KOMPENSASI TEGANGAN DROP PADA PENYULANG PAKIS PT. PLN (PERSERO) DISTRIBUSI LAMPUNG DENGAN PENEMPATAN DYNAMIC VOLTAGE RESTORER

Transkripsi

1 1 KOMPENSASI TEGANGAN DROP PADA PENYULANG PAKIS PT. PLN (PERSERO) DISTRIBUSI LAMPUNG DENGAN PENEMPATAN DYNAMIC VOLTAGE RESTORER (Skripsi) Oleh AGUNG AHMAD SULTON SAPUTRA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2017

2 2 ABSTRACT COMPENSATING THE VOLTAGE DROP ON THE PAKIS FEEDER PT. PLN (PERSERO) DISTRIBUTION OF LAMPUNG WITH THE PLACEMENT OF DYNAMIC VOLTAGE RESTORER By AGUNG AHMAD SULTON SAPUTRA Basically, the distribution system should be able to supply the electric power to the end user in the voltage range of not less than five percent of its nominal value. However, in the conditions of long distance area with the characteristic of uneven distributed population, the voltage level on the consumers at the end of the grid are sometimes out of the nominal value even it could be droped. Even some in cases, the capacitor banks are fails to improve the voltage level. Therefore a breakthrough is purpose of the possibilities of the use Intelligent Power Electronic Device. On the other hand, Dynamic Voltage Restorer which is one of the common equipment used to protect the sensitive loads from the influence of disturbances such as voltage sag or swell, it is exposing the possibility to apply for effort reduced in the low voltage distribution network. In this work, the Dynamic Voltage Restorer is used to improve the voltage profile when voltage drop occured by deploying some dynamic voltage restorers on the secondary distribution network 20 kv. From some simulations conducted by manipulating sistem loading, it was depicted that load voltage level can be maintained on the permited range ie 95% - 105% from nominal voltage. Keyword: Dynamic voltage restorer, Drop voltage, system distribution

3 3 ABSTRAK KOMPENSASI TEGANGAN DROP PADA PENYULANG PAKIS PT. PLN (PERSERO) DISTRIBUSI LAMPUNG DENGAN PENEMPATAN DYNAMIC VOLTAGE RESTORER Oleh AGUNG AHMAD SULTON SAPUTRA Pada prinsipnya sistem distribusi harus dapat menyuplai daya hingga ke konsumen akhir dalam range tegangan yang tidak kurang dari lima persen dari nilai nominalnya. Akan tetapi, pada kondisi dimana jaringan Sistem distribusi ini harus menyuplai ke daerah yang sangat jauh dan dengan karakteristik persebaran penduduk yang tidak merata, tingkat tegangan pada konsumen di ujung penyulang terkadang jauh dari nilai nominal, bahkan dapat menyusut hingga separuhnya. Pada beberapa kasus, penggunaan capacitor bank bahkan tidak sanggup untuk memperbaiki keadaan ini. Untuk itu diperlukaan suatu terobosan dengan memanfaatkan kemungkinan penggunaan Intelligent Power Electronic Device dalam mengatasi susut tegangan (voltage drop) ini. Di sisi lain, Dynamic voltage restorer yang merupakan salah satu peralatan yang biasa digunaakan untuk melindungi beban yang sensitive dari pengaruh gangguan tegangan seperti voltage sag maupun voltage swell, memperlihatkan kemungkinan untuk diaplikasikan pada usaha memperbaiki susut tegangan di jaringan distribusi tegangan rendah. Pada penelitian ini dynamic voltage restorer digunakan untuk memperbaiki profil tegangan saat terjadi voltage drop dengan menempatkannya pada titik titik tertentu dalam jaringan distribusi sekunder 20 kv. Dari berbagai simulasi yang dilakukan dengan mengubah-ubah kondisi pembebanan sistem, diperlihatkan bahwa tegangan beban dapat dijaga pada range yang di ijinkan yaitu 95% s.d 105% dari tegangan nominal. Kata Kunci : Dynamic voltage restorer, Drop voltage, Jaringan distribusi

4 4 KOMPENSASI TEGANGAN DROP PADA PENYULANG PAKIS PT. PLN (PERSERO ) DISTRIBUSI LAMPUNG DENGAN PENEMPATAN DYNAMIC VOLTAGE RESTORER Oleh Agung Ahmad Sulton Saputra Skripsi Sebagai Salah Satu Syarat Mencapai Gelar SARJANA TEKNIK Pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2017

5 5

6

7

8 viii RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Bumi Dipasena Agung, pada tanggal 29 Desember 1995, sebagai anak pertama dari dua bersaudara, dari Bapak Tontoni dan Ibu Sri Kurniawati. Riwayat pendidikan penulis dimulai dari Sekolah Dasar Negeri (SDN) 3 Way Urang, Kalianda pada tahun 2001 dan diselesaikan pada tahun 2007, Sekolah Menengah Pertama Negeri (SMPN) 2 Kalianda dari tahun 2007 dan diselesaikan pada tahun 2010, dan Sekolah Menengah Atas Negeri (SMAN) 1 Kalianda, Lampung Selatan dari tahun 2010 dan diselesaikan pada tahun Tahun 2013, penulis terdaftar sebagai mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung melalui jalur Undangan. Selama menjadi mahasiswa penulis pernah menjadi asisten praktikum Mata Kuliah Analisa System Tenaga dan terdaftar sebagai anggota organisasi intra kampus Badan Eksekutif Mahasiswa (BEM U) Universitas Lampung sebagai Staf Ahli Kementrian Sosial dan Politik (SOSPOL) periode Pada Januari 2016 penulis melaksanakan kerja praktik di Fakultas Teknik Universitas Lampung, dan membuat laporan tentang Audit Energi Meliputi Sistem Pencahayaan, Tata Udara Serta Menentukan Intensitas Konsumsi Energi (IKE) Di Gedung H Fakultas Teknik Universitas Lampung. Pada 01 Desember 2016 Melaksanakan Penelitian di Laboratorium Terpadu Teknik Elektro Universitas Lampung dengan judul yang ada pada penelitian ini.

9 PERSEMBAHAN Dengan Ridho Allah SWT, teriring shalawat kepada Nabi Muhammad Shalallahu Alaihi W assalam Karya tulis ini kupersembahkan untuk: Ayah dan Ibuku Tercinta Tontoni dan Sri Kurniawati Serta adikku Tersayang Bilkis Nur Izzaty, S.Pd. Keluarga besar Mbah Suratmi Teman-teman kebanggaanku Rekan-rekan Jurusan Teknik Elektro Almamaterku Universitas Lampung Agamaku Islam Bangsa dan Negaraku Republik Indonesia

10 x MOTTO Karena Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. ( Al-Quran, Surat Al Insyirah, 94 : 5 6 )

11 SANWACANA Alhamdulillahirobbil alamiin, penulis memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian Tugas Akhir ini. Tugas akhir dengan judul KOMPENSASI TEGANGAN DROP PADA PENYULANG PAKIS PT. PLN (PERSERO) DISTRIBUSI LAMPUNG DENGAN PENEMPATAN DYNAMIC VOLTAGE RESTORER ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung. Dalam masa perkuliahan dan penelitian, penulis mendapat banyak hal baik berupa dukungan, semangat, motivasi dan banyak hal yang lainya. Untuk itu penulis mengucapkan terimakasih kepada : 1. Bapak Prof. Dr. Ir. Hasriadi Mat Akin, M.P. selaku Rektor Universitas Lampung 2. Bapak Prof. Suharno, M.Sc., Pd.D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung 3. Bapak Dr. Ing Ardian Ulvan, S.T., M.Sc. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro, Universitas Lampung.

12 xii 4. Bapak Khairuddin, S.T., M.Sc., Ph.D., Eng selaku pembimbing utama skripsi yang telah dengan sabar membimbing, memberikan ilmunya, motivasi dalam hidup dan arahannya di sela-sela kesibukan beliau yang sangat padat. 5. Bapak Dr. Eng. Lukmanul Hakim, S.T., M.Sc. selaku pembimbing pendamping yang telah mebimbing, memberi ilmunya, cerita inspiratif, arahan spiritual serta sarannya dalam individu menyusun penelitian ini. 6. Bapak Osea Zebua, S.T., M.T. selaku dosen penguji skripsi yang telah memberikan saran, krikitikan yang sangat membangun dalam penyusunan skripsi. 7. Segenap dosen dan pegawai di Jurusan Teknik Elektro yang telah memberikan ilmu dan wawasan yang tak terlupakan oleh penulis. 8. Ayahanda Tontoni (Ayah), Ibunda Sri Kurniawati (Ibu). Tiada terkira jasa yang kalian berikan, hanya doa dan sedikit usaha meraih prestasi sekarang dan kedepannya serta menyelesaikan kewajiban agar terpancar senyum bangga di wajah kalian yang sangan saya impikan. 9. Saudari tercinta Bilkis Nur Izzaty, S.Pd., yang selama ini telah memberikan kasih sayang, semangat, doa, nasihat serta dukungan dalam segala asspek agar selalu istiqomah dalam menuntut ilmu. 10. Mbah Suratmi, bulek, pakde, bude, mas dan o om yang selama ini telah memberikan kasih sayang, semangat, doa, nasehat serta dukungan nya. 11. Teman diskusi saya kakak senior Elektro Angkatan 2010, 2011, 2012 yang menyempatkan waktunya disela-sela kerjanya untuk berdiskusi dengan penulis.

13 xiii 12. Teman seperjuangan dari awal sampai akhir saudari Rani Kusuma Dewi, S.T. terimakasih atas semua jasa dan persahabatan karena allah swt. 13. Teman dan rekan seperjuangan laboratorium Sistem Tenaga Elektrik (Aji Irawan, Surya Andika, Ahmad Wira, S.T., Windu Nur, S.T., Ubaidah, S.T., Annisa Zauhar Nafisah, S.T., Fandy, Fitra, Ferdy, Dedi, Yogi, Elektro 2015) terimakasih atas cerita, tawa, berbagi ilmu, pengalaman dan silaturahminya. 14. Mas Rahman sang dosen sekaligus penguasa leb kedua setelah para Dosen, terimakasih mas untuk ilmu, kopi, gula dan tehnya. 15. Teman-teman keluarga besar Elektro Angkatan 2013 terimaksih atas segala yang telah diberikan. Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam penulisan skripsi ini. Penulis mengharapkan kritik dan saran konstruktif dari semua pihak demi kemajuan bersama. Penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Bandar Lampung, 24 Juli 2017 Penulis, Agung Ahmad Sulton Saputra

14 xiv DAFTAR ISI DAFTAR ISI... xvi DAFTAR GAMBAR... xviii DAFTAR TABEL... xxii I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Tujuan Perumusan Masalah Batasan Masalah Manfaat Hipotesis Sistematika Penulisan... 5 II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Studi Aliran Daya Aliran Daya Kendali Sistem Tenaga... 7

15 xv 2.3. Sistem Per-Unit (pu) Custom Power Device (CPD) Konfigurasi Dynamic Voltage Restorer (DVR) Dynamic Voltage Restorer (DVR) Injection/coupling transformer Voltage source converter Filter Pasif Penyimpan Energi Prinsip kerja DVR Perangkat Lunak Pendukung ETAP III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Waktu dan Tempat Alat dan Bahan Tahap Pengerjaan Diagram Alir Penelitian Cara yang dilakukan peneliti untuk menyelesaikan penelitian hasil yang diharapkan... 24

16 xvi IV. KOMPENSASI TEGANGAN DROP PADA PENYULANG PAKIS PT. PLN (PERSERO) DISTRIBUSI LAMPUNG DENGAN PENEMPATAN DYNAMIC VOLTAGE RESTORER 4.1. Sistem Distribusi pada Penyulang Pakis GI Menggala V. HASIL DAN PEMBAHASAN Sistem Distribusi pada Penyulang Pakis GI Menggala Skenario Simulasi Hasil Simulasi dan Analisa Simulasi Sistem IEEE 34 Bus Simulasi dengan Sistem Penyulan Pakis GI Menggala 118 Bus dengan Beban Tak Seimbang VI. KESIMPULAN 6.1. Kesimpulan DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A LAMPIRAN B

17 xvii DAFTAR GAMBAR Gambar 1 Topologi DVR Gambar 2 Dynamic voltage restorer (DVR) Gambar 3 Sirkuit ekuivalen DVR Gambar 4 Model VSC pada rangkain DVR Gambar 5 Diagram alir penelitian Gambar 6 Struktur DVR Gambar 7 Struktur DVR yang diusulkan oleh peneliti Gambar 8 Single Line Diagram Penyulang Pakis Gardu Induk Menggala Gambar 9 Single Line Diagram IEEE 34 Bus Gambar 10 Profil Tegangan dengan dan tanpa DVR... 31

18 xviii Gambar 11 Perbandingan Total Rugi-rugi Daya Aktif dan Daya Reaktif dengan dan tanpa DVR Gambar 12 Profil Tegangan dengan dan tanpa DVR Gambar 13 Perbandingan Total Rugi-rugi Daya Aktif dan Daya Reaktif dengan dan tanpa DVR Gambar 14 Profil Tegangan dengan dan tanpa DVR Gambar 15 Perbandingan Total Rugi-rugi Daya Aktif dan Daya Reaktif dengan dan tanpa DVR Gambar 16 Profil Tegangan dengan dan tanpa DVR Gambar 17 Perbandingan Total Rugi-rugi Daya Aktif dan Daya Reaktif dengan dan tanpa DVR Gambar 18 Profil Tegangan dengan dan tanpa DVR Gambar 19 Perbandingan Total Rugi-rugi Daya Aktif dan Daya Reaktif dengan dan tanpa DVR Gambar 20 Profil Tegangan dengan dan tanpa DVR Gambar 21 Perbandingan Total Rugi-rugi Daya Aktif dan Daya Reaktif dengan dan tanpa DVR Gambar 22 Profil Tegangan dengan dan tanpa DVR Gambar 23 Perbandingan Total Rugi-rugi Daya Aktif dan Daya Reaktif dengan dan tanpa DVR Gambar 24 Profil Tegangan dengan dan tanpa DVR... 46

19 xix Gambar 25 Perbandingan Total Rugi-rugi Daya Aktif dan Daya Reaktif dengan dan tanpa DVR Gambar 26 Profil Tegangan dengan dan tanpa DVR Gambar 27 Perbandingan Total Rugi-rugi Daya Aktif dan Daya Reaktif dengan dan tanpa DVR... 49

20 I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Seiring perkembangan jaman di dunia industri, fabrikasi pengolahan dan perkembangan teknologi lainnya, maka akan meningkat pula kebutuhan tenaga listrik. Perkembangan yang pesat ini kurang dibarengi dengan perkembangan pembangkit listrik. Keterbatasan pembangkit serta penurunan kemampuan pembangkit akibat dari penuaan merupakan salah satu masalah untuk melaksanakan pelayanan kontinuitas. Di lain pihak terjadi gangguan yang dapat menimbulkan putusnya pelayanan listrik ke konsumen dan terjadi pertambahan beban dalam sistem tenaga listrik. Dengan bertambahnya beban tersebut mengakibatkan peningkatan daya reaktif akibat beban induktif pada bus beban maupun pada saluran. Sistem distribusi merupakan bagian dari sistem tenaga listrik yang berguna untuk menyalurkan tenaga listrik dari sumber daya listrik sampai pada konsumen. Di daerah pedalaman yang menggunakan jaringan listrik distribusi 20 kv mempunyai karakterisrik khusus dimana beban dan lokasi pemukiman yang berjauhan. Kondisi

21 2 tersebut menyebabkan panjang saluran distribusi untuk mencapai beban yang ada. Akibat dari panjangnya saluran distribusi mengakibatkan besarnya rugi-rugi baik pada rugi-rugi daya listrik serta voltage drop sepanjang saluran distribusi. Dengan adanya permasalahan tersebut nilai konstan magnitude tegangan pada titik beban sensitive pada kondisi sistem mengalami gangguan. Kondisi ini menyebabkan tegangan rendah disisi pelanggan. Custom power device (CPD) mempunyai banyak jenis diantaranya seperti Active power filters (APF)/ filter daya aktif, sistem penyimpan daya baterai/ Battery Energy storage system (BESS), Distribution static synchronous COMpensator (DSTATCOM), Distribution series capacitors(dsc)/ kapasitor seri, Dynamic voltage restorer (DVR), Uninterruptible power supplies (UPS) dan lain- lain. Pemulih tegangan listrik dinamis Dynamic voltage restoter (DVR) yang berfungsi untuk mengatur tegangan sesuai dengan kebutuhan agar dapat mempertahankan tegangan keluaran berada pada posisi konstan dengan meletakkan di simpul tertentu pada jaringan distribusi 20 kv. Dynamic voltage restorer (DVR) pada umumnya digunakan untuk memperbaiki profil tegangan saat terjadi voltage sag maupun voltage swell. Pada penelitian ini Dynamic voltage restorer (DVR) digunakan untuk memperbaiki profil tegangan saat terjadi voltage drop. Untuk menentukan lokasi simpul terbaik adalah dengan melakukan perhitungan ataupun simulasi lokasi pemasangan sampai didapat lokasi terbaik untuk pemasangan. Perhitungan ataupun simulasi dapat menggunakan perangkat lunak analisa aliran daya.

22 3 Studi aliran daya berguna untuk memberikan informasi tentang aliran daya dan tegangan sistem dalam kondisi operasi tunak. Studi aliran daya juga diperlukan dalam perencanaan sistem tenaga listrik dan mengetahui besarnya daya aktif dan daya reaktif yang mengalir pada sistem. Pada tugas akhir ini, penulis membahas Dynamic voltage restoter (DVR) dengan membuat simulasi pada jaringan distribusi dengan menggunakan software ETAP Tujuan Tujuan tugas akhir ini yaitu: 1. Untuk mengetahui tegangan, daya aktif, daya reaktif dan sudut tegangan yang dihasilkan dengan atau tanpa pemasangan Dynamic voltage restoter (DVR) pada penyulang pakis PT. PLN (Persero) Distribusi Lampung. 2. Untuk mengkompensasi tegangan drop pada aliran daya tiga fasa dengan menggunakan Dynamic voltage restoter (DVR). 3. Untuk menjaga nilai konstan magnitude tegangan pada titik beban sensitive pada kondisi sistem ketika mengalami gangguan Perumusan Masalah

23 4 Pada sistem tenaga listrik dibutuhkan pengatur kendali yang bisa memonitor dan mengontrol sistem tersebut. Pada jaringan distribusi 20 kv sering terjadi gangguan pada saluran transmisi atau distribusi. Gangguan tersebut dapat menyebabkan tegangan transient, sag, atau swell pada sistem. Hal yang sama pada kondisi beban berat, penurunan tegangan yang signifikan dapat terjadi pada sistem sehingga dapat terjadi voltage drop. Untuk mengatasi supaya tegangan yang dihasilkan baik maka digunakan Dynamic voltage restoter (DVR) yang berfungsi untuk menginjeksi tegangan ke dalam sistem untuk mengatur tegangan disisi beban. Dengan adanya Dynamic voltage restoter (DVR) diharapkan dapat memperbaiki tegangan pada penyulang pakis Batasan Masalah Adapun batasan masalah yang dibahas adalah: 1. Penelitian ini hanya membahas pengaruh Dynamic voltage restoter (DVR) terhadap profil tegangan pada sistem yang digunakan. 2. Penelitian ini tidak membahas sistem proteksi dan harmonisa pada Dynamic voltage restoter (DVR) Manfaat Manfaat dari tugas akhir ini adalah:

24 5 1. Memberikan masukan ke pihak industri, khususnya PT. PLN (Persero) Distribusi Lampung bagaimana cara memperbaiki tegangan dengan pemasangan Dynamic voltage restoter (DVR) dan penerapannya pada sistem tenaga listrik sehingga dapat menyimulasikannya pada sistem tenaga serta dapat menjadi acuan untuk mengevaluasi dan mengembangkan sistem yang ada. 2. Memberikan pemahaman kepada penulis mengenai tegangan yang dihasilkan dengan ada tidaknya pemasangan Dynamic voltage restoter (DVR) sebagai studi perencanaan dalam mengatasi permasalahan jatuh tegangan pada sistem distribusi agar dapat sesuai dengan nilai- nilai standar yang berlaku. 3. Dapat menjadi acuan bagi mahasiswa lain dalam menyempurnakan tugas akhir ini Hipotesis Kebutuhan masyarakat terhadap energi listrik semakin meningkat maka beban juga mengalami perubahan setiap waktu, sehingga sistem bekerja tidak baik dan memungkinkan terjadinya perubahan tegangan di sisi beban. Salah satu solusi masalah akibat penurunan tegangan pada suatu sistem adalah dengan pemasangan Dynamic voltage restoter (DVR). Dengan adanya Dynamic voltage restoter (DVR) diharapkan dapat menjaga nilai konstan magnitude tegangan

25 6 pada titik beban sensitive pada kondisi sistem mengalami gangguan berada pada standar IEEE , IEEE Recommended Practice For Monitoring Electric Power Quality Sistematika Penulisan Laporan akhir ini dibagi menjadi Enam bab yaitu: BAB I. PENDAHULUAN Pada bab ini memaparkan latar belakang, masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, perumusan masalah, batasan masalah, hipotesis, dan sistematika penulisan. BAB II. TINJAUAN PUSTAKA Pada bab ini menjelaskan teori-teori pendukung materi penelitian yang diambil dari berbagai sumber ilmiah yang digunakan dalam penulisan laporan tugas akhir ini. BAB III. METODOLOGI PENELITIAN Pada bab ini memaparkan waktu dan tempat penelitian, alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian, metode penelitian yang digunakan, serta pelaksanaan dan pengamatan penelitian BAB IV. KOMPENSASI TEGANGAN DROP PADA PENYULANG PAKIS PT. PLN (PERSERO) DISTRIBUSI LAMPUNG DENGAN PENEMPATAN DYNAMIC VOLTAGE RESTORER Pada bab ini menjelaskan penelitian yang dilakukan

26 7 BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN Pada bab ini menjelaskan hasil data penelitian dan pembahasan dari tugas akhir ini. BAB VI. KESIMPULAN Pada bab ini menjelaskan kesimpulan yang didasarkan pada hasil data dan pembahasan dari tugsa akhir ini.

27 II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Studi Aliran Daya Aliran Daya Analisa aliran daya pada sistem distribusi bertujuan untuk mengetahui aliran daya pada setiap bus, besar tegangan pada setiap bus, serta rugi-rugi yang terjadi pada setiap sistem distribusi dalam kondisi normal. Analisa aliran daya dapat digunakan untuk mengetahui berbagai hal yang berhubungan dengan jaringan yang dianalisa tersebut diantaranya yaitu: 1. perluasan jaringan, yaitu dengan menentukan lokasi bus beban baru, unit pembangkitan, dan gardu induk. 2. Pengaturan tegangan, perbaikan faktor daya, kapasitas kawat penghantar, dan rugi - rugi daya. 3. Perencanaan jaringan, yaitu kondisi jaringan yang dirancang untuk masa mendatang sesuai dengan pertumbuhan beban [1]. 2.2 Kendali Sistem tenaga

28 9 Fungsi dari sistem tenaga listrik adalah untuk mengkonversi energi dari suatu energi alam menjadi energi listrik untuk kebutuhan sehari-hari. Energi listrik tidak hanya digunakan dalam bentuk listrik saja, melainkan harus dikonversi terlebih dahulu menjadi cahaya, gerak, panas dll. Perancangan dan pengoperasian sistem yang baik harus memenuhi persyaratan sebagai berikut: a. Saat kondisi beban yang berubah-ubah, sistem harus memenuhi permintaan daya aktif dan reaktif. b. Kualitas dari power supply harus memenuhi standar minimum berikut ini: - Frekuensi yang konstan - Tegangan yang konstan - Tingkat keandalan Energi listrik yang dibangkitkan tidak dapat disimpan tetapi langsung habis digunakan oleh konsumen (beban). Oleh sebab itu daya yang dibangkitkan Energi listrik tidak dapat disimpan sehingga dalam pengoperasian sistem harus diperhatikan dan dikontrol dengan tepat. 2.3 Sistem Per-Unit (pu) Dalam memudahkan proses perhitungan dalam sistem daya listrik digunakan sistem per unit (pu), yang didefinisikan sebagai perbandingan nilai yang sebenarnya dengan nilai dasar (base value), hal ini dapat dituliskan dengan persamaan berikut:

29 10 Besaran per unit = besaran sebenarnya besaran dasar [2] 2.4 Custom Power Device (CPD) Peralatan Custom power device (CPD) mempunyai banyak jenis diantaranya Active power filters (APF)/ filter daya aktif, sistem penyimpan daya batere/ Battery energy storage system (BESS), Distribution static synchronous COMpensator (DSTATCOM), Distribution series capacitors(dsc)/ kapasitor seri, Dynamic voltage restorer (DVR), Uninterruptible power supplies (UPS) dan lain- lain. Masing masing peralatan Custom power device (CPD) mempunyai kelebihan dan kekurangan. Jenis peralatan CPD yang paling efektif adalah Dynamic voltage restorer (DVR)/ pemulih tegangan listrik dinamis. Ada beberapa alasan mengapa Dynamic voltage restorer (DVR) lebih baik dari pada peralatan lainnya. Alasan alasan tersebut yaitu : 1. Dynamic voltage restorer (DVR) mempunyai kemampuan untuk mengontrol aliran daya aktif dibandingkan dengan SVC. Meskipun piranti VSC lebih awal dari pada DVR. 2. DVR lebih murah jika dibandingkan dengan UPS. UPS tidak hanya mahal, tetapi juga memerlukan pemeliharaan yang intensif karena baterai mengalami kebocoran dan mempunyai usia pakai tertentu, sehingga harus diganti setiap lima tahun.

30 11 3. DVR mempunyai suatu kapasitas daya lebih lebih tinggi dan murah dibandingkan dengan peralatan SMESH. 4. Ukuran DVR lebih kecil dan murah jika dibandingkan dengan DSTATCOM. 5. DVR memiliki vitur tambahan lain seperti filter harmonik dan koreksi faktor daya selain mengkonpensasi Sag dan Swell Berdasarkan alasan alasan tersebut, tidak mengherankan bila DVR secara luas dipertimbangkan sebagai suatu piranti daya yang efektif dalam mitigasi tegangan Sag. Dibandingkan dengan peralatan lain, DVR menyediakan solusi ekonomi terbaik untuk ukuran dan kemampuan yang dimiliki [3]. 2.5 Konfigurasi Dynamic voltage restoter (DVR) Pemulih tegangan listrik dinamis Dynamic voltage restoter (DVR) merupakan piranti solid state yang menginjeksi tegangan ke dalam sistem untuk mengatur tegangan disisi beban. Dynamic voltage restoter (DVR) pertama kali digunakan pada tahun Pada umumnya Dynamic voltage restoter (DVR) dipasang pada sistem distribusi diantara suplai dan feeder beban kritis. Fungsi utama pada Dynamic voltage restoter (DVR) untuk menaikkan tegangan listrik dengan cepat disisi beban ketika terjadi gangguan. Selain berfungsi untuk mengkompensasi sag dan swell, Dynamic voltage restoter (DVR) juga memiliki fitur tambahan lain seperti: 1. Mengkompensasi tegangan harmonik pada jaringan

31 12 2. Mereduksi tegangan transien 3. Membatasi arus gangguan Secara umum Dynamic voltage restoter (DVR) mengontrol tegangan suplai yang ditempatkan diantara sumber dan beban sensitive. Dynamic voltage restoter (DVR) menginjeksi tegangan pada sistem dengan tujuan untuk mengkompensasi setiap gangguan yang mempengaruhi tegangan beban [4]. Gambar 1 Topologi DVR Trafo injeksi atau sering disebut dengan trafo booster merupakan trafo yang di desain secara khusus untuk membatasi kopling noise dan energi transien dari sisi primer ke sisi sekunder. Fungsi utama trafo booster adalah [6]. 1. Mentransformasi dan mengkopel tegangan kompensasi injeksi yang dibangkitkan oleh VSC ke tegangan suplai sisi masukan (incoming) 2. Menghubungkan DVR ke jaringan distribusi melalui belitan HV 3. Menyediakan isolasi beban dari sistem (VSC dan mekanisme)

32 13 Fungsi utama dari filter harmonik adalah untuk mempertahankan konten harmonik yang dihasilkan oleh Voltage source converter pada level yang diijinkan. Filter harmonik ini memiliki rating ± 2% dari MVA beban yang terhubung kekumparan tersier dari trafo injeksi. VSC adalah sebuah sistem elektronik daya yang terdiri dari peralatan penyimpanan dan peralatan pensaklaran yang dapat membangkitkan tegangan listrik sinusoidal pada frekuensi, besar dan sudut fasa yang diinginkan. Pada aplikasi Dinamic voltage restorer (DVR), Voltage source converter (VSC) dipergunakan untuk menggantikan sementara tegangan listrik suplai atau untuk membangkitkan bagian tegangan suplai yang hilang. 2.6 Dynamic voltage restoter (DVR) Secara umum konfigurasi dari rangkaian Dynamic voltage restoter (DVR) terdiri dari empat komponen utama yang memiliki fungsinya masing masing yaitu 1. Injection/coupling transformer. 2. VSC (Voltage Source Converter). 3. Filter. 4. Penyimpan energi (energy storage) [2].

33 14 Gambar 2 Dynamic voltage restoter (DVR) Persamaan matematis tegangan Dynamic voltage restoter (DVR) dimana V DVR = V L + Z TH I L + V TH V L Z TH I L V TH magnitude tegangan beban impedansi beban arus beban beban sistem

34 15 Gambar 3 Sirkuit ekuivalen DVR Dimana I L = P L + jq L V L Injection/coupling transformer Tiga transformer satu fasa yang dihubungkan secara seri dengan feeder distribusi yang digandeng (couple) dengan Voltage source converter (VSC) untuk level tegangan tinggi distribusi. Fungsi dasar dari injection/coupling transformers digunakan sebagai isolasi elektrik serta untuk menaikan suplai tegangan AC yang rendah yang dihasilkan VSC untuk menghasilkan tegangan yang diinginkan [3][4] Voltage Source Converter VSC yang digunakan pada penelitian ini adalah Pulse width modulation-inverter (PWM-inverter) yang terdiri dari komponen Switching IGBT (Insulated gate bipolar transistor). Fungsi dasar dari inverter adalah untuk mengkonversi tegangan

35 16 searah yang dihasilkan oleh piranti penyimpan energi (Energy storage device) menjadi tegangan arus bolak balik yang dibutuhkan injection/coupling transformer untuk mengkonpensasi tegangan pada saat terjadinya voltage sag seperti pada gambar dibawah ini [5]. Gambar 4 Model VSC pada rangkaian DVR Filter Pasif Filter pasif terdiri dari suatu kapasitor yang ditempatkan pada sisi inverter atau sisi line dari injection/coupling transformers. Keuntungan dari penempatan filter pada sisi inverter yaitu dapat mencegah orde harmonisa agar tidak mengalir melalui kumparan transformator. Namun kelamahan dari filter tersebut adalah menimbulkan tegangan droop dan pergeseran fasa (phase shift) pada (komponen fundamental) tegangan injeksi, hal itu tentu dapat mempengaruhi rangkaian kontrol dari DVR [6] Penyimpan Energi

36 17 Fungsi dari penyimpan energi yaitu menghasilkan daya aktif untuk mensuplai beban pada saat terjadinya voltage drop. Jenis penyimpan energi diantaranya batteries, lead-acid, flywheel atau SMES (Superconducting magnetic energy storage) dapat digunakan untuk menyimpan energi (energy storage) [7]. 2.7 Prinsip kerja DVR Prinsip kerja DVR adalah menerima dan memproses sinyal error dari sumber, hasilnya kemudian akan dimasukkan ke PWM Inverter tiga fasa pada rangkaian utama dari hasil perhitungan arus referensi yang dihasilkan oleh sinyal error antara tegangan beban dengan tegangan referensi jadi sinyal yang diolah PWM merupakan sinyal referensi yang diperoleh dari hasil perhitungan tersebut. Sinyal referensi ini kemudian dimodulasikan dengan sinyal carrier (triangular wave) yang berupa sinya berbentuk gigi gergaji (saw tooth). Sinyal error ini berbentuk sinusoidal yang dimodulasikan dengan sinyal gigi gergaji sebagai sinyal carrier. Output dari PWM diatas digunakan untuk mentrigger rangkaian switching yang terdiri atas 6 IGBT. Tegangan keluaran arus bolak balik yang dihasilkan oleh PWM-Inverter akan dinaikkan tegangan oleh injection/coupling transformer untuk mengkompensasi voltage sag yang terjadi pada beban kritis (critical load). 2.8 Perangkat Lunak Pendukung

37 ETAP ETAP (Electric Transient and Analysis Program) merupakan perangkat lunak power system yang bekerja berdasarkan project. Setiap project harus menyediakan pemodelan peralatan dan alat-alat pendukung yang berhubungan dengan analisa yang dilakukan. Seperti data beban, saluran, transformator peralatan listrik lainnya. Sebuah project terdiri dari sub-sistem kelistrikan yang membutuhkan sekumpulan komponen elektrik yang saling berhubungan. Perangkat ini dapat bekerja dalam kondisi offline dan online. Offline untuk simulasi tenag listrik. Sedangkan online untuk pengelolaan data real-time. Fitur yang terdapat di dalamnya antara lain untuk menganalisa pembangkitan tenaga listrik, sistem transmisi maupun sistem distribusi tenaga listrik. Software ETAP dapat melakukan penggambaran single line diagram suatu sistem dan melakukan hubung singkat (short circuit analysis), analisa aliran daya (load flow analysis), transient stability, harmonisa, dan beberapa fungsi lainnya.

38 III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Waktu dan Tempat Tugas akhir ini dilaksanakan pada bulan February 2017 Juni 2017 di Laboratorium Sistem Tenaga Elektrik (STE), Laboratorium Terpadu Teknik Elektro, Jurusan Teknik Elektro, Universitas Lampung Alat dan Bahan Alat yang digunakan pada tugas akhir ini yaitu: 1. Satu unit Laptop dengan spesifikasi prosesor Intel (R) Core (TM) i7-2630qm 2.00GHz, dan sistem operasi Windows 10 Pro 64-bit sebagai media perancangan dan pengujian program. 2. Perangkat lunak ETAP sebagai perangkat lunak utama untuk perancangan dan perhitungan. 3. Data-data beban, line, tegangan, bus pembangkit, bus beban, generator dan diagram penyulang Pakis pada PLN GI Menggala

39 Tahap Penelitian Berikut ini adalah langkah kerja yang dilakukan untuk menyelesaikan tugas akhir yaitu : 1. Studi Literatur Studi literatur yaitu mempelajari materi yang berkaitan dengan tugas akhir. Materi tersebut berasal dari berbagai referensi atau sumber sumber ilmiah lainnya seperti jurnal ilmiah, skripsi skripsi, buku buku yang terkait dengan tugas akhir. 2. Studi Bimbingan Penulis juga melakukan studi bimbingan yaitu dengan cara berdiskusi dan tanya jawab dengan dosen pembimbing untuk menambah wawasan dan menyelesaikan kendala yang terjadi saat melaksanakan tugas akhir. 3. Pengambilan dan Pengolahan Data Pada tahap ini, penulis melakukan pengambilan data yang nantinya akan diolah dan dianalisa menggunakan perangkat lunak. Data yang akan digunakan yaitu : 1. Data beban tiap fasa di trafo distribusi pada GI Menggala. 2. Data one-line diagram sistem distribusi 20 kv pada GI Menggala. 3. Data impedansi urutan positif, urutan negative dan urutan nol.

40 21 Kemudian data tersebut akan diolah menggunakan program utama (simulink ETAP ). Kemudian hasil pengolahan data tersebut akan dibandingkan dengan data saat ini tahun Simulasi Setelah semua data terkumpul, proses selanjutnya dilakukan simulasi aliran daya tiga fasa. Data data tersebut berguna sebagai penempatan yang tepat Dinamic voltage restorer (DVR) menggunakan program utama ETAP adapun langkah langkah simulasi yang dilakukan yaitu: a. Memasukkan semua data yang didapat pada simulasi aliran daya, dan menjalankan simulasi dengan menggunakan sofware utama yaitu ETAP b. Mengamati bus yang mengalami droop tegangan yang paling besar dan menempatkaan yang tepat Dinamic voltage restorer (DVR). 5. Pembuatan Laporan Tahap ini berfungsi untuk menuliskan hasil yang telah didapat dan sebagai sarana pertanggungjawaban terhadap penelitian yang telah dilakukan. Laporan dibagi kedalam dua tahap, yaitu laporan awal yang digunakan untuk seminar usul dan laporan akhir yang digunakan untuk seminar hasil.

41 Diagram Alir Penelitian Mulai Tugas Akhir Menyiapkan Refrensi dan Program Studi Literatur Studi Bimbingan Pengambilan Data Pemodelan Simulasi Program Evaluasi Program Simulasi Memasukkan Data Tidak Apakah Hasil Sesuai? Ya Laporan Revisi Laporan Tidak Apakah sudah benar? Tugas Akhir Selesai 3.5. Cara Yang Dilakukan Peneliti Untuk Menyelesaikan Penelitian Gambar 5 diagram alir penelitian Ya

42 23 Simulasi yang dilakukan yaitu pemodelan dynamic voltage restorer (DVR) pada Penyulang Pakis dan memodelkan pada sistem distribusi IEEE 34 bus dengan beban seimbang. Simulasi ini dilakukan untuk mengetahui tegangan, sudut tegangan, daya aktif, daya reaktif pada setiap bus dan total rugi-rugi daya pada Penyulang Pakis dan pada pemodelan sistem distribusi IEEE 34 BUS. sebelum dilakukan pemodelan DVR pada sistem Penyulang Pakis Distribusi Lampung terlebih dahulu dibuat pada sistem distribusi IEEE 34 BUS, hal ini berguna untuk mengetahui apakah pemodelan Dynamic voltage restorer (DVR) yang dibuat oleh peneliti telah sesuai atau mendekati. Pemodelan dynamic voltage restorer (DVR) sebagai acuan peneliti yaitu: Gambar 6 Struktur DVR

43 24 Pemodelan Dynamic Voltage Restorer (DVR) yang dibuat peneliti yaitu : Gambar 7 struktur DVR yang diusulkan oleh peneliti Berdasarkan struktur DVR tersebut peneliti dapat menjaga tegangan beban pada range yang diijnkan yaitu 95% untuk undervoltage s.d 105% untuk overvoltage dari tegangan nominal sebesar 100%. Dengan struktur DVR yang telah diusulkan tersebut peneliti juga dapat mengurangi losses yang ditimbulkan pada sistem Penyulang Pakis Distribusi lampung dan sistem IEEE 34 BUS. Sistem Distribusi IEEE 34 BUS. Sistem ini digunakan oleh peneliti sebagai uji coba struktur DVR yang dibuat telah sesuai atau tidak. Pada sistem ini terdapat 6 (enam) skenario dimana masing-masing

44 25 skenario dilakukan penambahan pada panjang saluran dan total beban yang digunakan. Hal ini dilakukan untuk mengetahui terjadinya drop tegangan pada masing-masing saluran, kemudian dengan adanya DVR, drop tegangan tersebut dapat diperbaiki 10% s.d 15% dari tegangan saat terjadinya drop tegangan. losses yang ditimbulkan juga dapat dikurangi setalah dilakukan nya pemasangan DVR. Data lengkap Sistem Distribusi IEEE 34 bus ada pada lampiran B Sistem Penyulang Pakis Distribusi Lampung. Pada sistem tersebut setelah dilakukan simulasi pada software ETAP dengan 3 (tiga) skenario yaitu kondisi full load, kondisi siang, dan kondisi malam. Skenario ini diambil peneliti guna mengetahui drop tegangan diujung saluran. Pada kondisi full load artinya beban yang ada pada sistem secara keseluruhan atau 100% digunakan. Pada kondisi siang artinya beban yang ada pada sistem hanya 50% saja yang digunakan dari total beban yang ada yaitu sebesar 100%. Kondisi yang terakhir yaitu kondisi malam, dimana pada kondisi ini beban yang digunakan hanyan 75% dari beban yang terpasang sebesar 100%. Setelah dilakukan simulasi dapat diketahui pada kondisi full load, tegangan diujung saluran sebesar 65,87% mag. Pada kondisi siang, tegangan diujung saluran sebesar 82,25% mag. Pada kondisi malam, tegangan diujung saluran sebesar 74,64%. Dengan pemasangan DVR pada bus 4 dan bus 46 drop tegangan yang terjadi dapat diperbaiki. Pada kondisi full load, tegangan menjadi 93,48% mag. Pada kondisi

45 26 siang, tegangan menjadi 101,35% mag. Pada kondisi malam, tegangan menjadi 97,7% mag. Losses yang terjadi berbeda-beda di setiap skenario yang digunakan. Pada kondisi full load tanpa DVR terdapat losses sebesar 2.296,974 VA dan dengan DVR losses tersebut dapat dikurangi menjadi 606,688 VA. Pada kondisi siang tanpa DVR terdapat losses 801,882 VA dan dengan DVR losses tersebut dapat dikurangi menjadi 172,323 VA. Pada kondisi malam tanpa DVR terdapat losses 1.391,567 VA dan dengan DVR losses tersebut dapat dikurangi menjadi 221,549 VA. Dengan ini hasil yang diharapkan telah sesuai dengan teori. Dimana pada teorinya DVR dapat menaikkan profil tegangan dengan tetap menjaga agar losses nya berkurang Hasil Yang Diharapkan Hasil yang diharapkan setelah melakukan penelitian ini dengan pemasangan Dynamic voltage restorer di titik beban sensitive pada kondisi sistem mengalami gangguan untuk pengendalian tegangan adalah dengan mendapatkan nilai konstan magnitude tegangan tegangan yang diijinkan yaitu sebesar 95% untuk undervoltage dan 105% untuk overvoltage, serta losses yang ada pada sistem dapat dikurangi.

46 IV. KOMPENSASI TEGANGAN DROP PADA PENYULANG PAKIS P.T PLN (PERSERO) DISTRIBUSI LAMPUNG DENGAN PENEMPATAN DYNAMIC VOLTAGE RESTORER 4.1 Sistem Distribusi pada Penyulang Pakis GI Menggala Sistem Penyulang Pakis ini terdiri dari 1 sumber daya terkoneksi 3 phasa yaitu Gardu Induk dengan rating 1.184, 96 MVA, 150 kv balanced, rating short circuit 1.184,96 MVAsc (3 Phasa) dan 301,52 MVAsc (1 Phasa). total daya beban pada Penyulang Pakis adalah 5.826,8 kw dan 3.611,22 kvar pada kondisi full load, 2.938,99 kw dan 1.821,51 kvar pada kondisi siang, 4.247,54 kw dan 2.632,08 kvar pada kondisi malam. Tegangan yang daharapkan sebesar 20 kv namun pada kenyataan nya tegangan jauh dari nominal tersebut yaitu sebesar 13,175 kv pada kondisi beban penuh, 14, 927 kv pada kondisi malam dan 16,451 kvpada kondisi siang. Dengan kondisi tersebut PLN menaikkan tegangan dengan cara memasang kapasitor, namun cara tersebut justru membuat losses pada sistem bertambah besar. Hal ini tentu saja membuat rugi para konsumen. Oleh sebab itu peneliti mengusulkan untuk menggunakan Dynamic voltage restorer sebagai pengganti dari kapasitor. Dengan adanya Dynamic voltage restoter (DVR) diharapkan dapat menjaga nilai konstan magnitude tegangan pada titik beban

47 28 sensitive pada kondisi sistem mengalami gangguan. DVR merupakan salah satu jenis dari Custom power device (CPD). Masing masing peralatan Custom power device (CPD) mempunyai kelebihan dan kekurangan. Jenis peralatan CPD yang paling efektif adalah Dynamic voltage restorer (DVR)/ pemulih tegangan listrik dinamis. Ada beberapa alasan mengapa Dynamic voltage restorer (DVR) lebih baik dari pada peralatan lainnya. Alasan alasan tersebut yaitu : 1. Dynamic voltage restorer (DVR) mempunyai kemampuan untuk mengontrol aliran daya aktif dibandingkan dengan SVC. Meskipun piranti VSC lebih awal dari pada DVR. 2. DVR lebih murah jika dibandingkan dengan UPS. UPS tidak hanya mahal, tetapi juga memerlukan pemeliharaan yang intensif karena baterai mengalami kebocoran dan mempunyai usia pakai tertentu, sehingga harus diganti setiap lima tahun. 3. DVR mempunyai suatu kapasitas daya lebih lebih tinggi dan murah dibandingkan dengan peralatan SMESH. 4. Ukuran DVR lebih kecil dan murah jika dibandingkan dengan DSTATCOM. 5. DVR memiliki vitur tambahan lain seperti filter harmonik dan koreksi faktor daya selain mengkonpensasi sag dan swell Berdasarkan alasan alasan tersebut, tidak mengherankan bila DVR secara luas dipertimbangkan sebagai suatu piranti daya yang efektif dalam mitigasi tegangan

48 29 sag. Dibandingkan dengan peralatan lain, DVR menyediakan solusi ekonomi terbaik untuk ukuran dan kemampuan yang dimiliki

49 VI. KESIMPULAN 6.1. Kesimpulan Setelah dilakukan penelitian ini, penulis mendapatkan beberapa kesimpulan : 1. Tegangan beban dapat dijaga pada range yang diijnkan yaitu 95% untuk undervoltage s.d 105% untuk overvoltage dari tegangan nominal sebesar 100%. 2. Dynamic voltage restorer dengan model yang diusulkan dapat memulihkan profil tegangan undervoltage. 3. Nilai tegangan dan sudut tegangan disetiap bus berbeda dengan pemasangan DVR atau tanpa pemasangan DVR. Dimana dengan pemasangan DVR pada sistem, sudut tegangan yang dihasilkan semakin kecil maka nilai tegangan yang dihasilkan akan semakin besar sehingga losses yang dihasilkan akan semakin kecil. 4. Dynamic voltage restorer dapat mengurangi rugi-rugi daya aktif maupun rugi-rugi daya reaktif

50 DAFTAR PUSTAKA [1] M. P. Selvan and K. S. Swarup, "Object-Oriented Power System Analysis", Indian Institute of Science, Chennai, 2004 [2] M. R. Banaei, Seyed Hossein Hosseini, Sohrab Khamohammadi, Gevorg B. Gharehpetion, ''Loss Reduction of Distribution System Using APPLC'', Simulation Modelling Practice and theory 13(2): (2005) [3] M. Bollen, 1996,"Fast Assesment Methods for Voltage Sag in Distribution System", IEEE Transaction on Power Delivery, vo. 12, no. 4, pp , October 1997 [4] Winarso, "PERBAIKAN KUALITAS TEGANGAN MENGGUNAKAN DYNAMIC VOLTAGE RESTORER", Universitas Muhammadiyah Purwokerto 2013 [5] W. H. Kersting,"Radial Distribution Test Feeders", New Mexico State University [6] Turan Gonen,"Electric Power Distribution System Engineering",McGraw- Hill.Inc, United States,1986. [7] Stevenson, William D, Jr, "Analisis Sistem Tenaga Elektrik", Penerbit Erlangga edisi keempat, 1996.

51 [8] Hadi Saadat,"Power System Analysis", McGraw-Hill [9] William H. Hayt, Jr, Jack E. Kemmerly, "Rangkaian Listrik", Jilid 1 edisi 4 Penerbit Erlangga, [10] Aredes, M. Heumann, K. and Watabe, E. H.1998,"An Universal Active Power Line Conditioner", IEEE Trans. on Power Delivery. 13 (2): [11] J. G. Nielsen, Michael Newman,"Control strategy for dynamic voltage restorer at medium voltage level", IEEE transaction on power electronics, Vol 19 no 13, Mei 2004