DAMPAK PENAMBAHAN IMPEDANSI PADA KUMPARAN TRANSFORMATOR DAYA TERHADAP FERORESONANSI DI SALURAN TRANSMISI 500 KV

TUGAS AKHIR – TE 141599

DAMPAK PENAMBAHAN IMPEDANSI PADA KUMPARAN TRANSFORMATOR DAYA TERHADAP FERORESONANSI DI SALURAN TRANSMISI 500 KV Charell Naufal Kiramindyo NRP 2213100126 Dosen Pembimbing Dr.Eng. I Made Yulistya Negara, ST., M.Sc. I Gusti Ngurah Satriyadi Hernanda, ST., MT.

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2017

FINAL PROJECT – TE 141599

IMPACT OF IMPEDANCE ADDITION AT POWER TRANSFORMER WINDING ON FERRORESONANCE IN 500 KV TRANSMISSION LINE Charell Naufal Kiramindyo NRP 2213100126 Advisors Dr.Eng. I Made Yulistya Negara, ST., M.Sc. I Gusti Ngurah Satriyadi Hernanda, ST., MT.

DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING Faculty of Electrical Technology Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2017

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR Dengan ini saya menyatakan bahwa isi sebagian maupun keseluruhan Tugas Akhir saya dengan judul “Dampak Penambahan Impedansi pada Kumparan Transformator Daya terhadap Feroresonansi di Saluran Transmisi 500 kV” adalah benar-benar hasil karya intelektual mandiri, diselesaikan tanpa menggunakan bahan-bahan yang tidak diijinkan dan bukan karya pihak lain yang saya akui sebagai karya sendiri. Semua referensi yang dikutip maupun dirujuk telah ditulis secara lengkap pada daftar pustaka. Apabila ternyata pernyataan ini tidak benar, saya bersedia menerima sanksi sesuai peraturan yang berlaku.

Surabaya, Juli 2017

Charell Naufal Kirmaindyo NRP. 2213100126

DAMPAK PENAMBAHAN IMPEDANSI PADA KUMPARAN TRANSFORMATOR DAYA TERHADAP FERORESONANSI DI SALURAN TRANSMISI 500 KV Charell Naufal Kiramindyo 2213100126 Dosen Pembimbing 1 : Dr.Eng I Made Yulistya Negara, ST., M.Sc. Dosen Pembimbing 2 : IGN Satriyadi Hernanda, S.T., M.T.

ABSTRAK Fenomena feroresonansi merupakan sebuah fenomena transien yang terjadi diakibatkan adanya sebuah hubungan antara induktor non-linear yaitu dari inti besi transformator dengan kapasitor yang terdapat pada saluran transmisi. Fenomena feroresonansi dapat terjadi karena adanya gangguan dari switching. Dalam studi ini dilakaukan penambahan impedansi pada kumparan transformator daya terhadap feroresonansi yang terjadi akibat gangguan switching yang dimodelkan pada perangkat lunak ATP Draw. Hasil dari simulasi menunjukkan dengan penambahan kapasitor shunt dengan rentang 40 – 80 nF, kapasitor sekunder dengan rentang 3 – 5 MVAR serta resistive load bank dengan rentang 0.3 – 1 MW dapat memitigasi fenomena feroresonansi. Kata Kunci : Feroresonansi, Mitigasi Feroresonansi, Impedansi

i

---Halaman ini sengaja dikosongkan---

ii

IMPACT OF IMPEDANCE ADDITION AT POWER TRANSFORMER WINDING ON FERRORESONANCE IN 500 KV TRANSMISSION LINE Charell Naufal Kiramindyo 2213100126 1st Advisor 2nd Advisor

: Dr.Eng I Made Yulistya Negara, ST., M.Sc. : IGN Satriyadi Hernanda, S.T., M.T.

ABSTRACT Ferroresonance phenomenon is a transient phenomenon that occurs due to a relationship between non-linear inductor that is from iron core transformer with a capacitor that is from transmission line. The phenomenon of ferroresonance can occur due to interference from switching. In this study to determine the impact of the addition of impedance on the power transformer coil to the ferroresonance caused by switching distrubance modeled on the ATP Draw software. The results of the simulation shows that with the addition of impedance that consist of shunt capacitor with range 40 - 80 nF, secondary capacitor with range 3 5 MVAR and resistive load bank with range 0.3 - 1 MW can mitigate ferroresonance phenomenon. Keywords : Ferroresonance, Ferroresonance Mitigation, Impedance

iii


iv

KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah S.W.T yang selalu memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan dengan tepat waktu. Tugas Akhir yang berjudul “Dampak penambahan Impedansi terhadap Feroresonansi pada kumparan Transformator Daya di Saluran Transmisi 500 kV.” ini disusun untuk memenuhi salah satu persyaratan untuk menyelesaikan pendidikan sarjana pada Bidang Studi Teknik Sistem Tenaga, Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Elektro, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Pelaksanaan dan penyelesaian Tugas Akhir ini tidak lepas dari bantuan banyak pihak. Oleh sebab itu penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak I Made Yulistya Negara serta Bapak I Gusti Ngurah Satryadi Hernanda atas segala pengetahuannya dan waktunya dalam membimbing penulis sampai terselesaikannya Tugas Akhir ini. 2. Orang tua penulis, Harry Purwanto dan Melly Elvira dan keluarga penulis yang selalu memberikan nasehat, semangat, dan doa serta selalu mengingatkan kepada penulis sehingga Tugas Akhir ini bisa terselesaikan tepat pada waktunya. 3. Fairuzal Khalisha Haf yang selalu mengingatkan, memberikan doa dan memberikan semangat sehingga tersesaikannya buku ini. 4. Seluruh Dosen, dan Staff Karyawan Jurusan Teknik Elektro-FTI, ITS yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu. 5. Krishanti Andarini dan Dio Randa Damara yang berjuang bersama dan saling membantu serta mas Wahyudi yang memberikan arahan dengan Tugas Akhir. 6. Teman-teman Eclus (Elektro Cepat Lulus) yang selalu memberikan semangat, mengingatkan, membantu dan doa sehingga buku ini dapat terselesaikan dengan tepat waktu. 7. Teman–teman Elektro ITS Angkatan 2013 (e53) yang membantu penulis dalam mengerjakan Tugas Akhir ini. 8. Teman-teman 1B/9B yang selalu menmberikan motivasi sehingga Tugas Akhir ini bisa terselesaikan. 9. Teman-teman dan sahabat-sahabat saya yang tidak bisa saya sebutkan satu per satu yang telah membantu saya hingga buku ini bisa terselesaikan. v

Penulis berharap semoga Tugas Akhir ini bermanfaat dan berguna bagi penulis khususnya dan juga bagi para pembaca pada umumnya. Surabaya, Juni 2017 Penulis

vi

DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL PERNYATAAN KEASLIAN HALAMAN PENGESAHAN ABSTRAK .............................................................................................. i ABSTRACT .......................................................................................... iii KATA PENGANTAR ........................................................................... v DAFTAR ISI........................................................................................ vii TABLE OF CONTENTS ..................................................................... ix DAFTAR GAMBAR ............................................................................ xi DAFTAR TABEL ............................................................................... xv BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang .......................................................................... 1 1.2 Sistematika Penulisan ............................................................... 2 BAB 2 SISTEM TRANSMISI TENAGA LISTRIK DAN TRANSFORMATOR 2.1 Sistem Transmisi Tenaga Listrik .............................................. 3 2.2 Transformator ........................................................................... 6 2.2.1 Konstruksi Transformator .............................................. 6 2.2.2 Transformator Ideal ....................................................... 8 2.2.3 Transformator Tidak Ideal ............................................. 8 2.2.4 Kurva Histreresis ........................................................... 9 2.2.5 Rangkaian Ekivalen Transformator ............................. 10 2.2.6 Parameter Transformator ............................................. 12 BAB 3 FERORESONANSI DAN ATP DRAW 3.1 Resonansi ................................................................................ 15 3.2 Feroresonansi .......................................................................... 16 3.2.1 Pengertian Feroresonansi ............................................. 16 3.2.2 Klasifikasi Feroresonansi ............................................. 18 3.2.3 Pemodelan Rangkaian Feroresonansi .......................... 20 3.2.4 Mitigasi Feroresonansi ................................................. 21 3.2.4.1 Mitigasi Feroresonansi dengan Penambahan Impedansi ..................................................................... 21 3.3 ATP Draw ............................................................................... 22

vii

BAB 4 ANALISIS HASIL SIMULASI MITIGASI FERORESONANSI 4.1 Pemodelan Rangkaian Feroresonansi ..................................... 25 4.2 Simlasi Feroresonansi ............................................................. 28 4.2.1 Feroresonansi dengan Mengubah Parameter Cg .......... 28 4.2.2 Feroresonansi dengan Mengubah Parameter Csh ......... 31 4.3 Mitigasi Feroresonansi............................................................ 33 4.3.1 Mitigasi Feroresonansi dengan Menambahkan Kapasitor Shunt Akibat Perubahan Cg ......................................... 33 4.3.2 Mitigasi Feroresonansi dengan Menambahkan Kapasitor Sekunder Akibat Perubahan Cg ................................... 36 4.3.3 Mitigasi Feroresonansi dengan Menambahkan Resitive Load Bank Akibat Perubahan Cg ................................. 39 4.3.4 Mitigasi Feroresonansi dengan Menambahkan Kapasitor Shunt Akibat Perubahan Csh ........................................ 43 4.3.5 Mitigasi Feroresonansi dengan Menambahkan Kapasitor Sekunder Akibat Perubahan Csh .................................. 46 4.3.6 Mitigasi Feroresonansi dengan Menambahkan Resitive Load Bank Akibat Perubahan Csh ................................ 49 BAB 5 PENUTUP 5.1 Kesimpulan ............................................................................. 53 5.2 Saran ....................................................................................... 53 DAFTAR PUSTAKA .......................................................................... 55 LAMPIRAN ........................................................................................ 57 BIOGRAFI .......................................................................................... 59

viii

TABLE OF CONTENTS TITLE PAGE AUTHENTICITY STATEMENT VALIDATION PAGE ABSTRAK .............................................................................................. i ABSTRACT .......................................................................................... iii PREFACE .............................................................................................. v DAFTAR ISI........................................................................................ vii TABLE OF CONTENTS ..................................................................... ix FIGURE CONTENT ........................................................................... xi TABLE CONTENT ............................................................................ xv CHAPTER 1 INTRODUCTION 1.1 Background ............................................................................... 1 1.2 Systematic of Report Writing ................................................... 2 CHAPTER 2 ELECTRIC POWER TRANSMISSION SYSTEM AND TRANSFORMER 2.1 Electric Power Transmission System ........................................ 3 2.2 Transformer............................................................................... 6 2.2.1 Transformer Construction .............................................. 6 2.2.2 Ideal Transformer .......................................................... 8 2.2.3 Non Ideal Transformer .................................................. 8 2.2.4 Hysteresis Curve ........................................................... 9 2.2.5 Transformer Equivalent Circuit ................................... 10 2.2.6 Transformer Parameter ................................................ 12 CHAPTER 3 FERRORESONANCE AND ATP DRAW 3.1 Resonance ............................................................................... 15 3.2 Ferroresonance ........................................................................ 16 3.2.1 Definition of Ferroresonance ....................................... 16 3.2.2 Ferroresonance Classification ...................................... 18 3.2.3 Ferroresonance Modelling ........................................... 20 3.2.4 Ferroresonance Mitigation ........................................... 21 3.2.4.1 Ferroresonance Mitigation with Adding Impedance .................................................................... 21 3.3 ATP DRAW ............................................................................ 22

ix

CHAPTER 4 SIMULATION MITIGATION FERRORESONANCE ANALYSIS RESULT 4.1 Feroresonance Modelling ....................................................... 25 4.2 Ferroresonance Simulation ..................................................... 28 4.2.1 Ferroresonance with Changing Cg Parameter .............. 28 4.2.2 Ferroresonance with Changing Csh Parameter ............. 31 4.3 Ferroresonance Mitigation ...................................................... 33 4.3.1 Ferroresonance Mitigation with Adding Shunt Capacitor due to change of Cg ..................................................... 33 4.3.2 Ferroresonance Mitigation with Adding Secondary Capacitor due to change of Cg ..................................... 36 4.3.3 Ferroresonance Mitigation with Adding Resistive Load Bank due to change of Cg ............................................ 39 4.3.4 Ferroresonance Mitigation with Adding Shunt Capacitor due to change of Csh .................................................... 43 4.3.5 Ferroresonance Mitigation with Adding Secondary Capacitor due to change of Csh .................................... 46 4.3.6 Ferroresonance Mitigation with Adding Resistive Load Bank due to change of Csh ........................................... 49 CHAPTER 5 CLOSING 5.1 Conclusion .............................................................................. 53 5.2 Advice..................................................................................... 53 BIBLIOGRAPHY ............................................................................... 55 ENCLOSURE ..................................................................................... 57 BIOGRAPHY...................................................................................... 59

x

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Gambar 2.2 Gambar 2.3 Gambar 2.4 Gambar 2.5 Gambar 2.6 Gambar 2.7 Gambar 3.1

