Pentingnya Daya Reaktif Listrik Pada Sistem
intoduction :
- Dalam praktiknya, pengguna selalu mengurangi daya reaktif untuk meningkatkan efisiensi sistem. Hal ini dapat diterima pada tingkat tertentu. Jika sistemnya murni resistif atau kapasitansi maka akan menyebabkan beberapa masalah pada sistem kelistrikan. Sistem bolak-balik menyuplai atau mengkonsumsi dua jenis daya: daya nyata dan daya reaktif.
- Daya nyata menyelesaikan pekerjaan yang berguna sementara daya reaktif mendukung tegangan yang harus dikontrol untuk keandalan sistem. Daya reaktif mempunyai pengaruh yang besar terhadap keamanan sistem tenaga listrik karena mempengaruhi tegangan di seluruh sistem.
- Temukan pembahasan penting mengenai pentingnya Daya Reaktif dan kegunaannya untuk menjaga tegangan Sistem tetap sehat
Pentingnya Daya Reaktif:
- Pengendalian tegangan dalam suatu sistem tenaga listrik penting untuk pengoperasian peralatan tenaga listrik yang baik guna mencegah kerusakan seperti panas berlebih pada generator dan motor, mengurangi rugi-rugi transmisi dan menjaga kemampuan sistem dalam menahan dan mencegah jatuhnya tegangan.
- Menurunnya daya reaktif menyebabkan tegangan turun dan menaikkan daya reaktif menyebabkan tegangan naik. Jatuhnya tegangan dapat terjadi ketika sistem mencoba melayani lebih banyak beban daripada yang dapat ditopang oleh tegangan.
- Ketika catu daya reaktif bertegangan lebih rendah, saat tegangan turun, arus harus meningkat untuk mempertahankan daya yang disuplai, menyebabkan sistem mengonsumsi lebih banyak daya reaktif dan tegangan turun lebih jauh. Jika arus meningkat terlalu banyak, saluran transmisi akan terputus, membebani saluran lain secara berlebihan dan berpotensi menyebabkan kegagalan berjenjang.
- Jika tegangan turun terlalu rendah, beberapa generator akan terputus secara otomatis untuk melindungi dirinya sendiri. Keruntuhan tegangan terjadi ketika bertambahnya beban atau berkurangnya fasilitas pembangkitan atau transmisi menyebabkan turunnya tegangan, yang menyebabkan semakin berkurangnya daya reaktif dari kapasitor dan saluran pengisian, dan masih terjadi penurunan tegangan lebih lanjut. Jika penurunan tegangan terus berlanjut, hal ini akan menyebabkan elemen tambahan mengalami trip, sehingga menyebabkan penurunan tegangan lebih lanjut dan hilangnya beban. Akibat dari penurunan tegangan yang progresif dan tidak terkendali ini adalah sistem tidak mampu menyediakan daya reaktif yang diperlukan untuk memenuhi kebutuhan daya reaktif.
Diperlukan untuk Mengontrol Tegangan dan Daya Reaktif:
- Pengendalian tegangan dan manajemen daya reaktif adalah dua aspek dari satu aktivitas yang mendukung keandalan dan memfasilitasi transaksi komersial di seluruh jaringan transmisi.
- Pada sistem tenaga arus bolak-balik (AC), tegangan dikendalikan dengan mengatur produksi dan penyerapan daya reaktif.
- Ada tiga alasan mengapa perlunya mengatur daya reaktif dan tegangan kontrol :
- peralatan pelanggan dan sistem tenaga listrik dirancang untuk beroperasi dalam kisaran tegangan, biasanya dalam kisaran ±5% dari tegangan nominal. Pada tegangan rendah, banyak jenis peralatan berkinerja buruk, bola lampu memberikan penerangan yang lebih sedikit, motor induksi dapat menjadi terlalu panas dan rusak, dan beberapa peralatan elektronik tidak dapat beroperasi. Tegangan tinggi dapat merusak peralatan dan memperpendek masa pakainya.
- Daya reaktif menghabiskan sumber daya transmisi dan pembangkitan. Untuk memaksimalkan jumlah daya nyata yang dapat ditransfer melalui antarmuka transmisi yang padat, aliran daya reaktif harus diminimalkan. Demikian pula, produksi daya reaktif dapat membatasi kemampuan daya nyata suatu generator.
- Perpindahan daya reaktif pada sistem transmisi menimbulkan rugi-rugi daya yang nyata. Kapasitas dan energi harus disuplai untuk menggantikan kerugian ini.
