ANALISA REKONFIGURASI SISTEM DISTRIBUSI 20 kv UNTUK MEMPERBAIKI KINERJA SISTEM DISTRIBUSI MENGGUNAKAN ELECTRICAL TRANSIENT ANALYSIS PROGRAM

Transkripsi

1 ANALISA REKONFIGURASI SISTEM DISTRIBUSI 0 kv UNTUK MEMPERBAIKI KINERJA SISTEM DISTRIBUSI MENGGUNAKAN ELECTRICAL TRANSIENT ANALYSIS PROGRAM Abrar Tanjung Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lancang Kuning abrartanjung_1970@yahoo.co.id Abstrak Kebutuhan tenaga listrik dihitung berdasarkan besarnya aktivitas dan intensitas penggunaan tenaga listrik. Aktivitas penggunaan tenaga listrik berkaitan dengan tingkat perekonomian dan jumlah penduduk. Semakin tinggi tingkat perekonomian akan menyebabkan aktivitas penggunaan tenaga listriknya semakin tinggi, begitu juga untuk jumlah penduduk. Dalam pengoperasian sistem tenaga listrik salah satu faktor utama yang diinginkan konsumen adalah kehandalan sistem penyaluran daya yang dikirimkan dari sumber-sumber pembangkit dengan daya yang diterima oleh konsumen, daya yang dikirimkan tersebut biasanya akan mengalami ketidak seimbangan sehingga mengalami rugi-rugi daya atau tegangan tidak stabil. Untuk mengatasi permasalahan dilakukan perhitungan dengan menggunakan Electrical Transient Analisys Program (ETAP) pada PT. PLN cabang Dumai Ranting Duri Gardu Hubung Wonosobo. Diperoleh hasil rekonfigurasi 5 lebih baik dengan tegangan terima terendah sebesar kv, Rugi daya aktif 7.46 kw dan daya reaktif 4.14 kvar dari kodisi eksisting dan diperoleh penghematan rugi-rugi daya aktif sebesar kw dan daya reaktif kvar. Sehingga dari penghematan rugi-rugi daya diperoleh penghematan daya aktif sebesar kwh daya reaktif sebesar dan penghematan biaya sebesar Rp ,- Kata Kunci : Sistem Distribusi, tegangan terima, rugi-rugi daya, Electrical Transient Analisys Program ANALYSIS OF RECONFIGURATION DISTRIBUTION SYSTEM 0 kv TO IMPROVE PERFORMANCE DISTRIBUTION SYSTEM BY USING ELECTRICAL TRANSIENT ANALYSIS PROGRAM. Absrtact Electricity demand is calculated based on the activity and intensity of use of electricity. Activities associated with the use of electric power the economy and population levels.the higher level of economic activity will lead to greater use of electrical power, as well as for the population. In the operation of power system one of the main factors that consumers want is the power distribution system reliability that is sent from the sources of power with the power received by consumers, the power delivered will usually beexperiencing imbalances so that experienced loss of power or voltage is not stable. To overcome the problems of calculation using Electrical Transient Analysis Program (ETAP) in PT. PLN Branch Dumai Duri Wonosobo Connecting Relay Stations. Obtained better results with the reconfiguration_5 received the lowest voltage of kv, 7.46 kw active power losses and reactive power kvar of Events existing 4.14 and obtained savings active power loss amounted to kw and 6.133kVAR reactive power. So that the savings gained power loss savings of 300,936 kwh of active power reactive power and cost savings amounting to Rp , - Keyword : Distribution System, electric energi, lossies of energy, Electrical Transient Analisys Program

