Peningkatan Keandalan Sistem Distribusi Tenaga Listrik 20 kv PT. PLN (Persero) APJ Magelang Menggunakan Static Series Voltage Regulator (SSVR)

Transkripsi

1 1 Peningatan Keandalan Sistem Distribusi Tenaga Listri 20 V PT. PLN (Persero) APJ agelang enggunaan Static Series Voltage Regulator (SSVR) Putty Ia Dharmawati, Sjamsjul Anam, Adi Soeprijanto Jurusan Teni Eletro, Faultas Tenologi Industri, Institut Tenologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Haim, Surabaya anam@ee.its.ac.id, adisup@ee.its.ac.id Abstra Keandalan suatu sistem dapat dilihat dari sejauh mana suplai tenaga listri bisa mensuplai secara ontinyu dalam satu tahun e onsumen. Salah satu persyaratan eandalan sistem penyaluran tenaga listri yang harus dipenuhi untu pelayanan epada onsumen adalah ualitas tegangan yang bai dan stabil. Tugas ahir ini dibuat dengan tujuan mengetahui pengaruh dari SSVR terhadap eandalan sistem distribusi PT. PLN (Persero) APJ agelang sehingga dapat digunaan sebagai reomendasi untu meningatan eandalan pada sistem tersebut. Keandalan sistem yang dianalisis adalah eandalan jaringan distribusi pada Penyulang Sanggrahan 12. etode yang digunaan dalam perhitungan indes eandalan adalah metode RIA (Reliability Index Assessment) dimana sistem diasumsian berada pada dua ondisi yaitu ondisi perfect switching dan imperfect switching. Berdasaran hasil perhitungan eandalan sebelum menggunaan SSVR dan setelah menggunaan SSVR eandalan pada sistem ini meningat setelah dipasang SSVR. Dengan menggunaan apasitas dan loasi yang sesuai dalam penempatan SSVR, maa aan didapatan eandalan sistem yang masimal. Kata Kunci Indes Keandalan, Keandalan Sistem Distribusi, Voltage Drop, SSVR. I. PENDAHULUAN Pada suatu sistem distribusi tenaga listri, tingat eandalan adalah hal yang sangat penting dalam menentuan inerja sistem tersebut. Keandalan ini dapat dilihat dari sejauh mana suplai tenaga listri bisa mensuplai secara ontinyu dalam satu tahun e onsumen. Permasalahan yang paling mendasar pada sistem distribusi tenaga listri adalah terleta pada mutu, ontinuitas dan etersediaan pelayanan daya listri pada pelanggan. Dalam operasi sistem distribusi tenaga listri, sering terjadi berbagai macam gangguan dan erusaan yang dapat mengaibatan terganggunya penyaluran tenaga listri e onsumen. Gangguan atau erusaan dalam sistem distribusi aan mempengaruhi nilai eandalan sistem distribusi tersebut. Salah satu persyaratan eandalan sistem penyaluran tenaga listri yang harus dipenuhi untu pelayanan terhadap onsumen adalah ualitas tegangan yang bai dan stabil arena mesipun elangsungan catu daya dapat diandalan, namun belum tentu untu mempertahanan tegangan tetap pada sistem ditribusi arena tegangan jatuh aan terjadi di semua bagian sistem dan aan berubah dayanya dengan adanya perubahan beban. Selain itu tegangan jatuh dapat terjadi aibat impedansi penghantar pada saluran distribusi. Keandalan dari sebuah sistem distribusi tenaga listri juga dapat dinyataan dari seberapa sering sistem mengalami pemadaman, berapa lama pemadaman tersebut berlangsung, dan berapa lama watu pemulihan sistem tersebut dapat diatasi. Untu mengetahui eandalan suatu sistem distribusi maa perlu dihitung indes eandalannya. Adapun indesindes yang dipergunaan adalah SAIFI (System Average Interruption Frequency Index), SAIDI (System Average Interruption Duration Index), CAIDI (Customer Average Interruption Duration Index), ENS (Energy Not Supplied) dan AENS (Average Energy Not Supplied) [1]. II. SISTE JARINGAN DISTRIBUSI DAN SSVR A. Sistem Jaringan Distribusi Ada tiga bagian penting dalam proses penyaluran tenaga listri, yaitu pembangitan, penyaluran (transmisi), dan distribusi. Sistem distribusi merupaan bagian dari sistem tenaga listri. Sistem distribusi ini berguna untu menyaluran tenaga listri dari sumber daya listri besar (Bul Power Source) sampai e onsumen. Jadi, fungsi distribusi tenaga listri adalah untu pembagian atau penyaluran tenaga listri e beberapa tempat (pelanggan). Selain itu distribusi tenaga listri merupaan sub sistem tenaga listri yang langsung berhubungan dengan pelanggan, arena catu daya pada pusat-pusat beban (pelanggan) dilayani langsung melalui jaringan distribusi. B. Keandalan Sistem Distribusi Tenaga Listri Keandalan distribusi tenaga listri biasanya beraitan dengan pemadaman peralatan dan gangguan pada pelanggan. Dalam ondisi operasi normal semua peralatan (ecuali

2 2 peralatan dalam eadaan standby) diberi energi dan semua pelanggan tersuplai. Kegiatan terjadwal maupun tida terjadwal yang mengganggu ondisi operasi normal dapat menyebaban gangguan dan pemadaman [2]. Sistem tenaga listri yang handal dan energi listri dengan ualitas yang bai atau memenuhi standar, mempunyai ontribusi yang sangat penting bagi ehidupan masyaraat modern arena peranannya yang dominan dibidang industri, teleomuniasi, tenologi informasi, pertambangan, transportasi umum, dan lain-lain yang semuanya itu dapat beroperasi arena tersedianya energi listri. Perusahaan-perusahaan yang bergera diberbagai bidang sebagaimana disebutan diatas, aan mengalami erugian cuup besar jia terjadi pemadaman listri tiba-tiba atau tegangan listri yang tida stabil, dimana atifitasnya aan terhenti atau produ yang dihasilannya menjadi rusa atau cacat. C. Sistem Regulasi Tegangan [3] Jatuh tegangan adalah selisih antara tegangan ujung pengiriman dan tegangan ujung penerimaan. Beban sistem bervariasi dan besarnya bisa berubah-ubah sepanjang watu. Bila beban meningat maa tegangan diujung penerimaan menurun dan sebalinya bila beban berurang maa tegangan di ujung penerimaan aan nai. Fator lain yang iut mempengaruhi perubahan tegangan sistem adalah adanya impedansi seri penghantar saluran bai itu impedansi pada jaringan listri ataupun impedansi dari peralatan listri lainnya (beban) yang terdapat pada sistem tersebut. Rugi daya ini menyebaban jatuh tegangan pada sistem. Perubahan tegangan pada dasarnya disebaban oleh adanya hubungan antara tegangan dan daya reatif. Jatuh tegangan dalam penghantar sebanding dengan daya reatif yang mengalir dalam penghantar tersebut. Berdasaran hubungan ini maa tegangan dapat diperbaii dengan mengatur aliran daya reatif. D. Keandalan Sistem Distribusi pada Sisi Pelanggan Sistem distribusi merupaan bagian dari sumber listri yang menghubungan daya listri untu fasilitas onsumen. Pada suatu sistem distribusi tenaga listri, tingat eandalan adalah hal yang sangat penting dalam menentuan inerja sistem tersebut. Hal ini dapat dilihat dari sejauh mana suplai tenaga listri dilasanaan secara ontinyu dalam satu tahun e onsumen tanpa perlu terjadi pemadaman. Pemadaman listri yang terlalu sering dengan watu padam yang lama dan tegangan listri yang tida stabil, merupaan dampa dari eandalan dan ualitas listri yang urang bai, dimana aibatnya dapat dirasaan secara langsung oleh pelanggan. 