Kontrol tegangan diperumit oleh dua faktor tambahan.
- sistem transmisi itu sendiri merupakan konsumen daya reaktif nonlinier, bergantung pada pembebanan sistem. Pada pembebanan yang sangat ringan, sistem menghasilkan daya reaktif yang harus diserap, sedangkan pada pembebanan berat sistem mengkonsumsi daya reaktif dalam jumlah besar yang harus diganti. Kebutuhan daya reaktif sistem juga bergantung pada konfigurasi pembangkitan dan transmisi.
- Akibatnya, kebutuhan reaktif sistem bervariasi dari waktu ke waktu seiring dengan perubahan tingkat beban dan pola beban serta pembangkitan. Sistem tenaga listrik massal terdiri dari banyak peralatan, salah satu diantaranya dapat rusak kapan saja. Oleh karena itu, sistem ini dirancang untuk menahan kehilangan satu peralatan pun dan terus beroperasi tanpa berdampak pada pelanggan mana pun. Artinya, sistem ini dirancang untuk menahan suatu kemungkinan tunggal. Hilangnya generator atau saluran transmisi utama dapat menimbulkan efek gabungan berupa berkurangnya pasokan reaktif dan, pada saat yang sama, konfigurasi ulang aliran sedemikian rupa sehingga sistem mengonsumsi daya reaktif tambahan.
- Setidaknya sebagian dari pasokan reaktif harus mampu merespons dengan cepat terhadap perubahan kebutuhan daya reaktif dan mempertahankan tegangan yang dapat diterima di seluruh sistem. Jadi, sebagaimana sistem kelistrikan memerlukan cadangan daya nyata untuk merespons keadaan darurat, sistem tersebut juga harus mempertahankan cadangan daya reaktif.
- Beban juga dapat bersifat nyata dan reaktif. Bagian reaktif dari beban dapat disuplai dari sistem transmisi. Beban reaktif menimbulkan penurunan tegangan dan rugi-rugi reaktif yang lebih besar pada sistem transmisi dibandingkan beban nyata berukuran serupa (MVA).
- Pengoperasian sistem memiliki tiga tujuan ketika mengelola daya reaktif dan tegangan.
- Pertama, harus menjaga tegangan yang memadai di seluruh sistem transmisi dan distribusi baik untuk kondisi arus maupun darurat.
- Kedua, upaya ini berupaya meminimalkan kemacetan aliran listrik riil.
- Ketiga, upaya ini berupaya meminimalkan hilangnya daya listrik secara nyata.
Konsep Dasar Daya Reaktif
1) Mengapa Kita Membutuhkan Daya Reaktif:
- Daya aktif adalah energi yang disuplai untuk menjalankan motor, menghangatkan rumah, atau menerangi bola lampu listrik. Daya reaktif menyediakan fungsi penting untuk mengatur tegangan.
- Jika tegangan pada sistem tidak cukup tinggi, daya aktif tidak dapat disuplai.
- Daya reaktif digunakan untuk menyediakan tingkat tegangan yang diperlukan agar daya aktif dapat melakukan kerja yang berguna.
- Daya reaktif sangat penting untuk memindahkan daya aktif melalui sistem transmisi dan distribusi ke pelanggan. Daya reaktif diperlukan untuk menjaga tegangan agar dapat menyalurkan daya aktif (watt) melalui saluran transmisi.
- Beban motor dan beban lainnya memerlukan daya reaktif untuk mengubah aliran elektron menjadi kerja yang berguna.
- Ketika daya reaktif tidak mencukupi, tegangan akan turun dan tidak mungkin untuk mendorong daya yang dibutuhkan oleh beban melalui saluran.”
2) Daya Reaktif adalah Produk Sampingan dari Sistem kelistrikan AC
- Transformator, saluran transmisi, dan motor memerlukan daya reaktif. Motor listrik memerlukan daya reaktif untuk menghasilkan medan magnet untuk pengoperasiannya.