Single Line Diagram sistem tenaga listrik ....................... 3 Transformator tipe inti ..................................................... 7 Transformator tipe cangkang ........................................... 7 Kurva Histeresis............................................................. 10 Rangkaian ekivalen transformator ................................. 11 Pengukuran transformator hubung terbuka .................... 13 Pengukuran transformator hubung singkat .................... 13 (a) Rangkaian resonansi seri (b) Kurva hubungan arus dan frekuensi resonansi .................................................. 16 Gambar 3.2 Rangkaian pemodelan feroresonansi ............................. 17 Gambar 3.3 Fundamental Mode ........................................................ 19 Gambar 3.4 Subharmonic Mode ........................................................ 19 Gambar 3.5 Quasi-periodic mode...................................................... 20 Gambar 3.6 Chaotic Mode................................................................. 20 Gambar 3.7 Pemodelan rangkaian feroresonansi menggunakan perangkat lunak ATP Draw ........................................... 21 Gambar 3.8 Mitigasi feroresonansi dengan penambahan kapasitor shunt pada sisi primer dari transformator daya .............. 22 Gambar 3.9 Mitigasi feroresonansi dengan penambahan kapasitor sekunder pada sisi sekunder dari transformator daya..... 22 Gambar 3.10 Mitigasi feroresonansi dengan penambahan resisitive load bank pada sisi sekunder dari transformator daya ... 22 Gambar 4.1 Single Line Diagram Sistem Transmisi 500 kV ............ 25 Gambar 4.2 Rangkaian Ekivalen Feroresonansi Reduksi .................. 25 Gambar 4.3 Rangkaian Simulasi Feroresonansi ................................ 26 Gambar 4.4 Kurva Magnetisasi Induktansi Nonlinier ....................... 28 Gambar 4.5 Rangkaian Feroresonansi dengan mengubah parameter Cg ................................................................................... 28 Gambar 4.6 Respon tegangan pada sisi primer saat Cg bernilai (a) 0.001 µF (b) 0.01 µF (c) 0.1 µF (d) 1 µF (e) 10 µF ....... 30 Gambar 4.7 Rangkaian Feroresonansi dengan mengubah parameter Csh .................................................................................. 31 Gambar 4.8 Respon tegangan pada sisi primer saat Csh bernilai (a) 0.001 µF (b) 0.01 µF (c) 0.1 µF (d) 1 µF (e) 10 µF ....... 32 Gambar 4.9 Rangkaian Mitigasi Feroresonansi dengan penambahan Kapasitor Shunt pada sisi primer akibat kapasitansi Cg . 33

xi

Gambar 4.10 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan C g sebesar 0.01 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Kapasitor Shunt pada sisi primer sebesar 20 nF ................................................................. 34 Gambar 4.11 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan C g sebesar 0.01 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Kapasitor Shunt sebesar 60 nF pada sisi primer ............................................................................ 35 Gambar 4.12 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan C g sebesar 0.1 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Kapasitor Shunt pada sisi primer sebesar 60 nF ................................................................. 36 Gambar 4.13 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan C g sebesar 0.1 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Kapasitor Shunt sebesar 40 nF pada sisi primer ...................................................................... 36 Gambar 4.14 Rangkaian Mitigasi Feroresonansi dengan penambahan Kapasitor Sekunder pada sisi sekunder akibat kapasitansi Cg ................................................................................... 37 Gambar 4.15 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan C g sebesar 0.01 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Kapasitor Sekunder sebesar 0.5 MVAR pada sisi sekunder .......................................................... 37 Gambar 4.16 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan C g sebesar 0.01 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Kapasitor Sekunder sebesar 5 MVAR pada sisi sekunder .......................................................... 38 Gambar 4.17 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan C g sebesar 0.1 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Kapasitor Sekunder sebesar 1 MVAR pada sisi sekunder .......................................................... 39 Gambar 4.18 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan Cg sebesar 0.1 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Kapasitor Sekunder sebesar 5 MVAR pada sisi sekunder .......................................................... 39 Gambar 4.19 Rangkaian Mitigasi Feroresonansi dengan penambahan Resistive Load Bank pada sisi sekunder akibat kapasitansi Cg ................................................................ 40

xii

Gambar 4.20 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan C g sebesar 0.01 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Resitive Load Bank sebesar 0.1 MW pada sisi sekunder .......................................................... 41 Gambar 4.21 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan Cg sebesar 0.01 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Resistive Load Bank sebesar 0.5 MW pada sisi sekunder .......................................................... 41 Gambar 4.22 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan C g sebesar 0.1 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Resitive Load Bank sebesar 0.1 MW pada sisi sekunder .......................................................... 42 Gambar 4.23 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan C g sebesar 0.1 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Resistive Load Bank sebesar 0.5 MW pada sisi sekunder .......................................................... 42 Gambar 4.24 Rangkaian Mitigasi Feroresonansi dengan penambahan Kapasitor Shunt pada sisi primer akibat Csh .................. 43 Gambar 4.25 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan Csh sebesar 0.001 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Kapasitor Shunt sebesar 20 nF pada sisi primer .................................................................. 44 Gambar 4.26 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan Csh sebesar 0.001 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Kapasitor shunt sebesar 80 nF pada sisi primer. ..................................................................... 44 Gambar 4.27 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan Csh sebesar 0.01 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Kapasitor shunt sebesar 20 nF pada sisi primer ...................................................................... 45 Gambar 4.28 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan Csh sebesar 0.01 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Kapasitor shunt sebesar 40 nF pada sisi primer ...................................................................... 45 Gambar 4.29 Rangkaian Mitigasi Feroresonansi dengan penambahan Kapasitor Sekunder pada sisi sekunder akibat kapasitansi Csh................................................................ 46

xiii

Gambar 4.30 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan Csh sebesar 0.001 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Kapasitor Sekunder sebesar 0.5 MVAR pada sisi sekunder .......................................................... 47 Gambar 4.31 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan Csh sebesar 0.001 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Kapasitor Sekunder sebesar 5 MVAR pada sisi sekunder .......................................................... 47 Gambar 4.32 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan Csh sebesar 0.01 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Kapasitor Sekunder sebesar 1 MVAR pada sisi sekunder. ......................................................... 48 Gambar 4.33 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan Csh sebesar 0.01 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Kapasitor Sekunder sebesar 5 MVAR pada sisi sekunder .......................................................... 48 Gambar 4.34 Rangkaian Mitigasi Feroresonansi dengan penambahan Resistive Load Bank pada sisi sekunder akibat kapasitansi Csh. .............................................................. 49 Gambar 4.35 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan Csh sebesar 0.001 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Resitive Load Bank sebesar 0.1 MW pada sisi sekunder .......................................................... 50 Gambar 4.36 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan Csh sebesar 0.001 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Resistive Load Bank sebesar 0.5 MW pada sisi sekunder ....................................................... 50 Gambar 4.37 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan Csh sebesar 0.01 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Resitive Load Bank sebesar 0.1 MW pada sisi sekunder. ......................................................... 51 Gambar 4.38 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan Csh sebesar 0.01 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Resistive Load Bank sebesar 1 MW pada sisi sekunder .......................................................... 52

xiv

DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Tabel 4.2 Tabel 4.3 Tabel 4.4

Tabel 4.5

Tabel 4.6

Tabel 4.7

Tabel 4.8

Tabel 4.9

Tabel 4.10

Tabel 4.11

Tabel 4.12

Tabel 4.13

Tabel 4.14

Parameter Transformator Daya ......................................... 27 Efek perubahan nilai Cg .................................................... 30 Efek perubahan nilai Csh .................................................. 33 Efek penambahan Kapasitor Shunt pada sisi primer untuk Mitigasi Feroresonansi akibat perubahan Cg sebesar 0.01 µF ...................................................................................... 34 Efek penambahan Kapasitor Shunt pada sisi primer untuk Mitigasi Feroresonansi akibat perubahan Cg sebesar 0.1 µF ...................................................................................... 35 Efek penambahan Kapasitor Sekunder pada sisi sekunder untuk Mitigasi Feroresonansi akibat perubahan Cg sebesar 0.01 µF .............................................................................. 37 Efek penambahan Kapasitor Sekunder pada sisi sekunder untuk Mitigasi Feroresonansi akibat perubahan Cg sebesar 0.1 µF ................................................................................ 38 Efek penambahan Resistive Load Bank pada sisi sekunder untuk Mitigasi Feroresonansi akibat perubahan C g sebesar 0.01 µF .............................................................................. 40 Efek penambahan Resistive Load Bank pada sisi sekunder untuk Mitigasi Feroresonansi akibat perubahan Cg sebesar 0.1 µF ................................................................................ 41 Efek penambahan Kapasitor Shunt pada sisi primer untuk Mitigasi Feroresonansi akibat perubahan Csh sebesar 0.001 µF ...................................................................................... 43 Efek penambahan Kapasitor Shunt pada sisi primer untuk Mitigasi Feroresonansi akibat perubahan Csh sebesar 0.01 µF ...................................................................................... 45 Efek penambahan Kapasitor Sekunder pada sisi sekunder untuk Mitigasi Feroresonansi akibat perubahan Csh sebesar 0.001 µF ............................................................................ 46 Efek penambahan Kapasitor Sekunder pada sisi sekunder untuk Mitigasi Feroresonansi akibat perubahan Csh sebesar 0.01 µF .............................................................................. 48 Efek penambahan Resistive Load Bank pada sisi sekunder untuk Mitigasi Feroresonansi akibat perubahan Csh sebesar 0.001 µF ............................................................................ 49

xv

Tabel 4.15 Efek penambahan Resistive Load Bank pada sisi sekunder untuk Mitigasi Feroresonansi akibat perubahan Csh sebesar 0.01 µF .............................................................................. 51

xvi

BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Penggunaan energi listrik di masa kini sangatlah penting. Kegunaan dari energi listrik sendiri dimanfaatkan pada aktifitas yang dilakukan oleh masyarakat sehari-hari. Untuk mendapatkan energi listrik tersebut dibutuhkan sebuah transmisi panjang dari tempat pembangkitan energi menuju ke tempat masing-masing. Dalam penyalurannya dibutuhkan sebuah transformator yang dapat menaikkan tegangan dari pembangkit dan menurunkannya kembali saat ingin didistribusikan sehingga dapat digunakan. Diharapkan transformator itu sendiri dapat bekerja sesuai dengan yang diinginkan. Dan tidak terdapat kerusakan yang dapat mengganggu keandalan dari transformator tersebut. Transformator Daya merupakan salah satu transformator yang dapat menaikkan tegangan dan menurunkan tegangan. Dalam penggunaan transformator daya terdapat sebuah fenomena yang dapat mengakibatkan keandalan dari transformator daya terganggu bahkan bisa membuat transformator daya tersebut rusak. Fenomena feroresonansi merupakan salah satu fenomena yang dapat menyebabkan kerusakan pada transformator daya. Feroresonansi mengakibatkan overvoltage dan overcurrent serta harmonisa yang tidak normal sehingga sangat berbahaya bagi peralatan [1]. Feroresonansi dapat terjadi disebabkan oleh induktor non-linear serta kapasitor di sebuah rangkaian listrik yang mempunyai nilai rugi-rugi yang kecil [2]. Fenomena feroresonansi salah satunya disebabkan oleh switching akibat pengoperasian pada circuit breaker. Masalah yang dibahas dalam studi ini adalah bagaimana mengruangi fenomena feroresonansi pada sistem tenaga listrik dengan melakukan simulasi pada pemodelan sebuah rangkaian feroreosnansi yang terjadi di peralatan transformator pada gardu induk 500 kV. Masalah dalam studi ini dibatasi pada analisis pengaruh nilai-nilai impedansi yaitu kapasitor serta resistor yang dapat mengurangi dampak pada fenomena feroresonansi yang disebabkan oleh switching akibat pengoperasian pada circuit breaker. Tujuan yang ingin dicapai dalam studi ini adalah mengevaluasi rentang nilai impedansi yaitu kapasitor serta resistor yang dapat mengurangi gangguan yang disebabkan oleh fenomena feroresonansi.

1

Metode yang digunakan untuk studi ini adalah melakukan studi literature serta pengumpulan data mengenai feroresonansi serta metode umum yang biasa digunakan untuk melakuka analisa. Kemudian menentukan parameter dari komponen yang akan digunakan dalam pemodelan rangkaian seperti parameter saluran transmisi, transformator daya, kapasitansi circuit breaker, dan sebagainya. Langkah selanjutnya adalah melakukan pemodelan simulasi menggunakan perngkat lunak ATP Draw lalu langkah selanjutnya adalah melakukan simulasi pemodelan rangkaian. Hasil dari simulasi yaitu berupa grafik fungsi tegangan terhadapa waktu. Hasil dari simulasi inilah yang digunakan untuk menganalisa dan dapat ditarik kesimpulan untuk studi ini.

1.2 Sistematika Penulisan Sistematika dalam penulisan buku Tugas Akhir ini dibagi menjadi lima bagian. Dalam bab 1 berisikan pendahuluan yang mengandung latar belakan, permasalah, batasan masalah, tujuan, metode penelitian, sistematika penulisan, serta relevansi yang dicapai dalam pelaksanaan Tugas Akhir ini. Dalam bab 2 berisikan tentang teori-teori yang menunjang, bersangkutan dengan sistem transmisi tenaga listrik serta transformator. Dalam bab 3 berisikan teori-teori dasar mengenai fenomena feroresonansi serta mengenai ATP Draw. Dalam bab 4 berisikan simulasi pemodelan rangkaian feroresonansi berdasarkan parameter gangguan yang telah ditetapkan serta penambahan impedansi dalam pemodelan rangkaian feroresonansi agar dapat berdampak pada fenomena feroresonansi menggunakan perangkat lunak ATP Draw. Dan yang terakhir, dalam bab 5 berisikan kesimpulan yang dapat diambil dan saran yang bersangkutan dengan Tugas Akhir yang telah dilakukan.

2

BAB 2 SISTEM TRANSMISI TENAGA LISTRIK DAN TRANSFORMATOR 2.1 Sistem Transmisi Tenaga Listrik Kebutuhan akan daya listrik sangat penting dalam kehidupan masyarakat serta dalam pengembangan berbagai sektor utamanya dalam sektor ekonomi. Ekonomi modern saat ini sangat tergantung pada listrik dalam penggunaan untuk kehidupan. Hal ini menyebabkan peningkatan humlah pembangkit listrik dan kapasitas, akibatnya pada saluran transmisi yang menghubungkan pada pembangkit ke pusat-pusat beban akan meningkat. Sistem tenaga listrik secara luas yang saling berhubungan, perlu sistem interkoneksi karena selain pengiriman melalui saluran transmisi terdapat pembangkit listrik di mana komposisi energi per jenis pembangkit listrik dan pusat-pusat beban untuk meminimalkan total kapasitas daya dan biaya. Transmisi interkonesi memungkinkan mengambil keuntungan dari keragaman beban, ketersediaan sumber dan harga untuk pasokan listrik ke beban dengan biaya minimum dengan keandalan yang dibutuhkan. Tingginya kebutuhan akan tenaga listrik tersebut, maka dibutuhkan suatu sistem pengelolaan energi listrik. Energi listrik tersebut dapat dimanfaatkan secara maksimal guna memenuhi kebutuhan masyarakat akan energi listrik saat ini maupu di masa yang akan dating. Dalam sistem tenaga listrik terdiri dari sistem pembangkit, sistem transmisi dan sistem distribusi. Secara umum, dalam sistem pembangkitan dan sistem transmisi merupakan sistem kelistrikan dalam skala besar, sedangkan distribusi merupakan tujuan akhir yang berarti untuk mentransmisikan daya listrik sampai pada akhir tujuan tersebut yaitu pada konsumen atau beban. Pembangkit 13.8 kV

Trafo Step-Up 13.8 kV / 150 kV

Transmisi 150 kV

Trafo Step-Down 150 kV / 20 kV

Gambar 2.1 Single Line Diagram sistem tenaga listrik

3

Distribusi 20 kV

Tegangan yang digunakan dalam penyaluran energi listrik dari pembangkit listrik ke beban atau konsumen dengan menggunakan saluran transmisi adalah 500 kV untuk tingkat tegangan ekstra tinggi, 150 kV untuk tegangan tinggi. Untuk tingkat tegangan menengah digunakan 20 kV sebagai penyaluran dengan menggunakan saluran distribusi. Sedangkan untuk penyaluran ke beban atau konsumen digunakan tingkat tegangan rendah yaitu sebesar 380/220 V. Pada tiap-tiap tingkat tegangan yang berbeda-beda terdapat sebuah gardu induk, dimana gardu induk tersebut merupakan sebuah tempat dimana digunakan untuk menaikkan tegangan ke tingkat tegangan tertentu yang biasanya digunakan pada tingkat tegangan tinggi dan tingkat tegangan menengah serta menurunkannya ke tingkat tegangan tertentu. Untuk menyalurkan energi listrik, sebagai fungsi utamanya sistem transmisi tenaga listrik merupakan sistem yang sangat penting. Sistem transmisi tenaga listrik dari pusat pembangkit sampai dengan sistem distribusi menyalurkan energi listrik melalui sebuah media hantar. Konduktor yang digunakan sebagai media hantar, mempunyai keragaman sesuai dengan kondisi pada sistem transmisinya. Tingkat tegangan yang dialirkan pada sistem transmisi terdapat pada tingkat tegangan tinggi dan tingkat tegangan ekstra tinggi. Tingkat tegangan yang tinggi dan ekstra tinggi tersebut dilakukan untuk mengurangi rugi- rugi drop tegangan yang terjadi pada saluran. Hubungan antara tegangan dan arus dijelaskan pada persamaan berikut : 𝑉=𝐼𝑥𝑅 (2.1) Dimana : V = Tegangan (Volt) I = Arus (Ampere) R = Tahanan (Ohm) Jika nilai tegangan yang semakin meningkat dengan hambatan yang tetap maka akan didapatkan nilai arus yang semakin kecil. Nilai arus (I) yang kecil ini mempengaruhi rugi-rugi daya yang terdapat pada sistem transmisi. Rugi-rugi daya pada sistem transmisi dapat dilihat pada persamaan 2.2 berikut. 𝑃 = 𝐼2 𝑅 (2.2) Dimana : P = Rugi-rugi daya (Watt) I = Arus (Ampere) R = Hambatan (Ohm) 4

Dengan tingkat tegangan yang tinggi dapat memperkecil arus sehingga rugi-rugi daya pada saluran tranmisi menjadi kecil. Semakin besar tingkat tegangan yang digunakan maka daya yang hilang akan semakin kecil akibat dari arus yang juga semakin kecil. Paramaeter yang mempengaruhi dari sistem kerja suatu saluran terdapat pada resistansi, kapasitansi, induktansi serta konduktansi yang terdapat pada saluran transmisi tersebut. 1. Resistansi Setiap kawat penghantar mempunyai nilai resistansi yang terdapat pada saluran transmisi berpengaruh terhadap rugi-rugi daya. Persamaan dibawah ini menjabarkan nilai pada resistansi: ℓ R=ρ Ohm (2.3) A Dimana: ρ = Resistivitas penghantar (Ohm m) ℓ = Panjang (m) A = Luas penampang (m2) Untuk menghitung besaran resistansi pada kawat penghantar digunakan persamaan diatas. Semakin besar resistivitas penghantarnya serta semakin panjang dari kawat penghantar tersebut didapatkan resistansi yang besar pula. Akan tetapi ketika arus bolak balik mengalir pada konduktor, kerapatan arus pada konduktor terdistirbusi secara tidak merata karena cenderung menuju ke bagian luar penampang. 2. Kapasitansi Kapasitansi merupakan perbedaan potensial penghantar dengan tanah atau perbedaan potensial antar penghantar yang terjadi pada sebuah saluran transmisi. Kapasitansi antara penghantar sejajar nilainya bergantung terhadap ukuran serta jarak pemisah antar penghantar. Persamaan 2.5 menerangkan mengenai nilai kapasitansi antara kawat penghantar dengan tanah. C=

0,02413 μF ⁄km 2h log r

Dimana: h = Jarak antara kawat penghantar dengan tanah (m) r = Radius konduktor (cm) 5

(2.4)

3. Induktansi Pada suatu kawat penghantar yang dialirkan arus yang berubahubah terhadap waktu maka akan timbul medan magnet, saat medan magnet dengan permeabilitas yang konstan maka fluks magnet akan berbanding lurus dengan arus sehingga tegangan pada induktansi berbanding lurus dengan perubahan arus terhadap waktu e=L

di dt

(2.5)

Dimana: e = Tegangan (V) L = Induktansi rangkaian (H) di dt

= Kecepatan perubahan arus (A/s)

4. Konduktansi Konduktansi terjadi ketika terdapat arus yang mengalir pada sebuah isolator atau permukaan kawat (arus bocor) yang disebabkan oleh adanya daya yang hilang akibat dari dielektrik yang digunakan. Nilai konduktansi dapat diabaikan dikarenakan arus bocor pada isolator sauran udara memiliki nilai yang kecil.

2.2 Transformator[3] Transformator merupakan sebuah peralatan tenaga listrik yang mengubah sumber tegangan AC dengan tingkat tegangan tertentu menuju sumber tegangan AC dengan tingkat tegangan tertentu dengan melalui penerapan dari medan magnet. Transformator tersebut terdiri dari dua atau lebih kumparan yang mengelilingi sebuah inti dengan berbahan feromagnetik. Kumparan tersebut tidak terhubung langsung satu sama lain. Kegunaan dari transformator sangatlah penting untuk penyaluran daya listrik pada suatu sistem tenaga listrik. Dalam sistem tenaga listrik seperti transmisi, distribusi juga pada gardu induk membutuhkan transformator. Dengan fungsi utama dari transformator untuk mengubah tingkat tegangan tertentu menjadi ke tingkat tegangan tertentu sesuai yang diinginkan. 2.2.1 Konstruksi Transformator Transformator yang berintikan besi tersebut mempunyai dua jenis konstruksi yang umumnya digunakan dalam sistem kelistrikan, yaitu 6

transformator dengan tipe inti (core-form) dan transformator dengan tipe cangkang (shell-form). Pada transformator dengan tipe inti (core-form), belitan yang mengelilingi inti berada pada kedua lengan dari sebuah inti besi yang berbentuk seperti segi empat. Belitan tersebut terdiri dari 2 bagian, yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder yang berada pada tiap sisi lengan transformator yang dapat dilihat pada Gambar 2.2. Sementara belitan yang mengelilingi bagian lengan tengah dari sebuah inti besi yang mempunyai tiga lengan merupakan transformator dengan kontruksi yang bertipe cangkang (shell-form). Pada konstruksi dengan tipe cangkang, kumparan primer dan kumparan sekunder mengelilingi inti besi yang berada pada tengah lengan dari inti besi dan dapat dilihat pada Gambar 2.3.

Gambar 2.2 Transformator tipe inti

Gambar 2.3 Transformator tipe cangkang

7

2.2.2 Transformator Ideal Transformator ideal merupakan transformator yang mengkonversikan energi yang terdapat pada sisi primer menuju pada sisi sekunder tanpa adanya rugi-rugi (losses) sehingga energi yang dikonversikan tidak berubah menjadi energi lain. Pada pengaplikasiannya transformator ideal tidak bisa direalisasikan dikarenakan terdapat banyak rugi-rugi yang terjadi akibat dari transformator tersebut. Resistansi pada belitan diabaikan, fluks bocor diabaikan, tidak terdapat rugi inti, serta permeabilitas dari inti besi sangat tinggi sehingga diasumsikan bahwa effisiensi dari transformator tersebut adalah 100 persen. Dari asumsi tersebut gaya gerak listrik yang dihasilkan pada sisi primer dari transformator ideal berbanding lurus dengan jumlah belitan terhadap perubahan fluks terhadap waktu. Dapat dilihat pada persamaan 2.6 𝑒1 = 𝑁1

𝑑∅

(2.6)

𝑑𝑡

Pada belitan sekunder gaya gerak listrik yang didapatkan dari hasil fluks yang mengalir melalui inti besi dari belitan primer. 𝑒2 = 𝑁2

𝑑∅

(2.7)

𝑑𝑡

Maka dengan asumsi transformator yang ideal sehingga fluks yang dihasilkan pada belitan primer sama dengan fluks yang dihasilkan pada belitan sekunder didapatkan persamaan 2.8 𝑒1 𝑒2

𝑁

𝑉

= 𝑁1 = 𝑉1 2

(2.8)

2

Dimana: e = GGL induksi (Volt) N = Jumlah lilitan d∅ = Perubahan fluks (Weber) dt = Perubahan waktu (s) 2.2.3 Transformator Tidak Ideal Realitanya penggunaan dari peralatan listrik tidak pernah mencapai kemampuan maksimumnya. Terlebih pada transformator yang mempunyai banyak faktor yang membuat kemampuannya tidak 8

maksimal. Faktor-faktor tersebut terdapat pada resistansi pada belitan, fluks yang bocor, permeabilitas dari intinya sendiri dan masih banyak hal lainnya. Fluks yang dihasilkan dari kumparan yang satu tidak sepenuhnya menuju ke kumparan yang lainnya. Terdapat fluks yang mengalir ke luar kumparan. Fluks yang hilang tersebut adalah fluks bocor. Resistansi pada inti dan reaktansi magnetik juga ikut menambahkan kerugian pada transformator. Permeabilitas pada inti yang terbatas yang terdapat pada transformator mempengaruhi nilai arus yang dibutuhkan untuk menghasilkan gaya gerak magnet untuk mempertahankan fluks yang dibutuhkan pada transformator. Arus dan gaya gerak magnet yang dibutuhkan sebanding dengan kerapatan fluks (B) yang terjadi pada inti transformator. Pernyataan tersebut berdasarkan pada persamaan, B = μH =

Φ A

(2.9)

Nilai H didapatkan dari, H=

Ni ℓ

(2.10)

Sehingga ∅ = ∫ B. ds = Aμ

Ni ℓ

(2.11)

Dimana: B = Kerapatan fluks (Wb/m2) μ = Permeabilitas H = Intensitas medan magnet (At/m) Φ = Fluks (Wb) A = Luas permukaan (m2) N = Jumlah lilitan i = Ampere (A) 2.2.4 Kurva Histeresis Di dalam sebuah transforamtor terdapat sebuah inti besi yang memliki kurva kerjanya dikarenakan dari bahan inti besi tersebut yang

9

mempengaruhi kurva kinerjanya. Dalam kurvanya dilihat pada kerapatan fluks terhadap intensitas medan magnet.

Gambar 2.4 Kurva Histeresis [4]

Ketika diberi gaya gerak magnetik pada inti besi, kerapatan fluks akan naik namun tidak secara linier. Setelah mencapai titik maksimumnya, kerapatan fluks akan bersaturasi. Setelah saturasi ketika nilai dari intensitas medan magnet dikecilkan hingga bernilai 0, nilai dari kerapatan fluks tidak seperti saat dinaikkan nilai intensitas medan magnetnya. Hal tersebut terjadi karena terdapat sisa kerapatan fluks pada bahan tersebut. Dan setelah nilai intensitas medan magnet dinaikkan kembali dan menurunkannya kembali hingga mencapai nilai 0 dan mengulangi hal tersebut berulang kali terbentuklah kurva histeresis seperti pada gambar 2.4 2.2.5 Rangkaian Ekivalen Transformator Untuk memudahkan dalam menganalisa kerja sebuah transformator dapat dilakukan dengan membuat rangkaian ekivalen dari sebuah transformator seusai dengan kondisi transformator tersebut terlebih pada setiap kumparan dari sisi transformator tersebut dan juga pada inti dari transformator tersebut. Gambar 2.5 merupakan rangkaian ekivalen dari sebuah transformator.