1) System Average Interruption Duration Index (SAIDI) SAIDI merupaan indes yang menunjuan rata-rata durasi gangguan pasoan daya e pelanggan. Nilainya adalah jumlah watu yang diperluan untu mengembalian pasoan daya dari setiap gangguan dibagi dengan jumlah semua pelanggan. [4]. SAIDI (1) dengan: = laju perbaian saluran = jumlah pelanggan pada saluran = total pelanggan pada sistem 2) System Average Interruption Frequency Index (SAIFI) SAIFI merupaan freuensi rata-rata gangguan per pelanggan dalam satu area yang ditentuan. Nilainya adalah jumlah gangguan yang terjadi dibagi dengan jumlah pelanggan yang dilayani. [4]. SAIFI (2) dengan: = laju egagalan saluran = jumlah pelanggan pada saluran = total pelanggan pada sistem 3) Customer Average Interruption Duration Index (CAIDI) CAIDI merupaan watu rata-rata yang dibutuhan untu mengembalian pasoan daya pada setiap gangguan. Nilainya adalah jumlah durasi gangguan dibagi dengan total jumlah gangguan. [5] SAIDI CAIDI SAIFI 4) Average Energy Not Supplied (AENS) [4] AENS merupaan jumlah rata-rata energi listri yang tida tersaluran dalam suatu sistem distribusi tiap tahun. Hal ini didefinisian sebagai rasio dari total energi tida diberian untu jumlah pelanggan. AENS = Energi _ total _ yg _ tida _ tersaluran _ oleh _ sistem Total _ pelanggan _ yg _ dilayani 5) Energy Not Supplied (ENS) [4] ENS merupaan penjumlahan dari Wh yang tida tersuplai epada pelanggan selama periode satu tahun. Ini didefinisian sebagai penjumlahan energi tida diberian arena pasoan gangguan selama periode tahun. (3) (4) ENS = Σ [Gangguan(W) x Durasi(h)] (5) E. Reliability Index Assesment (RIA) [6] RIA (Reliability Index Assesment) merupaan sebuah metode pendeatan yang digunaan untu mempredisi

3 3 eandalan pada sistem distribusi berdasaran topologi sistem dan data-data mengenai eandalan omponen pada sistem tersebut. Pada metode RIA terdapat beberapa indes eandalan sistem distribusi yang dapat dihitung antara lain SAIFI, SAIDI, dan CAIDI. Component Failure Rates Switching Time Repair Time Other comp. rel. data F. Static Series Voltage Regulator [7-8] Ada dua cara utama untu mengendalian tegangan pada sistem distribusi, yaitu memasang voltage regulator secara seri atau memasang apasitor secara paralel.voltage regulator yang dipasang secara seri biasanya digunaan untu pengaturan tegangan pada sistem distribusi. Alat ini tida mampu menghasilan daya reatif dan dalam operasinya hanya memasa sumber untu menghasilan daya reatif. Kapasitor paralel dapat menghasilan daya reatif tetapi responnya sangat lambat arena operasinya secara bertahap. Dynamic Voltage Restorer (DVR) adalah perangat seri yang digunaan untu menambahan vetor tegangan e jaringan untu meningatan ualitas tegangan yang disediaan oleh jaringan. Fungsi utama dari Dynamic Voltage Restorer adalah untu menghilangan atau mengurangi tegangan edip, etidaseimbangan phasa, dan harmonisa dari suplai yang dilihat dari beban sensitif. Tegangan edip terjadi dalam watu urang dari 1 menit, dimana DVR dapat menyuntian bai daya atif maupun daya reatif untu memperbaii tegangan. Injesi daya atif e dalam sistem harus disediaan oleh sistem penyimpanan energi. Karena terbatasnya apasitas sistem penyimpanan energi, DVR tida dapat menginjesi daya atif e sistem untu pengaturan tegangan janga panjang. DVR emudian di embangan lagi agar memilii apasitas penyimpanan yang lebih besar sehingga dapat mengatasi drop tegangan. Perangat ini disebut Static Series Voltage Regulator (SSVR). Dalam sistem distribusi SSVR berguna untu mengompensasi daya reatif dalam mengatasi tegangan drop. Sebuah model umum dari SSVR ditunjuan pada Gambar 2. SSVR terdiri dari terdiri dari dc apasitor, voltage source converter. V SSVR V DC Gambar. 