STUDI ANALISA PEMASANGAN KAPASITOR PADA JARINGAN UDARA TEGANGAN MENENGAH 20 KV TERHADAP DROP TEGANGAN (APLIKASI PADA FEEDER 7 PINANG GI MUARO BUNGO)

Transkripsi

1 STUDI ANALISA PEMASANGAN KAPASITOR PADA JARINGAN UDARA TEGANGAN MENENGAH 20 KV TERHADAP DROP TEGANGAN (APLIKASI PADA FEEDER 7 PINANG GI MUARO BUNGO) Oleh : Sepanur Bandri 1 dan Topan Danial 2 1) Dosen Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri 2) Mahasiswa Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Padang Jl. Gajah Mada Kandis Nanggalo Padang Abstrak Dalam penyaluran energi listrik ada beberapa masalah yang dihadapi antara lain drop tegangan, factor daya yang rendah dan rugi rugi daya. Beban pada jaringan distribusi bisa berupa beban kapasitif maupun pada umumnya merupakan beban induktif. Apabila beban reaktif induktif semakin tinggi maka akan berakibatmemperbesar jatuh tegangan, memperbesar rugi rugi daya, menurunkan kapasitas penyaluran daya. Untuk mengurangi beban daya reaktif induktif diperlukan sumber daya reaktif kapasitif, salah satu diantaranya adaah dengan kapasitor yang dipasang secara pararel pada penghantar penyulang jaringan tegangan menengah 20 KV.Untuk mengurangi drop tegangan pada feeder 7 Pinang Gardu Induk Muaro Bungo dilakukan Pemasangan Kapasitor Bank 3 x 300 KVAR sehingga mengurangi drop tegangan sebesar 2, 748 KV sebelum pemasangan kapsitor dan drop tegangan setelah pemasangan kapasitor adalah sebesar 2,348 KV. Perhitungan Drop Tegangan dengan menggunakan simulasi ETAP 7.0 Kata Kunci : Drop Tegangan, rugi-rugi daya, faktor daya, kapasitansi PENDAHULUAN Terjadinya peningkatan perekonomian secara otomatis akan meningkatkan pertumbuhan pelanggan PLN yang artinya akan terjadi penambahan beban listrik. Dalam memenuhi kebutuhan tenaga listrik PT PLN (Persero) terus menambah pembangkit-pembangkit dan peralatan-peralatan pendukung untuk meningkatkan keandalan sistem distribusi yang secara otomatis meningkatkan pelayanan kepada pelanggan sehingga kepuasan pelanggan dapat dicapai. Penambahan pembangkit dan peralatan-peralatan pembantu tersebut haruslah tetap memperhatikan aspek efisiensi yang dicanangkan oleh perusahaan dimana susut sebagai salah satu bagiannya. Susut merupakan salah satu indikator kinerja perusahaan yang paling menjadi sorotan, semakin besar susut dapat ditekan maka semakin besar pula kerugian yang dapat ditekan oleh perusahaan. Susut juga dijadikan sebagai salah satu parameter dalam mengukur keandalan suatu sistem. Seperti yang kita ketahui susut jaringan adalah satu hal yang sangat penting dan tidak bisa dihindari dari suatu sistem penyaluran tenaga listrik karena adanya tahanan pada saluran. Tetapi rugi-rugi ini dapat ditekan sekecil mungkin hingga berada dalam batas-batas yang ekonomis. Dalam penyaluran energi listrik ada beberapa masalah yang dihadapi antara lain jatuh tegangan, factor daya yang rendah dan rugi rugi daya. Beban pada jaringan distribusi bisa berupa beban kapasitif maupun pada umumnya merupakan beban induktif. Apabila beban reaktif induktif semakin tinggi maka akan berakibatmemperbesar jatuh tegangan, memperbesar rugi rugi daya, menurunkan kapasitas penyaluran daya. Untuk mengurangi beban daya reaktif induktif diperlukan sumber daya reaktif kapasitif, salah satu diantaranya adaah dengan kapasitor yang dipasang secara pararel pada penghantar penyulang jaringan Jurnal Teknik Mesin Vol.4, No.1, April 2014 :

2 tegangan menengah 20 KV. Pemasangan kapasitor shunt tersebut menyebabkan arus yang mengalir pada penghantar menjadi lebih kecil, sehingga akan mengurangi besarnya rugi rugi daya dan jatuh tegangan pada penyulang. TINJAUAN PUSTAKA Studi Literatur Dalam penelitiannya: Eko Wijarnako membahas tentang Optimasi Penempatan Kapasitor Shunt Untuk Perbaikan Daya Reaktif Pada Penyulang Distribusi Primer Radial Dengan Algoritma Genetik Penyaluran tenaga listrik dari Gardu Induk ke konsumen melalui saluran distribusi mengalami jatuh tegangan dan rugi-rugi daya sehingga daya yang diterima konsumen lebih kecil daripada daya yang dikirimkan. Dalam pengusahaan tenaga listrik berbagai upaya dilakukan untuk memperkecil jatuh tegangan dan rugi-rugi daya tersebut salah satunya dengan pemasangan kapasitor shunt pada saluran distribusi tenaga listrik. Sylvia Handriyani, Adi Soepriyanto, Syamsul Anam Membahas tentang Analisa Perbaikan Faktor Daya Untuk Penghematan Biaya Listrik, besarnya pemakaian energi listrik dipengaruhi oleh jenis beban yang dipakai.beban memiliki sifat resistif, induktif, dan kapasitif. Sifat ini akan memiliki dampak pada sistem kelistrikan yaitu faktor daya. Semakin besar faktor daya (daya aktif )besar maka sistem listrik tersebut akan semakin bagus dansebaliknya. Oleh karena itu ketika sistem memiliki faktor daya yang rendah (daya reaktif besar) maka PLN akan memberikan beban tarif tersendiri, sehingga dibutuhkan perbaikan faktor daya dengan menggunakan kapasitor. Landasan Teori Sistem tenaga listrik adalah sekumpulan pusat listrik (pembangkit) dan gardu induk (pusat beban) yang satu sama lain dihubungkan oleh jaringan transmisi sehingga merupakan sebuah kesatuan interkoneksi. Tujuan utama dari sistem tenaga listrik ini adalah mengusahakan penyediaan dan pengiriman tenaga listrik yang serendah mungkin dan tetap memperhatikan mutu serta keandalan diukur dengan frekuensi, tegangan dan jumlah gangguan. Dalam proses penyediaan dan pengiriman tenaga listrik ini tidak dapat lagi dihindari timbulnya rugi-rugi dalam jaringan (saluran transmisi dan distribusi) disamping adanya tenaga listrik yang harus digunakan untuk pemakaian sendiri pada pusat listrik dan gardu induk. Proses Penyampaian Tenaga Listrik ke Pelanggan. Sistem tenaga listrik adalah sekumpulan pusat listrik (pembangkit) dan gardu induk (pusat beban) yang satu sama lain dihubungkan oleh jaringan transmisi sehingga merupakan sebuah kesatuan interkoneksi. Tujuan utama dari sistem tenaga listrik ini adalah mengusahakan penyediaan dan pengiriman tenaga listrik yang serendah mungkin dan tetap memperhatikan mutu serta keandalan diukur dengan frekuensi, tegangan dan jumlah gangguan. Dalam proses penyediaan dan pengiriman tenaga listrik ini tidak dapat lagi dihindari timbulnya