ANALISIS PERHITUNGAN RUGI-RUGI DAYA PADA GARDU INDUK PLTU 2 SUMUT PANGKALAN SUSU DENGAN MENGGUNAKAN
SOFTWARE ETAP 7.5.0
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Sub Jurusan Energi
Listrik
Oleh: ASRI AKBAR NIM : 090402103
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
ANALISIS PERHITUNGAN RUGI-RUGI DAYA PADA GARDU INDUK PLTU 2 SUMUT PANGKALAN SUSU DENGAN MENGGUNAKAN
SOFTWARE ETAP 7.5.0
Oleh:
ASRI AKBAR 090402103
Disetujui oleh: Pembimbing,
Ir. SURYA TARMIZI KASIM, M.Si NIP. 19540531 198601 1 002
Diketahui oleh:
Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,
Ir. SURYA TARMIZI KASIM, M.Si NIP. 19540531 198601 1 002
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
ABSTRAK
Dalam penyaluran sistem tenaga listrik pada jaringan distribusi, efisiensi sangatlah diperlukan. Efisiensi dipengaruhi oleh adanya rugi-rugi, baik rugi-rugi tegangan maupun rugi-rugi daya listrik pada saluran distribusi. Karena pada dasarnya rugi-rugi tersebut tidak bisa dihilangkan sama sekali, tetapi perlu usaha untuk memperkecil sampai pada batas toleransi. Batas toleransi yang diperbolehkan untuk rugi-rugi daya dan rugi-rugi tegangan yaitu 10% dari nilai nominalnya. ETAP 7.5.0 (Elctrical Transient Analyzer Program) merupakan program yang dapat menampilkan secara GUI (Graphical User Interface) dengan jumlah bus unlimited. Salah satu kegunaan ETAP 7.5.0 adalah untuk menghitung rugi-rugi daya. Data yang dibutuhkan ETAP 7.5.0 untuk menghitung rugi-rugi daya pada GI PLTU 2 SUMUT Pangkalan Susu adalah one-line diagram, nominal KV, dan rating generator, bus, transformator, transmisi, dan pengaman. Metode pendekatan untuk menghitung rugi-rugi daya yang digunakan adalah metode iterasi Newton Raphson dengan faktor ketelitian 0,0001. Permasalahan rugi-rugi daya yang ditinjau adalah sistem dalam keadaan normal. Hasil Analisis rugi-rugi daya aktif dan reaktif untuk sistem dalam keadaan normal adalah rugi-rugi daya aktif dan reaktif paling rendah di cable 1 dan 2 yaitu sebesar 0.1 kw dan0.2 kvar. Sedangkan rugi-rugi daya aktif tertinggi yaitu pada OHL Binjai 1 dan 2 sebesar 106.1 kw, dan rugi-rugi daya rektif tertinggi yaitu pada Trafo 1 dan 2 sebesar 1882.6
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkah dan rahmat-Nya kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan dengan baik Tugas Akhir yang berjudul:
“ ANALISIS PERHITUNGAN RUGI-RUGI DAYA PADA GARDU INDUK PLTU 2 SUMUT PANGKALAN SUSU DENGAN MENGGUNAKAN
SOFTWARE ETAP 7.5.0”
Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan yang wajib dipenuhi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana teknik pada departemen Teknik Elektro FT USU.
Tugas Akhir ini penulis persembahankan untuk kedua orangtua yang telah membesarkan penulis dengan kasih sayang yang tak terhingga yaitu Ayahanda (Ridwan) dan Ibunda (Asnidar) serta sodara kandung tercinta (kk Ningsi dan suaminya bg Eka Alpasra serta anaknya zidan, daffa, bg Apis dan istrinya kk Lystia serta anaknya kaisah, bg Budi dan syakbania adik ku tercinta ) yang memberi dukungan, semangat dan doanya yang tiada tara.
Selama masa kuliah sampai masa penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis mendapat dukungan, bimbingan, dan pertolongan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan setulus hati penulis hendak menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
bersedia meluangkan waktu di sela-sela kesibukan beliau untuk membimbing penulis mulai dari awal sampai selesainya Tugas Akhir ini.
2. Bapak Rachmad Fauzi, S.T., M.T., selaku dosen wali penulis sekaligus Sekretaris Departemen Teknik Elektro yang banyak memberikan masukan dan pengarahan selama penulis menempuh perkuliahan.
3. Keluarga besar Laboratorium Konversi Energi Listrik, terutama Bang Roy sebagai staff Administrasi Laboratorium Konversi Energi Listrik yang telah banyak membantu penulis dan tidak lupa kepada para asisten atas masukan-masukannya.
4. Seluruh staf pengajar dan administrasi Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5. Sahabat-sahabat terbaik, Agung, Dimas, Rizky, Rizal, Tondy, Arfan, Rizi, Nisa, Yuli, Lukman, Adly, Masykur, Afit, Adit, Faya, Leo, Doni, Wangto, Ahmad, Fahrul, Kentrick, Teguh, Reza, Budi, Arif, bg irfan rosidi dan seluruh teman-teman elektro stambuk 2009 lainnya yang tak bisa saya sebutkan satu persatu.
6. Kawan kandungku Baihaqi, Bowo, Hudzaifah, Reza, Dian, bg surya, bg Mifta, feri, bg nazli, bg harry serta keluarga besar Indonesian park yang telah menjadi bagian hidup penulis.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi penyempurnaan Tugas Akhir ini. Akhirnya penulis berharap Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca, khususnya mahasiswa yang ingin lebih mengetahui dan mendalami Tugas Akhir Penulis.
Medan, September 2014 Penulis
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR TABEL ... x
I. PENDAHULUAN 1.1. LatarBelakang... 1
1.2. PerumusanMasalah ... 1
1.3. Tujuan ... 2
1.4. Manfaat ... 2
1.5. Batasann Masalah... 2
1.6. Metodologi Penulisan ... 3
1.7 Sistematika Penulisan ... 4
II.TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Umum ... 6
2.2. Representasi Gardu Induk... 7
2.2.1. Pengertian Gardu Induk ... 7
2.2.2. Single Line Diagram ... 8
2.2.3. Fungsi Gardu Induk Pada Sistem Tenaga Listrik ... 8
2.2.4. Klasifikasi Gardu Induk ... 9
2.2.4.1 Menurut pelayanannya ... 9
2.2.4.2 Menurut isolasinya ... 10
2.2.5. Peralatan Utama Gardu Induk ... 17
2.2.5.1 Transformator ... 18
2.2.5.2 Pemutus Tenaga (PMT)... 25
2.2.5.3 Pemisah (PMS) ... 28
2.2.5.4 Ligthning Arester (LA) ... 31
2.2.5.5 Earthing Switch... 33
2.3. Persamaan Aliran Daya ... 34
2.4. Metode Newton-Rhapson ... 41
III. METODE PENELITIAN 3.1. Tempat danWaktu ... 47
3.2. Data dan Peralatan yang digunakan ... 47
3.2.1. Data ... 47
3.2.2. Peralatan... 47
3.3. Variabel Yang Diamati ... 47
3.4. Rangkaian dan Teknik Pengukuran ... 48
3.5. Pelaksanaan Penelitian ... 50
IV. HASIL ANALISIS PERHITUNGAN RUGI-RUGI DAYA PADA GI PLTU 2 SUMUT PANGKALAN SUSU DENGAN ETAP 7.5.0 4.1. Software Etap 7.5.0 ... 51
4.2. Metode rugi-rugi daya menggunakan ETAP 7.5.0 ... 51
4.3. Prosedur Menggunakan Etap 7.5.0 ... 52
4.3.1. Data Load Flow ... 56
4.3.1.1. Data Pembangkit ... 57
4.3.1.2. Data Transformator ... 57
4.3.1.5. Data Beban ... 62
4.3.1.6. Data Pengaman ... 63
4.3.1.7. Data Load Flow Study Case ... 64
4.4. Hasil Simulasi Etap 7.5.0... 65
V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ... 68
5.2. Saran... 69
DAFTAR GAMBAR
No. Judul Halaman
2.1 Single line diagram sistem tenaga listrik secara sederhana ... 6
2.2 Diagram Garis Suatu Gardu Induk ... 7
2.3 Gardu Induk PLTU 2 SUMUT Pangkalan Susu ... 8
2.4 Switchgear Gardu Induk SF6 ... 11
2.5 Gardu Induk Sistem Ring Busbar ... 11
2.6 Gardu Induk Single Busbar ... 13
2.7 Dobble Bus ,Single Breaker ... 14
2.8 Gardu Induk Sistem 1,5 PMT... 16
2.9 Transformator Daya PLTU 2 SUMUT Pangkalan Susu ... 19
2.10 Trafo Arus PLTU 2 Sumut Pangkalan Susu... 21
2.11 Trafo Tegangan Kapasitif PLTU 2 SUMUT Pangkalan Susu . 23 2.12 Pemutus Tenaga PLTU 2 SUMUT ... 25
2.13 Pemisah (DS) PLTU 2 SUMUT ... 29
2.14 Lightning Arester PLTU 2 SUMUT ... 32
2.15 Earthing Switch di GI PLTU 2 SUMUT ... 33