- Transformator dan jalur transmisi menghasilkan induktansi dan resistansi
1. Keduanya menentang aliran arus
2. Harus menaikkan tegangan lebih tinggi untuk mendorong daya melalui induktansi saluran
3. Kecuali jika kapasitansi dimasukkan ke induktansi offset
3) Bagaimana Tegangan Dikendalikan oleh Daya Reaktif:
- Tegangan dikendalikan dengan menyediakan margin kendali daya reaktif yang cukup untuk memenuhi kebutuhan pasokan
1. Kompensasi kapasitor dan reaktor shunt
2. Kompensasi dinamis
3. Jadwal pembangkitan tegangan yang tepat. - Tegangan dikendalikan dengan memprediksi dan mengoreksi kebutuhan daya reaktif dari beban
4) Daya Reaktif dan Faktor Daya
- Daya reaktif muncul ketika tegangan dan arus tidak sefase
1. Satu bentuk gelombang memimpin gelombang lainnya
2. Sudut fasa tidak sama dengan 0°
3. Faktor daya kurang dari satu - Diukur dalam volt-ampere reaktif (VAR)
- Diproduksi ketika bentuk gelombang arus mendahului bentuk gelombang tegangan (Faktor daya terdepan)
- Begitu pula sebaliknya, dikonsumsi ketika bentuk gelombang arus tertinggal dari tegangan (faktor daya tertinggal)
5) Batasan Daya Reaktif:
- Daya reaktif tidak merambat terlalu jauh.
- Biasanya produksinya perlu dilakukan dekat dengan lokasi yang memerlukannya
- Pemasok/sumber yang dekat dengan lokasi kebutuhan mempunyai posisi yang jauh lebih baik untuk menyediakan daya reaktif dibandingkan pemasok/sumber yang lokasinya jauh dari lokasi kebutuhan.
- Pasokan listrik reaktif terkait erat dengan kemampuan menyalurkan daya nyata atau aktif.
Daya Reaktif Menyebabkan Tidak Adanya Listrik -Pemadaman Listrik
- Kualitas pasokan energi listrik dapat dievaluasi berdasarkan beberapa parameter. Namun yang terpenting adalah ketersediaan energi listrik serta jumlah dan durasi gangguan.
- Ketika konsumsi energi listrik tinggi, kebutuhan akan daya reaktif induktif juga meningkat dengan proporsi yang sama. Pada saat ini, saluran transmisi (yang memiliki muatan yang baik) menghasilkan daya reaktif induktif ekstra. Sumber daya reaktif kapasitif lokal menjadi tidak mencukupi. Hal ini diperlukan untuk menyalurkan lebih banyak daya reaktif dari generator pembangkit listrik.
- Mungkin saja baterai sudah terisi penuh dan daya reaktif harus disalurkan dari tempat yang lebih jauh. Transmisi daya reaktif akan memuat lebih banyak saluran, yang pada gilirannya akan menghasilkan lebih banyak daya reaktif. Tegangan di sisi pelanggan akan semakin menurun. Pengendalian tegangan lokal melalui trafo otomatis akan menyebabkan peningkatan arus (untuk mendapatkan daya yang sama) dan pada gilirannya akan meningkatkan penurunan tegangan pada saluran. Dalam sekejap proses ini bisa berjalan seperti longsoran salju yang menurunkan tegangan menjadi nol. Sementara itu sebagian besar generator di pembangkit listrik akan mati karena tegangan rendah yang tidak dapat diterima, yang tentu saja akan memperburuk situasi.
- Kurangnya daya reaktif yang menyebabkan jatuhnya tegangan telah menjadi faktor penyebab pemadaman listrik besar-besaran di seluruh dunia.
Masalah Daya Reaktif:
- Meskipun daya reaktif diperlukan untuk menjalankan banyak perangkat listrik, hal ini dapat menyebabkan efek berbahaya pada peralatan dan beban bermotor lainnya, serta infrastruktur kelistrikan. Karena arus yang mengalir melalui sistem kelistrikan lebih tinggi dari yang diperlukan untuk melakukan kerja yang diperlukan, kelebihan daya akan hilang dalam bentuk panas saat arus reaktif mengalir melalui komponen resistif seperti kabel, sakelar, dan transformator. Ingatlah bahwa setiap kali energi dikeluarkan, Anda membayar. Tidak ada bedanya apakah energi tersebut dikeluarkan dalam bentuk panas atau kerja yang berguna.
- Kita dapat menentukan berapa banyak daya reaktif yang digunakan perangkat listrik dengan mengukur faktor dayanya, rasio antara daya nyata dan daya sebenarnya. Faktor daya sebesar 1 (yaitu 100%) idealnya berarti bahwa seluruh daya listrik digunakan untuk pekerjaan nyata. Rumah biasanya memiliki faktor daya keseluruhan dalam kisaran 70% hingga 85%, bergantung pada peralatan mana yang sedang beroperasi. Rumah baru dengan peralatan hemat energi terkini dapat memiliki faktor daya keseluruhan sebesar 90%.
- Perusahaan listrik melakukan koreksi terhadap faktor daya di sekitar kompleks industri, atau mereka akan meminta pelanggan yang melanggar untuk melakukan hal tersebut, atau mereka akan mengenakan biaya untuk daya reaktif. Perusahaan listrik tidak mengkhawatirkan layanan perumahan karena dampaknya terhadap jaringan distribusi mereka tidak separah di kawasan industri besar. Namun, memang benar bahwa koreksi faktor daya membantu perusahaan listrik dengan mengurangi permintaan listrik, sehingga memungkinkan mereka memenuhi kebutuhan layanan di tempat lain.
- Koreksi faktor daya tidak akan menaikkan tagihan listrik Anda atau membahayakan perangkat listrik Anda. Teknologi ini telah berhasil diterapkan di seluruh industri selama bertahun-tahun. Jika ukurannya tepat, koreksi faktor daya akan meningkatkan efisiensi listrik dan umur panjang beban induktif. Koreksi faktor daya dapat menimbulkan efek samping yang merugikan (misalnya harmonik) pada peralatan industri yang sensitif jika tidak ditangani oleh profesional yang berpengetahuan dan berpengalaman. Koreksi faktor daya pada hunian tinggal dibatasi pada kapasitas panel listrik (maks 200 amp) dan tidak mengkompensasi beban induktif rumah tangga secara berlebihan. Dengan meningkatkan efisiensi sistem kelistrikan, kebutuhan energi dan dampaknya terhadap lingkungan dapat dikurangi
Pengaruh Daya Reaktif pada Berbagai Elemen Sistem Tenaga :
1) Generator:
- Fungsi utama generator tenaga listrik adalah mengubah bahan bakar menjadi tenaga listrik. Hampir semua generator juga mempunyai kendali besar atas tegangan terminal dan keluaran daya reaktifnya.
- Kemampuan generator untuk memberikan dukungan reaktif bergantung pada produksi daya sebenarnya. Seperti kebanyakan peralatan listrik, generator dibatasi oleh kemampuan membawa arusnya. Mendekati tegangan pengenal, kemampuan ini menjadi batas MVA untuk jangkar generator dibandingkan batasan MW.
- Produksi daya reaktif melibatkan peningkatan medan magnet untuk menaikkan tegangan terminal generator. Peningkatan medan magnet memerlukan peningkatan arus pada belitan medan putar. Penyerapan daya reaktif dibatasi oleh pola fluks magnet pada stator, yang mengakibatkan pemanasan berlebih pada besi ujung stator, batas pemanasan ujung inti.
- Torsi sinkronisasi juga berkurang ketika menyerap daya reaktif dalam jumlah besar, yang juga dapat membatasi kemampuan generator untuk mengurangi kemungkinan hilangnya sinkronisasi dengan sistem.
- Penggerak mula generator (misalnya turbin uap) biasanya dirancang dengan kapasitas yang lebih kecil dibandingkan generator listrik, sehingga menimbulkan batas penggerak mula. Para perancang menyadari bahwa generator akan menghasilkan daya reaktif dan tegangan sistem pendukung hampir sepanjang waktu. Menyediakan penggerak mula yang mampu menghantarkan seluruh tenaga mekanik yang dapat diubah oleh generator menjadi listrik ketika tidak menghasilkan atau menyerap daya reaktif akan mengakibatkan kurang dimanfaatkannya penggerak mula.
- Untuk menghasilkan atau menyerap VAR tambahan di luar batas ini diperlukan pengurangan output daya riil dari unit tersebut. Pengendalian terhadap keluaran reaktif dan tegangan terminal generator dilakukan dengan mengatur arus DC pada medan putar generator. Pengendalian dapat dilakukan secara otomatis, kontinyu, dan cepat.
- Karakteristik yang melekat pada generator membantu menjaga tegangan sistem. Pada pengaturan medan tertentu, generator memiliki tegangan terminal tertentu yang coba dipertahankannya. Jika tegangan sistem menurun maka generator akan menyuntikkan daya reaktif ke dalam sistem tenaga sehingga cenderung menaikkan tegangan sistem. Jika tegangan sistem naik maka keluaran reaktif generator akan turun, dan pada akhirnya daya reaktif akan mengalir ke generator sehingga cenderung menurunkan tegangan sistem. Regulator tegangan akan menonjolkan perilaku ini dengan mengarahkan arus medan ke arah yang sesuai untuk memperoleh tegangan sistem yang diinginkan.
2) Kondensor Sinkron:
- Setiap mesin sinkron (motor atau generator) dengan medan yang dapat dikontrol mempunyai kemampuan daya reaktif yang dibahas di atas.
- Motor sinkron kadang-kadang digunakan untuk memberikan dukungan tegangan dinamis pada sistem tenaga karena motor tersebut memberikan daya mekanis pada bebannya. Beberapa turbin pembakaran dan unit pembangkit listrik tenaga air dirancang untuk memungkinkan generator beroperasi tanpa sumber tenaga mekanisnya hanya untuk menyediakan kemampuan daya reaktif ke sistem tenaga ketika pembangkit listrik sebenarnya tidak tersedia atau tidak diperlukan. Mesin sinkron yang dirancang khusus untuk memberikan dukungan reaktif disebut kondensor sinkron.
- Kondensor sinkron memiliki semua keunggulan kecepatan respons dan pengendalian dibandingkan generator tanpa perlu membangun pembangkit listrik lainnya (misalnya, peralatan penanganan bahan bakar dan boiler). Karena mesin ini berputar dengan bagian-bagian yang bergerak dan sistem tambahan, mesin ini mungkin memerlukan lebih banyak perawatan dibandingkan mesin statis. Mereka juga mengkonsumsi daya nyata sebesar sekitar 3% dari nilai daya reaktif mesin.
3) Kapasitor & Induktor:
- Kapasitor dan induktor (yang terkadang disebut reaktor) adalah perangkat pasif yang menghasilkan atau menyerap daya reaktif. Mereka mencapai hal ini tanpa kehilangan daya nyata atau biaya operasional yang signifikan.
- Output kapasitor dan induktor sebanding dengan kuadrat tegangan. Jadi, kapasitor bank (atau induktor) dengan nilai 100 MVAR akan menghasilkan (atau menyerap) hanya 90 MVAR ketika tegangan turun menjadi 0,95 pu tetapi akan menghasilkan (atau menyerap) 110 MVAR ketika tegangan naik menjadi 1,05 pu. Hubungan ini berguna ketika induktor digunakan untuk menahan tegangan.
- Induktor menyerap lebih banyak ketika voltase paling tinggi dan perangkat paling dibutuhkan. Hubungan ini sangat disayangkan untuk kasus yang lebih umum dimana kapasitor digunakan untuk mendukung tegangan. Dalam kasus ekstrim, tegangan turun, dan kapasitor berkontribusi lebih sedikit, mengakibatkan penurunan tegangan lebih lanjut dan bahkan lebih sedikit dukungan dari kapasitor; pada akhirnya, tegangan turun dan terjadi pemadaman listrik.
- Induktor adalah perangkat diskrit yang dirancang untuk menyerap sejumlah daya reaktif tertentu pada tegangan tertentu. Mereka dapat diaktifkan atau dinonaktifkan tetapi tidak menawarkan kontrol variabel.
- Kumpulan kapasitor terdiri dari kapasitor individual, biasanya masing-masing berukuran 200 kVAR atau kurang. Kapasitor dihubungkan secara seri dan paralel untuk mendapatkan tegangan bank kapasitor yang diinginkan dan peringkat kapasitas. Seperti induktor, bank kapasitor adalah perangkat diskrit tetapi sering kali dikonfigurasi dengan beberapa langkah untuk memberikan jumlah kontrol variabel yang terbatas sehingga menjadikannya suatu kelemahan dibandingkan dengan motor sinkron.
4) Kompensator VAR Statis : (SVC)
- SVC menggabungkan kapasitor dan induktor konvensional dengan kemampuan peralihan cepat. Peralihan terjadi dalam jangka waktu sub-siklus (yaitu kurang dari 1/60 detik), memberikan rentang kendali yang berkelanjutan. Kisarannya dapat dirancang mulai dari menyerap hingga menghasilkan daya reaktif. Akibatnya, kontrol dapat dirancang untuk memberikan dukungan reaktif dan kontrol tegangan yang sangat cepat dan efektif.
- Karena SVC menggunakan kapasitor, mereka mengalami penurunan kemampuan reaktif yang sama seperti penurunan tegangan. Mereka juga tidak memiliki kemampuan kelebihan beban jangka pendek seperti generator dan kondensor sinkron. Aplikasi SVC biasanya memerlukan filter harmonik untuk mengurangi jumlah harmonisa yang disuntikkan ke sistem tenaga.
