presentasi TA [Compatibility Mode]

Analisis Kinerja Arrester Tegangan
Tinggi 150 kV pada GIS Tandes
Terhadap Gangguan Impuls Petir
dan Hubung Menggunakan Power
System Computer Aided Design
Design
Oleh:
Hendri Kijoyo
2203.100.130
Dosen pembimbing:
I G. Ngurah Satriyadi H., ST., MT.
Dr. I Made Yulistya Negara, ST.,
MSc.
Latar Belakang
• Indonesia adalah negara kepulauan yang
•
•
terletak di daerah tropis dengan tingkat
intensitas sambaran petir yang cukup tinggi
tinggi..
Sambaran
petir
dapat
menyebabkan
kegagalan proteksi, backflashover dan
tegangan induksi yang dapat membahayakan
peralatan..
peralatan
Arester
petir
memiliki
kemampuan
mengamankan
peralatan
listrik
dari
gangguan surja petir.
petir.
Perumusan Masalah
• Bagaimana
mendapatkan karakteristik
arester petir pada tegangan tinggi dengan
menggunakan PSCAD?
• Bagaimanakah karakteristik
transien
arester petir tegangan tinggi pada simulasi
PSCAD?
• Bagaimana kesesuaian kinerja arester
petir tegangan tinggi pada simulasi
menggunakan PSCAD dan pada berbagai
kondisi impuls?
impuls?
Batasan Masalah
• Simulasi dikerjakan dengan software
PSCAD
• Hanya mempelajari arester tegangan
tinggi dengan gangguan impuls petir dan
hubung.
• Simulasi dilakukan pada kondisi transien
Tujuan Penelitian
• Penelitian pada tugas akhir ini bertujuan untuk
mensimulasikan karakteristik arester petir
tegangan tinggi pada berbagai kondisi impuls
transien dengan menggunakan software PSCAD
PSCAD..
Gelombang Berjalan
• Bentuk umum gelombang berjalan:
Suatu gelombang berjalan dapat dinyatakan sebagai :
E, t1 x t2
v = ±
1
LC
Cm / sec
Arrester
• Merupakan
alat pelindung terhadap
tegangan surja
surja..
• Berlaku sebagai jalan pintas sekitar isolasi
isolasi..
Arester membentuk jalan yang mudah
dilalui oleh arus kilat atau petir, sehingga
tidak timbul tegangan lebih yang tinggi
pada peralatan
peralatan..
Rating Lightning Arrester
• Rating tegangan arester dapat dicari dengan
menggunakan persamaan berikut :
Ur = Tegangan rms fasa ke fasa x 1.10 x koefisien
pentanahan
• Besarnya koefisien pentanahan bergantung pada jenis
pentanahan dari sistem yaitu :
– Sistem yang ditanahkan langsung koefisien pentanahannya
0.8
– Sistem yang tidak ditanahkan langsung koefisien
pentanahannya 1.
1.0
Model Lightning Arrester
• Model petir dalam simulasi ini mengacu pada model petir
•
IEEE WG.3.4.11
Berikut adalah model petir ABB EXLIM yang digunakan
dalam simulasi PSCAD
Simulasi dan Analisis
• Untuk sistem tegangan 150 kV, rating arester
•
•
yang digunakan
digunakan adalah :
sistem yang ditanahkan secara langsung :
Ur = (150
(150 x 1.1 x 0.8)
= 132 kV
sistem yang tidak ditanahkan secara
langsung :
Ur = (150
(150 x 1.1 x 1.0)
= 165 kV
Tampilan PSCAD
Hasil Simulasi Arus 1.2/50 µs
Arus Petir
Arus Arrester
Arus Beban
A
: 8.400 A
: 7.240 A
: 1.080
Besar Pemotongan Arus oleh Arrester
:
89.52 %
Hasil Simulasi Tegangan
1.2/50µs
• Tegangan sisa maksimum yang timbul pada beban
sebesar 443
443..760 Volt.
Volt.