2. odel Umum dari SSVR RIA (Reliability Index Assesment) Gambar. 1. Input dan Output dari etode RIA I LOAD V SSVR SAIFI SAIDI CAIDI Other Indices I LOAD III. DATA SALURAN DISTRIBUSI PENYULANG SANGGRAHAN 12 A. Single Line Diagram Penyulang Single line diagram yang aan dibahas adalah Penyulang Sanggrahan 12 yang berloasi di GI Sanggrahan PT. PLN (Persero) APJ agelang. Single line diagram Penyulang Sanggrahan 12 yang teronfigurasi radial dapat dilihat pada Gambar 3. B. Data Tegangan Ujung dan Pelanggan Tiap Load Point Berdasaran perhitungan aliran beban menggunaan software ETAP 7.0, diperoleh hasil tegangan ujung masingmasing load point pada Penyulang Sanggrahan 12. Pada perhitungan ini di asumsian bahwa masing-masing load point dalam eadaan beban penuh sehingga didapatan tegangan ujung masing-masing load point beserta jumlah pelanggannya seperti pada Tabel 1. Bus 110 Bus 111 Cable 12 L VAsc GI SGN Bus 149 CB LP 56 Bus 113 L 151 L 153 L 149 L 102 Bus 143 LP 50 Bus 141 Bus 117 Bus 115 L 145 L X-8 L 143 LP 54 Gambar. 3. Single Line Diagram Penyulag Sanggrahan 12 L 106 L 104 Bus LP 58 Bus 121 LP 52 Bus 123 Bus 125 L 141 L 121 Tabel 1. Tegangan Ujung dan Pelanggan asing-asing Load Point No. Kode Beban Tegangan Ujung (V) Jumlah Pelanggan 1. LP LP LP LP LP LP LP LP LP LP L 114 Bus 137 L 116 L 119 LP 66 L125 Bus 127 Bus 129 Bus 131 Bus 133 L 139 L 123 L 127 L L 131 LP 60 L 133 LP 64 Bus 135 L 137 L 135 LP 68

4 4 C. Indes Kegagalan Peralatan Sistem Distribusi Beriut merupaan data indes egagalan pada peralatan sistem distribusi yang dapat dilihat pada Tabel 2. Data tersebut terdiri dari anga eluar, watu perbaian (repair time) serta watu switching untu setiap peralatan yang diperoleh dari SPLN 59 : 1985 (Keandalan pada Sistem Distribusi 20V dan 6V). Inde egagalan peralatan ini digunaan untu meghitung indes eandalan pada Penyulang Sanggrahan 12. Tabel 2. Indes Kegagalan Peralatan Distribusi Komponen r rs λ (repair time) (switching time) (failure rate) (jam) (jam) Trafo Distribusi 0.005/unit/thn Circuit Breaer 0.004/unit/thn Recloser 0.003/unit/thn Line 0.2/m/thn IV. PERHITUNGAN DAN ANALISIS A. Analisa Load Flow Sebelum melauan analisis eandalan, maa langah pertama yang ita lauan adalah melauan analisis load flow. Dalam analisis ini ita menggunaan software ETAP 7.0. Dalam analisis ini ita aan membandingan load flow pada saat beban penuh sebelum menggunaan SSVR dan setelah menggunaan SSVR. SSVR yang aan ita gunaan adalah SSVR dengan apasitas 1.5 VAR dan 2.5 VAR yang dipasang pada bus 143. Hasil dari analisis load flow tersebut dapat dilihat pada Tabel 3, Tabel 4, dan Tabel 5. Standar Perusahaan Listri Negara (SPLN) 1 tahun 1995 menyataan toleransi untu tegangan menengah sebesar +5% dan -10% dari tegangan nominal. Berdasaran analisis load flow yang ita lauan, ita dapat menentuan tegangan di bus mana saja yang berada di bawah Standar PLN. Tabel 3. Hasil Analisis Load Flow Tanpa SSVR No. Bus Voltage Bus (V) Load Point LP LP LP LP LP LP LP LP LP Tabel 4. Hasil Analisa Load Flow enggunaan SSVR 1.5 