Pertimbangan Pemasangan Arrester

Peralatan di gardu induk memiliki Standard Lightning Impulse With-stand Voltage (juga dikenal sebagai nilai BIL) sesuai desain. Pada sistem 420 kV nilai ini sebesar 1425 kV untuk sistem 500kV memiliki nilai BIL bervariasi antara 1550 – 1800 kV. Tegangan tertinggi yang diperbolehkan pada peralatan beroperasi dengan non-self-restoring (contoh Transformator), merupakan nilai Standard Lightning Impulse withstand Voltage dibagi dengan safety factor 1,15.

Sehingga untuk sistem 420 kV, tegangan tertinggi yang diperbolehkan pada peralatan ketika mengahadapi surja adalah sebesar 1239 kV. Tidak jarang nilai batas aman ini terlampaui. 

Hal-hal yang memungkinkan batas ini terlampaui adalah sebagai berikut:

1. Proses Gelombang Berjalan
2. Drop tegangan induktif

contoh ;

arrester dianggap sebagai arrester ideal, dimana arrester akan tetap bersifat sebagai insulator hingga beda potensial diantara kedua ujungnya mencapai 823 kV, juga tegangan tinggi akan dibatasi pada nilai tersebut (prosos pemotongan tegangan surja).

Misal jarak antara arrester dan trafo adalah 30 meter, maka surja akan mencapai trafo dalam waktu 0,1 µs kemudian, saat gelombang berjalan mencapai trafo tegangan di arrester mencapai nilai: 1000kV/ µs . 0,1 µs = 100kV (arrester masih bersifat sebagai insulator)

Gelombang berjalan akan dipantulkan kembali setelah mencapai transformator. penjumlahan dari gelombang datang dan pergi menyebabkan steepness meningkat menjadi 2 kali lipat yaitu: 2000 kV/ µs. Dalam durasi 0,1 µs gelombang tersebut akan mencapai arrester sehingga tegangan di arrester mencapai 200 kV. Pada kondisi ini arrester masih bersifat sebagai insulator. Situasi pada arrester tidak berubah hingga tegangan pada terminal-terminalnya mencapai nilai 823 kV.

Asumsi awal LA ideal, nilai tegangan yang lebih tinggi daripada residual voltage tidak akan mampu dilalui oleh arrester. Sesuai dengan aturan proses gelombang berjalan, maka nilai 823 kV hanya dapat dicapai jika terdapat surja tegangan dengan polaritas negative yang memiliki kecuraman 2000 kV/ µs menyebar menuju kedua sisi dari arrester.

Saat tegangan arrester “tertahan” pada 823 kV, 0.1 µs sebelum gelombang berjalan negative mencapai trafo, tegangan di arrester telah mencapai 1023 kV. Hanya saja, dalam kondisi demikian tegangan 823 kV telah dibumikan melalui arrester, sehingga hanya 200 kV yang berjalan menuju transformator.

Generator Sinkron AC

Generator sinkron adalah mesin listrik AC yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik AC

Cara Generator Sinkron bekerja

dari gambar diatas (atas garis putus-putus) ; Arus DC masuk melalui kumparan rotor melalui brush, slip ring dan sikat. Adanya arus (I) dan jumlah lilitan (N) menghasilkan gaya magnetik (Fm), sedangkan karena adanya reluktansi rangkaian magnet menghasilkan fluks magnet (garis putus-putus gambar bawah) ketika rotor berputar, gaya magnetik juga berputar dan jalur fluks terbentuk.

(gambar bawah)Ketika fluks magnet ϕ memotong rangkaian magnetik dengan luas penampang A, maka kepadatan fluks B dapat dinyatakan sebagai berikut:

B=ϕ/A  (3)

(Gambar atas) juga menunjukkan stator dengan lilitan tunggal sepanjang l. Ketika rotor berputar, fluks magnet rotor akan memotong lilitan stator dengan kecepatan v, sehingga electromotive force (emf) e_ind akan muncul, sesuai dengan persamaan:

e_ind =(v x B) . l  (4)

Dengan arah yang sesuai dengan aturan tangan kanan ditunjukkan oleh (gambar atas) di atas. Melalui penurunan matematis secara lanjut akan dihasilkan persamaan tegangan rms pada stator sebagai berikut:

e_ind =kϕω  (5)

(Gambar bawah )menunjukkan bahwa ketika medan magnet berotasi, kepadatan fluks pada lilitan stator berubah. Ketika pole berhadapan dengan lilitan, kepadatan fluks celah udara B pada kondisi ini bernilai paling tinggi, dan akan bernilai nol ketika pole berada sejauh 90^o dari lilitan. Oleh karena itu, besar emfinduksi atau tegangan V akan bervariasi terhadap waktu sesuai dengan variasi kepadatan fluks di sekitar rotor.

http://kurniawanpramana.wordpress.com/2011/09/25/generator-sinkron-1/

Prinsip Kerja Generator Sinkron

Medan magnet bisa dihasilkan oleh kumparan yang dialiri arus DC (magnet tetap), pada generator medan magnet diletakkan pada stator yang disebut generator kutub eksternal dimana energi listrik dibangkitkan oleh kumparan rotor, karena hal ini timbul kerusakan pada slip ring dan karbon sikat yang mengakibatkan masalah pada pembangkit daya tinggi.

Untuk mengatasi masalah pada pembangkit daya tinggi digunakan generator tipe internal dimana medan magnet dari rotor dan energi listrik AC dari stator, energi listrik/ tegangan yang dihasilkan AC jika rapat fluks magnet pada celah udara terdistribusi AC dan rotor berputar dengan kecepatan konstan. 

note ; Jika sebuah kumparan diputar pada kecepatan konstan pada medan 

           magnethomogen, maka akan terinduksi tegangan sinusoidal pada 

           kumparan tersebut.

http://ujangaja.wordpress.com/2008/03/30/generator-sinkron/

MOTOR INDUKSI

Motor induksi adalah alat listrik yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik, listrik yang diubah adalah listrik 3 phasa, paling umum digunakan di industri-industri dan dapat langsung disambungkan ke sumber daya AC.

cara kerja motor induksi dilihat dari gambar di bawah ini

 Ketika tegangan masuk melalui phasa U ke belitan stator pada kutub S (selatan) yang menyebabkan adanya medan magnet yang mengalir pada belitan stator, sedangkan 2 kutub N (utara) dengan phasa W dan V jarum kompas akan saling tarik menarik dengan kutub S. (jarum pindah ke N (di W) balik ke S jarum ke N (di V) balik ke S) jarum kompas akan berputar 1200 sehingga belitan stator timbul medan magnet putar. Kejadian ini akan terus terjadi membentuk medan magnet putar sehingga kompas berputar satu putaran penuh.
Jika pada motor induksi jarum kompas itu adalah rotor sangkar yang berputar pada porosnya.


putaran medan magnet stator (searah dengan arah arus masuk) dan medan magnet rotor (jarum kompas yang berpindah dari S ke N di W, dari S ke N di V berbeda arah putarnya makanya disebut motor tidak serempak.

Mesin Arus Searah

Ket ; Torsi  = Putaran
         Fluksi = Medan Magnet
       

BAGAIMANA PUTARAN (TORSI) DAPAT TERJADI ??
Ingat ATURAN TANGAN KANAN ??  bahwa gaya, medan magnet, dan arus membentuk suatu sumbu tiga dimensi seperti ini,arah medan magnet (B) diwakili oleh telunjuk dan arah arus listrik (I) diwakili oleh ibu jari, sedangkan arah gaya lorenz (F) ditunjukan jari tengah 
 
http://desianaputripermana.blogspot.com/2010/12/gaya-lorentz.html

Semua setuju bahwa medan magnet (B) berarah dari kutub Utara (N) ke kutub Selatan (S), gambar garis panah putus-putus adalah medan magnet (B) yang berarah dari N ke S. Sedangkan arus (I) garis panah didalam konduktor. Interaksi adanya arus (I) dan medan magnet (B) dengan menggunakan aturan tangan kanan mengakibatkan munculnya gaya (F).

Coba sendiri, konduktor yang dekat dengan kutub S akan muncul gaya ke arah kebawah, sebaliknya pada konduktor yang dekat dengan kutub N akan muncuk gaya ke arah atas. Akibatnya bagian medan akan berputar karena adanya dua gaya yang berlawanan arahnya. Setelah satu putaran maka konduktor yang tadinya dekat dengan kutub S akan berpindah dekat ke kutub N, dan juga sebaliknya. Akibat adanya pasangan cincin belah-komutator, arus akan mengalir dengan arah yang tetap, walaupun konduktornya berganti, sehingga gaya pada titik tersebut akan selalu tetap arahnya. Begitu seterusnya sehingga motor arus searah akan berputar pada arah yang tetap. 

