TUGAS AKHIR STUDI REGULASI TEGANGAN MENGGUNAKAN STEP VOLTAGE REGULATOR PADA JARINGAN DISTRIBUSI 20 kv YANG TERHUBUNG DENGAN DISTRIBUTED GENERATION Diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Energi Listrik Oleh Frederik M. Silaban NIM : 110402031 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016
ABSTRAK Pengaturan tegangan adalah subjek penting dalam sistem distribusi listrik. Tegangan jatuh sepanjang sistem distribusi primer telah menjadi masalah operasi, terutama untuk di sepanjang jaringan, dengan beban yang terpusat di ujungnya. Untuk memenuhi standar PLN, berbagai cara harus dilakukan untuk mengatur tegangan penyulang. Dalam penelitian ini, model untuk memperbaiki tegangan digunakan peralatan listrik yang bernama SVR (Step Voltage Regulation). Model ini diuji untuk sistem distribusi radial yang memiliki 854 bus dan terhubung dengan PLTM Aek Silau 2 dan PLTmH Tonduhan. Selanjutnya studi kasus ini bertujuan untuk penempatan titik optimasi SVR dan pengaruhnya terhadap jaringan. Pemilihan metode terbaik dilakukan dengan metode Technical Factor. Pada saat kondisi kedua pembangkit beroperasi, SVR mampu mempernaiki tegangan dari 0,8928 pu menjadi 0,9346 pu dan menjadi sesuai dengan standar PLN. Kata kunci : SVR (Step Voltage Regulation), DG (Distributed Generation) i
KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur penulis ucapkan kepadatuhan yang Maha Esa atas berkat dan anugrah-nya, Tugas Akhir ini dapat disusun dan diselesaikan beriring doa ya. Tugas Akhir ini adalah bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjan Strata Satu di Departemen Teknik Elektro,. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah: STUDI REGULASI TEGANGAN MENGGUNAKAN STEP VOLTAGE REGULATOR PADA JARINGAN DISTRIBUSI 20 KV YANG TERHUBUNG DENGAN DISTRIBUTED GENERATION (STUDI KASUS : PENYULANG PM.6 GI PEMATANG SIANTAR) Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu Ayah (Fenry M. Silaban) dan Ibu (Naomi A.R. Simanjuntak), serta Adik (Frans M. Silaban) yang selalu memberikan semangat dan mendoakan penulis dalam penyelesaian studi hingga menyelesaikan Tugas Akhir ini. Selama masa kuliah hingga penyelesaian Tugas Akhir, penulis juga banyak mendapat dukungan, bimbingan maupun bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih kepada: 1. Bapak Ir. Zulkarnaen Pane, M.T., selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk memberikan bantuan, bimbingan dan pengarahan kepada penulis selama perkuliahan hingga penyusunan Tugas Akhir ini ii
2. Bapak Ir. Riswan Dinzi, M.T., selaku Dosen Penguji Tugas Akhir ini yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini 3. Bapak Ir. Syahrawardi, selaku Dosen Penguji Tugas Akhir ini yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini 4. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si., selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU serta Bapak Rachmad Fauzi S.T., M.T., selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT USU yang banyak memberikan masukan, motivasi selama menjalani perkuliahan 5. Bapak Yulianta Siregar S.T, M.T., selaku dosen penguji yang memberikan masukkan demi perbaikan Tugas Akhir 6. Seluruh bapak dan ibu dosen yang telah mendidik penulis menuju jenjang sarjana 7. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro FT USU yang telah membantu penulis dalam pengurusan administrasi 8. Sahabat setia Eka Christina Doloksaribu yang selalu membantu, mendoakan dan mendukung kesuksesan penulis menuju jenjang Sarjana 9. Sahabat asisten AST Andreas Simanjuntak, Muhammad Fikry, Sakinah, Syahlan Hutagaol yang telah mendukung penyelesaian Tugas Akhir ini 10. Seluruh teman-teman stambuk 2011 yang selalu memberikan semangat selama perkuliahan 11. Seluruh abang dan kakak senior serta adik-adik junior yang telah memberikan dukungan dan bantuan 12. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu iii
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini belum sempurna karena masih banyak terdapat kekurangan baik dari segi isi maupun susunan bahasa. Saran dan kritik dari pembaca dengan tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian di dalam bidang ini sangat penulis harpakan. Akhir kata penulis berharap semoga penulisan Tugas Akhir ini dapat berguna memberikan ilmu pengetahuan bagi kita semua. Medan, November 2015 Penulis Frederik M. Silaban NIM. 110402031 iv
DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... x BAB I Pendahuluan... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Perumusan Masalah... 2 1.3 Tujuan... 2 1.4 Batasan Masalah... 3 1.5 Manfaat... 3 BAB II Tinjauan Pustaka... 4 2.1 Distributed Generation... 4 2.1.1 Pengaruh Interkoneksi Distributed Generation Terhadap Jaringan Distribusi... 4 2.2 Studi Aliran Daya... 6 2.2.1 Metode Newton Raphson... 10 2.2.2 Contoh Perhitungan Aliran Daya... 14 2.3 Pengaturan Tegangan... 18 2.4 Profil Tegangan Pada Sistem Distribusi Tanpa Adanya Distributed Generation... 20 v
2.5 Profil Tegangan Pada Sistem Distribusi Dengan Adanya Distributed Generation... 22 2.6 Standar yang Harus Dipenuhi Dalam Pemasangan Distributed Generation ke Jaringan Distribusi... 23 2.7 Pengaturan Tegangan Dengan Distributed Generation... 25 2.8 Step Voltage Regulator (SVR)... 26 2.9 Step Voltage Regulator Tiga Phasa... 32 2.10 Pengaturan Tegangan dengan Step Voltage Regulator Transformer 33 2.11 Aplikasi SVR Pada Sistem Tenaga... 35 2.11.1 Jaringan Satu Phasa... 35 2.11.2 Jaringan Tiga Phasa 4 Kawat... 36 2.11.3 Jaringan 3 Phasa 3 Kawat... 38 2.11.4 Penentuan Rating SVR... 40 2.12 Penentuan Titik Optimasi Penempatan SVR... 41 2.13 Peletakan dan Pengaturan Tap Pada Step Voltage Regulation... 43 BAB III Metodologi Penelitian... 45 3.1 Tempat dan Waktu... 45 3.2 Bahan dan Peralatan... 45 3.3 Pelaksanaan Penelitian... 45 3.4 Variabel yang Diamati... 46 3.5 Prosedur Penelitian... 46 BAB IV Hasil Penelitian dan Pembahasan... 52 4.1 Peletakan SVR Pertama Pada Feeder Pertama... 52 vi
4.1.1 Penentuan Bus yang akan dipasang SVR... 52 4.1.2 Penentuan Rating SVR... 54 4.1.3 Kondisi Tanpa Menggunakan SVR... 55 4.1.4 Peletakan SVR Pada Bus 44... 57 4.1.5 Rangkuman dan Hasil Pemasangan SVR Pertama... 61 4.2 Peletakan SVR Kedua Pada Feeder Kedua... 66 4.2.1 Penentuan Bus yang akan dipasang SVR... 66 4.2.2 Penentuan Rating SVR... 68 4.2.3 Kondisi Awal (SVR Pertama Terpasang)... 68 4.2.1 Peletakan SVR Kedua Pada Bus 199... 71 4.2.2 Rangkuman dan Hasil Pemasangan SVR Kedua... 75 4.3 Pengaruh Pemasangan SVR... 80 4.3.1 Pada Saat Tehubung dengan DG Aek Silau dan DG Tonduhan81 4.3.2 Pada Saat Terhubung Dengan DG Tonduhan... 82 4.3.3 Pada Saat Tidak Terhubung dengan DG... 84 4.4 Rangkuman Hasil Penelitian... 86 BAB V Kesimpulan dan Saran... 87 5.1 Kesimpulan... 87 5.2 Saran... 88 DAFTAR PUSTAKA... 89 LAMPIRAN A LAMPIRAN B vii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 (a) Sistem Kelistrikan Tradisional dan (b) Sistem Kelistrikan dengan Distributed Generation... 6 Gambar 2.2 Diagram Satu Garis dari N-bus dalam Suatu Sistem Tenaga... 8 Gambar 2.3 Single Line Diagram dengan 3 Bus... 15 Gambar 2.4 One Line Diagram dan phasor diagram sistem distribusi... 20 Gambar 2.5 Profil Tegangan... 21 Gambar 2.6 One Line Diagram untuk mengilustrasikan drop tegangan di sistem distribusi yang terdapat Distributed Generation... 23 Gambar 2.7 Pemasangan SVR Pada Jaringan Distribusi Primer... 26 Gambar 2.8 Transformator dengan perbandingan belitan 10 : 1... 28 Gambar 2.9 Step-down autotransformator... 28 Gambar 2.10 Step-up autotransformator... 28 Gambar 2.11 Indikator Posisi Tap-Changer... 29 Gambar 2.12 Dua Kontak Bergerak pada Tap yang Sama... 30 Gambar 2.13 Satu Kontak Bergerak pada Berbagai Tap... 31 Gambar 2.14 Dua Kontak Bergerak pada Tap yang Berdekatan... 31 Gambar 2.15 Pemasangan SVR Tiga Phasa... 32 Gambar 2.16 Skematik Diagram Step Voltage Regulator... 33 Gambar 2.17 Pemasangan SVR pada Jaringan Distribusi... 34 Gambar 2.18 Pemasangan SVR pada Sirkuit 1 Phasa... 36 Gambar 2.19 Diagram Phasor SVR pada Sirkuit 1 Phasa... 36 viii