rugi-rugi dalam jaringan (saluran transmisi dan distribusi) disamping adanya tenaga listrik yang harus digunakan untuk pemakaian sendiri pada pusat listrik dan gardu induk. Tenaga Listrik (Daya) Untuk menghitung tenaga suatu arus listrik digunakan rumus sebagai berikut : P = V x I cos φ... (1) Dimana : P = daya dalam Watt V = tegangan dalam Volt I = arus dalam Ampere. Cos φ = 0,85 Sin φ = 0,435 Rugi Energi Listrik Rugi Energi listrik merupakan besarnya tenaga listrik yang hilang selama pengiriman tenaga listrik dalam satuan waktu tertentu (biasanya dalam jam / hour). Kerugian ini dipengaruhi oleh besarnya selisih antara daya yang diterima dengan daya yang dikirim. Penyebab terjadinya losses yaitu : 1. Terjadi rugi rugi pada saluran Rugi rugu jaringan dengan beban berada diujung jaringan : Jurnal Teknik Mesin Vol.4, No.1, April 2014 :

3 = I x (R x cosh ⱷ + X x sin ⱷ) x L...(5) P = 3 x I 2 x R x L...(6) Rugi rugi jaringan dengan beban menyebar sepanjang jaringan = (1/2) 2 x (R x coshⱷ + X x sinⱷ) x L...(7) P = 3 x I 2 x R x L...(8) Dimana : I = Arus yang mengalir pada penghantar (ampere) R = Tahanan pada penghantar (ohm/km) X = Reaktansi pada penghantar (ohm/km) coshⱷ L = Panjang Penghantar (km) 2. Beban tidak seimbangdan kawat netral mengalir arus. 3. Kesalahan pada KWH Meter 4. Kotak sambungan tidak baik 5. Penggunaaan listrik tidak terukur pada KWH Meter pemakaian Kemampuan Hantar Arus (KHA) Arus beban yang terus menerus maksimum, harus lebih kecil dari kuat hantar arus (KHA) dari penghantar. Daftar KHA yang dihitung atas dasar kondisikondis berikut : - Kecepatan angin 0.6 m/detik - Suhu keliling akibat sinar matahari 30 - Suhu penghantar maksimum 80 Tabel 2.1 Kuat Hantar Arus (materi diklat prajabatan Udiklat Tuntungan tahun 2011) Luas Penampang (Mm 2 ) KHA Terus Menerus Untuk Penghantar AAC ( C ) KHA Terus Menerus Untuk Penghantar AAAC ( A ) Jatuh Tegangan Jatuh tegangan merupakan penurunan tegangan di mulai dari penyulang sampai sepanjang saluran jaringan tegangan menengah. Fenomena tersebut disebabkan kawat saluran yang mempunyai nilairesistansi, 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 yang terjual ke pelanggan listrik.rugi-rugi daya merupakan sifat yang tidak dapat dihindari, tetapi hanya dapat diminimalkan. = Faktor daya beban Gambar 2.1 Diagram pengganti saluran distribusi tenaga listrik Perbaikan Faktor Daya Sebuah kapasitor daya atau yang dikenal dengan nama kapasitor bank harus mempunyai daya Qc yang sama dengan daya reaktif dari sistem yang akan diperbaiki factor dayanya. Jika keadaan ini dipenuhi, kapasitor bank akan memperbaiki faktor daya menjadi bernilai maksimum (faktor daya = 1). Besarnya daya reaktif yang diperlukan untuk mengubah faktor daya dari cos φ1 menjadi cos φ2 dapat ditentukan dengan :... (9) dimana : Qc = kompensasi reactive power yang dibutuhkan (kvar) P = active power (kw) cos φ1 = power factor (p.f) lama cos φ2 = power factor (p.f) baru atau target Jurnal Teknik Mesin Vol.4, No.1, April 2014 :

