Andreas T Destanio ( ) ‖ Rizky Wulandari ( ) ‖ Toga C Sihotang ( ) HVDC (High Voltage Direct Current) HVAC (High Voltage Alternating Current)

Andreas T Destanio ( ) ‖ Rizky Wulandari ( ) ‖ Toga C Sihotang ( ) Pokok Bahasan Pengantar HVDC dan HVAC Perkembangan HVDC dan HVAC Karakteristik HVDC dan HVAC Komponen dan Sistem Transmisi HVDC dan HVAC Perbandingan HVDC dan HVAC Permasalahan HVDC dan HVAC Contoh Penerapan HVDC dan HVAC Kesimpulan

Andreas T Destanio ( ) ‖ Rizky Wulandari ( ) ‖ Toga C Sihotang ( ) Pengantar HVDC dan HVAC

Andreas T Destanio ( ) ‖ Rizky Wulandari ( ) ‖ Toga C Sihotang ( ) Tegangan Tinggi (High Voltage) Merupakan tegangan yang dianggap cukup tinggi oleh para teknisi listrik sehingga diperlukan pengujian dan pengukuran dengan tegangan tinggi yang bersifat khusus dan berdasarkan aspek subjektif dan objektif Pada sistem Transmisi dan distribusi tegangan tinggi merupakan tegangan >20 kV. Menurut IEC tegangan tinggi merupakan tegangan > 1200 VDC > 1000 VAC Saluran Transmisi Media yang digunakan untuk mentransmisikan tenaga listrik dari Generator Station/ Pembangkit Listrik sampai distribution station hingga sampai pada konsumer pengguna listrik Penyaluran tenaga listrik pada transmisi menggunakan arus bolak-balik (AC) ataupun juga dengan arus searah (DC) HVDCHVDC HVACHVAC

Andreas T Destanio ( ) ‖ Rizky Wulandari ( ) ‖ Toga C Sihotang ( ) Perkembangan HVDC dan HVAC

Andreas T Destanio ( ) ‖ Rizky Wulandari ( ) ‖ Toga C Sihotang ( ) HVAC HVDC st Complete DC electric power System by Thomas Edison (New York City) DC Transmission System from Miesbach to Munchen (2kV; 57 km) 1906 DC Transmission System from Moutier to Lyon by Rene Thury using 10 generator (125kV; 150 km) st AC power station at Deptford (10kV; 45 km) 1891 AC Transmission System at Fankfrut (15kV; 178 km) 1897 Hydropower, 3 phase at Karajala -Finland (8.5kV; 8 km) 1985 AC Transmission System at Russia (1200kV; 500 km) st complete AC Transmission system experiment by William Stanley at Massachusetts (150 Lamp)

Andreas T Destanio ( ) ‖ Rizky Wulandari ( ) ‖ Toga C Sihotang ( ) Alasan Penerapan Sistem Transmisi HVAC Berkembang Pesat Generator AC lebih sederhana dibandingkan generator DC Motor AC lebih sederhana dan murah dibandingkan motor DC Kemudahan dalam mengatur level tegangan Penggunaan tegangan AC secara universal (baik beban, generator dan sistem transmisi)

Andreas T Destanio ( ) ‖ Rizky Wulandari ( ) ‖ Toga C Sihotang ( ) Karakteristik HVDC dan HVAC

Andreas T Destanio ( ) ‖ Rizky Wulandari ( ) ‖ Toga C Sihotang ( ) KARAKTERISTIK TEKNIS  Biaya dan daya Reaktif: saluran transmisi > 800 km, maka biaya serta daya reaktif. saluran transmisi HVDC berubah menjadi efisien dibandingkan dengan HVAC  Reaktor DC: Karakteristik teknis yang terkait dengan reaktor DC :  pada dasarnya digunakan untuk mengendalikan pasokan arus asalkan tidak terjadi hubungan pendek.  Terhubung di stasiun konverter di kedua sisi saluran transmisi HVDC.  Aliran arus kontinu.  Induktansi reaktor DC bervariasi dari 0,4 hingga 1H.  Persyaratan stasiun: jumlah gardu yang dibutuhkan dihitung dengan menggunakan rumus:  Untuk transmisi AC: Jumlah gardu yang diperlukan = Total panjang saluran transmisi (km) / 300  Untuk transmisi DC: Gardu induk hanya di sisi konverter  Harmonik: Tegangan dan harmonisa arus dihasilkan dalam konverter yang diposisikan di terminal (penyearah dan inverter) di kedua sisi garis AC dan DC karena konduksi terpisah dari katup. Harmoni ini mengganggu frekuensi lain seperti radio dan telekomunikasi. Berbeda filter digunakan untuk mengendalikan masalah harmonik ini dan filter ini juga membantu dalam menghasilkan daya reaktif yang dikonsumsi oleh konverter.  Keandalan: tergantung pada dua faktor ketersediaan energi dan transient reliability. Dua faktor ini dapat ditentukan sebagai berikut:

Andreas T Destanio ( ) ‖ Rizky Wulandari ( ) ‖ Toga C Sihotang ( ) KARAKTERISTIK TEKNIS  Tegangan dan batas arus: Pada saluran AC transmisi, peningkatan tegangan secara tiba-tiba terjadi karena switching yang berbeda lonjakan (polaritas positif atau negatif) dan petir. Untuk mencegah kerusakan efek saluran udara ini dibangun dengan mengambil batas voltase di saluran menjadi 2 - 2,5 kali tegangan kerja puncak normal. Pada saluran transmisi DC perubahan tegangan mendadak tidak seperti pada transmisi AC dan tidak Parah.  Kontrol daya reaktif dan pengaturan tegangan: Profil tegangan lebih atau kurang tergantung pada saluran pemuatan untuk menjaga voltase konstan pada terminal surge Impedance Loading (SIL). Ini dapat dicapai dengan dua cara: (i) Pembebanan saluran lebih besar dari SIL: Tegangan di titik tengah saluran menurun. (ii) Pembebanan saluran kurang dari SIL: Tegangan di titik tengah saluran meningkat.  Stasiun pembangkit: saluran transmisi DC meningkatkan batas stabilitas daya pembangkit listrik tenaga air, generator dibangun di atas dasar desain dan spesifikasi saluran transmisi. Pada saluran transmisi AC, generator dibangun sedemikian rupa untuk memiliki reaktansi transien yang sangat rendah dan inersia tinggi yang dapat berubah menjadi cukup mahal.  Batas Stabilitas: Batas stabilitas disebut sebagai batas peringatan semua aliran daya karena berbagai faktor-faktor seperti penurunan tegangan, gangguan termal, sistem fase listrik, kabel dan berbagai macam sistem gardu induk. Faktor-faktor berikut:(i) Besarnya tegangan ujung; (ii) Perbedaan sudut tegangan pada terminal saluran; (iii) Reaktansi saluran

Andreas T Destanio ( ) ‖ Rizky Wulandari ( ) ‖ Toga C Sihotang ( ) KARAKTERISTIK EKONOMI Untuk memilih sistem transmisi yang paling cocok dari sudut pandang ekonomis, maka dibahas beberapa poin di bawah: 1. Saluran dan kabel DC harganya murah. 2. kemampuan transmisi daya yang sama, kerugian saluran dengan arus searah (DC) lebih kecil daripada kerugian saluran dari garis arus bolak-balik (AC). Menara untuk transmisi arus searah (DC) ekonomis, lugas dan ramping dibandingkan dengan menara arus bolak-balik (AC). 3. Mahalnya penyearah dan inverter untuk daya yang besar bagi transmisi HVDC. 4. Biaya konduktor transmisi HVDC lebih murah karena hanya membutuhkan 2 konduktor untuk satu circuit sedangkan transmisi AC membutuhkan 3 konduktor. 5. Biaya pembangunan tower transmisi HVDC lebih murah dibandingkan transmisi AC pada daya yang sama karena tower HVDC menggunakan lebih sedikit lahan, dan konduktor. 6. Biaya investasi awal transmisi DC lebih mahal dibandingkan AC karena membutuhkan converter yang harganya mahal.

Andreas T Destanio ( ) ‖ Rizky Wulandari ( ) ‖ Toga C Sihotang ( ) Komponen dan Sistem Transmisi HVDC dan HVAC

Andreas T Destanio ( ) ‖ Rizky Wulandari ( ) ‖ Toga C Sihotang ( ) HVDC KOMPONEN CONVERTERS Perform AC/DC (rectifier) and DC/AC (inverter) conversion consist of bridges and transformers DC SMOOTHING REACTORS Decrease harmonics in voltages and currents in DC lines. Prevent current from being discontinuous for light loads AC HARMONIC FILTERS Used to reduce harmonics (in voltages and currents) caused by converters which generate harmonics, Hence prevent from interference with any comm system. REACTIVE POWER SUPPLIES Converter may consume reactive power of about 50% / more of active power. Reactive power is, therefore, provided near converter. For a strong AC power system, this reactive power is provided by a shunt capacitor. ELECTRODES Used to provide connection to the earth for neutral. DC LINES They may be overhead lines or cables. DC lines are very similar to AC lines. CIRCUIT BREAKERS Used to break circuit if fault occurs in the transformer and for taking the DC link out of service

