ESTIMASI RUGI-RUGI ENERGI PADA SISTEM DISTRIBUSI RADIAL 20 KV
(STUDI KASUS : PENYULANG KI. 4 – MAWAS GI. KIM)
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik
Oleh :
JHON PALMER SITORUS NIM : 090402085
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR
ESTIMASI RUGI-RUGI ENERGI PADA SISTEM DISTRIBUSI RADIAL 20 KV
(STUDI KASUS : PENYULANG KI. 4 – MAWAS GI. KIM) Oleh :
JHON PALMER SITORUS 090402085
Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
Sidang pada Tanggal 21 Bulan Mei Tahun 2014 di depan Penguji :
1. Ketua Penguji : Ir. Riswan Dinzi, M.T. 2. Anggota Penguji : Yulianta Siregar, S.T., M.T.
Disetujui Oleh:
ABSTRAK
Masalah yang dibahas dalam Tugas Akhir ini fokus kepada estimasi
rugi-rugi energi pada penyulang distribusi radial 20 kV. Pendekatan empiris terdahulu
telah ditemukan oleh M.W. Gustafson dari tahun 1983 s.d. 1993. Gustafson
mengubah koefisien dan menyediakan konstanta pada formula faktor rugi-rugi.
Penelitian dalam Tugas Akhir ini melakukan observasi data riil terkini,
pengukuran rugi-rugi energi, estimasi rugi-rugi energi, dan membandingkan hasil
estimasi dengan formula faktor rugi-rugi yang ditemukan oleh Gustafson. Metode
estimasi yang digunakan untuk memperkirakan rugi-rugi energi adalah dengan
metode loss factor.
Berdasarkan hasil pengukuran (aktual), diperoleh nilai rugi-rugi energi
pada penyulang KI.4-Mawas sebesar 44.910,6 kWh atau 1,11 %, sedangkan
dengan menggunakan metode estimasi (konstanta A = 0,146 dan B = 0,843),
didapatkan nilai rugi-rugi energi sebesar 43.810,82 kWh atau 1,08685 %. Dengan
formula faktor rugi-rugi Gustafson I (konstanta A = 0,08 dan B = 0,92),
didapatkan nilai rugi-rugi energi sebesar 43.645,99 kWh atau 1,08276 %.
sedangkan dengan formula faktor rugi-rugi Gustafson II (konstanta pangkat
1,912), didapatkan nilai rugi-rugi energi sebesar 43.626,51 kWh atau 1,08227 %.
Nilai rugi energi dengan menggunakan konstanta pada formula faktor
rugi-rugi estimasi memberikan hasil yang lebih akurat terhadap nilai pengukuran
dibandingkan dengan menggunakan konstanta formula faktor rugi-rugi referensi.
KATA PENGANTAR
Penulis mengucapkan puji dan syukur kepada Tuhan Yesus Kristus,
Allah yang penuh kasih karunia atas rahmat dan penyertaanNya yang begitu
mengagumkan dalam kehidupan penulis sehingga atas belas kasihNya penulis
dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini yang berjudul :
“ESTIMASI RUGI-RUGI ENERGI PADA SISTEM DISTRIBUSI RADIAL 20 KV(STUDI KASUS : PENYULANG KI. 4-MAWAS GI. KIM).”
Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus
diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana
Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara.
Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya
Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan serta dukungan
dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan
terimakasih yang tulus dan sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Ir. Zulkarnaen Pane, M.T. sebagai Dosen Pembimbing Tugas
Akhir penulis yang sangat besar bantuannya dalam menyelesaikan
Tugas Akhir ini.
2. Bapak F. Rizal Batubara, ST, M.T. sebagai Dosen Wali penulis
selama menyelesaikan pendidikan di kampus USU.
3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si. sebagai Ketua
Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera
4. Bapak Rahmad Fauzi, ST, M.T. sebagai Sekretaris Departemen
Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
5. Seluruh Staff Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Elektro
FT-USU.
6. Kedua orang tua yang begitu saya cintai, Daulat Parulian Sitorus
(Alm.) dan Murni br. Dolok Saribu. Tiada kata yang dapat
menggambarkan rasa cinta saya kepada kedua orang tua saya.
7. Saudara kandung saya, Lisnawati br. Sitorus, Marta Delina br.
Sitorus, Christy Juliana br. Sitorus, dan adik saya satu- satunya,
Maria Angelina br. Sitorus yang telah membantu membentuk pribadi
saya menjadi lebih kokoh.
8. Saudara saya bersama melayani Tuhan di UKM KMK USU,
teman KTB, Adventus Patar Silalahi, Evan F.O Manurung, Leonardo
Silalahi, dan Rianto Pakpahan, abang pembina rohani saya, Bonar S.
Banjarnahor, adik binaaan rohani saya, Rio Richard Simanjuntak
dan Rey Calvin Situngkir. Atas dukungan mereka semua sehingga
pengenalan saya akan Tuhan Yesus semakin kuat.
9. Keluarga besar Laboratorium Transmisi dan Distribusi DTE USU :
Bapak Ir. Zulkarnaen Pane, M.T., Fakhrul, Doni, Andika, Rizky, dan
Sylvester.
10.Bang Leo Siregar dan Bang Lamringan Sihotang yang sudah banyak
memberi masukan sekaligus menjadi rekan berdiskusi bersama
11.Bapak Ir. Rizwan Dinzi, M.T. selaku Pembina study Club HVDC
beserta teman – teman anggota klub. Bersama-sama dengan study club yang lain (GIS dan 5G) kita saling berbagi pengetahuan.
12.Teman teman saya Teknik Elektro stambuk 2009, Rekan-rekan
Pengurus Ikatan Mahasiswa Teknik Elektro (IMTE) USU Periode
2013/2014, kawan seperantauan di Ikatan Pelajar dan Mahasiswa Duri
(IKAPEMADU) Medan, yang secara tidak langsung telah memberi
saya dukungan yang sangat berarti.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangannya.
Kritik dan saran dari pembaca untuk menyempurnakan Tugas Akhir ini sangat
penulis harapkan.
Akhir kata, semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi kita semua.
Medan, 21 Mei 2014
Penulis
Jhon Palmer Sitorus
DAFTAR ISI 2.1. Pandangan Umum Sistem Tenaga Listrik ... 4
2.2. Sistem Distribusi ... 8
2.2.1. Berdasarkan ukuran tegangan ... 8
2.2.2. Berdasarkan bentuk jaringan... 9
2.3. Penghantar Pada Jaringan Tegangan Menengah ... 20
2.3.1. Saluran udara tegangan menengah (SUTM) ... 20
2.3.2. Saluran kabel tegangan menengah (SKTM) ... 21
2.4. Karakteristik Beban ... 24
2.4.1. Klasifikasi beban ... 24
2.4.2. Karakteristik umum beban listrik... 26
2.4.3. Kurva beban ... 36
2.5. AMR (Automatic Meter Reading) ... 38
III. METODE PENELITIAN
3.1. Tempat dan Waktu ... 44
3.2. Data dan Peralatan yang Digunakan ... 44
3.2.1. Data ... 44
3.2.2. Peralatan ... 44
3.3. Variabel Yang Diamati ... 45
3.4. Rangkaian dan Teknik Pengukuran ... 45
3.5. Pelaksanaan Penelitian ... 46
IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1. Pengukuran AMR (Automatic Meter Reading) ... 50
4.2. Estimasi Rugi-rugi Energi ... 52
4.2.1. Perhitungan faktor beban ( ) ... 53
4.2.2. Perhitungan faktor rugi-rugi aktual ( ) ... 54
4.2.3. Estimasi konstanta A dan B ... 56
4.2.4. Estimasi rugi-rugi saluran ( ) ... 58
4.2.4.1.Metode aliran daya menggunakan ETAP 7.5.0 ... 58
4.2.4.2.Prosedur menggunakan ETAP 7.5.0 ... 61
4.2.4.3.Data load flow ... 64
4.2.4.4.Hasil simulasi ETAP 7.5.0 ... 74
4.2.5. Perhitungan rugi-rugi energi ( ) ... 75
4.3. Perbandingan Hasil ... 77
V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ... 80
5.2. Saran ... 81
DAFTAR PUSTAKA ... 82
DAFTAR GAMBAR
No. Judul Halaman