10

Gambar 2.5 Rangkaian ekivalen transformator

Berdasarkan rangkaian ekivalen diatas maka diperoleh:

E1 E2

V1 = E1 + I1 R1 + I1 X1

(2.12)

E2 = V2 + I2 R2 + I2 X2

(2.13)

=

N1 N2

= a atau E1 = aE2

(2.14)

Dari persamaan 2.13 dan 2.14 maka diperoleh : E1 = a( I2Zl + I2 R2 + I2 X2)

(2.15)

Dengan adanya persamaan : I′2 𝑁2 1 = = atau 𝐼2 = a𝐼′2 𝐼2 𝑁1 a

(2.16)

Sehingga diperoleh persamaan : E1 = a2 I’2 Zl + a2 I’2 R2 + a2 I’2 X2

(2.17)

V1 = a2 I’2 Zl + a2 I’2 R2 + a2 I’2 X2 + I1 R1 + I1 X1

(2.18)

Dengan penyederhanaan rangkaian, maka diperoleh : Req = R1 + (N1/N2)2. R2 Xeq = X1 + (N1/N2)2. X2

11

(2.19) (2.20)

Dimana : V1 = Tegangan primer (V) V2 = Tegangan sekunder(V) E1 = Ggl primer (V) E2 = Ggl sekunder (V) R1 = Hambatan primer (Ω) R2 = Hambatan sekunder (Ω) I1 = Arus primer (A) I2 = Arus sekunder (A) X1 = Reaktansi primer (Ω) X2 = Reaktansi sekunder (Ω) N1 = Jumlah lilitan primer N2 = Jumlah lilitan sekunder Zl = Impedansi beban (Ω) a = Konstanta 2.2.6 Parameter Transformator Untuk mendapatkan parameter yang terdapat pada rangkaian ekivalen seperti nilai resistansi pada sisi primer, resistansi pada sisi sekunder, reaktansi pada sisi primer, reaktansi pada sisi sekunder, resistansi dan reaktansi pada inti dapat dilakukan dengan melakukan pengukuran saat kondisi hubung terbuka (open-circuit test) dan melakukan pengukuran saat kondisi hubung singkat. Pengukuran saat kondisi hubung terbuka (open-circuit test) digunakan untuk memperoleh nilai dari parameter inti, yaitu resistansi inti (Rc) dan reaktansi magnetisasi (Xm). Saat kondisi hubung terbuka, tegangan Vp diberikan pada kumparan primer, maka hanya arus primer Ip yang mengalir dari pengukuran daya yang masuk (Pp). Dikarenakan nilai dari resistansi primer dan reaktansi primer jauh lebih kecil dibandingkan nilai pada resistansi dan reaktansi inti, maka nilai resistansi dan reaktansi primer pada pengukuran ini dapat diabaikan. Gambar 2.6 menjelaskan mengenai pengukuran transformator hubung terbuka. Berdasarkan pengukuran transformator hubung terbuka pada gambar 2.6, maka diperoleh : I𝑜𝑐 (2.21) 𝑅𝑐 = 1/(| |)cosθ 𝑉𝑜𝑐 I𝑜𝑐 (2.22) 𝑋𝑚 = 1/(| |)sinθ V𝑜𝑐 12

Gambar 2.6 Pengukuran transformator hubung terbuka

Dimana : Rc = Resistansi inti (Ohm) Voc = Tegangan primer tanpa beban (Volt) Ioc = Arus Primer tanpa beban (Ampere) Xm = Reaktansi magnetisasi (Ohm) Pengukuran saat kondisi hubung singkat (short-circuit test) digunakan untuk memperoleh nilai resistansi ekivalen (Req) dan nilai reaktansi ekivalen (Xeq). Saat kondisi hubung singkat dilakukan dengan menghubungkan sisi sekunder dengan impedansi yang bernilai hingga mendekati nol, sehingga hanya impedansi yang membatasi arus. Saat hubung singkat (short-circuit test) dilakukan, nilai tegangan yang diberikan harus bernilai kecil sebab nilai dari Req dan Xeq relatif kecil sehingga tidak melebihi arus nominal dari rating transformator. Tegangan di sisi sekunder pada pengukuran hubung singkat yang relatif kecil menyebabkan tegangan jatuh pada Rc dan Xm sangat kecil, sehingga nilainya dapat diabaikan. Oleh karena itu tegangan yang diperoleh merupakan tegangan pada impedansi antara resistansi ekivalen dan reaktansi ekivalen. Gambar 2.6 menjelaskan mengenai pengukuran transformator hubung singkat.

Gambar 2.7 Pengukuran transformator hubung singkat

13

Berdasarkan pengukuran transformator hubung singkat di atas, maka diperoleh : R 𝑒𝑞 = |

V𝑠𝑐 | cosθ I𝑠𝑐

(2.23)

V𝑠𝑐 | sinθ I𝑠𝑐

(2.24)

X𝑒𝑞 = |

Dimana : Req = Resistansi ekivalen (Ohm) Xeq = Reaktansi ekivalen (Ohm) Vsc = Tegangan primer hubung singkat (Volt) I sc = Arus Primer hubung singkat (Ampere)

14

BAB 3 FERORESONANSI DAN ATP DRAW 3.1 Resonansi Resonansi merupakan sebuah fenomena yang dapat terjadi pada sebuah sistem kelistrikan di semua tingkat tegangan. Hal ini yang mendasari agar dapat memahami fenomena feroresonansi. Pada sebuah rangkaian listrik yang terdapat unsur elemen kapasitor (C) dan induktor (L) dapat terjadi fenomena resonansi tersebut. Resonansi terbagi menjadi dua tipe yaitu resonansi seri dan resonansi paralel. Resonansi seri terdapat pada rangkaian listrik dimana kapasitor (C) dan induktornya dihubungkan secara seri sedangan resonansi paralel terdapat pada rangkaian listrik dimana kapasitor (C) dan induktor (I) dihubungkan secara parallel. Resonansi seri merupakan rangkaian listrik dengan komponen induktor dan kapasitor yang disusun secara seri ketika frekuensi sumber diubah-ubah sehingga dapat terjadi resonansi dimana nilai reaktansi induktif sama dengan reaktansi kapasitif. XL = XC

(3.1)

Dimana: XL = Reaktansi Induktif XC = Reaktansi Kapasitif Dari pengertian tersebut dapat diambil kesimpulan bahwa syarat terjadinya resonansi adalah: LCω2 n = 1

(3.2)

Dimana: L = induktor (Henry) C = kapasitor (Farad) ωn = kecepatan sudut (Rad/s) Sehingga ketika resonansi terjadi maka nilai impedansi rangkaian akan berubah dimana dalam persamaan ditulis: Z = R + jX 15

(3.3)

Dimana: Z = Impedansi R = Resistansi X = Reaktansi Dari persamaan 3.2 dan 3.3, ketika resonansi terjadi frekuensi sumber menjadi frekuensi resonansi maka nilai reaktansi akan menjadi nol. Nilai reaktansi yang sama dengan nol tersebut menyebabkan nilai impedansi mencapai nilai yang minimum. Saat nilai impedansi bernilai minimum maka nilai arus (I) akan mencapai maksimum. Dapat dilihat pada gambar 3.1 rangkaian resonansi seri dan kurva hubungan arus dan frekuensi resonansi. I

f (a)

(b)

Gambar 3.1 (a) Rangkaian resonansi seri (b) Kurva hubungan arus dan frekuensi resonansi

3.2 Feroresonansi 3.2.1 Pengertian Feroresonansi Feroresonansi atau resonansi non-linier merupakan fenomena gangguan non-linier kompleks yang dapat menyebabkan tegangan lebih pada sistem tenaga listrik sehingga dapat membahayakan sistem transmisi, isolasi, sistem proteksi, peralatan serta operator. Apabila pada sistem terjadi gangguan kompleks yang tidak dapat dijelaskan secara spesifik, kemungkinan hal tersebut adalah gejala feroresonansi. Pada tahun 1920 literatur pertama kali mengenai feroresonansi yang menggambarkan osilasi yang muncul pada sistem tenaga listrik. Sistem tenaga listrik tersebut mempunyai elemen-elemen yang setidaknya 16

terdapat elemen sumber tegangan sinusoidal, kapasitor serta induktansi non-linier. Nilai kapasitor didapatkan dari kapasitansi saluran, grading kapasitansi dan kapasitansi transformator. Sedangkan induktansi nonlinier diperoleh akibat penggunaan transformator daya, transformator pengukur tegangan dan reaktor shunt pada sistem tenaga listrik.

Gambar 3.2 Rangkaian pemodelan feroresonansi

Untuk memudahkan dalam memahami feroresonansi pendekatan dengan menggunakan rangkaian resonansi seri. Pada rangkaian resonansi seri penggunaan induktor diganti menjadi induktor nonlinear sebagai pemodelan dari inti trafo sehingga rangkaiannya berubah dari rangkaian resonansi seri menjadi rangkaian feroresonansi. Fenomena yang terjadi pada rangkaian feroresonansi sama dengan pada rangkaian resonansi seri yang menimbulkan kenaikan arus yang sangat besar dikarenakan impedansi rangkaian yang kecil yang berakibat dari nilai reaktansi pada kapasitor sama dengan nilai reaktansi pada induktor non-linier. Ketika arus yang naik menyebabkan rapat fluks yang juga akan naik mencapai titik saturasi dan tidak lagi linear. Saat nilai arus yang naik pada inti trafo yang bersifat feromagnetik melalui titik saturasinya maka induktansi akan berubah sangat cepat sehingga terjadi interaksi antara kapasitor dan inti besi induktor akan menghasilkan tegangan dan arus yang tidak biasa. Gambar 3.2 merupakan rangkaian feroresonansi dengan induktor yang digantikan menggunakan induktor nonlinear. Bahan feromagnetik yang terdapat pada inti transformator yang menyebabkan timbulnya ketidaklinieran pada induktansi yang dapat menyebabkan feroresonansi dapat terjadi. Munculnya lebih dari satu respon steady state pada parameter jaringan yang sama menjadi penyebab utama dari feroresonansi. Respon yang berubah cepat dari suatu respon steady state normal menjadi respon steady state feroresonansi yang dapat menyebabkan kerusakan pada peralatan listrik.

17

Beberapa gejala yang timbul yang menunjukkan kehadiran feroresonansi pada sistem tenaga listrik antara lain : 1. Penyimpangan yang besar untuk nilai tegangan lebih dan arus lebih. 2. Pemanasan berlebih dan suara bising pada trasformator. 3. Munculnya frekuensi-frekuensi harmonisa. Gejala-gejala pada sistem tenaga listrik tersebut bisa berakibat dari pengisisan daya trafo, lightning overvoltage, switching, gangguan transien lainnya dapat memicu fenomena feroresonansi[5]. Feroresonansi yang terjadi pada sistem kelistrikan umumnya muncul akibat dari sistem yang tidak seimbang. Misalnya pada switching yang menyebabkan sebuah komponen kapasitif terhubung seri dengan impedansi magnetisasi transformator. Kondisi ini menyebabkan tegangan lebih yang berpengaruh besar terjadinya gangguan pada transformator, kabel, maupun arrester. Switching yang terjadi merupakan gejala abnormal switching dimana dapat disebabkan oleh hal-hal berikut ini : 1. Kesalahan pada operator dimana saat switching menarik sebuah siku konektor secara manual. 2. Pengoperasian fuse ketika ada gangguan, yang menyebabkan switch terbuka. 3. Pengisian energi transformator secara manual 4. Switching kabel manual untuk rekonfigurasi sebuah rangkaian kabel pada saat kondisi darurat. 3.2.2 Klasifikasi Feroresonansi[6] Berdasarkan pengalaman terbentuknya gelombang yang terdapat pada sistem tenaga listrik, percobaan untuk mengurangi pemodelan pada sistem tenaga listrik, dan simulasi yang berulang-ulang bisa didapatkan kesimpulan terdapat 4 klasifikasi feroresonansi. Klasifikasi feroresonansi dibagi menjadi 4 bentuk dari gelombang feroresonansi yaitu Fundamental Mode, Subharmonic Mode, Quasi-periodic Mode dan Chaotic Mode. a. Fundamental Mode Fundamental Mode memiliki tegangan dan arus dengan periode yang sama dengan sistem dan dapat mengandung berbagai tingkat harmonisa. Spektrum sinyal merupakan discontinuous spectrum yang terbentuk dari frekuensi sistem (f0) dan frekuensi harmonisa (2f0, 3f0, ...). Gambar 3.3 merupakan bentuk dari Fundamental Mode

18

Gambar 3.3 Fundamental Mode

b. Subharmonic Mode Sinyal feroresonansi Subharmonic Mode memiliki periode nT yang merupakan kelipatan dari periode sumbernya. Keadaan ini disebut sebagai subharmonic atau harmonic 1/n. Feroresonansi dari Subharmonic Mode terdapat pada orde ganjil. Spektrumnya menunjukkan sinyal fundamentalnya sama dengan f0/n dan juga pada harmonisanya. f0 merupakan frekuensi sumber dan n merupakan bilangan bulat. Gambar 3.4 merupakan bentuk dari Subharmonic Mode.

Gambar 3.4 Subharmonic Mode

c. Quasi-periodic Mode Pada sinyal feroresonansi Quasi-periodic Mode atau bisa disebut juga sebagai pseudo-periodic tidak berperiodik. Spektrum sinyalnya merupakan discontinous dimana frekuensinya dapat didefinisikan sebagai 𝑛𝑓1 + 𝑚𝑓2 (2.9) Dimana: n = bilangan bulat m = bilangan bulat 19

f1 f2

= bilangan riil irasional = bilangan riil irasional

Gambar 3.5 Quasi-periodic mode

d. Chaotic Mode Spektrum pada Chaotic Mode adalah spectrum yang continuous dikarenakan tidak diinterupsi oleh frekuensi apapun serta bentuknya tidak teratur. Gambar 3.6 merupakan bentuk dari Chaotic Mode.

