Transcript SISTEM DISTRIBUSI ARUS BOLAK BALIK

SISTEM DISTRIBUSI ARUS
BOLAK BALIK
Ir. Sjamsjul Anam, MT.
TYPE SALURAN
• Over Head
• Ground Cable
• Submarine Cable
Sistem Pengkawatan
•
•
•
•
•
•
Sistem satu phasa dengan dua kawat
Sistem satu phasa dengan tiga kawat
Sistem dua phasa dengan tiga kawat
Sistem dua phasa dengan empat kawat
Sistem tiga phasa dengan tiga kawat
Sistem tiga phasa dengan empat kawat
Sistem Satu Phase
- Berkapasitas Kecil
- Jarak Pendek
- Sederhana
Sistem Satu Phase Dengan Dua Kawat
V volt
CT
V volt
Sekunder trafo
Sistem Satu Phase Dengan Tiga Kawat
V volt
CT
V volt
Sekunder trafo
Sistem Dua Phase Tiga Kawat
V volt
I
2 V
II
Sekunder trafo
V volt
Sistem Dua Phase Empat Kawat
I
V volt
0,707 V
volt
II
V volt
Sekunder trafo
SistemTiga Phase
Ketidak Simetrian
• Sejak dari sumber
– Jumlah belitan tidak sama
– Reaktansi tidak sama
• Dari Saluran
–
–
–
–
Konfigurasi saluran
Resistensi saluran (Jenis bahan konduktor)
Ukuran Konduktor
Jarak antar masing-masing Phase
• Karena Beban
• Power faktor beban
Kurva beban per-golongan tarif
MW
MW
Beban Industri
Beban Komersial
Jam
MW
MW
Jam
Beban Sistem
Beban Residensial
Jam
Jam
MW
Beban
Penerangan Jalan
Jam
KURVA BEBAN PUNCAK
REGION JAWA TIMUR DAN BALI
Hari Kerja, Minggu & Libur Sabtu
Bulan : Juni 2005
3675
3550
3425
3300
3175
3050
2925
2800
2675
2550
2425
2300
2175
2050
1925
1800
1675
3.550 MW
Kerja Rabu, 15 Juni 2005
3.550 MW
3.175 MW
Libur Sabtu, 04 Juni 2005
2.300 MW
2.300 MW
Libur Minggu, 19 Juni 2005, 3.175 MW
24
24
2
4
33
66
99
12
12
-------> Jam
15
15
18
18
21
21
24
24
Rangkaian Satu Fasa
• Komponen rangkaian
satu fasa:
V
• >Sumber tegangan atau
arus
• >Impedansi (resistansi,
10
5
induktansi, kapasitansi)
v (t) 0
• >Komponen dihubungkan
5
seri atau paralel.
a
I
b
L
VL
R
VR
g
Vo
10
0
60
120
180
240
300 360
deg
T
Rangkaian Satu Fasa
• Sumber tegangan menghasilkan gelombang sinus :
v ( t )  2 V rms sin ( w t )
dimana: Vrms adalah harga efektif sumber tegangan
w adalah frekuensi sudut fungsi sinus (rad/sec)
w  2 f 
2
f 
rad/sec
T
1
Hz
T
f adalah frekuensy (60 Hz di USA, 50 Hz di Eropa).
T adalah periode gelombang sinus (seconds).
V0 
2 V rms
• Harga Puncak (maksimum) tegangan adalah
Rangkaian Satu Fasa
•
Harga efektif dapat dihitung V rms 
1
T
T
0 v(t) dt
2
• Arah tegangan diperlihatkan oleh panahdari g ke a.
Hal ini berarti selama ½ siklus positifnya, potensial
a lebih besar daripada g.
a
I
b
C
Vc
R
VR
V
g
Rangkaian Satu Fasa
• Arus yang mengalir juga sinusoidal
i (t ) 
2 I rms sin ( w t - f )
dimana: I rms adalah harga efektif arus.
f adalah pergeseran fasa antara tegangan &
arus.
• Harga efektif dapat dihitung dengan
V
hukjum Ohm:
I 
rms
rms
dimana: Z adalah impedansi
Z
Rangkaian Satu Fasa
• Impedansi (dalam Ohms) adalah :
– a) Resistansi (R)
– b) Reaktansi Induktif
XL w L
– c) Reaktansi Kapasitif
XC 
1
w C
Rangkaian Satu Fasa
• Impedansi dari sebuah
resistor dan induktor
yang dihubungkan seri
adalah :
Z 
R  X
2
2
• Sudut fasanya :
f  a tan
X
R
• Perhitungan impedansi
a
I
V
g
b
XL
VXL
R
VR
Rangkaian Satu Fasa
• Arus generator
mengalir dari g ke a
selama siklus
positifnya.
• The load current and
voltages are in opposite
direction
a
• Arus dan tegangan
dalam arah yang sama.
I
b
Ig
L
VL
V
• Arus dalam siklus
positif mengalir dari b
ke g.
ILoad
g
R
VR
Rangkaian Satu Fasa
Rangkaian “Induktif”
• Pergeseran fasa terjadi antara tegangan dan arus adalah
“negatif”.
• >>>Arus tertinggal (lagging) terhadap tegangan.
a
V(t)
I
b
L
I(t)
10
VL
V
f
5
R
V( t )
VR
0
I( t )
g
5
10
0
60
120
180
t
240
300 360
Rangkaian Satu Fasa
Rangkaian Kapasitif
• Pergeseran fasa terjadi antara tegangan dan arus adalah
“positif”.
• >>>Arus mendahului (leading) terhadap tegangan
a
I
10
b
v(t)
5
C
Vc
V( t )
i(t)
0
V
R
g
I( t )
VR
5
f
10
0
60
120
180
t
240
300 360
Rangkaian Satu Fasa
• Ilustrasi arus kapasitif (leading) dan induktif
(lagging).
v(t)
-f
IL(t) lagging IC(t) leading
f
t
Rangkaian Satu Fasa
Notasi Komplek
• Perhitungan-2 teknik memerlukan informasi
harga efektif (rms) dan pergeseran fasa tegangan
dan arus.
• Fungsi waktu digunakan untruk analisa transient.
• Amplitudo(rms) dan sudut fasa dapat dihitung
menggunakan notasi komplek.
• Tegangan, arus dan impedansi dinyatakan dalam
fphasor komplek.
Rangkaian Satu Fasa
Complex Notation
Impedance phasor: (resistance, capacitor, and
inductance connected in series)
Rectangular form:
Z  R  jw L  (
1
jw C
)  R  j (X L - X C )  R  j X T
Exponential form:
where:
Z 
R  X
2
Z Z e
2
jf
f  a tan (
Z
X
R
f
)
R
X
Single Phase Circuit
Review
Complex Notation
Impedance phasor: (resistance, capacitor,
and inductance connected in parallel)
Z 
1
Y

