SKRIPSI ANALISIS PENGARUH INTERKONEKSI DISTRIBUTED GENERATION (PLTSA SUWUNG) TERHADAP RUGI-RUGI DAYA DAN KEANDALAN PADA PENYULANG SERANGAN

Transkripsi

1 SKRIPSI ANALISIS PENGARUH INTERKONEKSI DISTRIBUTED GENERATION (PLTSA SUWUNG) TERHADAP RUGI-RUGI DAYA DAN KEANDALAN PADA PENYULANG SERANGAN I MADE GUSMARA NUSAMAN JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2015

2 SKRIPSI ANALISIS PENGARUH INTERKONEKSI DISTRIBUTED GENERATION (PLTSA SUWUNG) TERHADAP RUGI-RUGI DAYA DAN KEANDALAN PADA PENYULANG SERANGAN I MADE GUSMARA NUSAMAN NIM JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2015 i

3 ANALISIS PENGARUH INTERKONEKSI DISTRIBUTED GENERATION (PLTSA SUWUNG) TERHADAP RUGI-RUGI DAYA DAN KEANDALAN PADA PENYULANG SERANGAN Skripsi Diajukan Sebagai Prasyarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana S1 (Strata 1) pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana I MADE GUSMARA NUSAMAN NIM JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2015 ii

4 Scanned by CamScanner

5 Scanned by CamScanner

6 UCAPAN TERIMAKASIH Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa / Tuhan Yang Maha Esa, karena atas rahmat-nya penyusunan tugas akhir / skripsi dengan judul Analisis Pengaruh Interkoneksi Distributed Generation (PLTSa Suwung) Terhadap Rugi-Rugi Daya dan Keandalan pada Penyulang Serangan ini akhirnya dapat terselesaikan. Berbagai tantangan dan hambatan yang sulit telah dihadapi penulis selama proses penyusunan tugas akhir / skripsi ini, namun semua itu berhasil dilewati berkat adanya dukungan dan bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini izinkan penulis menyampaikan banyak terima kasih kepada: 1. Bapak Prof. Ir. Ngk. Putu Gede Suardana, MT., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana. 2. Bapak Ir. I Nyoman Setiawan, MT. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana. 3. Bapak Ir. I Wayan Sukerayasa, MT. sebagai Dosen Pembimbing I yang telah memberikan banyak petunjuk, bimbingan dan dukungan moral kepada penulis selama penyusunan tugas akhir / skripsi ini. 4. Ibu Prof. Ir. Rukmi Sari Hartati, MT., Ph.D sebagai Dosen Pembimbing Akademik sekaligus sebagai Dosen Pembimbing II yang telah banyak memberikan tuntunan dalam penyusunan tugas akhir / skripsi dan tuntunan selama menjalankan perkuliahan di Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Udayana. 5. Segenap dosen dan staf pegawai Teknik Elektro Universitas Udayana yang telah banyak membantu selama proses perkuliahan. 6. PT. PLN (Persero) Area Bali Selatan yang telah membantu dalam memberikan informasi dan data-data dalam penyusunan tugas akhir / skripsi ini. v

7 7. Yang tercinta Orang Tua, saudara dan semua keluarga besar yang telah memberikan banyak kasih sayang, dukungan moral, semangat dan motivasi yang tak terhingga. 8. Rekan-rekan Elektro angkatan 2011 yang senantiasa memberikan semangat, motivasi dan dukungan selama penyusunan tugas akhir / skripsi ini. 9. Semua pihak yang terlibat dalam pengerjaan tugas akhir / skripsi ini namun tidak bisa disebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa tugas akhir / skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu segala kritik dan saran yang bersifat membangun sangat diharapkan demi kesempurnaan penulisan di masa yang akan datang. Semoga Ida Sang Hyang Widhi Wasa / Tuhan Yang Maha Esa selalu melimpahkan rahmat-nya kepada semua pihak yang telah membantu pelaksanaan dan penyelesaian tugas akhir / skripsi ini. Bukit Jimbaran, 2015 Penulis vi

8 ABSTRAK Teknologi Distributed Generation atau dalam hal ini disingkat DG merupakan jenis pembangkit listrik dengan skala kecil yang mengutamakan pemanfaatan sumber energi terbarukan seperti angin, air, matahari, panas bumi, gelombang laut (Wave Energy), arus laut (Ocean Current Energy), biomassa, dan biogas untuk menghasilkan energi listrik dengan kisaran daya yang dihasilkan antara 1 kw-10 MW. Salah satu DG yang ada di Bali dan saat ini masih beroperasi adalah Pembangkit Listrik Tenaga Sampah (PLTSa) yang berada di daerah Suwung. Kondisi eksisting dari DG (PLTSa Suwung) terinterkoneksi ke Busbar 20 kv Transformator V Gardu Induk (GI) Pesanggaran dengan kapasitas terpasang sebesar 1 MW. Dalam penelitian ini dilakukan pengalihan interkoneksi DG ke salah satu penyulang terdekat dari DG yaitu Penyulang Serangan. Tujuan dari pengalihan interkoneksi tersebut adalah untuk mengetahui pengaruh dari interkoneksi DG pada jaringan distribusi tenaga listrik terhadap nilai rugi-rugi daya dan keandalan jaringan. Untuk mengetahui pengaruh interkoneksi DG terhadap rugi-rugi daya pada jaringan dilakukan analisis menggunakan load flow analysis dan untuk mengetahui pengaruh interkoneksi DG terhadap tingkat keandalan jaringan dilakukan analisis menggunakan reliability assessment. Kedua analisis tersebut dijalankan dengan menggunakan software ETAP 7.5. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan diperoleh hasil yaitu dengan interkoneksi DG pada Penyulang Serangan terjadi penurunan rugi-rugi daya sebesar 1,9 kw atau 4,75 % dari total rugi-rugi daya sebesar 40 kw pada kondisi penyulang tanpa interkoneksi DG dan terjadi perbaikan indeks keandalan yang terlihat dari perolehan indeks SAIFI = 0,5959 gangguan/pelanggan/tahun; SAIDI = 1,4388 jam/pelanggan/tahun; CAIDI = 2,414 jam/gangguan; ASAI = 0,9998 pu; dan ASUI = 0,00016 pu. Lokasi interkoneksi terbaik untuk memperoleh rugi-rugi daya terendah adalah pada jarak 80 % dari total panjang saluran dengan penurunan rugirugi daya sebesar 4,7 kw atau 11,75 % dari total rugi-rugi daya sebesar 40 kw pada kondisi tanpa interkoneksi DG dan untuk lokasi interkoneksi terbaik dengan tingkat keandalan tertinggi adalah pada jarak 97 % dari total panjang saluran dengan menghasilkan nilai indeks keandalan SAIFI = 0,1 gangguan/pelanggan/tahun atau penurunan sebesar 92,87 %; SAIDI = 1,4150 jam/pelanggan/tahun atau penurunan sebesar 49,15 %; CAIDI = 14,1520 jam/gangguan; ASAI = 0,9998 pu; dan ASUI = 0,00016 pu. Sedangkan lokasi dengan nilai rugi-rugi daya yang rendah dan tingkat keandalan yang tinggi adalah pada jarak 97 % dari total panjang saluran dengan penurunan rugi-rugi daya sebesar 4,5 kw atau 11,25 % dari total rugi-rugi daya Penyulang Serangan tanpa interkoneksi DG dan perbaikan indeks keandalan SAIFI = 0,1 gangguan/pelanggan/tahun; SAIDI = 1,4150 jam/pelanggan/tahun; CAIDI = 14,1520 jam/gangguan; ASAI = 0,9998 pu; dan ASUI = 0,00016 pu. Kata Kunci: Rugi-Rugi Daya, Keandalan, Load Flow Analysis, Reliability Assessment vii

9 ABSTRACT The distributed generation technology or in this case abbreviated DG is a kind of power plants with small scale which prioritizes the utilization of renewable energy resources such as wind, water, solar, geothermal, ocean waves (Wave Energy), ocean currents (Ocean Current Energy), biomass, and biogass to produce the electrical energy with range of power generation between 1 kw-10 MW. One of DG in Bali and it s still in operation is the garbage power plant which located in Suwung. The existing condition of the DG (PLTSa Suwung) is interconnected to 20 kv Busbar, transformer V of Pesanggaran Substation, with 1 MW installed capacity. In this research, the interconection of the DG will be transfered to the Serangan feeder which one of the closest feeder from DG. The purpose of the transferred interconnection is to determine the effect of DG on the power lossess value and reliability level of the distribution network. To determine the effect of DG interconnection to the power lossess on the network is using the Load Flow Analysis and to determine the effect of DG interconnection to the reliabilty level on the network is using the Reliability Assessment. Both analyzes are performed using ETAP 7.5 software. From the research that has been done shows that the interconnection of DG on the Serangan feeder decreased the power lossess as big as 1,9 kw or 4,75 % of total power lossess from the feeders without DG interconnection and improvements reliability index that is visible from the acquisition of the index SAIFI = 0,5959 interuption /customer/ year; SAIDI = 1,4388 hours / customer/year; CAIDI = 2,449 hours / interuption; ASAI = 0,9998 pu; and ASUI = 0,00016 pu. The best interconnecting location to obtain the lowest power lossess is at 80 % of the total length of the line with a reduced power lossess as big as 4.7 kw or % of total power lossess without DG interconnection and the best interconecting location with the highest level of reliability index is at 97% of the total length of the line with SAIFI = 0,1 interuption /customer/ year or a decreased 92,87 %; SAIDI = 1,4150 hours/customer/year or a decreased 49,15%; CAIDI = 14,1520 hours / interuption; ASAI = 0,9998 pu; and ASUI = 0,00016 pu. While the location of the lowest power lossess values and the high reliability level is at 97% of the total length of the line and produce a reduction in power lossess as big as 4,5 kw or 11,25 % of total power lossess without DG interconnection on Serangan feeder and improvement of reliability index with SAIFI = 0,1 interuption/customer/year; SAIDI = 1,4150 hours /customer/ year; CAIDI = 14,1520 hours/interuption; ASAI = 0,9998 pu; and ASUI = 0,00016 pu. Keywords: Power Losses, Reliability, Load Flow Analysis, Reliability Assessment viii

10 DAFTAR ISI LEMBAR JUDUL...i LEMBAR PRASYARAT...ii LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS...iii LEMBAR PENGESAHAN...iv UCAPAN TERIMAKASIH...v ABSTRAK...vii ABSTRACT...viii DAFTAR ISI...ix DAFTAR GAMBAR...xii DAFTAR TABEL...xiv DAFTAR SINGKATAN...xv BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Manfaat Ruang Lingkup dan Batasan Masalah... 4 BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir Distributed Generation (DG) Interkoneksi DG Pada Sistem Distribusi Tenaga Listrik Perkembangan Teknologi Distributed Generation di Indonesia Sistem Distribusi Tenaga Listrik Sistem Distribusi Primer Sistem Distribusi Sekunder Sistem Distribusi Radial ix

11 2.3.4 Sistem Distribusi Ring/Loop Sistem Distribusi Spindel Saluran Distribusi Tenaga Listrik Saluran Udara Tegangan Menengah (SUTM) Saluran Kabel Udara Tegangan Menengah (SKUTM) Saluran Kabel Tanah Tegangan Menengah (SKTM) Impedansi Saluran Resistansi Saluran Reaktansi Penghantar (Reaktansi Induktif) Analisis Rugi-Rugi Daya Menggunakan Load Flow Analysis Klasifikasi Bus Persamaan Aliran Daya Penerapan Metode Newton Raphson Pada Analisis Aliran Daya Keandalan Sistem Distribusi Tenaga Listrik Indeks Keandalan SAIFI (system average interruption frequency index) SAIDI (system average interruption duration index) CAIDI (customer average interruption duration index) ASAI (average service availability index) ASUI (average service unavailability index) BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian Data Sumber Data Jenis Data Teknik Pengumpulan Data Instrumen Penelitian Analisa Data Diagram Alur Analisa Data x

12 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Gambaran Umum Penyulang Serangan Data Jaringan Distribusi Tenaga Listrik Penyulang Serangan Data Beban Harian Penyulang Serangan Data Gardu Distribusi dan Jumlah Pelanggan Penyulang Serangan Data Panjang Saluran dan Jenis Penghantar Penyulang Serangan Data Output Daya PLTSa Suwung Analisis Rugi-Rugi Daya Pada Penyulang Serangan Analisis Rugi-Rugi Daya Pada Penyulang Serangan Untuk Kondisi Tidak Terinterkoneksi DG dan Terinterkoneksi DG (PLTSa Suwung) Analisis Lokasi Interkoneksi Distributed Generation Untuk Memperoleh Nilai Rugi-Rugi Daya Terendah Analisis Tingkat Keandalan Penyulang Serangan Analisis Tingkat Keandalan Pada Penyulang Serangan Untuk Kondisi Tidak Terinterkoneksi DG dan Terinterkoneksi DG (PLTSa Suwung) Analisis Lokasi Interkoneksi Distributed Generation Untuk Memperoleh Nilai Indeks Keandalan Terbaik Lokasi Interkoneksi DG Pada Penyulang Serangan dengan Nilai Rugi- Rugi Daya Terendah dan Keandalan Tertinggi BAB V SIMPULAN DAN SARAN 5.1 Simpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN-LAMPIRAN xi

13 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Interkoneksi DG pada Jaringan Distribusi Tenaga Listrik... 7 Gambar 2.2 Konfigurasi Sistem Distribusi Tipe Radial Gambar 2.3 Konfigurasi Sistem Distribusi Tipe Ring / Loop Gambar 2.4 Konfigurasi Sistem Distribusi Tipe Spindel Gambar 2.5 Saluran Udara Tegangan Menengah (SUTM) Gambar 2.6 Jenis-jenis Kawat Penghantar Tenaga Listrik Gambar 2.7 Kabel Udara Tegangan Menengah (KUTM) Gambar 2.8 Kabel Tanah Tegangan Menengah (KTM) Gambar 3.1 Diagram Alur Analisis Gambar 4.1 Single Line Diagram Penyulang Serangan Gambar 4.2 Grafik Karakteristik Beban Harian Penyulang Serangan Gambar 4.3 Grafik Karakteristik Output Daya Rata-Rata PLTSa Suwung Gambar 4.4 Rugi-Rugi Daya pada Kondisi Penyulang Serangan Tanpa Interkoneksi DG Menggunakan Software ETAP Gambar 4.5 Rugi-Rugi Daya pada Penyulang Serangan dengan Interkoneksi DG Menggunakan Software ETAP Gambar 4.6 Lokasi Interkoneksi DG pada Penyulang Serangan Gambar 4.7 Titik Lokasi Interkoneksi DG pada Penyulang Serangan Gambar 4.8 Grafik Perbandingan Rugi-Rugi Daya dari Setiap Lokasi Interkoneksi DG Gambar 4.9 Lokasi Bus 46 pada Penyulang Serangan Gambar 4.10 Indeks Keandalan pada Kondisi Penyulang Serangan Tanpa Interkoneksi DG Menggunakan Software ETAP Gambar 4.11 Indeks Keandalan pada Penyulang Serangan Dengan Interkoneksi DG Menggunakan Software ETAP Gambar 4.12 Lokasi Interkoneksi DGpPada Penyulang Serangan Gambar 4.13 Grafik Perbandingan Nilai Indeks SAIFI Gambar 4.14 Grafik Perbandingan Nilai Indeks SAIDI xii

14 Gambar 4.15 Grafik Perbandingan Nilai Indeks CAIDI Gambar 4.16 Grafik Perbandingan Nilai Indeks ASAI Gambar 4.17 Grafik Perbandingan Nilai Indeks ASUI Gambar 4.18 Grafik Perbandingan Indeks Keandalan SAIFI dari Setiap Titik Lokasi Interkoneksi DG Gambar 4.19 Grafik Perbandingan Indeks Keandalan SAIDI dari Setiap Titik Lokasi Interkoneksi DG Gambar 4.20 Grafik Perbandingan Indeks Keandalan CAIDI dari Setiap Titik Lokasi Interkoneksi DG Gambar 4.21 Grafik Perbandingan Indeks Keandalan ASAI dari Setiap Titik Lokasi Interkoneksi DG Gambar 4.22 Grafik Perbandingan Indeks Keandalan ASUI dari Setiap Titik Lokasi Interkoneksi DG xiii

15 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Tipe DG Berdasarkan Range Daya Yang Dihasilkan... 8 Tabel 2.2 Standar Indeks Keandalan SUTM Radial Tabel 4.1 Data Beban Harian Penyulang Serangan Juli Tabel 4.2 Data Gardu Distribusi Penyulang Serangan Tabel 4.3 Data Panjang Saluran dan Jenis Penghantar Penyulang Serangan Tabel 4.4 Data Output Daya PLTSa Suwung Tabel 4.5 Perbandingan Nilai Rugi-Rugi Daya Penyulang Serangan Tabel 4.6 Perbandingan Nilai Rugi-Rugi Daya dari Setiap Lokasi Interkoneksi DG Tabel 4.7 Nilai Jatuh Tegangan Penyulang Serangan Tabel 4.8 Laju Kegagalan dan Waktu Perbaikan Komponen Tabel 4.9 Nilai Indeks Keandalan Penyulang Serangan Tabel 4.10 Perbandingan Nilai Indeks Keandalan dari Setiap Lokasi Interkoneksi DG Tabel 4.11 Nilai Rugi-Rugi Daya dan Indeks Keandalan dari Setiap Lokasi Interkoneksi DG xiv

16 DAFTAR SINGKATAN AAAC AAC AC ACSR ANSI ASAI ASUI CAIDI CIGRE DC DG ETAP GI IEEE IPP kv kw MW NC NO PLN PLTSa PSKSK SAIDI SAIFI SPLN SKTM SKUTM SUTM XPLE = All Aluminium Alloy Conductor = All Aluminium Conductor = Alternating Current = Alumunium Conductor, Steel-Reinforced = American National Standards Institute = Average Service Availability Index = Average Service Unvailability Index = Customer Average Interruption Duration Index = International Council on Large Electric Systems = Direct Current = Distributed Generation = Electric Transient and Analysis Program = Gardu Induk = Institute of Electrical and Electronics Engineers = Independent Power Producer = Kilo Volt = Kilo Watt = Mega Watt = Normaly Close = Normaly Open = Perusahaan Listrik Negara = Pembangkit Listrik Tenaga Sampah = Pembangkit Skala Kecil Swasta dan Koperasi = System Average Interruption Duration Index = System Average Interruption Frequency Index = Standar Perusahaan Listrik Negara = Saluran Kabel Tegangan Menengah = Saluran Kabel Udara Tegangan Menengah = Saluran Udara Tegangan Menengah = Cross-linked polyethylene xv