Dokumen tersebut membahas tentang komponen simetri dalam sistem tenaga listrik tiga fasa. Komponen simetri merupakan metode untuk menganalisis sistem tenaga listrik yang tidak seimbang dengan memecahnya menjadi tiga komponen simetris yaitu komponen positif, negatif dan nol."
2. Pendahuluan
โข Salah satu cara yang paling efisien untuk mengatasi adanya
gangguan sirkuit fasa banyak (polyphase) adalah dengan
menggunakan metode komponen simetri.
โข Pada sistem 3 fasa yang mengalami gangguan tidak seimbang
akan mengakibatkan munculnya arus dan tegangan tidak
seimbang pada setiap fasa.
โข Sirkuit ekivalen, disebut juga dengan sequence circuits, akan
digunakan untuk merefleksikan respon yang terpisah dari
masing-masing elemen.
โข Terdapat 3 sirkuit ekivalen untuk setiap elemen dari sistem 3
fasa.
Universitas
Negeri
Surabaya
2
3. โข Peng-organisasian masing-masing sirkuit ekivalen ke dalam
jaringan berdasarkan interkoneksi dari elemen, disebut juga
dengan sequence network.
โข Dengan menyelesaikan sequence network untuk kondisi
gangguan (fault) memberikan komponen arus dan tegangan
simetris yang dapat dikombinasikan bersama untuk
mencerminkan efek dari arus gangguan tidak seimbang pada
keseluruhan sistem .
โข Karya Fortescue membuktikan bahwa suatu sistem tak
seimbang yang terdiri dari n fasor yang berhubungan (related)
dapat diuraikan menjadi n buah sistem dengan fasor seimbang
yang dinamakan dengan komponen-komponen simetris
(symmetrical components) dari fasor aslinya.
โข n buah fasor pada setiap elemen komponennya adalah sama
panjang, dan sudut diantara fasor yang bersebelahan dalam
himpunan itu sama besarnya.
Universitas
Negeri
Surabaya
3
4. โข Berdasarkan teorema Fortescue, 3 fasor tidak seimbang dari
sistem 3 fasa dapat diuraikan menjadi 3 sistem fasor yang
seimbang. Elemen seimbang komponen itu adalah :
โข 1. Komponen urutan positif (positive sequence components), yang
terdiri dari tiga fasor yang sama besarnya, terpisah satu dengan
yang lain dalam fasa sebesar 120ยฐ, dan mempunyai urutan fasa
yang sama seperti fasor aslinya.
โข 2. Komponen urutan negatif (negative sequence components),
yang terdiri dari tiga fasor yang sama besarnya, terpisah satu
dengan yang lain dalam fasa sebesar 120ยฐ, dan mempunyai
urutan fasa yang berlawanan dengan fasor aslinya.
โข 3. Komponen urutan nol (zero sequence components), yang terdiri
dari tiga fasor yang sama besarnya dan dengan pergeseran fasa
nol antara fasor yang satu dengan yang lain.
โข Ketiga fasa dari sistem dinyatakan dengan a, b, c, sehingga
urutan fasa tegangan dan arus dalam sistem adalah abc.
Universitas
Negeri
Surabaya
4
6. โข Urutan fasa komponen urutan positif dari fasor tak seimbang
adalah abc.
โข Urutan fasa komponen urutan negatif dari fasor tak seimbang
adalah acb.
โข Jika fasor aslinya adalah tegangan, maka tegangan tersebut
dapat dinyatakan dengan Va, Vb, dan Vc.
โข Ketiga himpunan komponen simetris dinyatakan dengan
subscript tambahan yaitu 1 untuk komponen urutan positif, 2
untuk komponen urutan negatif dan 0 untuk komponen
urutan nol.
Universitas
Negeri
Surabaya
6
7. โข Komponen urutan positif dari Va, Vb dan Vc adalah Va1, Vb1, dan
Vc1
โข Komponen urutan negatifnya adalah Va2, Vb2, dan Vc2
โข Komponen urutan nol adalah Va0, Vb0, dan Vc0
โข Karena setiap fasor yang tidak seimbang adalah penjumlahan
dari masing-masing komponennya, fasor yang original
diekspresikan sebagai berikut :
๐
๐ = ๐๐1 + ๐๐2 + ๐๐0
๐๐ = ๐๐1 + ๐๐2 + ๐๐0
๐
๐ = ๐๐1 + ๐๐2 + ๐๐0
Universitas
Negeri
Surabaya
7
8. Operator
โข Karena adanya pergeseran fasa pada komponen simetris
tegangan dan arus dalam sistem tiga-fasa, akan sangat
memudahkan bila kita mempunyai metode penulisan yang
cepat untuk menunjukkan perputaran fasor dengan 120ยฐ.
โข Setiap komponen Vb dan Vc dapat diekspresikan oleh produk
perkalian antara Va dengan operator a.
โข Huruf a digunakan untuk menunjukkan operator yang
menyebabkan perputaran sebesar 120ยฐ dalam arah yang
berlawanan dengan arah jarum jam.