4 Gambar 2.3 Diagram fasor tanpa menggunakan kapasitor Gambar 2.2 Prinsip Perbaikan Faktor Daya Kapasitor Paralel Jika kapasitor dihubungkan secara paralel pada saluran, maka kapasitor akan memberi arus reaktif untuk mengimbangi arus yang diambil oleh beban induktif. Kapasitor paralel memodifikasi karakteristik beban induktif dengan memberikan arus leading, dimana akan menghitung sebagian atau seluruh komponen lagging dari arus beban induktif pada tempat dimana kapasitor itu terpasang. Efek ini juga terjadi pada kondenser sinkron, generator dan motor pada kondisi eksitasi berlebih. Penggunaan kapasitor paralel pada saluran akan mereduksi arus sumber, memperbaiki faktor daya, sehingga drop tegangan antara sisi pengiriman dan beban dapat dikurangi. Drop tegangan pada saluran untuk transmisi jarak pendek dengan faktor daya lagging dapat didekati dengan persamaan berikut :... (10) Dimana : R = Resistansi total saluran XL = Reaktansi induktif saluran Ir = Komponen real dari arus Ix = Komponen reaktif dari arus dimana tertinggal 90ᵒ dari tegangan Dari kedua persamaan di atas dapat diketahui bahwa drop tegangan akan mengecil dengan penambahan kapasitor paralel pada jaringan. Penurunan drop tegangan yang terjadi sebesar IC XL Volt. Gambar 2.4 Diagram menggunakan menggunakan kapasitor paralel METODE PENELITIAN Jenis Studi Kasus Untuk mengetahui dan melihat pengaruh pemasangan kapasitor pada jaringan tegangan menegah 20 KV terterhadap drop tengangan dan factor daya pada feeder 7 Pinang Gardu Induk Muaro Bungo. Lokasi Kajian Untuk melengkapi data data dalam perhitungan maka sebagai aplikasi penelitian adalah Fedeer 7 Pinang GI Muaro Bungo Data yang Dibutuhkan Data-data yang dibutuhkan adalah : 1. Data Saluran : Panjang saluran, luas penampang, jenis penghantar, tegangan sistem 2. Data beban harian tertinggi dalam satu bulan Feeder 7 Pinang sebelum pemasangan kapasitor dan setelah pemasangan kapasitor 3. Data cos phi (Power Factor) Metode Pengambilan Data Pengambilan data dalam tugas akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Penelitian langsung kelapangan pada lokasi pemasangan kapasitor bank di feeder 7 Pinang Gardu Induk Muaro Bungo 2. Penelitian kepustaka dengan membaca dan mempelajari buku-buku atau hasil penelitian orang lain. 3. Melakukan Perbandingan Dengan Menggunakan simulasi sofware ETAP Power Station 7.0 Jurnal Teknik Mesin Vol.4, No.1, April 2014 :

5 Simulasi dan Pembahasan Simulasi Sistem tenaga listrik di PT PLN Rayon Sungai Rumbai terdiri 8 Feeder dengan konfigurasi jaringan radial dan sistem loop, di supply dari 2 Gardu Induk yaitu Gardu Induk Sungai Lansek dan Gardu Induk Muaro Bungo dengan panjang penyulang Fedeer 7 Pinang adalah 50,12 KMS dengan Penmpang AAAC 240 mm 2. Data beban harian dan tegangan kirim tertinggi harian dalam satu bulan (logsheet) pada feeder 7 pinang Gardu Induk Muaro Bungo yang digunakan pada penelitian ini adalah data beban rata rata data beban pada saat beban puncak ( jam 17 :00 sampai dengan 22:00 WIB). Berikut ini adalah data beban harian dan tegangan kirim pada feeder 7 pinang adalah sebagai berikut : Tabel 4.1 Tabel perbandingan beban dan tegangan sebelum dan setelah pemasangan kapasitor. SEBELUM PEMASANGAN KAPASITOR SETELAH PEMASANGAN KAPASITOR TANGGAL INCOMING 2 J A M TRAFO DAYA 2 FEEDER 7 PINANG TANGGAL J A M INCOMING 2 TRAFO DAYA FEEDER 7 PINANG A KV J A M A A KV J A M A 01/05/ , /12/ , /05/ , /12/ , /05/ , /12/ , /05/ , /12/ , /05/ , /12/ , /05/ , /12/ , /05/ , /12/ , /05/ : , /12/ , /05/ , /12/ , /05/ , /12/ , /05/ , /12/ , /05/ , /12/ , /05/ , /12/ , /05/ , /12/ , /05/ , /12/ , /05/ , /12/ , /05/ , /12/ , /05/ , /12/ , /05/ /12/ , /05/ /12/ , /05/ , /12/ , /05/ , /12/ , /05/ , /12/ , /05/ , /12/ , /05/ , /12/ , /05/ , /12/ , /05/ , /12/ , /05/ , /12/ , /05/ , /12/ , /05/ , /12/ , /05/ , /12/ , Simulasi dan perhitungan Drop sebelum dipasang kapasitor Tegangan Dari data beban harian fedeer 7 Pinang GI Muaro Bungo diatas maka didapat beban tertinggi pada saat luar waktu beban puncak adalah 162 Ampere dan pada saat beban puncak (WBP ) adalah sebesar 235 Ampere. Dari hasil simulasi etap 7.0 dan summary report etap 7.0 sebelum pemasangan kapasitor maka didapat kan Tegangan kirim dari GI Muaro Bungo melalui Fedeer 7 Pinang adalah sebesar 20,6 KV dengan beban 236 Ampere dan tegangan yang sampai ke GH Sungai Rumbai adalah 17,852 KV dengan beban 155 Ampere. Drop tegangan feeder dapat dilihat dari table berikut : Tabel 4.2 Data beban dan tegangan fedeer 7 pinang berdasarkan simulasi etap 7 sebelum pemasangan kapasitor 3 x 300 Kvar Simulasi dan perhitungan Drop Tegangan setelah dipasang kapasitor Dari data beban harian fedeer 7 Pinang GI Muaro Bungo diatas maka didapat beban tertinggi pada saat luar waktu beban puncak adalah 162 Ampere dan pada saat beban puncak (WBP ) adalah sebesar 228 Ampere. Dari hasil simulasi etap 7.0 dan summary report etap 7.0 sebelum pemasangan kapasitor maka didapat kan Tegangan kirim dari GI Muaro Bungo melalui Fedeer 7 Pinang adalah GI Muaro Bungo GH Sungai Rumbai Dro p Teganga Teg Tegang BEBA n BEBA ang an kirim N diterima N an (kv) (A) (kv) (A) (kv) 20, ,2 18, Cos Phi 2, sebesar 20,6 KV dengan beban 229,2 Ampere dan tegangan yang sampai ke GH Sungai Rumbai adalah 18,252 KV dengan beban 157 Ampere. Drop tegangan feeder dapat dilihat dari table berikut : Tabel 4.3 Data beban dan tegangan fedeer 7 pinang berdasarkan simulasi etap 7 setelah pemasangan kapasitor 3 x 300 Kvar. Jurnal Teknik Mesin Vol.4, No.1, April 2014 :

6 Analisa Didalam melakukan simulasi dengan menggunakan sofware Etap 7.0 data data yang diinput harus lengkap, untuk penghantar 240 mm 2 mempunyai data data sebagai berikut : Penghantar A3C 240 mm 2 Resistansi : 0,1344ohm /km Z1 = 0,1344+j 0,3158 Z0 = 0,2824+1,6033 GMR : 0,66 cm Diameter : 1,748 cm Sebelum dipasang Kapasitor pada feeder 7 Pinang. Dimana diketahui V sumber = Volt Cosh ⱷ = 0,9 I (beban) = 236 Ampere L (Panjang saluran) = 50,12 Km A3C = 240 mm 2 Maka Daya aktif dapat dihitung : P = 3 x V x I x Cosh ⱷ = 3 x 20600x 235 x 0,9 = ,163watt = 7546,3721 KWatt Untuk menghitung besarnya drop tegangan yang ada di feeder 7 pinang dapat dipakai dengan rumus berikut : = I x (R x coshⱷ + X x sinⱷ) x L = 235 x ( 0,1344 x 0,9 + 0,3158 x 0,435) x 50,12 = 3043,69 volt Jadi drop tegangan sebelum dipasang kapasitor adalah sebesar 3,04369 KV Setelah dipasang Kapasitor pada feeder 7 Pinang Maka Daya aktif dapat dihitung : P = 3 x V x I x Cosh ⱷ = 3 x 20600x 228 x 0,95 = ,72 watt = 7728,11427 KWatt Untuk menghitung besarnya drop tegangan yang ada di feeder 7 pinang dapat dipakai dengan rumus berikut : = I x (R x coshⱷ + X x sinⱷ) x L = 228 x ( 0,1344 x 0,95 + 0,3158 x 0,312) x 50,12 = 2584,97 volt Jadi drop tegangan sebelum dipasang kapasitor adalah sebesar 2,58497 KV Perhitungan Kapasitor Setelah dilakukan perhitungan dengan menggunakan simulasi Etap dan perhitungan dengan rumus, maka diketahui untuk pemasangan kapasitor 3x300 KVAR masih belum efektif untuk menurunkan drop tegangan, maka diperlukan kapasitas kapasitor yang tepat yang dapat dihitung : Dimana diketahui Maka Daya aktif dapat dihitung : P = 3 x V x I x Cosh ⱷ = 3 x 20600x 235 x 0,9 = ,163watt = 7546,3721 KWatt S = 3. V. I = 3 x x 235 = ,959 VA S = 8384,857 KVA Daya reaktif ( Q ) = (S) 2 -(P) 2 Q 1 = (8384,857) 2 (7546,3721) 2 = 3654,87KVAR Target perbaikan faktor daya adalah 0,98 maka nilai kapasitor yang harus dipasang dapat dihitung sebagai berikut : Q 1 = 3654,87 KVAR Q 2 = P tan ( cos -1 0,98 ) = 7546,3721 tan ( cos -1 0,98 ) = 1532,356 KVAR Q = Q 1 - Q 2 = 3654, ,356 = 2122,514 KVAR Perhitungan drop tegangan dengan menggunakan kapasitor 2122,514 KVAR adalah : Jurnal Teknik Mesin Vol.4, No.1, April 2014 :

7 = I x (R x coshⱷ + X x sinⱷ) x L = 235 x ( 0,1344 x 0,98 + j0,3158 x 0,198) x 50,12 = 2287,80 Volt = 2,28780 KV KESIMPULAN 1. Kapasitor shunt digunakan untuk kompensasi beban induktif dan untuk pengaturan tegangan ujung transmisi. Aplikasi kapasitor shunt akan memperbaiki faktor daya jaringan, mengurangi rugi-rugi (losses) jaringan, menetralkan/meniadakan jatuh tegangan dan memperbaiki stabilitas tegangan sehingga dengan kata lain suatu kapasitor shunt akan menaikkan angka efisiensi pada jaringan dengan memperbaiki faktor daya. 2. Pada hasil simulasi Etap 7.0 Drop Tegangan sebelum dilakukan pemasangan kapasitor 3 x 300 Kvar adalah sebesar 2,748 KV dan Drop Tegangan setelah dipasangn Kapasitor 3 x 300 Kvar adalah sebesar 2, 348 KV 3. Target perbaikan faktor daya adalah 0,98 maka nilai kapasitor yang harus dipasang adalah 2122,514 KVAR, dan dapat drop tegangan pada feeder 7 pinang adalah sebesar 2,28780 KV 4. Untuk pemasangan kapasitor 3 x 300 KVAR belum efektif untuk menurunkan Drop Tegangan dan dapat mengurangi rugi rugi saluran distribusi pada Feeder 7 Pinang DAFTAR PUSTAKA [1] Djiteng marsudi (2006:14) Operasi Sistem Tenaga Listrik [2] transmisi.html [3] Pedoman OM Kapasitor (No. Dokumen : 4-22/HARLUR-PST/2009) [4] Wijarnoko Eko. Optimasi Penempatan Kapasitor Shunt Untuk Perbaikan Daya Reaktif Pada Penyulang Distribusi Primer Radial Dengan Algoritma Genetic, Tugas Akhir. Universitas Diponogoro [5] Handiyani Sylvia, dkk, 2010 Perbaikan Faktor Daya Untuk Penghematan Biaya Listrik di KUD Tani Mulyo Lamongan.Tugas Akhir. ITS [6] Pabla. A. S. Sistim Distribusi Daya Listrik [7] doc Jurnal Teknik Mesin Vol.4, No.1, April 2014 :