BAB 2 LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 BAB 2 LANDASAN TEORI 1.1 Sistem Tenaga Listrik Secara umum sistem tenaga listrik terdiri dari : 1. Pusat Pembangkit Listrik (Power Plant) Pusat pembangkit listrik tempat energi listrik pertama kali dibangkitkan, dimana terdapat turbin sebagai penggerak mula (Prime Mover) dan generator yang membangkitkan listrik. Biasanya dipusat pembangkit listrik juga terdapat gardu induk. Peralatan utama pada gardu induk antara lain : transformer, yang berfungsi untuk menaikan tegangan generator (11,5 kv) menjadi tegangan transmisi /tegangan tinggi (150kV) dan juga peralatan pengaman dan pengatur. Jenis pusat pembangkit yang umum antara lain PLTA (pembangkit Listrik Tenaga Air), PLTU (Pusat Listrik Tenaga Uap), PLTG (Pusat Listrik Tenaga Gas), PLTN (Pusat Listrik Tenaga Nuklir) (Joko, Montario, & Zamrudi, 2010). 2. Transmisi Tenaga Listrik Transmisi tenaga listrik erupakan proses penyaluran tenaga listrik dari tempat pembangkit tenaga listrik (Power Plant) hingga Saluran distribusi listrik (substation distribution) sehingga dapat disalurkan sampai pada konsumer pengguna listrik. 3. Sistem Distribusi Sistem distribusi merupakan subsistem tersendiri yang terdiri dari : Pusat Pengatur (Distribution Control Center, DCC), saluran tegangan menengah (6kV dan 20kV, yang juga biasa disebut tegangan distribusi primer) yang merupakan saluran udara atau kabel tanah, gardu distribusi tegangan menengah yang terdiri dari panel-panel pengatur tegangan menengah dan trafo sampai dengan panel-panel distribusi tegangan rendah (380V, 220V) yang menghasilkan tegangan kerja/ tegangan jala-jala untuk industri dan konsumen. 8

2 Gambar 2.1 Gambar Rangkaian Alur Pendistribusian Listrik Tenaga listrik dibangkitkan pada dalam pusat-pusat pembangkit listrik (power plant) seperti PLTA, PLTU, PLTG, dan PLTD lalu disalurkan melalui saluran transmisi setelah terlebih dahulu dinaikkan tegangannya oleh transformator step-up yang ada dipusat listrik. Saluran transmisi tegangan tinggi mempunyai tegangan 70kV, 150kV, atau 500kV. Khusus untuk tegangan 500kV dalam praktek saat ini disebut sebagai tegangan ekstra tinggi. Setelah tenaga listrik disalurkan, maka sampailah tegangan listrik ke gardu induk (G1), lalu diturunkan tegangannya menggunakan transformator step-down menjadi tegangan menengah yang juga disebut sebagai tegangan distribusi primer. Kecenderungan saat ini menunjukan bahwa tegangan distribusi primer PLN yang berkembang adalah tegangan 20kV. Setelah tenaga listrik disalurkan melalui jaringan distribusi primer atau jaringan Tegangan Menengah (JTM), maka tenaga listrik kemudian diturunkan lagi tegangannya dalam gardu-gardu distribusi menjadi tegangan rendah, yaitu tegangan 380/220 volt, lalu disalurkan melalui jaringan Tegangan Rendah (JTR) ke rumah-rumah pelanggan (konsumen) PLN. Pelanggan-pelanggan dengan daya tersambung besar tidak dapat dihubungkan pada Jaringan Tegangan Rendah, melainkan dihubungkan 9