Kinerja Arrester pada Berbagai Nilai
Amplitudo Petir pada 1.2/50 µs
Amplitudo
Petir (kA)
I Petir Max
(kA)
I Arrester
Max (kA)
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
8.4
16.82
25.21
33.64
42.05
50.43
58.83
67.28
75.64
84.05
7.52
15.74
23.97
32.16
40.41
48.66
56.87
65.01
73.34
81.51
I Load
Max ke
beban
(kA)
1.08
1.61
2.08
2.51
2.92
3.29
3.65
4
4.34
4.66
V TFR saat
petir Max
(kV)
443.76
482.56
507.09
529.56
550.65
571.29
590.88
610.8
630.35
649.42
Besar
Pemotonga
n Arrester
(%)
89.52
93.57
95.08
95.6
96.09
96.49
96.67
96.62
96.97
96.98
Hasil Simulasi Variasi Front Time
• Grafik Tegangan Bus dan
Tegangan TFR Maksimum
pada Amplitudo Petir 10
10kA
kA
dengan Variasi Front Time
• Grafik Arus Arrester dan Arus
Beban
Maksimum
pada
Amplitudo Petir 10kA dengan
Variasi Front Time
Hasil Simulasi Variasi Tail Time
• Grafik Tegangan Bus dan
Tegangan TFR Maksimum
pada Amplitudo Petir 10
10kA
kA
dengan Variasi Tail Time
• Grafik Arus Arrester dan
Arus Beban Maksimum pada
Amplitudo
Petir
10
10kA
kA
dengan Variasi Tail TIme
Hasil Simulasi Arus Impuls Hubung
• Amplitude impuls hubung maksimum : 2.020 Ampere
• Arus yang mengalir ke arester
: 1.430
Ampere
• Arus maksimum yang mengalir ke beban
•
390 Ampere
Besar pemotongan Arrester 70.79%
Hasil Simulasi Tegangan Impuls
Hubung
• Tegangan
transien
maksimum yang timbul
pada beban saat dikenai
impuls
hubung
ini
adalah sebesar 396
396..060
Volt..
Volt
• Tegangan Bus dan Tegangan TFR pada Gangguan
Impuls Hubung dengan Amplitudo 10kA
Hasil Analisa Kinerja Arrester pada Berbagai
Nilai Amplitudo Petir pada 200/2500 µs
Amplitudo
Impuls
Hubung
(kA)
Arus Max
(kA)
I Arrester
Max
(kA)
I Load Max
ke
beban
(kA)
V TFR saat
petir
Max
(kV)
10
2.02
1.43
0.39
396.06
70.79
20
4.04
3.3
0.39
416.37
81.68
30
6.05 /
5.18
0.47
434.72
85.62
40
8.09
7.06
0.57
451.8
87.27
50
10.08
8.99
0.7
467.95
89.19
60
12.13
10.9
0.83
464.02
89.86
70
14.11
12.86
0.94
491.83
91.14
80
16.17
14.8
1.03
498.87
91.53
90
18.14
16.75
1.11
506.22
92.38
100
20.16
18.69
1.18
513.57
92.71
Besar
Pemotongan
Arrester (%)
Kesimpulan (1)
1.
2.
3.
Rating lightning arrester pada sistem 150 kV adalah
132 kV bila ditanahkan langsung dan 165 kV bila tidak
ditanahkan langsung.
langsung.
Hasil simulasi pada gangguan impuls petir :
- Rata
Rata--rata besar pemotongan arus 95
95%
%
- Besar arus yang dilewatkan ke beban antara 1
sampai 5 kA
kA..
- Besar tegangan TFR yang terjadi pada saat petir
mencapai arus
maksimal berkisar antara 400
kV sampai 650 kV
kV..
Semakin pendek front time akan mengakibatkan nilai
arus dan tegangan yang semakin besar dan
gelombang yang makin curam
Kesimpulan (2)
3.
Semakin besar atau panjang tail time akan mengakibatkan nilai
arus dan tegangan yang semakin besar, tegangan sisa akan
memiliki waktu mencapai puncak yang semakin singkat dan
waktu pemulihan yang semakin lama.
4.
Hasil simulasi pada gangguan impuls hubung :
- Rata
Rata--rata besar pemotongan arus 87.21%
- Arus yang dilewatkan ke beban berkisar antara 0
sampai 1.5 kA
- Tegangan TFR yang terjadi pada saat petir mencapai arus
maksimal berkisar antara 400 kV sampai 550 kV
Data Transmisi PT PLN (Persero) P3B
Region Jawa Timur dan Bali UPT Surabaya
Transmisi Terpasang
Gardu Induk
Jurusan
Tandes
Sawahan
Tegangan
(kV)
Route
(km)
Jenis
MM2
MCM
Nominal
(ampere)
150
3.200
ACSR
2 x 340
1.480
Spesifikasi gelombang berjalan
• Puncak (crest) gelombang, yaitu amplitudo maksimum
•
•
•
•
gelombang dari gelombang
Muka gelombang t1 (mikro detik ) yaitu waktu dari
permulaan sampai puncak. Biasanya diambil 10%
sampai 90 % E.
Ekor gelombang, yaitu bagian dibelakang puncak.
Panjang gelombang t2 adalah waktu dari permulaan
sampai titik 50 % E pada ekor gelombang.
Polaritas , yaitu polaritas dari gelombang. Positif
menunjukkan gelombang maju, negatif menunjukkan
gelombang mundur.