2.16 Diagram Satu Garis Sistem 2 Bus ... 36
2.17 Rangkaiann Ekivalen Sistem 2 Bus ... 37
2.18 Rangkaiann Ekivalen model untuk sistem 2 bus ... 37
2.19 Distribusi arus pada rangkaian ekivalen untuk sistem 2 bus ... 38
2.20 Sistem n bus ... 39
2.21 Model Transmisi untuk sistem n-bus ... 40
4.1 Tampilan Pertama Etap 7.5.0 ... 53
4.2 Create New Project File ... 54
4.3 User Information Etap 7.5.0 ... 54
4.4 Tampilan Utama Program Etap 7.5.0 ... 55
4.5 One-Line Diagram dalam Etap 7.5.0 ... 56
4.6 Tampilan data generator pada program Etap 7.5.0 ... 58
4.7 Tampilan data Transformator pada program Etap 7.5.0 ... 59
4.8 Tampilan data Transmisi pada program Etap 7.5.0 ... 60
4.9 Tampilan data Bus pada program Etap 7.5.0 ... 61
4.10 Tampilan data Lumped Load pada program Etap 7.5.0 ... 63
4.11 Tampilan data Load Flow Study Case ... 65
4.12 Grafik KW Loss Hasil Simulasi ... 67
DAFTAR TABEL
No. Judul Halaman
ABSTRAK
Dalam penyaluran sistem tenaga listrik pada jaringan distribusi, efisiensi sangatlah diperlukan. Efisiensi dipengaruhi oleh adanya rugi-rugi, baik rugi-rugi tegangan maupun rugi-rugi daya listrik pada saluran distribusi. Karena pada dasarnya rugi-rugi tersebut tidak bisa dihilangkan sama sekali, tetapi perlu usaha untuk memperkecil sampai pada batas toleransi. Batas toleransi yang diperbolehkan untuk rugi-rugi daya dan rugi-rugi tegangan yaitu 10% dari nilai nominalnya. ETAP 7.5.0 (Elctrical Transient Analyzer Program) merupakan program yang dapat menampilkan secara GUI (Graphical User Interface) dengan jumlah bus unlimited. Salah satu kegunaan ETAP 7.5.0 adalah untuk menghitung rugi-rugi daya. Data yang dibutuhkan ETAP 7.5.0 untuk menghitung rugi-rugi daya pada GI PLTU 2 SUMUT Pangkalan Susu adalah one-line diagram, nominal KV, dan rating generator, bus, transformator, transmisi, dan pengaman. Metode pendekatan untuk menghitung rugi-rugi daya yang digunakan adalah metode iterasi Newton Raphson dengan faktor ketelitian 0,0001. Permasalahan rugi-rugi daya yang ditinjau adalah sistem dalam keadaan normal. Hasil Analisis rugi-rugi daya aktif dan reaktif untuk sistem dalam keadaan normal adalah rugi-rugi daya aktif dan reaktif paling rendah di cable 1 dan 2 yaitu sebesar 0.1 kw dan0.2 kvar. Sedangkan rugi-rugi daya aktif tertinggi yaitu pada OHL Binjai 1 dan 2 sebesar 106.1 kw, dan rugi-rugi daya rektif tertinggi yaitu pada Trafo 1 dan 2 sebesar 1882.6
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Untuk meningkatkan pelayanan dan efisiensi operasional maka perlu
menghitung jatuh tegangan dan rugi-rugi pada penyulang. Perhitungan jatuh tegangan
dipengaruhi oleh panjang penyulang, beban penyulang, penampang penyulang.
Sedangkan rugi-rugi dipengaruhi oleh besarnya energi yang hilang di jaringan
khususnya penyulang. Konsumen mengharapakan tegangan yang nominal supaya
peralatan dapat bekerja maksimal dan tidak terjadi kerusakan. Hal inilah yang melatar
belakangi penulis untuk melakukan analisis jatuh tegangan dan rugi-rugi daya pada
GI sehingga dapat diketahui apakah tegangan tersebut masih memenuhi standar yang
ditetapkan.
1.2 Perumusan Masalah
Dari latar belakang diatas, maka dapat dirumuskan permasalahan dalam Tugas
Akhir ini yaitu menghitung rugi-rugi yang terjadi di Gardu induk dengan
menggunakan software Etap 7.5.0 agar kita mengetahui apakah rugi-rugi tersebut
masih di ambang batas wajar dan agar energi yang di hasilkan tidak terbuang sia-sia
1.3 Tujuan
Adapun tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah:
1. Mengetahui dan memahami penggunaan ETAP 7.5.0 untuk menganalisis
rugi-rugi di Gardu Induk Pangkalan Susu.
2. Mengetahui tegangan, daya nyata, dan daya reaktif pada sistem 275 kv GI
Pangkalan Susu.
3. Mengetahui losses (rugi-rugi) pada sistem 275 kv GI Pangkalan Susu.
4. Menganalisis jatuh tegangan tiap penyulang dengan ETAP.
1.4 Manfaat Penulisan
Tugas akhir ini diharapkan dapat bermanfaat untuk memberikan pengertian dan penjelasan kepada penulis dan pembaca tentang analisis jatuh tegangan dan rugi-rugi pada penyulang dalam suatu sistem tenaga listrik dan dapat menjadi sumbangan dalam memperkaya pengetahuan dan memberikan kesempatan untuk mempelajari lebih lanjut.
1.5 Batasan Masalah
Agar isi dan pembahasan tugas akhir ini menjadi terarah dan dapat mencapai
hasil yang diharapkan, maka penulis perlu membuat batasan masalah yang akan
dibahas. Adapun batasan masalah pada penulisan tugas akhir ini adalah sebagai
1. Analisis rugi-rugi pada sistem 275 kv GI Pangkalan Susu ini menggunakan
software ETAP 7.5.0.
2. Tidak membahas bagaimana cara mengurangi jatuh tegangan pada GI pangkalan susu.
3. Tidak membahas bagaimana cara mengurangi rugi-rugi di GI Pangkalan susu.
4. Metode yang dipakai untung menghitung rugi-rugi adalah metode
Newton-Rhapson.
5. Studi aliran daya dilakukan pada kondisi beban seimbang.
1.6 Metodologi Penulisan
Metodologi yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah :
1. Studi Literatur
Yaitu dengan mempelajari buku referensi, buku manual, artikel dari media cetak
dan internet, dan bahan kuliah yang mendukung dan berkaitan dengan topik
tugas akhir ini.
2. Studi Bimbingan
Berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh pihak
Jurusan Teknik Elektro USU mengenai masalah-masalah yang timbul selama
penulisan Tugas Akhir berlangsung.
3. Diskusi dan tanya jawab
Yaitu dengan mengadakan diskusi dan tanya jawab dengan staf dan karyawan PT
PLN Pangkalan Susu serta dengan rekan-rekan mahasiswa yang memahami
4. Menggunakan Program (software) ETAP 7.5.0
5. Data : data-data yang diambil adalah parameter-parameter yang dibutuhkan
untuk menggunakan program ETAP 7.5.0. Adapun data-data yang dibutuhkan
adalah parameter-parameter pada peralatan tenaga listrik seperti : generator,
transformator, transmisi, bus, dan sebagainya. Data-data ini diambil pada PT.
PLN Pangkalan Susu.
1.7 Sistematika Penulisan
Penulisan Tugas Akhir ini ditulis dan disusun dalam urutan sebagai berikut:
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini berisikan latar belakang, rumusan masalah, tujuan dan manfaat
penulisan, batasan masalah, metode penulisan, dan sistematika
penulisan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini membahas tentang representasi sistem tenaga listrik, studi dan
persamaan aliran daya serta metode aliran daya yang digunakan untuk
BAB III METODE PENELITIAN
Bab ini membahas tentang cara yang harus ditempuh dalam kegiatan
penelitian agar pengetahuan yang akan dicapai dari suatu penelitian
dapat memenuhi kaidah ilmiah.
BAB IV HASIL ANALISIS PERHITUNGAN RUGI-RUGI DAYA PADA GI
PLTU 2 SUMUT PANGKALAN SUSU DENGAN ETAP 7.5.0
Bab ini berisi tentang hasil studi pada sistem kelisitrikan 275 kV
Sumatera Bagian Utara dengan menggunakan software Etap 7.5.0.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisikan beberapa kesimpulan dan saran yang diperoleh dari
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Umum
Gambar 2.1 dibawah ini menunjukkan diagram segaris suatu sistem tenaga
listrik yang sederhana. Gambar ini menunjukkan bahwa sistem tenaga listrik terdiri
atas lima sub-sistem utama, yaitu: pusat pembangkit, transmisi, gardu induk, jaringan
distribusi, dan beban.