3 langsung pada jaringan tegangan menengah, bahkan ada pula pelanggan yang terhubung pada jaringan transmisi, tergantung dari besarnya daya tersambung. Setelah melalui jaringan Tegangan menengah, jaringan tegangan rendah dan sambungan Rumah (SR), maka tenaga listrik selanjutnya melalui alat pembatas daya dan kwh meter. Rekening listrik pelanggan tergantung pada besarnya daya tersambung serta pemakaian kwh nya. Setelah melalui kwh meter, tenaga listrik lalu memasuki instalasi rumah,yaitu instalasi milik pelanggan. Instalasi PLN umumnya hanya sampai pada kwh meter, sesudah kwh meter instalasi listrik umumnya adalah instalasi milik pelanggan. Dalam instalasi pelanggan, tenaga listrik langsung masuk ke alat-alat listrik milik pelanggan seperti lampu, kulkas, televisi, dam lain-lain. Pada skripsi ini hanya akan dibahas pada bagian sistem transmisi tenaga listrik (Joko, Montario, & Zamrudi, 2010). 1.2 Economic Dispatch Operasi ekonomis yang bertujuan untuk mendapatkan suatu keuntungan atas modal yang diinvestasikan sangat penting dalam sistem tenaga. Operasi ekonomis dalam bentuk penyaluran dan pembangkitan daya listrik melewati dua trafo daya memiliki sebuah komponen. Komponen yang berhubungan dengan adanya rugi-rugi daya saat penyaluran daya ke beban. Pada pengoperasian tenaga listrik selalu dilakukan pembagian pembebanan pada pembangkit listrik yang akan mensuplai beban. Dalam pembagian pembebanan ini rugi-rugi transmisi seringkali diabaikan untuk menyederhanakan dan mempercepat perhitungan. Dampaknya adalah hasil pembagian beban yang didapat belum optimal, karena ada kemungkinan pembangkit yang menghasilkan daya yang murah akan membangkitkan daya yang besar tetapi letaknya jauh dari beban sehingga akan menyebabkan rugi-rugi daya yang besar di saluran. Economic dispatch (ED) adalah masalah yang penting dalam pengoperasian system tenaga listrik. Dalam ED ditentukan pembagian beban yang optimal diantara unit-unit pembangkit yang beroperasi setiap saat terjadi perubahan beban sehingga diperoleh total biaya operasi yang minimum dengan tetap memperhatikan batas-batas teknis dan operasional yaitu 10

4 pembangkitan minimum dan maksimum setiap trafo distribusi dan permintaan beban serta rugi-rugi transmisi. (FERC Staff, 2005) 1.3 Pembangkit Tenaga Listrik Pembangkit listrik adalah bagian dari alat industri yang dipakai untuk memproduksi dan membangkitkan tenaga listrik dari berbagai sumber tenaga, seperti PLTU, PLTN, PLTA, dan lainlain. Bagian utama dari pembangkit listrik ini adalah generator, yakni mesin berputar yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik dengan menggunakan prinsip medan magnet dan pembangkit listrik. Mesin generator ini diaktifkan dengan menggunakan berbagai sumber energi yang sangat bemanfaat dalam suatu pembangkit listrik dan diteruskan melalui trafo distribusi sampai ke perumahan-perumahan kecil (Joko, Montario, & Zamrudi, 2010). 1.4 Sistim Distribusi Tegangan Listrik Awalnya tenaga listrik dihasilkan di pusat pusat pembangkit listrik seperti PLTA, PLTU, PLTG, PLTGU, PLTP dan PLTD dengan tegangan yang biasanya merupakan tegangan menengah 20 kv. Pada umumnya pusat pembangkit tenaga listrik berada jauh dari pengguna tenaga listrik, Untuk mentransmisikan tenaga listrik dari pembangkit ini, maka diperlukan penggunaan saluran tegangan tinggi 150/70 kv (STT), atau saluran tegangan ekstra tinggi 500 kv (STET). Tegangan yang lebih tinggi ini diperoleh dengan transformator penaik tegangan (step up transformator). Pemakaian tegangan tinggi ini diperlukan untuk berbagai alasan efisiensi, antara lain, penggunaan penampang penghantar menjadi efisien, karena arus yang mengalir akan menjadi lebih kecil, ketika tegangan tinggi diterapkan. Setelah saluran transmisi mendekati pusat pemakaian tenaga listrik, yang dapat merupakan suatu daerah industri atau suatu kota, tegangan melalui gardu induk (GI) diturunkan menjadi tegangan menengah (TM) 20kV. 11

