KARAKTERISTIK BEBAN LISTRIK DI LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNIK UGM BERBASIS DATA REKAMAN POWERLOGIC PM710 DAN PM810 SCHNEIDER

Transkripsi

1 Jurnal Penelitian Teknik Elektro dan Teknologi Informasi KARAKTERISTIK BEBAN LISTRIK DI LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNIK UGM BERBASIS DATA REKAMAN POWERLOGIC PM71 DAN PM81 SCHNEIDER Cahyo Prihananto 1, M. Isnaeni B.S. 2, Yusuf Susilo Wijoyo 3 Abstract Faculty of Engineering is one of the most electrical energy consumer in University of Gadjah Mada. Effective and efficient assets utilization is very necessary in order to process towards energy conservation. Therefore, the load characteristics studies are required in the faculty of Engineering. Observations on the load characteristics of the department of Electrical Engineering and Information Technology building (JTETI), Engineering Physics (JTF), Geological Engineering (JTG), and the Main Office of Faculty of Engineering () will have an effect on efficiency enhanchement in electrical energy consumption. This research use the PM71 and PM81 Power Meter and EGX3 Ethernet Gateway Server manufactured by Schneider Electric to implement a process of observation and recording of data. The program that is used as the interface is PowerLogic PowerView. Data recorded with an interval time of every 3 minutes within 24 hours from the last week of lectures, week-off and final exams week. Data included on the records are the current and voltage of each phase, and Total Harmonic Distortion (THD) on voltage system. Based on the observations, there are three characteristics of the electric load in the observed building. Intisari Fakultas Teknik UGM merupakan salah satu fakultas pengguna energi listrik yang cukup besar. Pemanfaatan aset secara efektif dan efisien sangat diperlukan dalam rangka proses menuju konservasi energi. Oleh karena itu, diperlukan studi karakteristik beban di lingkungan fakultas Teknik UGM. Pengamatan karakteristik beban di gedung jurusan Teknik Elektro dan Teknologi Informasi (JTETI), Teknik Fisika (JTF), Teknik Geologi (JTG), dan Kantor Pusat Fakultas Teknik UGM () akan berpengaruh pada peningkatan efisiensi penggunaan energi listrik. Penelitian ini menggunakan perangkat Power Meter PM71 dan PM81 serta EGX3 Ethernet Gateway Server yang diproduksi oleh Schneider Electric untuk 1 Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi Informasi, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada, Gg. Nusa Penida 12B, Sleman, Yogyakarta INDONESIA (tlp: ; cahyoprihananto@gmail.com) 2, 3 Dosen Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi Informasi, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada, Jl. Grafika No. 2 Kampus UGM, Yogyakarta INDONESIA (telp: ; fax: ; yusufsw@ugm.ac.id proses pengamatan dan rekam data. Program yang digunakan sebagai antarmuka adalah PowerLogic PowerView. Pengambilan data dilakukan dengan selang waktu setiap 3 menit dalam 24 jam ketika masa minggu kuliah terakhir, minggu tenang dan minggu akhir semester. Data yang direkam antara lain arus tiap fase, tegangan tiap fase, dan Total Harmonic Distortion (THD) pada tegangan sistem. Berdasarkan hasil pengamatan, terdapat tiga karakteristik beban listrik di gedung obyek penelitian Kata Kunci Karakteristik beban, Power Meter, Efisiensi energi I. PENDAHULUAN Penelitian terakhir mengenai karakteristik beban di lingkungan teknik UGM dilakukan pada tahun 25 dan 26. Penelitian tersebut hanya meneliti karakteristik beban jurusan Teknik Elektro dan Teknik Geologi FT-UGM.Data pertumbuhan beban tiap tahun dapat menjadi data yang penting dalam mengevaluasi perkembangan dan peramalan pertumbuhan beban di fakultas teknik UGM. Penelitian karakteristik beban membutuhkan data rekaman dari alat ukur yang dapat memantau setiap perubahan beban yang terjadi. Penggunaan kombinasi alat ukur berupa power meter dan komputer dalam hal perekaman akan memperoleh hasil yang lebih akurat dan efisien dibandingkan dengan pencatatan manual maupun sistem penyimpanan sementara menggunakan register atau memori. A. Daya Daya merupakan ukuran laju transformasi energi dalam bentuk tegangan dan arus[ HYPERLINK \l "Wil83" 1 ].Daya listrik biasanya dinyatakan dalam satuan Watt atau Horsepower (HP), Horsepower merupakan satuan daya listrik dimana 1 HP setara 746 Watt atau lbft/second.sedangkan Watt merupakan unit daya listrik dimana 1 Watt memiliki daya setara dengan daya yang dihasilkan oleh perkalian arus 1 Ampere dan tegangan 1 Volt. B. Beban (Demand) Demand (D) dan beban dapat diartikan sebagai besar pembebanan sesaat pada gardu di waktu tertentu 62

2 Artikel Reguler atau besar beban rata-rata untuk suatu interval waktu tertentu2].interval waktu dimana besarnya beban ingin ditentukan disebut Demand Interval (T).Demand dapat dinyatakan dalam, kva atau kvar. C. Beban Maksimum (Maximum demand) Maximum demand (D max) adalah beban rata-rata terbesar yang terjadi pada interval demand tertentu[3]. Maximum demand ditentukan untuk waktu tertentu dari suatu interval waktu tertentu, misal: maximum demand 1 jam, T = 24 jam, artinya; Dmax, 1 jam pada T = 24 jam,berarti besarnya beban rata-rata terbesar untuk selang waktu 1 jam pada interval waktu T = 24 jam. selama satu minggu sehingga mampu mendapatkan hasil yang bisa merepresentasikan karakteristik beban tersebut secara mingguan.pola karakteristik beban yang ingin dicari adalah pola hari efektif kegiatan perkuliahan, masa minggu tenang sebelum, dan masa akhir semester.diagram alir penelitian ditunjukkan oleh Gbr. 1. Dimana P V I Cos Ө P = V I cosθ (1) = Daya (Watt), = Tegangan (Volt) = Arus (Ampere) = Faktor daya D. Daya per Mahasiswa (W/mhs) Daya per mahasiswa (W/mhs) adalah perbandingan antara beban yang terjadi pada saat itu terhadap mahasiswa pengguna gedung[4]. Daya per mahasiswa = D (t) P (2) Dimana D(t) = beban yang terjadi pada saat t P = jumlah mahasiswa pengguna gedung E. Total Harmonic Distortion pada Tegangan Merupakan gelombang distorsi yang merusak bentuk gelombang fundamental (sinusoidal) tegangan, sehingga bentuk gelombang tegangan menjadi buruk (tidak sinusoidal murni)[5].mengacu pada standar IEEE Std Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Power System yang mengatur tentang batas THD pada tegangan yang diperbolehkan pada sistem untuk tegangan bus di bawah 69 kv harus di bawah 5% dan untuk distorsi secara individu harus di bawah 3%. II. METODOLOGI PENELITIAN Penelitian ini mengambil obyek penelitian di 4 gedung yang berada di lingkungan fakultas Teknik UGM yaitu gedung Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi Informasi, Teknik Fisika, Teknik Geologi dan Kantor Pusat Fakultas Teknik UGM. Pembahasan hanya akan ada pada karakteristik beban dan kesimpulannya dapat dijadikan sebagai bahan rekomendasi bagi gedung terkait untuk perbaikan dan pengembangan sistem kelistrikan di masa yang akan datang. Pengambilan data dimulai dari tanggal 8 Desember 213 hingga 11 Januari 214.Rentang waktu pengambilan data diusahakan seminimal mungkin III. Gbr. 1 diagram alir penelitian PEMBAHASAN Pemilihan tanggal pengambilan data direncanakan pada hari efektif kegiatan perkuliahan, masa minggu tenang sebelum, dan masa akhir semester.hal ini dilakukan agar mendapatkan gambaran beban yang terjadi dalam rutinitas di gedung perkuliahan secara umum yang terjadi secara periodik. Pengambilan data ketika masa perkuliahan aktif diambil pada dua minggu terakhir kuliah mulai tanggal 9-22 Desember 213, untuk pengambilan data ketika masa minggu tenang dimulai tanggal 23 Desember 213 sampai 5 Januari 214, dan untuk pengambilan data pada masa dimulai tanggal 6 12 Januari 214. A. Kurva Beban Harian ketika Perkuliahan Aktif Gbr. 2 merupakan review kurva beban berdasarkan data beban rata-rata harian yang berhasil dikumpulkan sejak tanggal 9 hingga 22 Desember 213, dapat disimpulkan bahwa karakteristik beban di gedunggedung obyek penelitian secara umum mempunyai tiga macam karakter. Karakteristik tersebut antara lain ketika hari kerja (), hari, dan hari libur (). 63

3 12: AM 1: AM 8: PM 6: AM 4: PM 2: AM 12: PM 1: PM 8: AM 6: PM 4: AM 2: PM 12: AM 1: AM 8: PM 6: AM 4: PM kilowatt 12: AM 1:3 AM 9: PM 7:3 AM 6: PM 4:3 AM 3: PM 1:3 AM 12: PM 1:3 PM 9: AM 7:3 PM 6: AM 4:3 PM 3: AM 1:3 PM kilowatt Jurnal Penelitian Teknik Elektro dan Teknologi Informasi Pada saat hari kerja () beban mulai meningkat pada pukul 7. WIB bersamaan dengan dimulainya kegiatan kuliah dan kegiatan lain di dalam gedung. Waktu dimulai setelah berakhirnya istirahat siang pukul 13. WIB hingga 15.3 WIB dengan beban tertinggi terjadi antara pukul WIB. Periode tersebut berakhir dan beban mulai menurun bersamaan dengan berakhirnya jam kantor yaitu pukul 16. WIB. Karakteristik beban di hari mirip dengan karakteristik beban di hari kerja, yang membedakan adalah mulai pukul 11. WIB terjadi penurunan beban yang cukup banyak karena banyaknya pemeluk agama Islam yang menjalankan ibadah sholat.beban mulai kembali naik pukul 13. WIB ketika istirahat siang selesai sehingga kurva karakteristik beban membentuk cekungan yang mirip seperti pelana kuda. Periode tersebut berakhir dan beban mulai menurun bersamaan dengan selesainya jam kantor pukul 16. WIB ELEKTRO FISIKA GEOLOGI SENIN SELASA RABU KAMISJUMATSABTUMINGGU Gbr. 2 Review beban rata-rata dalam satu minggu selama kuliah aktif Saat hari libur, beban berada dalam kondisi lebih rendah dari hari lainnya karena bukan hari kuliah efektif. Beban akan berada dalam kondisi minimal jika tidak ada acara khusus yang berlangsung di dalam gedung pada hari tersebut. Biasanya pada hari sabtu masih terdapat acara di dalam gedung obyek penelitian seperti kuliah pengganti, seminar, maupun responsi praktikum sehingga beban mulai naik sekitar pukul 1. WIB dan mulai turun pada pukul 12.3 WIB bersamaan dengan selesainya acara tersebut. Ketika tidak ada acara yang berlangsung di dalam gedung maka karakteristiknya akan sama seperti pada hari minggu dimana beban berada di tingkat rendah sepanjang waktu. B. Kurva Beban Harian ketika Perkuliahan non-aktif (minggu tenang) Berdasarkan data beban rata-rata harian yang berhasil dikumpulkan sejak tanggal 23 Desember 213 sampai 5 Januari 214, dapat disimpulkan bahwa karakteristik beban di gedung-gedung obyek penelitian di masa minggu tenang secara umum mempunyai tiga macam karakter mirip seperti di minggu kuliah. Beban puncak pada masa minggu tenang cenderung lebih rendah karena pada periode tersebut gedung obyek penelitian yang biasanya digunakan untuk kegiatan perkuliahan mengurangi kegiatan perkuliahan selain kegiatan administrasi dan perkantoran. Berdasarkan Gbr. 3pada saat hari kerja (seninkamis) beban mulai meningkat pada pukul 7. WIB bersamaan dengan dimulainya kegiatan kuliah dan kegiatan lain di dalam gedung. Ciri lain yang membedakan karakteristik kurva beban pada masa minggu tenang dengan masa kuliah adalah rentang persebaran waktu yang cukup lebar. Waktu dimulai antara pukul 1.3 WIB hingga 16. WIB dengan beban tertinggi biasanya terjadi antara pukul WIB. Periode tersebut berakhir dan beban mulai menurun bersamaan dengan selesainya jam kantor yaitu pukul 16. WIB. Hari Rabu pada masa minggu tenang periode ini merupakan satu kasus khusus dimana pada hari tersebut bertepatan dengan hari libur nasional natal dan tahun baru.di hari tersebut beban berada dalam kondisi yang minimal dan cenderung konstan sepanjang hari, sehingga pada kasus khusus ini hari rabu merepresentasikan karakteristik beban ketika hari libur nasional. C. Kurva Beban Harian ketika Masa Ujian Akhir Semester Berdasarkan data beban rata-rata harian yang berhasil dikumpulkan sejak tanggal 6-12 Januari 214, dapat disimpulkan bahwa karakteristik beban di gedung-gedung obyek penelitian di masa minggu secara umum mempunyai dua macam karakteristik ELEKTRO FISIKA GEOLOGI SENIN SELASA RABU KAMIS JUMAT SABTUMINGGU Gbr. 3 Review beban rata-rata dalam satu minggu selama minggu tenang Di masa minggu, karakteristik beban listrik hari dan hari hampir mirip karena jadwal yang cenderung tetap, sehingga karakteristiknya bisa dianggap sama menjadi karakteristik beban listrik hari senin-. Beban puncak pada masa minggu cenderung lebih rendah daripada minggu kuliah namun tetap lebih tinggi daripada minggu tenang. Ciri khas karakteristik kurva beban pada masa minggu terlihat pada kenaikan dan penurunan beban yang cenderung bersamaan yang disebabkan oleh jadwal ketiga gedung jurusan obyek 64

4 senin- senin- 12: AM 1:3 AM 9: PM 7:3 AM 6: PM 4:3 AM 3: PM 1:3 AM 12: PM 1:3 PM 9: AM 7:3 PM 6: AM 4:3 PM 3: AM 1:3 PM kilowatt senin- Artikel Reguler penelitian yang bersamaan.berdasarkan Gbr. 4, di ketiga gedung jurusan obyek penelitian, waktu beban puncak ketika hari kerja dimulai antara pukul 1. WIB hingga 15. WIB dengan beban tertinggi biasanya terjadi antara pukul WIB ELEKTR O FISIKA GEOLO GI SENIN SELASA RABU KAMIS JUMAT SABTUMINGGU Gbr. 4 Review beban rata-rata dalam satu minggu selama minggu D. Karakteristik gedung Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi Informasi Karakteristik beban listrik beban listrik gedung JTETI secara ringkas ditunjukkan oleh Gbr. 5. Selama periode pengambilan data, beban tertinggi yang pernah dicapai di gedung JTETI sebesar 178 kw yang terjadi ketika minggu kuliah dan beban terendah yang pernah terjadi di gedung tersebut sebesar 12 kw yang terjadi ketika minggu tenang.terdapat kemiripan antara waktu pada minggu kuliah dengan masa minggu, keduanya sama-sama terjadi antara pukul 13. hingga pukul 14.3 WIB. 2, 18, 16, 14, 12, 1, 8, 6, 4, 2,, 14, 12, 1, 8, 6, 4, 2,, Gbr. 6 Perbandingan dan average demand gedung JTF F. Karakteristik gedung Jurusan Teknik Geologi Karakteristik beban listrik beban listrik gedung JTG secara ringkas ditunjukkan oleh Gbr. 7.Selama periode pengambilan data, beban tertinggi yang pernah dicapai di gedung JTG sebesar 31,4 yang terjadi ketika minggu dan beban terendah yang pernah terjadi di gedung tersebut sebesar 1,9 yang terjadi ketika minggu. G. Karakteristik gedung Gedung Kantor Pusat Fakultas Teknik Karakteristik beban listrik beban listrik gedung secara ringkas ditunjukkan oleh Gbr. 8.Nilai dan maximum demand di masa kuliah merupakan yang paling tinggi jika dibandingkan dengan minggu tenang dan minggu, dengan minggu tenang berada di nilai yang paling rendah. 35, 3, 25, 2, 15, 1, 5,, Gbr. 7 Perbandingan dan average demand gedung JTG Gbr. 5Perbandingan dan average demand gedung JTETI E. Karakteristik gedung Jurusan Teknik Fisika Karakteristik beban listrik beban listrik gedung JTF secara ringkas ditunjukkan oleh Gbr. 6. Selama periode pengambilan data, beban tertinggi yang pernah dicapai di gedung JTF sebesar 123,5 yang terjadi ketika minggu kuliah dan beban terendah yang pernah terjadi di gedung tersebut sebesar 6,2 yang terjadi ketika minggu. Hal ini disebabkan karena pada minggu kuliah banyak mahasiswa yang menggunakan gedung sebagai tempat untuk berkumpul dan berdiskusi dalam mengerjakan tugas-tugas kuliah. Selama periode pengambilan data, beban tertinggi yang pernah dicapai di gedung sebesar 74,4 yang terjadi ketika minggu kuliah dan beban terendah yang pernah terjadi di gedung tersebut sebesar 6,7 yang terjadi ketika minggu. 65

5 watt/mahasiswa senin- Jurnal Penelitian Teknik Elektro dan Teknologi Informasi 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1,, Gbr. 8 Perbandingan dan average demand gedung H. Perbandingan Daya per Mahasiswa Konsep daya per mahasiswa mirip dengan konsep energi per kapita dalam skala yang lebih kecil, dalam hal ini dalam lingkup ketiga gedung jurusan. Besarnya daya yang diperoleh selama proses pengambilan data dibagi dengan mahasiswa yang menggunakan fasilitas gedung tersebut. Jumlah mahasiswa diperoleh dari data jadwal kuliah dan jadwal mahasiswa S1 semester gasal 213/214 yang diperoleh dari bagian akademik Gbr. 11merupakan perbandingan THD yang terukur selama minggu terakhir kuliah, minggu tenang dan minggu average Gbr. 9 Perbandingan daya per mahasiswa ketiga gedung jurusan J. Faktor Utilitas (Utility factor) Faktor utilitas (fu) adalah perbandingan antara demand maksimal trafo terhadap kapasitas sistem yang tertera. Kapasitas maksimum dari trafo dalam penelitian ini diambil dari nameplate trafo di ruang genset. Pada nilai utilization factor trafo dari periode yang telah di hitung seperti Gbr. 1terlihat bahwa rata-rata nilai utilization factor-nya berada di bawah,5; artinya trafo belum digunakan secara maksimal bahkan belum separuh dari kemampuan maksimalnya sehingga trafo masih mampu melayani adanya pertambahan beban 1,, seninselasarabu kamis minggu kuliah seninselasarabu kamis minggu JTETI JTF JTG tiap gedung jurusan.dari persamaan(2) dapat dicari daya per mahasiswa dari masing-masing jurusan. Berdasarkan hasil perhitungan didapatkan hasil seperti pada Gbr. 9. Daya per mahasiswa di gedung JTETI dan JTG pada minggu lebih tinggi daripada minggu kuliah, hal ini disebabkan oleh pembagian jadwal yang disusun menjadi 2 minggu sehingga intensitas mahasiswa pengguna gedung berkurang meskipun daya yang digunakan tidak jauh berbeda. Di gedung JTF daya per mahasiswa ketika minggu justru lebih rendah dari minggu kuliah, hal ini disebabkan oleh penurunan beban yang terjadi selama masa sedangkan mahasiswa pengguna gedung selama cenderung sama seperti saat masa kuliah. I. Total Harmonic Distortion pada Tegangan Selama periode pengambilan data, THD pada tegangan sistem tidak pernah melewati batas yang ditetapkan oleh standar IEEE Std Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Power System, yaitu 5%. atau ada pilihan untuk mengganti trafo dengan rating yang lebih kecil. K. Faktor Keragaman (Diversity factor) Diversity factor (f div) atau faktor keragaman merupakan perbandingan jumlah permintaan maksimum individu dari sub-divisi yang beragam dari sebuah sistem terhadap kebutuhan maksimum dari sistem keseluruhan. Bila untuk seluruh unit bersamaan waktunya maka f div akan bernilai 1, tetapi bila tidak f div akan lebih besar dari 1. Dari hasil perhitungan diversity factor di Gbr. 12, terlihat bahwa nilainya sangat mendekati 1, artinya di gedung obyek penelitian terjadi dalam waktu,yang relatif bersamaan.,5,4,3,2,1, Utilization factor masa kuliah minggu tenang Gbr. 1Utilization factor trafo masa THD Tegangan A-N THD Tegangan B-N Gbr. 11 THD yang terekam selama penelitian 66

6 Artikel Reguler L. Faktor Beban (Load factor) Load factor adalah perbandingan antara beban ratarata dalam periode tertentu dengan yang terjadi pada periode tersebut.nilai load factoryang ditunjukkan oleh Gbr. 13merupakan nilai yang menunjukkan bagaimana beban di dalam sistem dapat bekerja stabil dari waktu ke waktu. Nilai load factor dari gedung-gedung tersebut nilainya cenderung kecil di bawah nilai 1 sehingga bisa dikatakan bahwa pembebanan pada gedung-gedung tersebut belum efisien karena belum mencapai puncaknya 1,1 1,8 1,6 1,4 1,2 1,,98,96,4,3,2,1 Diversity factor masa kuliah minggu tenang Gbr. 12Diversity factor selama penelitian masa Load factor mendekati 1, artinya di gedung obyek penelitian terjadi dalam waktu,yang relatif bersamaan. Daya per mahasiswa adalah salah satu cara untuk mengukur beban yang dihasilkan setiap mahasiswa pada saat tertentu. Berdasarkan perbandingan daya per mahasiswa tiap gedung jurusan, gedung JTETI mempunyai nilai daya per mahasiswa tertinggi dengan nilai rata-rata 238 watt/mahasiswa, kemudian gedung JTF dengan nilai rata-rata 648 watt/mahasiswa, dan terakhir gedung JTG dengan nilai rata-rata 144 watt/mahasiswa. Selama periode pengambilan data, Total Harmonic Distortion pada tegangan sistem tidak pernah melewati batas yang ditetapkan oleh standar IEEE Std Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Power System, yaitu 5%. V. REFERENSI [1] Jr. William D. Stevenson, Analisis Sistem Tenaga Listrik. Jakarta: Erlangga, [2] Turan Gonen, Electric Power Distribution System Engineering. New York: McGraw-Hill Book Company, [3] Gusti Satya Hadi, Studi Karakteristik Beban di PT. Mirasa Food Industry Magelang Jawa Tengah. Yogyakarta: Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi Informasi UGM, 21. [4] Ady Hafriady, Profil Karakteristik Beban di Mall Malioboro. Yogyakarta: Jurusan Teknik Elektro UGM, 28. [5] Sony Suharwan, Karakteristik Beban di Jurusan Teknik Elektro FT-UGM Berbasis Data Rekaman Program Antarmuka dengan Bahasa Pemograman Delphi 5. antara Universal Power Analyzer PM3A - Komputer. Yogyakarta: Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi informasi UGM, 25. JTETI JTF JTG Gbr. 13Load factor gedung obyek penelitian IV. KESIMPULAN Secara umum setiap gedung obyek penelitian memiliki tiga karakteristik utama, yaitu karakteristik hari kerja (), hari, dan hari libur kuliah ().Karakteristik beban pada hari kerja berkaitan erat dengan jadwal kuliah dan perkantoran masing-masing gedung.karakteristik beban pada hari pada dasarnya mirip seperti pada hari kerja, perbedaannya terletak pada penurunan beban yang cukup signifikan antara pukul WIB yang disebabkan oleh banyaknya pemeluk agama Islam yang melaksanakan ibadah Shalat Jumat.Karakteristik beban pada hari libur kuliah cenderung tidak beraturan.kenaikan dan penurunan bebannya tergantung pada penggunaan gedung pada hari tersebut. Utilization factor trafo dari periode yang telah di hitung terlihat bahwa rata-rata nilai utilization factornya berada di bawah,5; artinya trafo masih mampu memenuhi adanya pertambahan beban.diversity factor di lingkungan fakultas teknik nilainya sangat 67