Gambar 2.1 Single line diagram sistem tenaga listrik secara sederhana
Pada pusat pembangkit terdapat generator dan tranformator penaik tegangan
(step-up transformer). Generator berfungsi untuk mengubah energi mekanis yang
dihasilkan pada poros turbin menjadi energi listrik. Lalu melalui transformator penaik
tegangan energi listrik ini kemudian dikirimkan melalui saluran transmisi
bertegangan tinggi menuju pusat-pusat beban. Tegangan ini dinaikkan dengan
maksud untuk mengurangi jumlah arus yang mengalir pada saluran transmisi. Dengan
demikian saluran transmisi bertegangan tinggi akan membawa aliran arus yang
rendah dan berarti akan mengurangi rugi-rugi daya transmisi. Ketika saluran
transformator penurun tegangan (step-down transformer) yang terdapat pada gardu
induk distribusi menjadi tegangan menengah maupun tegangan rendah yang
kemudian akan disalurkan melalui saluran distribusi menuju pusat-pusat beban.
2.2 Representasi Gardu Induk
Sebelum studi aliran daya ini dilakukan sistem yang dianalisa harus terlebih
dahulu direpresentasikan dengan suatu diagram pengganti.
2.2.1 Pengertian Gardu Induk
Gardu Induk adalah suatu instalasi yang terdiri dari peralatan listrik yang
berfungsi untuk mentransfer tenaga listrik dari tegangan yang berbeda, pengukuran,
pengawasan, pengamanan sistem tenaga listrik serta pengaturan daya. Untuk lebih
jelasnya lihatlah Gambar 3.1 dan Gambar 3.2 di bawah ini.
Gambar 2.3 Gardu Induk PLTU 2 SUMUT Pangkalan Susu
2.2.2 Single Line Diagram
Diagram satu garis adalah suatu diagram listrik pada gardu induk yang berisi
penjelasan secara umum tentang letak, jenis peralatan gardu induk seperti rel
(busbar), pemisah (PMS), pemutus (PMT), Trafo arus (CT), trafo tegangan (PT),
Lightning Arrester (LA), trafo tenaga dll. Single Line Diagram Gardu Induk 275 KV
PLTU 2 SUMUT dapat dilihat pada lampiran di bagian akhir laporan ini.
2.2.3 Fungsi Gardu Induk Pada Sistem Tenaga Listrik
Fungsi dari gardu induk adalah sebagai berikut :
1. Mentransformasikan atau merubah besaran tenaga listrik pada suatu tingkat
tegangan ke tingkat tegangan yang diinginkan.
2. Sebagai pusat pengaturan daya listrik ke Gardu Distribusi atau gardu lainnya
melalui feeder-feeder menengah.
3. Sebagai pusat pengaturan, pengawasan operasional serta pengaturan dalam
Oleh karena itu, jika dilihat dari segi manfaat dan kegunaan dari gardu induk itu
sendiri, maka peralatan dan komponen dari gardu induk harus memiliki keandalan
yang tinggi serta kualitas yang tidak diragukan lagi, atau dapat dikatakan harus
optimal dalam kinerjanya sehingga masyarakat sebagai konsumen tidak merasa
dirugikan oleh kinerjanya. Oleh karena itu, sesuatu yang berhubungan dengan
rekonstruksi pembangunan gardu induk harus memiliki syarat-syarat yang berlaku
dan pembangunan gardu induk harus diperhatikan besarnya beban.
Maka perencanaan suatu gardu induk harus memenuhi persyaratan sebagai berikut :
1. Operasi, yaitu dalam segi perawatan dan perbaikan mudah
2. Flexibel
3. Konstruksi sederhana dan kuat
4. Memiliki tingkat keandalan dan daya guna yang tinggi
5. Memiliki tingkat keamanan yang tinggi
2.2.4 Klasifikasi Gardu Induk
Gardu induk dapat diklasifikasikan menurut beberapa bagian, yaitu :
2.2.4.1 Menurut pelayanannya
Gardu Transmisi, yaitu gardu induk yang melayani untuk TET (Tegangan
Ekstra Tinggi) dan TT (Tegangan Tinggi).
Gardu Distribusi, yaitu gardu induk yang melayani untuk TM (Tegangan
2.2.4.2 Menurut isolasinya
Gardu induk Konvensional
Adalah Gardu Induk dengan isolasi udara bebas. Biasanya GI
Konvensional memerlukan areal tanah yang cukup luas, karena sebagian
besar peralatannya dipasang diluar Gedung ( SWITCH-YARD ) dan
sebagian lagiperalatannya dipasang didalam Gedung.
Gas Insulated Substation
Adalah Gardu Induk dengan isolasi Sulfur Hexafluoride ( SF-6.). GIS
ini hanya memerlukan areal tanah yang relatif kecil (seperenam kali lebih
kecil dibanding GI. Konvensional), maka sangat cocok untukdibangun di
areal perkotaan yang harga tanahnya sangat mahal walaupun
pembangunannya memerlukan investasi yang sangat tinggi khususnya
untuk pengadaan peralatannya akan tetapi masih relatif efisien. GIS
hampir semua peralatannya dipasang di dalam Gedung. Untuk lebih
Gambar 2.4 Switchgear Gardu Induk SF6
2.2.4.3 Menurut relnya
Gardu induk dengan system ring busbar
Adalah gardu induk yang busbarnya berbentuk ring yaitu semua
rel/busbar yang ada tersambung satu sama lain dan membentuk seperti
ring / cincin. Untuk lebih jelasnya lihatlah Gambar 3.4 berikut ini.
Keuntungan
- Biaya cukup rendah
- Pemeliharaan breaker cukup fleksibel
- Pemeliharaan dapat berlangsung tanpa interupsi jaringan
- Hanya memerlukan 1 breaker setiap jaringan
- Setiap jaringan disokong oleh 2 circuit breaker
Kekurangan
- Apabila terjadi gagal pada saat pemeliharaan breaker, maka jaringan
akan terbagi menjadi 2
- Saat terjadi gagal, maka jumlah circuit breaker yang menyokong
jaringan akan berkurang
Gardu induk dengan satu rel (single busbar)
Adalah gardu induk yang mempunyai satu / single busbar . pada
umumnya gardu dengan system ini adalah gardu induk diujung atau akhir
Gambar 2.6 Gardu Induk Single Busbar
Keuntungan:
- Biaya paling Murah
Kekurangan:
- Kegagalan bus atau hasil pemutusan CB menyebabkan shutdown
seluruh gardu Induk.
- Sulit untuk melakukan maintenance
- Tidak dapat melakukan modifikasi pada busbar tanpa mematikan
gardu induk secara keseluruhan
- Hanya dapat digunakan di tempat di mana beban dapat diputus
Gardu induk dengan dua rel, Satu Breaker (Double Bus, Single Breaker)
Adalah gardu induk yang mempunyai dua / double busbar . Sistem ini
sangat umum, hamper semua gardu induk menggunakan system ini
melakukan perubahan system. Untuk lebih jelasnya lihatlah Gambar 3.6
berikut ini.
Gambar 2.7 Double Bus, Single Breaker
Keuntungan
- Lebih fleksibel dengan adanya 2 bus
- Dapat dilakukan maintenance pada masing-masing bus
- Dapat dilakukan pemindahan secara mudah menggunakan switch bus
tie
-Kekurangan
- Diperlukan breaker ekstra untuk bus tie
- Diperlukan 4 switch untuk satu jaringan
Gardu induk dengan dua rel sistem 1,5 PMT (one and half circuit
breaker).
Adalah gardu induk yang mempunyai dua / double busbar . Pada
umumnya gardu induk jenis ini dipasang pada gardu induk di pembangkit
tenaga listrik atau gardu induk yang berkapasitas besar. Dalam segi
operasional, gardu induk ini sangat efektif, karena dapat mengurangi
pemadaman beban pada saat dilakukan perubahan sistem (manuver
system). Sistem ini menggunakan 3 buah PMT didalam satu diagonal
yang terpasang secara seri. Pada Pembangunan Gardu Induk 275 KV
PLTU 2 SUMUT Pangkalan Susu Sumatera Utara menggunakan system
ini yaitu Gardu Induk dengan Dua Rel sistem 1.5 PMT. Untuk lebih
Gambar 2.8 Gardu Induk System 1,5 PMT
Keuntungan
- Operasi paling fleksibel
- Memiliki keandalan tinggi
- Mudah untuk melakukan maintenance bus
- Kegagalan pada bus tidak mengakibatkan putusnya jaringan
Kekurangan
- Setiap jaringan disokong oleh 3/2 breaker
Gardu Induk PLTU 2 Sumut menggunakan sistem 1,5 PMT (one and half circuit
breaker).
