ABSTRAK Penyulang Menjangan merupakan sistem jaringan tegangan menengah 20 kv yang melayani daerah Gilimanuk dan sebagian Buleleng. Penyulang Menjangan memiliki total gardu terpasang sebanyak 69 Gardu, dimana Gardu GR088 adalah salah satu gardu yang menjadi penyumbang kandungan harmonisa arus (THDi) tertinggi. Pada peneletian ini akan dikaji mengenai pengaruh harmonisa terhadap rugi-rugi daya pada sisi sistem tegangan rendah di gardu distribusi GR088 Penyulang Menjangan. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode pengukuran harmonisa langsung pada masing-masing beban pelanggan tegangan rendah gardu distribusi GR088 di Penyulang Menjangan dengan bantuan perangkat lunak untuk harmonic analysis load flow selanjutnya dilakukan simulasi. Rugi-rugi daya total pada Transformator dan Sistem Tegangan Rendah di GR088 Penyulang Menjangan kondisi tanpa harmonisa adalah sebesar 1481,689 Watt dan total rugi rugi daya kondisi dengan kandungan harmonisa adalah sebesar 1552,5 Watt. Selisih antara rugi-rugi daya pada kondisi tanpa kandungan harmonisa dan rugi-rugi daya pada kondisi dengan kandungan hamonisa adalah sebesar 70,811 Watt. Dari kondisi tersebut selain dapat mempengaruhi kinerja transformator karena panas yang ditimbulkan harmonisa, potensi rugi-rugi daya yang terjadi akibat dampak pengaruh harmonisa tersebut yaitu sebesar 1,699 kwh per hari atau sekitar 620 kwh setahun. Jika dikonversikan kedalam rupiah maka Gardu GR088 ikut menyumbangkan kerugian terhadap PT PLN (Persero) sebesar Rp.910.018,79 per tahunnya akibat harmonisa arus (THDi). Kata kunci : Kondisi tanpa Harmonisa, Kondisi dengan Harmonisa, Harmonic Analysis Load Flow, Rugi Daya, Sistem Tegangan Rendah vii
ABSTRACT Menjangan feeder is a medium-voltage network system which distributes electricity throughout Gilimanuk and some areas in Buleleng. It has 69 distribution substations, which one of them, substation GR088, contributes to the highest value of the total harmonic distortion (THDi). In this research, the effect of harmonic distortions on losses at low voltage system of substation GR088 will be evaluated. The method used in this study is direct measurement of harmonic distortions at each low-voltage costumer whose electricity is generated by substation GR088 at Menjangan Feeder. Software is also used to perform harmonic load flow analysis and simulations. The total value of losses on transformer and low voltage system of substation GR088 Menjangan feeder, in a no-harmonic condition is 1481,689 Watt. On under-harmonic condition, the total value of losses is 1552,5 Watt. Therefore there is a 70,811 Watt difference between the two conditions. At this case, beside the heat created by the harmonic distortion that can affect the performance of transformers, it also cause a quite great value of losses, which is 1,699 kwh per day, or approximately 620 kwh per year. It means the harmonic distortion in substation GR088 can cause PT PLN (Persero) lose Rp.910.018,79 per year. Keywords : No-Harmonic Condition, Under-Harmonic Condition, Harmonic Analysis Load Flow, Losses, Low-Voltage System viii