Gambar 2.20 Pemasangan SVR pada Jaringan 3 Phasa 4 Kawat... 37 Gambar 2.21 Diagram Phasor SVR pada Jaringan 3 Phasa 4 Kawat... 37 Gambar 2.22 Pemasangan 2 SVR pada Jaringan 3 Phasa 3 Kawat... 38 Gambar 2.23 Diagram Phasor 2 SVR pada Jaringan 3 Phasa 3 Kawat... 39 Gambar 2.24 Pemasangan 3 SVR pada Jaringan 3 Phasa 3 Kawat... 40 Gambar 2.25 Diagram Phasor 3 SVR pada Jaringan 3 Phasa 3 Kawat... 40 Gambar 2.26 Contoh Peletakan SVR pada Jaringan Distribusi di Thailand... 44 Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian...47 Gambar 4.1 Grafik Tegangan Setiap Bus Tanpa SVR...56 Gambar 4.2 Grafik Tegangan Setiap Bus Dengan SVR Pada Bus 44... 59 Gambar 4.3 Grafik Tegangan Terendah... 63 Gambar 4.4 Grafik Rugi-Rugi Daya Aktif... 63 Gambar 4.5 Tegangan pada Seluruh Bus Sebelum dan Tegangan Setelah Pemasangan SVR... 64 Gambar 4.6 Grafik Tegangan Setiap Bus Ketika SVR Terpasang pada Bus 111... 70 Gambar 4.7 Grafik Tegangan Setiap Bus Ketika SVR Kedua pada Bus 199... 73 Gambar 4.8 Gambar Grafik Tegangan Terendah pada Bus Percobaan... 78 Gambar 4.9 Gambar Grafik Rugi-Rugi Jaringan pada Bus Percobaan... 78 Gambar 4.10 Gambar Grafik Perbedaan Tegangan Antara Sebelum Menggunakan SVR dan Setelah Menggunakan SVR... 79 Gambar 4.11 Grafik Tegangan Pengaruh Interkoneksi SVR dengan Terhubung DG Tonduhan dan DG Aek Silau... 81 ix
Gambar 4.12 Grafik Tegangan Pengaruh Interkoneksi SVR dengan Terhubung DG Tonduhan... 83 Gambar 4.13 Grafik Tegangan Pengaruh SVR Tanpa Menggunakan DG... 85 x
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Tipe Bus Dalam Sistem Tenaga Listrik... 8 Tabel 2.2 Pengaturan Tap pada Step Voltage Regulator... 29 Tabel 4.1 Tegangan dan Arus yang Mengalir pada Masing-Masing Bus... 53 Tabel 4.2 Data Hasil Simulasi ETAP dengan kondisi jaringan terhubung DG dan tidak terpasang SVR... 55 Tabel 4.3 Data Hasil Dengan SVR Dipasang Pada Bus 44... 57 Tabel 4.4 Perhitungan Standar Deviasi Pemasangan SVR pada Bus 44... 58 Tabel 4.5 Perbandingan Hasil ETAP antara Jaringan yang tidak dipasang SVR dengan jaringan yang terkoneksi dengan SVR pada Bus 44... 60 Tabel 4.6 Data Hasil Pemasangan SVR pada Setiap Bus pada Cabang Pertama... 62 Tabel 4.7 Tegangan dan Arus yang Mengalir pada Masing-Masing Bus... 67 Tabel 4.8 Data Hasil Simulasi ETAP dengan kondisi jaringan terhubung DG dan terpasang SVR I (Kondisi Awal)... 69 Tabel 4.9 Data Hasil Dengan SVR Dipasang Pada Bus 199... 71 Tabel 4.10 Perhitungan Standar Deviasi Pemasangan SVR Kedua pada Bus 199... 71 Tabel 4.11 Perbandingan Hasil ETAP antara Jaringan yang sudah dipasang SVR dengan jaringan yang terkoneksi dengan SVR Tambahan pada Bus 199... 74 Tabel 4.12 Data Hasil Pemasangan SVR Kedua pada Setiap Bus pada Cabang Kedua... 76 xi
Tabel 4.13 Data Perbandingan Jaringan yang Tidak Menggunakan SVR dan yang Menggunakan SVR pada saat 2 DG Aktif... 80 Tabel 4.14 Data Perbandingan Jaringan yang Tidak Menggunakan SVR dan yang Menggunakan SVR pada saat DG Tonduhan Aktif... 82 Tabel 4.15 Data Perbandingan Jaringan yang Tidak Menggunakan SVR dan yang Menggunakan SVR pada saat tidak terhubung DG... 84 Tabel 4.16 Hasil Penelitian Tegangan Terendah dan Standara Deviasi dari Peletakan SVR pada Seluruh Kondisi... 86 Tabel 4.17 Perbandingan Total Rugi-Rugi Daya Sebelum dan Setelah Pemasangan SVR... 86 xii