Makalah Komponen Simetris (mata kuliah sistem proteksi)

A. Komponen-Komponen Simetris

C.L. Fortescue pada tahun 1918 telah membahas cara menangani rangkaian fasa majemuk poly-phase (berfasa banyak) tak seimbang dalam suatu sidang American Institute of Electrical Engineers. Setelah sidang tersebut, metode komponen simetris menjadi diperhitungkan dikala adanya penelitian atau penulisan artikel yang terkait. Dengan metode komponen simetris ini gangguan tak simetris pada bagian sistem transmisi dapat dianalisa seperti gangguan hubung singkat (short circuit), impedansi dari satu atau dua saluran ke tanah, impedansi antar saluran, penghantar yang terbuka.

Teorema yang dikemukakan oleh Fortescue telah membuktikan bahwa suatu sistem tenaga yang tidak seimbang yang terdiridari n fasor yang berhubungan (related) dapat diuraikan menjadi n buah sistem dengan fasor seimbang yang dapat disebut dengan komponen-komponen simetris (symetrical components) dari fasor aslinya. N buah fasor pada setiap himpunan komponennya adalah sama panjang, dan sudut diantara fasor yang saling bersebelahan dalam himpunan itu memiliki besay yang sama. Walaupun metode ini berlaku untuk setiap sistem fasa majemuk tak seimbang, materi akan dibatasi hanya sampai pada sistem tiga fasa saja.

Gangguan yang sering terjadi pada sistem tenaga biasanya disebabkan oleh gangguan asimetris, yang dapat menyebabkan tegangan dan arus menjadi tidak seimbang. C.L. Fortesque telah membuktikan bahwa sistem tenaga listrik yang tidak seimbang dapat berasala dari tegangan dan arus yang tidak seimbang antar fasanya, hal ini dapat dipecahkan menjad tiga komponen simetris dari sistem tiga fasa yang seimbang. Berikut adalah pembagian dari tiga komponen simetris tersebut:

1    Komponen urutan positif (positive sequence components)

Merupakan komponen simetris yang terdiri dari tiga fasor yang sama besarnya, terpisah 120˚, serta memiliki urutan fasa yang sama seperti urutan fasor aslinya. Saat sistem tenaga dalam keadaan normal, terdapat arus dan tegangan urutan positif, sehingga impedansi sistem tenaga pada keadaan normal adalah impedansi urutan positif.  Setelah itu ketika terjadi suatu gangguan, cabang yang terganggu pada sistem dapat digantikan dengan perubahan tegangan ∆V = V-V₁ dan semua sumber tegangan yang ada pada sistem dihubung singkat, sehingga akan diperoleh arus gangguan ∆I yang mengalir ke dalam sistem, yaitu :

Jika arus awal pada sistem tenaga sebelum terjadi gangguan adalah nol (I = 0), maka arus yang dapat mengalir pada cabang yang mengalami gangguan adalah I₁ = -∆I sehingga didapat

V₁ = V – I₁Z₁........................................................................................................................(1.3)

Persamaan diatas merupakan persamaan komponen urutan positif arus dan tegangan pada cabang yang mengalami gangguan.

2    Komponen urutan negatif (negative sequence components)

Komponen urutan negatif merupakan komponen yang terdiri dari tiga fasor yang memiliki besar yang sama, terpisah satu dengan yang lainnya dalam fasa sebesar 120˚, dan memiliki urutan fasa yang berlawanan dengan fasor aslinya. Jika pada keadaan normal hanya terdapat komponen urutan positif , maka komponen urutan negatif hanya ada pada saat terjadinya gangguan. Jika tidak ada komponen urutan negatif sebelum terjadinya gangguan, maka apabila terjadi gangguan akan timul perubahan tegangan sebesar –V₂, dan arus I₂ yang dapat mengalir melalui sistem tenaga ke gangguan, ditunjukkan melalui persamaan berikut ini

V₂ = -I₂Z₂...........................................................................................................................(1.5)

Z₂ adalah impedansi urutan negatif dan pada umumnya sama dengan impedansi urutan positif.