5 Setiap GI sesungguhnya merupakan Pusat Beban untuk suatu daerah pelanggan tertentu, bebannya berubah-rubah sepanjang waktu sehingga daya yang dibangkitkan dalam pusat-pusat Listrik harus selalu berubah. Perubahan daya yang dilakukan di pusat pembangkit ini bertujuan untuk mempertahankan tenaga listrik tetap pada frekuensi 60 Hz. Proses perubahan ini dikoordinasikan dengan Pusat Pengaturan Beban (P3B). Tegangan menengah dari GI ini melalui saluran distribusi primer disalurkan ke gardu gardu distribusi (GD) atau pemakai tegangan menengah. Dari saluran distribusi primer, tegangan menengah (TM) diturunkan menjadi tegangan rendah (TR) 220/380 V melalui gardu distribusi (GD). Tegangan rendah dari gardu distribusi disalurkan melalui saluran tegangan rendah ke konsumen tegangan rendah menggunakan trafo-trafo distribusi. 1.5 Trafo Trafo merupakan suatu peralatan listrik statis, yang merubah energi listrik dari tingkat tegangan yang satu ke tingkat tegangan yang lain. Adanya alat ini memungkinkan untuk menghasilkan energi listrik pada tegangan yang relatif rendah dan mentransmisikannya pada tegangan tinggi dan arus yang rendah, sehingga akan mengurangi kehilangan jaringan dan digunakan pada tegangan yang aman. Trafo terdiri dari dua atau lebih kumparan yang listriknya terisolasi namun kemagnetannya tersambungkan. Kumparan primernya dihubungkan ke sumber daya dan kumparansekundernya dihubungkan ke beban. Keistimewaan trafo adalah: -Turn s ratio : merupakan perbandingan antara jumlah kumparan sekunder yang menyala dan jumlah kumparan primer yang menyala. -Tegangan sekunder : tegangan primer d ikalikan turn s ratio. -Ampere-turns : dihitung dengan mengalikan arus dalam kumpara n dengan jumlah nyala. Ampere-turns primer setara dengan ampere-turns sekunder. -Pengaturan tegangan trafo: persentase kenaikan tegangan dari beban penuh ke tanpa beban. Pengelompokan Trafo : 12

6 Pada tabel 2.1 dijelaskan bahwa trafo terbagi menjadi beberapa jenis berdasarkan tegangan yang masuk, pengoperasian, lokasi, dan hubungannya. Tabel 2.1 Tabel Kriteria Trafo 1.6 Metode Taguchi Metode Taguchi dicetuskan oleh Dr. Genichi Taguchi saat mendapatkan tugas untuk memperbaiki sistem telekomunikasi di Jepang. Metode ini merupakan metodologi baru dalam bidang teknik yang bertujuan untuk memperbaiki kualitas produk dan proses serta dalam dapat menekan biaya dan resources seminimal mungkin. Jika distribusi listrik tidak bersumber pada generator yang tidak menggunakan bahan bakar maka atau kita bisa sebut melewati trafo-trafo daya, maka rugi-rugi transmisi = 0. Biaya pembangkitan yang utama adalah biaya bahan bakar. Fungsi biaya untuk masing-masing unit pembangkit adalah : (1) I = masing-masing unit pembangkit, ai, bi dan ci = koefisien biaya bahan bakar dari unit i, 13

7 Pi = daya yang ditentukan untuk unit i Total biaya yang diminimumkan dalam ED adalah : (2) J = total biaya bahan bakar, Fi = biaya bahan bakar unit i, Pi = pembangkitan dari unit i, N = jumlah unit pembangkit Jumlah semua daya yang dibangkitkan harus sama dengan total permintaan beban ditambah total rugi-rugi transmisi, sesuai persamaan : (3) Pi = pembangkitan dari unit i, P D = total permintaan beban, P L = rugi-rugi transmisi, N = jumlah unit pembangkit Batas operasional untuk unit i diberikan oleh pertidaksamaan: Pi, min Pi Pi, max, (4) Pi = pembangkitan dari unit i, Pi (min) dan Pi(max)= pembangkitan minimum dan maksimum dari unit i Metoda Taguchi adalah metode yang digunakan untuk optimisasi ED dengan memperhitungkan rugi-rugi transmisi adalah Metoda Taguchi yang menggunakan orthogonal arrays untuk menentukan karakteristik fungsi biaya. Fungsi biaya total diberikan berdasarkan pada Persamaan (2), dengan Fi (Pi) adalah fungsi biaya sesuai dengan Persamaan (1). Tujuan dari Metoda Taguchi adalah untuk memperoleh 14