โข Operator a mempunyai nilai
๐ = 1โ 120ยฐ = โ0,5 + ๐0,866
Universitas
Negeri
Surabaya
8
9. โข Jika operator a dikenakan pada fasor dua kali berturut-turut,
maka fasor itu akan diputar dengan sudut sebesar 240ยฐ. Untuk
pengenaan tiga kali berturut-turut fasor akan diputar dengan
360ยฐ. Jadi
๐2 = 1โ 240ยฐ = โ0,5 โ ๐0,866
dan
๐3 = 1โ 360ยฐ = 1โ 0ยฐ = 1
โข Sehingga bisa ditulis :
๐๐1 = ๐2. ๐๐1 ๐๐1 = ๐. ๐๐1
๐๐2 = ๐. ๐๐2 ๐๐2 = ๐2
. ๐๐2
๐๐0 = ๐๐0 ๐๐0 = ๐๐0
Universitas
Negeri
Surabaya
9
10. โข Dengan mensubtitusikan persamaan diatas ke dalam persamaan
awal didapatkan
๐
๐ = ๐๐0 + ๐๐1 + ๐๐2
๐๐ = ๐๐0 + ๐2๐๐1 + ๐๐๐2
๐
๐ = ๐๐0 + ๐๐๐1 + ๐2๐๐2
โข Atau bisa ditulis dalam bentuk matriks
๐
๐
๐๐
๐
๐
=
1 1 1
1 ๐2 ๐
1 ๐ ๐2
๐๐0
๐๐1
๐๐2
โข Kita definisikan matrik A sebagai
๐ด =
1 1 1
1 ๐2
๐
1 ๐ ๐2
โข Sehingga didapatkan invers dari matrik A
๐ดโ1 =
1
3
1 1 1
1 ๐ ๐2
1 ๐2 ๐
Universitas
Negeri
Surabaya
10
11. โข Sehingga didapatkan
๐๐0
๐๐1
๐๐2
=
1
3
1 1 1
1 ๐ ๐2
1 ๐2
๐
๐
๐
๐๐
๐
๐
โข Jika jumlah fasor tak seimbang itu sama dengan nol, maka
tidak akan ada komponen urutan-nol.
โข Karena jumlah fasor tegangan antar saluran pada sistem tiga-
fasa selalu nol, maka komponen urutan nol tidak pernah
terdapat dalam tegangan urutan nol itu, tanpa memandang
besarnya ketidak seimbangannya.
โข Jumlah ketiga fasor tegangan saluran ke netral tidak selalu
harus sama dengan nol, dan tegangan ke netral dapat
mengandung komponen urutan-nol.
Universitas
Negeri
Surabaya
11
12. โข Untuk fasor arus dapat dituliskan
๐ผ๐ = ๐ผ๐1 + ๐ผ๐2 + ๐ผ๐0
๐ผ๐ = ๐2
๐ผ๐1 + ๐๐ผ๐2 + ๐ผ๐0
๐ผ๐ = ๐๐ผ๐1 + ๐2๐ผ๐2 + ๐ผ๐0
โข Dalam sistem 3 fasa, jumlah dari arus saluran sama dengan
arus In dalam jalur kembali lewat kawat netral. Jadi,
๐ผ๐ + ๐ผ๐ + ๐ผ๐ = ๐ผ๐
๐ผ๐ = 3๐ผ๐0
โข Jika tidak ada jalur yang melalui netral dari sistem tiga fasa, In
adalah nol dan arus saluran tidak mengandung komponen
urutan-nol.
โข Suatu beban dengan hubungan โ tidak menyediakan jalur ke
netral, dan karena itu arus saluran yang mengalir ke beban
yang dihubungkan โ tidak mengandung arus urutan nol.
Universitas
Negeri
Surabaya
12
13. Hubungan โ dan Y Simetris
โข Dalam sistem 3 fasa, elemen sirkuit terhubung antara line a, b,
dan c dalam hubungan Y atau โ.
โข Hubungan antara komponen arus dan tegangan simetris โ dan
Y dapat ditentukan dengan melihat gambar di bawah yang
menunjukkan impedansi simetris yang dihubung โ dan Y.
โข
Universitas
Negeri
Surabaya
13
14. ๐ผ๐ = ๐ผ๐๐ โ ๐ผ๐๐
๐ผ๐ = ๐ผ๐๐ โ ๐ผ๐๐
๐ผ๐ = ๐ผ๐๐ โ ๐ผ๐๐
โข Sesuai dengan arus zero sequence, maka didapatkan
๐ผ๐0 =
๐ผ๐ + ๐ผ๐ + ๐ผ๐
3
= 0
โข Yang mempunyai arti bahwa arus line pada hubungan โ tidak
mempunyai arus zero sequence.
โข Dengan mensubtitusikan komponen masing-masing arus
kedalam persamaan didapatkan
๐ผ๐1 + ๐ผ๐2 + ๐ผ๐0 = ๐ผ๐๐1 + ๐ผ๐๐2 + ๐ผ๐๐0 โ ๐ผ๐๐1 + ๐ผ๐๐2 + ๐ผ๐๐0
๐ผ๐1 + ๐ผ๐2 + ๐ผ๐0 = ๐ผ๐๐1 โ ๐ผ๐๐1 + ๐ผ๐๐2 โ ๐ผ๐๐2 + ๐ผ๐๐0 โ ๐ผ๐๐0
= ๐ผ๐๐1 โ ๐ผ๐๐1 + ๐ผ๐๐2 โ ๐ผ๐๐2
โข Karena Ica1 = a.Iab1 dan Ica2 = a2Iab2 maka persamaan diatas
dapat ditulis
๐ผ๐1 + ๐ผ๐2 = 1 โ ๐ ๐ผ๐๐1 + (1 โ ๐2
)๐ผ๐๐2
๐ผ๐1 + ๐ผ๐2 = 1 โ ๐ ๐ผ๐๐1 + (1 โ ๐2
)๐ผ๐๐2
Universitas
Negeri
Surabaya
14
15. โข Dari persamaan diatas didapatkan
๐ผ๐1 = 3โ โ 30ยฐ ๐ฅ ๐ผ๐๐1 ๐ผ๐2 = 3โ 30ยฐ ๐ฅ ๐ผ๐๐2
โข Komponen urutan positif dan negatif untuk arus saluran (line) dapat
dilihat pada diagram fasor dibawah
โข Jika arus line pada hubungan โ dalam per unit dengan referensi
terhadap arus base, maka pengali โ3 dalam rumus diatas
dihilangkan.