5) Kompensator Sinkron Statis : (STATCOM)
- STATCOM adalah perangkat shunt solid-state yang menghasilkan atau menyerap daya reaktif dan merupakan salah satu anggota rangkaian perangkat yang dikenal sebagai sistem transmisi AC fleksibel.
- STATCOM mirip dengan SVC dalam hal kecepatan respons, kemampuan kontrol, dan penggunaan elektronika daya. Daripada menggunakan kapasitor dan induktor konvensional yang dikombinasikan dengan saklar cepat, STATCOM menggunakan elektronika daya untuk mensintesis keluaran daya reaktif. Akibatnya, kemampuan output umumnya simetris, memberikan kemampuan produksi yang sama besarnya dengan kemampuan penyerapan.
- Sifat STATCOM yang solid-state berarti, mirip dengan SVC, kontrolnya dapat dirancang untuk memberikan kontrol tegangan yang sangat cepat dan efektif. Meskipun tidak memiliki kemampuan kelebihan beban jangka pendek seperti generator dan kondensor sinkron, kapasitas STATCOM tidak mengalami gangguan seserius SVC dan kapasitor akibat penurunan tegangan.
- STATCOM memiliki arus yang terbatas sehingga kemampuan MVARnya merespons tegangan secara linier dibandingkan dengan hubungan kuadrat tegangan antara SVC dan kapasitor. Atribut ini sangat meningkatkan kegunaan STATCOM dalam mencegah jatuhnya tegangan.
6) Generator Terdistribusi:
- Mendistribusikan sumber daya pembangkitan ke seluruh sistem tenaga listrik dapat memberikan dampak yang menguntungkan jika pembangkitan tersebut mempunyai kemampuan untuk memasok daya reaktif. Tanpa kemampuan mengendalikan keluaran daya reaktif, kinerja sistem transmisi dan distribusi dapat menurun.
- Generator induksi merupakan pilihan yang menarik untuk pembangkit listrik skala kecil yang terhubung dengan jaringan listrik, terutama karena harganya yang relatif murah. Mereka tidak memerlukan sinkronisasi dan memiliki karakteristik mekanis yang menarik untuk beberapa aplikasi (angin, misalnya). Mereka juga menyerap daya reaktif daripada menghasilkannya, dan tidak dapat dikontrol. Jika keluaran dari generator berfluktuasi (seperti halnya angin), kebutuhan reaktif generator juga berfluktuasi, sehingga menambah masalah kontrol tegangan pada sistem transmisi.
- Generator induksi dapat dikompensasi dengan kapasitor statis, namun strategi ini tidak mengatasi masalah fluktuasi atau memberikan dukungan tegangan terkendali. Banyak sumber daya pembangkitan terdistribusi kini digabungkan ke jaringan listrik melalui perangkat elektronik daya solid-state untuk memungkinkan kecepatan penggerak utama bervariasi secara independen dari frekuensi sistem tenaga. Untuk angin, penggunaan elektronik solid-state dapat meningkatkan penangkapan energi.
- Untuk turbin mikro berbahan bakar gas, peralatan elektronika daya memungkinkannya beroperasi pada kecepatan yang sangat tinggi. Fotovoltaik menghasilkan arus searah dan memerlukan inverter untuk memasangkannya ke sistem tenaga. Perangkat penyimpan energi (misalnya baterai, roda gila, dan perangkat penyimpanan energi magnetik superkonduktor) sering kali didistribusikan juga dan memerlukan inverter solid-state untuk berinteraksi dengan jaringan listrik. Peningkatan penggunaan antarmuka solid-state antara perangkat dan sistem tenaga memiliki manfaat tambahan yaitu menyediakan kontrol daya reaktif penuh, mirip dengan STATCOM.
- Faktanya, sebagian besar perangkat tidak harus menyediakan daya aktif agar kendali reaktif dapat tersedia secara penuh. Penggerak utama generasi, mis. turbin, dapat tidak berfungsi saat komponen reaktif berfungsi penuh. Perkembangan teknologi ini (elektronik daya solid-state) telah mengubah potensi masalah menjadi manfaat, memungkinkan sumber daya terdistribusi berkontribusi pada pengendalian tegangan.
7) Sisi Transmisi:
- Konsekuensi yang tidak dapat dihindari dari pengoperasian beban adalah adanya daya reaktif, yang berhubungan dengan pergeseran fasa antara tegangan dan arus.