8 vektor daya P = [ P1, P2,..PN ] sehingga fungsi biaya total pada Persamaan (2) menjadi minimum dan memenuhi batas-batas pada Persamaan (3) dan Persamaan (4). Apabila batas dari masing-masing unit trafo ditributif diketahui, maka Metoda Taguchi dapat digunakan untuk memperoleh fungsi biaya bakar total J pada Persamaan (2) yang minimum. Kemudian fungsi biaya total J minimum yang diperoleh dipilih sebagai fungsi biaya untuk menyelesaikan masalah ED dengan Metoda Taguchi. Jumlah faktor yang dipilih ditentukan berdasarkan jumlah N unit pembangkit yang beroperasi. Pertama akan dirumuskan vektor baru [ 1,., N ] sebagai faktor-faktor yang akan dioptimisasi dengan Metoda Taguchi untuk menggantikan vektor [ P1,..PN ]. Masing masing i dengan i = 1,.,N, memberikan kontribusi pada total permintaan beban PD, sehingga fungsi biaya untuk setiap iterasi k dapat ditulis sebagai : Jk = F1 (P1) + F2 (P2) + + FN (PN), Jk = total biaya bahan bakar untuk iterasi k, FN (PN) = biaya bahan bakar untuk unit N Pi = pembangkitan dari unit i, Jika hasil dari rugi-rugi transmisi dan rugi biaya sudah diketahui maka masuk ke persamaan rumus taguchi untuk menghitung rugi daya yang dikeluarkan dengan menggunakan rumus sebagai berikut : P(loss)=P T [B]P + B o T P + B oo Dimana : Ploss P = Jumlah pembebanan daya yang terbuang percuma = matriks daya (daya dibuat 0, hanya untuk perhitungan matriks) [B] = matriks tetapan taguchi = P T = matriks transformasi dari P 15

9 Bo T P = rugi-rugi bahan bakar (dikarenakan melewati trafo daya yang tidak memerlukan bahan bakar maka Bo T P dianggap 0 ) B oo = Rugi-rugi transmisi Yang dapat diturunkan menjadi : Dan dapat dimasukkan ke dalam rumus taguchi untuk mendapatkan hasil daya optimasi yang dibutuhkan seperti berikut : Dimana : P(optimal) = Daya optimal setelah dikurangi rugi-rugi 1.7 System Development Life Cycle (SDLC) System development life cycle atau SDLC merupakan siklus pengembangan sistem. SDLC berfungsi untuk menggambarkan tahapan utama dan langkah dalam pengembangan sistem. Secara garis besar tahapan dibagi menjadi empat kegiatan utama, yaitu analisis, desain, impelemtasi, dan perawatan. Software yang dikembangkan berdasarkan SDLC akan menghasilkan sistem dengan kualitas yang tinggi, memenuhi harapan penggunanya, tepat dalam waktu dan biaya, bekerja dengan efektif dan efisien dalam infrastruktur teknologi informasi yang ada atau yang direncanakan, serta murah dalam perawatan dan pengembangan lebih lanjut (Roger S. Pressman, 2005). SDLC memiliki banyak bentuk model, salah satu yang terkenal dan sering dipakai adalah model waterfall. Sesuai dengan namanya waterfall (air terjun), bentuk diagram prosesnya mirip dengan air terjun yang bertingkat seperti yang terdapat pada gambar

10 Gambar 2.2 alur waterfall model Penjelasan tahapan-tahapan model waterfall adalah sebagai berikut : 1. Perancangan Sistem (System Engineering) Perancangan sistem sangat diperlukan, karena piranti lunak biasanya merupakan bagian dari suatu sistem yang lebih besar. Pembuatan sebuah piranti lunak dapat dimulai dengan melihat dan mencari apa yang dibutuhkan oleh sistem. Dari kebutuhan sistem tersebut akan diterapkan kedalam piranti lunak yang dibuat. 2. Analisa Kebutuhan Piranti Lunak (Software Requirement Analysis) Merupakan proses pengumpulan kebutuhan piranti lunak. Untuk memahami dasar dari program yang akan dibuat, seorang analisis harus mengetahui ruang lingkup informasi, fungsifungsi yang dibutuhkan, kemampuan kinerja yang ingin dihasilkan dan perancangan antarmuka pemakai piranti lunak tersebut. 3. Perancangan (Design) Perancangan piranti lunak merupakan proses bertahap yang memfokuskan pada empat bagian penting, yaitu: Struktur data, arsitektur piranti lunak, detil prosedur, dan karakteristik antar muka pemakai. 4. Pengkodean (Coding) Pengkodean piranti lunak merupakan proses penulisan bahasa program agar piranti lunak tersebut dapat dijalankan oleh mesin. 17

