Perhitungan Kegagalan Listrik | Impedansi Sekuen Positif Negatif Nol
Sebelum menerapkan sistem perlindungan listrik yang tepat, perlu memiliki pengetahuan yang mendalam tentang kondisi sistem tenaga listrik selama kegagalan. Pengetahuan tentang kegagalan listrik diperlukan untuk menempatkan relai pelindung yang berbeda di lokasi yang berbeda dalam sistem tenaga listrik.
Informasi mengenai nilai arus kegagalan maksimum dan minimum, tegangan di bawah kegagalan tersebut dalam besaran dan hubungan fase terhadap arus di bagian-bagian berbeda dari sistem tenaga listrik, harus dikumpulkan untuk penerapan yang tepat dari sistem relai pelindung di bagian-bagian berbeda dari sistem tenaga listrik. Pengumpulan informasi dari parameter-parameter berbeda dari sistem umumnya dikenal sebagai perhitungan kegagalan listrik.
Perhitungan kegagalan secara luas berarti perhitungan arus kegagalan dalam sistem tenaga listrik apapun. Ada tiga langkah utama untuk menghitung kegagalan dalam sistem.
Pilihan rotasi impedansi.
Reduksi jaringan sistem tenaga listrik yang rumit menjadi impedansi setara tunggal.
Perhitungan arus dan tegangan kegagalan listrik menggunakan teori komponen simetris.
Notasi Impedansi Sistem Tenaga Listrik
Jika kita melihat sistem tenaga listrik manapun, kita akan menemukan beberapa tingkat tegangan. Misalnya, asumsikan sistem tenaga listrik biasa di mana tenaga listrik dihasilkan pada 6,6 kV lalu dinaikkan ke 132 kV dan ditransmisikan ke substasi terminal di mana ia diturunkan ke tingkat 33 kV dan 11 kV, dan tingkat 11 kV ini mungkin lebih lanjut diturunkan ke 0,4 kV.
Dari contoh ini, jelas bahwa jaringan sistem tenaga listrik yang sama dapat memiliki tingkat tegangan yang berbeda. Jadi, perhitungan kegagalan di lokasi manapun dari sistem yang disebutkan menjadi sangat sulit dan rumit jika mencoba menghitung impedansi bagian-bagian sistem sesuai dengan tingkat tegangannya.
Kesulitan ini dapat dihindari jika kita menghitung impedansi bagian-bagian sistem dengan merujuk pada satu nilai dasar. Teknik ini disebut notasi impedansi sistem tenaga listrik. Dengan kata lain, sebelum perhitungan kegagalan listrik, parameter sistem, harus dirujuk ke kuantitas dasar
dan direpresentasikan sebagai sistem impedansi seragam dalam ohm, persentase, atau nilai per unit.
Tenaga listrik dan tegangan umumnya diambil sebagai kuantitas dasar. Dalam sistem tiga fasa, daya tiga fasa dalam MVA atau KVA diambil sebagai daya dasar dan tegangan antara garis dalam KV diambil sebagai tegangan dasar. Impedansi dasar sistem dapat dihitung dari daya dasar dan tegangan dasar ini, sebagai berikut,
Nilai per unit adalah nilai impedansi sistem tidak lain adalah rasio antara impedansi aktual sistem terhadap nilai impedansi dasar.
Nilai impedansi persentase
dapat dihitung dengan mengalikan 100 dengan nilai per unit.
Sekali lagi, terkadang diperlukan untuk mengonversi nilai per unit yang dirujuk ke nilai dasar baru untuk menyederhanakan perhitungan kegagalan listrik yang berbeda. Dalam hal itu,
Pilihan notasi impedansi tergantung pada kompleksitas sistem. Umumnya tegangan dasar sistem dipilih sedemikian rupa sehingga memerlukan jumlah transfer minimum.