Andreas T Destanio ( ) ‖ Rizky Wulandari ( ) ‖ Toga C Sihotang ( ) HVDC SISTEM TRANSMISI Saluran HVDC diklasifikasikan menjadi: a.saluran monopolar b.saluran bipolar c.saluran homopolar Monopola r Bipola r Homopol ar

Andreas T Destanio ( ) ‖ Rizky Wulandari ( ) ‖ Toga C Sihotang ( ) HVDC SISTEM TRANSMISI Point to Point – OverheadlinePoint to Point – Back to Back BASIC HVDC TRANSMISSION

Andreas T Destanio ( ) ‖ Rizky Wulandari ( ) ‖ Toga C Sihotang ( ) HVDC SISTEM TRANSMISI Point to Point – Underground CablePoint to Point – Submarine Cable BASIC HVDC TRANSMISSION

Andreas T Destanio ( ) ‖ Rizky Wulandari ( ) ‖ Toga C Sihotang ( ) HVAC KOMPONEN STEP UP TRANSFORMER Increases voltage from primary to secondary (more secondary winding turns than primary winding turns). Step up transformer decreases the output current for keeping the input and output power of the system equal SERIES CAPACITOR Series capacitors are used to compensate the inductance of transmission line. Series capacitors will increase the transmission capacity and the stability of the line. Series capacitors are also used to share the load between parallel lines. SHUNT CAPACITOR to improve the power factor COMPENSATOR Improves the stability of AC system by increasing the maximum active power that can be transmitted. CIRCUIT BREAKERS Used to breakcircuit if fault occurs in the transformer and for taking the AC link out of service AC LINES They may be overhead lines or cables. AC lines are very similar to DC lines. SHUNT REACTORS It is the most compact device commonly used for reactive power compensation in long high-voltage transmission lines and in cable systems

Andreas T Destanio ( ) ‖ Rizky Wulandari ( ) ‖ Toga C Sihotang ( ) HARMONISA AC DAN DC 1. Karakteristik harmonik AC, ditinjau dari urutan h = np ±1 dimana, h = urutan dari harmonik n = Integer p = pulse number 2. Karakteristik harmonik DC ditinjau dari urutan h = np Secara matematis, karakteristik harmonik DC: Dampak Harmonisa: Apabila system mengalami resonansi, tegangan pada sistem dapat mengalami peningkatan. Akibatnya, kabel dan isolator lainnya akan mengalami stres tegangan berlebih dan korona, yang dapat menyebabakan kegagalan pada isolasi listrik atau mempercepat penuaan (aging). Dari segi pengukuran harmonisa mengakibatkan kesalahan pengukuran dari alat-alat ukur tergantung pada konstruksi dari alat ukur Rugi daya Panas berlebihan pada mesin dan kapasitor Interferensi pada sistem control Biaya filter

Andreas T Destanio ( ) ‖ Rizky Wulandari ( ) ‖ Toga C Sihotang ( ) HARMONISA AC DAN DC 1. Karakteristik harmonik AC, ditinjau dari urutan h = np ±1 dimana, h = urutan dari harmonik n = Integer p = pulse number 2. Karakteristik harmonik DC ditinjau dari urutan h = np Secara matematis, karakteristik harmonik DC:

Andreas T Destanio ( ) ‖ Rizky Wulandari ( ) ‖ Toga C Sihotang ( ) FILTER AC DAN DC Filters DC 1. Single tuned filter 2. Double tuned filter 3. High pass filter Filter AC Berbagai jenis filter AC yang digunakan dalam sistem HVDC adalah sebagai berikut 1.Band pass filter 2.Single tuned filter ( Dapat digunakan untuk filter karakteristik harmonik frekuensi tunggal. Single Tuned Filter juga digunakan untuk filter urutan ke-11 dan ke-13 harmonik dalam sistem Konverter ). 3.Double tuned filter ( digunakan untuk filter dua/double frekuensi diskrit. Double tuned filter juga dapat digunakan untuk menghilangkan harmonic urutan ke-11 th dan 13 th ). 4.High pass Filter (Second order filter ( Dapat digunakan untuk keluaran filter yang berfrekuensi tinggi. Untuk penyetelan filternya dianggap tidak penting ) dan C type filter ( Dapat digunakan utnuk mengurangi power losses pada frequensi dasar. Kapasitor dihubungkan secara seri dengan induktor untuk mendapatkan nilai impedansi dan arus yang rendah ke komponen dasar. Filter harmonik ketiga digunakan untuk menfilter harmonik non- karakteristik dari urutan ketiga. Semua cabang dari tiap-tiap filter adalah kapasitif pada frekuensi dasar dan menyuplai daya reaktif )).

