RSS

PERCOBAAN ETAP

24 Mar

Sebagai bagian dari tugas besar praktikum Sistem Tenaga Listrik 2011,

Contoh diagram satu garis yang telah didesain oleh kelompok kami akan dianalisa melalui 3 analisa, yaitu analisa aliran beban, analisa hubung singkat, dan analisa starting motor. Sebelum dipaparkan lebih jauh, berikut ini diagram satu garis dari kelompok kami :




Setelah itu akan dianalisa untuk masing-masing mode yaitu

  • Analisa Aliran Daya

Analisa pertama yang dilakukan adalah analisa aliran daya. Seperti telah dijelaskan di dasar teori, analisa ini memiliki tujuan untuk mengetahui aliran daya pada system . Berikut ini hasil screen shot dari diagram satu garis di atas yang telah berjalan pada mode analisa aliran daya.


Jika dilihat secara detail pada gambar di atas akan terlihat jelas aliran daya yang menyeluruh dari system ke beban, baik daya aktif (P) maupun reaktif (Q). Untuk mencari problem yang masih terjadi dengan desain system yang seperti ini, maka dapat dicek dengan mengklik tombol alert pada toolbar. Setelah dilakukan hasil dari problem yang ada yaitu :


Dari kondisi alert di atas dapat dilihat bahwa kondisi 3 trafo mengalami kelebihan beban dari kapasitas yang telah disetting. Selain itu terjadi kondisi undervoltage pada beberapa bus yang diakibatkan oleh besarnya daya reaktif yang diserap oleh beban. Tingginya kebutuhan akan daya reaktif dari beban ini akan berdampak kepada menurunnya tegangan nominal bus dan mengakibatkan kondisi under voltage terjadi. Setelah beberapa percobaan yang kami lakukan untuk menormalisasikan tegangan bus seperti sedia kala, kami mendapatkan cara-cara yang dapat dilakukan untuk memperbaiki aliran daya system, yaitu :

  • Men-set generator menjadi mode Voltage Control

    Mode generator yang dipilih untuk digunakan ternyata sangat berpengaruh terhadap analisa aliran beban yang dilakukan, hal ini dikarenakan mode yang satu sangat berbeda dengan mode lainnya. Sebagai contoh kami melakukan perbandingan aliran daya dengan menggunakan generator sebagai Mvar control dan juga Voltage control.


Dengan mode Mvar control


Dengan Voltage control

Dari kedua gambar di atas dapat dilihat bahwa

desain dengan menggunakan mode voltage control hanya sedikit terdapat kondisi under voltage, hanya 2 bus, bandingkan dengan mode Mvar control yang menghasilkan kondisi under voltage pada 9 bus. Hal ini disebabkan pada mode voltage control, generator juga turut berperan dalam menyuplai daya reaktif kepada beban dalam jumlah yang besar. Dengan sifat beban yang menyerap daya reaktif, maka penyuplaian daya reaktif dari generator tentunya akan sangat berpengaruh baik kepada system dan menjaga keseimbangan aliran daya ke beban.

  • Menambahkan kapasitor bank

    Penambahan kapasitor bank adalah salah satu cara yang bisa dilakukan untuk memperbaiki aliran daya ke system, hal ini disebabkan karena kapasitor bank menghasilkan daya reaktif sehingga dapat memperbaiki system dari keadaan under voltage. Berikut ini akan dipaparkan keadaan system , tanpa kapasitor bank dan dengan kapasitor bank


Tanpa kapasitor bank


Dengan kapasitor bank

Dari kedua gambar di atas dapat dilihat bahwa setelah ditambahkan kapasitor bank dengan masing-masing daya 600 kvar(sengaja dibuat setinggi mungkin agar perbedaannya jelas) maka tidak ada lagi bus yang mengalami kondisi under voltage. Hal ini menunjukkan bahwa penambahan kapasitor bank merupakan salah satu solusi dalam memperbaiki system tenaga listrik, adapun berapa kapasitasnya lebih baik dirancang dulu sesuai kebutuhan yang ada agar tidak ada biaya yang terbuang percuma.

