L, merupakan perbandingan fluksi magnetic total yang melingkupi arus yang mengalir pada penghantar.

dimana ( = fluks linkage dalam Weber turn.

Perhatikan suatu penghantar silindris dengan jari-jari r yang membawa arus I seperti terlihat pada gambar berikut ini.

Gambar 1 : Flux linkage pada konduktor silindris

Intensitas medan magnet Hx pada radius x nilainya konstan. Sesuai dengan hokum Amper maka

..(4)

atau

..(5)

dimana Ix adalah arus yang dicakup pada radius x.

4.4.1 Induktansi Dalam (Internal Inductance)

Induktansi di dalam suatu penghantar nonmagnetic tidak dipengaruhi oleh ukuran penghantar, dan nilainya konstan yaitu :

.(6)

Nilai ini didapat dengan mengabaikan efek kulit (skin effect) dan menganggap kerapatan arus merata di seluruh bagian penghantar.

4.4.2 Induktansi di Luar Penghantar

Induktansi di luar penghantar yang mengalirkan arus I pada radius antara D1 dan D2 seprti gambar berikut dihitung dengan persamaan

...(7)

Gambar 2 : Fluks gandeng antara D1 dan D24.5 Induktansi Saluran Satu Fasa

Perhatikan saluran satu fasa sepanjang 1 meter yang terdiri dari 2 buah konduktor pejal berbentuk silinder seperti gambar berikut ini. Jari-jari masing-masing konduktor adalah r1 dan r2. Kedua konduktor terpisah sejauh D. Konduktor 1 membawa arus I1 yang arahnya masuk ke lembar halaman dan konduktor 2 membawa arus kembali I2 = -I1. Arus yang mengalir pada kedua konduktor tersebut akan membangkitkan medan magnet yang menggandeng kedua konduktor.

Induktansi konduktor 1 di bagian dalamnya dihitung dengan persamaan (6). Fluks pada jarak lebih bsar dari D mencakup arus total nol (I1 + I2 = 0) shingga tidak membrikan kontribusi terhadap induktansi total pnghantar 1. Oleh sebab itu radius di luar penghantar 1 yang membrikan kontribusi terhadap induktansi total adalah antara r1 dan D. Sesuai dengan persamaan (7), maka :

r1 r2

H/m...(8)

Dengan demikian maka total induktansi penghantar 1 adalah :

EMBED Equation.3 ..(9)

Persamaan (9) diatur kembali sebagai berikut :

Anggaplah , maka induktansi konduktor 1 menjadi :

H/m....(11)

Demikian pula, induktansi konduktor 2 adalah

H/m..(12)

Jika kedua konduktor identik, r1 = r2 = r, L1 = L2 = L, maka induktansi perfasa permeter adalah :

H/m..(13)

Persamaan (13) menunjukkan bahwa bagian pertama dari persamaan merupakan fungsi dari radius konduktor sedangkan bagian keduanya bergantung pada jarak antar konduktor. Bagian kedua persamaan (13) disebut sebagai inductance spacing factor.

Pernyataan dikenal sebagai Geometric Mean Radius (GMR) dan diberi notasi Ds. Substitusi Ds ke persamaan (13) memberikan induktansi perfasa dalm miliHenri/km

mH/km ...(14)

4.6 Induktansi Sendiri (Self Inductance) dan Induktansi Bersama (Mutual Inductance)

Untuk saluran satu fasa sepanjang 1 meter yang telah dibicarakan pada bagian 5.5, induktansi perfasanya dapat diuraikan menjadi induktansi sendiri dan induktansi bersama. Sebutlah induktansi sendiri penghantar 1 L11 dan untuk penghantar 2 L22, sedangkan induktansi bersama adalah L12 (L21).

Gambar 3 : Fluks Linkage untuk masing-masing konduktor adalah

1 = L11I1 + L12I22 = L21I1 + L22I2 (15)

karena I2 = - I1 maka

1 = (L11 - L12)I1

2 = (-L21 + L22)I2 (16)

Bila persamaan (16) dibandingkan denan persmaaan (11) dan (12) kita mendapatkan :

..(17)

4.7 Induktansi Saluran Transmisi Tiga Fasa

4.7.1 Jarak Simetris

Perhatikan saluran 3 fasa sepanjang satu meter berikut ini. Jari-jari setiap konduktor adalah r, dan konduktor satu sama lain terpisah dengan jarak D.

Gambar 4 : Saluran 3 fasa dengan jarak simetris

Induktansi perfasa perkilometer adalah

mH/km...(18)

4.7.2 Jarak Tidak Simetris

Pada kenyataannya penempatan konduktor simetris susah dilakukan. Kebanyakan saluran transmisi 3 fasa susunan konduktornya tidak simetris. Akibatnya induktansi setiap fasa berbeda satu sama lain, sehingga sekalipun arusnya seimbang, drop tegangan yang disebabbkan oleh induktansi seri saluran untuk tiap-tiap fasa menjadi berbeda. Induktansi masing-masing fasa (tanpa pembuktian) adalah sebagai berikut :

...(19)

Gambar 5 : Saluran 3 fasa dengan jarak tidak simetris

Pada analisa system tenaga , model satu fasa seringkali sangat membantu. Maka agar simetri bisa diperoleh, pada saluran yang posisi antar konduktornya tidak simetris dilakukan cara transposisi satu-satu. Transposisi satu-satu adalah mempertukarkan posisi penghantar-penghantar pada saluran 3 fasa setiap satu pertiga panjang saluran, sehingga setiap penghantar menempati semua posisi penghantar lainnya, seperti gambar di bawah ini.

Gambar 6 : Transposisi saluran 3 fasa dengan jarak tidak simetris

L = ....(20)

a + a2 = -1 , maka :

dimana

Dapat dilihat bahawa dengan transposisi satu-satu induktansi perfasa saluran dihitung dengan rumus yang sama dengan konfigurasi saluran sebelimnya, hanya D diganti GMD (Geometric Mean Distance)

4.8 Induktasnsi Penghantar Bundel (Composite Conductors)Pembahasan sebelumnya mengambil asumsi penghantar pejal tunggal (solid round conductor). Namun pada saluran transmisi yang sebenarnya dipergunakan juga penghantar berserat (stranded condustors). Slain itu, atas pertimbangan ekonomi, umumnya saluran udara tegangan ekstra tinggi (EHV di atas 230 kV) dibuat dalam bentuk penghantar bundel (bundled conductors). Sebab korona, dengan akibat berupa rugi daya dan interferensi pada sluran telekomunikasi, akan menjadi sangat berlebihan bila penghantar yang dipergunakan hanya terdiri dari satu buah penghantar saja perfasa. Dengan menggunakan 2 penghantar atau lebih perfasanya, yang disusun berdekatan dibandingkan dengan jarak pemisah antar fasanya, maka gradien tegangan tinggi pada penghantar dalam daerah EHV dapat banyak dikurangi. Perhatikan saluran satu fasa yang terdiri dari 2 konduktor berserat di bawah ini.

Gambar 7 : Saluran 1 fasa dengan 2 penghantar bundel

Penghantar x terdiri dari n konduktor identik dialiri arus sebesar I masuk ke bidang gambar, sedangkan penghantar y terdiri dari m konduktor identik dengan arus I. Radius antar konduktor x adalah rx dan antar konduktor y adalah ry. Menggunakan rumus-rumus sebelumnya, maka induktansi penghantar x adalah :

dimana

dimana Daa = Dbb = = Dnn = rxInduktansi untuk penghantar y dapat dihitung dengan cara yang sama, dengan GMD yang sama namun GMRy berbeda.

Contoh :

Hitunglah GMR sebagai fungsi dari jari-jari r dari penghantar bundel dengan 7 konduktor identik di bawah ini :

Dari gambar di atas maka :

D12 = D16 = D17 = 2r

D14 = 4r

D13 = D15 =

Maka :

GMR = ; dimana r = r e-1/4 = 2,1767r

4.9 GMR Penghantar Bundel

SUTET biasanya menggunakan penghantar bundel (bundled conductors). Penghantar bundel bersifat menurunkan reaktansi saluran sehingga meningkatkan unjuk kerja saluran dan juga meningkatkan kapasitas daya saluran. Disamping itu penghantar bundel juga menurunkan gradien tegangan permukaan yang selanjutnya akan menurunkan rugi korona, interferensi radio, dan impedansi surja. Biasanya konduktor bundel terdiri dari 2, 3, atau 4 konduktor yang disusun simetris seperti di bawah ini.

Gambar 8 : Penghantar bundel

Jika Ds adalah GMR untuk setiap penghantar di dalam bundel, maka GMR penghantar bundel adalah :

Untuk bundel 2 penghantar : Ds bundel =

Untuk bundel 3 penghantar : Ds bundel =

Untuk bundel 4 penghantar : Ds bundel =

D1

D2

I

D

D

D

Ia

Ib

Ic

Ic

Ib

Ia

D23

D12

D13

n

d

c

b

a

a

b

c

a

b

c

m

x

y

I1

I2

D

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Budi Yanto Husodo, MSc ANALISA SISTEM TENAGA LISTRIK I 13

_1145444585.unknown

_1156770418.unknown

_1156775327.vsd

_1156775386.vsd

_1156775845.unknown

_1158496028.vsd

_1156776070.unknown

_1156775668.unknown

_1156775354.vsd

_1156773156.unknown

_1156773438.unknown

_1156772966.vsd

_1145526368.unknown

_1145546948.unknown

_1156770348.unknown

_1145545782.unknown

_1145546852.unknown

_1145444820.unknown

_1145448168.unknown

_1145444654.unknown

_1145444800.unknown

_1145444632.unknown

_1145434009.unknown

_1145435021.unknown

_1145442136.unknown

_1145444543.unknown

_1145443953.vsd

_1145441751.unknown

_1145434187.unknown

_1145434927.unknown

_1145434144.unknown

_1145434043.unknown

_1138273765.unknown

_1145430679.unknown

_1145433806.unknown

_1145430590.unknown

_1138271846.unknown

_1138272781.unknown

_1138271751.unknown