KESIMPULAN

6

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Sistem Tenaga Listrik

Suatu rancangan sistem tenaga listrik (Power System Energy) umumnya terdiri dari tiga komponen utama, yaitu : sistem pembangkitan, sistem transmisi, serta sistem distribusi. Ketiganya memiliki peranan yang penting dalam pendistribusian tenaga listrik. Untuk dapat menyalurkan energi listrik kosumen perlu melewati tahap pendistribusian energi listrik dengan baik. Pada sistem distribusi terjadi pengkonversian energi listrik tegangan menengah sebesar 20 kV menjadi tegangan rendah disisi sekundernya, yaitu sebesar 220/380 Volt. Selanjutnya disalurkan oleh saluran distribusi sekunder kepada pelanggan listrik atau konsumen.

Komponen-komponen dasar yang membentuk suatu sistem tenaga listik terdiri atas generator, transformator, saluran transmisi dan beban (load). Untuk menganalisa suatu sistem tenaga listrik, digunakan suatu pemodelan sistem tenaga yang bertujuan untuk mewakili setiap komponen yang terdapat dalam sistem tersebut. Umumnya pemodelan tersebut berbentuk diagram satu garis (One Line Diagram). Diagram satu garis menggambarkan sebuah sistem dalam bentuk yang sederhana. Terlihat pada Gambar 2.1 berikut merupakan suatu bentuk pemodelan sederhana yang mewakili suatu sistem tenaga listrik.

7

Gambar 2.1 Diagram Satu Garis Sistem Tenaga Listrik^[1]

Pada pusat pembangkit, terdapat generator dan transformator step updimana fungsi generator disini adalah untuk mengkonversi energi mekanik yang dihasilkan oleh turbin menjadi energi listrik. Setelah itu sebelum dikirimkan menuju pusat-pusat beban melalui saluran transmisi, tegangan dinaikkan menggunakan transformator Step-Up. Penggunaan transformator Step-Up tersebut tidak lain untuk mengurangi jumlah arus yang mengalir pada saluran transmisi. Dan dengan demikian saluran transmisi bertegangan tinggi akan membawa aliran arus yang rendah sehingga akan mengurangi rugi-rugi daya transmisi.

Saat energi listrik yang didistribusikan melalui saluran transmisi tersebut mencapai pusat beban, tegangan lalu akan diturunkan lagi menggunakan transformator Step-Down. Transformator itu terdapat pada gardu induk distribusi dan mengubah tegangan menjadai tegangan menengah maupun tegangan rendah yang selanjutnya akan disalurkan melalui saluran distribusi menuju pusat beban.

8

Berdasarkan pada kondisi aktual pada sistem distribusi, jenis bus dapat diklasifikasikan kedalam tiga jenis, yaitu PV Bus, PQ Bus, dan Slack Bus. Pada umumnya, bus yang terhubung langsung dengan generator adalah PV Bus, sedangkan PQ Bus merupakan beban yang terhubung pada jaringan distribusi, serta Slack Bus merupakan bus referensi yang berfungsi untuk memberi keseimbangan pada sistem distribusi yang umumnya adalah berupa gardu induk^.

2.2. Studi Aliran Daya

Studi aliran merupakan suatu analisa mengenai kinerja suatu sistem dan aliran daya yang terjadi pada sistem tersebut baik berupa daya nyata dan daya reaktif di keadaan tertentu pada saat sistem bekerja tunak (steady state). Informasi yang didapatkan juga dapat berupa beban pada saluran, tegangan di setiap lokasi untuk evaluasi kinerja suatu sistem tenaga sehingga didapatkan daya nyata (real power) dan daya reaktif (reavtive power) di berbagai titik pada operasi normal. Untuk performansi sistem pendistribusian daya dan untuk menguji keefektifan perubahan yang sudah direncanakan pada suatu sistem pada tahap perencanaan, sangat penting untuk dilakukan analisis aliran daya.

Dalam penyelesaian aliran daya, dapat diselesaikan dengan beberapa metode, yaitu diantaranya : Metode Newton-Raphson, Metode Gauss-Seidel, dan Metode Fast-Decoupled. Perbedaan dari ketiganya terletak pada tingkat kecepatan konvergensinya dan jumlah iterasi pada saat program dijalankan.