  • Analisa Hubung Singkat

Analisa hubung singkat menjadi sangat penting untuk dipelajari karena arus hubung singkat yang cenderung sangat besar berpotensi merusak peralatan peralatan yang dimiliki oleh suatu system. Analisa ini dilakukan dengan memberi gangguan pada beberapa bus di system. Setelah itu dengan menggunakan mode analisa hubung singkat akan dapat dilihat besarnya arus hubung singkat yang mengalir pada system.



Pada software ETAP, analisa hubung singkat dilakukan untuk menganalisa arus gangguan 3 fasa, 1 fasa, fasa ke tanah, antar fasa, dan antar fasa ke tanah pada suatu sistem tenaga listrik. Perhitungan arus gangguan yang disimulasikan adalah total arus hubung singkat berdasarkan kontribusi arus gangguan dari masing-masing motor, generator dan komponen lain dalam sistem tenaga listrik.

Gangguan pada sistem tenaga listrik tidak mungkin dapat dihindari seluruhnya meskipun desain sistem tersebut telah dibuat sebaik mungkin hal ini karena gangguan tidak hanya berasal dari sistem melainkan juga dari lingkungan sekitar. Untuk mengatasi masalah ini maka dibutuhkan suatu sistem proteksi yang dapat mengamankan dan melokalisir gangguan sehingga tidak mengakibatkan kerusakan yang luas. Tujuan dilakukannya analisa hubung singkat salah satunya untuk memperoleh nilai setting relai proteksi yang tepat digunakan berdasarkan besarnya arus gangguan yang terhitung pada saat simulasi.

Rangkaian sistem tenaga listrik yang telah dibuat kelompok kami menggunakan sebuah generator dengan kapasitas 100 MW dan power grid 2500 MVAsc serta komponen lainnya. Simulasi analisa hubung singkat pada ETAP menggunakan gangguan 3 fasa pada bus 2 (13,8 kV) dan bus 11 (4,6 kV) sehingga arus gangguan yang diperoleh hanya arus gangguan yang terhubung dengan bus 2 dan bus 11. Besarnya arus gangguan pada bus 2 yaitu 5,5 kA dan pada bus 11 sebesar 9,3 kA. Arus gangguan pada bus 11 lebih besar dikarenakan selain terhubung dengan bus 2 juga terhubung dengan trafo 10 MVA yang kapasitasnya lebih besar dari trafo yang terhubung ke bus 2. Selain itu bus 11 juga terhubung dengan motor sinkron 200 HP, hal ini menunjukkan bahwa arus gangguan akan semakin besar jika kapasitas pembangkit, trafo, dan jumlah beban bertambah. Hal ini dikarenakan arus merupakan representasi dari beban, sehingga jika beban semakin bertambah, arusnya juga akan semakin besar.

Besarnya arus gangguan yang arahnya ke bus 2 yaitu 2,92 kA yang berasal dari generator dan 2,43 kA yang berasal dari power grid. Sedangkan arus gangguan yang berasal dari trafo yang terhubung dengan bus 2 dan bus lainny sebesar 0,138 kA dan 0,213 kA. Arus gangguan yang berasal dari sumber nilainya jauh lebih besar karena semakin dekat jarak gangguan dengan sumber maka arus gangguannya pun akan lebih besar.

Pada bus 11, besarnya arus gangguan yang berasal dari trafo 4 (10MVA) yaitu 7,91 kA dan arus gangguan yang berasal dari motor sinkron dan composite network sebesar 0,165 kA dan 1,27 kA. Arus gangguan pada bus 11 besarnya lebih besar daripada pada bus 2 seperti yang telah dijelaskan sebelumnya. Selain itu, composite network yang didalamnya juga terdapat rangkaian composite motor juga memberikan kontribusi arus gangguan yang cukup besar pada system.

