ANALISA PENEMPATAN KAPASITOR BANK UNTUK PERHITUNGAN DROP VOLTAGE PADA FEEDER BATANG 02 TAHUN DENGAN SOFTWARE ETAP

Transkripsi

1 Makalah Seminar Tugas Akhir ANALISA PENEMPATAN KAPASITOR BANK UNTUK PERHITUNGAN DROP VOLTAGE PADA FEEDER BATANG 0 TAHUN 0-06 DENGAN SOFTWARE ETAP Sigit Wisnu Habsoro, Agung Nugroho, Bambang Winardi Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Jl. Prof Soedarto SH Tembalang, Semarang 5075 Abstract - Load growth in distribution system increase steadily. This load growth is followed by increased demand for reactive power supply due to increasing load is inductive. If a network does not have a reactive power source in around load area then all the needs of reactive load borne by the generator so that reactive current will flow to the network resulting in decreased power factor, voltage drop, and power losses. One way to improve power factor and voltage is placing the optimal capacitor value in the right location and strategic. This problem refers to the areas that need to UPJ Batang the addition of new capacitor. The addition of a new capacitor on feeder-feeder at the substation (GI) is useful to help the performance of the distribution system if the other capacitors in GI in a UPJ was not able to serve and supply the load due to the large voltage drop. In these conditions must be anticipated by PT. PLN Persero order to distribute the electrical energy can be channeled in sufficient number and placement of the new capacitor can really help The supply load capacitors in the pre-existing GI in the UPJ Batang. In this final project, using a model of the load forecasting assumptions. Modeling arranged simply by considering the availability of data, is used to compile and load forecasting needs 5 years to come up with assumptions. Software load forecasting model of assumptions made by the program ETAP With the draw single line diagram of the existing models, it can be analyzed using software ETAP by considering the results for the voltage drop feeder Batang 0 and the strategic placement of capacitors. Software boosters to help the capacitor placement optimization is to use a combination of fuzzy logic and genetic algorithms. Keywords : the placement of the new capacitor, load forecasting assumptions, ETAP 7.0.0, and drop voltage I. PENDAHULUAN Pertumbuhan beban ini diikuti dengan peningkatan permintaan suplai daya reaktif akibat beban yang bersifat induktif meningkat. Jika suatu jaringan tidak memiliki sumber daya reaktif di daerah sekitar beban maka semua kebutuhan beban reaktifnya dipikul oleh generator sehingga akan mengalir arus reaktif pada jaringan yang mengakibatkan drop tegangan. Namun adalah suatu hal yang sulit untuk mempertahankan tegangan konstan pada sistem distribusi karena drop tegangan akan terjadi pada semua bagian sistem dan akan berubah sesuai dengan adanya perubahan beban dan variasi beban. Salah satu cara untuk memperbaiki faktor daya dan tegangan adalah dengan menempatkan nilai kapasitor yang optimal di lokasi yang tepat pada sistem distribusi. Kapasitor dipasang di lokasi strategis untuk mempertahankan drop tegangan dalam batas yang diijinkan. Pada Tugas Akhir ini, menggunakan model asumsi peramalan beban. Pemodelan yang disusun secara sederhana dengan mempertimbangkan ketersediaan data yang ada, digunakan untuk menyusun dan meramalkan kebutuhan beban 5 tahun yang akan datang dengan asumsi. Software model asumsi peramalan beban dibuat dengan program ETAP Dengan di gambarkan single line diagram dari model eksisting tersebut, maka dapat dianalisa menggunakan software ETAP dengan mempertimbangkan hasil drop voltage untuk feeder Batang 0 dan penempatan kapasitor yang strategis. Software pedukung untuk membantu optimasi penempatan kapasitor adalah dengan menggunakan kombinasi logika fuzzy dan algoritma genetika.. Tujuan Tujuan pembuatan tugas akhir ini adalah untuk:. Menentukan letak dan nilai optimal kapasitor untuk memperbaiki drop tegangan pada sistem jaringan distribusi sesuai dengan batas yang diijinkan.. Membandingkan pengaruh yang terjadi dalam sistem jaringan distribusi sebelum dan sesudah penempatan kapasitor..3 Pembatasan Masalah Untuk menyederhanakan permasalahan dalam Tugas Akhir ini maka diberikan batasan - batasan sebagai berikut :

2 . Tugas akhir tidak aplikasi secara langsung tetapi hanya dalam bentuk simulasi.. Software yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah ETAP dan Matlab 7.6 (008b). 3. Metode Logika Fuzzy dan Algoritma Genetika yang digunakan untuk optimasi penempatan kapasitor adalah hanya sebagai software pembantu. 4. Model sistem yang digunakan untuk pengujian adalah bus-bus pada feeder utama Batang 0 tahun Metode penyelesaian aliran daya menggunakan metode Newton-Rhapson dan kondisi sistem dianggap seimbang (balance system). 6. Penempatan lokasi kapasitor hanya bisa dipasang di salah satu bus saja. II. DASAR TEORI. Sistem Jaringan Distribusi Ada tiga bagian penting dalam proses penyaluran tenaga listrik, yaitu: Pembangkitan, Penyaluran (transmisi) dan distribusi seperti pada gambar berikut : yang terjual ke pelanggan listrik. Rugi-rugi daya merupakan sifat yang tidak dapat dihindari, tetapi hanya dapat diminimalkan...3 Dasar Pengaturan Tegangan Meskipun telah ditetapkan di dalam PUIL 987 bahwa drop tegangan yang dapat ditoleransi adalah sebesar 5%. Pada kenyataannya nilai tersebut amat sulit diwujudkan karena drop tegangan terjadi di semua bagian sistem dan akan berubah dengan adanya perubahan beban.. Kapasitor.. Kapasitor Shunt (Paralel) Kapasitor ini terhubung paralel pada jaringan maupun langsung pada beban, dengan tujuan untuk perbaikan faktor daya, sebagai pengatur tegangan maupun untuk mengurangi kerugian daya dan drop tegangan pada jaringan. Gambar. Rangkaian ekivalen saluran Gambar 3. Diagram vektor pada rangkaian pada faktor daya lagging tanpa kapasitor shunt Gambar. Tiga komponen utama dalam penyaluran tenaga listrik.. Jaringan Pada Sistem Distribusi Primer Jaringan Pada Sistem Distribusi tegangan menengah (Primer, 0 KV) dapat dibagi menjadi lima model, yaitu Jaringan Radial, Jaringan hantaran penghubung (Tie Line), Jaringan Lingkaran (Loop), Jaringan Spindel dan Sistem Gugus atau Kluster... Rugi Rugi Jaringan Jatuh tegangan merupakan penurunan tegangan dimulai dari penyulang sampai sepanjang saluran jaringan tegangan menengah. Fenomena tersebut disebabkan kawat saluran yang mempunyai nilai resistansi, induktansi dan kapasitansi sepanjang saluran, maka akan terjadi penurunan tegangan. Sedangkan rugi daya adalah selisih antara daya yang dibangkitkan atau dialirkan dari Gardu Induk dengan daya Gambar 4. Diagram vektor pada rangkaian pada faktor daya lagging dengan kapasitor shunt Kapasitor shunt mensuplai daya reaktif atau arus untuk menetralkan komponen keluaran antar phasa dari arus yang diperlukan oleh beban induktif. Penurunan tegangan pada penyulang, atau pada saluran transmisi yang pendek dengan faktor daya yang ketinggalan dapat dihitung sebagai berikut : VD = I R + I X (.) Dimana, VD = Penurunan tegangan (V) R = Resistansi total pada penyulang (ohm) X L = Reaktansi induktif total pada penyulang (ohm)

3 I R = Komponen daya nyata dari arus (A) I X = Komponen reaktif arus tertinggal (A) Ketika kapasitor ditempatkan pada akhir saluran, resultan drop tegangannya dapat dihitung : VD = I R + I X I X (.) Dimana, I C = komponen reaktif dari arus yang mendahului. Perbedaan antara penurunan tegangan yang dihitung berdasarkan persamaan (.) dan (.) adalah kenaikan tegangan pada pemasangan kapasitor yang dapat ditunjukkan sebagai berikut : VR = I X (.3).3 Peramalan Beban Energi Listrik Peramalan Beban Energi Listrik sangat diperlukan untuk memperkirakan kebutuhan energi listrik beberapa tahun yang akan datang. Peramalan pada dasarnya merupakan suatu prakiraan mengenai terjadinya suatu kejadian di masa yang akan datang. Data yang mendasari adanya peramalan adalah Data Pengusahaan..4 Model Peramalan Beban Model yang dipakai adalah asumsi penambahan beban. Model yang disusun peramalan beban dimana pertambahan prosentae beban pada trafo bertambah tiap tahun secara merata seiring dengan naiknya permintaan penggunaan energi tenaga listrik berdasarkan kenaikan rata-rata daya yang tersambung pada 5 tahun sebelumnya..5 Software ETAP Software ETAP atau Power Satation adalah suatu program atau perangkat lunak yang digunakan untuk menyelesaikan permasalahan yang berhubungan dengan sistem ketenagalistrikan. Dengan menggunakan software Etap dapat memodelkan analisis aliran daya (Load Flow), kita dapat menghitung aliran daya, tegangan pada sistem tenaga, dan lain-lain. Dalam penggunaan perangkat lunak ini secara mudah sehingga didapatkan nilai result yang akurat dibandingkan dengan menghitung manual. III. METODE PENELITIAN Gambar 5. Diagram Alir Penyusunan Laporan Tugas Akhir 3. Metode Pengumpulan Data Metode pengumpulan data adalah proses dalam pencarian data. Dalam penelitian ini pengunpulan data dilakukan dari survey data ke PT. PLN APJ yang menyediakan data-data untuk analisis penyaluran tenaga listrik Gardu Induk Batang. Tabel. Daftar Data yang Dibutuhkan No Instansi Data yang Dibutuhkan PT PLN APJ Data Pengusahaan APJ Jaringan Eksisting Gardu Induk Batang Data Single line diagram Dalam pengumpulan data tersebut diarahkan ke obyek penelitian yaitu Gardu Induk yang menyuplai di wilayah APJ. Data dari PLN adalah data teknis kelistrikan PT PLN APJ. 3. Metode Pengolahan Data Setelah data-data diperoleh langkah selanjutnya adalah melakukan pengolahan data. Pengolahan disini dilakukan dengan tiga langkah, pertama pengelompokkan data non kelistrikan yaitu data pengusahaan yang dipergunakan untuk melakukan penambahan asumsi pada beban pertahun, kedua pengelompokkan data kelistrikan seperti laporan panjang jaringan, rekapitulasi trafo dan 3 phasa, laporan beban puncak, dan single line diagram APJ yang