9

Metode yang paling umum digunakan dalam kasus ini adalah metode Newton-Raphson.

Metode Newton-Raphson memiliki karakteristik konvergensi lebih cepat. Selain itu, jumlah iterasi yang digunakan lebih sedikit dengan waktu yang lebih cepat. Sedangkan metode Gauss Seidel membutuhkan lebih banyak iterasi dan akan semakin bertambah sesuai dengan semakin besarnya sebuah sistem^[2].

2.3. Transformator

Pada sistem pendistribusian sistem tenaga diperlukanlah suatu peralatan yang bertujuan untuk menaikkan dan menurunkan tegangan sesuai dengan kebutuhan. Untuk mengatasi hal tersebut, maka peralatan yang digunakan adalah transformator yang terbagi menjadi dua jenis, yaitu: Transformator Step-Up yang dapat menaikkan tegangan dan Transformator Step-Down untuk menurunkan tegangan.

Pada Gambar 2.2 ini merupakan gambaran umum tentang transformator dimana terdapat bagian-bagian yang membentuknya. Pada transformator terdapat dua sisi, yaitu sisi primer atau masukan terdapat sisi sekunder dimana sisi tersebut merupakan sisi keluaran trafo. Pada trafo Step-Up, sisi jumlah belitan disisi primer lebih banyak daripada jumlah belitan disisi sekunder. Demikian pula sebaliknya, pada trafo Step-Down belitan disisi sekunder jumlahnya lebih banyak dari sisi primernya.

10

Gambar 2.2 Bentuk Umum Transformator

Bagian inti besi berfungsi sebagai lintasan jalan fluks yang ditimbulkan oleh arus listrik melalui kumparan. Inti besi terbuat dari lempengan besi tipis berisolasi tujuannya untuk mengurangi panas (rugi-rugi besi) akibat dariEddy Current. Pada trafo terdapat kumparan yang terbentuk oleh beberapa lilitan kawat berisolasi. Kumparan tersebut diisolasi baik terhadap inti besi maupun terhadap kumparan lain dengan bahan isolasi padat (karton, pertinax, dan lain-lain). Fungsi utama dari kumparan adalah sebagai alat transformasi tegangan dan arus.

Pada dasarnya prinsip kerja transformator berkerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Saat kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, maka akan menyebabkan medan magnet yang berubah-ubah pada kumparan primer. Dimana tegangan masukan bolak-balik yang membentangi primer menimbulkan fluks magnet yang idealnya semua bersambung dengan lilitan sekunder. Medan magnet yang berubah diperkuat oleh inti besi, lalu dihantarkan oleh inti besi menuju kumparan sekunder, sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder timbul gaya gerak listrik (ggl)

11

induksi. Jika efisiensi sempurna, semua daya pada lilitan primer akan dilimpahkan ke lilitan sekunder.

Dalam sebuah sistem tenaga, penaikan dan penurunan tegangan tegangan dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu :

a. Menggunakan tiga unit transformator satu fasa. b. Menggunakan satu unit transformator tiga fasa.

Untuk penyaluran dengan besar daya yang sama, penggunaan transformator tiga fasa akan bekerja lebih ringan dan lebih efisien dibandingkan menggunakan tiga buah transformator satu fasa. Namun, penerapan tiga buah transformator satu fasa juga memiliki beberapa kelebihan, misalnya saat beban dapat dilayani dengan dua unit saja, unit ketiga dapat ditambahkan saat penambahan beban terjadi. Selain itu, saat terjadi kerusakan pada salah satu unit tidak mengharuskan untuk memutus seluruh penyaluran daya.

Transformator tiga fasa dapat dipasang dengan tiga buah rangkaian satu fasa atau satu buah saluran tiga fasa. Pada Gambar 2.3 merupakan gambar rangkain transformator tiga fasa dengan tiga buah transformator satu fasa dalam konstruksi pemasangannya. Dapat dilihat pada gambar bahwa masing-masing transformator menopang beban dari fasa yang berbeda beda.

12

Gambar 2.3 Transformator 3 Fasa

2.4. Hubung Belitan Transformator 3 Fasa

Untuk menyalurkan tenaga pada sistem 3 fasa, dibutuhkan suatu hubung belitan yang dapat membedakan masing-masing fasanya. Terdapat dua jenis hubung belitan yang membentuk suatu rangkaian sistem, yaitu sebagai berikut :

a. Hubung Bintang (Wye Connection)

Hubung jenis ini merupakan suatu jenis hubung belitan yang terbentuk dimana ujung dan akhir belitan disatukan. Hal tersebut menyebabkan terdapat titik netral, yaitu titik tempat penyatuan dari ujung-ujung belitan tersebut. Maka didapatkan pula arus transformator tiga fasa dengan kumparan yang dihubungkan bintang dengan nilai berbeda 120^o untuk tiap belitannya. Gambar 2.4 merupakan gambar rangkaian hubung belitan Wye. Pada gambar tersebut menyatakan bahwa :

• Arus (I)line= Arus (I) Fasa

• VRS = VR–VS = VR√3

13

Gambar 2.4 Hubung Belitan Bintang (Wye Connection)

b. Hubung BelitanDelta(Delta Connection)

Pada hubung belitan jenis ini cara penyambungannya adalah dengan menghubungkan pangkal belitan fasa sebelumnya dengan ujung belitan fasa setelahnya. Lalu pada ujung fasa ketiga dihubungkan dengan pangkal fasa pertama. Hubung Delta umumnya diketahui karena bentuknya yang menyerupai segitiga. Umumnya hubung jenis ini digunakan pada beban motor di industri-industri.

Terlihat jelas bentuk hubung belitan delta pada Gambar 2.5 di bawah ini. Pada hubung belitan jenis ini, terdapat perbedaan tegangan antara fasanya yaitu sebesar 120 derajat. Nilai arus tiap fasanya pun berbeda 120 derajat. Besarnya arus tiap fasa pada konfigurasi Delta adalah arus saluran (I) dibagi akar tiga, sedangkan nilai tegangan tiap fasa sama dengan tegangan antar salurannya.

14

Gambar 2.5 Hubung BelitanDelta(Delta Connection)

Seperti yang diketahui bahwa transformator terdiri dari dua sisi, yaitu sisi primer dan sisi sekunder. Maka dari itu terdapat beberapa konfigurasi hubung belitan transformator yang dapat menghubungkan kedua sisi tersebut, yaitu : 1. Hubung Y–Y

2. Hubung Y–D 3. Hubung D–Y 4. Hubung D–D

2.5. HubungDelta-Delta

Transformator dengan hubung belitan Delta memiliki tiga buah kumparan yang saling terhubung satu sama lain dan membentuk sebuah segitiga. Hubung belitan jenis ini menyatakan bahwa pada sisi primer dan sekunder keduanya dipasang dengan hubung Delta. Pada Gambar 2.6 menunjukkan hubung belitanDelta-Delta.

15

Gambar 2.6 Hubung BelitanDelta-Delta

Ada beberapa kelebihan yang terdapat pada transformator dengan hubung belitan jenis ini, yaitu dapat menghasilkan tegangan sinusoidal pada bagian sekundernya. Untuk mendapatkan bentuk tegangan sekunder sinusoidal, arus magnet dari transformer harus mengandung komponen harmonik ketiga. Sedangkan koneksi Delta-Delta menyediakan jalur tertutup untuk sirkulasi komponen harmonik ketiga dan fluks.

Selain daripada itu, pada transformator jenis Delta-Delta juga memiliki nilai yang lebih ekonomis. Karena terbentuk dengan koneksi Delta, tegangan fasa sama dengan tegangan line nya. Hubungan, arus fasa-nya hanya sebesar (1/ √3) kali dari arus di line. Oleh karena itu memerlukan lebih sedikit penampang dari kumparannya. Hal ini menyebabkan koneksi lebih ekonomis untuk transformator tegangan rendah.

16

2.6. Daya dan Segitiga Daya

Segitiga daya merupakan suatu istilah yang mendeskripsikan hubungan antara tiga jenis daya pada dunia kelistrikan. Daya-daya ini berupa daya aktif, daya reaktif, dan daya semu. Dalam hal ini, yang berhubungan adalah besar vektor dari daya-daya tersebut yang pada umumnya digambarkan dalam sebuah diagram kartesius.