Satu hal yang kami lihat dari simulasi arus hubung singkat adalah CB pada rangkaian telah bekerja dengan baik, hal ini dibuktikan dengan semua arus gangguan arahnya keluar dari CB menuju bus, tidak ada arus gangguan yang menuju ke peralatan dan berpotensi merusak alat. Selain itu, menurut analisa kami untuk menanggulangi arus hubung singkat dapat dilakukan dengan cara-cara yaitu :

  • Memasang rele proteksi
  • Memanjangkan kabel agar impedansi bertambah
  • Mengurangi beban

  • Analisa Starting Motor

Analisa starting motor sangatlah penting untuk diperhatikan, terutama pada motor-motor induksi 3 fasa yang memiliki kapasitas besar. Hal ini dikarenakan ketika masa starting, motor akan dianggap sebagai impedansi kecil yang terhubung pada sebuah bus, mengakibatkan akan mengalirnya arus yang besar dari system, sekitar 6 kali arus rating, dan dapat menyebabkan voltage drop pada system dan menyebabkan gangguan operasi beban yang lain. Penyebabnya adalah karena pada saat starting kondisi motor dalam keadaan diam. Walaupun arus starting besar terjadi hanya dalam waktu beberapa detik, namun itu sudah cukuo untuk menyebabkan terjadinya jatuh tegangan (voltage drop) sesaat yang disebut voltage dip. Adapun efeknya telah dijelaskan di dasar teori sebelumnya.

Pada simulasi starting yang kami lakukan, yang akan kami paparkan adalah simulasi dengan mode analisa dinamis, hal ini dikarenakan mode analisa dinamis jauh lebih menyeluruh dibandingkan dengan analisa static, sehingga setiap detail dari proses starting dapat dilihat dengan mudah. Motor yang digunakan dari rangkaian adalah motor induksi 3(200 HP) dan motor sinkron 3(200 HP). Waktu mulai star Berikut grafik hasil starting dari system yang telah dibuat :


grafik acceleration torque


Grafik motor terminal voltage (motor base)


Grafik motor real power output


grafik motor torque


Grafik load torque


Grafik motor reactive power demand


Grafik motor real power demand


Grafik bus voltage


Grafik motor terminal voltage (bus base)


Grafik motor current

Untuk grafik torsi akselerasi, dapat dilihat bahwa torsi ini hanya ada pada detik ke 2 sampai ke 4. Hal ini dikarenakan pada saat starting membutuhkan torsi yang besar, setelah detik ke 4 tidak ada lagi torsi akselerasi dikarenakan motor sudah stabil, baik motor sinkron maupun induksi mengalami torsi akselerasi dengan tingkat persentase yang hampir sama. Torsi yang dibutuhkan pada saat starting motor, baik induksi maupun sinkron, harus cukup besar agar kecepatan motor pada saat starting bisa mencapai kecepatan ratingnya. Hal ini dipengaruhi oleh tegangan terminal motor, semakin besar tegangan terminalnya maka torsi yang dihasilkan juga akan besar.

Pada grafik motor terminal voltage (motor base) , terlihat bahwa tegangan terminal motor akan semakin meningkat pada proses starting dan akan stabil setelahnya (detik ke 4). Hal ini membuktikan bahwa tegangan terminal pada motor membutuhkan waktu (pada saat starting) untuk mencapai tegangan yang sebenarnya. Untuk motor induksi dan juga motor sinkron didapatkan grafik yang hampir sama persis.

Pada grafik motor real power output, dapat dilihat bahwa daya nyata keluaran yang dihasilkan motor akan sangat besar pada saat starting, hal ini dikarenakan arus starting yang sangat besar sehingga sesuai prinsip keseimbangan maka daya juga akan meningkat. Setelah full load maka daya keluaran akan stabil di titik 150 kW.

Pada grafik torsi motor, dapat dilihat bahwa torsi motor akan meningkat dengan sangat pesat ketika proses starting. Hal ini dikarenakan arus merupakan representasi dari beban, sehingga ketika starting, dengan tingginya arus yang ada akan membuat torsi motor menjadi sangat besar.