4 dipergunakan untuk menentukan kondisi eksisting dan ketiga pengelompokkan data yang dipergunakan untuk pengembangan kebutuhan listrik. Tabel. Pengelompokan Data No Pengelompokkan Data Data Peramalan Data Pengusahaan listrik APJ Jaringan Eksisting GI Penentuan Batang Kondisi Kenaikan prosentase Eksisting konsumsi daya (kva) 3 Feeder yang terdapat Pengembangan pada GI Batang Kebutuhan Data Beban Penyulang Listrik GI Batang tahun Peramalan Beban Tabel 3. Data Pengusahaan APJ Pada Tahun TAHUN RUMAH TANGGA Jumlah Rumah Tangga 49,68 434,38 434,38 47,04 43,74 44,464 Rasio Elektifikasi ( % ) Jumlah Pelanggan 5,990 64,903 7,78 83,6 30,0 35,359 - Delta pelanggan 3,487,93 7,375 0,983 8,75 3,347 Daya tersambung ( KVA ) 68,38 8,09 90,688 03,38 3,79 46,995 Daya tersambung / Pel (VA) Konsumsi Energi ( Mwh ) 77, , , , , , Pertumbuhan ( % ) Konsumsi Energi/Pel (kwh) ,45.05 BISNIS Jumlah Pelanggan 9,54 9,80 0,54,66,95,785 - Delta pelanggan , Daya tersambung ( KVA ) 34,49 37,344 40,683 44,47 46,003 49,77 Daya tersambung / Pel (VA) , Konsumsi Energi ( Mwh ) 49, , , ,80.6 8, , Pertumbuhan ( % ) (4.7) UMUM Jumlah Pelanggan 9,853 9,733 0,440,,063,35 - Delta pelanggan -,4-9,0-93 0, Daya tersambung ( KVA ) 8,853 0,39,536 5,050 7,446 9,335 Daya tersambung / Pel (VA) ,374.9 Konsumsi Energi ( Mwh ) 48, , , , , , Pertumbuhan ( % ) INDUSTRI Jumlah Pelanggan Delta pelanggan 0 9, , Daya tersambung ( KVA ) 55,04 54,49 55,930 55,77 58,04 65,040 Daya tersambung / Pel (VA) ,96.93 Konsumsi Energi ( Mwh ),0.9 3, ,0.5 3, , , Pertumbuhan ( % ) Sumber : PT PLN Persero APJ Dari tabel 3. data pengusahaan di atas, dapat dilihat bahwa tiap tahun mengalami kenaikan dan menjadi acuan digunakan untuk melakukan peramalan. Untuk menentukan kebutuhan konsumsi listrik data peramalan yang dibutuhkan adalah daya tersambung (kva) selama 5 tahun sebelumnya. Setelah hasil asumsi penambahan beban didapatkan dan titik penempatan lokasi kapasitor baru dapat ditentukan. Peramalan dilakukan dari tahun 0 06, sedangkan data pada tahun 0 sebagai data eksisting. Gambar 6. Diagram Alir Metode Peramalan Peramalan beban dapat dilakukan dengan berbagai metode. Hanya saja dalam tugas akhir ini di pergunakan metode asumsi penambahan beban pada trafo distribusi. 3.5 Data Jaringan Eksisting APJ Data jaringan eksisting yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah data jaringan eksisting APJ yang terdiri dari Gardu Induk Batang dan pada tahun 0. Peta jaringan jaringan eksisting bisa dilihat pada gambar 7. di bawah ini. Sumber : PT PLN Persero APJ Gambar 7. Peta Jaringan Eksisting APJ

5 3.6 Simulasi Pengembangan Dengan Menggunakan Software ETAP Untuk diagram alir simulasi dengan menggunakan software ETAP dapat dilhat pada gambar 3.4 Pada metode asumsi kenaikan prosentase beban yang digunakan sebagai acuan adalah rata-rata daya yang tersambung (kva) pertahun. Dari perhitungan diatas didapatkan rata-rata kenaikannya adalah sebesar 6.69% (6,7%) pertahun dari data 5 tahun terakhir. Contoh sebagai berikut : Gambar 9. Continuous lumped load pada ETAP sebelum penambahan metode asumsi Gambar 8. Diagram Alir Simulasi ETAP Penambahan Asumsi = % Penambahan Asumsi + % Trafo tahun ke n = 6,7 % (73%) + 73 % = 5 % + 73 % = 78 % IV. ANALISA DAN PEMBAHASAN 4. Peramalan Kebutuhan Beban Data untuk melakukan pengembangan jaringan tegangan menengah dapat di bagi menurut kebutuhan data yang dibagi menjadi dua kategori data, yaitu :. Data peramalan. Data eksisting jaringan APJ Table 4. Hasil perhitungan Total Data Pengusahaan Listrik APJ dari tahun Gambar 0. Penggambaran Jaringan dengan Menggunakan ETAP Sumber : Data Teknis PT PLN (Persero) APJ

6 Gambar. Report simulasi ETAP VOLTAGE DROP = % Tegangan Pangkal GI - % Tegangan Paling Ujung Gambar. Bentuk Jaringan pada Feeder Batang Tabel 7. Data bus pada feeder Batang 0 tahun Penggambaran Kondisi Eksisting Gardu Induk Batang Tahun 0 Tabel 5. Hasil perhitungan drop tegangan GI Batang berdasarkan Simulasi ETAP tahun 0 Dari tabel di atas secara keselururuhan ada 3 feeder yang tidak memenuhi syarat (maksimum 5,5 %) yaitu BTG 0, BTG 0, dan BTG 07, hal ini kemungkinan diakibatkan oleh : Jaringan terlalu panjang Beban yang dilayani pada jaringan terlalu besar Penampang konduktor yang kecil Tabel 6. Hasil perhitungan drop tegangan pada feeder Batang 0 tahun 0-06 Dari tabel 6. dapat dilihat bahwa selama pengembangan dari tahun 0-06 pada feeder Batang 0 mengalami peningkatan pada drop tegangan. Sehingga Dapat mengganggu penyuplaian beban pada sistem. Maka, perlu dilakukan pengujian optimasi pemasangan kapasitor.

7 Tabel 8. Data saluran pada feeder Batang 0 tahun 0 Tabel 9. Kondisi sebelum penempatan kapasitor untuk tahun 0 Dalam pengujian ini, kandidat bus sebagai lokasi penempatan kapasitor dipilih 3 lokasi yaitu bus 43, 44 dan 45 karena bus tersebut memiliki nilai CSI paling besar. Hasil pengujian ditunjukkan pada tabel 0. dan gambar 3. Untuk memperoleh kondisi awal dari sistem seperti tegangan tiap bus maka dilakukan proses aliran daya dan melakukan perhitungan nilai Capacitor suitability index (CSI) sebagai pertimbangan pemilihan kandidat bus. Kondisi awal dari sistem dapat dilihat pada tabel 9. Tabel 0. Hasil pengujian feeder Batang 0 tahun 0

8 ditentukan yakni sebesar 5,5%. Setelah pemasangan kapasitor nilai drop tegangan dapat dikurangi sehingga masih memenuhi syarat nilai standar. Gambar 3. Kandidat bus untuk penempatan kapasitor tahun 0 Dengan cara yang sama, maka didapatkan lokasi bus untuk penempatan kapasitor pada feeder Batang 0 tahun Selanjutnya disimulasikan ke ETAP sesuai dengan lokasi penempatan kapasitor sehingga didapatkan nilai tegangan pangkal, tegangan ujung dan drop tegangan setelah pemasangan kapasitor. Tabel. Nilai drop tegangan pada feeder Batang 0 tahun 0-06 sebelum dipasang kapasitor Tabel. Nilai drop tegangan pada feeder Batang 0 tahun 0-06 setelah dipasang kapasitor Dari tabel. dan tabel. dapat dilihat perbandingan selisih antara tegangan pangkal dan tegangan ujung serta nilai drop tegangan sebelum dan setelah dipasang kapasitor. Sebelum dipasang kapasitor drop tegangan lebih besar dari syarat nilai standar yang V. PENUTUP 5. Kesimpulan Berdasarkan pengujian dan analisis yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut :. Pada kondisi eksisting terdapat 3 feeder dari GI Batang kurang memenuhi kriteria yang ditetapkan oleh PLN (drop tegangan besar) yaitu : Batang 0 (9.7%), Batang 0 (3.068%), Batang 07 (6.49%). Berdasarkan simulasi software ETAP pada feeder Batang 0 dari tahun 0-06 drop tegangan melebihi standar yang diijinkan yaitu 5,5% sehingga perlu dipasang kapasitor pada lokasi yang optimal. 3. Optimasi penempatan kapasitor menggunakan logika fuzzy dapat menemukan ukuran kapasitor bank yang optimal sehingga dapat memperbaiki drop tegangan sesuai batas batas yang telah ditentukan. 4. Pada pengujian perbaikan tegangan, feeder Batang 0 dari tahun 0-06 (4,6%; 4,0%; 3,5%;,05%; 0,79%) telah memenuhi standart drop tegangan (< 5,5%). 5. Penggunaan kapasitor bank dengan kapasitas tetap mempunyai kelemahan yaitu berapapun jumlah beban yang terpasang maka daya reaktif yang disalurkan tetap. Sehingga mungkin saja suatu ketika terjadi perubahan beban secara drastis dan akan menyebabkan over compensated. 5. Saran. Perlu dikembangkan lebih lanjut untuk optimasi penempatan kapasitor pada feeder-feeder lain yang drop tegangannya melebihi batas yang diijinkan.. Dapat dikembangkan sistem optimasi penempatan kapasitor dengan mempertimbangkan faktor faktor yang lain misalnya pertumbuhan beban di masa

9 mendatang, faktor daya, penggunaan switch kapasitor, dan lain - lain 3. Perlu dikembangkan untuk optimasi penempatan kapasitor untuk sistem jaringan distribusi yang tidak seimbang. DAFTAR PUSTAKA [] Nugroho,A., B,Suroso dan K.I.Santoso, Sistem Informasi Prakiraan Kebutuhan Tenaga Listrik Sistem Distribusi Tenaga Listrik, Universitas Diponegoro, Semarang, 00 [] Rahardjo, Merencanakan Pengembangan Sistem Kelistrikan PLN kedepan Secara Lebih Baik dan Lebih Efisien, PT PLN (Persero) Distribusi Jateng DIY, 006 [3] Sulasno,Ir. Teknik dan Sistem Distribusi Tenaga LIstrik Edisi I, Badan Penerbit Universitas Diponegoro, Semarang, 00. [4] Tim Masterplan, Pembuatan Masterplan Sistem Distribusi 0 KV APJ, Laporan Akhir, Universitas Diponegoro PT PLN (Persero) Distribusi Jateng DIY, 0. [5] Suswanto, D. A., Analisa Peramalan Beban dan Kebutuhan Tenaga Listrik, Buku Ajar BAB XII. [6],Kab Batang Dalam Angka Tahun [006,007,008,009,00,0 ].Badan Statistik Provinsi Kabupaten Batang. [7] Syarip, M, Analisa Pengembangan Jaringan Tegangan Menengah Berdasarkan Data Pengembangan Jaringan di UPJ Wonosobo, Tugas Akhir S-, Universitas Diponegoro, Semarang, 0. [8] Suswanto, D. A., Perencanaan Jaringan Distribusi, Buku Ajar BAB III. [9] Gonen, Turan Electric Power Distribution System Engineering. New York : McGraw-Hill. [0] Dzackiy, Unggul. 0. Optimasi Penempatan Kapasitor Menggunakan Logika Fuzzy dan Algoritma Genetika pada Sistem Distribusi Tenaga Listrik. Semarang : Universitas Diponegoro. [] Prasad, P.V., S. Sivanagaraju and N.Sreenivasulu A Fuzzy- Genetic Algorithm For Optimal Capacitor Placement In Radial Distribution Systems. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, Vol., No. 3, June. [] Hosea, Emmy dan Adi Nugraha. 00. Optimasi Penentuan Lokasi Switched 0 kv Power Capacitors pada Jaringan Distribusi 0 kv Jawa Timur. Surabaya : Universitas Kristen Petra. BIODATA PENULIS Sigit Wisnu Habsoro lahir di Semarang pada tanggal 3 Agustus 989. Sekarang ini sedang menempuh pendidikan strata satu di Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro Universitas Diponegoro. Konsentrasi Energi Listrik. Semarang, Oktober 0 Menyetujui dan Mengesahkan, Dosen Pembimbing I Ir. Agung Nugroho, M.kom. NIP Dosen Pembimbing II Ir. Bambang Winardi NIP