26 BAB KONSEP PERHTUNGAN JATUH TEGANGAN studi kasus: Berikut ini proses perencanan yang dilakukan oleh peneliti dalam melakukan Mulai Pengumpulan data : 1. Spesifikasi Transformator 2. Spesifikasi Penyulang 3. Beban tiap penyulang Perhitungan Hitung Manual? Ya Perhitungan Tegangan Tidak Simulasi Etap Perhitungan Tegangan Perhitungan Tap Perhitungan Tap Tidak Nilai Sesuai? Nilai Sesuai? Tidak Ya Ya Analisa Selesai Gambar 3.1 Flowchart Metodologi Penelitian
27 3.1 Data dan Hasil Pengamatan Sebelum melakukan perhitungan dan analisa jatuh tegangan dan posisi sadapan, terlebih dahulu kita perlu mengetahui data apa saja yang diperlukan. Untuk kasus ini data yang diperlukan diantaranya adalah data spesifiksi transformator, Diagram satu gars G Ngawi, Data pengubah sadapan berbeban, spesifikasi penyulang, data penghantar penyulang 20k, dan beban penyulag 20 k. Berikut data-data yang diperlukan : Data transformator Gardu nduk Ngawi secara umum adalah sebagai berikut : 1. KapasitasTransformator : 60 MA 2. Primer :150k,+10,5%,-15% 3. Sekunder : 20 k 4. Cos φ : 0.89 Transformator dilengkapi dengan beban melalui delapan penyulang seperti pada Gambar 3.2. Diagram 1 garis Gardu nduk Ngawi. Rel Switch Transformator N1 N3 N6 N8 N2 N4 N5 N7 Gambar 3.2. Transformator Dengan Delapan Penyulang
28 Data teknik pengubah sadapan berbeban dapat dilihat pada tabel 3.1. berikut plat nama pengubah sadapan berbeban transformator tenaga di Gardu nduk Ngawi. Tabel 3.1. Data Teknik Pengubah Sadapan Berbeban MR-MA9-300 Keterangan Kapasitas Jumlah fasa 3 Merek MR Motor Drive Unit MA 9 Motor Ratings 0,55 kw 50 Hz Data pengubah sadapan berbeban MR-MA9-300 seperti pada tabel 3.2 Tabel 3.2. Data Pengubah Sadapan MR-MA9-300 H. SDE TAP OLTAGE ( ) CURRENT POSS ( ) ( A ) 1 165750 209,0 2 163500 211,9 3 161250 214,8 4 159000 217,9 5 156750 221,0 6 154500 224,2 7 152250 227,5 8 150000 230,9 9 14750 234,5 10 145500 238,1 R11 143250 241,8 12 141000 245,7 13 138750 249,7 14 136500 253,8 15 134250 258,0 16 132000 262,4 17 129750 267,0 18 127500 271,7
29 Besar resistansi dan reaktansi per-km dapat dilihat pada Tabel 3.3 dibawah ini. Tabel 3.3. Spesifikasi pada Penyulang Jenis Ukuran Resistansi nduktansi Kapasitansi Arus (ohm/km) (mh/km) (µf/km) maksimum Bawah Udara tanah Al 3 x 150 0,2060 0,414 0,213 264 313 mm 2 Data pengahantar penyulang 20 k seperti pada tabel 3.4. Tabel 3.4. Data Penghantar Penyulang 20k Penyulang Panjang Saluran Konduktor Tegangan Utama (km) Jenis Ukuran (mm 2 ) (k) N1 5,1 AAAC 3X150 20 N2 7,56 AAAC 3X150 20 N3 6,68 AAAC 3X150 20 N4 3,50 AAAC 3X150 20 N5 2,05 AAAC 3X150 20 N6 6,14 AAAC 3X150 20 N7 7,71 AAAC 3X150 20 N8 1,492 AAAC 3X150 20
30 Dan data penyulang 20 k seperti pada Tabel 3.5 Tabel 3.5. Data Beban Penyulang 20k Beban Tertinggi Beban Terendah Penyulang Beban Beban Beban Beban Tertinggi Tertinggi Terendah Terendah Siang Malam Siang Malam (A) (A) (A) (A) N1 75 75 30 30 N2 235 220 125 130 N3 260 180 115 115 N4 120 125 60 60 N5 140 160 70 80 N6 280 260 80 100 N7 110 140 40 60 N8 180 160 10 10 3.2 Konsep Perhitungan Jatuh Tegangan Kegunaan pengubah sadapan berbeban ini adalah untuk mengatur atau menyesuaikan besaran tegangan sekunder yang keluar agar sesuai dengan yang diinginkan. Sebab pada umumnya letak dari pada beban adalah jauh dari sumber maka ini sangat penting untuk mengatasi terjadinya rugi-rugi tegangan
