DAFTAR ISI Halaman HALAMAN SAMPUL DALAM... i LEMBAR PRASYARAT GELAR... ii LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS... iii LEMBAR PENGESAHAN... iv UCAPAN TERIMA KASIH... v ABSTRAK... vii ABSTRACT... viii DAFTAR ISI... ix DAFTAR GAMBAR... xii DAFTAR TABEL... xv DAFTAR ARTI LAMBANG, SINGKATAN, DAN ISTILAH... xvi BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 4 1.3 Tujuan Penelitian... 4 1.4 Manfaat Penelitian... 4 1.5 Batasan Masalah... 5 BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir... 6 2.2 Sistem Distribusi Tenaga Listrik... 8 2.2.1 Sistem Distribusi Primer... 8 2.2.2 Sistem Distribusi Sekunder... 8 2.3 Saluran Distribusi Tenaga Listrik... 9 2.3.1 Saluran Udara Tegangan Menengah (SUTM)... 9 2.3.2 Saluran Kabel Tanah Tegangan Menengah (SKTTM)... 11 ix
2.3.3 Saluran Kabel udara tegangan Menengah (SKUTM)... 12 2.4 Analisis Aliran Daya (Load Flow)... 13 2.4.1 Ketentuan Dalam Analisis Aliran Daya... 14 2.4.2 Persamaan Aliran Daya... 16 2.4.3 Penerapan Metode Newton Raphson Pada Analisis Aliran Daya... 17 2.5 Susut (Losses)... 18 2.5.1 Susut Daya... 19 2.5.2 Susut Energi (Energy Losses)... 20 2.5.3 Faktor Beban (Load Factor)... 20 2.5.4 Faktor rugi-rugi (Loss Factor)... 20 2.6 Keandalan Sistem Distribusi Tenaga Listrik... 20 2.6.1 Indeks Keandalan... 21 2.6.1.1 SAIFI... 22 2.6.1.2 SAIDI... 22 2.6.1.3 CAIDI... 23 2.6.1.4 ASAI... 23 2.6.1.5 ASUI... 23 2.6.1.6 MAIFI... 24 2.6.2 Laju Kegagalan... 25 2.7 Sistem Hibrid (Hybrid System)... 26 2.8 Jaringan Listrik Mikro... 27 2.9 Rekonfigurasi Jaringan... 29 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian... 30 3.2 Sumber dan Jenis Data Penelitian... 30 3.3 Langkah Penelitian... 30 3.4 Alur Penelitian... 32 x
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Gambaran Umum SIstem Kelistrikan di Fakultas Teknik Universitas Udayana Bukit JImbarana... 33 4.2 Data Hasil Pengukuran Beban Setiap Gedung di Lingkungan Fakultas Teknik Universitas Udayana Bukit Jimbaran... 37 4.3 Analisis Sistem Kelistrikan di Fakultas Teknik Universitas Udayana Bukit Jimbaran... 46 4.3.1 Analisis Kondisi Sistem Kelistrikan di Fakultas Teknik Universitas Udayana Sebelum Masuknya Smart Microgrid System... 47 4.3.1.1 Analisis Rugi Daya Sebelum Masuknya Smart Microgrid System... 48 4.3.1.2 Analisis Tingkat Keandalan Sebelum Masuknya Smart Microgrid System... 50 4.3.2 Analisis Kondisi Sistem Kelistrikan di Fakultas Teknik Universitas Udayana Setelah Masuknya Smart Microgrid System... 53 4.3.2.1 Analisis Rugi Daya Setelah Masuknya Smart Microgrid System... 54 4.3.2.2 Analisis Tingkat Keandalan Setelah Masuknya Smart Microgrid System... 62 BAB V SIMPULAN DAN SARAN 5.1 Simpulan... 71 5.2 Saran... 72 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xi
ABSTRAK Penambahan sumber energi listrik ke jaringan utama merupakan salah satu cara untuk meningkatkan kualitas sistem tenaga listrik, keandalan jaringan dan menurunkan rugi-rugi daya. Penambahan sumber energi listrik tersebut adalah smart microgrid system. Teknologi Smart microgrid merupakan teknologi yang memanfaatkan sumber energi terbarukan.sebagai sumber suplai. Smart microgrid system yang terdiri dari PLTS 24 kwp, Wind Turbin 5 kwp dengan sistem baterai 240 kvah dan genset 20 kva ini diimplemetasikan di Fakultas Teknik Universitas Udayana Bukit Jimbaran. Dalam penelitian