ANALISIS PERBAIKAN TEGANGAN PADA SUBSISTEM DENGAN PEMASANGAN KAPASITOR BANK DENGAN ETAP VERSI 7.0 Wiwik Handajadi 1 1 Electrical Engineering Dept. of Institute of Sains & Technology AKPRIND Yogyakarta e-mail : wiwikhandajadi@gmail.com ABSTRACT The increasing of the business in the generally of inductive load industry, causing inductive reactive power demand increases. The increasing inductive reactive power in a system resulting in loss of voltage. One of the power loss that occurs due to decrease in the voltage on the transmission line, low power factor occurs causing the reliability of the system in delivering to consumers is reduced. Installation of capacitor banks carried on buses has decreased. This research was conducted at the Pusat Pengatur dan Distribusi (P3B) PT. PLN Central Java and D.I. Yogyakarta with simulation using ETAP program version 7.0. So that the power losses before the installation of bank capacitor at the Pedan subsystem shows losses of power of 16.34MW. Then, do the installation of bank capacitor at bus Palur, so power losses becomes 13.42MW, power losses on the bus Gondangrejo shows 13.37MW and power losses on the bus Wonogiri shows 13.17MW. From the calculation results, the bus Gondangrejo shows decreased voltage losses of 4.93% to 4.23% or an increase of voltage 142kV be 143.5kV. At the bus Palur shows decreased of the voltage losses from 3.51% to 3.04% or an increase of the voltage 144.9kV be 145.4kV. At bus Wonogiri shows decreased of the voltage losses from 14.2% to 12.2% or an increase of the voltage from 128.9kV be 131.1kV. Keywords: Capacitor banks, subsystems, ETAP versi.7.0 LATAR BELAKANG Apabila terjadi gangguan pada sistem dan membuat sistem tidak berfungsi dengan baik atau terhenti total, maka akan dapat menimbulkan kerugian yang sangat besar. Oleh sebab itu, dibutuhkan suatu sistem tenaga listrik di seluruh wilayah operasi agar dapat mencegah hal-hal yang dapat merugikan sistem pembangkit listrik tersebut. Sistem penunjang keandalan penyediaan tenaga listrik harus tersedia mulai dari proses pembangkitan, transmisi hingga pendistribusian. Selain itu, dibutuhkan pula peralatanperalatan sistem tenaga listrik yang dapat bekerja dengan sesuai dengan setting peralatan tersebut. Meningkatnya usaha dibidang industri yang umumnya bersifat beban induktif, menyebabkan kebutuhan daya reaktif induktif meningkat. Meningkatnya daya reaktif induktif pada suatu sistem mengakibatkan terjadinya rugi tegangan. Terjadinya rugi tegangan pada penyaluran daya listrik akan berpengaruh terhadap besarnya susut energi (losses). Susut energi dalam sistem tenaga listrik tidak dapat dihindari. Salah satu yang bisa dilakukan untuk mengurangi susut energi (losses) adalah melakukan perbaikan profil tegangan. Oleh karena itu tegangan pada sistem distribusi perlu dijaga sehingga tetap pada batas-batas yang diizinkan +5% dari tegangan nominal system (PUIL, 2001). Sistem tenaga listrik merupakan sistem yang terdiri dari pusat pembangkitan, saluran transmisi dan jaringan distribusi. Dimana secara keseluruhan berfungsi untuk menyalurkan daya dari pusat pembangkit ke beban. Daya listrik yang dihasilkan pada pusat pembangkit ditransmisikan ke beban melalui saluran transmisi. Sebelum ditransmisikan ke jaringan distribusi, tegangan dinaikkan dengan menggunakan transformator step-up atau yang disebut trafo penaik tegangan pada pusat pembangkit. Gambar 1. menunjukkan proses pembangkitan hingga proses pendistribusian ke beban. Perubahan tegangan dalam pengoperasian sistem tenaga listrik akan mengakibatkan bertambahnya rugi-rugi daya sehingga pada akhirnya akan mengakibatkan pemborosan pada pemakaian energi listrik. Pengoperasian sistem tenaga ada berbagai masalah pokok yang harus dihadapi yaitu: (Marsudi 1990). Pengaturan frekwensi, Tegangan dalam sistem, Pemilihan peralatan, Gangguan dalam sistem, Biaya operasi dan Perkembangan sisetm C-171