2.1 Skema Umum Sistem Tenaga Listrik ... 5
2.2 Sebagian Dari Sistem Interkoneksi, Yaitu Sebuah Pusat Listrik, Dua Buah GI Beserta Subsistem Distribusinya ... 6
2.3 Sistem Jaringan Radial Terbuka ... 10
2.4 Sistem Jaringan Radial Paralel ... 12
2.5 Sistem Jaringan Tertutup ... 13
2.6 Sistem Jaringan Network/Mesh ... 16
2.7 Sistem Jaringan Interkoneksi ... 18
2.8 Beberapa Jenis Konduktor Yang Digunakan Pada HUTM ... 21
2.9.a Kabel N2XSY Dan NA2XSY ... 22
2.9.b Kabel N2XSEBY Dan NA2XSEBY ... 23
2.9.c Kabel N2XSEFGbY Dan NA2XSEFGbY ... 23
2.10 Perubahan KebutuhanMaksimum Terhadap Waktu ... 28
2.11 Dua Nilai Ekstrim Untuk Faktor Diversitas ... 30
2.12 Faktor Beban Menunjukkan Dua Konsumen Pada Maksimum Demand Yang Sama Menggunakan Peralatan Dengan Jumlah Yang Berbeda ... 33
2.13 Kurva Beban Harian ... 34
2.14 Kurva Lama Beban ... 35
2.15 Kurva Beban Harian ... 37
2.16 Automatic Meter Reading ... 38
2.17 Blok Diagram Tiga Komponen Primer AMR ... 41
3.2 Diagram Blok Pelaksanaan Penelitian ... 47
3.3 Diagram Blok Pengukuran Rugi-rugi Energi ... 48
3.4 Diagram Blok Estimasi Rugi-rugi Energi ... 49
4.1 Kurva Beban Harian Penyulang KI.4-Mawas ... 52
4.2 Tampilan awal Software SPSS ... 56
4.3 Tampilan Analisis Regresi Nonlinier Pada Software SPSS ... 57
4.4 Pemodelan Fungsi Regresi Nonlinier Pada Software SPSS 4.5 .... 57
4.5 Flowchart Studi Aliran Daya Menggunakan ETAP 7.5.0... 60
4.6 Tampilan Pertama ETAP 7.5.0 ... 61
4.7 Tampilan Menu File ... 62
4.8 Tampilan Create New Project File ... 62
4.9 Tampilan User Information ETAP 7.5.0 ... 63
4.10 Gambar 4.10 Tampilan Utama Program ETAP 7.5.0... 63
4.11 One-line Diagram Dalam ETAP 7.5.0 ... 64
4.12 Tampilan Data Power Grid Pada Program ETAP 7.5.0 ... 65
4.13 Tampilan Data Bus Pada Program ETAP 7.5.0... 66
4.14 Tampilan Data Panjang Saluran Transmisi Pada ETAP 7.5.0 ... 67
4.15 Tampilan Data Impedansi Saluran Transmisi Pada ETAP 7.5.0 ... 67
4.16 Tampilan Data Panjang Kabel Pada ETAP 7.5.0 ... 68
4.17 Tampilan Data Impedansi Kabel Pada ETAP 7.5.0 ... 69
4.18 Tampilan Data Transformator Pada ETAP 7.5.0 ... 70
4.19 Tampilan Data Lumped Load Sebagai Beban Tersambung 3Ø Pada ETAP 7.5.0 ... 71
4.20 Tampilan Data Name Plate Lumped Load Pada ETAP 7.5.0 ... 71
4.22 Tampilan Data pembebanan Static Load 1Ø Pada ETAP 7.5.0 .... 73
DAFTAR TABEL
No. Judul Halaman
4.1 Data Energi Penyulang KI.4-Mawas ... 50
4.2 Data Energi Gardu-Gardu Penyulang KI.4-Mawas ... 50
4.3 Data Rugi-Rugi Energi Hasil Pengukuran Pada Penyulang KI.4-Mawas ... 51
4.4 Nilai Rasio terhadap ... 53
4.5 Nilai Kuadrat Rasio terhadap ... 54
4.6 Nilai dan bulan Oktober ... 55
4.7 Hasil Estimasi Konstanta A dan B ... 58
4.8 Hasil Estimasi Rugi-Rugi Energi Pada Penyulang KI.4-Mawas ... 75
4.9 Hasil Estimasi Rugi-Rugi Energi Menggunakan , , Dan (A = 0,146 Dan B = 0,843) ... 76
4.10 Hasil Estimasi Rugi-Rugi Energi Menggunakan , , Dan (A = 0,08 Dan B = 0,92) ... 77
4.11 Hasil Estimasi Rugi-Rugi Energi Menggunakan , , Dan ( ) ... 78
ABSTRAK
Masalah yang dibahas dalam Tugas Akhir ini fokus kepada estimasi
rugi-rugi energi pada penyulang distribusi radial 20 kV. Pendekatan empiris terdahulu
telah ditemukan oleh M.W. Gustafson dari tahun 1983 s.d. 1993. Gustafson
mengubah koefisien dan menyediakan konstanta pada formula faktor rugi-rugi.
Penelitian dalam Tugas Akhir ini melakukan observasi data riil terkini,
pengukuran rugi-rugi energi, estimasi rugi-rugi energi, dan membandingkan hasil
estimasi dengan formula faktor rugi-rugi yang ditemukan oleh Gustafson. Metode
estimasi yang digunakan untuk memperkirakan rugi-rugi energi adalah dengan
metode loss factor.
Berdasarkan hasil pengukuran (aktual), diperoleh nilai rugi-rugi energi
pada penyulang KI.4-Mawas sebesar 44.910,6 kWh atau 1,11 %, sedangkan
dengan menggunakan metode estimasi (konstanta A = 0,146 dan B = 0,843),
didapatkan nilai rugi-rugi energi sebesar 43.810,82 kWh atau 1,08685 %. Dengan
formula faktor rugi-rugi Gustafson I (konstanta A = 0,08 dan B = 0,92),
didapatkan nilai rugi-rugi energi sebesar 43.645,99 kWh atau 1,08276 %.
sedangkan dengan formula faktor rugi-rugi Gustafson II (konstanta pangkat
1,912), didapatkan nilai rugi-rugi energi sebesar 43.626,51 kWh atau 1,08227 %.
Nilai rugi energi dengan menggunakan konstanta pada formula faktor
rugi-rugi estimasi memberikan hasil yang lebih akurat terhadap nilai pengukuran
dibandingkan dengan menggunakan konstanta formula faktor rugi-rugi referensi.
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Pada umumnya rugi-rugi teknis pada tingkat pembangkit dan saluran
transmisi pemantauannya tidak menjadi masalah karena adanya fasilitas
pengukuran yang dapat dipantau dengan baik. Hal yang sama juga terdapat pada
gardu induk (GI), sehingga rugi-rugi teknis dari GI tidak menjadi masalah besar
karena disinipun pengukuran dan pemantauan berjalan baik.
Lain halnya pada sisi distribusi, rugi-rugi teknis lebih kompleks dan sulit
diketahui besarannya. Pada GI, setiap penyulang yang keluar dari GI dilengkapi
dengan alat pengukuran, begitu pula pada sisi primer trafo tenaganya. Selepas ini
tidak terdapat lagi alat pengukuran kecuali pada meteran pelanggan. Oleh karena
itu, sangatlah sulit menentukan rugi-rugi energi secara tepat pada sistem
distribusi[1].
Ada dua sumber kesalahan pokok dalam perhitungan rugi-rugi energi :
1. Selisih kWh (energi) yang disalurkan GI dan kWh yang terjual atau
energi yang terpakai oleh pelanggan tidak menggambarkan keadaan
sebenarnya. Karena ada energi yang tidak terukur seperti meteran
rusak, kesalahan pembacaan meter dan sebagainya. Dari sini jelaslah
selisih energi yang sebenarnya tidak dapat diukur secara pasti.
2. Pembacaan meteran pada GI mungkin dapat dilakukan pada hari, jam,
dan menit yang sama (real time), dengan demikian kWh (energi) yang
pembacaan meteran pelanggan tidak bersamaan waktunya sehingga
hal ini akan merupakan kesalahan dalam analisis selanjutnya.
Metode estimasi rugi-rugi energi yang ada saat ini banyak menggunakan
asumsi-asumsi akibat keterbatasan sumber daya yang tersedia. Tugas akhir ini
menerapkan metode yang dikembangkan oleh Kriengkrai, Jamnarn, dan Pakorn
[2] untuk memperkirakan rugi-rugi energi pada penyulang distribusi. Hasil
estimasi digunakan sebagai perbandingan terhadap hasil estimasi dengan
menggunakan formula faktor rugi-rugi referensi[3].
1.2. Perumusan Masalah
Dari latar belakang di atas, maka dapat dirumuskan beberapa rumusan
masalah, antara lain sebagai berikut :
1. Bagaimana memperkirakan rugi-rugi energi listrik pada salah satu
penyulang distribusi radial 20 kV?
2. Bagaimana perbandingan nilai rugi-rugi energi hasil pengukuran
(aktual) terhadap hasil perkiraan dengan metode estimasi?
3. Bagaimana perbandingan hasil metode estimasi dengan menggunakan
formula faktor rugi-rugi referensi?
1.3. Tujuan
Tujuan yang ingin dicapai adalah untuk mengetahui nilai rugi-rugi energi
aktual dari salah satu penyulang distribusi radial 20 kV serta mengetahui nilai
estimasi rugi-rugi energi menggunakan metode estimasi, dan membandingkannya
1.4. Batasan Masalah
Untuk membatasi materi yang akan dibicarakan pada tugas akhir ini, maka
penulis perlu membuat batasan masalah yang akan dibahas. Hal ini diperbuat
supaya isi dan pembahasan dari tugas akhir ini menjadi lebih terarah dan dapat
mencapai hasil yang diharapkan. Maka penulis membatasi penulisan Tugas Akhir
ini, yaitu :
1. Penulis hanya menganalisis rugi-rugi energi pada salah satu penyulang
yang terdapat pada sistem distribusi 20 kV. Penyulang yang dianalisis
adalah penyulang KI. 4 – Mawas GI. KIM, Area Pelayanan dan Jaringan Sumatera Utara.
2. Penulisan Tugas Akhir ini tidak membahas masalah rugi-rugi energi
pada transformator dan rugi-rugi energi pada sambungan (jointing).
1.5. Manfaat
Diharapkan dari penelitian ini PT PLN (Persero) mempunyai metode
rujukan untuk digunakan sebagai :
1. Salah satu dasar pertimbangan dalam melaksanakan program
penurunan susut jaringan distribusi.
2. Salah satu dasar pertimbangan dalam melaksanakan perencanaan
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pandangan Umum Sistem Tenaga Listrik
Pada umumnya sistem tenaga listrik terdiri atas kumpulan komponen
peralatan listrik atau mesin listrik, seperti generator, transformator, beban, dan
berikut alat-alat pengaman dan pengaturan yang saling dihubungkan dan
membentuk suatu sistem yang digunakan untuk membangkitkan, menyalurkan,
dan menggunakan energi. Secara umum sistem kelistrikan dapat dibagi menjadi 3
(tiga) bagian utama, yaitu : Pembangkit tenaga listrik, sistem transmisi, dan yang
terakhir adalah sistem distribusi[4].
Gambar 2.1 memperlihatkan skema suatu sistem tenaga listrik. Dalam
suatu sistem tenaga listrik dapat terdiri atas beberapa subsistem yang saling
berhubungan, atau yang biasa disebut sebagai sistem interkoneksi. Seperti yang
diperlihatkan pada Gambar 2.2 [5].
Arah mengalirnya energi listrik berawal dari Pusat Tenaga Listrik melalui
saluran-saluran transmisi dan distribusi dan sampai pada instalasi pemakai yang
merupakan unsur utilisasi.
Energi listrik dibangkitkan di pembangkit tenaga listrik (PTL) yang dapat
merupakan suatu pusat listrik tenaga uap (PLTU), pusat listrik tenaga air (PLTA),
pusat listrik tenaga gas (PLTG), pusat listrik tenaga diesel (PLTD), ataupun pusat
listrik tenaga nuklir (PLTN). PTL biasanya membangkitkan energi listrik pada
Gambar 2. 2 Sebagian Dari Sistem Interkoneksi, Yaitu : Sebuah Pusat Listrik, Dua
Buah GI Beserta Subsistem Distribusinya
Pada sistem tenaga listrik yang besar, atau bilamana PTL terletak jauh dari
pemakai, maka energi listrik itu perlu diangkut melalui saluran transmisi, dan
tegangannya harus dinaikkan dari TM menjadi tegangan tinggi (TT). Pada jarak
yang sangat jauh malah diperlukan tegangan ekstra tinggi (TET). Menaikkan
tegangan itu dilakukan di gardu induk (GI) dengan menggunakan transformator
penaik (step-up transformer). Tegangan tinggi di Indonesia adalah 70 kV, 150 kV,
dan 275 kV. Sedangkan tegangan ekstra tinggi 500 kV.
Mendekati pusat pemakaian tenaga listrik, yang dapat merupakan suatu
industri atau suatu kota, tegangan tinggi diturunkan menjadi tegangan menengah
penurun (step-down transformer). Di indonesia tegangan menengah adalah 20 kV.
Saluran 20 kV ini menelusuri jalan-jalan di seluruh kota, dan merupakan sistem
distribusi primer. Bilamana transmisi tenaga listrik dilakukan dengan
menggunakan saluran hantaran udara dengan menara-menara transmisi, sistem
distribusi primer di kota biasanya terdiri atas kabel-kabel tanah yang tertanam di
tepi jalan, sehingga tidak terlihat.
Di tepi-tepi jalan biasanya berdekatan dengan persimpangan, terdapat
gardu-gardu distribusi (GD), yang mengubah tegangan menengah menjadi
tegangan rendah (TR) melalui transformator distribusi (distribution tansformer).
Melalui tiang-tiang listrik yang terlihat di tepi jalan, energi listrik tegangan rendah
disalurkan kepada pemakai. Di indonesia tegangan rendah adalah 220/380 Volt,
dan merupakan sistem distribusi sekunder.
Energi diterima pemakai dari tiang TR melalui konduktor atau kawat yang
dinamakan sambungan rumah (SR) dan berakhir pada alat pengukur listrik yang
2.2. Sistem Distribusi
Sistem jaringan distribusi tenaga listrik dapat diklasifikasikan berdasarkan
ukuran tegangan dan bentuk jaringan[6].
2.2.1. Berdasarkan ukuran tegangan
Berdasarkan ukuran tegangan, jaringan distribusi tenaga listrik dapat
dibedakan pada dua sistem, yaitu sistem jaringan distribusi primer dan sistem
jaringan distribusi sekunder.
a. Sistem jaringan distribusi primer
Sistem jaringan distribusi primer atau sering disebut jaringan distribusi
tegangan tinggi (JDTT) ini terletak antara gardu induk dengan gardu pembagi,
yang memiliki tegangan sistem lebih tinggi dari tegangan terpakai untuk
konsumen. Standar tegangan untuk jaringan distribusi primer ini adalah 6 kV, 10
kV, dan 20 kV (sesuai standar PLN). Sedangkan di Amerika Serikat standar
tegangan untuk jaringan distribusi primer ini adalah 2,4 kV, 4,16 kV, dan 13,8
kV.
b. Jaringan distribusi sekunder
Sistem jaringan distribusi sekunder atau sering disebut jaringan distribusi
tegangan rendah (JDTR), merupakan jaringan yang berfungsi sebagai penyalur
tenaga listrik dari gardu-gardu pembagi (gardu distribusi) ke pusat-pusat beban
(konsumen tenaga listrik). Besarnya standar tegangan untuk jaringan ditribusi
baru, serta 440/550 V untuk keperluam industri. Besarnya tegangan maksimum
yang diizinkan adalah 3 sampai 4 % lebih besar dari tegangan nominalnya.
Penetapan ini sebandingdengan besarnya nilai tegangan jatuh (voltage drop) yang
telah ditetapkan berdasarkan PUIL 661 F.1, bahwa rugi-rugi daya pada suatu
jaringan adalah 15 %. Dengan adanya pembatasan tersebut stabilitas penyaluran
daya ke pusat-pusat beban tidak terganggu.
2.2.2. Berdasarkan bentuk jaringan
Berdasarkan bentuk jaringan, jaringan distribusi tenaga listrik dapat
dibedakan menjadi lima sistem, yaitu sistem radial terbuka, sistem radial tertutup,
sistem rangkaian tertutup (loop circuit), sistem network/mesh dan sistem
interkoneksi.
a. Sistem radial terbuka
Keuntungannya :
1. Konstruksinya lebih sederhana
2. Material yang digunakan lebih sedikit, sehingga lebih murah
3. Sistem pemeliharaannya lebih murah
4. Untuk penyaluran jarak pendek akan lebih murah.
Kelemahannya :
1. Keterandalan sistem ini lebih rendah
2. Faktor penggunaan konduktor 100 %
3. Makin panjang jaringan (dari Gardu Induk atau Gardu Hubung)
4. Rugi-rugi tegangan lebih besar
5. Kapasitas pelayanan terbatas
6. Bila terjadi gangguan penyaluran daya terhenti.
Sistem radial pada Gambar 2.3 merupakan jaringan distribusi sistem
terbuka, dimana tenaga listrik yang disalurkan secara radial melalui gardu induk
ke konsumen-konsumen dilakukan secara terpisah satu sama lainnya. Sistem ini
merupakan sistem yang paling sederhana diantara sistem yang lain dan paling
murah, sebab sesuai konstruksinya sistem ini menghendaki sedikit sekali
penggunaan material listrik, apalagi jika jarak penyaluran antara gardu induk ke
konsumen tidak terlalujauh.
Sistem radial terbuka ini paling tidak dapat diandalkan, karena penyaluran
tenaga kistrik hanya dilakukan dengan menggunakan satu saluran saja. Jaringan
model ini sewaktu mendapat gangguan akan menghentikan penyaluran tenaga
listrik cukup lama sebelum gangguan tersebut diperbaiki kembali. Oleh sebab itu
kontinuitas pelayanan pada sistem radial terbuka ini kurang bisa diandalkan.
Selain itu makin panjang jarak saluran dari gardu induk ke konsumen, kondisi
tegangan makin tidak bisa diandalkan, justru bertambah buruk karena rugi-rugi
tegangan akan lebih besar. Berarti kapasitas pelayanan untuk sistem radial terbuka
ini sangat terbatas.
b. Sistem radial paralel
Keuntungannya :
1. Kontinuitas pelayanan lebih terjamin, karena menggunakan dua
sumber
2. Kapasitas pelayanan lebih baik dan dapat melayani beban maksimum
3. Kedua saluran dapat melayani titik beban secara bersama
4. Bila salah satu saluran mengalami gangguan, maka saluran yang satu
lagi dapat menggantikannya, sehingga pemadaman tak perlu terjadi
5. Dapat menyalurkan daya listrik melalui dua saluran yang diparalelkan.
Kelemahannya :
1. Peralatan yang digunakan lebih banyak terutama peralatan proteksi
Gambar 2.4 Sistem Jaringan Radial Paralel
Untuk memperbaiki kekurangan dari sistem radial terbuka diatas maka
dipakai konfigurasi sistem radial paralel, seperti yang diperlihatkan Gambar 2.4.
Dari gambar terlihat bahwa tenaga listrik disalurkan melalui dua saluran yang
diparalelkan. Pada sistem ini titik beban dilayani oleh dua saluran, sehingga bila
salah satu saluran mengalami gangguan, maka saluran yang satu lagi dapat
menggantikan melayani, dengan demikian pemadaman tak perlu terjadi.
Kontinuitas pelayanan sistem radial paralel ini lebih terjamin dan kapasitas
pelayanan bisa lebih besar dan sanggup melayani beban maksimum (peak load)
beban bersama-sama. Biasanya titik beban hanya dilayani oleh salah satu saluran
saja. Hal ini dilakukan untuk menjaga kontinuitas pelayanan pada konsumen.
c. Sistem rangkaian tertutup (loop circuit)
Gambar 2.5 Sistem Jaringan Tertutup
Keuntungannya :
1. Dapat menyalurkan daya listrik melalui satu atau dua saluran feeder
yang saling berhubungan
2. Menguntungkan dari segi ekonomis
3. Bila terjadi gangguan pada salauran maka saluran yang lain dapat
menggantikan untuk menyalurkan daya listrik
5. Bila digunakan dua sumber pembangkit, kapasitas tegangan lebih baik
dan regulasi tegangan cenderung kecil
6. Dalam kondisi normal beroperasi, pemutus beban dalam keadaan
terbuka
7. Biaya konstruksi lebih murah
8. Faktor penggunaan konduktor lebih rendah, yaitu 50 %
9. Keandalan relatif lebih baik.
Kelemahannya :
1. Keterandalan sistem ini lebih rendah
2. Drop tegangan makin besar
3. Bila beban yang dilayani bertambah, maka kapasitas pelayanan akan
lebih jelek.
Sistem rangkaian tertutup yang ditunjukkan Gambar 2.5 merupakan suatu
sistem penyaluran melalui dua atau lebih saluran feeder yang saling berhubungan
membentuk rangkaian berbentuk cincin.
Sistem ini secara ekonomis menguntungkan, karena gangguan pada
jaringan terbatas hanya pada saluran yang terganggu saja. Sedangkan pada saluran
yang lain masih dapat menyalurkan tenaga listrik dari sumber lain dalam
rangkaian yang tidak terganggu. Sehingga kontinuitas pelayanan sumber tenaga
listrik dapat terjamin dengan baik. Yang perlu diperhatikan pada sistem ini apabila
beban yang dilayani bertambah, maka kapasitas pelayanan untuk sistem rangkaian
tertutup ini kondisinya akan lebih jelek. Tetapi jika digunakan titik sumber
sistem ini akan benyak dipakai, dan akan menghasilkan kualitas tegangan lebih
baik, serta regulasi tegangannya cenderung kecil.
d. Sistem network/mesh
Sistem network/mesh ini merupakan sistem penyaluran tenaga listrik yang
dilakukan secara terus-menerus oleh dua atau lebih feeder pada gardu-gardu induk
dari beberapa Pusat Pembangkit Tenaga Listrik yang bekerja secara paralel.
Sistem ini merupakan pengembangan dari sistem-sistem yang terdahulu dan
merupakan sistem yang paling baik serta dapat diandalkan, mengingat sistem ini
dilayani oleh dua atau lebih sumber tenaga listrik. Selain itu junlah cabang lebih
banyak dari jumlah titik feeder.
Keuntungannya :
1. Penyaluran tenaga listrik dapat dilakukan secara terus-menerus
(selama 24 jam) dengan menggunakan dua atau lebih feeder
2. Merupakan pengembangan dari sistem-sistem yang terdahulu
3. Tingkat keterandalannya lebih tinggi
4. Jumlah cabang lebih banyak dari jumlah titik feeder
5. Dapat digunakan pada daerah-daerah yang memiliki tingkat kepadatan
yang tinggi
6. Memiliki kapasitas dan kontinuitas pelayanan sangat baik
7. Gangguan yang terjadi pada salah satu saluran tidak akan
Kelemahannya :
1. Biaya konstruksi dan pembangunan lebih tinggi
2. Pengaturan alat proteksi lebih sukar.
Gambar 2.6 Sistem Jaringan Network/Mesh
Sistem ini dapat digunakan pada daerah-daerah yang memiliki kepadatan
tinggi dan mempunyai kapasitas dan kontinuitas pelayanan yang sangat baik.
Gangguan yang terjadi pada salah satu saluran tidak akan mengganggu kontinuitas
pelayanan. Sebab semua titik beban terhubung paralel dengan beberapa sumber
e. Sistem interkoneksi
Keuntungannya :
1. Merupakan pengembangan sistem network / mesh
2. Dapat menyalurkan tenaga listrik dari beberapa Pusat Pembangkit
Tenaga Listrik
3. Penyaluran tenaga listrik dapat berlangsung terus-menerus (tanpa
putus), walaupun daerah kepadatan beban cukup tinggi dan luas
4. Memiliki keterandalan dan kualitas sistem yang tinggi
5. Apabila salah satu Pembangkit mengalami kerusakan, maka
penyaluran tenaga listrik dapat dialihkan ke Pusat Pembangkit
lainnya.
6. Bagi Pusat Pembangkit yang memiliki kapasitas lebih kecil, dapat
dipergunakan sebagai cadangan atau pembantu bagi Pusat Pembangkit
Utama (yang memiliki kapasitas tenaga listrik yang lebih besar)
7. Ongkos pembangkitan dapat diperkecil
8. Sistem ini dapat bekerja secara bergantian sesuai dengan jadwal yang
telah ditentukan
9. Dapat memperpanjang umur Pusat Pembangkit
10. Dapat menjaga kestabilan sistem Pembangkitan
11. Keterandalannya lebih baik
12. Dapat di capai penghematan-penghematan di dalam investasi.
Kelemahannya :
1. Memerlukan biaya yang cukup mahal
3. Saat terjadi gangguan hubung singkat pada penghantar jaringan, maka
semua Pusat Pembangkit akan tergabung di dalam sistem dan akan
ikut menyumbang arus hubung singkat ke tempat gangguan tersebut
4. Jika terjadi unit-unit mesin pada Pusat Pembangkit terganggu, maka
akan mengakibatkan jatuhnya sebagian atau seluruh sistem.
5. Perlu menjaga keseimbangan antara produksi dengan pemakaian
6. Merepotkan saat terjadi gangguan petir.
Gambar 2.7 Sistem Jaringan Interkoneksi
Sistem interkoneksi ini merupakan perkembangan dari sistem
network/mesh. Pada Gambar 2.7 diperlihatkan bahwa sistem ini menyalurkan
tenaga listrik dari beberapa Pusat Pembangkit Tenaga Listrik yang dikehendaki
terus-menerus (tak terputus), walaupun daerah kepadatan beban cukup tinggi dan
luas. Hanya saja sistem ini memerlukan biaya yang cukup mahal dan perencanaan
yang cukup matang. Untuk perkembangan dikemudian hari, sistem interkoneksi
ini sangat baik, bisa diandalkan dan merupakan sistem yang mempunyai kualitas
yang cukup tinggi.