Universitas
Negeri
Surabaya
15
16. โข Tegangan antar saluran (line to line voltages) dapat ditulis
dalam bentuk tegangan line to neutral dalam sistem yang
terhubung Y.
๐๐๐ = ๐
๐๐ โ ๐๐๐
๐๐๐ = ๐๐๐ โ ๐
๐๐
๐
๐๐ = ๐
๐๐ โ ๐
๐๐
โข Tegangan line to line tidak mempunyai komponen urutan nol,
sehingga :
๐๐๐0 =
๐๐๐ + ๐๐๐ + ๐
๐๐
3
= 0
๐๐๐1 + ๐๐๐2 + ๐๐๐0 = ๐๐๐0 + ๐๐๐1 + ๐๐๐2 โ (๐๐๐0 + ๐๐๐1 + ๐๐๐2)
= ๐๐๐0 โ ๐๐๐0 + ๐๐๐1 โ ๐๐๐1 + (๐๐๐2 โ ๐๐๐2)
๐๐๐1 + ๐๐๐2 = ๐๐๐1 โ ๐๐๐1 + ๐๐๐2 โ ๐๐๐2
โข Dengan memisahkan urutan positif dan urutan negatif
didapatkan
๐๐๐1 = 1 โ ๐2 ๐๐๐1 = 3โ 30ยฐ ๐ฅ ๐๐๐1
๐๐๐2 = 1 โ ๐ ๐๐๐2 = 3โ โ 30ยฐ ๐ฅ ๐๐๐2
Universitas
Negeri
Surabaya
16
17. โข Komponen urutan positif dan negatif untuk tegangan line to
line dan line to neutral dapat dilihat sebagai berikut
โข Jika tegangan ke netral dalam per unit dengan referensi
tegangan base ke netral dan tegangan line to line dalam per
unit dengan referensi tegangan base line to line maka pengali
โ3 dihilangkan dalam persamaan diatas.
Universitas
Negeri
Surabaya
17
18. โข Gambar impedansi simetris : a) terhubung โ b) terhubung Y
โข Dari gambar diatas diketahui Vab/Iab = Zโ ketika tidak ada
sumber atau kopling bersama didalam sirkuit โ.
โข Jika terdapat urutan positif dan negatif, maka
๐๐๐1
๐ผ๐๐1
= ๐โ =
๐๐๐2
๐ผ๐๐2
Universitas
Negeri
Surabaya
18
19. โข Dengan mensubtitusikan persamaan arus dan tegangan diatas
didapatkan
โ3๐๐๐1โ 30ยฐ
๐ผ๐
โ3
โ 30ยฐ
= ๐โ =
3๐๐๐2โ โ 30ยฐ
๐ผ๐2
โ3
โ โ 30ยฐ
๐๐๐1
๐ผ๐1
=
๐โ
3
=
๐๐๐2
๐ผ๐2
โข Sehingga terlihat bahwa impedansi terhubung โ (Zโ) adalah
ekivalen dengan impedansi per fasa yang terhubung Y (ZY =
Zโ/3) seperti pada gambar di bawah.
Universitas
Negeri
Surabaya
19
20. Contoh soal 1
Tiga resistor identik terhubung Y pada sisi tegangan rendah
dengan rating 3 fasa sebesar 2300 V dan 500 kVA. Jika tegangan
pada resistor itu adalah
|Vab| = 1840 V |Vbc| = 2760 V |Vca| = 2300 V
Tentukan arus dan tegangan line dalam per unit yang masuk
ke beban resistor. Diasumsikan bahwa netral beban tidak
terhubung dengan netral sistem dan dipilih base 2300 V, 500
kVA.
Universitas
Negeri
Surabaya
20
21. Jawab
โข Rating dari beban sama dengan rating dari sistem base, sehingga nilai
dari resistansi adalah 1.0 per unit. Pada sistem base yang sama tegangan
saluran dalam per unit adalah
|Vab| = 0,8 |Vbc| = 1,2 |Vca| = 1,0
Diasumsikan sudut Vca sebesar 180ยฐ. Dan dengan menggunakan hukum
cosines untuk menemukan sudut yang lain dari masing-masing saluran,
kita dapatkan :
Vab = 0,8โ 82,8ยฐ Vbc = 1,2โ -41,4ยฐ Vca = 1,0โ 180ยฐ
Komponen simetris dari tegangan line adalah
๐๐๐1 =
1
3
0,8โ 82,8ยฐ + 1,2โ 120ยฐ โ 41,4ยฐ + 1,0โ 240ยฐ + 180ยฐ
= 0,279 + ๐0,946 = 0,985โ 73,6ยฐ per satuan (tegangan base line to line)
๐๐๐2 =
1
3
0,8โ 82,8ยฐ + 1,2โ 240ยฐ โ 41,4ยฐ + 1,0โ 120ยฐ + 180ยฐ
= โ0,179 โ ๐0,152 = 0,235โ 220,3ยฐ per satuan (tegangan base line to
line)
Universitas
Negeri
Surabaya
21
22. Dengan tidak adanya koneksi netral, berarti arus urutan nol tidak
ada. Oleh karena itu, tegangan fasa pada beban hanya terdapat
komponen urutan positif dan negatif saja.
Tegangan fasa dicari dengan menghilangkan pengali โ3 karena
tegangan line diekspresikan dalam tegangan base line to line
dan tegangan fasa dinyatakan dalam per unit tegangan base ke
netral. Sehingga,
Van1 = 0,9857 โ 73,6ยฐ โ 30ยฐ = 0,9857 โ 43,6ยฐ per unit (tegangan
base line to netral)
Van2 = 0,2346 โ 220,3ยฐ + 30ยฐ = 0,2346 โ 250,3ยฐ per unit
(tegangan base line to netral)
Karena masing-masing resistor mempunyai impedansi sebesar
1โ 0ยฐ per unit, maka
๐ผ๐1 =
๐๐1
1โ 0ยฐ
= 0,9857โ 43,6ยฐ per unit
๐ผ๐2 =
๐๐2
1โ 0ยฐ
= 0,2346โ 250,3ยฐ per unit
Universitas
Negeri
Surabaya
22
23. Daya pada komponen simetris
โข Jika komponen simetris arus dan tengan diketahui, maka daya yang
terpakai pada rangkaian tiga-fasa dapat langsung dihitung dari
komponen tersebut.