Gambar 3.6 Chaotic Mode

3.2.3 Pemodelan Rangkaian Feroresonansi Untuk memudahkan dalam mensimulasikan fenomena feroresonansi pada sebuah sistem tenaga listrik dilakukan sebuah pemodelan rangkaian feroresonansi. Dalam studi ini feroresonansi yang disimulasikan terjadi pada kumparan transformator daya. Yang membuat terjadinya feroresonansi akibat gangguan yang terjadi ketika pengoperasian switching. Sehingga pada perangkat lunak ATP Draw dimodelkan dengan komponen-komponen utama yaitu saluran transmisi 500 kV, switch dan kumparan primer sekunder pada transformator daya.

20

Gambar 3.73 Pemodelan rangkaian feroresonansi menggunakan perangkat lunak ATP Draw

3.2.4 Mitigasi Feroresonansi Untuk dapat mengurangi feroresonansi yang terjadi pada sebuah sistem tenaga listrik ataupun pada peralatan listrik yang diakibatkan dari pengisisan daya trafo, lightning overvoltage, switching, gangguan transien lainnya dilakukan teknik mitigasi. Dalam CIGRE technical brochure no. 569, teknik mitigasi yang dapat dilakukan pada transformator daya dikelompokkan menjadi 3 dasar pendekatan[7]: 1. Hindari parameter rangkaian atau kondisi operasi yang dapat membuat feroresonansi 2. Meminimalisir transfer energi yang dapat membuat osilasi dari feroresonansi bertambah lama 3. Dengan mengatur durasi dari feroresonansi dengan cara pengoperasian pada switching Dari pendekatan diatas maka didapatkan 4 cara teknik mitigasi agar dapat mengurangi feroresonansi pada transformator daya. Yaitu dengan penambahan kapasitas dari kapasitor shunt pada sisi primer dari transformator daya, perubahan karakteristik saturasi transformator dengan permeabilitas inti transformator yang mempunyai nilai fluks yang kecil, penambahan kapastior bank pada sisi sekunder dari transformator serta penambahan resistive load bank pada sisi sekunder dari transformator[8]. 3.2.4.1 Mitigasi Feroresonansi dengan Penambahan Impedansi Pada studi ini untuk mengurangi dampak dari feroresonansi yang terjadi akibat gangguan oleh pengoperasian switching dilakukan dengan teknik mitigasi dengan cara penambahan impedansi yaitu berupa kapasitor atau resistor. Pada gambar 3.8 merupakan teknik mitigasi dengan penambahan kapasitor pada sisi kumparan primer dari transformator daya.

21

Gambar 3.84 Mitigasi feroresonansi dengan penambahan kapasitor shunt pada sisi primer dari transformator daya

Pada gambar 3.9 merupakan mitigasi feroresonansi dengan penambahan kapsitor sekunder yang dibuat paralel terhadap kumparan sisi sekunder transformator daya.

Gambar 3.95 Mitigasi feroresonansi dengan penambahan kapasitor sekunder pada sisi sekunder dari transformator daya

Gambar 3.10 menunjukkan mitigasi feroresonansi dengan menambahkan resisitive load bank pada sisi sekunder yang dibuat seri dengan kumparan sisi sekunder transformator daya

Gambar 3.106 Mitigasi feroresonansi dengan penambahan resisitive load bank pada sisi sekunder dari transformator daya

3.3 ATP Draw Perangkat yang digunakan untuk mensimulasikan dan memodelkan rangkaian feroresonansi adalah perangkat lunak Alternative Transient Program (ATP). Perangkat lunak ATP merupakan perangkat lunak yang pemakaiannya paling luas untuk mensimulasikan mengenai peristiwa22

peristiwa transien. Pernagkat lunak tersebut ditulis dengan bahasa Borland Delphi 2.0 serta dapat digunakan dan berjalan dengan normal pada operasi computer Windows 9x/NT/2000 XP. Pada perangkat lunak ATP Draw dapat dilakukan pemodelan rangkaian listrik dengan memilih komponen yang akan digunakan dari menu yang disediakan kemudian perangkat lunak ATP Draw menghasilkan file masukan dengan ekstensi ATP. Simulasi pada perangkat lunak ATP dan plot hasil pengolahan terintergrasi pada ATP Draw

23


24

BAB 4 ANALISIS HASIL SIMULASI MITIGASI FERORESONASI Sistem kelistrikan seperti pada sistem transmisi yang telah dijelaskan pada bab sebelumnya, dapat memungkinkan terjadinya feroresonansi. Simulasi dilakukan untuk mengetahui fenomena feroresonansi yang terjadi akibat gejala dari gangguan masih berada pada batas aman atau tidak. Pada studi ini terjadi pada sistem transmisi sehingga dilakukan simulasi pemodelan rangkaian feroresonansi yang diakibatkan dari pengoperasian switching sebuah circuit breaker seperti pada gambar 4.1. Sumber Tegangan AC

Fault

500 kV CB

500 kV

Transmission Line

150 kV CB

Trafo Step-Down

Gambar 4.1 Single Line Diagram Sistem Transmisi 500 kV

Pemodelan yang digunakan seperti pada gambar 4.1 direduksi menjadi rangkaian ekivalen feroresonansi seperti pada gambar 4.2

Cg Lmt

Csh

Rmt

Gambar 4.2 Rangkaian Ekivalen Feroresonansi Reduksi [8]

4.1 Pemodelan Rangkaian Feroresonansi Dapat dilihat pada gambar 4.2 terdapat elemen-elemen seperti Vs, Cg, Csh, Lnon dan R. Cg merupakan nilai kapasitif yang diakibatkan

25

pengoperasian switching sebuah circuit breaker. Csh merupakan nilai kapasitif yang ditimbulkan oleh kapasitansi saluran transmisi. Lnon merupakan pemodelan dari induktansi nonlinier yang terdapat pada inti transformator. Sementara R merupakan pemodelan terhadap rugi-rugi yang terdapat pada inti transformator. Dari rangkaian ekivalen feroresonansi reduksi yang ditunjukkan pada gambar 4.2 maka dibuat pemodelan rangkaian feroresonansi pada perangkat lunak ATP Draw. Pemodelan rangkaian feroresonansi dapat dilihat pada gambar 4.3

Gambar 4.3 Rangkaian Simulasi Feroresonansi

Sumber tegangan yang digunakan adalah sumber tegangan AC dengan tegangan rms line-line sebesar 500 kV dengan frekuensi 50 Hz. Dikarenakan objek yang diamati pada studi ini adalah tegangan satu fasa, maka besar nilai tegangan yang dibangkitkan adalah nilai tegangan rms line-netral. Besar tegangan line-netral yang digunakan: VL-Nrms = VL-Nrms =

VL-Lrms

500000 V √3

√3

(4.1)

= 288675 V

Tegangan puncak line-netral (VL- peak) dapat dihitung seperti berikut: VL-Npeak = VL-Nrms × √2

(4.2)

VL-Npeak = 288675 × √2 = 408248 V Saluran transmisi yang digunakan dalam perangkat lunak ATP Draw memiliki komponen berupa komponen resistif, induktif dan kapasitif dengan model yang digunakan adalah saluran Lumped RLC-Pi 1 phase serta diasumsikan saluran transmisi memiliki panjang saluran 5 km, dengan resistansi saluran sebesar 0,00001273 Ohm/m, induktansi saluran 26

sebesar 0,000937 mH/m, dan kapasitansi saluran sebesar 0,01274 μF/m[9]. Pada studi ini dalam rangkaian simulasi feroresonansi diubah nilai parameter pada elemen Cg dan Csh sehingga feroresonansi dapat terbangkitkan. Tujuan mengubah nilai dari parameter pada elemen C g dan Csh adalah untuk mengetahui dari jangka nilai berapa yang dapat membangkitkan feroresonansi. Pemodelan rangkaian simulasi feroresonansi menggunakan komponen elemen yang terdapat pada perangkat lunak ATP Draw. Transformator daya yang dimodelkan untuk membangkitkan feroresonansi dalam perangkat lunak ATP Draw ini memiliki kumparan primer, kumparan inti serta kumparan sekunder. Pada sisi kumparan primer terdiri dari resistansi primer yang dimodelkan dengan R pr dan induktansi primer yang dimodelkan dengan Lpr. Kumparan inti memiliki resistansi magnetisasi yaitu Rmt dan induktansi non linier yaitu Lmt. Sedangkan kumparan sekunder terdiri dari resistansi sekunder yang dimodelkan dengan Rse dan induktansi sekunder yang dimodelkan dengan Lse. Serta terdapat resistansi burden yang dimodelkan pada perangkat lunak ATP draw dengan Rb. Parameter dari transformator daya mulai dari Rpr, Lpr, Rmt, Rse, Lse, serta resistansi burden Rb dapat dilihat pada tabel 4.1 Tabel 4.1 Parameter Transformator Daya[10]

Parameter Resistansi primer (Rpr) Induktansi primer (Lpr) Rmagnetisasi (Rmt) Resistansi sekunder (Rse) Induktansi sekunder (Lse) Resistansi burden (Rb)

Nilai 12 Ω 1.03 H 3110000 Ω 0,0012 Ω 0.336 mH 1375 Ω

Kurva magnetisasi induktansi nonlinier yang terdapat pada pemodelan rangkaian feroresonansi pada perangkat lunak ATP Draw terdapat pada gambar 4.4. Dimana pada sumbu x menunjukkan arusnya sedangkan dari sumbu y menunjukkan fluxnya. Terlihat dari gambar 4.4 bentuk non-linier dari kurva magnetisasi tersebut lebih curam yang menunjukkan bahwa bahan dari inti besi tersebut baik.

27

Fluxlinked [kWb-T]

I [A] Gambar 4.4 Kurva Magnetisasi Induktansi Nonlinier[10]

4.2 Simulasi Feroresonansi 4.2.1 Feroresonansi dengan Mengubah Parameter Cg Feroresonansi yang didapatkan dengan mengubah nilai kapasitif pada Cg di rangkaian feroresonansi dengan rentang nilai kapasitif tertentu. Cg yang terdapat pada rangkaian feroresonansi merupakan nilai kapasitif dari penggunaan circuit breaker sehingga niai tersebut diperhitungkan dalam simulasi ini. Rangkaian simulasi feroresonansi dapat dilihat pada gambar 4.5

Gambar 4.5 Rangkaian Feroresonansi dengan mengubah parameter Cg

Pada simulasi ini nilai kapasitif Cg diubah-ubah dengan rentang nilai 0.001 – 10 µF. Dengan nilai Csh yang dibuat tetap yaitu sebesar 97.4 nF. Switch akan dibuka pada saat t = 0.1 s. Simulasi rangkaian feroresonansi akan dijalankan selama 0.5 s. Variabel yang diamati pada simulasi ini adalah tegangan pada sisi primer.

28

500 [kV ] 375 250 125 0 -125 -250 -375 -500 0.0 (f ile t es4. pl4; x -v ar t )

0.1

0.2

0.3

0.4

[s]

0.5

0.3

0.4

[s]

0.5

0.3

0.4

0.3

0.4

v : XX0003

(a) 700 [kV ] 525 350 175 0 -175 -350 -525 -700 0.0 (f ile t es4.pl4; x -v ar t )

0.1

0.2

v : XX0003

(b) 5.00 [MV ] 3.75 2.50 1.25 0.00 -1.25 -2.50 -3.75 -5.00 0.0 (f ile t es4.pl4; x -v ar t )

0.1

0.2

[s]

0.5

v : XX0003

(c) 500 [kV ] 375 250 125 0 -125 -250 -375 -500 0.0 (f ile t es4.pl4; x -v ar t )

0.1

0.2

v : XX0003

(d)

29

[s]

0.5

500 [kV ] 375 250 125 0 -125 -250 -375 -500 0.0 (f ile t es4.pl4; x -v ar t )

0.1

0.2

0.3

0.4

[s]

0.5

v : XX0003

(e) Gambar 4.6 Respon tegangan pada sisi primer saat Cg bernilai (a) 0.001 µF (b) 0.01 µF (c) 0.1 µF (d) 1 µF (e) 10 µF

Dari gambar 4.6 dapat dilihat bahwa masing-masing nilai kapasitansi yang memiki rentang nilai yang berbeda-beda dapat menimbulkan ada tidaknya feroresonansi. Perbandingan nilai tegangan di sisi primer pada saat switch sebelum dibuka dan setelah dibuka dapat dilihat pada tabel 4.2 berikut. Tabel 4.2 Efek perubahan nilai Cg

Cg (µF) 0,001 0,01 0,1 1 10

Tegangan Puncak Trafo (kV) Sebelum Sesudah 414.34 297.2 414.34 631.93 414.34 4444.7 414.34 424.8 414.34 414.9

Feroresonansi Tidak Ya Ya Tidak Tidak

Dapat dilihat dari gambar 4.6 serta dari tabel 4.2 bahwa terdapat lonjakan tegangan serta terdapat harmonisa saat nilai kapasitansi pada Cg bernilai sebesar 0.1 µF dan 0.01 µF saat circuit breaker dibuka pada saat t = 0.1 s sehingga respon tegangan terdapat harmonisa. Sedangkan ketika nilai kapasitansi pada Cg bernilai sebesar 0.001 µF, 1 µF dan 10 µF tidak terjadi feroresonansi ketika circuit breaker dibuka pada saat t = 0.1 s. Feroreonansi yang muncul ketika nilai kapasitansi Cg bernilai 0.01 µF merupakan feroresonansi dengan tipe quasi-periodic mode. Sedangkan ketika nilai nilai kapasitansi Cg bernilai 0.1 µF merupakan feroresonansi dengan tipe subharmonic mode. Kedua feroresonansi tersebut dapat terjadi akibat adanya interaksi antara reaktansi kapasitif dengan reaktansi

30

induktif dari induktor nonlinear transformator yang melampaui titik saturasi inti transformator. 4.2.2 Feroresonansi dengan Mengubah Parameter Csh Dalam simulasi ini digunakan nilai kapasitif dari saluran transmisi yang dimodelkan dengan Csh pada perangkat lunak ATP Draw. Feroresonansi yang didapatkan dengan mengubah nilai kapasitif pada Csh di rangkaian feroresonansi dengan rentang nilai kapasitif tertentu. Rangkaian simulasi feroresonansi dapat dilihat pada gambar 4.7