2 1. Pendahuluan Perkiraan kebutuhan tenaga listrik dihitung berdasarkan besarnya aktivitas dan intensitas penggunaan tenaga listrik. Aktivitas penggunaan tenaga listrik berkaitan dengan tingkat perekonomian dan jumlah penduduk. Dalam penyaluran tenaga listrik dari sumber tenaga listrik ke konsumen yang letaknya berjauhan selalu mengalami terjadinya kerugian berupa rugi-rugi daya dan rugi tegangan. Besarnya rugi-rugi daya dan rugi tegangan pada saluran distribusi tergantung pada jenis dan panjang saluran penghantar, tipe jaringan distribusi, kapasitas trafo, tipe beban, faktor daya, dan besarnya jumlah daya terpasang serta banyaknya pemakaian bebanbeban yang bersifat induktif yang menyebabkan meningkatnya kebutuhan daya reaktif [Zuhal,1991]. Hasil optimal Pareto yang benar ditemukan dengan suatu multiobjective algoritma genetika menggunakan suatu variabel yang efisien dan beberapa masalah khusus mutasi dan operasi kawin silang Penyusunan ulang (Rekonfigurasi) dapat memperbaiki kinerja sistem distribusi, mengurangi rugi-rugi daya dan rugi tegangan serta melakukan keseimbangan beban, dengan menggunakan Metoda Aliran Daya (Debrapiya Das, 006). Suatu metoda program yang linier digunakan untuk teknik transportasi dan metoda pencarian Heuristic yang dikembangkan berdasarkan analisis pada arus beban optimal. Rekonfigurasi feeder untuk menurunkan rugi-rugi diaplikasikan pada jaring distribusi otomasi (Wagner, A.Y. Chikani, R. Hackman, Fellow, 001).. Sistem Tenaga Listrik Sistem tenaga listrik meliputi sistem pembangkitan, sistem transmisi dan sistem distribusi. Sistem distribusi mempunyai perananan yaitu untuk menyalurkan dan mendistribusikan tenaga listrik kemasingmasing beban atau konsumen dengan mengubah tegangan listrik yang didistribusikan menjadi tegangan yang dikehendaki, karena kedudukan sistem distribusi merupakan bagian yang paling akhir dari keseluruhan sistem tenaga listrik yang mempunyai fungsi mendistribusikan langsung tenaga listrik pada beban atau konsumen yang membutuhkan [Zuhal,1991]. Dalam pendistribusian tenaga listrik kekonsumen, tegangan listrik yang digunakan bervariasi tergantung dari jenis konsumen yang membutuhkan. Untuk konsumen industri bisaa digunakan tegangan menengah 0 kv atau 6,3 kv sedangkan untuk konsumen tegangan rendah 0,4 kv yang merupakan tegangan siap pakai untuk peralatan-peralatan perkantoran dan rumah tangga [Zuhal,1991]. Pembangkit PM PM Prime Mover G - Generator G Gardu Induk Transmisi TT Distribusi TR Gardu Induk Konsumen TR Gardu Distribusi Gambar 1. Sistem Ketenagalistrikan Feeder Distribusi TM Konsumen TM 3.Sistem Distribusi Sistem tenaga listrik merupakan kumpulan peralatan/mesin listrik seperti generator, transformator, saluran transmisi, saluran distribusi dan beban yang merupakan satu kesatuan sehingga membentuk suatu sistem yang disebut sistem distribusi tenaga listrik yang berfungsi untuk mensuplai tenaga dan mengalirkan listrik dari sumber tenaga listrik (pembangkit, gardu induk, dan gardu distribusi) ke beban atau konsumen (Pabla,1994)). Dalam sistem distribusi terdapat beberapa bentuk jaringan yang umum digunakan dalam menyalurkan dan mendistribusikan tenaga listrik yaitu : 1. Sistem Jaringan Distribusi Radial.. Sistem Jaringan Distribusi Rangkaian Tertutup (loop). 3. Sistem Jaringan Distribusi Spindel. 3.1 Jaringan Distribusi Radial Bentuk jaringan sistem ini merupakan bentuk dasar yang paling sederhana dan paling banyak digunakan. Sistem disebut radial karena jaringan ini ditarik secara radial dari Gardu Induk ke pusat-pusat beban atau konsumen yang dilayani. Sistem ini terdiri dari saluran utama dan saluran cabang seperti terlihat pada gambar.