โข Daya kompleks yang mengalir pada sirkuit 3 fasa melalui ketiga
saluran a, b dan c adalah
โข Dimana Va, Vb, dan Vc adalah tegangan terminal dan Ia, Ib, dan Ic
adalah arus yang mengalir melalui sirkuit pada ketiga saluran.
โข Saluran netral bisa ada bisa tidak. Jika ada impedansi pada saluran
netral ke tanah, maka tegangan Va, Vb, dan Vc harus diintrepretasikan
sebagai tegangan saluran ke tanah.
Universitas
Negeri
Surabaya
23
*
*
*
3 c
c
b
b
a
a I
V
I
V
I
V
JQ
P
S ๏ซ
๏ซ
๏ฝ
๏ซ
๏ฝ
๏ฆ
24. โข Dalam bentuk matrik didapatkan
๐3โ = ๐
๐ ๐๐ ๐
๐
๐ผ๐
๐ผ๐
๐ผ๐
โ
=
๐
๐
๐๐
๐
๐
๐
๐ผ๐
๐ผ๐
๐ผ๐
โ
โข Dengan memasukkan komponen simetris arus dan tegangan maka
didapatkan
๐3โ = A๐ T
AI โ
Dimana ๐ =
๐๐0
๐๐1
๐๐2
I =
๐ผ๐0
๐ผ๐1
๐ผ๐2
โข Sesuai dengan aturan reversal rule didapatkan
๐3โ = ๐๐
๐ด๐
๐ด๐ผ โ
โข Karena AT = A dan bahwa a dan a2 adalah pasangan, kita dapatkan
๐บ = ๐ฝ๐๐ ๐ฝ๐๐ ๐ฝ๐๐
๐ ๐ ๐
๐ ๐๐ ๐
๐ ๐ ๐๐
๐ ๐ ๐
๐ ๐ ๐๐
๐ ๐๐ ๐
๐ฐ๐๐
๐ฐ๐๐
๐ฐ๐๐
โ
Universitas
Negeri
Surabaya
24
25. โข Karena AT.A* sama dengan
3
1 0 0
0 1 0
0 0 1
๐ = 3 ๐๐0 ๐๐1 ๐๐2
๐ผ๐0
๐ผ๐1
๐ผ๐2
โ
โข Jadi daya kompleks adalah
โข Ketika daya komplek 3 fasa di ekspresikan dalam per unit
voltampere base, maka faktor pengali 3 dihilangkan.
Universitas
Negeri
Surabaya
25
*
2
2
*
1
1
*
0
0
*
*
*
3 3
3
3 a
a
a
a
a
a
c
c
b
b
a
a I
V
I
V
I
V
I
V
I
V
I
V
S ๏ซ
๏ซ
๏ฝ
๏ซ
๏ซ
๏ฝ
๏ฆ
26. Contoh Soal 2
โข Dengan menggunakan komponen simetris, hitung daya yang
diserap oleh beban pada contoh 1 dan cek kebenarannya.
โข Jawab :
dalam per unit sistem 3 fasa 500 kVA base, persamaan daya
menjadi
Dengan mensubtitusikan komponen arus dan tegangan dari
contoh 1 didapatkan
๐3โ = 0 + 0,9857โ 43,6ยฐ๐ฅ0,9857โ โ 43,6ยฐ
+ 0,2346โ 250,3ยฐ๐ฅ0,2346โ โ 250,3ยฐ
= 0,9857 2
+ 0,2346 2
= 1,02664 per unit = 513,32 kW
Universitas
Negeri
Surabaya
26
*
2
2
*
1
1
*
0
0
3 a
a
a
a
a
a I
V
I
V
I
V
S ๏ซ
๏ซ
๏ฝ
๏ฆ
27. โข Nilai resistor per fasa yang terhubung Y dalam per unit adalah
1.0 per unit. Dalam ohm yaitu
๐ ๐ =
(2300)2
500.000
= 10,58 โฆ
Dan nilai resistor ekivalen yang terhubung โ adalah
๐ โ = 3๐ ๐ = 31,74 โฆ
Daya yang diserap beban adalah
๐3โ =
๐๐๐
2
๐ โ
+
๐๐๐
2
๐ โ
+
๐
๐๐
2
๐ โ
๐3โ =
(1840)2
+ (2760)2
+ (2300)2
๐ โ
๐3โ = 513,33 kW
Universitas
Negeri
Surabaya
27
28. Impedansi jaringan urutan
hubungan โ dan Y
โข Jika impedansi Zn dihubungkan antara netral dan ground dari
impedansi yang terhubung Y (gambar dibawah), maka jumlah
dari arus saluran sama dengan arus In yang mengalir melalui
netral.
๐ผ๐ = ๐ผ๐ + ๐ผ๐ + ๐ผ๐
โข dengan memasukkan komponen simetris dari arus saluran
tidak seimbang, maka didapatkan
๐ผ๐ = 3๐ผ๐0
โข Karena arus zero sequence sama dengan 3Ia0 maka tegangan
antara netral dan ground sebesar 3Ia0Zn.
