1 HVDC: Transmisi Daya Arus Searah, Sebuah Tinjauan Rekayasa Matematis Konverter Stefanus Windarhariadi S.T. Alumnus Universitas Diponegoro – Semarang, Indonesia Pada pertengahan tahun 1880, Thomas Alfa Edison telah memulai transmisi daya listrik menggunakan sistem arus searah berbasis generator dc, namun seorang seorang imigran sekaligus ilmuwan Kroasia, Nikola Tesla berhasil mengalahkan metode transmisi dc dengan transmisi ac. Kekalahan Thomas Alfa Edison disebabkan transmisi ac memiliki kondisi gelombang turun ke titik nol yang dapat menjadi acuan circuit breaker mengatasi tegangan sambaran petir atau tegangan sentak akibat proses penyakelaran sehingga dapat menggunakan sistem proteksi dan pentanahan yang lebih murah. Namun penelitian di kemudian hari masalah proteksi bisa diatasi dengan pemasangan kabel saluran daya di bawah tanah atau di bawah permukaan dasar laut, walaupun memang biaya pemasangan masih terbilang mahal. Keuntungan utama dari saluran HVDC adalah rugi-rugi dasar/stray losses yang mendekati nol pada salurannya karena komponen frekuensi utamanya bernilai nol sehingga secara ideal memiliki cos θ = 1 dengan daya reaktif = 0; hal ini memungkinkan luas penampang saluran dc memiliki luas penampang yang lebih kecil daripada luas penampang saluran ac sebab efek kulit/skin efek penyebab rugi-rugi korona tereliminasi. Pembentukan komponen tegangan dc. Proses komutasi penyearah. Gambar 1. Satu unit sistem HVDC selalu memiliki dua konverter yaitu sisi penyearah/rectifier dan sisi inverter. Mari kita tinjau Gambar 1, ketika katup V 1 dan katup V 2 menutup maka tegangan U A dan U B dari penyearah melewati saluran HVDC sehingga U d = U A - U B . Tegangan U B yang melalui
19
Embed
Gambar 1. · kulit/skin efek penyebab rugi-rugi korona tereliminasi. Pembentukan komponen tegangan dc. Proses komutasi penyearah. Gambar 1. Satu unit sistem HVDC selalu memiliki dua
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
1
HVDC: Transmisi Daya Arus Searah, Sebuah Tinjauan Rekayasa Matematis Konverter
Stefanus Windarhariadi S.T.
Alumnus Universitas Diponegoro – Semarang, Indonesia
Pada pertengahan tahun 1880, Thomas Alfa Edison telah memulai transmisi daya listrik
menggunakan sistem arus searah berbasis generator dc, namun seorang seorang imigran sekaligus
ilmuwan Kroasia, Nikola Tesla berhasil mengalahkan metode transmisi dc dengan transmisi ac.
Kekalahan Thomas Alfa Edison disebabkan transmisi ac memiliki kondisi gelombang turun ke titik nol
yang dapat menjadi acuan circuit breaker mengatasi tegangan sambaran petir atau tegangan sentak
akibat proses penyakelaran sehingga dapat menggunakan sistem proteksi dan pentanahan yang
lebih murah.
Namun penelitian di kemudian hari masalah proteksi bisa diatasi dengan pemasangan kabel saluran
daya di bawah tanah atau di bawah permukaan dasar laut, walaupun memang biaya pemasangan
masih terbilang mahal. Keuntungan utama dari saluran HVDC adalah rugi-rugi dasar/stray losses
yang mendekati nol pada salurannya karena komponen frekuensi utamanya bernilai nol sehingga
secara ideal memiliki cos θ = 1 dengan daya reaktif = 0; hal ini memungkinkan luas penampang
saluran dc memiliki luas penampang yang lebih kecil daripada luas penampang saluran ac sebab efek
kulit/skin efek penyebab rugi-rugi korona tereliminasi.
Pembentukan komponen tegangan dc.
Proses komutasi penyearah.
Gambar 1.
Satu unit sistem HVDC selalu memiliki dua konverter yaitu sisi penyearah/rectifier dan sisi
inverter. Mari kita tinjau Gambar 1, ketika katup V1 dan katup V2 menutup maka tegangan UA dan
UB dari penyearah melewati saluran HVDC sehingga Ud = UA- UB . Tegangan UB yang melalui
2
katup V2 adalah bersifat positif dilihat dari sisi anode (sehingga dari sisi Katode tampak negatif)
pada penyearah HVDC, setelah katup V1 dan V2 melewati 1500+ α maka katup V3 berkomutasi
(memindah posisi penutupan katup) terhadap V1 dan menjadikan V3 dilewati tegangan Uc
sehingga Ud = UA- UB +Uc ; demikianlah proses satu kali komutasi menjadi lengkap, dan menuju
proses komutasi berikutnya hingga keseluruhan proses komutasi memenuhi satu periode 2π
atau 3600 listrik.
A. Pembentukan komponen tegangan dan arus dc.
Besar tegangan dc yang terjadi pada satu penyearah sangat tergantung pada sudut
tenggang/delay angle α dan sudut komutasi .
A.1. Sudut tenggang/delay angle.
Sudut tenggang disebut pula sudut kendali/control angle atau pada inverter disebut sebagai
sudut-mula/ignition angle jika diterapkan pada inverter. Sudut ini berguna untuk memberikan
waktu tenggang penyalaan/firing natural bagi katup/thyristor/IGBT berikutnya. Pengendalian
transisi sudut tenggang dilakukan oleh pusat kendali.
A.2. Sudut komutasi/commutation angle.
Rentang komutasi antara dua katup/thyristor/IGBT pada satu sisi yang sama (sisi katode atau
anode) dari jembatan penyearah adalah sudut yang terbentuk ketika satu tegangan
katup/thyristor/IGBT berpindah secara tumpang tindih/berkomutasi menuju tegangan
katup/thyristor/IGBT berikutnya. Pada periode ini tegangan dari katup/thyristor/IGBT di salah
satu elektrode (yaitu Katode atau anode) mengikuti nilai tegangan menengah dari tegangan dua
katup/thyristor/IGBT yang berkonduksi (pada satu sisi elektrode yang sama) seperti ditunjukkan
oleh Gambar 2. Semakin besar daya aktif yang terlibat didalam sistem HVDC, maka semakin
besar pula rentang komutasi.
Gambar 2
Pembentukan tegangan komponen dc dapat dirumuskan seperti di bawah ini menurut grafik
Gambar 2 :
3
........................................[A.1]
B. Rangkaian ekuivalen penyearah.
Jika arus yang melalui dua katup/thyristor/IGBT yang saling berkomutasi ic berawal dari 0 dan
berakhir pada ic = Id maka akan diperoleh proses seperti pada Gambar 3
Gambar 3
Dari Gambar 3 kita peroleh ic=i5=-i3 dan tegangan yang terlibat pada proses komutasi adalah
tegangan yang melalui valve V3 dan valve V5 yaitu: