STL 2

PERCOBAAN 2

SISTEM DENGAN JARINGAN RADIAL

A. TUJUAN

Mahasiswa dapat menganalisa sistem radial dengan program matlab.

B. DASAR TEORI

1. Diagram Satu Garis

Sistem tenaga merupakan rangkaian listrik yang rumit. Disamping banyaknya macam piranti yang ada di dalamnya, sistem ini juga sistem multifasa (umumnya tiga-fasa), dan ia beroperasi pada banyak tingkat tegangan. Agar analisis dapat dilakukan, maka sistem tenaga harus dapat dinyatakan secara mudah.

Langkah pertama dalam analisis adalah memindahkan rangkaian sistem tenaga ke atas kertas dalam bentuk diagram rangkaian. Diagram rangkaian untuk sistem tenaga berupa diagram satu garis (single line diagram). Diagram ini sederhana namun menunjukkan secara lengkap interkoneksi berbagai piranti. Walaupun hanya satu garis, ia menggambarkan sistem multifasa. Berikut ini contoh dari diagram satu garis.

Gambar di atas, memperlihatkan sebuah generator terhubung Y, dengan titik netral yang ditanahkan melalui sebuah impedansi. Generator ini dihubungkan ke trasformator tiga belitan melalui bus-1. Belitan primer trafo terhubung ∆, belitan sekunder terhubung Y dengan titik netral ditanahkan langsung dan terhubung ke bus-2, sedangkan belitan tertier dihubungkan ∆masuk ke bus-3 untuk mencatu beban.

Dari bus-2 melalui circuit breakermasuk ke saluran transmisi melalui bus-4. Ujung saluran transmisi melalui bus-5 terhubung ke transformator 2 belitan; transformator ini terhubung Y-∆dengan titik netral primernya ditanahkan langsung. Sekunder transformator terhubung ke bus-6 untuk mencatu beban.

Dalam diagram satu garis, impedansi-impedansi tidak digambarkan. Untuk analisis, diagram satu garis perlu “diterjemahkan” menjadi diagram rangkaian listrik model satu fasa seperti terlihat pada gambar di bawah.

Dengan model satu fasa inilah analisis dilakukan. Dalam gambar ini saluran transmisi dinyatakan dengan rangkaian ekivalennya, yaitu rangkaian ekivalen π.

2. Sistem Per-Unit

Sistem per-unit sesungguhnya merupakan cara penskalaan atau normalisasi. Besaran-besaran sistem dalam satuan masing-masing, tegangan dalam volt – arus dalam ampere – impedansi dalam ohm, ditransformasikan ke dalam besaran tak berdimensi yaitu per-unit (disingkat pu). Pada mulanya transformasi ke dalam per-unit dimaksudkan untuk mempermudah perhitungan, namun dengan perkembangan penggunaan computer maksud penyederhanaan itu sudah kurang berarti lagi. Walaupun demikian, beberapa keuntungan yang terkandung dalam sistem per-unit (yang akan kita lihat kemudian) masih terasakan dan oleh karena itu kita akan pelajari.

Nilai per-unit dari suatu besaran merupakan rasio dari besaran tersebut dengan suatu besaran basis. Besaran basis ini berdimensi sama dengan dimensi besaran aslinya sehingga nilai per-unit besaran itu menjadi tidak berdimensi

Nilai sesungguhnya mungkin berupa bilangan kompleks, namun nilai basis yang ditetapkan adalah bilangan nyata. Oleh karena itu sudut fasa nilai dalam per-unit sama dengan sudut fasa sesungguhnya. Sebagai contoh kita ambil daya kompleks

di mana αadalah sudut fasa tegangan dan βadalah sudut fasa arus. Untuk menyatakan S dalam per-unit kita tetapkan S basis yang berupa bilangan nyata, sehingga

Didefinisikan pula bahwa,

Nilai S_basis dipilih secara bebas dan biasanya dipilih angka yang memberi kemudahan seperti puluhan, ratusan dan ribuan. Jika S_basis sudah ditentukan kita harus memilih salah satu V_basis atau I_basis untuk ditentukan secara bebas, tetapi tidak kedua-duanya bisa dipilih bebas. Jika kita hitung S_pu dari persamaan di atas kita peroleh

Nilai basis untuk impedansi ditentukan menggunakan relasi

Dengan Z_basis ini relasi arus dan tegangan V=Z.I atau Z=V/I akan memberikan

atau

Karena Z = R + jX maka,

Jadi tidaklah perlu menentukan nilai basis untuk R dan X secara sendiri-sendiri. Selain itu tidak pula diperlukan menentukan nilai basis untu P dan Q secara sendiri-sendiri pula.

