TUGAS AKHIR OPTIMALISASI PENGGUNAAN KAPASITOR BANK PADA JARINGAN 20 KV DENGAN SIMULASI ETAP (STUDI KASUS PADA FEEDER SRIKANDI DI PLN RAYON PANGKALAN BALAI, WILAYAH SUMATERA SELATAN) O L E H DAVID TAMPUBOLON NIM: 0904020766 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
ABSTRAK Permintaan kebutuhan listrik dewasa ini semakin meningkat, baik dari segi kuantitas maupun kualitas. Untuk itu perusahaan utilitas listrik di Indonesia (dalam hal ini PLN) diharapkan dapat menjawab permintaan tersebut dengan meningkatkan kualitas pelayanan listrik. Adapun beberapa parameter penting yang harus diperhatikan guna menjaga kualitas daya diantaranya adalah faktor daya dan jatuh tegangan. Salah satu solusi yang dapat diambil adalah dengan penggunaan kapasitor bank. Pada tulisan ini, penulis akan membahas mengenai penggunaan kapasitor secara optimum, dimana dalam hal ini akan dibahas mengenai penentuan lokasi, ukuran, dan juga jumlah unit kapasitor. Pembahasan akan mengkaji lebih lanjut mengenai kajian kelayakan operasi dan juga kajian kelayakan finansial dari penggunaan kapasitor pada daerah yang diteliti. Adapun untuk mengetahui secara pasti efektivitas penggunaan kapasitor tersebut dibutuhkan suatu simulator yang mampu mengenal konfigurasi jaringan secara real. Untuk itu pada tulisan ini, penulis akan menggunakan ETAP powerstation dalam melakukan simulasi. Dari hasil penelitian diperoleh bahwa penggunaan kapasitor bank di jaringan tegangan menengah mampu meningkatkan level tegangan pada ujung-ujung jaringan hingga mencapai range standar PLN yaitu pada -10% dan 5% dari tegangan nominal. Selain itu, diperoleh juga penurunan nilai rugi-rugi daya listrik sebesar 19,33%. Sehingga dapat disimpulkan bahwa pemasangan kapasitor bank di feeder Srikandi tepat untuk dilaksanakan. Kata kunci: faktor daya, jatuh tegangan, kapasitor bank, ETAP
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas kasih dan karunia-nya yang telah melimpahkan rahmat dan berkah-nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan berjudul: OPTIMALISASI PENGGUNAAN KAPASITOR BANK PADA JARINGAN 20 KV DENGAN SIMULASI ETAP (STUDI KASUS PADA FEEDER SRIKANDI DI PLN RAYON PANGKALAN BALAI, WILAYAH SUMATERA SELATAN) Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan studi dan memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, baik mengenai materi maupun penyajiannya serta tata bahasanya. Oleh karena itu, penulis terlebih dahulu mohon maaf atas segala kekurangan dan kelemahan yang terdapat dalam tulisan ini. Penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari berbagai pihak guna menyempurnakan Tugas Akhir ini. Dalam menyelesaikan Skripsi ini, penulis telah banyak menerima bantuan dari berbagai pihak. Dalam kesempatan ini, penulis dengan hati yang tulus mengucapkan terima kasih yang sedalam-dalamnya kepada: 1. Bapak Ir. Masykur Sjani, MT, selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah membantu dan memberikan pengarahan kepada penulis selama penyusunan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Yulianta Siregar, ST.MT dan Bapak Suherman, ST. M.Sc. Ph.D, selaku pembimbing Tugas Akhir yang memberikan masukan untuk keberhasilan penulisan Tugas akhir ini 3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si, selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU dan Bapak Rahmat Fauzi, S.T, M.T, selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT USU.
4. Bapak Bustani Hadi Wijaya, selaku manager PT. PLN WS2JB, Area Palembang, Rayon Pangkalan Balai, Wilayah Sumatera Selatan, yang telah memberikan izin pengambilan data di wilayah tersebut. 5. Bapak Ir. Kasmir Tanjung, selaku Dosen Wali penulis. 6. Seluruh staf pengajar Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 7. Seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 8. Rekan-rekan mahasiswa teknik elektro angkatan tahun 2009, yang selama ini menjadi rekan yang baik dan saling mendukung dalam mengikuti perkuliahan. 9. Terimakasih yang istimewa kepada orang tua Bapak S.Tampubolon dan Ibu S.Hutabarat, orang tua penulis yang selalu mendoakan serta memberikan nasihat, semangat, bimbingan, kritik, dan arahan kepada penulis selama menjalani perkuliahan dan penyelesaian skripsi ini. 10. Kepada abang saya Daniel Tampubolon, Dasmond Tampubolon, dan kakak saya Christina Tampubolon yang banyak sekali membantu dalam penulisan tugas akhir ini, memberi masukan dan juga doanya bagi penulis terimakasih banyak. 11. Semua pihak yang telah ikut serta membantu penulis dalam menyelesaikan penulisan Tugas Akhir ini. Akhir kata, dengan segala kerendahan dan ketulusan hati, penulis berharap skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi almamater pada khususnya serta pembaca pada umumnya. Untuk itu penulis dengan senang hati dan sangat mengharapkan saran-saran dan kritik yang membangun demi penyempurnaan Skripsi ini. Medan, Juni 2014 Penulis DAVID TAMPUBOLON NIM : 090402076
DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... vi DAFTAR TABEL... vii BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang... 1 1.2. Perumusan Masalah... 3 1.3. Batasan Masalah... 3 1.4. Tujuan Penelitian... 3 1.5. Manfaat Penelitian... 3 1.6. Sistematika Penulisan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Kualitas Daya Listrik... 5 2.1.1. Faktor Daya... 6 2.1.2. Jatuh Tegangan... 8 2.2. Kapasitor Bank... 9 2.2.1. Efek Pemasangan Kapasitor Seri dan Paralel (Shunt)... 10 a. Kapasitor Seri... 10 b. Kapasitor Paralel (Shunt)... 12 2.2.2. Metode Penentuan Lokasi Kapasitor Bank... 13 a. Metode Jarak... 14 b. Metode Aliran Daya Reaktif... 15 2.2.3. Penentuan Rating Kapasitor... 19 2.3. ETAP (Electric Transient Analysis Program)... 21
BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian... 20 3.2. Metode Pengumpulan Data... 20 3.3. Diagram Alir Metode Penelitian... 20 3.4. Review Singkat Perbandingan Analisa Aliran Daya : Perhitungan Manual Vs Simulasi ETAP... 24 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Data Aliran Daya pada Feeder Srikandi Sebelum Pemasangan Kapasitor Bank... 29 4.1.1. Data Profile Tegangan... 29 4.1.2. Data Faktor Daya dan Rugi-rugi... 32 4.1.3. Data Kapasitor Bank... 34 4.2. Analisa Data... 34 4.2.1. Analisa Teknis... 34 a. Metode Pemasangan Kapasitor Bank : Metode Jarak... 35 b. Metode Pemasangan Kapasitor Bank : Metode Aliran Daya Reaktif... 40 4.2.2. Analisa Kelayakan Finansial... 48 4.2.3. Metode Scoring... 55 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan... 59 5.2. Saran... 60 DAFTAR PUSTAKA... 61 LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR No. Nama Gambar Halaman 2.1 Diagram phasor... 7 2.2 Power faktor correction... 7 2.3 Diagram phasor transimi daya ke beban... 8 2.4 Gambar diagram pemasangan kapasitor seri... 11 2.5 Gambar diagram pemasangan kapasitor shunt... 12 2.6 Penempatan kapasitor bank dengan metode jarak... 15 2.7 Penempatan kapasitor bank dengan metode aliran daya reaktif... 16 2.8 Tampilan jendela kerja ETAP... 19 3.1 Diagram alir metode penelitian... 23 3.2 Contoh Pemodelan Jaringan Sederhana... 24 3.3 Analisa Model Jaringan pada ETAP... 28 4.1 Perbandingan perbaikan tegangan metode jarak dengan aliran daya reaktif... 47 4.2 Perbandingan perbaikan rugi-rugi metode jarak dengan aliran daya reaktif... 47 4.3 Lokasi penempatan kapasitor bank 1 pada ETAP... 57 4.4 Lokasi penempatan kapasitor bank 2 pada ETAP... 58
DAFTAR TABEL No. Nama Tabel Halaman 2.1 Rating Kapasitor yang umum... 18 3.1 Perbandingan perhitungan manual dan simulasi ETAP... 28 4.1 Data profil tegangan tiap bus pada feeder Srikandi... 29 4.2 Sampling tegangan jaringan yang paling buruk... 32 4.3 Data power faktor dan losses pada Feeder Srikandi... 32 4.4 Data spesifikasi teknis dan harga Kapasitor Bank... 34 4.5 Profil tegangan dan rugi-rugi setelah penggunaan kapasitor dengan skenario 1 (metode jarak)... 35 4.6 Profil tegangan dan rugi-rugi setelah penggunaan kapasitor dengan skenario 2 (metode jarak)... 36 4.7 Profil tegangan dan rugi-rugi setelah penggunaan kapasitor dengan skenario 3 (metode jarak)... 37 4.8 Profil tegangan dan rugi-rugi setelah penggunaan kapasitor dengan skenario 4 (metode jarak)... 37 4.9 Profil tegangan dan rugi-rugi setelah penggunaan kapasitor dengan skenario 5 (metode jarak)... 38 4.10 Profil tegangan dan rugi-rugi setelah penggunaan kapasitor dengan skenario 6 (metode jarak)... 39 4.11 Profil perbaikan tegangan dan rugi-rugi rata-rata tiap skenario (metode jarak)... 40 4.12 Profil tegangan dan rugi-rugi setelah penggunaan kapasitor
dengan skenario 1 (metode aliran daya reaktif)... 41 4.13 Profil tegangan dan rugi-rugi setelah penggunaan kapasitor dengan skenario 2 (metode aliran daya reaktif)... 41 4.14 Profil tegangan dan rugi-rugi setelah penggunaan kapasitor dengan skenario 3 (metode aliran daya reaktif)... 42 4.15 Profil tegangan dan rugi-rugi setelah penggunaan kapasitor dengan skenario 4 (metode aliran daya reaktif)... 43 4.16 Profil tegangan dan rugi-rugi setelah penggunaan kapasitor dengan skenario 5 (metode aliran daya reaktif)... 44 4.17 Profil tegangan dan rugi-rugi setelah penggunaan kapasitor dengan skenario 6 (metode aliran daya reaktif)... 46 4.18 Profil perbaikan tegangan dan rugi-rugi rata-rata tiap skenario (metode aliran daya reaktif)... 46 4.19 Analisa finansial dengan skenario 1... 49 4.20 Analisa finansial dengan skenario 2... 50 4.21 Analisa finansial dengan skenario 3... 51 4.22 Analisa finansial dengan skenario 4... 52 4.23 Analisa finansial dengan skenario 5... 53 4.24 Analisa finansial dengan skenario 6... 54 4.25 Scoring berdasarkan parameter tegangan... 55 4.26 Scoring berdasarkan parameter tegangan... 55 4.27 Scoring berdasarkan parameter IRR... 56 4.28 Scoring berdasarkan parameter BCR... 56 4.29 Scoring terhadap tiap skenario dengan parameter teknis dan finansial... 56 4.30 Rincian pemasangan kapasitor bank dengan skenario 2... 57