ini dibuat suatu desain jaringan sistem kelistrikan di FT Bukit Jimbaran. Desain yang dibuat adalah desain kondisi awal (kondisi existing), dimana kondisi jaringan sebelum masuknya smart microgrid system yang akan dipasang di gedung DH JTEK. Untuk analisis kondisi sistem kelistrikan di FT Bukit Jimbaran terbagi menjadi dua bagian, yakni analisis kondisi kelistrikan sebelum masuknya smart microgrid system dan analisis sesudah masuknya smart microgrid system. Kedua kondisi ini akan dicari dan dianalisis rugi-rugi daya menggunakan load flow analysis dan tingkat keandalan menggunakan reliability assessment yang akan dijalankan menggunakan ETAP 12.6.0. Hasil penelitian menunjukkan hasil rugi-rugi daya (losses) pada jaringan listrik FT Bukit Jimbaran sebelum masuknya smart microgrid system ke jaringan, diperoleh losses sebesar 6,4 kw atau 3,68% dari total beban ketika jaringan disuplai dari PLN dan setelah masuknya smart microgrid system dan generator set ke jaringan PLN diperoleh losses sebesar 1,2 kw atau mengalami penurunan losses sebesar 0,69 % dari total beban sebesar 173,54163 kw. Indeks keandalan yang diperoleh pada jaringan Fakultas Teknik Universitas Udayana setelah masuknya smart microgrid system ketika terinterkoneksi dengan PLN yakni SAIFI: 0,1029, SAIDI:1.9229 jam/pelanggan, dan CAIDI:18,686 jam/gangguan. Berdasarkan titik letak beban, tingkat keandalan tertinggi terdapat di gedung DH. Kata Kunci: Rekonfigurasi, Smart Microgrid System, Rugi-rugi Daya, Keandalan. vii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Jaringan listrik memiliki peranan yang sangat penting dalam sistem penyaluran energi listrik. Energi listrik disalurkan hingga ke konsumen melalui suatu sistem jaringan tenaga listrik dan distribusikan dari unit-unit pembangkit. Sistem distribusi adalah keseluruhan komponen dari sistem tenaga listrik yang menghubungkan secara langsung antara sumber daya yang besar (seperti gardu induk hingga gardu distribusi) dengan komponen tenaga listrik. Sistem distribusi merupakan sistem tenaga listrik yang langsung berhubungan dengan pemakai energi listrik, khususnya pemakai energi listrik pada jaringan tegangan menengah dan tegangan rendah. Pada penyaluran sistem tenaga listrik yang perlu diperhatikan adalah kualitas energi listrik yang disalurkan, keandalan sistem tenaga listrik serta rugirugi daya yang dihasilkan pada sistem tenaga listrik. Timbulnya rugi-rugi daya pada sistem akan mengakibatkan penurunan keandalan sistem tenaga listrik dan kualitas energi listrik yang dihasilkan sehingga dapat berdampak pada kerusakan alat-alat elektronik. Hal ini pada akhirnya dapat mengganggu rutinitas masyarakat khususnya yang bekerja di perkantoran ataupun kampus sebagai sarana pendidikan. Fakultas Teknik Universitas Udayana terdiri dari 5 jurusan, yakni Jurusan Teknik Sipil, Teknik Elektro dan Komputer, Teknik Mesin, Arsitektur, dan Teknologi Informasi. Kelima jurusan ini memiliki gedung-gedung yang digunakan untuk perkuliahan, laboratorium, dan gedung dekanat. Secara umum, kebutuhan energi listrik di kampus Universitas Udayana disuplai oleh trafo utama dari Gardu Induk (GI) Nusa Dua. Sebelumnya, kebutuhan energi listrik di Fakultas Teknik juga sudah disuplai oleh Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) dan generator set yang ada di Jurusan Teknik Elektro (JTEK). Kedua pembangkit ini dijadikan sebagai back-up apabila jaringan PLN mengalami gangguan. Sistem back-up yang menggunakan generator set diparalelkan untuk mendapatkan daya yang lebih besar sehingga dapat melayani kebutuhan energi 1