- Sebagian dari daya ini dikompensasikan di sisi pelanggan, sedangkan sisanya untuk beban jaringan. Kontrak pasokan tidak memerlukan cosφ sama dengan satu. Daya reaktif juga digunakan oleh pemilik saluran transmisi untuk mengendalikan tegangan.
- Komponen arus reaktif menambah arus beban dan meningkatkan penurunan tegangan pada impedansi jaringan. Dengan mengatur aliran daya reaktif, operator mengubah penurunan tegangan pada saluran dan dengan cara ini tegangan pada titik sambungan pelanggan.
- Tegangan di sisi pelanggan bergantung pada segala hal yang terjadi mulai dari generator hingga beban pelanggan. Semua node, titik sambungan saluran transmisi lain, stasiun distribusi, dan peralatan lainnya berkontribusi terhadap aliran daya reaktif.
- Saluran transmisi itu sendiri juga merupakan sumber daya reaktif. Saluran yang ujung lainnya terbuka (tanpa beban) seperti kapasitor dan merupakan sumber daya reaktif kapasitif (leading). Induktansi memanjang tanpa arus tidak termagnetisasi dan tidak menimbulkan komponen reaktif apa pun. Di sisi lain, ketika sebuah saluran menghantarkan arus tinggi, kontribusi induktansi memanjang adalah lazim dan saluran itu sendiri menjadi sumber daya reaktif induktif (lagging). Untuk setiap saluran dapat dihitung nilai karakteristik aliran dayanya.
- Jika daya yang ditransmisikan lebih dari Nilai yang telah ditentukan sebelumnya, saluran akan menghasilkan daya reaktif induktif tambahan, dan jika berada di bawah Nilai yang telah ditentukan sebelumnya, saluran akan menghasilkan daya reaktif kapasitif. Nilai yang ditentukan sebelumnya bergantung pada tegangan: untuk saluran 400 kV adalah sekitar 32% dari daya transmisi nominal, untuk saluran 220 kV adalah sekitar 28% dan untuk saluran 110 kV adalah sekitar 22%. Persentasenya akan bervariasi sesuai dengan parameter konstruksi.
- Daya reaktif yang ditimbulkan oleh saluran itu sendiri benar-benar merupakan gangguan bagi operator sistem transmisi. Pada malam hari, ketika permintaan rendah maka perlu untuk menghubungkan reaktor paralel untuk mengkonsumsi daya reaktif kapasitif tambahan pada saluran. Kadang-kadang perlu untuk mematikan saluran dengan beban rendah (yang pasti mempengaruhi keandalan sistem). Pada jam sibuk tidak hanya beban pelanggan yang menyebabkan penurunan tegangan yang besar tetapi juga daya reaktif induktif saluran menambah aliran daya total dan menyebabkan penurunan tegangan lebih lanjut.
- Kontrol tegangan dan daya reaktif mempunyai beberapa keterbatasan. Sebagian besar daya reaktif dihasilkan di unit pembangkit listrik. Generator dapat menghasilkan daya reaktif maju dan mundur yang dapat disesuaikan dengan lancar tanpa biaya bahan bakar apa pun.
- Namun, daya reaktif menempati kapasitas pembangkitan dan mengurangi produksi daya aktif. Selain itu, tidak layak untuk mentransmisikan daya reaktif dalam jarak jauh (karena rugi-rugi daya aktif). Pengendalian yang disediakan “dalam perjalanan” di saluran transmisi, titik sambungan, stasiun distribusi, dan titik lainnya memerlukan pemasangan kapasitor atau\dan reaktor.
- Mereka sering digunakan dengan sistem penggantian tap trafo. Kisaran kendali tegangan tergantung pada ukurannya. Kontrol dapat terdiri misalnya. dalam mengatur tegangan transformator lebih tinggi dan kemudian menguranginya dengan aliran arus reaktif.
- Jika tegangan trafo mencapai nilai tertinggi dan semua kapasitor beroperasi, maka tegangan di sisi pelanggan tidak dapat ditingkatkan lebih lanjut. Sebaliknya bila diperlukan pengurangan, batasnya ditentukan oleh daya reaktif maksimal reaktor dan tap transformator terendah.
Praktik Penilaian untuk mengontrol Tegangan dan Daya Reaktif:
- Perencana Transmisi dan Distribusi harus menentukan terlebih dahulu jenis dan lokasi koreksi reaktif yang diperlukan.