Pada sistem interkoneksi ini apabila salah satu Pusat Pembangkit Tenaga
Listrik mengalami kerusakan, maka penyaluran tenaga listrik dapat dialihkan ke
Pusat Pembangkit lain. Untuk Pusat Pembangkit yang mempunyai kapasitas kecil
dapat dipergunakan sebagai pembantu dari Pusat Pembangkit Utama (yang
mempunyai kapasitas tenaga listrik yang besar). Apabila beban normal sehari-hari
dapat diberikan oleh Pusat Pembangkit Tenaga listrik tersebut, sehingga ongkos
pembangkitan dapat diperkecil. Pada sistem interkoneksi ini Pusat Pembangkit
Tenaga Listrik bekerja bergantian secara teratur sesuai dengan jadwal yang telah
ditentukan. Sehingga tidak ada Pusat Pembangkit yang bekerja terus-menerus.
Cara ini akan dapat memperpanjang umur Pusat Pembangkit dan dapat menjaga
2.3. Penghantar Pada Jaringan Tegangan Menengah
Ada dua jenis saluran penghantar yang biasa digunakan pada jaringan
tegangan menengah (JTM) 20 kV, yaitu hantaran udara tegangan menengah
(SUTM) dan saluran kabel tegangan menengah (SKTM)[7].
2.3.1. Saluran udara tegangan menengah (SUTM)
Saluran udara, terutama saluran udara tanpa isolasi, digunakan pada
pemasangan di luar bangunan, direnggangkan pada isolator-isolator di antara
tiang-tiang yang disediakan secara khusus. Bahan yang digunakan untuk kawat
penghantar terdiri atas kawat tembaga telanjang (BBC, yang merupakan singkatan
dari Bare Copper Conductor), alumunium telanjang (All Alumunium Conductor ),
campuran yang berbasis alumunium (Al-Mg-Si), Alumunium berinti baja (ACSR
atau Alumunium Conductor Steel Reinforced), alumunium berinti logam
campuran (ACAR atau Alumunium Conductor Alloy Reinforced), kawat baja
berlapis tembaga (copper-weld), dan juga campuran murni alumunium (AAAC
atau All Alumunium Alloy Conductor). Bentuk fisik konduktor ACAR, AAAC,
dan BBC diperlihatkan pada Gambar 2.8.
Secara teknis tembaga lebih baik daripada alumunium, karena memiliki
daya hantar arus listrik yang lebih tinggi. Namun, karena mahalnya harga
Gambar 2.8 Beberapa Jenis Konduktor Yang Digunakan Pada SUTM
2.3.2. Saluran kabel tegangan menengah (SKTM)
Bahan untuk kabel tanah umumnya juga terdiri dari tembaga dan
alumunium. Sebagai isolasi digunakan bahan-bahan berupa kertas serta
perlindungan mekanikal berupa timah hitam. Untuk tegangan menengah sering
dipakai juga minyak sebagai bahan isolasi. Jenis kabel demikian dinamakan
GPLK (Gewapend Papier Load Kabel) yang merupakan standar Belanda atau
Pada saat ini bahan isolasi buatan berupa PVC (Polyvinyl Chloride) dan
XLPE (Cross-Linked Polyethylene) telah berkembang pesat dan merupakan bahan
isolasi yang andal dengan harga yang lebih murah dan juga penggunaannya yang
lebih mudah. Atas alasan-alasan tersebut, maka penggunaan kabel dengan isolasi
minyak mulai ditinggalkan. Bentuk fisik kabel N2XSY dan NA2XSY
diperlihatkan pada Gambar 2.9.a. Bentuk fisik kabel N2XSEBY dan NA2XSEBY
diperlihatkan pada Gambar 2.9.b. Bentuk fisik kabel N2XSEFGbY dan
NA2XSEFGbY diperlihatkan pada Gambar 2.9.c.
Gambar 2.9.b Kabel N2XSEBY dan NA2XSEBY
2.4. Karakteristik Beban
Secara umum beban yang dilayani oleh sistem distribusi tenaga listrik
dibagi dalam beberapa sektor, yaitu sektor perumahan, sektor industri, sektor
komersial, dan sektor usaha. Masing-masing beban tersebut memiliki karakteristik
yang berbeda-beda. Sebab hal ini berkaitan dengan pola konsumsi energi pada
masing-masing konsumen di sektor tersebut. Karakteristik beban yang banyak
disebut dengan pola pembebanan pada sektor perumahan. Ditunjukkan oleh
adanya fluktuasi konsumsi energi listrik yang cukup besar. Hal ini disebabkan
konsumsi energi listrik pada sektor tersebut dominan pada malam hari. Sedangkan
pada sektor industri fluktuasi konsumsi energi sepanjang hari hampir sama,
sehingga perbandingan antara beban puncak terhadap beban rata-rata hampir
mendekati satu. Beban pada sektor komersial dan usaha memiliki karakteristik
yang hampir sama, hanya pada sektor komersial akan mempunyai beban puncak
yang lebih tinggi pada malam hari[6].
2.4.1. Klasifikasi beban
Berdasarkan jenis konsumen energi listrik, secara garis besar, ragam
beban dapat diklasifikasikan ke dalam :
1. Beban rumah tangga, pada umumnya beban rumah tangga berupa
lampu untuk penerangan, alat rumah tangga, seperti kipas
angin, pemanas air,lemari es, penyejuk udara, mixer, oven,
motor pompa air dan sebagainya. Beban rumah tangga biasanya
2. Beban komersial, pada umumnya terdiri atas penerangan untuk
reklame, kipas angin, penyejuk udara dan alat- alat listrik
lainnya yang diperlukan untuk restoran. Beban hotel juga
diklasifikasikan sebagai beban komersial (bisnis) begitu juga
perkantoran. Beban ini secara drastis naik di siang hari untuk
beban perkantoran dan pertokoan dan menurun di waktu sore.
3. Beban industri dibedakan dalam skala kecil dan skala besar. Untuk
skala kecil banyak beropersi di siang hari sedangkan industri besar
sekarang ini banyak yang beroperasi sampai 24 jam.
4. Beban Fasilitas Umun.
Pengklasifikasian ini sangat penting artinya bila kita melakukan
analisis karakteristik beban untuk suatu sistem yang sangat besar. Perbedaan
yang paling prinsip dari empat jenis beban diatas, selain dari daya yang
digunakan dan juga waktu pembebanannya. Pemakaian daya pada beban
rumah tangga akan lebih dominan pada pagi dan malam hari, sedangkan
pada heban komersil lebih dominan pada siang dan sore hari.
Pemakaian daya pada industri akan lebih merata, karena banyak industri
yang bekerja siang-malam. Maka dilihat dari sini, jelas pemakaian daya pada
industri akan lebih menguntungkan karena kurva bebannya akan lebih
merata. Sedangkan pada beban fasi1itas umum lebih dominan pada siang dan
malam hari.
Beberapa daerah operasi tenaga listrik memberikan ciri tersendiri,
walaupun jumlah pelanggan bisnis jauh lebih kecil dibanding dengan
pelanggan rumah tangga.
2.4.2. Karakteristik umum beban listrik
Tujuan utama dari sistem distribusi tenaga listrik ialah mendistribusikan
tenaga listrik dari gardu induk atau sumber ke sejumlah pelanggan atau
beban. Suatu faktor utama yang paling penting dalam perencanaan sistem
distribusi adalah karakteristik dari berbagai beban.
Karakteristik beban diperlukan agar sistem tegangan dan pengaruh
thermis dari pembebanan dapat dianalisis dengan baik. Analisis tersebut
termasuk dalam menentukan keadaan awal yang akan diproyeksikan dalam
perencanaan selanjutnya.
Penentuan karakteristik beban listrik suatu gardu distribusi sengat
penting artinya untuk mengevaluasi pembebanan gardu distribusi tersebut,
ataupun dalam merencanakan suatu gardu distribusi yang baru.
Karakteristik beban ini sangat memegang peranan penting dalam
memilih kapasitas transformator secara tepat dan ekonomis. Di lain pihak
sangat penting artinya dalam menentukan rating peralatan pemutus
rangkaian, analisa rugi-rugi dan menentukan kapasitas pembebanan dan
cadangan tersedia dan suatu gardu.
Karakteristik beban listrik suatu gardu sangat tergantung pada jenis
beban suatu interval waktu. Berikut ini beberapa faktor penilaian beban yang
dapat memberikan gambaran mengenai karakteristik beban, baik dari segi
kuantitas pembebanannya maupun dari segi kualitasnya. Faktor-faktor ini sangat
berguna dalam meramalkan karakteristik beban pada masa yang akan datang atau
dalam menentukan efek pembebanan terhadap kapasistas sistem secara
menyeluruh.
1. Beban (Demand)
Pengertian dari demand (D) dan suatu beban dapat diartikan
sebagai besar pembebanan sesaat dan gardu pada waktu tertentu
atau besar beban rata-rata untuk suatu interval waktu tertentu.