11 5. Pengujian (Testing) Proses ini akan menguji kode program yang telah dibuat dengan memfokuskan pada bagian dalam piranti lunak. Tujuannya untuk memastikan bahwa semua pernyataan telah diuji dan memastikan juga bahwa input yang digunakan akan menghasilkan output yang sesuai. Pada tahap ini pengujian ini dibagi menjadi dua bagian, pengujian internal dan pengujian eksternal. Pengujian internal bertujuan menggambarkan bahwa semua statement sudah dilakukan pengujian, sedangkan pengujian eksternal bertujuan untuk menemukan kesalahan serta memastikan output yang dihasilkan sesuai dengan yang diharapkan. 6. Pemeliharaan (Maintenance) Proses ini dilakukan setelah piranti lunak telah digunakan oleh pemakai atau konsumen. Perubahan akan dilakukan jika terdapat kesalahan, oleh karena itu piranti lunak harus disesuaikan lagi untuk menampung perubahan kebutuhan yang diinginkan konsumen. 1.8 Perancangan Basis Data Basis data atau database menurut Connolly (2002,p14) adalah kumpulan data yang dihubungkan secara bersama-sama, dan gambaran dari data yang dirancang untuk memenuhi kebutuhan informasi dari suatu organisasi. Berbeda dengan sistem file yang menyimpan data secara terpisah, data pada basis data tersimpan secara terintegrasi. Basis data bukan menjadi milik dari suatu departemen tetapi sebagai sumber daya perusahaan yang dapat digunakan bersama. Banyak terdapat aplikasi yang mengatur manajemen basis data, diantaranya SQL dan Micorosft Access. Ada kalanya suatu program aplikasi memerlukan basis data untuk mendukungnya. Basis data diperlukan jika data yang dimiliki terlalu banyak jumlahnya, atau apabila pengguna ingin melakukan fungsi menambahkan, mengubah, atau menghapus data yang akan digunakan dalam menjalankan program aplikasi. 18

12 1.9 Unified Modelling Language (UML) Definisi UML Unified Modelling Language (UML) adalah sebuah bahasa yang telah menjadi standar dalam industri untuk visualisasi, merancang dan mendokumentasikan sistem piranti lunak. UML menawarkan sebuah standar untuk merancang model sebuah system (Romi Satria Wahono, 2003). Dalam UML terdapat beberapa diagram yang dapat digunakan sebagai penggambaran dari sistem aplikasi yang dibuat seperti, use case diagram,dan class diagram Sequence Diagram Sequence diaram menggambarkan interaksi antar objek didalam dan disekitar sistem (termasuk pengguna, display, dan sebagainya) berupa message yang digambarkan terhadap waktu. Sequence diagram terdiri atas dimensi vertical (waktu) dan dimensi horizontal (objek-objek yang terkait) (Romi Satria Wahono, 2003). Sequence diagram biasa digunakan untuk menggambarkan skenario atau rangkaian langkahlangkah yang dilakukan sebagai respons dari sebuah event untuk menghasilkan output tertentu. Diawali dari apa yang men-trigger aktivitas tersebut, proses dan perubahan apa saja yang terjadi secara internal dan output apa yang dihasilkan seperti pada gambar

13 Gambar 2.3 Contoh Sequence diagram Use Case Diagram Use case diagram menggambarkan fungsionalitas yang diharapkan dari sebuah sistem. Yang ditekankan adalah apa yang diperbuat sistem, dan bukan bagaimana. Sebuah use case merepresentasikan sebuah interaksi antara aktor dengan system (Romi Satria Wahono, 2003). Use case diagram dapat sangat membantu bila kita sedang menyusun requirement sebuah sistem, mengkomunikasikan rancangan dengan klien, dan merancang test case untuk semua feature yang ada pada sistem seperti yang digambarkan pada gambar

14 Gambar 2.4 Contoh use case diagram 1.10 Visual Basic Bahasa Visual Basic adalah salah satu diantara sekian banyak bahasa pemrograman yang cukup banyak digunakan oleh para programmer. Visual Basic adalah bahasa pemrograman visual dengan dasar pemrograman bahasa Basic. Bahasa BASIC (Beginner's All-purpose Sybolic Instruction Code) dikembangkan pertama kali pada awal 1950-an. Sementara bahasa Visual Basic, yang merupakan pengembangan bahasa basic dikembangkan pertama kali oleh Microsoft pada tahun Visual Basic ini merupakan salah satu Development Tool yaitu alat bantu yang dapat digunakan untuk membuat berbagai macam program komputer, khususnya yang berbasis windows. Pembuatan aplikasi dengan menggunakan bahasa Visual Basic dimulai dengan memperkirakan kebutuhan, kemudian merancang tampilan program yang diikuti dengan pembuatan kode program tersebut. Tampilan awal pada visual basic ditampilkan seperti pada gambar

15 Gambar 2.5 Contoh Tampilan Awal Visual Basic 22