DAFTAR ISI JUDUL... i PRASYARAT GELAR... ii LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS... iii LEMBAR PENGESAHAN... iv UCAPAN TERIMA KASIH... v ABSTRAK... vii ABSTRACT... viii DAFTAR ISI... ix DAFTAR TABEL... xii DAFTAR GAMBAR... xiii DAFTAR LAMPIRAN... xiv BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 2 1.3 Tujuan Penelitian... 2 1.4 Manfaat Penelitian... 3 1.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 4 2.1 Tinjauan Mutakhir... 4 2.2 Harmonisa... 6 2.2.1 Harmonisa Pada Jaringan Distribusi... 7 2.2.1.1 Beban Linier dan Beban Nonlinier... 9 2.2.2 Total Harmonik Distortion (THD)... 10 2.2.3 Standar harmonisa arus dan harmonisa tegangan (IEEE standard 519-1992)... 11 2.2.3.1 Batas maksimum THD tegangan (IEEE standard 519-1992)... 11 2.2.3.2 Batas maksimum THD arus (IEEE standard 519-1992) 11 2.2.4 Sumber Harmonisa Utama... 12 ix
2.2.5 Pengaruh harmonisa... 12 2.3 Pengertian Rugi Rugi (Susut)... 13 2.3.1 Rugi-Rugi Pada Penghantar Distribusi... 14 2.3.2 Rugi-Rugi Pada Transformator... 17 2.3.2.1 Rugi Transformator Tanpa Beban... 18 2.3.2.2 Rugi Transformator Berbeban... 18 2.3.2.3 Rugi Transformator Dengan Beban Harmonisa... 20 BAB III METODE PENELITIAN... 23 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian... 23 3.2 Sumber dan Jenis Data Penelitian... 23 3.2.1 Sumber data... 23 3.2.2 Jenis data... 23 3.2.3 Teknik Pengumpulan Data... 24 3.3 Alur Analisis... 24 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 31 4.1 Gambaran Umum Gardu GR088 Penyulang Menjangan... 31 4.2 Data Sistem Kelistrikan di Gardu GR088 dan Tegangan Rendah... 32 4.2.1 Single Line Diagram Gardu GR088... 32 4.2.2 Data Pelanggan di Gardu Distribusi GR088... 33 4.2.3 Data Hasil Pengukuran THD Pelanggan GR088... 33 4.3 Analisis Arus Fundamental Dan Arus r.m.s dengan Program ETAP Powerstation... 36 4.3.1 Skenario 1 Analisis Arus Fundamental (Tanpa Kandungan Harmonisa) Dengan Menggunakan Mode Harmonic Analysis... 37 4.3.2 Skenario 2 Analisis Arus r.m.s (Dengan Kandungan Harmonisa) Dengan Menggunakan Mode Harmonic Analysis... 38 4.3.3 Perbandingan Arus Fundamental dan Arus r.m.s Hasil Simulasi Program ETAP Gardu GR088... 39 4.4 Perhitungan Rugi-Rugi Daya Pada Sistem Tegangan Rendah dan Gardu GR088 Penyulang Menjangan Kondisi Tanpa Kandungan Harmonisa 41 x
4.4.1 Perhitungan Rugi-Rugi Penghantar Kondisi Tanpa Kandungan Harmonisa... 41 4.4.2 Perhitungan Rugi-Rugi Transformator Kondisi Tanpa Kandungan Harmonisa... 43 4.5 Perhitungan Rugi-Rugi Daya Pada Sistem Tegangan Rendah dan Transformator GR088 Kondisi Dengan Kandungan Harmonisa... 47 4.5.1 Perhitungan Rugi-Rugi Penghantar Kondisi Dengan Kandungan Harmonisa... 47 4.5.2 Perhitungan Rugi-Rugi Transformator GR088 Kondisi Dengan Kandungan Harmonisa... 50 4.6 Perbandingan Hasil Perhitungan Rugi-Rugi Daya Total Pada Sistem Tegangan Rendah dan Gardu GR088... 54 BAB V PENUTUP... 56 5.1 Simpulan... 56 5.2 Saran... 56 DAFTAR PUSTAKA... 57 LAMPIRAN... 59 xi
DAFTAR TABEL Hal. Tabel 2.1 Tabel 2.1 Frekuensi Fundamental dan Kelipatannya... 7 Tabel 2.2 IEEE standard 519-1992, standar batas distorsi tegangan harmonik maksimum... 11 Tabel 2.3 IEEE Standart 519-1992, standar batas distorsi arus harmonik maksimum... 11 Tabel 4.1 Data Beban Pelanggan di Gardu Distribusi GR088... 33 Tabel 4.2 Hasil Pengukuran THD di Masing-Masing Pelanggan... 34 Tabel 4.3 Tabel Pengukuran Harmonisa di Gardu GR088... 35 Tabel 4.4 Data hasil program ETAP Mode Harmonic Analysis... 40 Tabel 4.5 Data Hasil Perhitungan Rugi-Rugi Daya Saluran di Tegangan Rendah Kondisi Tanpa Kandungan Harmonisa... 42 Tabel 4.6 Perhitungan Faktor Rugi Harmonisa Trasformator GR088 Penyulang Menjangan Dalam Pu Kondisi Tanpa Kandungan Harmonisa... 44 Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Rugi-Rugi Daya Transformator GR088 Penyulang Menjangan Dalam Kondisi Tanpa Kandungan Harmonisa... 47 Tabel 4.8 Data Hasil Perhitungan Rugi-Rugi Daya Saluran di Tegangan Rendah Kondisi Dengan Kandungan Harmonisa... 49 Tabel 4.9 Perhitungan Faktor Rugi Harmonisa Trasformator GR088 Dalam pu Kondisi Dengan Kandungan Harmonisa... 51 Tabel 4.10 Hasil Perhitungan Rugi-Rugi Transformator GR088 Dalam Kondisi Dengan Kandungan Harmonisa... 54 Tabel 4.11 Perbandingan Rugi Rugi Daya di Jaringan Tegangan Rendah dan Transformator GR088... 54 xii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Frekuensi Fundamental, Harmonik Ketiga, Harmonik Kelima dan Penjumlahannya... 8 Gambar 2.2 Bentuk gelombang arus dan tegangan pada beban linier... 9 Gambar 2.3 Bentuk gelombang arus dan tegangan pada beban nonlinier... 10 Gambar 2.4 Taksonomi rugi-rugi pada trafo... 17 Gambar 3.1 Diagram Alur Analisis... 25 Gambar 3.2. Alat Ukur Hioki 3286-20... 26 Gambar 3.3 Konfigurasi Pengukuran 1 Phasa... 26 Gambar 3.4 Konfigurasi Pengukuran 3 Phasa... 27 Gambar 3.5 Menu Projek dalam Program ETAP PowerStation... 26 Gambar 3.6 Tampilan Single Line Diagram Pada ETAP PowerStation... 28 Gambar 3.7 Transformer Editor Pada ETAP PowerStation... 29 Gambar 3.8 Harmonic Library Editor Pada ETAP PowerStation... 29 Gambar 3.9 Input Data Harmonic Library Editor Pada ETAP PowerStation... 30 Gambar 4.1 Single Line Diagram Gardu GR088... 32 Gambar 4.2 Denah lokasi Gardu GR088... 32 Gambar 4.3 Single Line Diagram JTR di GR088 Pada ETAP PowerStation... 37 Gambar 4.4 Tampilan Umum Hasil Eksekusi Program ETAP PowerStation Pada Skenario-1... 38 Gambar 4.5 Tampilan Umum Hasil Eksekusi Program ETAP PowerStation Pada Skenario-2... 39 xiii
1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Berdasarkan jenisnya, beban listrik dibagi menjadi dua yaitu : beban linier dan beban non linier. Harmonisa muncul akibat adanya beban-beban non linier yang terhubung ke sistem listrik. Beban non linier ini umumnya adalah peralatan elektronik yang didalamnya banyak terdapat komponen semi konduktor dan dalam proses kerjanya berlaku sebagai saklar yang bekerja pada setiap siklus gelombang dari sumber tegangan. Beberapa contoh beban non linier antara lain: inverter, motor induksi, dan lain-lain. Berdasarkan pada penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Wisnu (2016) tentang Studi Analisis Pengaruh Harmonisa Terhadap Rugi-Rugi Daya Pada Penyulang Menjangan menyatakan bahwa harmonisa mempengaruhi besarnya rugirugi daya pada Penyulang Menjangan, terlihat dari adanya perbandingan total rugi rugi daya di Penyulang Menjangan kondisi tanpa rugi harmonisa adalah sebesar 244,3653 kw dan total rugi rugi daya kondisi dengan kandungan harmonisa adalah sebesar 246,1644 kw. Selisih rugi rugi daya pada jaringan distribusi Penyulang Menjangan adalah