Apabila jatuh tegangan yang terlalu besar akan mengakibatkan pengaturan jatuh tegangan yang tidak baik. Jatuh tegangan umumnya tergantung pada faktor arus, daya, tahanan dan reaktansi saluran, seperti yang digambarkan pada gambar 3.3. sehingga persamaan untuk jatuh tegangan = RCosɸ + X L Sinɸ. R X L P+J 31 t Beban Gambar 3.3. Rangkaian Diagram Satu Fasa Dimana, R = Tahanan, (ohm/fasa) X L = Reaktansi, (ohm/fasa) k = Tegangan Ujung Kirim (olt) t = Tegangan Ujung Terima (olt) Perlu diketahui bahwa untuk faktor daya yang jelek, jatuh tegangan pada tahanan saluran adalah kecil pengaruhnya jika dibandingkan dengan jatuh tegangan di reaktansi saluran. Dari faktor inilah jatuh tegangan dapat dikurangi atau diperbaiki. Pada dasarnya jatuh tegangan (drop voltage) yang terjadi dalam suatu sistem tenaga listrik disebabkan oleh adanya arus yang mengalir pada impedansi (Z), baik itu impedansi yang ada pada jaringan atau peralatan listrik lainnya yang terdapat dalam sistem tersebut. Besarnya jatuh tegangan secara umum merupakan
selisih antara tegangan sumber ( k ) dengan tegangan nominal di ujung beban atau jaringan ( t ). 32 Sebagai dasar dalam menghitung dan menganalisis jatuh tegangan, akan ditentukan jatuh tegangan pada jaringan dalam suatu sistem tenaga listrik. Sebagai gambaran dari suatu sistem tenaga listrik akan ditunjukkan dengan menggunakan rangkaian pengganti satu fasa yang sederhana seperti pada gambar di bawah 3.4.a di bawah ini. R X L P+J t Beban Gambar 3.4.a Rangkaian Diagram Satu Fasa d δ O t a b c e Rcos f g X L sin d Gambar 3.4.b Gambar Diagram Fasor
33 Jatuh tegangan yang terjadi di jaringan distribusi 20k diakibatkan oleh nilai resistansi dan reaktansi dari saluran. Gambar 3.4.a menerangkan bahwa nilai resistansi terhubung seri dengan nilai reaktansi. Sehingga besar jatuh tegangan dapat diketahui melalui analisis perhitungan. Sesuai dengan definisi jatuh tegangan adalah : = k - t Gambar 3.3.b merupakan gambar diagram fasor dari Gambar 3.4.a. Dengan titik O merupakan titik pusat dari lingkaran dengan jari-jari od = k, kita buat lingkaran sehingga memotong perpanjangan t pada titik e. Jadi k Oe = Oa + ac + ce. Oleh karena ce<< k, ce dapat diabaikan, sehingga k Oa+ac Selanjutnya Oa = t ; ac = ab+bc dimana ab= Rcosɸ t dan bc= X L sinɸ t sehingga ac = d = Rcosɸ t + X L sinɸ t Selanjutnya k dapat ditulis dalam bentuk : k t + d t + Rcosɸ t + X L sinɸ t atau k t Rcosɸ t + X L sinɸ t Sesuai dengan definisi di atas: k - t maka didapat : Rcosɸ t + X L sinɸ t... 3.1 Jatuh tegangan dalam prosen :
34 Jatuh tegangan dalam prosen menurut definisi : t % = k - t t x 100% t biasanya diambil tegangan sistem yang bersangkutan, dalam hal ini f yang merupakan tegangan fasa sistem, jadi persamaan tersebut dapat ditulis dalam bentuk : t % = x 100% f Sesuai persamaan (1) maka diperoleh : k - t Rcosɸ t + X L sinɸ t Sewhingga persamaan dapat ditulis sebagai berikut : Rcosɸ t + X L sinɸ t = ( )% x 100% f f... (3.2) Dengan f adalah tegangan fasa nominal atau tegangan pengenal dari sistem yang bersangkutan. 3.3 Konsep Simulasi ETAP Power Station Dalam perancangan dan analisa sebuah sistem tenaga listrik, sebuah software aplikasi sangat dibutuhkan untuk merepresentasikan kondisi real sebelum sebuah sistem direalisasikan. ETAP (Electric Transient and Analysis Program) Power Station 4.0.0 merupakan salah satu software aplikasi yang digunakan untuk mensimulasikan sistem tenaga listrik. ETAP mampu bekerja dalam keadaan offline untuk simulasi tenaga listrik, dan online untuk pengelolaan data real-time atau digunakan untuk mengendalikan