โข Sehingga tegangan fasa a terhadap ground adalah
๐
๐ = ๐
๐๐ + ๐
๐
dimana ๐
๐ = 3๐ผ๐0๐๐
Universitas
Negeri
Surabaya
28
29. Universitas
Negeri
Surabaya
29
โข Berdasarkan gambar diatas, tegangan jatuh antara line a, b, dan c
adalah
๐
๐
๐๐
๐
๐
=
๐
๐๐
๐๐๐
๐
๐๐
+
๐
๐
๐
๐
๐
๐
= ๐Y
๐ผ๐
๐ผ๐
๐ผ๐
+ 3๐ผ๐0๐๐
1
1
1
โข Dengan memasukkan komponen urutan, tegangan dan arus a-b-c
pada persamaan diatas dapat diganti dengan
๐ด
๐๐0
๐๐1
๐๐2
= ๐Y๐ด
๐ผ๐0
๐ผ๐1
๐ผ๐2
+ 3๐ผ๐0๐๐
1
1
1
30. โข Dengan meng-invers matrik A didapatkan
๐๐0
๐๐1
๐๐2
= ๐Y
๐ผ๐0
๐ผ๐1
๐ผ๐2
+ 3๐ผ๐0๐๐๐ดโ1
1
1
1
๐๐0
๐๐1
๐๐2
= ๐Y
๐ผ๐0
๐ผ๐1
๐ผ๐2
+ 3๐ผ๐0๐๐
1
0
0
Sehingga dapat ditulis
๐๐0 = ๐Y + 3๐๐ ๐ผ๐0 = ๐0๐ผ๐0
๐๐1 = ๐Y๐ผ๐1 = ๐1๐ผ๐1
๐๐2 = ๐Y๐ผ๐2 = ๐2๐ผ๐2
โข Dari persamaan diatas terlihat bahwa arus pada satu urutan
menyebabkan tegangan drop hanya pada urutan yang sama
pada hubungan โ atau Y dengan impedansi simetris pada
setiap fasa.
Universitas
Negeri
Surabaya
30
31. Universitas
Negeri
Surabaya
31
Gambar urutan nol, positif dan negatif.
Gambar (a) disebut juga dengan sirkuit urutan nol karena berhubungan dengan
tegangan urutan nol (Va0) dan arus urutan nol (Ia0) dan oleh karena itu dapat
dicari impedansi urutan nol, yaitu
๐๐0
๐ผ๐0
= ๐0 = ๐Y + 3๐๐
Z1 pada gambar (b) disebut impedansi urutan positif sedangkan Z2 pada gambar
(c) disebut impedansi urutan negatif.
Impedansi urutan positif dan negatif adalah sama dengan impedansi per fasa ZY
32. โข Tegangan pada urutan positif dan negatif dapat disebut juga
tegangan yang diukur terhadap netral atau ground walaupun
ada atau tidak ada impedansi Zn antara netral dan ground.
โข Sehingga bisa dikatakan tidak ada perbedaan antara Va1 dan
Van1 pada urutan positif atau Va2 dan Van2 pada urutan negatif.
โข Jika netral dari rangkaian Y digroundkan melalui impedansi
nol, maka Zn = 0. Jika netral tidak dihubungkan ke ground,
maka tidak ada arus urutan nol yang mengalir seperti tampak
pada gambar dibawah (Zn = โ)
Universitas
Negeri
Surabaya
32
33. โข Pada hubungan โ tidak terdapat saluran netral, sehingga arus
saluran yang mengalir pada beban yang terhubung โ tidak
terdapat komponen urutan nol.
โข Dari gambar diatas didapatkan
๐๐๐ = ๐โ๐ผ๐๐ ๐๐๐ = ๐โ๐ผ๐๐ ๐
๐๐ = ๐โ๐ผ๐๐
๐๐๐ + ๐๐๐ + ๐
๐๐ = 3๐๐๐0 = 3๐โ๐ผ๐๐0
Dan karena jumlah dari tegangan line to line selalu 0, maka
๐๐๐0 = ๐ผ๐๐0 = 0
Universitas
Negeri
Surabaya
33
34. โข Oleh karena itu, pada sirkuit dengan hubungan โ yang hanya
mempunyai impedansi saja dan tidak ada sumber tegangan
atau kopling bersama maka tidak ada arus yang berputar.
โข Sirkuit ekivalen urutan nol dapat dilihat pada gambar di bawah
Universitas
Negeri
Surabaya
34
35. Contoh soal 3
โข Tiga impedansi yang sama sebesar j21 โฆ terhubung โ.
Tentukan urutan impedansi dan kombinasi sirkuitnya.
Dengan cara yang sama, tentukan urutan impedansi dan
kombinasi sirkuitnya apabila terdapat impedansi
bersama sebesar j6 โฆ pada setiap cabang saluran โ.
Universitas
Negeri
Surabaya
35
36. Jawab
Tegangan line-to-line berdasarkan arus yang mengalir pada hubungan
โ
๐๐๐
๐๐๐
๐
๐๐
=
๐21 0 0
0 ๐21 0
0 0 ๐21
๐ผ๐๐
๐ผ๐๐
๐ผ๐๐
Dalam bentuk komponen simetris tegangan dan arus
A
๐๐๐0
๐๐๐1
๐๐๐2
=
๐21 0 0
0 ๐21 0
0 0 ๐21
A
๐ผ๐๐0
๐ผ๐๐1
๐ผ๐๐2
๐๐๐0
๐๐๐1
๐๐๐2
= ๐21
1 0 0
0 1 0
0 0 1
Aโ1. A
๐ผ๐๐0
๐ผ๐๐1
๐ผ๐๐2
๐๐๐0
๐๐๐1
๐๐๐2
= ๐21
๐ผ๐๐0
๐ผ๐๐1
๐ผ๐๐2
Universitas
Negeri
Surabaya
36
37. โข Sirkuit urutan positif dan negatif mempunyai impedansi per
fasa sebesar Z1 = j7 โฆ, dan karena Vab0 = 0, arus urutan nol Iab0
= 0 sehingga sirkuit urutan nol open circuit.