1) Dukungan Tegangan Statis vs. Dinamis
- Jenis kompensasi reaktif yang diperlukan didasarkan pada waktu yang diperlukan untuk pemulihan tegangan.
- Kompensasi Statis ideal untuk respons kedua dan menit. (Kapasitor, reaktor, perubahan tap).
- Kompensasi Dinamis ideal untuk respons instan. (kondensor, generator)
- Keseimbangan yang tepat antara dukungan tegangan statis dan dinamis diperlukan untuk menjaga tingkat tegangan dalam kisaran yang dapat diterima.
2) Cadangan Reaktif selama Kondisi Operasional yang Bervariasi
- Sistem kapasitor, reaktor, dan kondensor harus dioperasikan untuk mensuplai beban reaktif normal. Ketika beban bertambah atau mengikuti keadaan darurat, kapasitor tambahan harus dinyalakan atau reaktor dilepas untuk mempertahankan tegangan sistem yang dapat diterima.
- Kemampuan reaktif generator harus dicadangkan untuk keadaan darurat pada sistem EHV atau untuk mendukung tegangan selama kondisi pengoperasian sistem yang ekstrim.
- Skema pelepasan beban harus dilaksanakan jika tegangan yang diinginkan tidak dapat dicapai dan membuang cadangan daya reaktif
3) Koordinasi Tegangan
- Sumber reaktif harus dikoordinasikan untuk memastikan bahwa tegangan yang memadai dipertahankan di seluruh sistem yang saling terhubung selama semua kondisi sistem yang memungkinkan. Mempertahankan tegangan sistem yang dapat diterima melibatkan koordinasi sumber dan penyerap yang meliputi:
1. Jadwal tegangan pembangkit
2. Pengaturan keran transformator
3. Pengaturan perangkat reaktif
4. Skema pelepasan beban. - Konsekuensi dari tidak terkoordinasinya operasi-operasi di atas meliputi:
1. Peningkatan rugi-rugi daya reaktif
2. Pengurangan margin reaktif yang tersedia untuk kontinjensi dan kondisi beban ringan yang ekstrim
3. Peralihan kapasitor atau reaktor shunt yang berlebihan
4. Meningkatnya kemungkinan kondisi jatuhnya tegangan. - Jadwal Tegangan Pembangkit : Setiap pembangkit listrik diminta untuk mempertahankan tegangan tertentu pada bus sistem yang terhubung dengan pembangkit tersebut. Jadwal yang ditetapkan akan memungkinkan unit pembangkit untuk beroperasi secara tipikal:
1. Di tengah rentang kemampuan reaktifnya pada kondisi normal
2. Pada rentang kemampuan reaktif tertinggi selama keadaan darurat
3. “Under Excited” atau menyerap daya reaktif pada kondisi beban yang sangat ringan. - Pengaturan Keran Transformator : Keran transformator harus dikoordinasikan satu sama lain dan dengan jadwal tegangan stasiun pembangkit terdekat.
- Keran trafo harus dipilih sehingga tegangan sekunder tetap di bawah batas peralatan selama kondisi beban ringan.
- Pengaturan Perangkat Reaktif : Kapasitor pada jaringan tegangan rendah harus diatur ke posisi “on” untuk menjaga tegangan selama kondisi puncak dan darurat. Dan “Off” ketika tidak lagi diperlukan level tegangan pendukung.
- Skema Pelepasan Beban: Skema pelepasan beban harus diterapkan sebagai “upaya terakhir” untuk mempertahankan tegangan yang dapat diterima.
4) Kontrol Tegangan dan Daya Reaktif
- Memerlukan kerja koordinasi seluruh disiplin Transmisi dan Distribusi.
- Transmisi perlu:
1. Perkirakan permintaan reaktif dan margin cadangan yang dibutuhkan
2. Merencanakan, merekayasa, dan memasang jenis dan lokasi koreksi reaktif yang diperlukan
3. Pertahankan perangkat reaktif untuk kompensasi yang tepat
4. Memelihara meteran untuk memastikan data yang akurat
5. Merekomendasikan skema pelepasan beban yang tepat jika diperlukan. - Distribusi perlu:
1. Kompensasi penuh beban distribusi sebelum kompensasi reaktif transmisi dipertimbangkan
2. Pertahankan perangkat reaktif untuk kompensasi yang tepat
3. Memelihara meteran untuk memastikan data yang akurat
4. Pasang dan uji skema pelepasan beban otomatis di bawah tegangan