Setelah dilakukan penskalaan menjadi per unit, sistem baru bisa dihitung load flownya.

C. ALAT BAHAN

1. Komputer / laptop
2. Software Matlab

D. LANGKAH PERCOBAAN

1. Sistem tanpa trafo

Simulasikan rangkaian di bawah dengan matlab, hitung nilai arus yang mengalir ke beban juga hitung tegangannya.

Simulasikan juga dengan software selain matlab, bandingkan nilainya.

Gunakan base tegangan 13 kV, Power base 10 MVA.

Rubah nilai beban menjadi 300 + j200 Ohm

Simulasikan dengan matlab, hitung nilai arus dan tegangan beban

Tambahkan kapasitor agar daya reaktif bisa dikurangi.

Simulasikan juga dengan software selain matlab.

2. Sistem dengan trafo

Simulasikan rangkaian di bawah dengan matlab, hitung nilai arus yang mengalir ke beban juga hitung tegangannya.

Simulasikan juga dengan software selain matlab, bandingkan nilainya.

Rubah nilai beban menjadi 300 + j200 Ohm

Simulasikan dengan matlab, hitung nilai arus dan tegangan beban

Tambahkan kapasitor agar daya reaktif bisa dikurangi.

Simulasikan juga dengan software selain matlab.

Simulasikan jika terjadi short circuit di beban.

3. Sistem dengan beban motor

Sebuah generator fasa tiga 20 kV, 300 MVA mempunyai reaktansi sub-peralihan

sebesar 20%. Generator itu mencatu beberapa motor serempak melalui saluran transmisi

sepanjang 64 km (40 mil) yang mempunyai transformator pada kedua ujungnya, seperti

diperlihatkan pada diagram segaris dari Gambar 8.5. Motor yang semuanya mempunyai

rating 13,2 kV, dilukiskan sebagai dua buah motor ekivalen saja. Netral dari salah satu motor tersebut, M1, dihubungkan ke tanah melalui reaktansi. Netral dari motor kedua, M2, tidak dihubungkan ke tanah (suatu keadaan yang tidak biasa). Masukan nominal untuk M1 dan M2 berturut-turut adalah 200 MVA dan 100 MVA. Untuk kedua motor itu X" = 20%. Transformator fasa tiga T1 mempunyai rating 350 MVA, 230/20 kV dengan reaktansi bocor sebesar 10%. Transformator T2 terdiri atas tiga buah transformator fasa tunggal masing-masing dengan rating 127/13,2 kV, 100 MVA dengan reaktansi bocor sebesar 10%. Reaktansi seri saluran transmisi adalah 0,5 /km. Gambarlah diagram reaktansi dengan memilih rating generator sebagai dasar pada rangkaian generator.

Simulasikan dengan matlab / power world, hitung nilai arus dan tegangan beban

E. HASIL PERCOBAAN

1. Sistem tanpa trafo

1. Beban 300 ohm

sb=10000000

v1b=13800

zload=300

zline=10+10j

z3b = (v1b^2)/sb

zb=zload/z3b

z2b= (v1b^2)/sb

zln=zline/z2b

ztotal=zb+zln

ztotals=sqrt(10^2+10^2)

Es=13/13

Ipu=Es/ztotals

v3pu=zb*Ipu

v3=v3pu*13

hasil

sb =

10000000

v1b =

13800

zload =

300

zline =

10.0000 +10.0000i

z3b =

19.0440

zb =

15.7530

z2b =

19.0440

zln =

0.5251 + 0.5251i

ztotal =

16.2781 + 0.5251i

ztotals =

14.1421

Es =

1

Ipu =

0.0707

v3pu =

1.1139

v3 =

14.4808

2. Beban 300+j200

sb=10000000

v1b=13800

zload=300+200j

zline=10+10j

z3b = (v1b^2)/sb

zb=zload/z3b

z2b= (v1b^2)/sb

zln=zline/z2b

ztotal=zb+zln

ztotals=sqrt(10^2+10^2)

Es=13/13

Ipu=Es/ztotals

v3pu=zb*Ipu

v3=v3pu*13

Hasilnya..

sb =

10000000

v1b =

13800

zload =

3.0000e+002 +2.0000e+002i

zline =

10.0000 +10.0000i

z3b =

19.0440

zb =

15.7530 +10.5020i

z2b =

19.0440

zln =

0.5251 + 0.5251i

ztotal =

16.2781 +11.0271i

ztotals =

14.1421

Es =

1

Ipu =

0.0707

v3pu =

1.1139 + 0.7426i

v3 =

14.4808 + 9.6538i

2. Sistem dengan trafo

A. HASIL PERHITUNGAN MATLAB BEBAN 300 OHM

SB = 10000000

SBT1 = 5000000

SBT2 = 10000000

V3B = 69000

V2B = 138000

V1B = 13200

VG = 13200

VB = 13800

X11 = 0,1

X12 = 0,08

ZL = 10+10j

Zbeban = 300

Z3B = (V3B)^2/SB

ZLOAD = Zbeban/Z3B

Z2B = (V2B)^2/SB

ZLINE = ZL/Z2B

XT1 = 0,1*((VG/VB)^2)*(10000000/5000000)