Interval waktu dimana besarnya beban ingin ditentukan disebut :
Demand Interval (T). Demand dapat dinyatakan dalam kW, kVA
atau kVAr.
2. Beban Maksimum (Maximum Demand)
Maximum demand (Dmax ) adalah beban rata-rata terbesar yang
terjadi pada suatu interval demand tertentu. Jadi maximum demand
ditentukan untuk waktu tertentu dari suatu interval waktu tertentu,
misal : - maximum demand 1 jam , T = 24 jam, dengan perkataan
lain ; Dmx, 1 jam pada T = 24 jam, berarti besarnya beban rata-rata
terbesar untuk selang waktu 1 jam pada interval waktu T = 24 jam.
3. Beban Puncak (Peak Load)
Beban Puncak (Pmax) adalah nilai terbesar dari pembebanan
sesaat pada suatu interval demand tertentu. Untuk dapat
(Dmax) dan Beban Puncak (Pmax) dapat dilihat pada Gambar 2.10
dibawah ini.
Gambar 2.10 Perubahan KebutuhanMaksimum Terhadap Waktu
Interval Demand : T = 24 jam
Demand = Pav : D = 27 kW
Maximum Demand : Dmax, 1 jam = 95 kW
Beban Puncak : Pmax = 10 kW
4. Beban Terpasang (Connected Load)
Beban terpasang dari suatu sistem adalah jumlah total daya dari
seluruh peralatan sesuai dengan kW atau kVA yang tertulis pada
papan nama (name plate) peralatan yang akan dilayani oleh
sistem tersebut.
Jadi :
∑
Di mana :
Pi = rating kVA dari alat i
n = jumlah alat yang terhubung ke sistem.
5. Faktor Keragaman (Diversity Factor)
Faktor diversitas adalah perbandingan antara jumlah beban puncak
dari masing – masing pelanggan dari satu kelompok pelanggan
dengan beban puncak dari kelompok pelanggan tersebut.
Didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah demand dari
unit-unit beban terhadap demand maksimum dari keseluruhan
beban. Secara matematis, faktor diversitas (Fd) dapat ditulis[8]:
∑
Di mana :
Dmax i = beban puncak (kebutuhan Maks) dari masing – masing
beban i, yang terjadi tidak pada waktu yang bersamaan.
Dmax s = D 1+2+3 ….n adalah beban puncak dari n kelompok
beban.
Untuk lebih memperjelas faktor diversitas ini, perhatikan Gambar
2 . 1 0 . Dimisalkan kelompok beban terdiri dari atas 4 pelanggan
dengan beban puncak sama besar. Pada Gambar 2.11 (a)
penggunaan beban puncak dari keempat pelanggan tidak
bersamaan waktunya, faktor diversitas adalah :
Sedangkan pada Gambar 2.11 (b),
Jadi 1 dan 4 adalah nilai extrim dari dari 4 pelanggan ini.
Gambar 2.11 Dua Nilai Ekstrim Untuk Faktor Diversitas
Bila Dmax i untuk seluruh unit bersamaan waktunya maka fdiv akan
berharga 1, tetapi bila tidak fdiv akan lebih besar dari i.
Pada umumnya faktor diversitas untuk gardu distribusi dan gardu
induk nilainya berkisar sperti di bawah ini :
a. Gardu distribusi 1,00 – 1,50
b. Gardu induk 1,08 – 1,60
6. Faktor Keserempakan (Coincidence Factor)
Faktor keserempakan (fcf) adalah keba1ikan dari faktor
keragaman, yang didefinisikan sebagai perbandingan antara beban
maksimum dari suatu kumpulan beban dari sistem terhadap jumlah
Jadi :
∑
7. Faktor Kebutuhan (Demand Factor)
Faktor kebutuhan didefinisikan sebagal perbandingan antara
beban puncak suatu sistem terhadap beban terpasang yang dilayani
oleh sistem.
∑
Nilai fd pada prinsipnya lebih kecil atau sama dengan satu. Bisa saja
terjadi lebih besar dari satu, yaitu saat terjadi beban lebih.
Faktor kebutuhan ini dapat menjadi satu bila keseluruhan
beban yang tersambung serentak diberi energi dalam sebagian
besar periodenya. Faktor kebutuhan menunjukkan tingkat
dimana beban yang tersambung beroperasi serentak.
Faktor kebutuhan dipakai untuk menentukan kapasitas (juga biaya)
dari peralatan tenaga listrik yang diperlukan untuk melayani
beban tersebut. Karena ada pengaruhnya terhadap investasi,
maka faktor kebutuhan ini menjadi penting dalam
menentukan jadwal pembiayaannya.
(2.3)
Faktor kebutuhan dari beberapa jenis bangunan :
Besarnya faktor kebutuhan (biasanya dinyatakan dalam %)
dipengaruhi oleh beberapa hal, yaitu :
a. Besarnya beban terpasang
Sebagai contoh : Rumah tinggal yang mempunyai beban
terpasang yang relatif besar, pada umumnya memiliki faktor
kebutuhan yang lebih rendah bila dibandingkan dengan rumah
tinggal yang mempunyai beban terpasang lebih kecil.
b. Sifat pemakaian
Toko-toko, pusat perbelanjaan, kantor-kantor dan bangunan
industri biasanya memiliki faktor kebutuhan tinggi sedangkan
gudang dan tempat rekreasi memiliki faktor demand yang rendah.
8. Faktor Beban (Load Factor)
Faktor beban adalah perbandingan antara beban rata-rata
selama interval tertentu dengan beban puncak yang terjadi pada
interval yang sama[8].
�
Di mana:
pav = beban rata-rata
Pmax = beban puncak.
Faktor beban adalah perbandingan antara beban rata – rata
terhadap beban puncak dalam periode tertentu. Beban rata – rata
dan beban puncak dapat dinyatakan dalam kilowatt, kilovolt –
amper, amper dan sebagainya, tetapi satuan dari keduanya harus
sama. Faktor beban dapat dihitung untuk periode tertentu biasanya
dipakai harian, bulanan atau tahunan. Pada Gambar 2.12 ditunjukkan
faktor beban dua konsumen.
Gambar 2.12 Faktor Beban Menunjukkan Dua Konsumen Pada
Maksimum Demand Yang Sama Menggunakan Peralatan Dengan
Jumlah Yang Berbeda
9. Faktor Rugi-Rugi (Loss Factor)
Faktor rugi-rugi (fLs) didefinisikan sebagai perbandingan antara
rugi-rugi daya rata-rata terhadap rugi-rugi-rugi-rugi daya beban puncak dalam
� � �
10.
Selang Kebutuhan (Demand Interval)Interval Kebutuhan merupakan periode yang dijadikan dasar untk
terima secra rata-rata. Pemilihan periode ini dapat terjadi mulai
dari selang 15 menit, selang 30 menit, selang 60 menit ataupun
lainnya. Pada kondisi-kondisi tertentu kebutuhan pada selang 15
menit sama dengan kebutuhan pada selang 30 menit.
Pernyataan kebutuhan ini harus diekspresikan dalam suatu
selang waktu dimana kebutuhan tersebut diukur. Gambar 2.13
menunjukkan kurva harian beban “Daily Load Curve” yang
menunjukkan beban sebagai fungsi waktu. Berdasarkan pada kurva
harian beban tersebut dapat dibuat kurva lama beban “Load
Duration Curve” seperti pada Gambar 2.14.
Gambar 2.13 Kurva Beban Harian
Gambar 2.14 Kurva Lama Beban
Kurva lama beban ini menggambarkan lamanya suatu beban
berlangsung dalam sistem kelistrikan. Sumbu datar menggambarkan
lama beban berlangsung dalam periode tertentu. Sumbu tegak
menggambarkan daya dari beban sistem.
Luas permukaan di bawah kurva lama beban menggambarkan
kebutuhan energi sistem yang bersangkutan. Kurva lama beban
diperlukan untuk alokasi/segmentasi pembangkitan karena
masing-masing jenis Pembangkit tenaga listrik memiliki karakteristik yang
berbeda untuk digunakan memenuhi beban yang dibutuhkan untuk
periode yang direncanakan.
11. Kebutuhan Maksimum “Maximum Demand”
Kebutuhan Maksimum didefinisikan sebagai kebutuhan terbesar
yang dapat terjadi dalam suatu selang tertentu. Jadi,
kebutuhan maksimum dapat dikatakan dalam selang waktu 1 jam, 1
12.
Diversitas Kebutuhan “Diseverisfied Demand”Diversitas kebutuhan dikaitkan dengan beban komposit, dengan
beban yang tidak saling berhubungan pada selang waktu tertentu.