Andreas T Destanio ( ) ‖ Rizky Wulandari ( ) ‖ Toga C Sihotang ( ) Perbandingan HVDC dan HVAC

Andreas T Destanio ( ) ‖ Rizky Wulandari ( ) ‖ Toga C Sihotang ( ) HVAC HVDC Keuntungan: Level tegangan dapat dengan mudah ditransformasikan dalam sistem AC, sehingga memberikan fleksibilitas bagi penggunaan nilai tegangan yang berbeda-beda pada pembangkitan, transmisi, dan konsumsi. Generator AC jauh lebih sederhana daripada generator DC Motor AC jauh lebih sederhana dan lebih murah daripada motor DC Keuntungan: Pada Tegangan puncak dan rugi daya yang sama, kapasitas penyaluran tegangan DC lebih besar dibandingkan tegangan AC Isolasi tegangan DC lebih sederhana Efisiensi lebih tinggi karena factor dayanya = 1 Pada penyaluran jarak jauh dengan tegangan ekstra tinggi(EHV), untuk tegangan DC tidak ada masalah dengan perubahan frekuensi, stabilitas dan arus pemuatan(Charging Current) Untuk rugi korona yang sama dan tingkat gangguan radio (radio interference) tertentu, tegangan searah dapat dinaikkan lebih tinggi dari tegangan AC Pada system DC, faktor-faktor ekonomis antara lain: rendahnya biaya saluran udara, kabel bawah tanah atau laut dan tidak diperlukannya kapasitor seri dan shunt

Andreas T Destanio ( ) ‖ Rizky Wulandari ( ) ‖ Toga C Sihotang ( ) HVAC HVDC Kerugian: tidak stabil isolasi yang rumit dan mahal Tingkat losses yang tinggi Daya tidak dapat dikendalikan Memiliki keterbatasan panjang line transmis Aliran daya sulit untuk dikendalikan Kerugian: Converter mahal Converter menimbulkan arus dan tegangan harmonisa pada kedua sisi ac dan dc, karena itu dibutuhkan filter Converter mengkonsumsi daya reaktif Tidak mudah menyadap daya pada titik sepanjang saluran DC, sehingga biasanya merupakan sistem point to point yang menghubungkan suatu stasiun pembangkit besar ke suatu pusat konsumen daya yang besar,atau interkoneksi dua sistem ac yang terpisah Operasi multi network tidak mudah

Andreas T Destanio ( ) ‖ Rizky Wulandari ( ) ‖ Toga C Sihotang ( ) PARAMETERHVACHVDC Type of Transmission ACDC Overall Losses High losses. Low losses. There is no reactive power loss. Skin effect in the conductors, dielectric loss heating problems in an insulation of conductors are absent. I 2 R loss is very less. Line charging and electric resonance effects are absent. Cost of Transmission (Conductors and poles) High cost of transmission. Only two conductors are used for transmission and DC cables are cheaper than AC cables. So low cost. Cost of Equipment Low cost of equipment. Comparatively high cost. [The cost of converters is high and additional filters are required]. Power Control Power cannot be controlled. Power can be controlled. [But complex converters control circuits are required] Directionality of link Unidirectional transmission.Bidirectional transmission. Transmitted power and distance Depends upon distance.Independent of distance

Andreas T Destanio ( ) ‖ Rizky Wulandari ( ) ‖ Toga C Sihotang ( ) Permasalahan HVDC dan HVAC

Andreas T Destanio ( ) ‖ Rizky Wulandari ( ) ‖ Toga C Sihotang ( ) Permasalahan HVDC Converter Mahal Converter diperlukan pada setiap akhir transmisi jalur DC, sedangkan hanya trafo yang diperlukan dalam sebuah jalur transmisi AC. Daya reaktif Pada setiap converter akan mengkonsumsi daya reaktif Harmonisa Converter menghasilkan banyak harmonisa baik pada sistem DC dan AC. Pada sistem DC, digunakan reactor smoothing dimana komponen ini akan menambahkan biaya konverter. Pada sistem AC digunakan filter untuk mengurangi jumlah harmonisa. Sulitnya memutuskan rangkaian Kesulitan pembangkit listrik kapasitas besar Karena masalah pergantian dengan mesin dc, tegangan, kecepatan dan ukuran terbatas. Jadi daya yang dapat dihasilkan dengan sistem DC relative rendah. Tidak adanya kelebihan kapasitas Konverter memiliki kapasitas sangat sedikit dibandingkan transformer. Pengaruh pada lingkungan o Gangguan radio; o Terdengar suara bising; o Dampak Visual.

Andreas T Destanio ( ) ‖ Rizky Wulandari ( ) ‖ Toga C Sihotang ( ) Permasalahan HVAC Pada Sistem Interkoneksi o Aliran beban (kemacetan transmisi) o Pengaturan frekuensi o Stabilitas tegangan o Stabilitas osilasi o Osilasi antar wilayah o Risiko blackout karena efek cascading o Interaksi fisik antara sistem daya. Pada Sistem Transmisi Jauh o Stabilitas tegangan o Masalah daya reaktif o Stabilitas keadaan tunak ( steady - state ) o Stabilitas transien o Osilasi subsinkron

Andreas T Destanio ( ) ‖ Rizky Wulandari ( ) ‖ Toga C Sihotang ( ) Contoh Penerapan HVDC dan HVAC

Andreas T Destanio ( ) ‖ Rizky Wulandari ( ) ‖ Toga C Sihotang ( ) HVAC HVDC Countr y HVDC Link DC Transmissio n Line Capaci ty (MW) Line Lengt h (KM) Brazil Porto Velho - Araraquar a ±600kV China Jinping - Sunan ±800kV China Xiangjiab a - Shanghai ±800kV Congo Inga – Kolwezi ±500kV India Tachler - Kolar ±500kV CountryHVAC Link AC Transmissi on Line Capacity (MW) Line Length (KM) China Jindognan – Nanyang - Jingmen ±1000kV Rusia Ekibashtuz – Kokchetva ±1150kV Japan Kashiwazaki – east and west route of Pasific Ocean ±1100kV-430 Indone sia Muara Enim – New Aurduri ±500kV

Andreas T Destanio ( ) ‖ Rizky Wulandari ( ) ‖ Toga C Sihotang ( ) Kesimpulan 1.Sistem transmisi HVDC sesuai untuk sistem transmisi jarak jauh. 2.Sistem transmisi HVAC sesuai untuk sistem transmisi jarak dekat sampai menengah. 3.Sistem transmisis HVDC memiliki losses yang rendah dibandingkan dengan HVAC karena menggunakan arus yang sedikit. 4.Sistem transmisi HVAC memiliki kekurangan yaitu keterbatasan jarak transmisi, aliran daya yang tidak dapat dikendalikan, masalah kestabilan dan masalah kelebihan beban. Kekurangan tersebut dapat diatasi dengan sistem transmisi HVDC dimana sistem ini tidak memiliki batasan jarak transmisi, aliran daya stabil karena faktor daya = 1, dapat mentransmisikan daya dengan jumlah yang besar 5.Sistem transmisi HVDC memungkinkan untuk melakukan operasi asinkron antar wilayah dengan parameter listrik yang berbeda-beda (ex: frekuensi) yang sulit dilakukan oleh sistem transmisi HVAC 6.Berdasarkan aspek keselamatan, sistem HVAC lebih aman dibandingkan dengan sistem HVDC 7.Berdasarkan aspek lingkungan, HVDC lebih aman dibandingkan HVAC

Andreas T Destanio ( ) ‖ Rizky Wulandari ( ) ‖ Toga C Sihotang ( ) [] J.Kuffel, E. Kuffel and W. Zaengl, High Voltage Engineering Fundamentals, Great Brittain: Butterworth-Heimann, [] I Made Yulistya Negara, Teknik Tegangan Tinggi Prinsip dan Aplikasi Praktis. Yogyakarta: Graha Ilmu, [] Naidu and Kamaraju, High Voltage Engineering, Tata McGraw-Hill Publishing Company Limited, [] P. Kundur, Power System Stability and Control, Mc-Graw-Hill Inc, [] Kala Meah, Comparative Evolution of HVDC and HVAC Transmission System. IEEE [] Dugen, Roger C., Electrical Power System Quality, IEEE , 1992 [] Santoso, Surya, 2002, Electrical Power System Quality [] rter_VSC_Syaoqi_Muttaqin_ [] [] lines- [] transmission/ Daftar Pustaka

SEKIAN DAN TERIMAKASIH