• kecepatan merambat gelombang itu adalah v cm/ detik
• Muatan itu diberikan oleh arus uniform :
I = C.E.v
• Bila gelombang itu merambat sejauh x cm, maka energi
elektrostatis yang ditimbulkan adalah sebesar :
1
2
WC = C.x.E
2
• Bila L adalah induktansi kawat untuk setiap cm, maka dalam waktu
yang sama, energi elektrostatis pada kawat adalah :
1
WL = L.x.I
2
2
• Gelombang membutuhkan waktu t untuk merabat sepanjang x cm, maka :
v=
x
We = E.I.t
Maka,
t
1
E.I.t =
E.I =
2
1
2
2
C.x.E +
2
C.v.E +
L.x.I
C
E
I
2
2
L.v.I
2
2
2
v =
v=
1
1
We = WC + WL
dan,
+ L
I
E
untuk
E
I
=
1
dan,
E
Cv
2
1
v
+ LCv
Sehingga didapatkan
I
v=±
= Cv
1
LC
Jenis – Jenis Arrester
1. Arrester jenis ekspulsi ( protector tube)
2. Arrester jenis katub (valve type)
Model rangkaian arrester IEEE
WG.3.4.11
Terdiri dari dua buah tahanan nonlinier Ao dan A1 yang
dipisahkan oleh filter R1 - L1.
saat front time lambat, nilai impedansi filter R1 - L1 sangat kecil
sehingga
tahanan nonlinier Ao dan A1 seolah – olah tidak
terpisahkan oleh filter tersebut
tersebut..
Saat front time yang cepat, nilai impedansi filter R1 - L1 menjadi
tinggi, sehingga arus listrik yang mengalir pada tahanan
nonlinear Ao menjadi lebih besar daripada tahanan nonlinear A1.
• Karakteristik tahanan nonlinear Ao dan A1
L 0 = 0,2
R 0 = 100
d
n
d
n
L 1 = 15
d
R 1 = 65
d
• d = panjang keseluruhan
n
arrester
• n = jumlah kolom parallel
n
C = 100
n
d
Grafik Spesifikasi Gelombang Kilat Tipikal
Hasil Simulasi dengan Berbagai Nilai
Amplitudo Petir pada 1.2 / 50 µs
Amplitudo Petir
(kA)
I Arrester Max
(kA/sec)
I Load Max
(kA/sec)
V bus Max
(kV/sec)
V TFR Max
(kV/sec)
10
7.52 / 0.01m
1.08 / 0.012m
492.67 / 0.0017m
470.53 / 0.0017m
20
15.74 / 0.01m
1.61 / 0.9866 µ
568.76 / 0.0013m
520.74 / 0.0013m
30
23.97 / 0.01m
2.08 / 0.89µ
643.08 / 0.0012m
548.27 / 0.0012m
40
32.19 / 0.01m
2.51 / 0.837µ
697.84 / 0.0011m
569.71 / 0.0011m
50
40.41 / 0.01m
2.92 / 0.8037µ
748.29 / 0.0011m
589.21 / 0.001m
60
48.66 / 0.01m
3.29 / 0.7761 µ
798.14 / 0.0011m
607.99 / 0.001m
70
56.87 / 0.01m
3.65 / 0.7553 µ
845.08 / 0.001m
626.08 / 0.9686µ
80
65.01 / 0.01m
4 / 0.74 µ
888.86 / 0.001m
643.83 / 0.9433 µ
90
73.34 / 0.01m
4.34 / 0.7273µ
931.06 / 0.9866µ
661.08 / 0.9205µ
100
81.51/ 0.01m
4.66 / 0.7059µ
969.89 / 0.9626µ
677.19 / 0.9024µ
Hasil Simulasi dengan Variasi Front Time
pada Amplitudo Petir 10 kA
t1 (µs)
t2 (µs)
I Load Max
(kA/sec)
V bus Max
(V/sec)
V TFR Max
(V/sec)
4.07 / 0.6798µ
746.99 / 0.9358µ
617 / 0.8824µ
20
10.16 /
0.0019m
4.27 / 0.6678µ
755.92 / 0.9024µ
624.29 / 0.869µ
20
10.24 /
0.0019m
4.15 / 0.6738µ
751.98/ 0.9225µ
619.71/ 0.889µ
20
10.37 /
0.0019m
3.53 / 0.6979µ
730.81 / 0.9893µ
598.04 / 0.9358µ
20
10.12 /
0.0019m
3
20
8.38 / 0.002m
2.51 / 0.7888µ
657.14 /0.0011m
558.32 /0.0011m
4
20
7.54 / 0.004m
2 / 0.8863µ
610.86 /0.0012m
537.18 /0.0012m
5
20
6.91 / 0.006m
1.56 / 0.9722µ
553.19 /0.0013m