Jadi, diversitas kebutuhan merupakan perbandingan jumlah
maksimum masing-masing beban komposit tersebut terhadap
kebutuhan maksimum seluruh beban komposit.
13. Faktor Penggunaan (UF = utility factor)
Didefenisikan sebagai perbandingan antara demand maksimum
dengan kapasitas nominal dari sistem pencatu daya. Persamaan (2.7)
menggambarkan defenisi ini.
Demand maksimum sistem dapat dicari kurva beban atau dengan
menghitung beban terpasangnya. Demand maksimum
merupakan perkaitan antara beban terpasang dengan faktor demand.
2.4.2. Kurva beban
Kurva beban menggambarkan variasi perbebanan terhadap suatu
gardu yang diukur dengan kW, Ampere atau kVA Sebagai fungsi dari waktu.
Interval waktu pengukuran biasanya ditentukan berdasarkan pada
penggunaan hasil pengukuran, misal : interval waktu 30 menit atau 60 menit
sangat berguna dalam penentuan kapasitas rangkaian. Biasanya beban diukur
untuk interval waktu 15 menit, 30 menit, satu hari atau 1 minggu.
Kurva Beban menunjukkan permintaan (demand) atau kebutuhan
tenaga pada interval waktu yang berlain-lainan. Dengan bantuan kurva beban
kita dapat menentukan besaran dari beban-terbesar dan selanjutnya
kapasitas pembangkit dapat ditentukan juga.
Gambar 2.15 Kurva Beban Harian
Dari Gambar 2.15 terlihat bahwa terdapat kemiripan garis karakteristik
beban pada hari kerja (Rabu), hari Sabtu, dan Minggu. Namun terdapat perbedaan
besar beban yang signifikan pada hari kerja dan hari Sabtu atau Minggu.
Penggunaan beban sekitar jam 6 – 15 cenderung lebih datar pada hari Minggu
atau Sabtu dibanding hari kerja. Dari sinilah muncul ide pengaturan jadwal
2.5. AMR (Automatic Meter Reading)
Gambar 2.16 Automatic Meter Reading
AMR (Automatic Meter Reading) adalah suatu alat berbasis digital
yang dapat mencatat penggunaan daya listrik secara lengkap dan mentransfer
data ke database pusat. Transfer data dapat menggunakan jaringan telepon
(kabel atau nirkabel), frekuensi radio (RF), atau powerline transmisi. Salah
satu bentuk fisik dari AMR dapat dilihat pada Gambar 2.16.
Perusahaan Listrik Negara (PLN) saat ini menerapkan meter elektronik
yang dapat melakukan pembacaan dan perekaman data listrik secara otomatis
untuk para pelanggan listrik skala industri khususnya ≥ 197 kV menggunakan
sistem Automatic Meter Reading (AMR). Sistem ini dapat memantau jumlah
langsung segala kegiatan yang berhubungan dengan aktivitas meter elektronik dari
kantor PLN, khususnya bagian Alat pengukur dan Pembatas (APP) tanpa ada
petugas pembaca meteran. Dengan demikian keakuratan data pemakaian listrik
oleh pelanggan bisa terjamin.
AMR mempunyai 3 komponen utama, yaitu meter interface
module, communication systems, central office systems equipment. Meter
interface module mempunyai 4 bagian utama, yaitu power supply, meter
sensor, controlling electronic, dan communication interface. Power supply
berfungsi sebagai sumber energi untuk sistem AMR. Meter sensor berfungsi
untuk mengukur arus dan tegangan listrik. Controlling electronic dapat
berupa mikro kontroller yang berfungsi untuk mengolah data dari meter
sensor menjadi data daya dan lain-lain dalam bentuk digital serta
mengendalikan communication interface untuk mengirim data-data tersebut.
Communication interface dapat berupa modem ADSL, modem GSM, modem
IC ADE8165, modul TCP/IP dan lain-lain sesuai dengan jaringan komunikasi
yang digunakan.
Berikutnya, komponen kedua dari AMR, yaitu communication
systems. Commucation systems berfungsi untuk mengirim data dari AMR
ke kantor perusahaan listrik melalui media komunikasi tertentu. Media
komunikasi yang digunakan dapat berupa jaringan kabel telepon, powerline
carrier (plc), radio frekuensi (RF), atau cable television. Berikutnya,
komponen ketiga dari sistem AMR, yaitu central office systems equipment.
Central office systems equipment mempunyai 3 bagian utama, yaitu receivers
ADSL, modem GSM, modem IC ADE8165, dan lain-lain sesuai dengan
media komunikasi yang digunakan untuk mengirim data. Receivers data,
terhubung dengan komputer server dan berfungsi untuk menerima data dari
AMR. komputer server merupakan komputer dengan kemampuan diatas
rata-rata komputer biasa yang dilengkapi dengan operating system khusus server.
Komputer server berfungsi untuk menjalankan aplikasi web dan database serta
melayani permintaan dari komputer host untuk mengakses aplikasi web dan
database tersebut. Komputer host merupakan komputer biasa yang digunakan
oleh admin dari perusahaan listrik untuk mengakses aplikasi web AMR dan
database pelanggan dari perusahaan listrik tersebut. Untuk lebih jelasnya
dapat dilihat pada Gambar 2.17.
Dalam pengoperasiannya, sistem AMR melakukan pembacaan energi
listrik dengan cara menurunkan terlebih dahulu tegangan dan arus listrik untuk
pengukuran menggunakan potential transformer dan current transformer,
kemudian arus dan tegangan listrik dibacaoleh sensor arus dan tegangan listrik.
Salah satu sensor arus dan tegangan yang digunakan dalam AMR adalah
ADE7757. Data dari sensor-sensor tersebut kemudian masuk ke dalam
mikrokontroler untuk diproses menjadi data nilai arus, tegangan, daya
kompleks, daya aktif, daya reaktif, dan lain-lain. Setelah itu, data-data tersebut
ditampilkan pada LCD AMR. Selain itu, mikro kontroller juga mengendalikan
communication interface untuk mengirimkan data-data tersebut ke database
perusahaan listrik melalui media komunikasi tertentu.
AMR merupakan salah satu solusi untuk perusahaan listrik dalam
menggunakan AMR, perusahaan listrik tidak perlu mengerahkan banyak
petugas listrik untuk mencatat data daya dari seluruh pelanggan listrik di setiap
periode evaluasi data daya listrik yang telah digunakan pelanggannya. Data daya
listrik dari setiap pelanggang akansecara otomatis terkirim ke dalam database
perusahaan listrik sesuai periodepengiriman yang telah ditetapkan. Selain itu,
dari sisi pelanggan listrik, sistem AMR mempermudah pelanggan untuk
melihat tagihan listriknya setiap bulan. Cukup dengan mengakses website
AMR yang telah disiapkan oleh perusahaan listrik, lalu memasukkan password,
maka pelanggan tersebut sudah dapat melihat total daya listrik yang digunakan
dan tagihan listriknya[9].
2.6. Estimasi Rugi-rugi Energi
Rugi-rugi energi estimasi dapat dituliskan [10, 11] dengan rumus
�
Di mana,
: Rugi-rugi energi total estimasi (kWh)
: Rugi-rugi daya pada saluran(kW)
: Periode waktu estimasi (jam)
Hubungan Empirical Equivalent hour loss [12-14] adalah
� �
Loss Factor dapat dihitung dengan rumus
∑ �
Di mana,
: Perbandingan antara beban yang terukur terhadap beban puncak
dalam satu periode waktu.
: Banyaknya beban yang terukur
(2.8)
(2.9)
(2.10)
Load Factor adalah perbandingan beban rata-rata terhadap beban puncak
dalam satu periode waktu, dapat dituliskan sebagai berikut
� ∑ �
Menggunakan persamaan (2.11) dan (2.12), parameter A dan B dapat
diestimasi dengan persamaan (2.9) dan (2.10) menggunakan analisis regresi
nonlinier[15] pada software statistika SPSS.
Rugi-rugi daya pada saluran dapat dihitung dengan simulasi pada software
ETAP[16]. Hasilnya akan digunakan untuk menghitung rugi-rugi energi total
estimasi dari persamaan (2.8).
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Tempat dan Waktu
Penelitian yang akan dilaksanakan adalah dengan pengambilan data hasil
rekaman AMR (Automatic Meter Reading) dari PT PLN (Persero), studi kasus
pada Penyulang KI.4-Mawas GI. KIM, terletak di daerah KIM (Kawasan Industri
Medan). Pengambilan data dilaksanakan selama 1 bulan pada bulan Oktober
2013.