3 Feeder 1 Feeder Feeder 1 Gambar Sistem Jaringan Distribusi Radial 3. Sistem Jaringan Distribusi Rangkaian Tertutup Sistem jaringan ini disebut rangkaian tertutup karena saluran primer yang menyalurkan daya sepanjang daerah beban yang dilayani membentuk suatu rangkaian tertutup seperti terlihat pada gambar 3 4. Transformator Distribusi Transformator atau trafo adalah jenis mesin listrik statis yang bekerja berdasarkan prinsip elektromagnetik. Secara umum trafo terdiri dari trafo daya, trafo tegangan dan trafo arus. Trafo daya adalah trafo yang bisaa digunakan di gardu induk maupun gardu distribusi. Sedangkan trafo tegangan dan trafo arus adalah trafo yang digunakan untuk pengukuran dan proteksi (Zuhal,1991). Bila kumparan primer dengan N 1 -lilitan diberi tegangan bolak-balik V 1, maka pada kumparan tersebut mengalir arus I 1 dan menimbulkan fluksi medan listrik (φ ) bolakbalik. Fluksi yang dihasilkan oleh kumparan primer ini mengalir pada inti trafo. Saat fluksi mengalir melewati atau memotong kumparan primer, maka sesuai dengan Hukum Farraday pada kumparan primer timbul Gaya Gerak Listrik (GGL) atau tegangan induksi (E 1 ). Gardu Induk. Feeder V 1 N 1 E 1 E N Gambar 3 Sistem Jaringan Distribusi Rangkaian Tertutup. 3.3 Sistem Jaringan Distribusi Spindel Sistem jaringan ini merupakan kombinasi antara jaringan radial dengan jaringan rangkaian terbuka (open loop). Titik beban memiliki kombinasi alternatif penyulang sehingga bila salah satu penyulang terganggu, maka dengan segera dapat digantikan oleh penyulang lain. Dengan demikian kontinuitas penyaluran daya sangat terjamin. Bentuk sistem jaringan distribusi spindel dapat dilihat pada gambar 4. GI Feeder 1 Feeder 3 Feeder Express Feeder Feeder 4 Gambar 4 Sistem Jaringan Distribusi Spindel GH Gambar 5. Konstruksi dasar Transformator Fluksi yang dihasilkan oleh kumparan primer ini mengalir pada inti trafo. Saat fluksi mengalir melewati atau memotong kumparan primer, maka sesuai dengan Hukum Farraday pada kumparan primer timbul Gaya Gerak Listrik (GGL) atau tegangan induksi (E 1 ). Demikian juga saat fluksi memotong kumparan sekunder dengan N -lilitan, maka pada kumparan tersebut juga timbul tegangan induksi (E ). E = N. (dφ /dt) (.1) 5. Impedansi Saluran Untuk perhitungan jatuh tegangan, resistansi dan reaktansi kedua konduktor perlu diperhitungkan. Kombinasi antara resistansi dan reaktansi disebut dengan impedansi yang dinyatakan dalam satuan ohm (Stevenson,1983). Impedansi dapat dihitung dengan rumus : Z = R + jx