sebesar (rugi dengan harmonisa rugi tanpa harmonisa) = 246,1644 kw 244,3653 kw = 1,7991 kw. Prosentase rugi-rugi total jaringan distribusi Penyulang Menjangan pada kondisi tanpa harmonisa adalah sebesar 6,995%, sedangkan persentase rugi rugi daya total pada kondisi dengan kandungan harmonisa sebesar 7,046%. Dari peneletian tersebut didapatkan hasil pengukuran kandungan THD arus tertinggi terdapat pada gardu distribusi di bagian pangkal yaitu GR088 sebesar 24,70%. Dari pemaparan tersebut, maka perlu dikaji mengenai pengaruh harmonisa terhadap rugi-rugi daya pada sisi sistem tegangan rendah di gardu distribusi GR088
2 Penyulang Menjangan. Dengan melakukan pengukuran besarnya harmonisa arus (THDi) yang diukur menggunakan alat ukur HIOKI 3286-20 pada sekunder Transformator Distribusi GR088 serta melakukan pengukuran di masing-masing beban. Untuk mendapatkan analisis perhitungan yang tepat, maka dalam melakukan simulasi menggunakan bantuan perangkat lunak ETAP Power station sebagai analisis arus harmonisa pada sisi sistem tegangan rendah, Sehingga dapat ditentukan pengaruh rugi-rugi daya pada sistem tegangan rendah di Trafo Distribusi GR088 dan seistem tegangan rendahnya. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang di atas, maka rumusan masalah dalam penelitian ini yaitu melakukan analisa dampak THD arus (THDi) terhadap rugi-rugi daya pada sistem tegangan rendah di Transformator GR088 Penyulang Menjangan wilayah kerja PT PLN Area Bali Utara. 1. Berapa besar rugi - rugi daya di Gardu GR088 Penyulang Menjangan dengan kondisi tanpa kandungan harmonisa? 2. Berapa besar rugi - rugi daya di Gardu GR088 Penyulang Menjangan dengan kandungan harmonisa? 3. Berapa besar rugi-rugi daya total di jaringan tegangan rendah Gardu GR088 Penyulang Menjangan? 1.3 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Mengetahui berapa besar rugi-rugi daya di Gardu GR088 tanpa kandungan harmonisa. 2. Mengetahui perbandingan rugi-rugi daya di Gardu GR088 tanpa kandungan harmonisa dan rugi - rugi daya dengan kandungan harmonisa. 3. Mengetahui total rugi-rugi daya di jaringan tegangan rendah dengan kandungan harmonisa.
3 1.4 Manfaat Penelitian Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi rugi-rugi daya di Gardu GR088 jaringan tegangan rendahnya, sehingga dapat dilakukan tindakan preventif terhadap transformator daya dan jaringan tegangan rendah tersebut yang akan menimbulkan dampak kerusakan pada transformator maupun peningkatan rugirugi daya sistem jika tidak ditangani. 1.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah Dalam penulisan skripsi ini akan dibatasi pembahasannya pada masalah sebagai berikut: 1. Analisis rugi-rugi daya Gardu GR088 dan jaringan tegangan rendah di Penyulang Menjangan. 2. Standar yang digunakan sebagai acuan THD adalah IEEE 519-1992. 3. Area yang diproyeksikan dalam skripsi ini adalah sistem tegangan rendah sampai dengan jaringan Sambungan Rumah Pelanggan. 4. Model sistem tenaga listrik yang digunakan pada simulasi adalah sistem tenaga listrik pada gardu GR088 di Penyulang Menjangan. 5. Analisis pengaruh harmonisa terhadap rugi daya sistem tegangan rendah pada Gardu GR088 di Penyulang Menjangan dilakukan dengan bantuan perangkat lunak ETAP Power Station.