1
1
R

1
jw L

1

1
1
1
R

1
jw L
jw C
Two impedances connected in parallel
Z 
1
1
Z1

1
Z1

Z1 Z 2
Z1  Z 2

jwC
Rangkaian Satu Fasa
Notasi Komplek
Phasor impedansi:
Bentuk Polar:
Z Z e
jf
 Z cos f   j sin f 
Z
Z 
R  X
2
2
R  Z cos ( f )
f  a tan (
X
)
R
X  Z sin ( f )
f
R
X
Rangkaian Satu Fasa
Perhitungan Daya.
Daya sesaat, adalah hasil perkalian antara tegangan
sesaat v(t) dan arus sesaat i(t).
Where:
p ( t )  v(t) i(t)  2 V sin w t
v (t) 
2 V sin w t


2 I sin w t  f
i (t) 

2 I sin w t  f

Rangkaian Satu Fasa
•Bagian 1 Real Power
Harga RATA-RATA dari p(t) adalah REAL POWER. Daya inilah yang
ditransfer dari sumber ke beban.
P  V I cos ( f )
•Bagian 2 adalah Reactive Power.
Harga rata-rata reactive power adalah NOL (mengapa?):
a). Selama siklus positif daya rekatif mengalir dari generator ke
beban.
b). Selama siklus negatif daya rekatif mengalir dari beban ke
Q  V I sin ( f )
generator.
Rangkaian Satu Fasa
Fungsi waktu Daya Sesaat
•
•
•
Berosilasi dengan frekuensi dua kali frekuensi dasarnya.
Kurva tergeser ke sumbu positif sehingga daerah dibawah
kurva positif >kurva dibawah kurva negatif.
1 T
Daya rata-rata yg ditransfer:
P 
 p( t) dt
T
Voltage
Daya rata-rata
t
0
Daya Sesaat
Rangkaian Satu Fasa
Daya Reaktif dan Daya Nyata untuk berbagai pergeseran fasa
F=
p(t)
-5o
P
p(t)
F = -30o
P
P [1-cos(2wt)]
Q sin (2wt)
P [1-cos(2wt)]
Q sin (2wt)
t
t
F = -60o
p(t)
p(t)
F = -85o
P
P
P [1-cos(2wt)]
P [1-cos(2wt)]
Q sin (2wt)
Q sin (2wt)
t
t
Rangkaian Satu Fasa
Daya Komplek
•
Notasi komplek dapat digunakan untuk menyatakan Daya.
S  V I  P  jQ
•
FAKTOR DAYA (p.f) didefinisikan sebagai : perbandingan antara
Daya Nyata (P) dengan harga mutlak dari daya komplek (|S|).
pf cos  φ 
P
S
Rangkaian Tiga Fasa
Rangkaian Tiga Fasa
Sistem dihubungankan Wye
Va n
• Titik netral di-tanahkan
• Tegangan 3-fasa
mempunyai magnitudo yg
sama.
• Perbedaan fasa antar
tegangan adalah 120°.
V an  V  0   V
V bn  V   120 
V cn  V   240 
a
Vb n
Va b
n
Vc a
b
Vc n
Vb c
c
Rangkaian Tiga Fasa
Ia
Sistem dihubungkan Wye
• Tegangan LINE to LINE
berbeda dg tegangan FASA
Va n
Va b
n
V ab  V an - V bn 
3 V an   30