4 Maka : 5.3 Rugi Daya Pada Jaringan Distribusi Dalam penyediaan tenaga listrik, Z = R + X Ohm (.) (.13) disyaratkan suatu level standar tertentu untuk menentukan kwalitas tegangan pelayanan. Z = Impedansi saluran (Ohm) Secara umum ada 3 hal yang perlu dijaga R = Tahanan saluran (Ohm) kwalitasnya, yaitu : X = Reaktansi (Ohm) 1. Frekwensi (50 Hz). Tegangan (+ 5% dan 10%) 5.1 Tahanan 3. Kehandalan Tiap konduktor memberi perlawanan Rugi-rugi daya adalah besarnya daya atau tahanan terhadap mengalirnya arus listrik yang hilang pada suatu jaringanan, yang dan hal ini dinamakan resistensi. Resistensi besarnya sama dengan daya yang disalurkan atau tahanan dari suatu konduktor (kawat dari sumber dikurangi besarnya daya yang penghantar) diberikan oleh : diterima pada perlengkapan hubungan bagian l R = ρ Ohm (.3) utama (Khotari,005). (.14) A R = Resistansi (Ohm) ρ = Resistivitas (tahanan jenis penghantar) l = Panjang kawat (meter) A = Luas penampang kawat (mm²) 5. Reaktansi Sebuah konduktor yang dilalui arus listrik dikelilingi oleh garis-garis magnetik yang berbentuk lingkaran-lingkaran konsentrik. Dalam hal ini arus bolak-balik medan sekeliling konduktor tidaklah konstan melainkan berubah-ubah dan mengait dengan konduktor itu sendiri maupun dengan konduktor-konduktor lain yang terletak berdekatan. Oleh karena adanya kaitan-kaitan fluks tersebut, saluran memiliki sifat induktansi. Reaktansi induktif dari saluran udara tiga (Hadi Sahadat,1999) Reaktansi penghantar untuk jaringan distribusi pada umumnya terdiri dari induktansi, maka reaktansinya disebut induktif (X L ) yang dapat dihitung dengan rumus : X L = π fl (.4) X L = Reaktansi jaringan (Ohm) f = frekwensi (Hz) L = Induktansi (Henry) Besarnya rugi-rugi daya satu fasa dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut : P = I x R (Watt) (.5) P = Rugi daya pada jaringan (Watt) I = Arus beban pada jaringan (Ampere) R = Tahanan murni (Ohm) Besar rugi-rugi daya pada jaringan tergantung pada besarnya tahanan dan arus beban pada jaringan tersebut. Untuk mengetahui besar rugi-rugi daya pada jaringan tiga fasa dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut : P = 3 x I x R (Watt) (.6) 6. Pengoperasian Jaringan Distribusi Tenaga Listrik Pengoperasian dari jaringan distribusi tenaga listrik membutuhkan analisis yang terus menerus untuk menilai keberhasilan suatu sistem dan untuk menekan keefektifan rencana yang lain pada pengembangan sistem. Analisis ini menggunakan perhitungan tegangan dan arus rangkaian pada kondisi-kondisi tertentu. Pada pengoperasian jaringan distribusi tenaga listrik menimbulkan rugi-rugi daya yang terdiri dari rugi-rugi pada saluran distribusi, rugi-rugi pada transformator distribusi, meter-meter dan juga penurunan tegangan atau susut tegangan Jelaslah bahwa reaktansi suatu instalasi listrik tergantung dari : 1. Jarak antar konduktor, yaitu ; semakin besar jarak, semakin besar pula reaktansi.. Radius konduktor, yaitu ; berkurang atau bertambahnya radius. 3. Panjang saluran, yaitu : akan bertambahnya nilai reaktansi (Hutauruk, 1985). 8. Program ETAP (Electrical Transient Analysis Program) PowerStation PowerStation adalah software untuk power sistem yang bekerja berdasarkan perencanaan (plant/project). Dalam PowerStation, setiap perencanaan harus menyediakan data base untuk keperluan itu. ETAP PowerStation dapat melakukan penggambaran single line diagram secara