โข Resistansi j21 โฆ pada sirkuit urutan nol akan berpengaruh jika
terdapat sumber pada rangkaian โ.
โข Bagaimana dengan kasus yang terdapat impedansi bersama??
Universitas
Negeri
Surabaya
37
38. Sirkuit Urutan dari Saluran
Transmisi Simetris
โข Gambar diatas adalah gambar aliran arus tidak seimbang pada
saluran tiga fasa simetris dengan konduktor netral.
โข Impedansi sendiri Zaa adalah salam untuk setiap fasa dan netral nya
mempunyai impedansi sendiri Znn.
โข Ketika arus Ia, Ib, Ic pada konduktor fasa tidak seimbang, konduktor
netral bertindak sebagai jalur kembali.
Universitas
Negeri
Surabaya
38
39. โข Semua arus diasumsikan positif seperti pada arah yang
ditunjukkan pada gambar diatas walaupun beberapa nilai nya
dapat dimungkinkan negatif dalam kondisi tidak seimbang
yang disebabkan oleh gangguan.
โข Karena adanya kopling bersama. Arus yang mengalir pada
salah satu fasa akan menginduksikan tegangan pada setiap
fasa yang lain dan pada konduktor netral.
โข Hal yang sama terjadi, In pada konduktor netral akan
menginduksikan tegangan pada setiap fasa.
โข Kopling antara semua konduktor tiga fasa dianggap simetris
dan impedansi bersama Zab diasumsikan diantara setiap
pasangan konduktor fasa. Zan Impedansi mutual antara
konduktor netral dan setiap fasa.
Universitas
Negeri
Surabaya
39
40. โข Tegangan yang terinduksi di fasa a oleh arus pada dua konduktor
fasa yang lain dan konduktor netral diperlihatkan sebagai sumber
pada sirkuit tertutup seperti gambar di bawah.
โข Dengan mengaplikasikan hukum kirchoff tegangan pada sirkuit
diatas didapatkan.
๐
๐๐ = ๐๐๐๐ผ๐ + ๐๐๐๐ผ๐ + ๐๐๐๐ผ๐ + ๐๐๐๐ผ๐ + ๐๐โฒ๐โฒ โ (๐๐๐๐ผ๐ + ๐๐๐๐ผ๐
+ ๐๐๐๐ผ๐ + ๐๐๐๐ผ๐)
Dimana voltage drop sepanjang saluran adalah
๐
๐๐ โ ๐๐โฒ๐โฒ = ๐๐๐ โ ๐๐๐ ๐ผ๐ + ๐๐๐ โ ๐๐๐ ๐ผ๐ + ๐ผ๐ + (๐๐๐โ๐๐๐)๐ผ๐
Universitas
Negeri
Surabaya
40
41. โข Persamaan yang sama dapat dituliskan untuk fasa b dan c
๐๐๐ โ ๐๐โฒ๐โฒ
= ๐๐๐ โ ๐๐๐ ๐ผ๐ + ๐๐๐ โ ๐๐๐ ๐ผ๐ + ๐ผ๐ + ๐๐๐ โ ๐๐๐ ๐ผ๐
๐
๐๐ โ ๐๐โฒ๐โฒ = ๐๐๐ โ ๐๐๐ ๐ผ๐ + ๐๐๐ โ ๐๐๐ ๐ผ๐ + ๐ผ๐ + ๐๐๐ โ ๐๐๐ ๐ผ๐
Ketika arus Ia, Ib, dan Ic ,kembali bersama sebagai arus netral In pada
konduktor netral, maka
๐ผ๐ = โ ๐ผ๐ + ๐ผ๐ + ๐ผ๐
Dengan mensubtitusikan In pada persamaan diatas didapatkan
๐
๐๐ โ ๐๐โฒ๐โฒ
= ๐๐๐ + ๐๐๐ โ 2๐๐๐ ๐ผ๐ + ๐๐๐ + ๐๐๐ โ 2๐๐๐ ๐ผ๐
+ ๐๐๐ + ๐๐๐ โ 2๐๐๐ ๐ผ๐
๐๐๐ โ ๐๐โฒ๐โฒ
= ๐๐๐ + ๐๐๐ โ 2๐๐๐ ๐ผ๐ + ๐๐๐ + ๐๐๐ โ 2๐๐๐ ๐ผ๐
+ ๐๐๐ + ๐๐๐ โ 2๐๐๐ ๐ผ๐
๐
๐๐ โ ๐๐โฒ๐โฒ
= ๐๐๐ + ๐๐๐ โ 2๐๐๐ ๐ผ๐ + ๐๐๐ + ๐๐๐ โ 2๐๐๐ ๐ผ๐
+ ๐๐๐ + ๐๐๐ โ 2๐๐๐ ๐ผ๐
Universitas
Negeri
Surabaya
41
42. โข Koefisien pada persamaan diatas menunjukkan bahwa dengan
adanya konduktor netral merubah impedansi sendiri dan
impedansi bersama pada konduktor fasa dengan nilai
๐๐ โ ๐๐๐ + ๐๐๐ โ 2๐๐๐
๐๐ โ ๐๐๐ + ๐๐๐ โ 2๐๐๐
โข Dengan menggunakan definisi diatas maka dapat ditulis
Voltage drop pada konduktor fasa diberikan oleh
Universitas
Negeri
Surabaya
42
๏บ
๏บ
๏บ
๏ป
๏น
๏ช
๏ช
๏ช
๏ซ
๏ฉ
๏บ
๏บ
๏บ
๏ป
๏น
๏ช
๏ช
๏ช
๏ซ
๏ฉ
๏ฝ
๏บ
๏บ
๏บ
๏ป
๏น
๏ช
๏ช
๏ช
๏ซ
๏ฉ
๏ญ
๏ญ
๏ญ
๏ฝ
๏บ
๏บ
๏บ
๏ป
๏น
๏ช
๏ช
๏ช
๏ซ
๏ฉ
c
b
a
s
m
m
m
s
m
m
m
s
n
c
cn
n
b
bn
n
a
an
cc
bb
aa
I
I
I
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
V
V
V
V
V
V
V
V
V
'
'
'
'
'
'
'
'
'
'
'
'
n
a
an
aa
V
V
V ๏ญ
๏ '
'
'
n
b
bn
bb
V
V
V ๏ญ
๏ '
'
'
n
c
cn
cc
V
V
V ๏ญ
๏
43. โข Voltage drop dan arus pada saluran dapat ditulis dalam
bentuk komponen simetrisnya sehingga dengan fasa a sebagai
referensi maka didapatkan
โข Dengan mengalikan A-1, maka
Universitas
Negeri
Surabaya
43
44. โข Dengan mendefinisikan impedansi urutan nol, positif dan
negatif dalam bentuk Zs dan Zm maka :
โข Komponen urutan tegangan antara dua ujung saluran dapat
ditulis dalam bentuk sederhana
Universitas
Negeri
Surabaya
44
45. โข Sirkuit urutan untuk saluran simetris
Universitas
Negeri
Surabaya
45
46. โข Tegangan pada gambar diatas diperoleh dari
dimana urutan komponen dari tegangan Va dan Vaโ adalah
terhadap ground ideal.
Universitas
Negeri
Surabaya
46
47. Sirkuit Urutan Mesin Sinkron
โข Generator sinkron yang di groundkan melalui reaktor dapat
dilihat pada gambar di bawah.
Universitas
Negeri
Surabaya
47
Ketika terjadi gangguan pada
terminal dari generator, arus Ia, Ib,
dan Ic akan mengalir melalui
saluran.
Jika gangguan melibatkan ground,
maka arus In akan mengalir menuju
kawat netral dari generator, dan
arus saluran dapat diselesaikan
dengan menggunakan komponen
simetri nya tanpa memandang
besarnya ketidak seimbangan.
48. โข Tegangan terminal pada fasa a adalah
๐
๐๐ = โ๐ ๐๐ โ ๐ฟ๐ + ๐๐
๐๐๐
๐๐ก
+ ๐๐๐
โข Dalam kondisi steady state,
โข Dimana Ean adalah tegangan internal sinkron dari mesin, Ls =
induktansi sendiri, Ms = induktansi bersama.
โข Mesin sinkron diasumsikan dalam kondisi ideal sehingga
๐ผ๐ + ๐ผ๐ + ๐ผ๐ = 0
โข Subtitusikan Ia = -(Ib+Ic), sehingga
โข Untuk fasa b dan c dari mesin sinkron ideal didapatkan
Universitas
Negeri
Surabaya
48
49. โข Dalam bentuk matrik dapat dituliskan
โข Dengan memasukkan komponen urutan nol, positif dan
negatif maka
Universitas
Negeri
Surabaya
49
50. โข Karena generator sinkron di desain untuk mensuplai tegangan
tiga fasa yang seimbang, kita dapat melihat bahwa tegangan
Ean, Ebn, dan Ecn yang dibangkitkan sebagai komponen urutan
positif dimana operator a = 1โ 120ยฐ dan a2 = 1โ 240ยฐ. Maka
didapatkan
โข Dengan urutan positif, negatif dan nol dipisahkan
didapatkan
Universitas
Negeri
Surabaya
50
51. โข Persamaan diatas dapat disederhanakan menjadi
โข Dimana Zg0 , Z1 , dan Z2 adalah impedansi urutan nol, positif
dan negatif.
Universitas
Negeri
Surabaya
51
53. โข Sirkuit urutan pada gambar di atas adalah sirkuit ekivalen satu
fasa dari mesin tiga fasa seimbang dimana komponen simetris
dari ketidak seimbangan arus dimisalkan ada.
โข Arus komponen urutan mengalir melalui impedansi hanya
pada urutannya saja, hal ini karena mesin simetris terhadap
fasa a, b dan c.
โข Sirkuit urutan positif terdapat emf yang terhubung seri dengan
impedansi urutan positif dari generator.
โข Sirkuit urutan negatif dan nol, tidak mempunyai emf.
โข Node referensi untuk urutan positif dan negatif adalah netral
dari generator.
โข Jika terdapat hubungan antara netral generator dengan
ground dengan impedansi tertentu maka netral dari generator
tersebut akan mempunyai tegangan.
Universitas
Negeri
Surabaya
53
54. โข Arus yang melalui impedansi Zn antara netral dan ground adalah 3Ia0
. Dengan mengacu pada gambar diatas maka tegangan drop pada
urutan nol, dari point a ke ground adalah
โ๐๐ฐ๐๐๐๐ โ ๐ฐ๐๐๐๐๐
Dimana Zg0 adalah impedansi urutan nol per fasa dari generator.
Impedansi urutan nol total yang dilalui oleh Ia0 adalah
๐0 = 3๐๐ + ๐๐0
Tegangan drop dari titik a ke node referensi (ground) pada fasa a
adalah
๐๐0 = โ๐ผ๐0๐0
๐๐1 = ๐ธ๐๐ โ ๐ผ๐1๐1
๐๐2 = โ๐ผ๐2๐2
Dimana Ean adalah tegangan urutan nol terhadap netral, Z1 dan Z2
adalah urutan impedansi urutan positif dan negatif dari generator
Universitas
Negeri
Surabaya
54
55. Urutan sirkuit dari
Transformator Y - โ
โข Sirkuit urutan ekivalen dari tranformator tiga fasa tergantung
dari koneksi/hubungan belitan primer dan sekunder.
โข Kombinasi yang berbeda dari belitan โ dan Y akan
menentukan konfigurasi dari sirkuit urutan nol dan pergeseran
fasa pada sirkuit urutan positif dan negatif.