V bc  V bn - V cn 
3 V bn  - 90

Vb n
Ib
Vc n
Vb c
V ca  V cn - V an 
3 V cn   150

Besar Tegangan LINE to LINE adalah  tegangan
FASA (rms)
Ic
Vc a
Rangkaian Tiga Fasa
Sistem Wye Berbeban
• Impedansi beban adalah Za, Zb, Zc
• Setiap sumber tegangan
mensuplai ARUS LINE ke beban.
• Arus dinyatakan sebagai:
Ia
V an
Za
Ib
V bn
Zb
Ic
V cn
Zc
• Pada sistem mengalir ARUS KETANAH sebesar:
I0 Ia  Ib  Ic
Van
Za
a
Ia
Vab
Vbn
b
n
Vcn
Vca
Vbc
c
Zb
Ib
Zc
Ic
Io
Rangkaian Tiga Fasa
Sistem Wye Berbeban
• Jika BEBAN SETIMBANG (Za = Zb
= Zc) maka:
Van
Za
a
Ia
I0 Ia  Ib  Ic  0
• Dlam hal ini rangkaian ekivalen
satu fasa dapat digunakan (fasa a,
sebagai contoh)
• Fasa b dan c di-”hilangkan”
n
Io
Rangkaian Tiga Fasa
Sistem Terhubung Delta
• Sistem hanya punya satu
macam tegangan, yakni LINE
to LINE ( VLL )
• Sistem mempunyai dua arus :
– Arus LINE
Vca
– Arus FASA
Ia
a
I ab 
Z ab
I bc 
Z bc
Ib
b
Vbc
I bc 
V bc
Z bc
Zb
b
I bc
c
V bc
Iab
Vab
• Arus FASA adalah:
V ab
Za
a
Ic
c
Zc
Ica
Rangkaian Tiga Fasa
Sistem Terhubung Delta
Arus LINE :
I a  I ab  I ca
I b  I bc 
Ia
I ab
I c  I ca  I bc
• Pada beban setimbang:
Vab
3 I ab   30
Zab
Iab
Zca
b
Vca
Ia
a
a
Vbc
Ic

c
Ica
Ibc
Ib
b
Zbc
c
Rangkaian 3-Fasa dengan
Beban Impedansi
Sumber 3-fasa 480 terhubung Wye dengan titik netral ditanahkan
mensuplai impedansi 3-fasa
Za = 70 + j 60, Zb = 43 - 60j, Zc = j 80 + 30 ohm
Beban dihubungkan:
1. Wye, grounded (sistem 4-kawat)
2. Wye, ungrounded ( sistem 3-kawat)
3. Delta
a) Gambarkan rangkaiannya.
b) Hitung: arus pada konfigurasi beban Wye, arus fasa Delta, arus line
Delta, arus sumber, Daya sumber (apparent, real and reactive
powers), Faktor Daya.
Rangkaian Tiga Fasa
Perhitungan Daya 3-Fasa
• Daya 3-Fasa merupakan jumlahan dari daya 1-Fasa
P  Pa  Pb  Pc
• Jika beban setimbang:
P  3 Pphase  3 V phase I phase cos f 
• Sistem Wye:
V phase  V LN
I phase  I L
V LL 
P  3 V phase I phase cos f  
• Sistem Delta:
I Line 
3 I phase
3 V LN
3 V LL I L cos f 
V LL  V phase
P  3 V phase I phase cos f  
3 V LL I L cos f 
f adalah beda fasa antara Vfasa dg Ifasa
Transformasi Y D