5 30 MVA 150/0 kv GH. Wonosobo Tr.80 Tr.05 Tr.06 Tr.13 Tr.14 Tr.5 Tr.8 Tr.31 Tr.4 Tr.43 Tr.44 Tr.53 Tr.78 Tr.8 Tr.89 Tr.94 Tr.100 F. Belutu TR.84 Tr.96 Tr.16 Tr.191 F. Soebrantas TR.150 Tr.3 Tr.87 Tr.134 Tr.143 Tr.130 Tr.183 Tr.163 Tr.14 Tr.79 Tr.150 Tr.131 Tr.155 TR.175 Tr.185 Tr.19 Tr.06 TR.1 Tr.16 Tr.17 Tr.19 Tr.0 Tr.9 Tr.98 Tr.68 Tr.1 Tr.57 Tr.58 Tr.59 Tr. 153 Tr. 168 Tr. 180 Tr. 190 Tr. 199 Tr. 15 Tr. 39 PTS.3 Tr.70 Tr.7 Tr.74 grafis dan mengadakan beberapa analisis/studi yakni Load Flow (aliran daya), Short Circuit (hubung singkat), motor starting, harmonics power sistems, transient stability, dan protective device coordination. Gambar 7. Tampilan program ETAP 9.Analisa Perhitungan Tegangan dan Rugi Daya Kondisi Terpasang PT. PLN Cabang Dumai Ranting Duri Gardu Hubung Wonosobo PT. PLN Ranting Duri memperoleh suplai energi listrik dari Gardu Induk Garuda Sakti Pekanbaru. Dengan kapasitas daya Gardu Induk Duri sebesar x 30 MVA, sebagian energi listrik tersebut digunakan untuk kebutuhan energi listrik di Duri dan sekitarnya, sebagian lagi diteruskan ke Gardu Induk Dumai dan Gardu Induk Bagan Batu. Di Gardu Induk Duri saluran transmisi 150 kv diturunkan menjadi saluran distribusi primer tegangan menengah 0 kv dan disalurkan melalui beberapa feeder. Dari gardu induk Duri disalurkan melalui feeder-feeder pada gardu hubung Wonosobo (GH. Wonosobo) dengan daya trafo distribusi sebesar 400 kva, yaitu : 1. Feeder Belutu. Feeder Soebrantas 3. Feeder Sebanga Saluran distribusi Feeder dari Gardu Induk-Duri merupakan saluran distribusi struktur radial, menggunakan Kawat penghantar jenis All Alluminum Alloy Conduktor (AAAC) ukuran 3x40 mm, 3x150 mm, 3x70 mm.jenis dan ukuran penghantar, panjang saluran, dan Impedansi saluran antar trafo untuk Feeder Belutu, Feeder Subrantas dan Feeder Sebanga Perhitungan rugi-rugi daya dan tegangan: Untuk saluran 1 (GH-Tr. 3) Feeder Belutu Panjang saluran = 500 m Impedansi = 0.98 Ohm Arus beban = 91 Amp Tegangan GH = 1961 V GH. Wonosobo Tr.3 Tr.87 Tr.134 Gambar 9. Saluran Feeder Belutu. Drop Tegangan pada saluran tersebut ΔV = I x Z = I x (R) + (X) x l = 91x (0.5303) + (0.79) x 0.5 Km = 91 X 0.98 = 7.14 Volt Tegangan terima pada Trafo 3 adalah V 3 = V GH - V = = Volt = kv Rugi daya pada saluran 1 adalah Rugi daya Aktif : P 1 = I x R = (91) x = 4391 watt = kw Rugi daya Reaktif : Q 1 = I x X = (91) x 0.79 = 60 VAr =.60 kvar Gambar 8. Sistem Distribusi 0 kv PT. PLN (Persero) Ranting Duri Eksisting 10.Perhitungan Untuk Memperbaiki Kinerja Sistem Distribusi 0 kv Menggunakan ETAP Perhitungan dilakukan dengan menggunakan bantuan program ETAP versi

6 30 MVA 150/0 kv GI. Duri GH. Wonosobo Tr.11 Tr.1 Tr. Tr.30 PTS.1 Tr.3 Tr.37 Tr.41 Tr.66 Tr.67 Tr.68 Tr.69 Tr.83 TR.84 Tr.96 Tr.16 Tr.191 TR.150 Tr.131 Tr.155 TR.175 Tr.185 Tr.19 Tr.06 TR.1 Tr.16 Tr.17 Tr.19 Tr.0 Tr.80 Tr.05 Tr.06 Tr.13 Tr.14 Tr.5 Tr.8 Tr.31 Tr.4 Tr.43 Tr.44 Tr.53 Tr.78 Tr.8 Tr.89 Tr.94 Tr.100 Tr.9 Tr.98 Tr.3 Tr.87 Tr.134 Tr.143 Tr.130 Tr.183 Tr.163 Tr.14 Tr.79 Tr.150 Tr.68 Tr.1 Tr.57 Tr.58 Tr.59 PTS.4 Tr. 153 Tr. 168 Tr. 180 Tr. 190 Tr. 199 Tr. 15 Tr. 39 PTS. PTS.3 Tr.70 Tr.7 Tr (Electrical Transient Analisys Program). Data Impedansi, beban sumber tenaga listrik diperoleh dari PT. PLN (Persero) Cabang Dumai Ranting Duri. Hasil pembahasan diperoleh Rekonfigurasi_5 pada sistem distribusi lebih baik kinerjanya pada tegangan terima dan rugi daya dari pada kondisi eksisting pada saluran distribusi Gardu Hubung Wonosobo seperti tabel 1. F. Sebanga F. Soebrantas F. Belutu Gambar 10. Hasil Rekonfigurasi 5 Tabel 1 Hasil Running Electrical Transien Analisys Program (ETAP) Teg.terima Rugi daya No Kondisi terendah kw kvar (kv) 1. Eksisting Rekon_ Penghematan Rugi Daya Dari Tabel.1 dapat dilakukan perhitungan untuk penghematan daya : - daya aktif ; x 4 jam = kwh/hari - daya reaktif ; x 4 jam = kwh/hari Untuk melakukan penghematan biaya dilakukan dengan menggunakan perkiraan biaya sebesar Rp. 600,- /kwh diperoleh: - daya aktif; kwh/hari x Rp. 600 = Rp ,- - daya reaktif kwh/hari x Rp. 600 = Rp ,- - Kesimpulan 1. Rekonfigurasi sistem distribusi 0 kv PT. PLN (Persero) cabang Dumai Ranting Duri Gardu Hubung Wonosob dapat memperbaiki kinerja sistem pada tegangan terima dan menurunkan rugi daya pada saluran. Rekonfigurasi yang terbaik adalah Rekonfigurasi_5 dimana pada kondisi ini tegangan terima sebesar kv, Rugi daya aktif 7.46 kw dan daya reaktif 4.14 kvar. Nilai ini lebih baik dari kondisi Eksisting yaitu tegangan terendah kv, Rugi daya kw, kvar.. Hasil Rekonfigurasi_5 memperoleh penghematan rugi-rugi daya aktif sebesar kw dan daya reaktif sebesar kvar 3. Penghematan daya aktif sebesar kw x 4 jam = kwh/hari dan daya reaktif 6133 kvar x 4 jam = kwh/hari 4. Penghematan biaya daya aktif sebesar x Rp. 600 = Rp ,- dan daya reaktif sebesar x Rp. 600 = Rp ,- Daftar Pustaka Debrapiya Das, A Fuzzy Multiobjective Approach for Network Reconfiguration of Distribution Systems, IEEE Tran On Power Delivey, Vol. 1, No. 1, Jan 006 Hadi Saadat, Power System Analysis, Milwaukee School of Engineering, Hadi, Abdul, Pabla, As., Sistem Distribusi Daya Listrik, Erlangga, Cetakan Pertama, Bandung, 1994 Kothari, DP, Modern Power System Analysis,3rd, Tata McGraw Hill, New Delhi, 005 Stevenson,Jr dan William, D, Analisis Sistem Tenaga Listrik, Erlangga, Bandung, 1983 T.S.Hutahuruk, Transimisi Daya Listrik, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1985 Wagner, A.Y. Chikani, R. Hackman, Fellow, Feeder Reconfiguration For Loss Reduction: An Application of Distribution Automation, IEEE Transactions On Power Delivery, Vol. 6, No. 4, October 001.