VAR No. Bus Voltage Bus (V) Load Point LP LP LP LP LP LP LP LP LP LP 50 Tabel 5. Hasil Analisa Load Flow enggunaan SSVR 2.5 VAR No. Bus Voltage Bus (V) Load Point LP LP LP LP LP LP LP LP LP LP 50 B. Perhitungan Indes Keandalan dengan enggunaan etode RIA (Reliability Index Assesment) Dalam melauan perhitungan indes eandalan dari sisi pelanggan menggunaan metode RIA, terdapat dua ondisi yang diterapan pada perhitungan ini, yaitu pada ondisi perfect switching dan ondisi imperfect switching. Beriut aan dilauan perhitungan eandalan pada saat sistem belum diinjesian oleh SSVR dan setelah menggunaan injesi SSVR. 1) Kondisi Perfect Switching Kondisi perfect switching dicapai etia suatu peralatan distribusi hususnya peralatan yang berperan dalam proses switching misalnya circuit breaer dan recloser diasumsian beerja sempurna. Oleh arena itu, indes dari egagalan peralatan tersebut dapat diabaian dan yang diperhitungan hanya indes egagalan dari saluran. Pada ondisi perfect switching, terdapat tiga langah dalam menentuan indes eandalan SAIFI, SAIDI, dan CAIDI, yaitu:

5 5 a. Perhitungan SAIFI Untu mendapatan nilai SAIFI pada sistem, yaitu diperoleh dengan perhitungan sebagai beriut indes egagalan per m (sustained failures rate) dialian dengan panjang dari masing-masing saluran. Kemudian hasilnya dialian dengan pelanggan pada load point yang bersangutan lalu dijumlahan dan hasil dari penjumlahan tersebut dibagi dengan total pelanggan pada sistem tersebut. b. encari r dan U Sistem r (jam/gangguan) menyataan watu perbaian (repair time) atau switching time. Ketia terjadi gangguan pada salah satu section, maa omponen-omponen pada section yang terganggu aan dienaan watu perbaian, sedangan untu omponen-omponen yang tida terganggu aan dienaan switching time. U (jam/tahun) merupaan hasil peralian antara indes egagalan peralatan λ (gangguan/tahun) dengan r (jam/gangguan). U menyataan durasi atau lama pemadaman rata-rata dalam urun watu satu tahun aibat gangguan pada setiap omponen distribusi. Penjumlahan U tiap omponen distribusi menghasilan U pada setiap load point (U_LP). c. Perhitungan SAIDI dan CAIDI Untu mendapatan nilai SAIDI pada sistem, yaitu yaitu diperoleh dengan perhitungan sebagai beriut nilai U pada setiap load point dialian dengan jumlah pelanggan pada load point yang bersangutan emudian dijumlahan dan hasilnya dibagi dengan total pelanggan pada sistem. Sedangan untu mendapatan nilai CAIDI pada sistem, yaitu nilai SAIDI dibagi dengan nilai SAIFI. 2) Kondisi Imperfect Switching Kondisi imperfect switching dicapai etia suatu peralatan distribusi seperti circuit breaer dan recloser diasumsian beerja tida sempurna. Oleh arena itu, indes dari setiap peralatan distribusi memberian nilai indes egagalan secara menyeluruh. Untu perhitungan eandalan pada ondisi imperfect switching langah-langah yang digunaan sama dengan perhitungan pada saat ondisi perfect switching. Perbedaannya terleta pada peralatan switching yang turut berontribusi pada perhitungan SAIFI, SAIDI, dan CAIDI. Beriut merupaan hasil perhitungan SAIFI, SAIDI, dan CAIDI sebelum menggunaan SSVR dan setelah menggunaan SSVR 1.5 VAR dan 2.5 VAR. Hasil perhitungan ini dihitung berdasaran dua ondisi, yaitu perfect switching dan imperfect switching yang dapat dilihat pada Tabel 6, Tabel 7 dan Tabel 8. C. Perhitungan Energy Not Supplied (ENS) dan Average Energi Not Supplied (AENS) Dari hasil