514.43 /0.0013m
6
20
6.47 / 0.007m
1.38 / 0.001m
524.59 /0.0015m
497.99 /0.0014m
7
20
5.85 / 0.008m
1.11 / 0.0012m
493.33 /0.0017m
472.39 /0.0017m
8
20
5.41 / 0.01m
0.94 / 0.0013m
475.02 /0.0019m
459.87 /0.0019m
1.3
1.4
1.7
2
I Arrester Max
(kA/sec)
Hasil Simulasi dengan Variasi Tail Time pada
Amplitudo Petir 10 kA
t1 (µs)
t2 (µs)
5
20
5
I Arrester
(kA/sec)
I Load (kA/sec)
V bus (V/sec)
V TFR (V/sec)
6.91 / 0.006m
1.56 / 0.9722µ
553.19 /0.0013m
514.43 /0.0013m
25
7.42 / 0.005m
1.77 / 0.8984µ
584.18 /0.0013m
526.60 /0.0013m
5
30
7.73 / 0.005m
1.84 / 0.8824µ
593.82 /0.0012m
530.36 /0.0012m
5
35
8.24 / 0.005m
2.06 / 0.8516µ
619.83 /0.0012m
540.56 /0.0012m
5
40
8.55 / 0.005m
2.2 / 0.8422µ
633.34 /0.0012m
546.24 /0.0012m
5
45
8.67 / 0.005m
2.2 / 0.8362µ
633.85 /0.0012m
546.88 /0.0012m
5
50
8.76 / 0.005m
2.28 / 0.8242µ
641.2 / 0.0011m
550.31 /0.0011m
5
55
8.87 / 0.005m
2.33 / 0.8122µ
646.14 /0.0011m
552.56 /0.0011m
5
60
8.96 / 0.004m
2.4 / 0.8061µ
651.85 /0.0011m
555.2 / 0.0011m
5
65
8.99 / 0.004m
2.42 / 0.8061µ
653.47 /0.0011m
555.96 /0.0011m
Hasil Simulasi dengan Berbagai Nilai Impuls
Hubung pada 200 / 2500 µs
Amplitudo
Arus Max
Impuls
(kA/sec)
Hubung
(kA)
I Arrester
Max
(kA/sec)
I Load Max
(kA/sec)
V Bus Max
(kV/sec)
V TFR Max
(kV/sec)
10
2.02 / 0.01m
1.43 / 0.01m
0.39 / 0.0428µ
398.28/0.009m
395.92 /0.009m
20
4.04 / 0.01m
3.3 / 0.01m
0.39 / 0.0374µ
421.01 / 0.01m
416.37 / 0.01m
30
6.05 / 0.01m
5.18 / 0.01m
0.47 /0.0018m
442.81 / 0.01m
434.72 /0.01m
40
8.09 / 0.01m
7.06 / 0.01m
0.57 /0.0016m
462.2 / 0.01m
451.8 / 0.01m
50
10.08 /0.01m
8.99 / 0.01m
0.7 / 0.0014m
481.67 / 0.01m
467.95 / 0.01m
60
12.13 /0.01m
10.9 / 0.01m
0.83 /0.0014m
501.04 / 0.01m
464.02 / 0.01m
70
14.11 /0.01m
12.86 /0.01m 0.94 /0.0013m
511.76 / 0.01m
491.83 / 0.01m
80
16.17 /0.01m
14.8 / 0.01m
521.9 / 0.01m
498.87 / 0.01m
90
18.14 /0.01m
16.75 /0.01m 1.11 /0.0012m
532.03 / 0.01m
506.22 / 0.01m
100
20.16 /0.01m
18.69 /0.01m 1.18 /0.0012m
542.27 / 0.01m
513.57 / 0.01m
1.03 /0.0012m
Klasifikasi Peralatan dalam Gardu Induk
Tegangan Sistem
Nominal (kV)
Kelas Isolasi
BIL (kV)
Tegangan Pengujian Impuls (kV)
a
b
Tegangan Pengujian
Frekuensi
Rendah (kV)
3.3
3A
(3B)
45
45
(30)
16
(20)
6.6
6A
(6B)
60
60
(45)
22
(16)
11
10A
(10B)
90
90
(75)
28
22
20A
(20B)
150
150
(125)
50
33
30A
(30B)
200
200
(170)
70
66
60
350
350
420
140
77
70
400
400
480
160
[80]
[450]
100
550
550
660
230
[120]
[650]
[650]
[780]
[275]
154
187*
140
750
750
900
325
220*
170
900
900
1.080
395
275*
200
1.050
1.050
1.260
460
110
[450]
Yang harus diperhatikan :
1.
“A” menunjukkan kelas isolasi standar.
2.
Nomor dalam [ ] menunjukkan tingkat isolasi subsub-standar.
3.
Angka – angka dalam kolom a diterapkan pada peralatan pada umumnya.
Angka – angka dalam kolom b diterapkan pada peralatan – peralatan khusus.
4.
Tanda * digunakan untuk isolasi yang dikurangi pada system yang diketanahkan.
[185]