Pada dasarnya konsep segitiga daya merupakan hubungan antara dua vektor dari dua jenis daya, yaitu daya aktif dan daya reaktif yang tergambar pada diagram kartesius. Daya aktif diserap oleh hambatan (R), sedangkan daya reaktif diserap oleh reaktansi X (induktor atau kapasitor). Lalu daya semu merupakan total dari daya aktif dan daya reaktif. Pada Gambar 2.7 merupakan gambar segitiga daya.

Gambar 2.7 Segitiga Daya Listrik Dimana :

• P (Daya Aktif) = S Cosφ(Watt)

• Q (Daya Reaktif) = S Sinφ (VAR)

17

Maka :

• P (Daya Aktif) = Vx I Cosφ (Watt)

• Q (Daya Reaktif) = Vx I Sinφ(VAR)

Dalam bilangan kompleks, daya dapat dituliskan juga dengan rumus : S = P + jQ

Daya aktif adalah daya nyata (real), vektor untuk daya aktif selalu bernilai positif. Pada diagram kartesius vektor daya aktif berada pada sumbu horizontal (x-axis). Sementara daya reaktif adalah daya imajiner, vektor untuk daya reaktif bisa bernilai positif ataupun negatif bergantung dari nilai reaktansi X. Pada diagram kartesius vektor daya reaktif berada pada sumbu vertikal (y-axis). Sedangkan daya semu merupakan resultan dari vektor daya aktif dan daya reaktif. Daya semu hanya akan terdapat pada kuadran 1 dan kuadran 4, karena daya aktif selalu bernilai positif.

2.7. Vektor Grup Transformator

Vektor grup transformator merupakan pergeseran sudut yang terdapat pada transformator. Vektor grup trafo dinyatakan dalam bilangan jam yang dinyatakan searah putaran jam (clock wise). Tiap satu bilangan jam mewakili beda sudut sebesar 30 derajat. Tujuan dari vektor grup ini adalah menentukan pergeseran sudut arus pada belitan primer dan sekunder yang akan berpengaruh pada saat pemasangan transformator secara paralel karena untuk dapat menghubungkan dua trafo atau lebih secara paralel harus dengan pergeseran sudut yang sama besar. Selain itu, vektor grup transformator juga bertujuan untuk pemasangan proteksi (CT dan PT).

18

Trafo 3 fasa dua belitan memiliki beberapa jenis konfigurasi hubung belitannya. Apabila dilihat dari jenis penyusunannya, belitan antar fasa maka terdapat dua macam tipe belitan, yaitu belitan wye (star) dan belitan delta. Pada Gambar 2.8 adalah merupakan gambar vektor grup dari trafo hubung belitan transformator dimana ketika terdapat digit pada trafo, maka sisi sekunder pada trafo tersebut terjadi perubahan untuk tiap fasanya.

Gambar 2.8 Vektor Grup Transformator

Digit 0 mewakili 0 derajat,menyatakan bahwa fasor tegangan di sisi primer sefasa dengan tegangan di sisi sekunder. Digit 1 mewakili sudut 30 derajat, pada kondisi ini disebut kondis lagging dimana tegangan di sisi primer tertinggal sebesar 30 derajat oleh tegangan sisi sekundernya. Digit 5 mewakili 150 derajat, menyatakan bahwa Tegangan sisi primer dan sekunder tertinggal 150 derajat atau bisa juga dinyatakan lagging 210^o. Sedangkan digit 100 menyatakan nilai 30 derajat pada kondisileadingatau dengan kata lain vektor grup inilagging330 derajat.

19

III. METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Waktu dan Tempat

Penelitian tugas akhir ini dilaksanakan pada bulan Desember 2015 – April 2016 di Laboratorium Sistem Tenaga Elektrik (STE), Jurusan Teknik Elektro, Universitas Lampung.

3.2. Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu:

1. Satu unit laptop dengan spesifikasi Intel core i5, dengan berkapasitas 4 gHz dan sistem operasi windows 10 sebagai media perancangan dan pengujian simulasi.

2. Perangkat lunak (software) ETAP 12.6 sebagai perangkat lunak utama untuk perancangan dan perhitungan program.

3. Data-data bus pembangkit, bus beban, transformator serta diagram sistem 21 bus.

4. Data-data bus pembangkit, bus beban, transformator serta diagram penyulang Katu pada PLN GI Menggala.

20

3.3. Tahap Penelitian

Adapun langkah kerja yang dilakukan untuk menyelesaikan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :

1. Studi Literatur

Dalam menyelesaikan tugas akhir ini hal pertama yang penulis lakukan adalah mempelajari materi-materi yang berkaitan dengan judul tugas akhir yang diambil. Materi tersebut berasal dari sumber-sumber ilmiah seperti jurnal ilmiah, buku-buku yang berkaitan dengan tugas akhir dan skripsi yang telah dilakukan sebelumnya oleh orang lain, sertawebsiteresmi terkait perangkat lunak yang penulis gunakan.

2. Studi Bimbingan

Selain menelaah materi yang berbagai referensi, penulis juga melakukan bimbingan oleh dosen pembimbing dengan metode diskusi dan tanya jawab untuk menambah pengetahuan tentang materi tugas akhir serta mengatasi kendala-kendala yang muncul pada saat pengerjaan tugas akhir ini.

3. Pengolahan dan Pengambilan Data

Pada langkah ini, hal yang dilakukan penulis adalah melakukan pengolahan data-data yang sebelumnya penulis dapatkan dengan menggunakan metode yang diterapkan dan rumus-rumus yang sudah didapatkan. Setelah itu barulah melakukan pengambilan data baru hasil pengolahan data sebelumnya menggunakan perangkat lunak.

21

Adapun data yang akan digunakan adalah :

1) Data beban tiap fasa di trafo distribusi pada GI Menggala pada Penyulang Katu.

2) Data nilai pada transformator di GI Menggala.

3) Data One-line diagram penyulang Katu GI Menggala pada penyulang Katu.

4. Simulasi Program

Tahapan selanjutnya adalah proses simulasi aliran daya tiga fasa. Data-data tersebut dibutuhkan untuk membuat suatu rangkaian sistem distribusi menggunakan transformator hubung belitan Delta-Delta. Setelah itu membuat rangkaian sistem distribusi pembanding, yaitu dengan transformator hubung belitan Delta-Wye. Membandingkan hasil yang didapat dari kedua rangkaian sistem distribusi tersebut.

5. Pembuatan Laporan

Tahapan ini bertujuan untuk menuliskan dan memaparkan hasil yang telah didapat pada penelitian serta sebagai sarana pertanggung-jawaban terhadap penelitian yang telah dilakukan. Laporan tersebut dibagi menjadi dua tahap, yaitu laporan awal yang digunakan untuk seminar proposal dan laporan akhir yang berisikan hasil penelitian yang selanjutnya akan dipaparkan pada seminar hasil.

22

3.4. Diagram Alir Penelitian

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian Studi Bimbingan Studi Literatur Pengambilan Data Memasukkan Data Apakah Pemodelan Tepat? Data Lengkap Selesai Pemodelan Simulasi Ya Tidak Tidak Ya Mulai

23

3.5. Langkah - langkah Perhitungan Program

Adapun langkah-langkah perhitungan program yang akan dilakukan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Menentukan rumus dalam pemodelan transformator hubung belitan Delta-Delta untuk menentukan bentuk matriks admitansi urutan nol, urutan positif dan urutan negatif.

Perumusan transformator yang digunakan dalam program adalah sebagai berikut :

a. Menentukan

Dimana merupakan matrikszerosatau matriks nol (0)

• (1)

• (2)

• (3)

b. Menentukan Matriks Posisi

24

• = (5)

• (6)

• (7)

c. Menentukan rasiotappada modelPhase Shift

• (8) • (9) Dimana, (10) (11) , (12)

25

(13)

(14)

d. Menghitung masing-masing nilai matriks Y012

• (15)

= (16)

(17)

• (18)

26 (20) • (21) = (22) (23) • (24) = (25) (26)

27

2. Membuat program sesuai perumusan yang sudah dibuat ke dalamsoftware python.

3. Memasukan data-data yang dibutuhkan seperti data bus, data beban, dan data transformator yang akan digunakan pada simulasi.

4. Program akan membaca dan menghitung data yang telah dimasukan. Adapun tahapan pembacaan dan perhitungan pada program, yaitu :

a. Menghitung Formulasi transformator yang telah dibuat bertujuan untuk mendapatkan hasil matriks admitansi urutan nol, positif dan negatif Y₀₁₂.

b. Mendapatkan nilai matriks admitansi bus (Ybus) c. Menghitungmissmatch

d. Menghitung matriksjacobian e. Menghitung aliran daya

28

3.6. Diagram Alir Program

Gambar 3.2 Diagram Alir Program Mulai Memasukan nilai Mengeluarkan Hasil Membuatsingle line diagram

Mengatur nilai beban

Menjalankan Program Mengatur Iterasi dan

Toleransi

77

V. KESIMPULAN

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan hasil simulasi yang telah dilakukan, maka kesimpulan yang dapat diambil, yaitu :

1. Sudut tegangan Line to Line antara penyulang Katu GI Menggala dengan penempatan tranformatorDelta-Delta bernilai sama dengan sudut teganganLine to Linedengan penempatan transformator hubungDelta-Wye.

2. Total Daya Aktif (MW) pada penyulang Katu GI Menggala dengan penempatan transformator hubungDelta-Delta bernilai lebih kecil dibandingkan nilai daya aktif total (MW) pada penyulang Katu dengan penempatan transformatorDelta-Wye. 3. Total Daya Reaktif (Mvar) pada penyulang Katu GI Menggala dengan penempatan

transformator hubung Delta-Delta bernilai lebih besar dibandingkan nilai daya reaktif total (Mvar) pada penyulang Katu dengan penempatan transformator Delta-Wye.

4. Perubahan nilai magntude tegangan setiap fasa pada Line to Netral sebanding dengan kenaikan atau penurunan besar sudut tegangannya untuk kedua kondisi penempatan hubungDelta-DeltadanDelta-Wye.

78

5.2. Saran

Saran yang dapat diberikan untuk penelitian selanjutnya, yaitu :

1. Perlu pengkajian lebih lanjut dengan menggunakan program lain sebagai pembanding dalam melaksanakan penelitian mengenai penempatan transformator hubungDelta-Delta.

2. Meneliti lebih lanjut mengenai vektor grup dan penggunaan transformator Delta-Deltaserta cara penempatan transformator pada suatu sistem distribusi listrik.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Kersting, W.H. 2007. Distribbution System Modeling and Analysis, CRC Press, Boca Raton, FL.

[2] A. Jabr, Rabih. Dzafic, Zudin. Theo Neusius, Hans, 2014. Transformer Modeling for Three-Phase Distribution Network Analysis, IEEE.

[3] Lumbaranraja, H, 2008.Pengaruh Beban Tak Seimbang Terhadap Efisiensi Transformator Tiga Fasa, Universitas Sumatera Utara, Medan.

[4] Hakim, L, 2013. Buku Ajar Mata Kuliah Sistem Tenaga, Universitas Lampung, Bandar Lampung.

[5] Wahidi, M. 2014. Analisa Aliran Daya Tiga Fasa Tak Seimbang Pada Penyulang Kangkung PT. PLN (Persero) Distribusi Lampung, Bandar Lampung. Universitas Lampung

[6] Weisberg, E. Sen, P.K. Malmedal, K, 2013. Application Guide for Trnasformer Conection and Grounding for Distribution Generation, IEEE No. ESW 2013-14, USA.

[7] Bayu T. Sianipar, Ir. Panusur S.M.L. Tobing. 2015. Studi Perbandingan Belitan Transformator Distribusi Tiga Fasa pada saat Penggunaan Tap Changer.Universitas Sumatera Utara. Medan.

[8] Kersting, W.H. 2007. Distribbution System Modeling and Analysis, CRC Press, Boca Raton, FL.

[9] Prayoga, A. Nahar, N, 2010.Transformer, Universitas Indonesia, Depok.

[10] Weisberg, E. Sen, P.K. Malmedal, K, 2013. Application Guide for Trnasformer Conection and Grounding for Distribution Generation, IEEE No. ESW 2013-14, USA.