Gambar 1. Diagram satu garis sistem tenaga listrik Penurunan Tegangan Pada umumnya beban yang terdapat pada sistem tenaga listrik bersifat resistif-induktif. Beban tersebut akan menyerap daya aktif dan daya reaktif yang dihasilkan oleh generator. Penyerapan daya reaktif yang diakibatkan oleh beban induktif akan menyebabkan terjadinya jatuh tegangan pada tegangan yang disuplai generator. Akibatnya nilai tegangan di sisi penerima akan berbeda dengan nilai tegangan di sisi pengirim. Sehingga dapat ditulis dengan persamaan (1) 1 Dimana : Vs = tegangan di sisi pengirim Vr = tegangan di sisi penerima = jatuh tegangan = sin = cos Kapasitor shunt Kapasitor shunt merupakan kapasitor yang dihubungkan secara parallel dengan saluran yang dapat digunakan secara luas dalam sistem distribusi. Pemasangan kapasitor shunt sangat penting untuk penyedia daya reaktif dari sebuah sistem daya. Saluran transmisi akan paling ekonomis bila digunakan untuk mengirimkan daya aktif saja, yang kebutuhan daya reaktif bebannya didapat dalam sistem distribusi konsumen atau kebanyakan pada tingkat substransmisi (Gardu Induk). Kapasitor bank digunakan untuk mengurangi rugi daya dan jatuh tegangan pada jaringan sehingga dapat memperbaiki faktor daya secara keseluruhan. Terjadinya penurunan faktor daya disebabkan oleh beban di suatu tempat (area distribusi) yang pada prinsipnya bersifat kapasitif maupun induktif. Beban yang bersifat induktif akan menyerap daya reaktif, yang kemudian akan dapat menimbulkan jatuh tegangan di sisi penerima. Oleh sebab itu pemasangan kapasitor bank dapat membantu beban untuk menyerap daya reaktif. Kompensasi yang dilakukan oleh kapasitor bank akan dapat mengurangi penyerapan daya reaktif sistem yang disebabkan oleh beban. Sehingga dengan demikian jatuh tegangan yang terjadi dapat dikurangi. Kompensator kapasitor yang terhubung parallel pada saluran akan mencatu daya reaktif, sehingga kapasitor bank dapat mengubah watak beban yang bersifat induktif. Gambar 2. merupakan gambaran dasar dari hubungan kapasitor yang terhubung secara parallel pada jaringan disertai vector diagramnya. Hal ini akan memperlihatkan bahwa ada perubahan pada vektor tegangan sebelum pemasangan kapasitor dan sesudah pemasangan kapasitor. (Gonen T : 1988). Pengaturan tegangan dengan menggunakan kapasitor bank selain dapat memperbaiki nilai tegangan juga dapat meningkatkan nilai faktor daya. Untuk stabilitas tegangan, kapasitor bank berguna untuk mendorong generator terdekat beroperasi dengan faktor daya mendekati satu. (a) (b) (c) (d) Gambar 2. Rangakaian dan diagram vectornya, sebelun dan sesudah pemasangan kapasitor secara paralel C-172