โข Arus primer ditentukan oleh arus sekunder dan perbandingan
/ rasio dari belitan, dengan arus magnetisasi diabaikan.
โข Gambar dibawah adalah rangkuman dari macam-macam
koneksi berikut dengan sirkuit urutan nol nya.
โข Anak panah dari diagram hubungan menunjukkan jalur untuk
arus urutan nol.
โข Tidak adanya anak panah menunjukkan bahwa hubungan
tranformator tersebut mengakibatkan arus urutan nol tidak
mengalir
Universitas
Negeri
Surabaya
55
57. โข Kasus 1. Hubungan Y โ Y masing di groundkan
Gambar pada kasus 1 diatas menunjukkan hubungan Y โ Y
dihubungkan ke ground melalui impedansi ZN pada sisi tegangan
tinggi dan Zn pada sisi tegangan rendah. Arah pada gambar
menunjukkan arah arus .
Langkah pertama adalah dengan memperlakukan transformator
sebagai ideal. Langkah selanjutnya adalah dengan menentukan
tegangan terhadap ground dengan satu subscript seperti VA, VN,
dan Va . Tegangan terhadap netral mempunyai 2 subscript yaitu
VAN, dan Van.
Huruf besar ditujukan untuk tegangan tinggi dan huruf kecil
ditujukan untuk tegangan rendah.
Universitas
Negeri
Surabaya
57
58. โข Gambar a) transformer terhubung Y โ Y dengan kedua sisi tegangan terhubung ground
melalui impedansi b) Pasangan belitan yang terhubung magnet
Universitas
Negeri
Surabaya
58
59. Tegangan yang terukur terhadap ground pada sisi tegangan
tinggi adalah
๐๐ด = ๐๐ด๐ + ๐๐
Dengan mensubtitusikan komponen simetrisnya maka
๐๐ด0 + ๐๐ด1 + ๐๐ด2 = ๐๐ด๐0 + ๐๐ด๐1 + ๐๐ด๐2 + 3๐๐๐ผ๐ด0
Pada sisi tegangan rendah
๐๐0 + ๐๐1 + ๐๐2 = ๐๐๐0 + ๐๐๐1 + ๐๐๐2 โ 3๐๐๐ผ๐0
Terdapat tanda minus karena arah dari Ia0 keluar dari
transformer menuju saluran pada sisi tegangan rendah.
Tegangan dan arus pada kedua sisi dari transformer sesuai
dengan rasio N1/N2 sehingga,
๐๐0 + ๐๐1 + ๐๐2
=
๐2
๐1
๐๐ด๐0 +
๐2
๐1
๐๐ด๐1 +
๐2
๐1
๐๐ด๐2 โ 3๐๐
๐1
๐2
๐ผ๐ด0
Universitas
Negeri
Surabaya
59
61. โข Sirkuit ekivalen urutan nol dapat dilihat pada gambar dibawah
โข Pada sisi tegangan tinggi terdapat Z yang merupakan
impedansi bocor sehingga total impedansi yang dilalui arus
urutan nol adalah Z + 3ZN + 3(N1/N2)2 Zn dengan referensi
terhadap sisi tegangan tinggi.
โข Jika tegangan pada kedua sisi transformer diekspresikan dalam
per unit pada base kilovolt line-to-line, maka rasio belitan
N1/N2 dihilangkan sehingga didapatkan sirkuit urutan nol
seperti pada gambar kasus 1
๐0 = ๐ + 3๐๐ + 3๐๐ per unit
Universitas
Negeri
Surabaya
61
62. โข Kasus 2. Hubungan Y โ Y salah satu netral di groundkan
Jika salah satu netral dari hubungan Y โ Y tidak di groundkan,
arus urutan nol tidak dapat mengalir pada belitan. Hal ini sama
dengan membuat ZN atau Zn sama dengan โ. Karena hilangnya
jalur pada salah satu belitan maka timbul open circuit untuk arus
urutan nol antara kedua bagian sistem yang terhubung oleh
transformator, seperti pada tabel gambar kasus 2 diatas.
Universitas
Negeri
Surabaya
62
63. โข Kasus 3. Hubungan โ โ โ
Jumlah fasor tegangan line-to-line sama dengan nol pada setiap
sisi dari transformator hubungan โ - โ, sehingga VAB0 = Vab0 = 0.
โข Dengan mengaplikasikan aturan notasi dot, maka didapatkan
๐๐ด๐ต =
๐1
๐2
๐๐๐
๐๐ด๐ต1 + ๐๐ด๐ต2 =
๐1
๐2
๐๐๐1 + ๐๐๐2
Universitas
Negeri
Surabaya
63
64. Tegangan line-to-line dapat ditulis sebagai tegangan line-to-
neutral berdasarkan rumus dibawah
3๐๐ด๐1โ 30ยฐ + 3๐๐ด๐2โ โ 30ยฐ =
๐1
๐2
3๐๐๐1โ 30ยฐ + 3๐๐๐2โ โ 30ยฐ
Sehingga
๐๐ด๐1 =
๐1
๐2
๐๐๐1 ๐๐ด๐2 =
๐1
๐2
๐๐๐2
Oleh karena itu sirkuit ekivalen urutan positif dan negatif untuk
transformer โ - โ sama dengan sirkuit ekivalen per fasa seperti
yang telah dijelaskan sebelumnya.
Karena hubungan โ tidak ada jalur netral untuk arus urutan nol,
maka tidak ada arus urutan nol yang mengalir melalui kedua sisi
hubungan โ - โ
Karena IA0 = Ia0 = 0 pada gambar diatas, maka kita dapatkan
sirkuit ekivalen urutan nol sama seperti pada tabel gambar
kasus 3.
Universitas
Negeri
Surabaya
64