2.2.4.4 Menurut Fungsi
Gardu induk pembangkit
Gardu induk beban
Gardu induk hubung
2.2.4.5 Menurut Jenis Trafo Daya yang Terpasang
Gardu induk step up
Gardu induk step down
2.2.5 Peralatan Utama Gardu Induk
Peralatan-peralatan utama yang terdapat di suatu gardu induk pada umumnya
terdiri atas :
1. Transformator (trafo), terdiri atas :
Transformator tenaga (daya)
Transformator instrument :
Transformator tegangan
2. Pemutus Tenaga (PMT)
3. Pemutus Pemisah (PMS)
4. Busbar (rel daya)
5. Isolator-isolator
6. Lightning Arester (LA)
7. Peralatan Sistem Pentanahan
2.2.5.1Transformator
2.2.5.1.1 Transformator Tenaga (Trafo Daya)
Pengertian dan Fungsi
Transformator merupakan peralatan listrik yang berfungsi untuk menyalurkan
daya/tenaga dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya. Transformator
menggunakan prinsip hukum induksi faraday dan hukum lorentz dalam menyalurkan
daya, dimana arus bolak balik yang mengalir mengelilingi suatu inti besi maka inti
besi itu akan berubah menjadi magnet. Dan apabila magnet tersebut dikelilingi oleh
suatu belitan maka pada kedua ujung belitan tersebut akan terjadi beda potensial.
Arus yang mengalir pada belitan primer akan menginduksi inti besi transformator
sehingga didalam inti besi akan mengalir flux magnet dan flux magnet ini akan
menginduksi belitan sekunder sehingga pada ujung belitan sekunder akan terdapat
beda potensial. Untuk lebih jelasnya lihatlah Gambar 3.8 Transformator Daya PLTU
Gambar 2.9 Transformator Daya PLTU 2 SUMUT Pangkalan Susu
Jenis Transformator Daya
Berdasarkan fungsinya transformator tenaga dapat dibedakan menjadi :
Trafo pembangkit
Trafo gardu induk/penyaluran
Trafo distribusi
Transformator tenaga untuk fungsi penyaluran dapat dibedakan menjadi :
Trafo besar
Trafo sedang
Trafo kecil
2.2.5.1.2 Transformator Instrument
Transformator instrument berfungsi untuk mencatu instrument ukur (meter)
dan relai serta alat-alat serupa lainnya. Transformator ini terdapat dua jenis yaitu
Transformator instrument yang berazaskan induksi terdiri dari inti (core) dan
kumparan (winding). Inti berfungsi sebagai jalannya fluxi magnit sedangkan
kumparan berfungsi mentransformasikan arus dan tegangan. Kumparan primer dan
sekunder dapat lebih dari satu kumparan.
2.2.5.1.2.1 Transformator arus (CT)
Transformator Arus atau Current Transformer (CT) adalah peralatan pada
sistem tenaga listrik yang berupa transformator yang digunakan untuk pengukuran
arus yang besarnya hingga ratusan ampere dan arus yang mengalir pada jaringan
tegangan tinggi atau tegangan menengah. Di samping untuk pengukuran arus,
transformator arus juga digunakan untuk pengukuran daya dan energi, pengukuran
jarak jauh, dan rele pengaman. Kumparan primer transformator dihubungkan seri
dengan rangkaian atau jaringan yang akan diukur arusnya sedangkan kumparan
sekunder dihubungkan dengan meter atau dengan rele pengaman. Untuk lebih
Fungsi dari trafo arus adalah:
- Mengkonversi besaran arus pada sistem tenaga listrik dari besaran primer
menjadi besaran sekunder untuk keperluan pengukuran sistem metering dan
proteksi
- Mengisolasi rangkaian sekunder terhadap rangkaian primer, sebagai
pengamanan terhadap manusia atau operator yang melakukan pengukuran.
- Standarisasi besaran sekunder, untuk arus nominal 1 Amp dan 5 Amp.
Secara fungsi trafo arus dibedakan menjadi dua yaitu:
a). Trafo arus pengukuran
o Trafo arus pengukuran untuk metering memiliki ketelitian tinggi pada daerah
kerja (daerah pengenalnya) 5% - 120% arus nominalnya tergantung dari
kelasnya dan tingkat kejenuhan yang relatif rendah dibandingkan trafo arus
untuk proteksi.
o Penggunaan trafo arus pengukuran untuk Amperemeter, Watt-meter,
VARh-meter, dan cos meter.
b). Trafo arus proteksi
Trafo arus untuk proteksi, memiliki ketelitian tinggi pada saat terjadi
gangguan dimana arus yang mengalir beberapa kali dari arus pengenalnya
Penggunaan trafo arus proteksi untuk relai arus lebih (OCR dan GFR), relai
beban lebih, relai diferensial, relai daya dan relai jarak.
2.2.5.1.2.2 Transformator Tegangan (PT)
Trafo tegangan adalah peralatan yang mentransformasi tegangan sistem yang
lebih tinggi ke suatu tegangan sistem yang lebih rendah untuk peralatan indikator, alat
ukur / meter dan relai. Untuk lebih jelasnya lihatlah Gambar 3.10 Trafo Tegangan
Kapasitif PLTU 2 SUMUT Pangkalan Susu berikut ini.
Gambar 2.11Trafo Tegangan Kapasitif PLTU 2 SUMUT Pangkalan Susu
Fungsi dari trafo tegangan yaitu :
- Mentransformasikan besaran tegangan sistem dari yang tinggi ke besaran
tegangan listrik yang lebih rendah sehingga dapat digunakan untuk peralatan
- Mengisolasi bagian primer yang tegangannya sangat tinggi dengan bagian
sekunder yang tegangannya rendah untuk digunakan sebagai sistm proteksi
dan pengukuran peralatan dibagian primer.
- Sebagai standarisasi besaran tegangan sekunder (100, 100/√3, 110/√3 dan 110
volt) untuk keperluan peralatan sisi sekunder.
- Memiliki 2 kelas, yaitu kelas proteksi (3P, 6P) dan kelas pengukuran (0,1; 0,2;
0,5;1;3)
Trafo tegangan dibagi dibagi menjadi dua jenis yaitu
Trafo tegangan magnetik (Magnetik Voltage Transformer / VT)
Disebut juga Trafo tegangan induktif. Terdiri dari belitan primer dan sekunder
pada inti besi yang prinsip kerjanya belitan primer menginduksikan tegangan
kebelitan sekundernya.
Trafo tegangan kapasitif (Capasitive Voltage Transformer / CVT)
Capacitive Voltage Transformer (CVT) atau Transformator Tegangan
Kapasitif adalah peralatan pada sistem tenaga listrik yang berupa
transformator satu fasa step down yang dirangkai dengan pembagi tegangan
kapasitif yang mentransformasi tegangan pada jaringan tegangan tinggi ke
suatu sistem tegangan rendah yang layak untuk perlengkapan indikator, alat
ukur, rele, dan alat sinkronisasi. CVT dipilih karena lebih ekonomis membuat
pembagi tegangan kapasitif daripada membuat transformator dengan belitan
2.2.5.2 Pemutus Tenaga (PMT)
Circuit Breaker atau Sakelar Pemutus Tenaga (PMT) adalah suatu
rangkaian listrik pada semua kondisi, termasuk arus hubung singkat, sesuai dengan
ratingnya peralatan pemutus rangkaian listrik pada suatu sistem tenaga listrik, yang
mampu untuk membuka dan menutup pada kondisi tegangan yang normal ataupun
tidak normal. Untuk lebih jelasnya lihatlah Gambar 3.11 Pemutus Tenaga PLTU 2
SUMUT berikut ini.
Gambar 2.12 Pemutus Tenaga PLTU 2 SUMUT
Fungsi utamanya adalah sebagai alat pembuka atau penutup suatu rangkaian
listrik dalam kondisi berbeban, serta mampu membuka atau menutup saat terjadi arus
Syarat-syarat yang harus dipenuhi oleh suatu PMT agar dapat melakukan
hal-hal diatas, adalah sebagai berikut :
1. Mampu menyalurkan arus maksimum sistem secara terus-menerus
2. Mampu memutuskan dan menutup jaringan dalam keadaan berbeban
maupun terhubung singkat tanpa menimbulkan keruasakan pada pemutus
tenaga itu sendiri
3. Dapat memutuskan arus hubung singkat dengan kecepatan tinggi agar arus
hubung singkat tidak sampai merusak peralatan sistem, membuat sistem
kehilangan kestabilan, dan merusak pemutus tenaga itu sendiri.
Klasifikasi Pemutus Tenaga
Pemutus tenaga dapat diklasifikasikan atas beberapa jenis , yaitu :
1. Berdasarkan besar/kelas tegangan
- PMT tegangan rendah (Low Voltage)
Dengan range tegangan 0.1 s/d 1 kV ( SPLN 1.1995 - 3.3 ).
- PMT tegangan menengah (Medium Voltage) Dengan range tegangan 1 s/d 35
kV ( SPLN 1.1995 – 3.4 ).
- PMT tegangan tinggi (High Voltage)
Dengan range tegangan 35 s/d 245 kV ( SPLN 1.1995 – 3.5 ).
- PMT tegangan extra tinggi (Extra High Voltage)
2. Berdasarkan jumlah mekanik penggeraknya (moving coil)
- PMT SinglePole
PMT type ini mempunyai mekanik penggerak pada masing-masing pole,
umumnya PMT jenis ini dipasang pada bay penghantar agar PMT bisa
reclose satu fasa.