Gambar 4.7 Rangkaian Feroresonansi dengan mengubah parameter Csh

Nilai kapasitif Csh diubah-ubah dengan rentang nilai 0.001 – 10 µF pada simulasi ini. Dengan nilai Cg yang dibuat tetap yaitu sebesar 8.2 nF. Switch akan dibuka pada saat t = 0.1 s. Simulasi rangkaian feroresonansi akan dijalankan selama 0.5 s. Variabel yang diamati pada simulasi ini adalah tegangan pada sisi primer dari transformator daya. 700 [kV ] 525 350 175 0 -175 -350 -525 -700 0.0 (f ile t es 4. pl4; x -v ar t )

0.1

0.2

0.3

0.4

[s]

0.5

0.3

0.4

[s]

0.5

v : XX0003

(a) 600 [kV ] 400

200

0

-200

-400

-600 0.0 (f ile t es 4. pl4; x -v ar t )

0.1

0.2

v : XX0003

(b)

31


0.1

0.2

0.3

0.4

[s]

0.5

0.3

0.4

[s]

0.5

0.3

0.4

[s]

0.5

v : XX0003

(c) 500 [kV ] 375 250 125 0 -125 -250 -375 -500 0.0 (f ile t es4.pl4; x -v ar t )

0.1

0.2

v : XX0003

(d) 500 [kV ] 375 250 125 0 -125 -250 -375 -500 0.0 (f ile t es4.pl4; x -v ar t )

0.1

0.2

v : XX0003

(e) Gambar 4.8 Respon tegangan pada sisi primer saat Csh bernilai (a) 0.001 µF (b) 0.01 µF (c) 0.1 µF (d) 1 µF (e) 10 µF

Dari gambar 4.8 dapat dilihat bahwa masing-masing niai kapasitansi yang memiki rentang nilai yang berbeda-beda dapat menimbulkan ada tidaknya feroresonansi. Tabel 4.3 merupakan hasil dari rangkaian feroresonansi yang telah disimulasikan ketika nilai tegangan puncak sebelum dan sesudah switch dibuka. 32

Tabel 4.3 Efek perubahan nilai Csh

Csh (µF) 0.001 0.01 0.1 1 10

Tegangan Puncak Trafo (kV) Sebelum Sesudah 414.34 601.4 414.34 591.06 414.34 300.5 414.34 400.8 414.34 395.4

Feroresonansi Ya Ya Tidak Tidak Tidak

Dapat dilihat dari gambar 4.8 serta dari tabel 4.3 bahwa ketika nilai kapasitansi pada Csh bernilai sebesar 0.1 µF, 1 µF dan 10 µF tidak terjadi feroresonansi ketika circuit breaker dibuka pada saat t = 0.1 s. Sedangkan saat nilai kapasitansi pada Csh bernilai sebesar 0.001 µF dan 0.01 µF terdapat lonjakan tegangan dan terdapat harmonisa. Feroreonansi yang muncul ketika nilai kapasitansi Csh bernilai 0.01 µF merupakan feroresonansi dengan cenderung ke tipe chaotic mode. Sedangkan saat nilai kapasitansi Csh bernilai 0.1 µF merupakan feroresonansi dengan cenderung ke tipe subharmonic mode ketika transient namun berubah menjadi fundamental mode saat menuju steady state.

4.3 Mitigasi Feroresonansi 4.3.1 Mitigasi Feroresonansi dengan Menambahkan Kapasitor Shunt Akibat Perubahan Cg Feroresonansi yang terjadi diakibatkan karena nilai kapasitansi dari Cg. Gambar 4.9 merupakan pemodelan rangkaian mitigasi feroresonansi dengan penambahan kapasitor shunt pada sisi kumparan primer. Perubahan nilai kapasitansi pada Cg yang digunakan sebesar 0.01 µF dan 0.1 µF.

Gambar 4.9 Rangkaian Mitigasi Feroresonansi dengan penambahan Kapasitor Shunt pada sisi primer akibat kapasitansi Cg.

33

Pada gambar 4.9 merupakan rangkaian mitigasi feroresonansi yang diakibatkan oleh nilai kapasitansi pada Cg. Nilai kapasitansi Cg yang digunakan sebesar 0.01 µF. Tabel 4.4 merupakan tabel respon tegangan pada sisi kumparan primer hasil perbandingan sebelum dan sesudah penambahan kapasitor shunt pada sisi kumparan primer. Tabel 4.4 Efek penambahan Kapasitor Shunt pada sisi primer untuk Mitigasi Feroresonansi akibat perubahan Cg sebesar 0.01 µF

Kapasitor Shunt (nF) 20 40 60 80

Tegangan Puncak Trafo (kV) Sebelum

Sesudah

414.34 414.34 414.34 414.34

652.42 740.87 341.96 320.31

Feroresonansi Ya Ya Tidak Tidak

Data pada tabel 4.4 menunjukkan dengan penambahan kapasitor shunt terhadap feroresonansi ketika nilai Cg sebesar 0.01 µF memperlihatkan terdapat dampak yang dapat mengurangi akibat dari feroresonansi. Gambar 4.10 merupakan gambar yang menunjukkan lonjakan tegangan serta terdapat harmonisa sehingga mengakibatkan feroresonansi yang terjadi akibat penambahan kapasitor shunt yang kurang tepat yaitu sebesar 20 nF. Terlihat dari gambar 4.10 tidak adanya perbedaan yang signifikan ketika diberi penambahan kapasitor shunt pada sisi primer dari transformator daya. 700 [kV ] 525 350 175 0 -175 -350 -525 -700 0.0 (f ile t es4.pl4; x -v ar t )

0.1

0.2

0.3

0.4

[s]

0.5

v : XX0007

Gambar 4.10 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan Cg sebesar 0.01 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Kapasitor Shunt pada sisi primer sebesar 20 nF.

34

Nilai kapasitansi kapasitor shunt yang ditambahkan sebesar 60 nF memberikan dampak pada feroresonansi yang diakibatkan oleh kapasitansi Cg sehingga feroresonansi dapat berkurang. Pada gambar 4.11 merupakan gambar mitigasi feroresonansi ketika penambahan kapsitor shunt sebesar 60 nF. 500 [kV ] 375 250 125 0 -125 -250 -375 -500 0.0 (f ile t es4.pl4; x -v ar t )

0.1

0.2

0.3

0.4

[s]

0.5

v : XX0003

Gambar 4.11 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan Cg sebesar 0.01 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Kapasitor Shunt sebesar 60 nF pada sisi primer.

Lalu ketika nilai kapasitansi Cg yang digunakan sebesar 0.1 µF. Tabel 4.5 merupakan tabel respon tegangan pada sisi kumparan primer hasil perbandingan sebelum dan sesudah penambahan kapasitor shunt pada sisi kumparan primer. Tabel 4.5 Efek penambahan Kapasitor Shunt pada sisi primer untuk Mitigasi Feroresonansi akibat perubahan Cg sebesar 0.1 µF

Kapasitor Shunt (nF) 20 40 60 80


Sesudah

414.34 414.34 414.34 414.34

8333.91 413.25 1317.3 942.7

Feroresonansi Ya Tidak Ya Ya

Data pada tabel 4.5 menunjukkan banyaknya respon tegangan yang masih menunujukkan lonjakan tegangan. Gambar 4.12 merupakan gambar yang menunjukkan lonjakan tegangan serta terdapat harmonisa sehingga mengakibatkan feroresonansi yang terjadi akibat penambahan kapasitor shunt yang kurang tepat yaitu sebesar 60 nF.

35

1.5 [MV ] 1.0

0.5

0.0

-0.5

-1.0

-1.5 0.0 (f ile t es4.pl4; x -v ar t )

0.1

0.2

0.3

0.4

[s]

0.5

v : XX0003

Gambar 4.12 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan Cg sebesar 0.1 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Kapasitor Shunt pada sisi primer 60 nF.

Nilai kapasitansi kapasitor shunt yang ditambahkan sebesar 40 nF memberikan dampak pada feroresonansi yang diakibatkan oleh kapasitansi Cg sehingga feroresonansi dapat berkurang. Pada gambar 4.13 merupakan gambar mitigasi feroresonansi ketika penambahan kapsitor shunt sebesar 40 nF. 500 [kV ] 375 250 125 0 -125 -250 -375 -500 0.0 (f ile t es4.pl4; x -v ar t )

0.1

0.2

0.3

0.4

[s]

0.5

v : XX0003

Gambar 4.13 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan Cg sebesar 0.1 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Kapasitor Shunt sebesar 40 nF pada sisi primer.

4.3.2 Mitigasi Feroresonansi dengan Menambahkan Kapasitor Sekunder Akibat Perubahan Cg Untuk mengetahui dampak yang terjadi pada feroresonansi yang ditimbulkan akibat kapasitansi pada Cg adalah dengan menambahkan kapasitor bank pada sisi sekunder dari transformator daya. Perubahan nilai kapasitansi pada Cg yang digunakan sebesar 0.01 µF dan 0.1 µF. Pada gambar 4.14 merupakan rangkaian mitigasi feroresonansi yang diakibatkan oleh nilai kapasitansi pada Cg. Nilai kapasitansi Cg yang digunakan sebesar 0.01 µF. Tabel 4.6 merupakan tabel respon tegangan pada sisi kumparan primer hasil perbandingan sebelum dan sesudah penambahan kapasitor sekunder pada sisi kumparan sekunder. 36

Gambar 4.14 Rangkaian Mitigasi Feroresonansi dengan penambahan Kapasitor Sekunder pada sisi sekunder akibat kapasitansi Cg.

Data pada tabel 4.6 menunjukkan dengan penambahan kapasitor sekunder terhadap feroresonansi ketika nilai Cg sebesar 0.01 µF memperlihatkan terdapat dampak yang dapat mengurangi akibat dari feroresonansi. Tabel 4.6 Efek penambahan Kapasitor Sekunder pada sisi sekunder untuk Mitigasi Feroresonansi akibat perubahan Cg sebesar 0.01 µF

Kapasitor Sekunder (MVAR) 0.5 1 3 5


Sesudah

414.34 414.34 414.34 414.34

605.26 645.06 746.2 336

Feroresonansi Ya Ya Ya Tidak

Gambar 4.15 merupakan gambar yang menunjukkan lonjakan tegangan serta terdapat harmonisa sehingga mengakibatkan feroresonansi yang terjadi akibat penambahan kapasitor shunt yang kurang tepat yaitu sebesar 0.5 MVAR. Terlihat dari gambar 4.15 tidak adanya perbedaan yang signifikan ketika diberi penambahan kapasitor sekunder pada sisi sekunder dari transformator daya. 700 [kV ] 525 350 175 0 -175 -350 -525 -700 0.0 (f ile t es 4. pl4; x -v ar t )

0.1

0.2

0.3

0.4

[s]

0.5

v : XX0007

Gambar 4.15 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan Cg sebesar 0.01 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Kapasitor Sekunder sebesar 0.5 MVAR pada sisi sekunder.

37

Nilai kapasitansi kapasitor sekunder yang ditambahkan sebesar 5 MVAR memberikan dampak pada feroresonansi yang diakibatkan oleh kapasitansi Cg sehingga feroresonansi dapat berkurang. Pada gambar 4.16 merupakan gambar mitigasi feroresonansi ketika penambahan kapsitor sekunder sebesar 5 MVAR. 500 [kV ] 375 250 125 0 -125 -250 -375 -500 0.0 (f ile t es4.pl4; x -v ar t )

0.1

0.2

0.3

0.4

[s]

0.5

v : XX0007

Gambar 4.16 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan Cg sebesar 0.01 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Kapasitor Sekunder sebesar 5 MVAR pada sisi sekunder.

Lalu ketika nilai kapasitansi Cg yang digunakan sebesar 0.1 µF. Tabel 4.7 merupakan tabel respon tegangan pada sisi kumparan primer hasil perbandingan sebelum dan sesudah penambahan kapasitor sekunder pada sisi kumparan sekunder. Tabel 4.7 Efek penambahan Kapasitor Sekunder pada sisi sekunder untuk Mitigasi Feroresonansi akibat perubahan Cg sebesar 0.1 µF



Sesudah

414.34 414.34 414.34 414.34

5661.9 8333.91 9032.7 359.39


Data pada tabel 4.7 menunjukkan banyaknya respon tegangan yang masih menunujukkan lonjakan tegangan. Gambar 4.17 merupakan gambar yang menunjukkan lonjakan tegangan sehingga mengakibatkan feroresonansi yang terjadi akibat penambahan kapasitor sekunder yang kurang tepat yaitu sebesar 1 MVAR. Terlihat dari gambar 4.17 tidak adanya perubahan terhadap feroresonansi yang terjadi akan tetapi membuat bertambah besar nilai puncak tegangannya ketika diberi 38

penambahan kapasitor sekunder pada sisi sekunder dari transformator daya. 9 [MV ] 6

3

0

-3

-6

-9 0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

[s]

0.5

(f ile t es 4. pl4; x -v ar t ) v : XX0003

Gambar 4.17 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan C g sebesar 0.1 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Kapasitor Sekunder sebesar 1 MVAR pada sisi sekunder.

Kapasitor sekunder yang ditambahkan sebesar 5 MVAR memberikan dampak pada feroresonansi yang diakibatkan oleh kapasitansi Cg sehingga feroresonansi dapat berkurang. Pada gambar 4.18 merupakan gambar mitigasi feroresonansi ketika penambahan kapsitor sekunder sebesar 5 MVAR. 500 [kV ] 375 250 125 0 -125 -250 -375 -500 0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

[s]

0.5

(f ile t es 4. pl4; x -v ar t ) v : XX0007

Gambar 4.18 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan C g sebesar 0.1 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Kapasitor Sekunder sebesar 5 MVAR pada sisi sekunder.

4.3.3 Mitigasi Feroresonansi dengan Menambahkan Resitive Load Bank Akibat Cg Selain dengan menambahkan elemen kapasitor pada sisi sekunder dan sisi primer dapat juga dengan menambahkan resistive load bank pada sisi sekunder dari transformator daya untuk memtigasi feroresonansi. Feroresonansi yang terjadi pada rangkaian dikarenakan Cg dengan nilai kapasitansi 0.01 µF dan 0.1 µF. Pada gambar 4.19 merupakan rangkaian mitigasi feroresonansi yang diakibatkan oleh nilai kapasitansi pada Cg. 39

Nilai kapasitansi Cg yang digunakan sebesar 0.01 µF. Tabel 4.8 merupakan tabel respon tegangan pada sisi kumparan primer hasil perbandingan sebelum dan sesudah penambahan resistive load bank pada sisi kumparan sekunder.

Gambar 4.19 Rangkaian Mitigasi Feroresonansi dengan penambahan Resistive Load Bank pada sisi sekunder akibat kapasitansi Cg.

Data pada tabel 4.8 menunjukkan dengan penambahan resistive load bank terhadap feroresonansi ketika nilai Cg sebesar 0.01 µF memperlihatkan terdapat dampak yang dapat mengurangi akibat dari feroresonansi. Tabel 4.8 Efek penambahan Resistive Load Bank pada sisi sekunder untuk Mitigasi Feroresonansi akibat perubahan Cg sebesar 0.01 µF

Resistive Load Bank (MW) 1 0.5 0.3 0.1


Sesudah

414.34 414.34 414.34 414.34

3.5 47 187.2 589.5

Feroresonansi Tidak Tidak Tidak Ya

Gambar 4.20 merupakan gambar yang menunjukkan lonjakan tegangan serta terdapat harmonisa sehingga mengakibatkan feroresonansi yang terjadi akibat penambahan resistive load bank yang kurang tepat yaitu sebesar 0.1 MW. Terlihat dari gambar 4.20 tidak adanya perbedaan yang signifikan ketika diberi penambahan resistive load bank pada sisi sekunder dari transformator daya. Resitive Load Bank yang ditambahkan sebesar 0.5 MW memberikan dampak pada feroresonansi yang diakibatkan oleh kapasitansi Cg sehingga feroresonansi dapat berkurang. Pada gambar 4.21 40

merupakan gambar mitigasi feroresonansi ketika penambahan resistive load bank sebesar 0.5 MW. 600 [kV ] 400

200

0

-200

-400

-600 0.0 (f ile t es4.pl4; x -v ar t )

0.1

0.2

0.3

0.4

[s]

0.5

v : XX0009

Gambar 4.20 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan Cg sebesar 0.01 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Resitive Load Bank sebesar 0.1 MW pada sisi sekunder. 500 [kV ] 375 250 125 0 -125 -250 -375 -500 0.0 (f ile t es4.pl4; x -v ar t )

0.1

0.2

0.3

0.4

[s]

0.5

v : XX0009

Gambar 4.21 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan Cg sebesar 0.01 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Resistive Load Bank sebesar 0.5 MW pada sisi sekunder.

Lalu ketika nilai kapasitansi Cg yang digunakan sebesar 0.1 µF. Tabel 4.9 merupakan tabel respon tegangan pada sisi kumparan primer. Tabel 4.9 Efek penambahan Resistive Load Bank pada sisi sekunder untuk Mitigasi Feroresonansi akibat perubahan Cg sebesar 0.1 µF



Sesudah

414.34 414.34 414.34 414.34

15 178 1692 2514.5

41

Feroresonansi Tidak Tidak Ya Ya

Data pada tabel 4.9 menunjukkan banyaknya respon tegangan yang masih menunujukkan lonjakan tegangan. Gambar 4.22 merupakan gambar yang menunjukkan lonjakan tegangan sehingga mengakibatkan feroresonansi yang terjadi akibat penambahan resistive load bank yang kurang tepat yaitu sebesar 0.1 MW. Terlihat dari gambar 4.22 tidak adanya perubahan terhadap feroresonansi yang terjadi akan tetapi membuat bertambah besar nilai puncak tegangannya ketika diberi penambahan kapasitor sekunder pada sisi sekunder dari transformator daya. 3 [MV ] 2

1

0

-1

-2

-3 0.0 (f ile t es4.pl4; x -v ar t )

0.1

0.2

0.3

0.4

[s]

0.5

v : XX0009

Gambar 4.22 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan Cg sebesar 0.1 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Resitive Load Bank sebesar 0.1 MW pada sisi sekunder.

Resistive load bank yang ditambahkan sebesar 0.5 MW memberikan dampak pada feroresonansi yang diakibatkan oleh kapasitansi Cg sehingga feroresonansi dapat berkurang. Pada gambar 4.23 merupakan gambar mitigasi feroresonansi ketika penambahan kapsitor sekunder sebesar 0.5 MW. 500 [kV ] 375 250 125 0 -125 -250 -375 -500 0.0 (f ile t es4.pl4; x -v ar t )

0.1

0.2

0.3

0.4

[s]

0.5

v : XX0009

Gambar 4.23 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan Cg sebesar 0.1 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Resistive Load Bank sebesar 0.5 MW pada sisi sekunder.

42

4.3.4 Mitigasi Feroresonansi dengan Menambahkan Kapasitor Shunt Akibat Perubahan Csh Feroresonansi yang muncul dikarenakan terdapat kapasitnasi pada saluran. Mitigasi feroresonansi dilakukan dengan menambahkan kapasitor shunt pada sisi kumparan primer dari transformator daya. Gambar 4.24 merupakan pemodelan rangkaian mitigasi feroresonansi dengan penambahan kapasitor shunt pada sisi kumparan primer. Perubahan nilai kapasitansi pada Csh yang digunakan sebesar 0.001 µF dan 0.01 µF.

Gambar 4.24 Rangkaian Mitigasi Feroresonansi dengan penambahan Kapasitor Shunt pada sisi primer akibat Csh.

Pada gambar 4.24 merupakan rangkaian mitigasi feroresonansi yang diakibatkan oleh nilai kapasitansi pada saluran. Nilai Csh yang digunakan sebesar 0.001 µF. Tabel 4.10 merupakan tabel respon tegangan pada sisi kumparan primer hasil perbandingan sebelum dan sesudah penambahan kapasitor shunt pada sisi kumparan primer. Tabel 4.10 Efek penambahan Kapasitor Shunt pada sisi primer untuk Mitigasi Feroresonansi akibat perubahan Csh sebesar 0.001 µF

Csh (nF) 20 40 60 80

Tegangan Puncak Trafo (kV) Sebelum Sesudah 414.34 590.51 414.34 633.8 414.34 362 414.34 347.24


Data pada tabel 4.10 menunjukkan dengan penambahan kapasitor shunt terhadap feroresonansi ketika nilai Csh sebesar 0.001 µF memperlihatkan terdapat dampak yang dapat mengurangi akibat dari feroresonansi. Gambar 4.25 merupakan gambar yang menunjukkan lonjakan tegangan serta terdapat harmonisa sehingga mengakibatkan feroresonansi yang terjadi akibat penambahan kapasitor shunt yang 43

kurang tepat yaitu sebesar 20 nF. Terlihat dari gambar 4.25 tidak adanya perbedaan yang signifikan ketika diberi penambahan kapasitor shunt pada sisi primer dari transformator daya. 600 [kV ] 400

200

0

-200

-400

-600 0.0 (f ile t es4.pl4; x -v ar t )

0.1

0.2

0.3

0.4

[s]

0.5

v : XX0009

Gambar 4.25 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan C sh sebesar 0.001 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Kapasitor Shunt pada sisi primer 20 nF.

Nilai kapasitansi kapasitor shunt yang ditambahkan sebesar 80 nF memberikan dampak pada feroresonansi yang diakibatkan oleh kapasitansi Csh sehingga feroresonansi dapat berkurang. Pada gambar 4.26 merupakan gambar mitigasi feroresonansi ketika penambahan kapsitor shunt sebesar 80 nF. 500 [kV ] 375 250 125 0 -125 -250 -375 -500 0.0 (f ile t es4.pl4; x -v ar t )

0.1

0.2

0.3

0.4

[s]

0.5

v : XX0009

Gambar 4.26 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan C sh sebesar 0.001 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Kapasitor Shunt sebesar 80 nF pada sisi primer.

Lalu ketika nilai kapasitansi Csh yang digunakan sebesar 0.01 µF. Tabel 4.11 merupakan tabel respon tegangan pada sisi kumparan primer hasil perbandingan sebelum penambahan kapsitor shunt dan sesudah penambahan kapasitor shunt pada sisi kumparan primer transformator daya.

44

Tabel 4.11 Efek penambahan Kapasitor Shunt pada sisi primer untuk Mitigasi Feroresonansi akibat perubahan Csh sebesar 0.01 µF

Csh (nF) 20 40 60 80

Tegangan Puncak Trafo (kV) Sebelum Sesudah 414.34 789.29 414.34 293.39 414.34 281.69 414.34 257.47

Feroresonansi Ya Tidak Tidak Tidak

Data pada tabel 4.11 menunjukkan banyaknya respon tegangan yang terdapat pada sisi primer dari transformator daya. Gambar 4.27 merupakan gambar yang menunjukkan lonjakan tegangan serta terdapat harmonisa sehingga mengakibatkan feroresonansi yang terjadi akibat penambahan kapasitor shunt yang kurang tepat yaitu sebesar 20 nF. 800 [kV ] 600 400 200 0 -200 -400 -600 -800 0.0 (f ile t es 4. pl4; x -v ar t )

0.1

0.2

0.3

0.4

[s]

0.5

v : XX0010

Gambar 4.27 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan Csh sebesar 0.01 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Csh pada sisi primer 20 nF.

Nilai kapasitansi kapasitor shunt yang ditambahkan sebesar 40 nF memberikan dampak pada feroresonansi yang diakibatkan oleh kapasitansi Csh sehingga feroresonansi dapat berkurang. Pada gambar 4.28 merupakan gambar mitigasi feroresonansi ketika penambahan kapsitor shunt sebesar 40 nF. 500 [kV ] 375 250 125 0 -125 -250 -375 -500 0.0 (f ile t es 4. pl4; x -v ar t )

0.1

0.2

0.3

0.4

[s ]

0.5

v : XX0009

Gambar 4.28 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan Csh sebesar 0.01 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Kapasitor Shunt sebesar 40 nF pada sisi primer.

45

4.3.5 Mitigasi Feroresonansi dengan Menambahkan Kapasitor Sekunder Akibat Perubahan Csh Untuk mengetahui dampak yang terjadi pada feroresonansi yang ditimbulkan akibat kapasitansi pada Csh adalah dengan menambahkan kapasitor bank pada sisi sekunder dari transformator daya. Perubahan nilai kapasitansi pada Csh yang digunakan sebesar 0.001 µF dan 0.01 µF.

Gambar 4.29 Rangkaian Mitigasi Feroresonansi dengan penambahan Kapasitor Sekunder pada sisi sekunder akibat kapasitansi Csh.

Pada gambar 4.29 merupakan rangkaian mitigasi feroresonansi yang diakibatkan oleh nilai kapasitansi pada Csh. Nilai kapasitansi Csh yang digunakan sebesar 0.001 µF. Tabel 4.12 merupakan tabel respon tegangan pada sisi kumparan primer hasil perbandingan sebelum dan sesudah penambahan kapasitor sekunder pada sisi kumparan sekunder. Tabel 4.12 Efek penambahan Kapasitor Sekunder pada sisi sekunder untuk Mitigasi Feroresonansi akibat perubahan Csh sebesar 0.001 µF



Sesudah

414.34 414.34 414.34 414.34

599.5 586.12 617.02 381.25


Data pada tabel 4.12 menunjukkan dengan penambahan kapasitor sekunder terhadap feroresonansi ketika nilai Csh sebesar 0.001 µF memperlihatkan terdapat dampak yang dapat mengurangi akibat dari feroresonansi. Gambar 4.30 merupakan gambar yang menunjukkan lonjakan tegangan serta terdapat harmonisa sehingga mengakibatkan feroresonansi yang terjadi akibat penambahan kapasitor shunt yang kurang tepat yaitu sebesar 0.5 MVAR. Terlihat dari gambar 4.30 tidak adanya perbedaan yang signifikan ketika diberi penambahan kapasitor sekunder pada sisi sekunder dari transformator daya. 46

600 [kV ] 340

80

-180

-440

-700 0.0 (f ile t es4.pl4; x -v ar t )

0.1

0.2

0.3

0.4

[s]

0.5

v : XX0009

Gambar 4.30 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan Csh sebesar 0.001 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Kapasitor Sekunder sebesar 0.5 MVAR pada sisi sekunder.

Nilai kapasitansi kapasitor sekunder yang ditambahkan sebesar 5 MVAR memberikan dampak pada feroresonansi yang diakibatkan oleh kapasitansi Csh sehingga feroresonansi dapat berkurang. Pada gambar 4.31 merupakan gambar mitigasi feroresonansi ketika penambahan kapsitor sekunder sebesar 5 MVAR. 500 [kV ] 375 250 125 0 -125 -250 -375 -500 0.0 (f ile t es4.pl4; x -v ar t )

0.1

0.2

0.3

0.4

[s]

0.5

v : XX0009

Gambar 4.31 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan Csh sebesar 0.001 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Kapasitor Sekunder sebesar 5 MVAR pada sisi sekunder.