XT2 = 0.08*((VG/VB)^2)*(SB/SBT1)

ZTOTAL = ZLOAD+ZLINE+1.8299+0.1464

ES = 13200/13800

Ipu = ES/2,6117

V3pu = ZLOAD*Ipu

V3 = V3pu*69

HASILNYA:

SB =

10000000

SBT1 =

5000000

SBT2 =

10000000

V3B =

69000

V2B =

138000

V1B =

13200

VG =

13200

VB =

13800

X11 =

0

ans =

1

X12 =

0

ans =

8

ZL =

10.0000 +10.0000i

Zbeban =

300

Z3B =

476.1000

ZLOAD =

0.6301

Z2B =

1.9044e+003

ZLINE =

0.0053 + 0.0053i

XT1 =

0

ans =

1.8299

XT2 =

0.1464

ZTOTAL =

2.6117 + 0.0053i

ES =

0.9565

Ipu =

0.4783

ans =

6117

V3pu =

0.3014

V3 =

20.7940

B. HASIL PERHITUNGAN MATLAB BEBAN 300+J200 OHM

SB = 10000000

SBT1 = 5000000

SBT2 = 10000000

V3B = 69000

V2B = 138000

V1B = 13200

VG = 13200

VB = 13800

X11 = 0,1

X12 = 0,08

ZL = 10+10j

Zbeban = 300+200j

Z3B = (V3B)^2/SB

ZLOAD = Zbeban/Z3B

Z2B = (V2B)^2/SB

ZLINE = ZL/Z2B

XT1 = 0,1*((VG/VB)^2)*(10000000/5000000)

XT2 = 0.08*((VG/VB)^2)*(SB/SBT1)

ZTOTAL = ZLOAD+ZLINE+1.8299+0.1464

ES = 13200/13800

Ipu = ES/2,6117

V3pu = ZLOAD*Ipu

V3 = V3pu*69

HASIL:

SB =

10000000

SBT1 =

5000000

SBT2 =

10000000

V3B =

69000

V2B =

138000

V1B =

13200

VG =

13200

VB =

13800

X11 =

0

ans =

1

X12 =

0

ans =

8

ZL =

10.0000 +10.0000i

Zbeban =

3.0000e+002 +2.0000e+002i

Z3B =

476.1000

ZLOAD =

0.6301 + 0.4201i

Z2B =

1.9044e+003

ZLINE =

0.0053 + 0.0053i

XT1 =

0

ans =

1.8299

XT2=

0.1464

ZTOTAL =

2.6117 + 0.4253i

ES =

0.9565

Ipu =

0.4783

ans =

6117

V3pu =

0.3014 + 0.2009i

V3 =

20.7940 +13.8626i

3. Sistem dengan beban motor

PERHITUNGAN MATLAB

VT = 13.2/((sqrt(3))*127)*230

XT1 = 0.1*((20/20)^2)*(300/350)

XT2 = 0.1*((13.2/13.8)^2)*(300/300)

XG = 0.2*((20/20)^2)*(300/300)

Z2B = (0.230/300)^2

ZLINE = 32/176.3

%BEBAN PARALEL

% 1/XM12 = 1/XM1 + 1/XM2

XM12 = 1/5,47

ZTOTAL = XG+XT1+XT2+ZLINE+XM12

ES = 20/20

Ipu = ES/0.741

V3pu = 0.8128*Ipu

V3 = V3pu*13.2

HASIL

VT =

13.8019

XT1 =

0.2745

XT2 =

0.5490

XG =

0.2000

Z2B =

5.8778e-007

VT =

13.8019

XT1 =

0.2745

XT2 =

0.5490

XG =

0.2000

Z2B =

5.8778e-007

ZLINE =

5.4442e+007

VT =

13.8019

XT1 =

0.2745

XT2 =

0.5490

XG =

0.2000

Z2B =

5.8778e-007

ZLINE =

0.1815

VT =

13.8019

XT1 =

0.0857

XT2 =

0.0915

XG =

0.2000

Z2B =

5.8778e-007

ZLINE =

0.1815

XM12 =

0.2000

ans =

47

ZTOTAL =

0.7587

ES =

1

Ipu =

1.3495

V3pu =

1.0969

V3 =

14.4790