- PMT ThreePole
PMT jenis ini mempunyai satu mekanik penggerak untuk tiga fasa, guna
menghubungkan fasa satu dengan fasa lainnya di lengkapi dengan kopel
mekanik, umumnya PMT jenis ini di pasang pada bay trafo dan bay kopel
serta PMT 20 kV untuk distribusi.
3. Berdasarkan media isolasi
- PMT Gas SF6
- PMT Minyak
- PMT Udara Hembus (Air Blast)
- PMT Hampa Udara (Vacuum)
4. Berdasarkan proses pemadaman busur api listrik di ruang pemutus
- PMT Jenis Tekanan Tunggal (single pressure type)
- PMT Jenis Tekanan Ganda (double pressure type)
5. Berdasarkan mekanik penggeraknya
- Pegas
- Pneumatik
- Hidrolik
2.2.5.3 Pemisah (PMS)
Pemisah (PMS) atau Disconnecting switch (DS) adalah peralatan pada sistem
tenaga listrik yang berfungsi sebagai saklar pemisah yang dapat memutus dan
menyambung rangkaian dengan arus yang rendah (± 5A), biasa dipakai ketika
dilakukan perawatan atau perbaikan. PMS terletak di antara sumber tenaga listrik dan
PMT serta di antara PMT dan beban.
Berdasarkan posisinya, PMS dibagi menjadi 3 macam yaitu PMS jaringan, PMS bus,
dan PMS transformator. Dilihat dari jumlah kutubnya, pemisah dibagi atas dua jenis,
yaitu pemisah satu fasa dan pemisah tiga fasa. Pada dasarnya PMS dipakai untuk
membebaskan PMT dari tegangan yang tersambung kepada PMT tersebut. Agar
dapat dilakukan perawatan ataut perbaikan pada PMT tersebut, maka PMS harus
dibuka agar pada PMT tidak terdapat tegangan dan PMT aman bagi teknisi. Untuk
Gambar 2.13 Pemisah (DS) PLTU 2 SUMUT
Pada PMS terdapat mekanisme interlocking yang befungsi untuk
mengamankan pembukaan dan penutupan PMS. Mekanisme interlocking tersebut
adalah :
PMS tidak dapat ditutup ketika PMT dalam posisi tertutup.
Saklar pembumian (Earthing Switch) dapat ditutup hanya ketika PMS
dalam keadaan terbuka.
PMS dapat ditutup hanya ketika PMT dan ES terbuka.
PMT dapat ditutup hanya ketika PMS dalam kondisi telah terbuka atau
telah tertutup.
1. Pemisah Peralatan
Berfungsi untuk memisahkan peralatan listrik dari peralatan lain atau
instalasi lain yang bertegangan. PMS ini boleh dibuka atau ditutup hanya
pada rangkaian yang tidak berbeban.
2. Pemisah Tanah (Pisau Pentanahan/Pembumian)
Berfungsi untuk mengamankan dari arus tegangan yang timbul sesudah
saluran tegangan tinggi diputuskan atau induksi tegangan dari penghantar
atau kabel lainnya. Hal ini perlu untuk keamanan bagi orang-orang yang
bekerja pada peralatan instalasi.
Penempatan posisi pemisah
Sesuai dengan penempatannya di daerah mana Pemisah tersebut dipasang,
Pemisah dapat dibagi menjadi:
1. Pemisah Penghantar/Line
Pemisah yang terpasang di sisi penghantar
2. Pemisah Rel/Bus
Pemisah yang terpasang di sisi rel
3. Pemisah Kabel
Pemisah yang terpasang di sisi kabel
Pemisah yang terpasang pada suatu rel sehingga rel tersebut dapat terpisah
menjadi dua seksi
5. Pemisah Tanah
Pemisah yang terpasang pada penghantar/line/kabel untuk menghubungkan ke
tanah.
2.2.5.4 Ligthning Arester (LA)
Lightning Arester adalah alat pelindung peralatan sistem terhadap bahaya
tegangan-lebih petir. Alat ini bersifat isolator pada tegangan kerja sistem tetapi akan
terhubung singkat bila diterpa tegangan-lebih impuls. Ketika suatu arester bekerja,
arester melewatkan arus impuls yang besar ke tanah. Bersamaan dengan
berkurangnya tegangan impuls, arester memulihkan sifatnya kembali menjadi isolator
sehingga arus hubung singkat karena tegangan frekuensi sistem tidak terus
berlangsung. Untuk lebih jelasnya lihatlah Gambar 3.13 Lightning Arester PLTU 2
Gambar 2.14 Lightning Arester PLTU 2 SUMUT
LA berfungsi melindungi peralatan listrik terhadap tegangan lebih akibat surja petir
dan surja hubung serta mengalirkan arus surja ke tanah. LA dilengkapi dengan:
Sela bola api (Spark gap)
Tahanan kran atau tahanan tidak linier (valve resistor)
Sistem pengaturan atau pembagian tegangan (grading system)
Arester ditempatkan sedekat mungkin dengan peralatan yang dilindungi dengan
tujuan:
1. Untuk mengurangi peluang tegangan impuls merambat pada kawat
penghubung arester dengan peralatan yang dilindungi.
2. Saat arester bekerja, gelombang tegangan impuls merambat pada kawat
penghubung transformator dengan arester. Setelah gelombang tegangan itu
tiba pada terminal transformator, gelombang tegangan tersebut akan
sisa. Peristiwa ini dapat dicegah jika arester dipasang langsung pada terminal
transformator.
3. Jika kawat penghubung arester dengan transformator yang dilindungi cukup
panjang, maka induktansi kawat itu harus diperhitungkan.
2.2.5.5 Earthing Switch
Earthing Switch atau saklar pembumian digunakan untuk membumikan bagian aktif
(bertegangan) selama pengujian maupun masa perawatan (maintenance). Saklar ini
bersifat normally open dan hanya bisa ditutup saat PMS dalam keadaan terbuka.
Untuk lebih jelasnya lihatlah Gambar 3.15 di bawah ini untuk mengetahui dimana
earthing switch biasa di pasang.
Gambar 2.15 Earthing Switch di Gardu Induk PLTU 2 SUMUT
Saat PMS dibuka, masih ada tegangan sisa pada peralatan. Saklar
pembumian berfungsi mengalirkan tegangan tersebut ke bumi dan pemeliharaan
2.3 Persamaan Aliran Daya
Komponen Utama dari suatu sistem tenaga pada umumnya terdiri dari
generaror, saluran transmisi, transformator dan beban. Komponen-komponen utama
tersebut diganti dengan rangkaian pengganti agar dapat dilakukan analisis pada
sistem tenaga listrik. Rangkaian pengganti yang digunakan adalah rangkaian
pengganti satu phasa dengan nilai phasa netralnya. Dengan asumsi sistem 3 phasa
yang dianalisis dalam keadaan seimbang dan kondisi normal. Untuk
mempresentasikan suatu sistem tenaga listrik digunakan diagram yang disebut
diagram segaris (single line diagram). Diagram segaris berisi informasi yang
dibutuhkan mengenai sistem tenaga tersebut. [3]
Pada studi aliran daya, perhitungan aliran dan tegangan sistem dilakukan pada
terminal tertentu atau bus tertentu. Bus-bus pada studi aliran daya dibagi dalam 3
macam, yaitu:
Bus Beban
Pada bus ini daya aktif (P) dan daya reaktif (Q) diketahui sehingga sering juga
disebut bus PQ. Daya aktif dan reaktif yang dicatu ke dalam sistem tenaga bernilai
positif, sementara daya aktif dan reaktif yang di konsumsi bernilai negatif. Besaran
yang dapat dihitung pada bus ini adalah V (tegangan) dan δ (sudut beban).[3]
Bus Generator
Bus Generator dapat disebut dengan voltage controlled bus karena tegangan
pada bus ini dibuat selalu konstan atau bus dimana terdapat generator. Pembangkitan
nilai tegangan dikendalikan dengan mengatur eksitasi generator. Sehingga bus ini
sering juga disebut dengan PV bus. Besaran yang dapat dihitung dari bus ini adalah Q
(daya reaktif) dan δ (sudut beban).[3]
Slack Bus
Slack Bus sering juga disebut dengan swing bus atau bus berayun. Slack bus
berfungsi untuk menyuplai daya aktif P dan daya reaktif Q. Besaran yang diketahui
dari slack bus adalah tegangan V dan sudut beban δ. Suatu sistem tenaga biasanya
dirancang memiliki bus ini yang dijadikan sebagai referensi yaitu besaran δ = 00.
Besaran yang dapat dihitung dari bus ini adalah daya aktif P dan daya reaktif Q.[3]
Perbedaan dari masing-masing bus dapat dilihat pada Table 2.1 di bawah ini.
Tabel 2.1 Klasifikasi bus pada sistem tenaga
No. Tipe Bus P
Persamaan aliran daya secara sederhana dapat dilihat pada Gambar 2.2 untuk
Bus 1 dengan bus 2 dihubungkan dengan penghantar. Pada setiap bus memiliki 6
besaran elektris yang terdiri dari : PD, PG, QD, QG, V, dan δ. [1]
Gambar 2.16 Diagram Satu Garis Sistem 2 Bus
Pada Gambar 2.2 dapat dihasilkan persamaan aliran daya. Besar daya pada
bus 1 dan bus 2 adalah
= − = ( − ) + ( − )……… (2.1)
= − = ( − ) + ( − )……… (2.2)
Pada Gambar 2.3 menunjukkan rangkaian ekivalen untuk sistem 2 bus dimana
generator direpresentasikan sebagai sumber yang memiliki reaktansi dan transmisi
model π (phi). Beban diasumsikan memiliki impedansi konstan dan daya konstan
P
Y jB
2 YP
jB
2
1
ˆ
V Vˆ2
Gambar 2.17 Rangkaian ekivalen sistem 2 Bus
Besarnya arus pada bus 1 dan bus 2 adalah:
= − ……….. (2.3)
= − ……….………. (2.4)
Gambar 2.3 diatas dapat disederhanakan untuk mendapatkan bus daya pada
masing-masing bus seperti pada gambar 2.4 di bawah ini.
1
ˆ
V S Vˆ2
S Z
Y 1
Gambar 2.18 Rangkaian ekivalen model π untuk sistem 2 bus
= ∗ = ( + ) ⇒ ( − ) = ∗ ………. (2.5)
= ∗= ( + ) ⇒ ( − ) = ∗ ………. (2.6)
1
ˆ
V Vˆ2
S
S Z
Y 1
Gambar 2.19 Distribusi arus pada rangkaian ekivalen untuk sistem 2 bus
Distribusi arus dapat dilihat pada Gambar 2.5, dimana arus pada bus 1 adalah
= ′ + "………..……….. (2.7)
= + ( − ) …………..……… (2.8)
= + + (− ) ……… (2.9)
= + ……….………..……… (2.10)
Dengan:
Y11 adalah jumlah admitansi terhubung pada bus 1 = +
Y12 adalah admitansi negatif antara bus 1 dengan bus 2 = −
Untuk aliran arus pada bus 2 adalah:
= ′ + "……….. (2.11)
= + ( − ) ………..……….. (2.12)
= + ……….………(2.14) Dengan:
Y22 adalah jumlah admitansi terhubung pada bus 2 = +
Y21 adalah admitansi negatif antara bus 2 dengan bus 1 = − = Y12
Dari Persamaan (2.10) dan (2.14) dapat dihasilkan persamaan dalam bentuk
matrik, yaitu:
= ……….………... (2.15)
Notasi matrik dari Persamaan (2.15) adalah
= ………..…… (2.16)
Persamaan (2.5) hingga Persamaan (2.16) yang diberikan untuk sistem 2 bus
dapat dijadikan sebagai dasar untuk penyelesaian persamaan aliran daya untuk sistem
n-bus. Gambar 2.6 menunjukan sistem dengan jumlah n-bus dimana bus 1 terhubung
dengan bus lainnya. Gambar 2.7 menunjukan model transmisi untuk sistem n-bus.
Gambar 2.21 Model transmisi π untuk sistem n-bus
Persamaan yang dihasilkan dari Gambar 2.7 adalah:
= + + ⋯ + + − + − + ⋯ +
− ……….……… (2.17)
= + + ⋯ + + + + ⋯ + − − −
⋯ − ………..………..……… (2.18)
= + + + ⋯ + ………...…….. (2.19)
= ∑ ………..………. (2.20)
Dimana:
= + + ⋯ + + + + ⋯ + ……… (2.21)
= jumlah semua admitansi yang dihubungkan dengan bus 1
Persamaan (2.20) dapat disubtitusikan ke Persamaan (2.5) menjadi Persamaan
(2.23), yaitu:
− = ∗ = ∗∑ ……… (2.23)
Dengan:
∗ = = | |∠ −
− = ∗∑ ; untuk = 1,2, … , ……….. (2.24)
Persamaan (2.24) merupakan representasi persamaan aliran daya yang
nonlinear. Untuk sistem n-bus, seperti Persamaan (2.15) dapat dihasilkan Persamaan
(2.25), yaitu :
: =
… …
: : … :
… :
………. (2.25)
Notasi matrik dari Persamaan (2.25) adalah
= ………. (2.26)
Dimana:
=
… …
: : … :
…
= ………… (2.27)
2.4 Metode Newton-Rhapson
Pada sistem multi-bus, penyelesaian aliran daya dilakukan dengan metode
persamaan aliran daya. Metode yang pada umumnya digunkan dalam penyelesaian
aliran daya, yaitu metode Newton-Raphson, Gauss-Seidel, dan Fast Decoupled.
Dalam metode Newton-Rhapson, persamaan aliran daya dirumuskan dalam bentuk
polar.Persamaan arus yang memasuki bus dapat ditulis ulang menjadi:
= ∑ ……….. (2.28)
Persamaan di atas bila ditulis dalam bentuk polar adalah:
= ∑ ∠ + ……… (2.29)
Daya kompleks pada bus I adalah:
− = ∗ ……… (2.30)
Dengan:
∗= = | |∠ −
Subsitusi dari Persamaan (2.29) ke Persamaan (2.30) sehingga menjadi:
− = | |∠ − ∑ ∠ + ……… (2.31)
− = ∑ | | ∠ − + ……… (2.32)
Dimana:
( ) ≅ − + + − +
Dari Persamaan (2.31) dan (2.32) dapat diketahui persamaan daya aktif dan
persamaan daya reaktif yaitu sebagai berikut:
( ) = ∑ ( ) ( ) cos − ( )+ ( ) ……….. (2.33)
( ) = − ∑ ( ) ( ) sin − ( )+ ( ) ……… (2.34)
Persamaan (2.33) dan (2.34) merupakan langkah awal perhitungan aliran daya
proses iterasi (k+1). Untuk iterasi pertama (1), nilai k = 0, merupakan nilai perkiraan
awal (initial estimate) yang ditetapkan sebelum dimulai perhitungan aliran daya.
Hasil perhitungan aliran daya menggunakan Persamaan (2.33) dan (2.34) akan
diperoleh nilai ( ) dan ( ). Hasil nilai ini digunakan untuk menghitung nilai ∆ ( )
Dari Persamaan (2.37) dapat dilihat bahwa perubahan daya berhubungan
dengan perubahan besar tegangan dan sudut phasa. Secara umum, Persamaan (2.37)
dapat disederhanakan menjadi Persamaan (2.38).
∆ ( )
∆ ( ) = ∆
( )
∆| |( ) ……….. (2.38)
J1
( )
= ∑ ( ) ( ) sin − ( )+ ( ) ………..(2.39)
( )
= − ( ) ( ) sin − ( )+ ( ) ≠ ...(2.40)
J2
( )
| | = 2
( ) | | cos + ∑ ( ) cos − ( )+ ( ) .(2.41)
( )
= ( ) cos − ( )+ ( ) ≠ ………. ..(2.42)
J3
( )
= ∑ ( ) ( ) cos − ( ) + ( ) ... (2.43)
( )
= − ( ) ( ) cos − ( )+ ( ) ≠ …(2.44)
J4
( )
| | = −2
( ) | | sin − ∑ ( ) sin − ( )+
( ) ……….(2.45)
( )
Setelah nilai matrik Jacobian dimasukan ke dalam Persamaan (2.38), maka
nilai ∆ ( ) dan ∆| |( ) dapat dicari dengan menginverskan matrix Jacobian seperti
pada Persamaan (2.47).
∆ ( )
∆| |( ) = ∆
( )
∆ ( ) ……… (2.47)
Setelah nilai ∆ ( ) dan ∆| |( ) diketahui nilainya, maka nilai ( ) dan
| |( ) dapat dicari dengan memasukkan nilai ∆ ( ) dan ∆| |( ) ke dalam
persamaan:
( ) = ( )+ ∆ ( )……… (2.48)
| |( ) = | |( ) + ∆| |( )……… (2.49)
Nilai ∆ ( ) dan ∆| |( ) hasil perhitungan dari Persamaan (2.48) dan
(2.49) merupakan perhitungan pada iterasi pertama. Nilai ini digunakan kembali
untuk perhitungan iterasi ke-2 dengan cara memasukkan nilai ini ke dalam Persamaan
(2.33) dan (2.34) sebagai langkah awal perhitungan aliran daya. Perhitungan
dilanjutkan sampai iterasi ke-n dan akan selesai jika nilai ∆ ( ) dan ∆ ( ) konvergen
setelah mencapai nilai ketelitian iterasi yang ditetapkan. [4-7][9]
Prosedur Perhitungan aliran daya dengan menggunakan metode
1. Membentuk matriks admitansi Ybus sistem.
2. Menentukan nilai awal ( ), ( ),
, , , . Pada bus beban (load bus)
di mana , dan , harganya diketahui, besar tegangan ( )dan sudut
fasa ( )disamakan dengan nilai slack bus sehingga = 1.0. dan
( ) = 0.0. Untuk voltage regulated bus di mana nilai tegangan dan daya
aktif diketahui, nilai sudut fasa disamakan dengan sudut slack bus, jadi
( ) = 0.
3. Menghitung daya aktif ( ) dan daya reaktif ( ) berdasarkan Persamaan
(2.33) dan (2.34).
4. Menghitung nilai ∆ ( ) dan ∆ ( ) berdasarkan Persamaan (2.35) dan
(2.36).
5. Membuat matrik Jacobian berdasarkan Persamaan (2.38) sampai
Persamaan (2.46)
6. Menghitung nilai ( ) dan | |( ) berdasarkan Persamaan (2.48) dan
(2.49)
7. Masukkan hasil nilai ( ) dan | |( ) ke dalam Persamaan (2.33) dan
(2.34) untuk mencari nilai P dan Q hingga mencapai nilai yang konvergen.
8. Jika sudah konvergen maka perhitungan selesai. Jika belum konvergen,
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Tempat dan Waktu
Penelitian yang akan dilaksanakan adalah dengan pengambilan data di PLN
Pangkalan Susu. Pengambilan data berupa spesifkasi peralatan GI pangkalan susu.
3.2. Data dan Peralatan yang Digunakan 3.2.1. Data
Data yang diperlukan dalam penelitian ini adalah:
1. Data Spesifikasi Gardu induk Pangkalan Susu
2. Data Beban Binjai
3. Data Transmisi Pangkalan Susu-Binjai
4. Diagram satu garis GI Pangkalan Susu
3.2.2. Peralatan
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
1. 1 (satu) buah Laptop
2. Software Etap 7.5.0
3.3. Variabel Yang Diamati
Variabel yang diamati dalam penelitian ini, antara lain :
Komponen – komponen utama Gardu Induk yang diamati :
2. Transformator Tenaga (Daya)
3. Pemutus Tenaga (PMT)
4. Busbar (rel daya)
5. Transmisi Pangkalan Susu-Binjai
6. Beban Binjai
3.4. Rangkaian dan Teknik Pengukuran
Rangkaian Penelitian Secara Sederhana
One Line Diagram GI PLTU 2 SUMUT Pangkalan Susu
Teknik Pengukuran
TIDAK
YA
Gambar 3.2 Flowchart perhitungan rugi-rugi daya pada GI Pangkalan Susu dengan software Etap 7.5.0
START
PENGAMBILAN DATA KOMPONEN-KOMPONEN
UTAMA GARDU INDUK
MASUKAN DATA-DATA KOMPONEN GI
PANGKALAN SUSU
PERHITUNGAN DENGAN METODE NEWTON RHAPSON MENGGUNAKAN
SOFTWARE ETAP 7.5.0
HASIL PERHITUNGAN
KONVERGEN
CETAK HASIL
STOP
BUAT DIAGRAM SATU GARIS GI PLTU 2 SUMUT
3.5. Pelaksanaan Penelitian
Secara garis besar yang akan dilakukan selama pelaksananan penelitian adalah :
1. Membuat one-line diagram sistem yang akan dibahas, dalam tulisan ini
adalah GI PLTU 2 SUMUT Pangkalan Susu.
2. Data generator, transformator, transmisi, pengaman, bus , dan beban dapat
dimasukan ke dalam program setelah one-line diagram dibuat.
3. Menentukan sebuah atau beberapa swing generator, setelah data generator,
transformator, transmisi, pengaman, dan bus dimasukan.
4. Masukan data studi kasus yang ditinjau.
5. Jalankan program ETAP 7.5.0 dengan memilih icon load flow analysis pada
toolbar. Program tidak jalan (error) apabila terdapat kesalahan, data yang
kurang, dan swing generator sehingga data dapat dimasukan kembali.
6. Keluaran studi aliran daya dapat diketahui setelah program dapat dijalankan.
Untuk melihat hasil keluaran aliran daya di load flow report manager yang
terdapat di toolbar sebelah kanan program.
Hasil dari metode analisis rugi-rugi di GI pangkalan susu dengan
menggunakan etap 7.5.0 akan menunjukkan apakah rugi-rugi tesebut dalam
BAB IV
HASIL ANALISIS PERHITUNGAN RUGI-RUGI DAYA PADA GI PLTU 2
SUMUT PANGKALAN SUSU DENGAN ETAP 7.5.0
4.1 Software Etap 7.5.0
ETAP (Electric Transient and Analysis Program) merupakan suatu
perangkat lunak yang mendukung sistem tenaga listrik. Perangkat ini mampu
bekerja dalam keadaan offline untuk simulasi tenaga listrik, online untuk
pengelolaan data real-time atau digunakan untuk mengendalikan sistem secara
real-time. Fitur yang terdapat di dalamnya pun bermacam-macam antara lain fitur
yang digunakan untuk menganalisa pembangkitan tenaga listrik, sistem transmisi
maupun sistem distribusi tenaga listrik. ETAP dapat digunakan untuk membuat
proyek sistem tenaga listrik dalam bentuk diagram satu garis (one line diagram)
untuk berbagai analisis, antara lain: aliran daya, rugi-rugi daya, hubung singkat,
starting motor, trancient stability, koordinasi relay proteksi dan sistem
harmonisasi.
4.2 Metode Rugi-rugi Daya Menggunakan Etap 7.5.0
Studi rugi-rugi daya menggunakan ETAP 7.5.0, dimana proses pertama
dimulai hingga keluaran program. Proses metode rugi-rugi daya sesuai gambar 4.1
adalah:
1. Membuat one-line diagram sistem yang akan dibahas, dalam tulisan ini
2. Data generator, transformator, transmisi, pengaman, dan bus dapat
dimasukan ke dalam program setelah one-line diagram dibuat.
3. Menentukan sebuah atau beberapa swing generator, setelah data generator,
transformator, transmisi, pengaman, dan bus dimasukan.
4. Masukan data studi kasus yang ditinjau.
5. Jalankan program ETAP 7.5.0 dengan memilih icon load flow analysis
pada toolbar. Program tidak jalan (error) apabila terdapat kesalahan, data
yang kurang, dan swing generator sehingga data dapat dimasukan kembali.
6. Keluaran rugi-rugi daya dapat diketahui setelah program dapat dijalankan.
Untuk melihat hasil keluaran rugi-rugi daya di load flow report manager
yang
terdapat di toolbar sebelah kanan program.
4.3 Prosedur Menggunakan ETAP 7.5.0
Membuat one-line diagram sistem pembangkitan seperti langkah-langkah di
bawah ini.
1. Jalankan program ETAP 7.5.0
Program ETAP 7.5.0 dapat digunakan setelah diinstall kedalam komputer,
Setelah program dijalankan maka akan tampak tampilan seperti gambar 4.1 yang
merupakan tampilan pertama program ETAP 7.5.0.
Gambar 4.1 Tampilan pertama Etap 7.5.0
2. Membuat studi kasus yang baru
Untuk membuat studi kasus yang baru maka pada gambar 4.1 klik file new
project akan muncul seperti gambar 4.2, setelah itu tulis name project, dan pilih
Gambar 4.2 Create New Project File
Masukan user name full name description password ok sesuai dengan kebutuhan
maka akan tampil gambar 4.4.
Gambar 4.4 Tampilan Utama Program Etap 7.5.0
Pada gambar 4.4 terdapat ruang untuk menggambar one-line diagram
dengan menggunakan template yang terdapat pada toolbar terletak di sebelah
Gambar 4.5 One-line diagram dalam Etap 7.5.0
One-line diagram GI PLTU 2 SUMUT Pangkalan Susu yang lengkap dapat
dilihat pada lampiran 1.
4.3.1 Data Load Flow
Sistem GI PLTU 2 SUMUT dapat dilihat pada one-line diagram Sistem GI
PLTU 2 SUMUT. Data dimasukan setelah one-line diagram Sistem GI PLTU 2
SUMUT direpresentasikan ke dalam program ETAP 7.5.0. Data yang dibutuhkan
adalah data pada generator, bus, transmisi, transformator, pengaman, dan
4.3.1.1 Data Pembangkit
Generator
Data generator yang dibutuhkan untuk analisis rugi-rugi daya adalah:
ID Generator
Generator type (turbo, hydro w/o damping)
Operating mode (Swing, Voltage Control, dan Mvar Control)
Rated KV
%V dan Angle untuk swing mode of operation
%V, MW loading, dan Mvar limits (Qmax dan Qmin) untuk Voltage
Control mode of operation
MW dan Mvar loading untuk Mvar control mode of operation.
Data generator yang digunakan untuk analisis rugi-rugi daya sistem 275 kv
PLTU 2 SUMUT terdapat pada lampiran 2. Tampilan gambar data program ETAP
Gambar 4.6 Tampilan data generator pada program ETAP 7.5.0
Gambar 4.6 merupakan data generator CGN-G1 pada Nort duri Switchyard.
Kapasitas generatornya adalah 200 MW. Pada gambar terlihat data Var limits,
effisiensi, dan kutub dan kecepatan generator.