Lalu ketika nilai kapasitansi Cg yang digunakan sebesar 0.01 µF. Tabel 4.13 merupakan tabel respon tegangan pada sisi kumparan primer hasil perbandingan sebelum dan sesudah penambahan kapasitor sekunder pada sisi kumparan sekunder. Data pada tabel 4.13 menunjukkan banyaknya respon tegangan yang masih menunujukkan lonjakan tegangan. Gambar 4.32 merupakan gambar yang menunjukkan lonjakan tegangan sehingga mengakibatkan feroresonansi yang terjadi akibat penambahan kapasitor sekunder yang kurang tepat yaitu sebesar 1 MVAR. Terlihat dari gambar 4.32 tidak adanya perubahan terhadap

47

feroresonansi yang terjadi ketika diberi penambahan kapasitor sekunder pada sisi sekunder dari transformator daya. Tabel 4.13 Efek penambahan Kapasitor Sekunder pada sisi sekunder untuk Mitigasi Feroresonansi akibat perubahan Csh sebesar 0.01 µF



Sesudah

414.34 414.34 414.34 414.34

572.03 594.79 364.07 336


600 [kV ] 400

200

0

-200

-400

-600 0.0 (f ile t es 4. pl4; x -v ar t )

0.1

0.2

0.3

0.4

[s]

0.5

v : XX0009


Kapasitor sekunder yang ditambahkan sebesar 3 MVAR memberikan dampak pada feroresonansi yang diakibatkan oleh kapasitansi Csh sehingga feroresonansi dapat berkurang. Pada gambar 4.33 merupakan gambar mitigasi feroresonansi ketika penambahan kapsitor sekunder sebesar 3 MVAR. 500 [kV ] 375 250 125 0 -125 -250 -375 -500 0.0 (f ile t es 4. pl4; x -v ar t )

0.1

0.2

0.3

0.4

[s]

0.5

v : XX0009


48

4.3.6 Mitigasi Feroresonansi dengan Menambahkan Resitive Load Bank Akibat Csh Selain dengan menambahkan elemen kapasitor pada sisi sekunder dan sisi primer dapat juga dengan menambahkan resistive load bank pada sisi sekunder dari transformator daya untuk memtigasi feroresonansi. Feroresonansi yang terjadi pada rangkaian dikarenakan Csh dengan nilai kapasitansi 0.001 µF dan 0.01 µF.

Gambar 4.34 Rangkaian Mitigasi Feroresonansi dengan penambahan Resistive Load Bank pada sisi sekunder akibat kapasitansi Csh.

Pada gambar 4.34 merupakan rangkaian mitigasi feroresonansi yang diakibatkan oleh nilai kapasitansi pada Csh. Nilai kapasitansi Csh yang digunakan sebesar 0.001 µF. Tabel 4.14 merupakan tabel respon tegangan pada sisi kumparan primer hasil perbandingan sebelum dan sesudah penambahan resistive load bank pada sisi kumparan sekunder. Tabel 4.14 Efek penambahan Resistive Load Bank pada sisi sekunder untuk Mitigasi Feroresonansi akibat perubahan Csh sebesar 0.001 µF



Sesudah

414.34 414.34 414.34 414.34

98.5 242.41 553.74 602.55


Data pada tabel 4.14 menunjukkan dengan penambahan resistive load bank terhadap feroresonansi ketika nilai Csh sebesar 0.001 µF memperlihatkan terdapat dampak yang dapat mengurangi akibat dari feroresonansi. Gambar 4.35 merupakan gambar yang menunjukkan lonjakan tegangan serta terdapat harmonisa sehingga mengakibatkan feroresonansi yang terjadi akibat penambahan resistive load bank yang

49

kurang tepat yaitu sebesar 0.1 MW. Terlihat dari gambar 4.35 tidak adanya perbedaan yang signifikan ketika diberi penambahan resistive load bank pada sisi sekunder dari transformator daya. 700 [kV ] 525 350 175 0 -175 -350 -525 -700 0.0 (f ile t es4.pl4; x -v ar t )

0.1

0.2

0.3

0.4

[s]

0.5

v : XX0009

Gambar 4.35 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan C sh sebesar 0.001 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Resitive Load Bank sebesar 0.1 MW pada sisi sekunder.

Resitive Load Bank yang ditambahkan sebesar 0.5 MW memberikan dampak pada feroresonansi yang diakibatkan oleh kapasitansi Csh sehingga feroresonansi dapat berkurang. Pada gambar 4.36 merupakan gambar mitigasi feroresonansi ketika penambahan resistive load bank sebesar 0.5 MW. 500 [kV ] 375 250 125 0 -125 -250 -375 -500 0.0 (f ile t es4.pl4; x -v ar t )

0.1

0.2

0.3

0.4

[s]

0.5

v : XX0009

Gambar 4.36 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan Csh sebesar 0.001 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Resistive Load Bank sebesar 0.5 MW pada sisi sekunder.

Lalu ketika nilai kapasitansi Csh yang digunakan sebesar 0.01 µF. Tabel 4.15 merupakan tabel respon tegangan pada sisi kumparan primer hasil perbandingan sebelum dan sesudah penambahan resistive load bank pada sisi kumparan sekunder. Data pada tabel 4.15 menunjukkan banyaknya respon tegangan yang masih menunujukkan lonjakan tegangan.

50

Tabel 4.15 Efek penambahan Resistive Load Bank pada sisi sekunder untuk Mitigasi Feroresonansi akibat perubahan Csh sebesar 0.01 µF



Sesudah

414.34 414.34 414.34 414.34

46 359.42 502.64 598.07


Gambar 4.37 merupakan gambar yang menunjukkan lonjakan tegangan sehingga mengakibatkan feroresonansi yang terjadi akibat penambahan resistive load bank yang kurang tepat yaitu sebesar 0.1 MW. Terlihat dari gambar 4.37 tidak adanya perubahan terhadap feroresonansi yang terjadi akan tegangannya ketika diberi penambahan kapasitor sekunder pada sisi sekunder dari transformator daya. 600 [kV ] 400

200

0

-200

-400

-600 0.0 (f ile t es4.pl4; x -v ar t )

0.1

0.2

0.3

0.4

[s]

0.5

v : XX0009

Gambar 4.37 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan Csh sebesar 0.01 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Resitive Load Bank sebesar 0.1 MW pada sisi sekunder.

Resistive load bank yang ditambahkan sebesar 1 MW pada sisi kumparan sekunder pada transformator daya memberikan dampak pada feroresonansi yang diakibatkan oleh kapasitansi Csh sebesar 0.01 µF sehingga feroresonansi dapat berkurang seperti tidak terdapat overvoltage dan tidak terdapat harmonisa pada gelombangnya. Pada gambar 4.38 merupakan gambar mitigasi feroresonansi ketika penambahan kapsitor sekunder sebesar 1 MW pada sisi kumparan sekunder dari transformator daya.

51


0.1

0.2

0.3

0.4

[s]

0.5

v : XX0009

Gambar 4.38 Respon tegangan pada sisi primer akibat perubahan Csh sebesar 0.01 µF untuk Mitigasi Feroresonansi dengan menambahakan Resistive Load Bank sebesar 1 MW pada sisi sekunder.

52

BAB 5 PENUTUP 5.1

Kesimpulan

Berdasarkan hasil yang telah didapatkan melalui simulasi terhadap mitigasi feroresonansi menggunakan impedansi yang telah dilakukan didapatkan kesimpulan sebagai berikut: 1. Feroresonansi yang terdapat pada rangkaian pemodelan transformator daya dengan mengubah parameter C g dan Csh. Ketika feroresonansi akibat mengubah parameter Cg terjadi overvoltage dengan tegangan puncak 1.53 kali dari tegangan awalnya untuk nilai kapasitansi 0.01 µF dan 10.73 kali dari tegangan awalnya untuk nilai kapasitansi 0.1 µF. Sedangkan ketika feroresonansi akibat mengubah parameter Csh terjadi overvoltage dengan tegangan puncak 1.45 kali dari tegangan awalnya untuk nilai kapasitansi 0.001 µF dan 1.43 kali dari tegangan awalnya untuk nilai kapasitansi 0.01 µF. Perubahan frekuensi yang terjadi pada saat nilai Csh dibesarkan. 2. Mitigasi feroresonansi pada saat perubahan nilai C g dan Csh yang berubah-ubah antara 0.01 dan 0.1 µF untuk Cg dan Csh yang bernilai 0.001 µF dan 0.01 µF berhasil diredam. Dengan menambahkan kapasitor shunt pada sisi primer, kapasitor sekunder pada sisi sekunder dan resistive load bank dengan nilai yang tepat. Nilai dari kapasitor shunt dapat meredam feroresonansi ketika bernilai 40 – 80 nF. Nilai dari kapasitor sekunder yang dapat meredam feroresonansi dari rentang 3 – 5 MVAR. Nilai dari resitive load bank yang dapat meredam feroresonansi sebesar 0.3 – 1 MW.

5.2

Saran

Saran yang dapat diberikan dari studi ini adalah melakukan simulasi feroresonansi pada sebuah sistem tenaga listrik dengan melihat komponen yang dapat memungkinkan terjadinya feroresonansi. Dalam melakukan simulasi feroresonansi untuk mengatasi feroresonansi diperlukan usaha yang lebih baik lagi karena penambahan impedansi ini masih banyak kekurangan sehingga feroresonansi dapat lebih teratasi

53


54

DAFTAR PUSTAKA [1]

[2] [3] [4] [5] [6] [7]

[8]

[9]

[10]

E. Martinez, G. Antonova and M. Olgun, “Ferroresonance Phenomenon in CFE, its Origin and Effects”, IPST 2013, Vancouver, 2013. Ferraci, P., “Ferroresonance”, Group Schneider: Cahier no 190, pp. 1-28, Maret, 1998. Stephen J. Chapman, "Electric Machinery Fundamentals 5th edition", Mc- Graw Hill, USA, 2012. W. H. Hayt Jr, J. A. Buck, “Engineering Electromagnetics 8th edition”, Mc- Graw Hill, USA, 2010 D. A. N. Jacobson, “Examples of Ferroresonance in a High Voltage Power System“, IEEE 2003. Price, Elmo, “A Tutorial on Ferroresonance”, ABB Inc. CIGRE Working Group C4.307, "Resonance and ferroresonance in power networks," CIGRE, Tech. Bro. TB-569, Feb, 2014 S. I. Kim, B. C. Sung, S. N. Kim, Y. C. Choi, and H. J. Kim, “A Study on Ferroresonance Mitigation Techniques for Power Transformer”. International Conference on Power System Transients (IPST2015) in Cavtat, Croatia June 15-18, 2015. IPST 2015 Wijayanto, Novandi, “Studi Ferroresonance akibat Sambaran Petir pada Capacitive Voltage Transformer (CVT) Saluran Transmisi 500 kV”. ITS 2015 A. C. A. Javier, “Modeling and Analysis of Power Transformers Under Ferroresonance Phenomenon”. Universitat Rovira I Virgili 2015

55


56

LAMPIRAN BEGIN NEW DATA CASE C ---------------------------------------------C Generated by ATPDRAW May, Friday 26, 2017 C A Bonneville Power Administration program C by H. K. Høidalen at SEfAS/NTNU - NORWAY 19942015 C ---------------------------------------------C dT >< Tmax >< Xopt >< Copt ><Epsiln> 1.E-6 .5 500 1 1 1 1 0 0 1 0 C 1 2 3 4 5 6 7 8 C 345678901234567890123456789012345678901234567890 123456789012345678901234567890 /BRANCH C < n1 >< n2 >< R >< L >< C > C < n1 >< n2 >< R >< A >< B ><><>0 1 XX0010XX0008 .06365 4.685 63.7 XX0008XX0001 .0082 0 XX0001XX0002 12. 0 XX0002XX0009 1027.2 0 XX0009 3.11E6 0 98 XX0009 0.0 0.0 0 0.001035406 520.0556 0.002694945 566.5484 0.005402952 611.0486533 0.008877328 645.2578267 0.010996007 664.18336 0.017878287 717.3179733 0.022856605 740.56428 0.03172149 777.0939333 0.047757483 810.3032267 2.585303208 923.2144533 9.22409 1354.934 57

10.74944792 1461.2032 9999 XX0004XX0011 .0012 0 XX0003XX0004 .33614 0 XX0001 .01 0 XX0011 1375. 0 XX0005 105. 0 XX0011 600. 0 XX0006XX0007 1.5E5 0 /SWITCH C < n 1>< n 2>< Tclose >< Ie >< type > XX0008XX0001 -1. .1 0 /SOURCE C < n 1><>< Ampl. >< Freq. >< A1 >< T1 >< TSTART >< TSTOP > 14XX0010 408248. 50. -1. 100. 14XX0009 1.E-20 50. -1. 10. 18 55.29XX0003 /OUTPUT XX0009XX0010 BLANK BRANCH BLANK SWITCH BLANK SOURCE BLANK OUTPUT BLANK PLOT BEGIN NEW DATA CASE BLANK

58

RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Palembang pada tanggal 4 Mei 1995 dengan nama lengkap Charell Naufal Kiramindyo, dari orang tua Harry Purwanto dan Melly Elvira. Penulis bersekolah di SDN Gunung Batu I di tahun 2001-2007, lalu melanjutkan pendidikan ke SMPN 6 Bogor di tahun 2007-2010. Setelah itu penulis melanjutkan sekolah di SMAN 3 Bogor di tahun 2010-2013. Saat ini penulis sedang menempuh studi S1 di Jurusan Teknik Elektro, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. Penulis mengambil bidang studi Teknik Sistem Tenaga sebagai fokus studinya. Selama kuliah penulis aktif dalam berbagai kegiatan. Penulis dapat dihubungi melalui email: [email protected].

59


60

DAMPAK PENAMBAHAN IMPEDANSI PADA KUMPARAN TRANSFORMATOR DAYA TERHADAP FERORESONANSI DI SALURAN TRANSMISI 500 KV

Recommend Documents