Secara sederhana, apabila sumber arus searahnya kita balik arahnya maka putaran yang dihasilkan akan berlawanan arah (motor tamiya berjalan mundur karena terbalik memasang baterainya). http://konversi.wordpress.com/2008/09/01/motor-arus-searah-dc-bagaimana-bekerjanya/

Cari orang yang mau menerima kekurangan kamu, jatuh cinta sama keanehan kamu, tapi nggak membiarkan kamu memelihara sifat-sifat burukmu. Kamu itu kacau, perlu diperbaiki, pakai cinta.

( Otoy Ways (Jilid Dua) (Source: namasayakinsi)

Karakteristik Listrik Saluran Transmisi

Karakteristik listrik saluran transmisi adalah konstanta-konstanta saluran.
Konstanta-kontanta saluran yaitu ; Tahanan (R), Induktansi (L), Konduktansi (G), dan Kapasitansi (C).

Pada saluran udara, G dapat diabaikan karena sangat kecil, perhitungan pun jd lebih mudah dan pengaruh masih batas yg dapat diabaikan.

R diperlukan untuk membatasi arus agar tidak merusak peralatan listrik, tapi R dpt merugikan jika jumlah R relative besar karena dapat mengurangi arus / daya yg dikirim ke konsumen.

1. Tahanan (R)

Tahanan suatu konduktor kawat penghantar

R = p (l/A)

"A = luas penampang kawatPenampang kawat satuanny CM (Circular Mil), yaitu penampang kawat   yg berdiameter 1 mil=1/1000 inch.
Jika penampang kawat satuannya mm2 maka CM ;
CM = 1973 x (penampang kawat mm2)       atau       mm2 = 5,067x10 (pangkt -4) x (penampang CM)

"p = resistivitas
dalam sistem MKS (meter,kilogram,sekon) satuan p adalah ohm-meter, panjng (m) dan luas m2.
dalam sistem CGS (centimeter,gram,sekon) satuan p adalah mikro-ohm-centimeter, panjng (cm) dan luas (cm2)


"l = panjang kawat
pd umumnya kawat penghantar terdiri dr kawat pilin maka sebagai faktor koreksi perhitungan pengaruh pilin, panjang kawat x 1,02 (2% faktor koreksi).


Tahanan kawat pengaruh temperatur
dengan batas temperatur 10'C-100'C, maka tahanan ;

R t2 = R t1 [l + αt1 (t2-t1)]

R t2 = tahanan temperatur 2
R t1 = tahanan temperatur 1
α t1 = koefisien temperatur t1 

jadi,  

R t2/R t1 =   l + αt1 (t2-t1)                      R t2/R t1 = To + t2/To + t1

dimn,  

 α t1 = 1/ To + t1   atau To = (1/α t1)-1

-To adalah temperatur tahanan kawat akan menjadi nol, jika persamaan linier yg sama berlaku pd daerah temperatur itu.
jika ini benar -To = temperatur absolut -273'C.

Pada tembaga yg mempunyai konduktivitas 100% , α dari tahanan pada 20'C;  

α 2o = 0,00393                  atau                   To = (1/0.00393) - 20 = 234,5'C

Konduktivitas lain dr tembaga, α berubah langsung. untuk konduktivitas 97,5%

 α 2o = 0,00383                  atau                   To = 241,0'C

Aluminium konduktivitas 61%

 α 2o = 0,00403                 atau                   To = 228,1'C

2. Induktansi dan Reaktansi Induktif Rangkaian Fasa Tanggal

Penurunan rumus induktansi dan reaktansi induktif dari konduktor diabaikan 2 faktor, yaitu;

1. efek kulit (skin effect)

2. efek sekitar (proximity effect)

efek kulit adalah gejala pada arus bolak balik, kerapatan arus penampang konduktor makin besar ke arah permukaan kawat.

tapi jika hanya meninjau frekuensi 50Hz/60Hz pengaruh afek kulit sangat kecil sehingga dapat diabaikan.

efek sekitar adalah pengaruh kawat lain yg berada disamping kawat yg ditinjau sehingga distribusi fluks tidak simetris .

tapi jika radius konduktor kecil terhadap jarak kedua kawat maka efek sekitar sangat kecil sehingga dapat diabaikan juga.

Fluks Maknit kawat panjang, kawat balik berada ditempat yg sangat jauh

kawat panjang, lurus, bulat, uniform dengan kawat yg berada ditempat sangat jauh

maka gaya gerak magnit;

i1 = ∫ | He | ds

 | He | = besaran intensitas medan magnit (lilitan ampere / meter)

   ds    = panjang elemen sepanjang jalan (m)

   i1     = gaya gerak magnit (lilitan ampere)

disebut GGM (gaya gerak magnit) karena hanya 1 kawat yg dikelilingi medan magnit dan hanya ada 1 lilitan (turn).

lilitan ampere = besar arus pada kawat

jika kawat balik sangat jauh, intensitas medan magnit sepanjang jalan dipih konstan (tidak ada proximity effect), maka

i1 = | He | ∫ ds

jika radiusnya y1, maka;     ∫ ds = 2 Π y1
sehingga,

 i1 = 2 Π y1 | He |               atau              | He |  =  i1  ∕ 2 Π y1

| Be | = kerapatan fluks maknit  
| Be | = Ua

 | He |  =  Ua . i1  ∕ 2 Π y1       weber/m2

Ua = permeabilitas absolut media sekeliling kawat
Uv = permeabilitas hampa udara
Uv = 4 Π x 10 -7  henri/meter
Uv = 1 (sistem c.g.s)

Ua = Ue x Uv

Ue = permeabilitas relatif media sekeliling

~ Fluks Magnit

   *kerapatan fluks diluar kawat

 || Be ||   =  d Φe   ∕  dA =  Ue Uv i1  ∕ 2 Π y1        weber/m2

    Φe = fluks luar kawat

dA   = h dy1

dΦe = |Be| dA

dΦe =  (Ue Uv i1   ∕  2 Π y1)dy1   weber 

    *fluks total, antara permukaan kawat dan silinder konsentrasi dengan radius D1
                                                       D1

Φe =  Ue Uv h i1   ∕  2 Π    ∫ dy1  ∕y1

                                                r1

Φe =  Ue Uv h i1   ∕ 2 Π  ln  D1/r1      weber      (radius D1 dibiarkan besar sampai tak hingga)

~ fluks lingkup (fliks linkage)

   *karena fluks melingkari kawat sekali, maka hanya ada 1 lilitan (turn)
   sehingga, fluks lingkup( λe ) hasil fluks tadi = fluks itu sendiri 

λe = N Φe                    (N=1)

λe = Ue Uv h i1  ∕2Π  ln D1  ∕r1     lilitan weber

~ fluks dalam kawat

  | Hi|  =  iy   ∕ 2 Π y1

  | Bi |  =  ui uv |Hi|  =  ui uv iy   ∕2 Π y1

    Ui = permeabilitas relatif kawat

    *jika arus dalam kawat dalam keadaan mantap dan efek kulit diabaikan distribusi arus akan rata

  iy    = i1  Π y1 2   ∕  Π r1 2 

                     =  i1  y1 2   ∕ r1 2

| Bi |  =  ui uv i1   ∕ 2Π r1 2  (y1)

  dΦi  = | Bi | dA = | Bi | h dy1

          = {ui uv i1 h   ∕  2 Π r1 2} y1 dy1

     *fluks lingkup yg dihasilkan  dΦ

 dλi = iy  ∕ i1 dΦi

 dλi = y1 2  ∕ r1 2 dΦi

 dλi = ui uv i1 h y1 3 ∕ 2Π r1 4  dy1

      *jumlah fluks lingkup dalam kawat
                       r1

   λi = ∫ dλi

                   0
                                                        r1

   λi = ui uv h i1  ∕ 2Π r1 4    ∫ y1 3 dy1

                                                    0

   λi = ui uv i1 h  ∕ 8Π             lilitan weber

       *jadi, jumlah fluks lingkup kawat 1 yg disebabkan arusnya sendiri

   λ21 = λe + λi

   λ21 = uv h i2   ∕ 2Π (ue ln D1/r1 +u1/4)

source; Buku "Transmisi Daya Listrik";Prof.Ir.T.S.Hutauruk,M.Sc