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.