4.3.1.2 Data Transformator
Data transformator yang dibutuhkan untuk analisis rugi-rugi daya dengan
program ETAP 7.5.0 adalah:
ID transformator
Impedansi (%Z dan X/R)
Fixed tap (% tap)
Data transformator yang digunakan untuk analisis rugi-rugi daya sistem
275 KV GI PLTU 2 SUMUT terdapat pada lampiran.
Tampilan data transformator pada program ETAP 7.5.0 terdapat pada gambar 4.7
di bawah ini.
Gambar 4.7 Tampilan data transformator pada ETAP 7.5.0
Gambar 4.7 merupakan transformator pada gardu induk Pangkalan Susu
Kapasitas daya dari transformator ini adalah 260 MVA dengan tegangan primer
4.3.1.3 Data Transmisi
Data saluran transmisi dalam program ETAP 7.5.0 seperti pada gambar
4.8 dibawah ini.
Data saluran transmisi untuk analisis rugi-rugi daya sistem 275 KV GI
PLTU 2 SUMUT Pangkalan Susu menggunakan program ETAP 7.5.0 terdapat
pada lampiran. Tampilan data transmisi dalam program ETAP 7.5.0 seperti pada
gambar 4.8 dibawah ini.
Gambar 4.8 Tampilan data transmisi pada ETAP 7.5.0
Gambar 4.8 merupakan data transmisi saluran antara Pangkalan Susu dengan
4.3.1.4 Data Bus
Data bus yang dibutuhkan untuk analisis rugi-rugi daya menggunakan program
ETAP 7.5.0 adalah:
ID bus
Nominal KV
%V dan Angle (bila initial condition digunakan untuk bus voltages)
Load Diversity Factor (bila loading option menggunakan diversity factor)
Data bus yang digunakan untuk analisis rugi-rugi daya sistem 275 KV GI
Pangkalan Susu menggunakan program ETAP 7.5.0 terdapat pada lampiran.
Tampilan data bus pada program ETAP 7.5.0 seperti pada gambar 4.9 di bawah
ini.
Gambar 4.9 merupakan bus pada GI Pangkalan Susu dengan tegangan
kerja 275 KV. Pada gambar terlihat initial voltage sebesar 100% dengan sudut 0,
load diversity sebesar 100% (set default).
4.3.1.5 Data Beban
Data beban sistem 275 KV GI Pangkalan Susu yang digunakan adalah
data beban 120 MW. Ada 2 jenis beban dalam program ETAP 7.5.0 yaitu: static
load dan lumped load. Static load merupakan beban yang dominan adalah beban
rumah tangga (statis), sedangkan lumped load merupakan beban yang dominan
adalah industri. Pada analisis rugi-rugi daya ini beban dianggap ter-lump dan
dianggap terhubung pada rel 275 kV.
Lumped Load
Data beban lumped load yang dibutuhkan untuk analisis rugi-rugi daya
menggunakan ETAP 7.5.0 adalah:
Load ID
Rated KV, MVA, power factor, dan % motor load
Loading category ID dan % Loading
Data yang digunakan untuk analisis rugi-rugi daya sistem 275 KV GI
Pangkalan Susu menggunakan program ETAP 7.5.0 terdapat pada lampiran.
Tampilan data lumped load pada program ETAP 7.5.0 seperti pada gambar 4.10
Gambar 4.10 Tampilan data lumped load pada program ETAP 7.5.0
Gambar 4.10 merupakan beban Binjai sebesar 60 MVA. Pada gambar
terlihat faktor daya sebesar 80%, arus 126 Ampere, % persen beban static load
sebesar 5%, dan loading category sebesar 100%.
4.3.1.6 Data Pengaman
Data pengaman (high voltage circuit breaker) yang digunakan untuk
analisis rugi-rugi daya sistem 275 KV GI Pangkalan Susu berdasarkan data yang
ada pada library ETAP 7.5.0, dimana standar yang digunakan adalah IEC. Data
4.3.1.7 Data Load Flow Study Case
Load flow study case (LFSC) merupakan masalah yang ditinjau untuk
studi rugi-rugi daya. LFSC meliputi metode aliran daya, loading category, load
diversity factor, charger loading, dan initial condition. LFSC yang digunakan
untuk analisis rugi-rugi daya sistem 275 KV GI Pangkalan Susu seperti pada
gambar 4.12 adalah:
1. Metode aliran daya :
Newton-Raphson
Maximum iteration : 99
Precision (ketepatan) : 0,0001
2. Loading category : Design
3. Loading diversity factor : None
4. Charger loading : Loading Category
Gambar 4.11 Tampilan data load flow study case
Gambar 4.11 merupakan tampilan data LFSC yang digunakan untuk analisis
rugi-rugi daya sistem 275 KV GI Pangkalan Susu.
4.4 Hasil simulasi ETAP 7.5.0
Grafik rugi-rugi jaringan hasil perhitungan dengan menggunakan Software
Etap 7.5.0 adalah sebagai berikut.
Gambar 4.12 Grafik KW Loss hasil simulasi
Gambar 4.13 Grafik KVar Loss hasil simulasi
0
Trafo 1 Trafo 2 Cable 1 Cable 2 OHL Binjai line 1
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Kesimpulan yang didapatkan dari analisis rugi-rugi di gardu induk pangkalan
susu dengan sistem 275 kv menggunakan program ETAP 7.5.0 adalah :
1. Rugi-rugi daya aktif yang paling rendah untuk tinjauan sistem dalam
keadaan normal adalah pada cable 1 dan 2 sebesar 0.1 Kw.
2. Rugi-rugi daya reaktif yang paling rendah untuk tinjauan sistem dalam
keadaan normal adalah pada cable 1 sebesar 0.2 Kvar.
3. Rugi-rugi daya aktif yang paling besar untuk tinjauan sistem dalam keadaan
normal adalah pada OHL Binjai 1 dan 2 sebesar 106.1 Kw.
4. Rugi-rugi daya reaktif yang paling besar untuk tinjauan sistem dalam
keadaan normal adalah pada Trafo 1 dan 2 sebesar 1882.6 Kvar.
5. Total rugi-rugi daya aktif adalah sebesar 287.8 kW
6. Total rugi-rugi daya reaktif adalah sebesar 5594.5 kvar
7. Tegangan pada setiap bus bergantung pada besar daya reaktif pada bus
5.2 Saran
Saran yang didapatkan dari studi aliran daya sistem 275 KV GI Pangkalan
Susu menggunakan program ETAP 7.5.0 adalah :
1. Hal-hal yang harus diperhatikan Analisis rugi-rugi daya menggunakan
program ETAP 7.5.0 adalah alokasi daya aktif, daya reaktif, dan tegangan
yang diinginkan pada bus.
2. Untuk menghasilkan Analisis rugi-rugi daya yang optimal maka sebelum
melakukan analisis rugi-rugi daya sebaiknya dilakukan optimasi terhadap
daya yang disalurkan pembangkit.
3. Penelitian lebih lanjut dapat dilakukan dengan metode yang lainnya seperti
gauss-siedel dan fast decoupled atau dengan menggunakan jenis software
yang lain.
4. Untuk menghasilkan analisis rugi-rugi daya perlu dilakukan update data-data
VA
FTAR
P
U
STAKA
[1] http://garyshafer.blogspot.com/2008/03/29/Rugi/Susut
TeknisPadaSistemDistribusiTenagaListrik/diaksestanggal 28 September 2013.
[2] Bunluesak, K.; Horkierti, J.; Kaewtrakulpong, P.,“Power Loss Estimation in Distribution System. A Case Study of PEA Central Area I,”King Mongkut’s University of Technology Thonburi & Kasetsart University.
[3] Dickert, J.;Hable, M.; Schegner, “Energy Loss Estimation in Distribution Networks for Planning Purposes,” IEEE Bucharest Power Tech Conference, 28 June – 2 July 2009.
[4] Kadir, Abdul,“Distribusi dan utilisasi Tenaga Listrik,”2000. Universitas Indonesia Press:Jakarta.
[5] Gonen, Turan, “Electric Distribution System Engineering,”1987. McGraw Hill Book Company : New York.
[6] L. Tobing, Bonggas, “Peralatan Tegangan Tinggi”, Erlangga, Jakarta, 2003.
[7] Manual Book “275 KV PLTU 2 SUMUT SWITCHGEAR Technical Spesification Protective Rele”
[8] Marsudi, Djiteng, “Pembangkitan Energi Listrik”, Erlangga, Jakarta, 2005.
[9] Suswanto,
Daman,“SistemDistribusiTenagaListrikUntukMahasiswaTeknikElektro,”Ed isiPertama.2009.Universitas Negeri PadangPress: Padang.
[10] Pane, Zulkarnaen, “Diktat Kuliah Proteksi Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro FT – USU”.
[11] Ferreyra,R.O.;Paoletich, P.J., “Model For Losses Calculation And Breakdown In Distribution Systems,” Conference Publication, No.482 CIRED, 2001.
[12] Gustafson,M.W.;Baylor,J.S.,“The Equivalent Hours Loss FactorRevisited ,” IEEE Trans. on PowerSystems, Vol.3, No.4, 1988.
FR