2 listrik yang besar. Namun, sistem tersebut masih belum tertata dengan baik sehingga belum menjamin keandalan suplai kampus Fakultas Teknik Universitas Udayana Bukit Jimbaran. Untuk menanggulangi masalah yang terjadi di Fakultas Teknik, maka perlu dilakukan rekonfigurasi jaringan sistem kelistrikan yang dalam hal ini lebih tertata dengan baik serta handal sehingga kebutuhan energi listrik dapat terpenuhi dan rutinitas di lingkungan Fakultas Teknik dapat berjalan dengan lancar. Di Jurusan Teknik Elektro Universitas Udayana saat ini sedang dipasang Smart microgrid system. Smart microgrid system terdiri dari terdiri dari PLTS dengan kapasitas 24 kwp, Wind Turbin 5 kwp yang menggunakan sistem baterai 240 kvah sebagai media penyimpan muatan listrik dan generator set 20 kva sebagai sistem back up apabila jaringan utility mengalami ganggunan. Smart microgrid system akan dipasang di atap gedung DH Jurusan Teknik Elektro dan Komputer (JTEK). Smart microgrid system ini akan menyuplai beban yang ada di gedung DH JTEK yang digunakan sebagai gedung perkuliahan. Tidak hanya gedung DH yang akan disupai dari smart microgrid system, akan tetapi gedung DI dan DJ akan mendapat suplai dari sistem untuk sistem penerangan selama hari libur. Gedung-gedung lain yang tersebar di Fakultas Teknik akan mendapat suplai dari smart microgrid system yang akan diinterkoneksikan dengan genset 60 kva dan jaringan PLN. Pada penelitian ini akan dianalisis kondisi sistem kelistrikan di Fakultas Teknik Bukit Jimbaran dibagi menjadi dua bagian, yakni analisis kondisi kelistrikan sebelum masuknya smart microgrid system dan analisis sesudah masuknya smart microgrid system. Kedua kondisi ini akan dicari dan dianalisis rugi-rugi daya dan keandalan jaringan. Berdasarkan penelitian skripsi ini, terdapat beberapa hasil penelitian sebelumnya yang berkaitan dengan penelitian yang akan dilakukan, antara lain Penelitian yang membahas tentang Perencanaan Rekonfigurasi Jaringan Tegangan Menengah Kampus Universitas Udayana Bukit Jimbaran. Penelitian ini membahas tentang perencanaan sistem kelistrikan untuk gedung rektorat, rumah sakit Universitas Udayana, dan kampus-kampus yang ada di Bukit
3 Jimbaran dimana sumber mendapat suplai dari beberpa pembangkit sebagai sistem back-up yakni generator set FT, generator set rektorat, dan PLTS FT. Peneltian ini dilakukan dengan bantuan software ETAP 12.6.0 untuk mengetahui nilai rugi-rugi daya dan keandalan sistem yang dihasilkan. Berdasarkan hasil penelitian, didapatkan hasil berupa rugi daya pada jaringan distribusi Penyulang Kedonganan sebelum terpasangnya pembangkit generator set dan PLTS adalah sebesar 115,5 kw. Setelah terpasangnya pembangkit generator set dan PLTS rugi daya yang dihasilkan sebesar 86,6 kw. Hal ini membuktikan bahwa setelah dipasangnya sistem back-up, maka rugi-rugi daya pada penyulang Kedonganan menurun. Penelitian selanjutnya adalah penelitian yang membahas tentang Perencanaan Sistem Jaringan Mikro (Microgrid) Dengan Supply Dari PLTS Dan Generator Set Di Jurusan Teknik Elektro Universitas Udayana. Penelitian ini dilakukan dengan bantuan software HOMER. Berdasarkan hasil penelitian menunjukkan bahwa daya yang mampu dihasilkan oleh PLTS di JTEK hanya sebesar 392,83 Watt dan beban maksimal dari 3 gedung di JTEK sebesar 62,676 kw. Berdasarkan hasil simulasi menunjukkan PLTS hanya mampu melayani beban dalam keadaan on grid sebesar 0,66% dari total produksi energi listrik yang dihasilkan sedangkan dalam kondisi off grid PLTS hanya mampu melayani beban gedung DJ dan gedung DH (beban penerangan dan kotak kontak) sebesar 3,21% dan generator set yang terpasang di JTEK melayani beban sebesar 96,795 Watt. Oleh karena itu, pada skripsi ini akan mendesain suatu jaringan sistem kelistrikan di Fakultas Teknik Universitas Udayana Bukit Jimbaran yang disuplai oleh smart microgrid system dan generator set yang ada di Jurusan Teknik Elektro. Pada skripsi ini juga akan dianalisis kondisi jaringan sebelum dan sesudah direkonfigurasi dengan interkoneksi antara PLN, smart microgrid system dan generator set. Rugi-rugi daya dan tingkat keandalan suatu jaringan dapat dicari dengan menggunakan sebuah Software.
4 1.2 Rumusan Masalah 1. Bagaimana model supply dan hubungan interkoneksi jaringan sistem kelistrikan yang dibuat di Fakultas Teknik Universitas Udayana Bukit Jimbaran? 2. Bagaimana rugi-rugi daya (losses) dan keandalan yang diperoleh dari jaringan sistem kelisrikan sebelum dan sesudah masuknya smart microgrid system? 1.3 Tujuan Penelitian Berdasarkan rumusan masalah maka tujuan dari penelitan ini adalah mendesain jaringan sistem kelistrikan di Fakultas Teknik Universitas Udayana Bukit Jimbaran yang terikterkoneksi dengan smart microgrid system sehingga dapat menjamin suplai energi listrik. Dalam penelitian ini akan dilakukan analisis rugi-rugi daya dan keandalan sistem jaringan sebelum dan sesudah masuknya smart microgrid system dengan beberapa kondisi atau skenario, dimana sebelum masuknya smart microgrrid system jaringan hanya mendapat suplai dari PLN dan genset dan sesudah masuknya smart microgrid sytem, jaringan mendapat suplai dari interkoneksi antara PLN dan smart microgrid system, interkoneksi antara PLN, smart microgrid system, dan genset, interkoneksi antara smart microgrid dan genset, serta suplai dari smart microgrid system. 1.4 Manfaat Penelitian Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Pasokan daya di Fakultas Teknik Universitas Udayana tetap stabil dan terjada sehingga proses perkuliahan tetap berjalan meskipun jaringan listrik PLN mengalami gangguan. 2. Penelitian ini dapat dijadikan sebagai acuan untuk mendesain jaringan kelistrikan di fakultas lainnya ataupun suatu lembaga dengan suplai yang bisa berasal dari generator set ataupun pembangkit lainnya
5 1.5 Batasan Masalah Dalam skripsi ini digunakan beberapa batasan masalah, diantaranya adalah sebagai berikut: 1. Data berupa data beban di setiap gedung yang ada di Fakultas Teknik Universitas Udayana Bukit Jimbaran 2. Beban yang diperhitungkan hanya beban di setiap gedung yang ada Fakultas Teknik Universitas Udayana dan beban trafo 3. Beban yang diukur dan dihitung hanya beban di gedung yang ada di Jurusan Teknik Elektro, Arsitektur, Teknik Mesin, dan dekanat FT Bukit Jimbaran. Jurusan Teknik Sipil tidak termasuk 4. Beban diasumsikan dalam keadaan seimbang 5. Rugi-rugi daya dan studi keandalan yang disimulasikan dengan software ETAP 12.6.0.