3.2. Data dan Peralatan yang Digunakan
3.2.1. Data
Data yang diperlukan dalam penelitian ini adalah :
1. Data pemakaian energi penyulang
2. Data pemakaian energi pelanggan
3. Diagram satu garis penyulang
4. Logsheet penyulang
5. Load profile pelanggan
6. Data peralatan penyulang.
3.2.2. Peralatan
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
1. AMR (Automatic Meter Reading) yang sudah terpasang pada
penyulang dan gardu-gardu distribusi
3.3. Variabel Yang Diamati
Variabel yang diamati dalam penelitian ini, antara lain :
1. Tegangan pada jaringan
2. Impedansi penyulang
3. Panjang penyulang
4. Kapasitas beban terpasang.
3.4. Rangkaian dan Teknik Pengukuran
Rugi-rugi energi pada penyulang jaringan tegangan menengah dapat
ditentukan berdasarkan pengukuran energi pada AMR, yaitu selisih energi (kWh)
yang dikirimkan penyulang dengan jumlah energi yang terukur pada
masing-masing gardu distribusi, seperti yang ditunjukkan Gambar 3.1 [16].
Gambar 3.1 Letak AMR Untuk Pengukuran Rugi-Rugi Energi Pada Jaringan
Maka rugi-rugi energi pada JTM dapat dihitung dengan persamaan :
∑ ∑
3.5. Pelaksanaan Penelitian
Secara garis besar yang akan dilakukan selama pelaksananan penelitian
adalah :
1. Perhitungan rugi-rugi energi aktual (pengukuran)
Dari data pemakaian energi pada penyulang dan pada gardu-gardu
distribusi akan dihitung besar rugi-rugi energi aktual.
2. Estimasi rugi-rugi energi ( ), proses yang dilakukan meliputi : a. Perhitungan
Dari data kurva beban harian, akan dihitung faktor beban
b. Perhitungan
Dari data faktor beban, akan dihitung faktor rugi-rugi
c. Estimasi konstanta A dan B
Dari nilai dan , akan diestimasi konstanta A dan B menggunakan software statistika, SPSS
(3.1)
d. Estimasi rugi-rugi daya pada saluran
Dari data single line diagram, kapasitas beban terpasang, impedansi
saluran, dan panjang saluran akan diestimasi rugi-rugi daya pada
saluran dengan melakukan simulasi pada software ETAP.
3. Perbandingan hasil
Rugi-rugi energi dari hasil metode estimasi (konstanta A = 0,146 dan B =
0,843) dibandingkan terhadap rugi-rugi energi menggunakan konstanta
formula faktor rugi-rugi Gustafson I (konstanta A = 0,08 dan B = 0,92)
dan konstanta formula faktor rugi-rugi Gustafson II (konstanta pangkat
1,912). Nilai rugi-rugi energi dengan menggunakan konstanta pada
formula faktor rugi-rugi estimasi dan dengan menggunakan konstanta
formula faktor rugi-rugi referensi dibandingkan juga terhadap nilai
pengukuran.
Maka, dalam diagram blok proses pelaksanaan penelitian dapat
digambarkan pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2 Diagram Blok Pelaksanaan Penelitian
Untuk lebih rinci lagi, maka blok diagram pengukuran rugi-rugi energi dan
blok diagram estimasi rugi-rugi energi dapat diuraikan lagi pada Gambar 3.3 dan
Gambar 3.3 Diagram Blok Pengukuran Rugi-rugi Energi Kumpulkan
data energi penyulang
( � � )
Kumpulkan data energi
gardu-gardu distribusi
( � )
Hitung rugi-rugi energi JTM
Gambar 3.4 Diagram Blok Estimasi Rugi-rugi Energi Kumpulkan data
kurva beban harian
( ; )
Hitung Load Factor
(� )
Hitung Empirical Equivalent Hour Loss
( )
Estimasi Konstanta A dan B
( ; B)
Kumpulkan data
single line diagram, rating tegangan (V), kapasitas beban terpasang (S), impedansi saluran
(Z), dan panjang saluran (L)
Estimasi rugi-rugi daya pada saluran
( )
Estimasi Rugi-rugi Energi
BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1. Pengukuran AMR (Automatic Meter Reading)
Untuk studi rugi-rugi energi pada jaringan tegangan menengah, penyulang
yang dipilih adalah satu buah penyulang, yaitu penyulang KI.4-Mawas milik PT.
PLN Wilayah Sumut. Untuk studi rugi-rugi energi ini, data energi yang digunakan
adalah data dari tanggal 1 Oktober 2013 sampai dengan 1 November 2013. Data
energi pada penyulang KI.4-Mawas diperlihatkan pada Tabel 4.1.
Tabel 4.1 Data energi penyulang KI.4-Mawas
Nama Penyulang Stand kWh
Akhir
KI.4 Mawas 310.193.601 306.162.600 1 4.031.001
Sedangkan pada Tabel 4.2 dapat dilihat data energi dari gardu-gardu pada
penyulang KI.4-Mawas.
Tabel 4.2 Data energi gardu-gardu penyulang KI.4-Mawas
No Gardu ID AMR Gardu Faktor
6 ML.242 120130113015 7000 378,403 2.648.821,0
7 ML.307 120130178478 400 0 0
8 ML.174 120130011562 2000 219,836 439.672
Pada data No. 6 dari Tabel 4.2 tercatat bahwa hasil pembacaan AMR untuk
pelanggan ML.307 adalah nol. Hal ini dikarenakan pabrik ini tidak lagi
beroperasi.
Besarnya rugi-rugi energi dan persentase rugi-rugi energi pada jaringan
tegangan menengah dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :
∑ ∑
Maka, besarnya rugi-rugi energi pada jaringan tegangan menengah untuk
penyulang KI.4-Mawas diperlihatkan pada Tabel 4.3 :
Tabel 4.3 Data rugi-rugi energi pada penyulang KI.4-Mawas
Energi penyulang
4.031.001 3.986.090,4 44.910,6 1,11
(3.1)
4.2. Estimasi Rugi-rugi Energi
Dari kurva beban harian di bulan Oktober kita dapat melihat perubahan
beban dalam waktu 24 jam dalam 1 hari. Gambar 4.1 adalah gambar kurva beban
harian pada hari Selasa, 1 Oktober 2013 penyulang KI.4-Mawas. Sumbu X adalah
waktu dalam jam dan sumbu Y adalah beban dalam kW.
Gambar 4.1 Kurva Beban Harian Penyulang KI.4-Mawas
Kurva beban harian ini digambarkan melalui pencatatan data real time dari
peralatan pengukuran di sisi incoming penyulang distribusi. Data yang dicatat
melalui alat ukur meliputi data arus, cos phi, tegangan, dan beban setiap 1 jam
selama 24 jam. Pada Tabel 4.4 kita dapat melihat bahwa nilai cos phi dan
tegangan hampir konstan, sedangkan nilai arus dan beban berubah-ubah dalam
fungsi waktu.
Dengan menggunakan data Load Profile penyulang KI.4-Mawas pada
bulan Oktober 2013 dapat dilakukan estimasi rugi-rugi energi.
Maka, diperoleh :
0,771296
Dengan perhitungan yang sama terhadap data hari ke-2 sampai dengan data hari
ke-31, maka akan diperoleh nilai kumpulan dan selama 1 bulan. Data
hasil perhitungan ditunjukkan pada Tabel 4.6.
Tabel 4.6 Nilai dan bulan Oktober
Hari
1 0,872992 0,771296247 2 0,704559 0,523605013 3 0,685371 0,501284938 4 0,683391 0,500501006 5 0,766561 0,622711079 6 0,945225 0,894328896 7 0,713449 0,530980363 8 0,838889 0,709524777 9 0,746510 0,581312036 10 0,772185 0,610044642 11 0,896667 0,809421354 12 0,791381 0,63250668 13 0,758577 0,581504561 14 0,824618 0,691355058 15 0,720421 0,531277726 16 0,752585 0,618840064 17 0,870087 0,764445472 18 0,901487 0,815343054 19 0,863356 0,750148091 20 0,948092 0,899586045 21 0,920822 0,850366462 22 0,902456 0,818743946 23 0,847045 0,719869478 24 0,826604 0,68951382 25 0,650853 0,435139114 26 0,697752 0,502945439 27 0,930776 0,868953562 28 0,755268 0,60288309 29 0,676904 0,496214079 30 0,859815 0,74736987 31 0,883678 0,785812644
4.2.3. Estimasi Konstanta A dan B
di mana A + B = 1
Untuk menentukan nilai estimasi konstanta A dan B dilakukan dengan bantuan
software statistika, yaitu SPSS dengan analisis regresi nonlinier. Berikut
dijelaskan proses estimasi konstanta A dan B.
Masukan data dari tabel 4.6 ke dalam SPSS seperti pada Gambar 4.2
LDF sebagai X EQF sebagai fungsi Y
Dari persamaan (3), fungsi Y dituliskan sebagai
Gambar 4.2 Tampilan awal Software SPSS
(2.8)