analisa load flow ita dapat menghitung ENS dan AENS pada Penyulang Sanggrahan 12. Beriut merupaan hasil perhitungan ENS dan AENS pada saat sistem sebelum diinjesian oleh SSVR dan setelah menggunaan SSVR. Hasil perhitungan ini dapat dilihat pada Tabel 9. Load Point Load Point Load Point Tabel 6. Perhitungan Indes Keandalan Sebelum enggunaan SSVR Kondisi Perfect Switching Tabel 7. Perhitungan Indes Keandalan enggunaan SSVR 1.5 VAR Kondisi Perfect Switching Tabel 8. Perhitungan Indes Keandalan enggunaan SSVR 2.5 VAR Kondisi Perfect Switching Kondisi Imperfect Switching SAIFI SAIDI CAIDI SAIFI SAIDI CAIDI LP LP LP LP LP LP LP LP LP LP Total Kondisi Imperfect Switching SAIFI SAIDI CAIDI SAIFI SAIDI CAIDI LP LP LP LP LP LP LP LP LP LP Total Kondisi Imperfect Switching SAIFI SAIDI CAIDI SAIFI SAIDI CAIDI LP LP LP LP LP LP LP LP LP LP Total Tabel 9. Perbandingan ENS dan AENS Sebelum dan Setelah enggunaan SSVR Hasil Perhitungan ENS AENS (Wh/Yr) (Wh/Cust.Yr) Tanpa SSVR enggunaan SSVR 1.5 VAR enggunaan SSVR 2.5 VAR

6 6 A. Kesimpulan V. KESIPULAN/RINGKASAN Berdasaran hasil yang didapatan dari perhitungan dan analisis pada tugas ahir ini, maa dapat diambil beberapa esimpulan sebagai beriut: Berdasaran hasil perhitungan indes eandalan menggunaan metode RIA, eandalan pada Penyulang Sanggrahan 12 meningat setelah dipasang SSVR. Pada ondisi perfect switching eandalan pada Penyulang Sanggrahan 12 meningat dengan SAIDI sebesar menjadi , SAIFI sebesar menjadi , dan CAIDI sebesar menjadi enggunaan SSVR 1.5 VAR dapat meningatan eandalan pada Penyulang Sanggrahan 12, tetapi masih belum cuup bai untu sistem pada penyulang tersebut arena drop tegangan yang dihasilan masih besar. Oleh arena itu, apasitas dan pemasangan SSVR secara tepat dapat memperbaii drop tegangan secara masimal, sehingga eandalan pada sistem tersebut dapat meningat. B. Saran Saran yang dapat diberian untu perbaian dan pengembangan tugas ahir ini adalah sebagai beriut: Penggunaan SSVR dapat digunaan sebagai bahan pertimbangan untu mengatasi drop tegangan pada sistem distribusi 20 V di agelang. Sebainya saluran udara dalam jaringan distribusi tida terlalu panjang arena semaiin panjang saluran maa drop tegangan yang dihasilan aan semain besar. DAFTAR PUSTAKA [1] Billinton, R.; Billinton, J., Distribution System Reliability Indices, IEEE Trans, 1989, PWRD-4,(1),pp [2] Richard E. Brown, Electric Power Distribution Reliability, Second Edition,1988: [3] Asy ari H., Jatmio, Rivai I. B., Perbaian Tegangan untu Konsumen Jurnal Teni Eletro dan Komputer Emitor Vol. 3, No. 2, Universitas uhammadiyah Suraarta, September 2003 [4] Billinton, R., Allan, R.N, N., Reliability Evaluation of Power Systems, 2 nd Edition, 1996, Plenum Press, New Yor. [5] Omar H. Abdalla, Key Performance Indicators of a Transmission System, Selected Wors, [6] Li, Fangxing, Distributed Processing of Reliability Index Assessment and Reliability Based Networ Reconfiguration in Power Distribution System, IEEE Transaction on Power Systems,Vol.20, No. 1, pp.231, February, [7] Shayanfar H.A., Fotuhi-Firuzabad., Hosseini., odeling of static series voltage regulator (SSVR) in distribution systems for voltage improvement and loss reduction, Leonardo Electron J Pract Technol 2008;(12): [8] Hosseini ehdi, Ali Heidar Shayanfar, Fotuhi-Firuzabad ahmoud, Reliability Improvement of Distribution using SSVR, Elsevier ISA Transactions 48;2009:98-106