Pada grafik dari torsi beban, ketika starting torsi akan meningkat secara drastic hingga mencapai full load, setelah itu akan stabil, dari grafik dapat dilihat bahwa tidak ada pengaruh berarti dari proses starting terhadap torsi beban

Pada grafik motor reactive power demand, dapat dilihat bahwa ketika proses starting permintaan daya reaktif ternyata sangat tinggi, mencapai 1000 kvar, hal ini dikarenakan arus yang sangat besar dari motor motor yang melakukan starting, sifat induktif dari motor menyebabkan motor membutuhkan suplai daya yang reaktif, dan arus yang besar saat starting menyebabkan kebutuhan motor akan daya reaktif naik berkali kali lipat. Hal inilah yang menyebabkan pada proses starting banyak bus yang mengalami keadaan under voltage seperti dapat dilihat di bawah ini


Dari gambar diatas dapat dilihat banyaknya bus yang mengalami keadaan under voltage, bahkan sampai 10 %. Jadi inilah yang perlu diwaspadai oleh para engineer saat mendesain suatu system tenaga listrik, analisa yang mendalam mengenai perputaran daya terutama daya reaktif mutlak diperlukan.

Pada grafik motor real power demand, dapat dilihat bahwa ketika starting motor membutuhkan suplai daya nyata yang cukup besar, walaupun tidak sebesar reaktif. Hal ini sepeti diutarakan sebelumnya, tingginya arus starting membuat kebutuhan daya motor meningkat.

Pada grafik tegangan bus, dapat dilihat bahwa ketika proses starting, tegangan bus akan meningkat secara drastis, menyebabkan hampir semua bus under voltage, hal ini dikarenakan kebutuhan motor akan daya reaktif yang melonjak tajam pada saat starting, menyebabkan tegangan nominal bus menjadi sangat berkurang.

Pada grafik motor terminal voltage (bus base), tegangan terminal motor akan meningkat secara perlahan pada saat starting. Setelah mencapai full load tegangan terminal akan stabil.

Pada grafik motor current, pada saat starting arus akan melonjak tajam seperti yang telah dibahas sebelumnya, lonjakan tersebut mencapai 600 % dari arus normal pada saat full load. Hal ini membuktikan teori bahwa pada saat starting arusnya sangat tinggi dan berpotensi merusak alat sehingga mode starting sangatlah mutlak untuk diperhatikan.

Dari analisa starting yang telah dilakukan, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan saat starting yaitu :

  • Mode starting

    Pemilihan mode starting sangatlah penting, hal ini untuk mencegah kerusakan motor dikarenakan lonjakan arus starting yang begitu besar, contoh contoh mode starting telah dijelaskan di dasar teori.

  • Waktu starting

    Salah satu cara menyiasati agar starting tidak menyebabkan bus-bus pada system undervoltage / voltage dip adalah dengan menyiasati waktu starting tiap motor, misalkan motor A mulai pada detik ke 3, lalu motor B baru mulai starting pada detik ke 7, dan seterusnya. Hal ini akan mengurangi beban dari tiap bus dan juga mencegah permintaan daya yang tinggi dalam waktu bersamaan.

    ANGGOTA KELOMPOK

    Fajar Alya Rahman, desain ,analisa

    Velayati Puspa Pertiwi, desain, dasar teori

    Indah Marisa Dhanti, dasar teori

    Saeful Sulun, analisa

    Novika Ginanto, penyelesaian, pengemasan

    Haris Hakim, penyelesaian, penutup

 
5 Comments

Posted by on March 24, 2012 in Materi, Sistem Tenaga Listrik

 

5 responses to “PERCOBAAN ETAP

  1. Riana Rahmat Saleh

    June 24, 2012 at 5:40 PM

    wah coba klo bisa d download ETAP nya

     
  2. HQ

    November 16, 2012 at 3:17 PM

    klo ada ownload software ETAPnya lebih mantap ni gan

     
  3. husni

    February 2, 2013 at 11:00 AM

    bagaimana mengatahui MVAsc Powergrid

     
  4. Ferry

    December 28, 2013 at 10:15 AM

    Ulasannya agus dan membantu sayang gambar lampirannya tidak terlalu jelas. Terima kasih…

     

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

 
%d bloggers like this: