ESTIMASI RUGI-RUGI ENERGI PADA SISTEM DISTRIBUSI RADIAL 20 KV (STUDI KASUS : PENYULANG KI.4-MAWAS GI. KIM)

ESTIMASI RUGI-RUGI ENERGI PADA SISTEM DISTRIBUSI RADIAL 20 KV (STUDI KASUS : PENYULANG KI.4-MAWAS GI. KIM) Jhon Palmer Sitorus Zulkarnaen Pane Konsentrasi Teknik Energi Listrik Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Almamater Kampus USU Medan 20155 INDONESIA e-mail : jhon.palmer@students.usu.ac.id or jhon.palmer@yahoo.com Abstrak Pendekatan empiris terdahulu mengenai konstanta pada formula faktor rugi-rugi telah ditemukan oleh M.W. Gustafson dari tahun 1983 s.d. 1993. Gustafson mengubah koefisien dan menyediakan konstanta pada formula faktor rugi-rugi. Tulisan ini membahas observasi data riil terkini pengukuran rugi-rugi estimasi rugi-rugi pada penyulang distribusi radial 20 kv dan membandingkan hasil estimasi dengan formula faktor rugi-rugi yang ditemukan oleh Gustafson. Metode estimasi yang digunakan untuk memperkirakan rugi-rugi adalah dengan metode loss factor. Berdasarkan hasil pengukuran (aktual) diperoleh nilai rugi-rugi pada penyulang KI.4-Mawas sebesar 44.9106 kwh atau 111 % sedangkan dengan menggunakan metode estimasi (konstanta A = 0146 dan B = 0843) didapatkan nilai rugi-rugi sebesar 43.81082 kwh atau 108685 %. Dengan formula faktor rugirugi Gustafson I (konstanta A = 008 dan B = 092) didapatkan nilai rugi-rugi sebesar 43.64599 kwh atau 108276 %. sedangkan dengan formula faktor rugi-rugi Gustafson II (konstanta pangkat 1912) didapatkan nilai rugi-rugi sebesar 43.62651 kwh atau 108227 %. Nilai rugi-rugi dengan menggunakan konstanta pada formula faktor rugi-rugi estimasi memberikan hasil yang lebih akurat terhadap nilai pengukuran dibandingkan dengan menggunakan konstanta formula faktor rugi-rugi referensi. Kata Kunci: Faktor beban (load factor) faktor rugi-rugi (loss factor) kurva beban harian (load daily curve) estimasi rugi-rugi. 1. Pendahuluan Pada umumnya pemantauan rugi-rugi teknis pada tingkat pembangkit dan saluran transmisi tidak menjadi masalah karena adanya fasilitas pengukuran yang dapat memantau dengan baik. Hal yang sama juga terdapat pada gardu induk (GI) sehingga rugi-rugi teknis dari GI tidak menjadi masalah besar karena disinipun pengukuran dan pemantauan berjalan baik. Lain halnya pada sisi distribusi rugi-rugi teknis lebih kompleks dan sulit diketahui besarannya. Pada GI setiap penyulang yang keluar dari GI dilengkapi dengan alat pengukuran begitu pula pada sisi primer trafo tenaganya. Selepas ini tidak terdapat lagi alat pengukuran kecuali pada meteran pelanggan. Oleh karena itu sangatlah sulit menentukan rugi-rugi secara tepat pada sistem distribusi[1]. Ada dua sumber kesalahan pokok dalam perhitungan rugi-rugi yaitu : 1. Selisih kwh () yang disalurkan GI dan kwh yang terjual atau yang terpakai oleh pelanggan tidak menggambarkan keadaan sebenarnya. Karena ada yang tidak terukur seperti meteran rusak kesalahan pembacaan meter dan sebagainya. Dari sini jelaslah selisih yang sebenarnya tidak dapat diukur secara pasti. 2. Pembacaan meteran pada GI tidak dilakukan pada jam menit dan hari yang sama dengan demikian kwh () yang diukur tidak benar-benar merupakan kwh yang disalurkan -140- copyright @ DTE FT USU

sehingga hal ini akan menjadi kesalahan dalam analisis selanjutnya. Metode estimasi rugi-rugi yang ada saat ini banyak menggunakan asumsi-asumsi akibat keterbatasan sumber daya yang tersedia. Tugas akhir ini menerapkan metode yang dikembangkan oleh Kriengkrai Jamnarn dan Pakorn[2] untuk memperkirakan rugi-rugi pada penyulang distribusi. Hasil estimasi digunakan sebagai perbandingan terhadap hasil estimasi dengan menggunakan formula faktor rugi-rugi referensi[3]. 2. Metode Estimasi Rugi-rugi Energi 2.1. Sistem Distribusi Radial Pada sistem distribusi radial listrik mengalir dari sumber tenaga utama ke gardugardu distribusi. Sistem radial ini sangat sederhana dan memiliki biaya instalasi yang relatif murah akan tetapi nilai kelangsungan pelayanan terhadap pelanggan juga sangat rendah hal ini dikarenakan penempatan bebanbeban yang ada hanya disambungkan pada satu sumber tenaga saja sehingga jika terjadi gangguan pada jalur sumber tenaga tersebut maka seluruh sistem bisa ikut padam termasuk mungkin beberapa daerah pada sistem yang tidak ikut mengalami gangguan. Walaupun demikian di Indonesia sistem distribusi radial masih banyak digunakan mengingat nilai ekonomisnya yang lebih terjangkau. Selain itu sistem ini juga masih digunakan untuk menyuplai beban-beban dengan jangkauan jarak yang pendek yang memiliki sedikit kemungkinan gangguan pada saluran[4]. 2.2. Karakteristik Beban Beban listrik yang ada bisa diklasifikasikan berdasarkan karakter umum pelanggan dari beban tersebut yaitu : beban rumah tangga beban industri beban komersial dan fasilitas umum. Karakteristik perubahan besarnya daya yang diterima oleh beban sistem tenaga listrik dalam suatu satuan interval tertentu dikenal sebagai kurva beban. Penggambaran kurva ini dilakukan dengan mencatat besar beban tiap jam. Sumbu vertikal menyatakan skala beban sedangkan sumbu horizontal menyatakan skala waktu. Faktor beban (load factor) adalah rasio perbandingan antara beban rata-rata selama suatu periode tertentu ( ) terhadap permintaan maksimum atau beban puncak selama jangka waktu periode tertentu ( ) yang disederhanakan melalui persamaan berikut[4] : = 2.3. Pengukuran Rugi-rugi Energi Rugi-rugi pada penyulang jaringan tegangan menengah (JTM) dapat ditentukan berdasarkan pengukuran menggunakan AMR (Automatic Meter Reading) yang ditunjukkan pada Gambar 1 yaitu selisih yang dikirimkan penyulang dengan jumlah yang terukur pada masing-masing gardu distribusi[5]. Gambar 1. Letak AMR Untuk Pengukuran Rugi-Rugi Energi Pada Jaringan Tegangan Menengah (JTM) Maka rugi-rugi pengukuran pada JTM dapat dihitung dengan persamaan : = % = % : Rugi-rugi JTM h : Energi yang dikirimkan penyulang h : Total pada gardu distribusi % : persentase rugi-rugi 2.4. Estimasi Rugi-rugi Energi (2) (1) (3) Dalam mengestimasi besarnya rugi-rugi yang terjadi terlebih dahulu perlu dihitung dan. -141- copyright @ DTE FT USU

= (4) : Perbandingan antara beban yang terukur terhadap beban puncak dalam satu periode waktu tertentu : Banyaknya beban yang terukur : Load Factor (Faktor beban) Tabel 1. Formula faktor rugi-rugi referensi Formula Faktor Penemu Rugi-rugi (Fs) 008 + 092 ² M.W. Gustafson 3. Hasil dan Pembahasan 3.1. Pengukuran Rugi-rugi Energi = : Loss Factor (Faktor rugi-rugi) (5) Hasil dari pengukuran rugi-rugi Penyulang KI.4-Mawas merupakan selisih dari pengukuran pada AMR penyulang di Tabel 2 terhadap total pengukuran pada AMR gardu distribusi di Tabel 3. Setelah diperoleh nilai dan maka selanjutnya dilakukan estimasi konstanta A dan B dengan menggunakan software statistika SPSS[6]. Hubungan antara dan adalah[7-9]: Tabel 2. Data penyulang KI.4-Mawas Stand Stand Nama Faktor kwh kwh Penyulang kali Akhir Awal KI.4 Mawas 310.193. 601 306.162.600 Energi 1 4.031.001 = ( ) + ( )² + = (6) (7) Hasil pengukuran rugi-rugi penyulang KI.4-Mawas dari tanggal 1 Oktober 2013 sampai dengan 31 Oktober 2013 ditunjukkan pada Tabel 4. Setelah diperoleh konstanta A dan B maka rugi-rugi energy dapat diestimasi dengan menggunakan rumus[1011] : = : Rugi-rugi total estimasi : Rugi-rugi daya pada saluran (kw) : Periode waktu estimasi (jam) Untuk menghitung rugi-rugi daya pada saluran ( ) dapat disimulasikan menggunakan software ETAP[12]. 2.5. Formula Faktor Rugi-rugi Referensi (8) Ada banyak formula faktor rugi-rugi pendekatan. Sebagai perbandingan penulis hanya memilih dua saja sebagai referensi seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1[3]. Tabel 3. Data gardu-gardu penyulang KI.4- Mawas No Gardu Stand ID Faktor kwh Energi AMR Kali (akhir Gardu awal) 1 ML.89 053894 1600 335721 537.1536 2 ML.94 054391 800 314080 251.2640 3 ML.445 499180 400 137231 54.8294 4 ML.135 079299 60 146000 8.7600 5 ML.136 005791 800 56813 45.4504 6 ML.242 113015 7000 378403 2.648.8210 7 ML.307 178478 400 0 0 8 ML.174 011562 2000 219836 439.672 9 ML.146 011555 1 140000 1400 Total 3.986.0904-142- copyright @ DTE FT USU

Data pengukuran direkam oleh AMR setiap 1 jam selama 24 jam. Dengan menggunakan Persamaan (2) dan (3) maka diperoleh rugi-rugi pengukuran pada JTM. Besar rugi-rugi Penyulang KI.4-Mawas berdasarkan hasil pengukuran ditunjukkan pada Tabel 4. Tabel 4. Data rugi-rugi pada penyulang KI.4- Mawas % Energi Σ Energi Rugi-rugi penyulang gardu 4.031.001 3.986.0904 44.9106 111 3.2. Estimasi Rugi-rugi Energi Data kurva beban harian (load duration curve) selama bulan Oktober digunakan untuk menghitung nilai dan. Nilai dan selama bulan Oktober ditunjukkan pada Tabel 5. Tabel 5. Nilai dan bulan Oktober 1 0872 0771 2 0704 0523 3 0685 0501 4 0683 0500 5 0766 0622 6 0945 0894 7 0713 0530 8 0838 0709 9 0746 0581 10 0772 0610 11 0896 0809 12 0791 0632 13 0758 0581 14 0824 0691 15 0720 0531 16 0752 0618 17 0870 0764 18 0901 0815 19 0863 0750 20 0948 0899 21 0920 0850 22 0902 0818 23 0847 0719 24 0826 0689 25 0650 0435 26 0697 0502 27 0930 0868 28 0755 0602 29 0676 0496 30 0859 0747 31 0883 0785 Dengan data pada Tabel 5 selanjutnya dilakukan estimasi konstanta A dan B menggunakan software SPSS. SPSS memberikan nilai konstanta A = 0146 dan B = 0843. Sedangkan untuk menghitung rugi-rugi daya pada saluran dilakukan simulasi studi aliran daya pada software ETAP. ETAP memberikan nilai rugi-rugi daya sebesar 875 kw. Dengan menggunakan Persamaan (8) maka diperoleh nilai estimasi rugi-rugi harian dengan A = 0146 dan B = 0843 selama 1 bulan. Data hasil estimasi ditunjukkan pada Tabel 6. Tabel 6. Hasil estimasi rugi-rugi menggunakan dan (A = 0146 dan B = 0843) (A=0146 & B=0843) (kw) (jam) 1 0872 0769 875 24 2 0704 0521 875 24 3 0685 0496 875 24 4 0683 0493 875 24 5 0766 0607 875 24 6 0945 0891 875 24 7 0713 0533 875 24 8 0838 0715 875 24 9 0746 0578 875 24 10 0772 0615 875 24 11 0896 0808 875 24 12 0791 0643 875 24 13 0758 0595 875 24 14 0824 0693 875 24 15 0720 0542 875 24 16 0752 0587 875 24 17 0870 0765 875 24 16168 33 10948 01 10417 02 10362 98 12752 82 18714 81 11198 43 15030 26 12154 28 12923 29 16982 58 13513 48 12512 80 14566 24 11396 77 12334 13 16069 76-143- copyright @ DTE FT USU

(A=0146 & B=0843) (kw) (jam) 18 0901 0816 875 24 19 0863 0754 875 24 20 0948 0896 875 24 21 0920 0849 875 24 22 0902 0818 875 24 23 0847 0728 875 24 24 0826 0696 875 24 25 0650 0452 875 24 26 0697 0512 875 24 27 0930 0866 875 24 28 0755 0591 875 24 29 0676 0485 875 24 30 0859 0748 875 24 31 0883 0787 875 24 3.3. Hasil Perbandingan 17150 79 15842 56 18819 68 17833 85 17184 74 15298 66 14630 36 94946 6 10758 15 18190 64 12413 96 10186 89 15723 71 16533 40 Untuk mendapatkan hasil perbandingan maka dihitung pula estimasi rugi-rugi dengan menggunakan formula faktor rugi-rugi Gustafson I seperti yang ditunjukkan pada Tabel 7 dan dengan menggunakan formula faktor rugi-rugi Gustafson II seperti yang ditunjukkan pada Tabel 8. Hasil perbandingan nilai pengukuran terhadap estimasi rugi-rugi ditunjukkan pada Tabel 9. Tabel 7. Hasil estimasi rugi-rugi menggunakan dan (A = 008 dan B = 092) (A=008 & (kw) (jam) B=092) 1 0872 0770 875 24 1.61907 2 0704 0513 875 24 1.07742 3 0685 0486 875 24 1.02267 4 0683 0484 875 24 1.01710 5 0766 0601 875 24 1.26406 6 0945 0897 875 24 1.88494 7 0713 0525 875 24 1.10327 8 0838 0714 875 24 1.50055 9 0746 0572 875 24 1.20207 10 0772 0610 875 24 1.28172 (A=008 & B=092) (kw) (jam) 11 0896 0811 875 24 1.70399 12 0791 0639 875 24 1.34293 13 0758 0590 875 24 1.23919 14 0824 0691 875 24 1.45229 15 0720 0535 875 24 1.12375 16 0752 0581 875 24 1.22069 17 0870 0766 875 24 1.60880 18 0901 0819 875 24 1.72155 19 0863 0754 875 24 1.58512 20 0948 0902 875 24 1.89591 21 0920 0853 875 24 1.79287 22 0902 0821 875 24 1.72509 23 0847 0727 875 24 1.52849 24 0826 0694 875 24 1.45896 25 0650 0441 875 24 92776 26 0697 0503 875 24 1.05783 27 0930 0871 875 24 1.83015 28 0755 0585 875 24 1.22896 29 0676 0475 875 24 99896 30 0859 0748 875 24 1.57274 31 0883 0789 875 24 1.65713 Tabel 8. Hasil estimasi rugi-rugi menggunakan dan ( ) ( ) (kw) (jam) 1 0872 0771 875 24 1.61969 2 0704 0511 875 24 1.07507 3 0685 0485 875 24 1.01979 4 0683 0482 875 24 1.01416 5 0766 0601 875 24 1.26320 6 0945 0897 875 24 1.88557 7 0713 0524 875 24 1.10116 8 0838 0714 875 24 1.50087 9 0746 0571 875 24 1.20078 10 0772 0609 875 24 1.28098 11 0896 0811 875 24 1.70471 12 0791 0639 875 24 1.34256 13 0758 0589 875 24 1.23817 14 0824 0691 875 24 1.45243 15 0720 0534 875 24 1.12182 16 0752 0580 875 24 1.21953 17 0870 0766 875 24 1.60940 18 0901 0820 875 24 1.72227 19 0863 0755 875 24 1.58568 20 0948 0903 875 24 1.89652 21 0920 0854 875 24 1.79359 22 0902 0821 875 24 1.72581 23 0847 0728 875 24 1.52889 24 0826 0694 875 24 1.45912 25 0650 0439 875 24 92384 26 0697 0502 875 24 1.05530-144- copyright @ DTE FT USU

` ( ) (kw) (jam) 27 0930 0871 875 24 1.83084 28 0755 0584 875 24 1.22786 29 0676 0474 875 24 99583 30 0859 0749 875 24 1.57326 31 0883 0789 875 24 1.65781 Tabel 9. Hasil perbandingan pengukuran terhadap estimasi rugi-rugi Perbandingan Fs rata-rata % % Error Pengukuran - 067283 44.91060 111 - Estimasi Gustafson I 0146 + 0843 ² 008 + 092 ² 067298 43.81081 10868 245 067044 43.64599 10827 282 Gustafson II 067014 43.62651 10822 286 Dari hasil perbandingan antara rugi-rugi hasil pengukuran dan estimasi menunjukan selisih yang tidak terlalu jauh yaitu dengan tingkat kesalahan sebesar 245 %. Formula Kesimpulan Dari hasil penelitian dan pembahasan yang dilakukan diperoleh kesimpulan sebagai berikut: 1. Rugi-rugi penyulang KI.4 Mawas pada bulan Oktober 2013 berdasarkan hasil pengukuran diperoleh sebesar 44.9109 kwh atau 111 %. 2. Rugi-rugi penyulang KI.4 Mawas pada bulan Oktober 2013 berdasarkan hasil estimasi diperoleh sebesar 43.8108181 kwh atau 108685 %. 3. Perbandingan antara rugi-rugi hasil estimasi dan rugi-rugi dengan menggunakan formula faktor rugi-rugi referensi hasilnya menunjukkan konstanta pada formula faktor rugi-rugi estimasi memberikan hasil yang lebih akurat. Referensi [1]. http://garyshafer.blogspot.com/2008/03/29/rugi/s usut Teknis Pada Sistem Distribusi Tenaga Listrik/diakses tanggal 28 September 2013. [2]. Bunluesak K.; Horkierti J.; Kaewtrakulpong P. Power Loss Estimation in Distribution System. A Case Study of PEA Central Area I King Mongkut s University of Technology Thonburi & Kasetsart University. faktor rugi-rugi Gustafson I memiliki tingkat kesalahan sebesar 282 % dan Gustafson II sebesar 286 %. [3]. Dickert J.;Hable M.; Schegner Energy Loss Estimation in Distribution Networks for Planning Purposes IEEE Bucharest Power Tech Conference 28 June 2 July 2009. [4]. Suswanto Daman Sistem Distribusi Tenaga Listrik Untuk Mahasiswa Teknik Elektro Edisi Pertama. 2009. Universitas Negeri Padang Press: Padang. [5]. Ramadhianto Danang Studi Susut Energi Pada Sistem Distribusi Tenaga Listrik Melalui Analisis Pengukuran dan Perhitungan 2008. Universitas Indonesia : Jakarta. [6]. Shenkman A.L. Energy Loss Computation By Using Statistical Techniques IEEE Trans. on Power Delivery Vol. 5 No.1 1990. [7]. Buller F.H.; Woodrow C.A. Load Factor- Equivalent Hour Value Compared Electrical World July14 1928. [8]. Hoebel H.F. Cost of Electric Distribution Losses Electric Light and Power March 15 1959. [9]. Kau S.W.; Cho M.Y. Distribution Feeder Loss Computation By Artificial Neural network IEEE. Trans 1995. [10]. Ferreyra R.O.; Paoletich P.J. Model For Losses Calculation And Breakdown In Distribution Systems Conference Publication No.482 CIRED 2001. [11]. Gustafson M.W.; Baylor J.S. The Equivalent Hours Loss Factor Revisited IEEE Trans. on Power Systems Vol. 3 No. 4 1988. [12]. Ramadhianto Danang Studi Susut Energi Pada Sistem Distribusi Tenaga Listrik Melalui Analisis Pengukuran dan Perhitungan 2008. Universitas Indonesia : Jakarta. -145- copyright @ DTE FT USU