3    Komponen urutan nol (zero sequence components)

Merupakan komponen yang terdiri dari tiga fasor yang memiliki besar yang sama dan tidak ada pergeseran fasa antara fasor yang satu dengan yang lain. Berikut adalah persamaan komponen urutan nol saat terjadi gangguan:

Arus dan tegangan pada komponen urutan nol memiliki fasa yang sama. Sehingga arus urtan nol untuk dapat mengalir pada sistem memerlukan jalan balik/ perputaran (return connection) yang dapat melalui sistem pentanahan netral. Impedansi urutan nol umumnya tidak sama dengan impedansi urutan positif, pada umumnya ini bergantung pada beberapa faktor seperti halnya jenis peralatan pada sistem tenaga, cara menghubungkan lilitan (∆ atau Y), dan cara pentanahan titik netral.         

Gambar komponen-komponen simetris

            Bermacam-macam keuntungan penggunaan metode ini dalam analisa sistem tenaga. Pada metode ini sistem peganalisaan dengan mengetahui arus pada gangguan. Kemudian nilai arus dan tegangan pada berbagai titik dalam sistem dapat diketahui. Metode yang ckup sederhan ini dapat memberikan ramalan yang seksam mengenai perilaku sistem tenaga.

Karena adanya pergeseran fasa pada komponen simetris tegangan dan arus dalam sistem tiga fasa, akan lebih mudah bila didapatkan metode penulisan yang dapat langsung menunjukkan peputaran fasor dengan 120˚. Operator a merupakan suati opertor fasor yang menyebabkan perputaran sebesar 120˚ dalam arah yng berlawanan arah jarum jam (counterclockwise), dengan tidak mengubah besar fasornya. Operator ini merupakan bilangan kompleks yang besarnya satu dan sudutnya 120˚ dan dapat diartikan sebagai berikut:

Contoh permasalahan :

Salah satu pengantar saluran tiga fasa terbuka. Arus yang mengalir ke beban yang dihubungkan ∆ melalui saluran a adalah 10 A. Dengan arus dalam saluran a sebagai pedoman dan dengan memisalkan bahwa saluran c terbuka, hitunglah komponen simetris arus salurannya

Kita dapat melihat bahwa komponen pada Ic₁dan Ic₂ tetap memiliki nilai tertentu walaupun sluran c terbuka dan tidak dapat mengalirkan arus. Oleh karena itu, seperi yang diharapkan jumlah komponen pada saluran a adalah 10.

Pengertian Gangguan dan klasifikasi Gangguan

Gangguan adalah suatu ketidaknormalan (interferes) dalam sistem tenaga listrik yang mengakibatkan mengalirnya arus yang tidak seimbang dalam sistem tigas fasa. Gangguan dapat juga didefinisikan sebagai semua kecacatan yang mengganggu aliran normal arus ke beban. Tujuan dilakukan analisa gangguan adalah :

1 1. Penyelidikan terhadap unjuk kerja rele proteksi

2 2. Untuk mengetahui kapasitas rating maksimum dari pemutus tegangan

3 3. Untuk mengetahui distribusi arus gangguan dan tingkat tegangan sistem pada saat terjadinya gangguan.

Berikut ini adalah klasifikasi gangguan :

Berdasarkan kesimetrisannya :

1 Gangguan Asimetris, merupakan gangguan yang mengakibatkan tegangan dan arus yang mengalir pada setiap fasanya menjadi tidak seimbang, gangguan ini terdiri dari

- Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah

-Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa

-Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa ke Tanah

2Gangguan Simetris, merupakan gangguan yang terjadi pada semua fasanya sehingga arus maupun tegangan setiap fasanya tetap seimbang setelah gangguan terjadinya. Gangguan ini terdiri dari :

-Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa

-Gangguan Hubung Singkat Tiga Fasa ke Tanah

Berdasarkan lama terjadinya gangguan :

1.    Gangguan Transient (temporer), merupakan gangguan yang hilang dengan sendirinya apabila pemutus tenaga terbuka dari saluran transmisi untuk waktu yang singkat dan setelah itu dihubungkan kembali.

2.    Gangguan Permanen, merupakan gangguan yang tidak hilang atau tetap ada apabila pemutus tenaga terbuka pada saluran transmisi untuk waktu yang singkat dan setelah itu dihubungkan kembali.

Selain klasifikasi gangguan yang telah disebutkan diatas, terbukanya pemutus tenaga tidak selalu disebabkan terjadinya gangguan pada sistem itu sendiri tetapi dapat juga disebabkan adanya kerusakan pada rele, kabel kontrol atau adanya pengaruh dari luar seperti induksi atau interferensi. Gangguan seperti ini disebut juga gangguan non-sistem.

Tweet

Subscribe to receive free email updates: