GEJALA TRANSIEN

Embed Size (px)

Citation preview

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Tujuan Percobaan Mempelajariperilaku(response)rangkaianterhadapsinyalelektrik;response alamirangkaianataunaturalresponse,respondengansinyalatauforced response,danresponrangkaiansecaramenyeluruhataucompleteresponse. Mengadakanpengukuranarussertateganganpadasaattransient(peralihan, perubahan, transien, transisi) pada rangkaian RC, RL. 1.2 Dasar Teori Gejala transien ini di klasifikasikan menjadi 2 jenis, impulsive transient dan oscillatory transient. Impulsive transient merupakan gejala transien yang disebabkan oleh petir. 2 Oscillatory Transient Merupakan gejala transient yang disebabkan oleh perubahan yang terjadi secara tiba-tiba dari tegangan, arus atau keduanya dalam keadaan steady state dengan polaritas positif dan negatif. Karakteristiknya ditentukan oleh spectral content , durasi, dan magnitude. ( Spectral Content : High, Medium and Low Frequency ). Contoh dari medium frequency adalah ketika Back-To-Back cpacitor Energization dan Cable Switching. Low frequency oscillatory transient seringkali terjadi bagian subtransmisi dan sistim distribusi, ini sering terjadi pada capacitor bank energization yang menghasilkan oscillatory voltage transient dengan frekuensi antara 300-900 Hz. harga puncaknya bisa mencapai 2,0 PU, tapi pada umunya 1.3-1.5 PU dengan durasi 0.5-0.3 cycles. 2. Short Duration Voltage Variations Fenomena yang satu ini dapat kita klasifikasikan menjadi 3 antaralain : instantenous, momentary, dan temporary, (tergantung pada durasinya). Fenomena ini disebabkan oleh Fault, Energization of large load, dengan arus start tinggi, atau intermittent lose connection pada sistem tenaga .Fault bisa mengakibatkan : -Temporary voltage drops (SAGS) -Voltage rise ( Swells) -Complete Loss Of Voltage (INTERRUPTION) Sags Sags disebabkan oleh sisten fault, juga bisa disebabkan oleh energization of heavy load atau starting dari motor-motor besar. Gambar dibawah menunjukan voltage sag pada suatu feeder yang disebabkan oleh single line to ground fault pada feeder yang lain dalam satu gardu induk. gambar berikutnya menunjukan efek dari starting motor besar. 3 Swells Biasanya disebabkan oleh Fault (tapi dalam kesehariannya falut lebih sering mengakibatkan SAG). Temporary voltage rise (swells) bisa terjadi pada unfaulted phase selama selang fault terjadi, , switching dari beban besar, atau energize dari capacitor bank yang besar. karakteristik swells ditentukan oleh magnitude (RMS Value) dan durasinya. "PENGARUH VOLTAGE SWELL SELAMA FAULT TERGANTUNG PADA FAULT LOCATION, SYSTEM IMPEDANCE, DAN GROUNDING" Pada sistem yang tidak diketanahkan, dengan impedansi urutan nol tak terhingga, selama SLG terjadi tegangan fasa (line to ground) dari fasa yang tidak diketanahkan mempunyai nilai 1.73 pu. Didekat GI pada sistem yang tidak diketanahkan, tidak akan terjadi kenaikan tegangan (kecil) pada fasa-fasa yang tidak terganggu karena trafo pada GI biasanya dihubungkan delta-bintang yang mengakibatkan mengalirnya arus fault dengan adanya impedansi urutan nol yang kecil. Interruption 4 Interruption disebkan oleh power system fault, equipment failure dan control malfunction. Ditentukan berdasar dari durasinya, yaitu waktu operasi pengaman. instanteous reclosing mengakibatkan interruption kurang dari 30 cycles (non permanent fault). delayed reclosing bisa mengakibatkan momentary atau temporary interruption. Gejala transien terjadi pada rangkaian-rangkaian yang mengandung komponen penyimpan energi seperti inductor dan/atau kapasitor. Gejala ini timbul karena energiyangditerimaataudilepaskanolehkomponentersebuttidakdapat berubah seketika (arus pada induktor dan tegangan pada kapasitor). 5 Perhatikangambar1.padarangkaiantersebutterdapatduakapasitorC1dan C2.KapasitorC1berfungsiuntukmenyimpanmuatanyangpadaawalnya didapatdaripowersupply,yanglaluakandisimpannyadandibuangkeC2 (saklarS2on)ketikasudahtidaklagitersambungdenganpower-supply (saklarS1off).SaklarS1danS2menggunakanrangkaianterintegrasi analog switch 4066 yang memiliki resistansi kontak (on) sekitar 80 ohm. Elemen penyimpan energi merupakan elemen yang menyimpan muatan listrik dalam elemen-elemennya. a.Kapasitor (C) Kapasitormerupakanelemenyangmemerlukanarussebandingdengan turunan waktu tegangan diantara kutub kutubnya. Secarafisis,terdapatdualempengsejajar,yangsatubermuatanpositif dan yang lain bermuatan negatif seperti pada gambar 6 dimana : dACc=. (1)d = jarak antar lempengan = konstanta dielektrik A = luas lempengan Konstanta dielektrik () untuk beberapa jenis bahan sebagai berikut : Nilaikonstantadiatasmerupakanpermitivitasrelatif,r,yangdiperoleh dari orccc =dimana o adalah permitivitas ruang hampa (=8,85 x 10-1). Satuandarikapasitor/kapasitansidisebut:FaradVoltCoulomb= ,ataudapat dituliskan sebagai berikut :V C q - = . Bentuk dari kapasitor sendiri dapat bermacam-macam. Gambar Model kapasitor dengan dua lempeng sejajar Tabel 1.1 Konstanta dielektrik beberapa jenis bahan Gambar Model fisik kapasitor7 PadasaatdiberiteganganV,makaadaarusiyangmengalirsehingga muatan q berpindah, jika muatan positif (q+) dianggap searah dengan arah arus positif maka : dtdqi =. (2) Kalaumuatantersebutdinyatakansebagaiaraharuspositifdariarah pergerakan sumber positif : dtCdVdtdVC i1= = (3)} } }= = dt iCV dt iCdV1 1 .(4) dan simbol untuk kapasitor adalah : dengan VqC = . i.Energi yang tersimpan dalam kapasitor Untukmenghitungenergiyangtersimpandalamkapasitordapat menggunakan persamaan berikut : } =tcdt i V W dimana dtdVC i = } - =tdtdtdVC V } - =tdV C V ) () (221t VVtCV dV V C = = }. (5) pada saat t = t, V(t) = Vo karena kapasitor sudah diisi, sedangkan pada saat t = -, V(-) = 0 karena kapasitor belum diisi.ii.Kapasitor hubungan seri-paralel Gambar Simbol untuk kapasitor8 Hubungan seri Dapat dilihat pada gambar berikut ini : menurut aturan Kirchhoffs Voltage Law (KVL) : nV V V V V + + + + = ...3 2 1 (6)}= dt iCV1111 ,}= dt iCV2221 , ,}= dt iCVnnn1 . (7) karena ni i i = = = ...2 1, maka } ||.|

\|+ + + =tt nodt iC C CV1...1 12 1 (8) Apabilaiadalahvariabelpeubahterhadap dtdV,maka}+ =oV dt iCV1, dimana Vo = harga awal dari kapasitor. Jadi, }+||.|

\|+ + + =ttonoV dt iC C CV1...1 12 1 ..... (9)bila hanya diwakili satu kapasitor maka }+ =osV dt iCV1 (10) dimana n sC C C C1...1 1 12 1+ + + = ... (11) Gambar Hubungan seri kapasitor Gambar Rangkaian ekivalen dari hubungan seri kapasitor 9 Hubungan paralel Dapat dilihat pada gambar 1.6 berikut ini : menurut aturan Kirchhoffs Current Law (KCL) : nI I I I I + + + + = ...3 2 1 ... (12) dtdVC I11 1 = , dtdVC I22 2 = , , dtdVC Inn n =.. (13) karena nV V V = = = ...2 1, maka dtdVCdtdVCdtdVC In+ + + = ...2 1 ( ) dtdVC C Cn+ + + = ...2 1 .. (14) bila hanya diwakili satu kapasitor maka dtdVC Ip= .... (15) dimana n pC C C C + + + = ...2 1..... (16) b.Induktor (L) Gambar Hubungan paralel kapasitor Gambar Rangkaian ekivalen dari hubungan paralel kapasitor 10 Induktormerupakanelemenyangmembutuhkantegangansebanding denganturunanwaktuataukecepatanperubahanarusyangmengalir didalamnya. Bentuk fisis dari induktor berupa lilitan kawat seperti gambar 1.8 : dalam bentuk persamaan dapat dituliskan : dtdiL V = , dengan satuan Henry (H), dimana arus i yang melewati L berubah terhadap waktu t. Persamaan dari L sebagai berikut : dA NLo45 , 02+=... (17) dimana :N = jumlah lilitan, A = luas penampang = panjang lilitan d = diameter kawat o = 4x10-7 MenuruthukumFaraday:perubahanfluksmenyebabkanperubahan tegangan induksi pada setiap lilitan yang sebanding dengan turunan fluks.Hal ini dapat dilihat pada gambar 1.9 : N+V -i Gambar Model untuk induktor Gambar Model induktor menurut hukum Faraday 11 dimana dtdN V|= . Fluks (t) berhubungan dengan arus i dalam kumparan yang mengandung N lilitan. Jadi, N() mendekati L.i, berikut persamaannya : i L N - ~ |, sehingga dtdiL V =} }= = VdtLdi VdtLdi1 1 oI VdtLi + = }1 dengan Io = harga awal dari induktor. i.Hubungan seri induktor Hubungan seri induktor dapat dilihat pada gambar berikut : menurut KVL : nV V V V V + + + + = ...3 2 1 dtdiLdtdiLdtdiLnn+ + + = ...2211

dimana nI I I I ...2 1= = = sehingga : ( )dtdiL L L Vn+ + + = ...2 1.... (18)atau dapat diwakili dengan rangkaian ekivalen seperti gambar berikut : GambarHubungan seri untuk induktor 12 dimana dtdiL Vs= ... (19) dengann sL L L L + + + = ...2 1....(20)

ii.Hubungan paralel induktor Hubungan paralel induktor dapat dilihat pada gambar 1.12 : menurut KCL : nI I I I I + + + + = ...3 2 1 nV V V = = = ...2 1 oI dt VLI + =}1111

. . . o nnnI dt VLI + =}1, sehingga }+||.|

\|+ + + =ttonoI dt VL L LI1...1 12 1. (21) atau dapat diwakili dengan rangkaian ekivalen sebagai berikut : Gambar Rangkaian ekivalen untuk hubungan seri induktor Gambar Hubungan paralel untuk induktor Gambar Rangkaian ekivalen untuk hubungan paralel induktor 13 dimana opI VdtLI + =}1 .... (22) dengann pL L L L1...1 1 12 1+ + + = .. (23) c.Hubungan antara tegangan V dan arus I pada elemen R, L dan C 1.Resistor (R) Simbol rangkaian dari resistor seperti gambar 1.14 : +V -i dimanaR i V - = dan RVi =2.Induktor (L) Simbol rangkaian dari induktor seperti gambar berikut : +V -i dimana dtdiL V =dan ottV dt VLio+ = }1 3.Kapasitor (C) Simbol rangkaian dari induktor seperti gambar berikut : +V -i dimana ottI dt iCVo+ =}1 dan dtdVC i = . GambarSimbol rangkaian induktor GambarSimbol rangkaian resistor Gambar Simbol rangkaian kapasitor 14 1.3 Alat-alat Praktikum -Kit praktikum Gejala Transien -Pencatat atau recorder X-Y -Sumber daya searah (DC) -Multimeter -Kabel Penghubung 1.4 Prosedur Percobaan a.Percobaan 1 Membuat rangkaian seperti diatas sebagai berikut: V= 5V; R= 10k; C= 1000F Keadaan mula, saklar S1 terbuka, C tidak bermuatan (bagaimana caranya agar dapatdiperolehkeadaanini).Padat=0,saklarS1kemudianditutupdan selanjutnya dibiarkan tertutup. b.Percobaan 2 Keadaanmula,saklarS1terbuka,kapasitorCmula-mulatidakbermuatan dengVc(0)=2V.caramemberteganganmula-mulapadaCadalahdengan memasang Rs = 100 dan V=2V. Saklar S2 kemudian ditutup untuk beberapa saat (30 detik) kemudian dibuka kembali. c.Percobaan 3 V=5V; R1=R2=20k; R3=10k; C=2200F Keadaanmula,saklarS1terbuka,kapasitorCmula-mulatidakbermuatan. Pada t=0, saklar S1 ditutup selanjutnya dibiarkan tertutup. d.Percobaan 4 KeadaanmulaS2terbuka,teganganmulapadaC1=V0danC2=0(tidak mempunyaiteganganmula-mula).RangkaianV-S1-R1digunakanuntuk memberikanteganganmulaipadaC1dengancaramenutupS1sebentar(30 detik).Padat=0,S2ditutupdanselanjutnyadibiarkantertutup.Mencarii(t) VR dan Vc2(t) setelah ditutup.