35 sistem secara real-time. Fitur yang terdapat di dalamnya pun bermacam-macam antara lain fitur yang digunakan untuk menganalisa pembangkitan tenaga listrik, sistem transmisi maupun sistem distribusi tenaga listrik. Analisa sistem tenaga listrik yang dapat dilakukan ETAP antara lain : Analisa aliran daya Analisa hubung singkat Arc Flash Analysis Starting motor Koordinasi proteksi Analisa kestabilan transien Harmonic Analysis Analisa aliran daya DC Battery Sizing Setiap komponen Sistem Tenaga Listrik dapat digambarkan dalam ruang kerja program dengan lambang-lambang tertentu. Spesifikasi masing-masing komponen dapat disesuaikan keadaan sebenarnya atau kondisi nyata di lapangan. Spesifikasi ini juga dapat dipilih sesuai data umumnya yang dapat diambil dari library atau data yang ada pada program. Misalnya, panjang dan ukuran kabel, kapasitas dan rating trafo, kapasitas dan tegangan beban dan lain-lain. ETAP memiliki 2 macam standar yang digunakan untuk melakukan analisa kelistrikan, ANS dan EC. Pada dasarnya perbedaan yang terjadi di antara kedua standar tersebut adalah frekuensi yang digunakan, yang berakibat pada perbedaan spesifikasi peralatan yang sesuai dengan frekuensi tersebut. Simbol elemen listrik yang digunakan dalam analisa dengan menggunakan ETAP pun berbeda.
Adapun tampilan Program ETAP Power Station sebagaimana tampak ada gambar berikut : 36 Gambar 3.5. Gambar Tampilan Program ETAP ETAP Power Station dapat digunakan untuk menggambar Diagram Satu Garis secara langsung. Program ini didesain mempunyai 3 konsep utama, yaitu : 1. Operasi Nyata secara irtual (irtual Reality Operation) Pengoperasian program ini menyerupai dan mendekati sistem kelistrikan yang ada pada kenyataan. Seperti ketika aliran daya melebihi batas, menunjukan indikator kemampuan komponen listrik dsb.etap Power Station versi 4.00 memasukkan konsep-konsep baru untuk menentukan besarnya tegangan kirim dan terima dari single line diagram.
37 2. Data Gabungan Total (Total ntegration Data) ETAP menggabungkan pemikiran elektrik, mekanik dan yang berkaitan dengan fisik dari unsur yang terdapat pada sistem dalam database yang sama. Sebagai contoh: sebuah kabel tidak hanya terdiri dari data peralatan listik dan dimensi fisik tetapi juga informasi yang mengindikasikan jalur yang dilalui. Gabungan data data ini menyediakan konsistensi sistem secara keseluruhan dan menghapus data yang sama untuk elemen yang sama. 3. Kesederhanaan dalam Memasukan Data ETAP Power Station membuat alur dari data terperinci untuk setiap peralatan kelistrikan yang kadang hanya membutuhkan satu jenis pemasukan data. Data editor dapat mempercepat proses pemasukan data dengan permintaan data minimum untuk pembelajaran tertentu. Untuk mencapai tujuan ini, kita akan memasukkan data dari tipe atau analisa atau desain yang berbeda. Diagram satu garis ETAP Power Station terdiri dari sejumlah komponen yang membantu kita dalam merangkai rangkaian yang kompleks dan banyak. Gambar daiagram satu garis tersebut mengizinkan kita untuk meletakkan berbagai peralatan pengaman antara cabang rangkaian dan sebuah bus. Berikut adalah tampilan screenchart dari ETAP Power Station versi 4.0.0.
38 Gambar 3.6. Tampilan Diagram Satu Garis pada ETAP Power Station 4.0.0 Dalam gambar 3.6 tools yang berada pada sebelah kanan ada dua buah. Bagian kiri merupakan komponen untuk jaringan AC, dan bagian kanan adalah komponen untuk jaringan DC. Dimana setiap tools terdapat bus, cable/line, transormator, beban dsb. Untuk pengisian data pada masing-masing komponen dapat dilakukan dengan melakukan double click pada masing-masing komponen pada bidang gambar. Sedangkan tools yang berada diatas berfungsi untuk menjalankan simulasi dan analisa dimana terdapat analisa aliran daya, hubung singkat, starting motor, harmonisa dsb.