Dengan adanya penambahan kapasitor C secara paralel terdapat arus Ic yang menyebabkan berubahnya beda sudut fasa yang diikuti dengan berkurangnya vector arus beban I dan penurunan tegangan menjadi lebih baik. Sehingga dengan pemasangan kapasitor bank, nilai arus induktif yang mengalir ke beban akan berkurang. Hal ini dikarenakan beban mendapatkan suplai daya rekatif dari kapasitor bank. Gambar 2.4 besarnya penurunan tegangan pada saluran dapat dinyatakan pada persamaan (5).. (2) dimana : : penurunan tegangan pada saluran R : tahanan total saluran X L : reaktansi total saluran : komponen arus nyata I R I X : komponen arus reaktif pada X Apabila kapasitor dipasang setelah saluran atau pada beban maka dapat dinyatakan pada persamaan (6)......3 Dari persamaan (2) dan (3) dapat dilihat bahwa perbedaan penurunan tegangan akibat pemasangan kapasitor C sebesar Sehingga dari pemikiran di atas dapat diartikan ternyata daya listrik yang dikonsumsi oleh beban terdiri dari daya nyata, daya semu dan daya reaktif. Sedangkan pusat-pusat pembangkit membangkitkan ketiga gaya tersebut, namun untuk mengimbangi besarnya beban yang bersifat reaktansi induktif tidak selamanya mampu dicatu oleh pembangkit. Kerugian lain yang diakibatkan dari besarnya beban reaktansi induktif dengan faktor daya rendah adalah rugi-rugi tembaga meningkat, kemampuan sistem dalam mentransfer daya menurun dan mutu regulasi tegangan rendah. Sehingga untuk mengatasi hal tersebut dapat dilakukan dengan meminimalkan rugi-rugi hantaran dan memperbaiki faktor daya dengan memberikan kompensator kapasitif berupa kapasitor bank secara paralel. Dengan menggunakan kapasitor yang terhubung secara parallel dapat berfungsi sebagai kompensator, sehingga beban yang bersifat induktif akan terkompensasi oleh kapasitor yang bersifat kapasitif. Gambar 3. Terjadinya pengurangan sifat induktif Gambar 4. menunjukkan proses terjadinya pengurangan sifat induktif beban akibat adanya pemasangan kapasitor C pada sistem saluran. Besarnya faktor daya cos sebelum kapasitor di pasang dapat dinyatakan pada persamaan (4) (4) Apabila setelah dipasang kompensator kapasitif secara parallel, maka terjadi perubahan yang dinyatakan pada persamaan (5). C-173
P S Gambar 4. Vektor perbaikan faktor daya..(5) Keterangan : Q: daya reaktif sebelum perbaikan faktor daya Q 1 : daya reaktif sesudah perbaikan faktor daya Q 2 : selisih daya reaktif sebelum dan sesudah diperbaiki faktor daya : besar sudut sebelum diperbaiki faktor daya : besar sudut sesudah diperbaiki faktor daya P: daya nyata Q: daya semu METODA PENELITIAN Penelitian tentang pengaruh pemasangan kapasitor bank terhadap perbaikan tegangan pada jaringan transmisi 150 kv di subsistem Pedan ini dilakukan dengan menggunakan program ETAP versi 7.0. Tahapan-tahapan penelitian ini sebagai berikut: 1. Melakukan observasi langsung ke lapangan guna melihat kondisi sebenarnya serta mendapatkan data-data yang dibutuhkan. Observasi langsung dilakukan pada lokasi Pusat Pengaturan dan Penyaluran Beban (P3B) Jawa Tengah D.I. Yogyakarta. Dari hasil observasi didapatkan datadata yang bersumber dari P3B. 2. Menggambar diagram satu garis transmisi jaringan 150 kv pada subsistem tertentu ke dalam program ETAP versi 7.0. 3. Melakukan analisis aliran daya tanpa memasukkan kapasitor bank sampai didapatkan aliran daya. 4. Melakukan pemeriksaan terhadap analisis aliran daya tanpa memasukkan kapasitor bank pada program ETAP versi 7.0. 5. Melakukan running test aliran daya pada program ETAP versi 7.0. 6. Melakukan analisis aliran daya dengan memasukkan kapasitor bank sampai didapatkan aliran daya. 7. Melakukan analisis pengaruh pemasangan kapasitor bank terhadap perbaikan tegangan pada jaringan 150kV di subsistem tertentu.. 8. Membuat kesimpulan dari hasil analisis program ETAP versi 7.0 Diagram Satu Garis Subsistem Pedan Diagram satu garis yang digunakan pada penelitian ini yaitu subsistem Pedan. Subsistem Pedan terdiri dari daerah Kentungan, Klaten, Wonosari, Solobaru, Wonogiri, Palur, Masaran, Sragen, Gondang rejo, Mangkunegaran dan Jajar. Diagram Satu Garis Subsistem Pedan dapat dilihat pada Gambar 6. C-174
Diagram Alir Penelitian Diagram alir yang ditunjukkan pada Gambar 5..merupakan langkah- langkah/ proses penelitian. yang dilakukan dari awal sampai akhir, diperoleh tujuan dari penelitian. Mulai Pengumpulan Data (P, V, R, Q, X, Pf, jarak, beban) Meng-input data ke program ETAP Versi 7.0 Menjalankan Simulai Aliran daya pada Prgram ETAP Versi 7.0 Validasi Perhitungan Masukkan MVAR di bus Besarnya Kapasitor yang Optimal Tidak Ya Hitung rugi-rugi daya Selesai Gambar 5. Diagram alir penelitian PEMBAHASAN. Gambar 6. Diagram satu garis subsistem Pedan Hasil penelitian ini merupakan hasil dari simulasi menggunakan program ETAP versi 7. Berdasarkan hasil eksekusi dari program ETAP versi 7 yang menggunakan studi aliran daya Newton-Raphson pada saat sebelum pemasangan kapasitor bank, didapatkan tegangan pada masing-masing bus beban, aliran C-175
daya aktif dan reaktif yang mengalir pada saluran dan rugi-rugi daya saluran seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7 dan Gambar 8. Gambar 7. Diagram satu garis aliran daya dan rugi daya sebelum pemasangan kapasitor bank setelah program ETAP dijalankan. Gambar 8..Aliran daya setelah pada saluran setelah pemasangan kapasitor bank pada bus Palur, Gondangrejo dan Wonogiri. Analisis Kebutuhan KVAR Penurunan tegangan pada bus Gondangrejo yang berjarak 13,46 km dengan nilai cos = 0.68 sehingga sin = 0.73 47 adalah sebagai berikut : 0,621 % 10 Keterangan : KVA : beban pada saluran bus yang bersangkutan R : tahanan saluran (ohm/km), X : reaktansi saluran (ohm/km) d : jarak (km), KV: tegangan GI, 0.621 : konversi mil ke km Maka % pada bus Gondangrejo adalah : 78780 0.74 0,68 1.62 0.7313.460,621 % 10150 4.9 % Sehingga tegangan pada bus Gondangrejo menjadi : 150000 4,9% 150000 142650. Arus yang mengalir pada bus Gondangrejo adalah sebagai berikut : 552.26 47 Atau 373 403.. Apabila ingin dikehendaki perbaikan = 0.85 maka keadaan pada bus Gondangrejo berubah menjadi Penurunan tegangan ( %) pada bus Gondangrejo dengan = 0.85 adalah : 78780 0.74 0,85 1.62 0.5313.460,621 % 10150, 4.3 % Sehingga tegangan pada bus Gondangrejo menjadi : V 150000 4,3% 150000 143550 Arus yang mengalir pada bus Gondangrejo adalah sebagai berikut : 78780000 143550 0.85 0.53 548.8 31.8 Atau 466 286 C-176
Maka dari uraian di atas diperoleh data sebagai berikut : 1. Arus beban pada bus Gondangrejo pada kondisi awal adalah 373 +j403 atau 552.26 47 dengan tegangan 142650 Volt atau 142.650 kv 2. Arus beban pada bus Gondangrejo jika diinginkan perbaikan = 0.85 adalah 466 286atau 548.8 31.8, dengan tegangan menjadi 143550 Volt atau 143.550kV. Sehingga dari uraian di atas untuk memenuhi kondisi tersebut maka dapat dilakukan dengan mengubah KVAR yang besarnya sebagai berikut: 552.26 142650 78779.9 78779.9 0.73 57509.33 548.8 143550 78780 78780 0.53 41753.4 Jadi KVAR yang dibutuhkan adalah : 57509.33 41753.4 15755.9 15.8 C-177
KESIMPULAN Penelitian ini dilakukan pada jaringan transmisi 150 kv wilayah subsistem Pedan yang meliputi ; Kentungan, Klaten, Wonosari, Solobaru, Wonogiri, Palur, Masaran, Sragen, Gondangrejo, Mangkunegaran, dan Jajar. Berdasarkan dari hasil penelitian yang dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa penggunaan kapasitor bank dengan menggunakan program ETAP versi 7.0 dan pembahasan yang telah dilakukan sehingga dapat disimpulkan sebagai berikut: 1. Dari hasil simulasi menggunakan ETAP versi 7.0 rugi-rugi daya nyata sebelum pemasangan kapasitor bank pada transmisi 150 kv di wilayah subsistem Pedan menunjukkan nilai yang cukup tinggi yakni 16.34 MW seperti yang ditunjukkan pada tabel 4.4. Dengan pemasangan kapasitor bank pada bus Palur maka terjadi pengurangan rugi-rugi daya nyata menjadi 13.42 MW seperti yang ditunjukkan pada tabel 4.5. 2. Dengan pemasangan kapasitor bank pada bus Gondangrejo dan bus Palur maka terjadi pengurangan rugi-rugi daya nyata menjadi 13.37MW seperti yang ditunjukkan pada tabel 4.6. 3. Dengan pemasangan kapasitor bank pada bus Gondangrejo, bus Palur dan Wonogiri maka terjadi pengurangan rugi-rugi daya nyata menjadi 13.17 MW seperti yang ditunjukkan pada tabel 4.7. 4. Pengurangan rugi-rugi daya dengan menggunakan kapasitor bank merupakan sebuah solusi alternatif untuk memperbaiki profil tegangan pada sub sistem Pedan yang telah dilakukan. Sehingga dengan demikian akan menekan rugi daya yang lebih besar karena berpengaruh terhadap rugi-rugi total pada sistem keseluruhan. 5. Dari hasil perhitungan terlihat pada bus Gondangrejo mengalami penurunan rugi-rugi tegangan dari 4.93% menjadi 4.23% atau mengalami peningkatan dari tegangan 142kV menjadi 143.5kV. Pada bus Palur mengalami penurunan rugi-rugi tegangan dari 3.51% menjadi 3.04% atau mengalami peningkatan dari tegangan 144.9kV menjadi 145.4kV. Pada bus Wonogiri mengalami penurunan rugi-rugi tegangan dari 14.2% menjadi 12.2% atau mengalami peningkatan dari tegangan 128.9kV menjadi 131.1kV. 6. Dari hasil perhitungan kebutuhan KVAR agar dapat mengkompensasi rugi-rugi daya dan perbaikan tegangan maka pada bus Gondangrejo diperlukan sebesar 15.8 MVAR, pada bus Palur diperlukan sebesar 25.3 MVAR, dan pada bus Wonogiri diperlukan sebesar 6 MVAR. Faktor-faktor yang mempengaruhi terjadinya rugi-rugi daya dan tegangan pada jaringan transmisi 150kV di wilayah subsistem Pedan diantaranya bisa terjadi pada saluran tersebut, keandalan dari sistem tersebut, pemilihan jenis penghantar, faktor alam atau cuaca dan banyaknya pengguna di bidang industri menggunakan motor-motor sehingga beban bersifat induktif. DAFTAR PUSTAKA Cekdin, C. 2007, Sistem Tenaga Listrik, Contoh Soal dan Penyelesaian Menggunakan MATLAB, Penerbit ANDI OFFSET, Yogyakarta Granger, J.J.,and Stevenson W.D., 1994, Power System Analysis, Mc Graw-Hill, Book Inc. New York Gonen, T. 1998, Electrical Power Transmission System Engineering; analysis and Design, John Wiley and Sons, New York. Anwar Musyadad, M.,20014, Pengaruh Pemasangan Kapasitor Bank Terhadap Perbaikan Tegangan pada Subsistem Pedan, Skripsi IST AKPRIND Yogyakarta. Hasbullah. 2005, Pengurangan Rugi-rugi Daya Pada Saluran Transmisi 150 KV Di Wilayah D.I Yogyakarta Dengan Menggunakan Kapasitor Shunt, Tesis S-2, UGM, Yogyakarta. Marsudi, D. 1990, Operasi Sistem Tenaga Listrik, Balai Penerbit dan Humas ISTN. Robandi, I. 2007, Desain Sistem Tenaga Modern, Penerbit ANDI OFFSET, Yogyakarta, 2001, Peraturan Umum Instalasi Listrik (PUIL), LMK Jakarta. C-178