Misalkan, satu sistem memiliki banyak jalur udara 132 KV, beberapa jalur 33 KV, dan sangat sedikit jalur 11 KV. Tegangan dasar sistem dapat dipilih sebagai 132 KV, 33 KV, atau 11 KV, tetapi di sini tegangan dasar terbaik adalah 132 KV, karena memerlukan jumlah transfer minimum selama perhitungan kegagalan.
Pengurangan Jaringan
Setelah memilih notasi impedansi yang benar, langkah selanjutnya adalah mengurangi jaringan menjadi satu impedansi. Untuk ini pertama-tama kita harus mengubah impedansi semua generator, jalur, kabel, transformator ke nilai dasar yang sama. Kemudian kita membuat diagram skematik dari sistem tenaga listrik yang menunjukkan impedansi yang dirujuk ke nilai dasar yang sama dari semua generator, jalur, kabel, dan transformator tersebut.
Jaringan kemudian dikurangi menjadi impedansi setara tunggal dengan menggunakan transformasi bintang/delta. Diagram impedansi terpisah harus dibuat untuk jaringan urutan positif, negatif, dan nol.
Kegagalan tiga fasa unik karena mereka seimbang, yaitu simetris dalam tiga fasa, dan dapat dihitung dari diagram impedansi urutan positif satu fasa. Oleh karena itu arus kegagalan tiga fasa diperoleh oleh,
Di mana, I f adalah total arus kegagalan tiga fasa, v adalah tegangan fasa ke netral z 1 adalah total impedansi urutan positif dari sistem; dengan asumsi bahwa dalam perhitungan, impedansi direpresentasikan dalam ohm pada basis tegangan.
Analisis Komponen Simetris
Perhitungan kegagalan di atas dibuat dengan asumsi sistem tiga fasa yang seimbang. Perhitungan dibuat hanya untuk satu fasa saja karena kondisi arus dan tegangan sama di semua tiga fasa.
Ketika kegagalan sebenarnya terjadi dalam sistem tenaga listrik, seperti kegagalan fasa ke tanah, kegagalan fasa ke fasa, dan kegagalan dua fasa ke tanah, sistem menjadi tidak seimbang, artinya, kondisi tegangan dan arus di semua fasa tidak lagi simetris. Kegagalan semacam itu diselesaikan dengan analisis komponen simetris.
Secara umum diagram vektor tiga fasa dapat digantikan oleh tiga set vektor seimbang. Satu memiliki rotasi fase negatif, kedua memiliki rotasi fase positif, dan terakhir adalah ko-fasa. Itu berarti set vektor ini digambarkan sebagai urutan negatif, positif, dan nol, masing-masing.
Persamaan antara kuantitas fase dan urutan adalah,
Oleh karena itu,
Di mana semua kuantitas dirujuk ke fase referensi r
.
Serupa, satu set persamaan dapat ditulis untuk arus urutan juga. Dari, tegangan dan persamaan arus, seseorang dapat dengan mudah menentukan impedansi urutan sistem.
Pengembangan analisis komponen simetris bergantung pada fakta bahwa dalam sistem impedansi yang seimbang, arus urutan hanya dapat memberikan penurunan tegangan dari urutan yang sama. Setelah jaringan urutan tersedia, jaringan ini dapat dikonversi menjadi impedansi setara tunggal.
Mari kita pertimbangkan Z1, Z2 dan Z0 adalah impedansi sistem untuk aliran arus urutan positif, negatif, dan nol masing-masing.
Untuk kegagalan tanah
Kegagalan fasa ke fasa
Kegagalan dua fasa ke tanah
Kegagalan tiga fasa
Jika arus kegagalan dalam cabang tertentu dari jaringan diperlukan, arus tersebut dapat dihitung setelah menggabungkan komponen urutan yang mengalir dalam cabang tersebut. Ini melibatkan distribusi arus komponen urutan seperti yang ditentukan dengan menyelesaikan persamaan di atas, dalam jaringan masing-masing sesuai dengan impedansinya. Tegangan di titik manapun dalam jaringan juga dapat ditentukan setelah arus komponen urutan dan impedansi urutan setiap cabang diketahui.
