TUGAS AKHIR
Diajukan Guna Memenuhi Persyaratan Untuk Mencapai Derajat Strata 1 Pada Prodi Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Disusun Oleh:
DESWAN HARRY ANGGARA 20120120109
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA
i
TUGAS AKHIR
Diajukan Guna Memenuhi Persyaratan Untuk Mencapai Derajat Strata 1 Pada Prodi Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Yogyakarta
Disusun Oleh:
DESWAN HARRY ANGGARA 20120120109
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA
iii
Yang bertanda tangan dibawah ini:
Nama : Deswan Harry Anggara
NIM : 20120120109
Jurusan : Teknik Elektro
Menyatakan dengan sesungguhnya bahwa semua yang ditulis dalam naskah Tugas Akhir (Skripsi) ini merupakan hasil karya tulis saya sendiri, kecuali dasar teori yang saya cuplik dari buku yang tercantum pada daftar pustaka sebagai referensi saya dalam melengkapi karya tulis ini. Apabila dikemudian hari pernyataan ini tidak benar, maka saya siap menerima sanksi dari Universitas Muhammadiyah Yogyakarta sesuai dengan peraturan yang berlaku.
Yogyakarta, 28 Desember 2016
iv
Hai orang-orang yang beriman, apabila dikatakan kepadamu:
"Berlapang-lapanglah dalam majelis", maka lapangkanlah, niscaya Allah akan memberi
kelapangan untukmu. Dan apabila dikatakan: "Berdirilah kamu, maka berdirilah,
niscaya Allah akan meninggikan orang-orang yang beriman di antaramu dan
orang-orang yang diberi ilmu pengetahuan beberapa derajat. Dan Allah Maha
Mengetahui apa yang kamu kerjakan."
(QS. Al-mujadilah 11)
“Barang siapa yang menempuh suatu jalan untuk menuntut ilmu, Allah akan
memudahkan baginya jalan ke surga.”
(H.R. Muslim)
“Tuntutlah ilmu dengan penuh adab dan rasa rendah diri karena sesungguhnya
v
Segala puji bagi Allah SWT atas berkah, rahmat dan hidayah-Nya yang selama
ini tercurahkan, serta shalawat dan salam kepada junjungan Nabi besar
Muhammad SAW atas diberikan nya kemudahan serta kelancaran dalam
penulisan Karya Tulis Ilmiah ini.
Saya persembahkan karya ini kepada orang-orang terkasih, tersayang dan tercinta
dalam hidup saya
Bapak dan Ibu
Terimakasih untuk segala dukungan yang tidak bisa diuraikan satu demi
satu. Terimakasih telah menjadi bagian dari indahnya perjuangan dalam
penulisan karya ini. Terimakasih untuk tidak pernah lelah memotivasi dan
memberikan doa disetiap langkah perjalanan karya tulis ilmiah ini.
Kakak dan Adik
Terimakasih untuk semua senyum canda tawa dalan menghibur di setiap
langkah. Terimakasih untuk selalu menjadi pendengar yang baik selama
dalam perjuangan menyelesaikan karya tulis ilmiah ini.
vi
Assalamualaikum Wr. Wb
Puji syukur senantiasa penulis panjatkan kehadirat Allah SWT berkat,
rahmat, dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan penyusunan Karya Tulis
Ilmiah yang berjudul “Evaluasi dan Perencanaan Jaringan Distribusi PLN Rayon
Bantul dengan Integrasi Pembangkit Tersebar Energi Terbarukan” Fakultas Teknik
Program Studi Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta”. Shalawat
serta salam semoga senantiasa terlimpah kepada Nabi Muhammad SAW, serta
keluarga dan para sahabatnya.
Penulisan Karya Tulis Ilmiah ini tidak terlepas dari bantuan, bimbingan
serta dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis
menyampaikan ucapan terima kasih kepada:
1. Allah SWT atas berkat, rahmat, dan karunia-Nya dalam memudahkan
segala penelitian yang dilakukan.
2. Bapak Jazaul Ikhsan, S.T., M.T., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.
3. Bapak Ir. Agus Jamal, M.Eng., selaku Ketua Program Studi Teknik Elektro
yang telah memberi izin dalam pelaksanaan Karya Tulis Ilmiah ini.
4. Bapak Dr. Ramadoni Syahputra, S.T., M.T., dan Bapak Ir. Slamet Suripto,
M.Eng., selaku dosen pembimbing dan Bapak Rama Okta Wiyagi, S.T.,
vii
Semoga Allah SWT memberikan balasan kepada semua pihak yang telah
memberikan kelancaran atas jalannya Karya Tulis Ilmiah ini. Demi perbaikan
selanjutnya, saran dan kritik yang membangun akan penulis terima dengan senang
hati. Hanya kepada Allah SWT penulis serahkan segalanya agar mendapat
kemudahan dan manfaat khususnya bagi penulis dan bagi kita semua, Amin.
Wasalamualaikum Wr. Wb.
Yogyakarta, 28 Desember 2016
viii
HALAMAN PENGESAHAN ... ii
HALAMAN PERNYATAAN ... iii
HALAMAN MOTTO... iv
HALAMAN PERSEMBAHAN ... v
KATA PENGANTAR ... vi
DAFTAR ISI ... viii
INTISARI ... x
ABSTRACT ... xi
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Batasan Masalah ... 3
1.4 Tujuan Penelitian ... 3
1.5 Manfaat Penelitian ... 4
1.6 Sistematika Penulisan ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka ... 6
2.2 Dasar Teori ... 6
2.2.1 Sistem Tenaga Listrik ... 6
2.2.2 Sistem Distribusi Tenaga Listrik ... 8
2.2.3 Faktor Daya ... 11
2.2.4 Jatuh Tegangan (Drop Voltage) ... 14
2.2.5 Rugi Daya (Power Losses) ... 18
2.2.6 Energi Terbarukan (Renewable Energy) ... 21
ix
3.2 Prosedur Penelitian ... 32
3.3 Teknik Pengumpulan Data ... 35
3.4 Metode Simulasi ... 35
3.4.1 Tinjauan Umum Program Simulasi ... 35
3.4.2 Jenis Simulasi ... 36
3.4.3 Proses Simulasi ... 36
3.5 Metode Analisis ... 37
BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN 4.1 Informasi Umum ... 39
4.1.1 Profil Kabupaten Bantul ... 39
4.1.2 Sistem Jaringan Distribusi Bantul ... 40
4.2 Potensi Sumber Energi Terbarukan ... 44
4.2.1 Potensi Energi Angin ... 44
4.2.2 Potensi Panas Bumi ... 45
4.3 Permodelan JTM Penyulang Bantul pada Software ETAP ... 45
4.3.1 Single Line Penyulang Bantul 7 ... 46
4.3.2 Single Line Penyulang Bantul 11 ... 47
4.4 Hasil Simulasi dan Analisis ... 48
4.4.1 Penyulang Bantul 7 ... 48
4.4.2 Penyulang Bantul 11 ... 53
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 59
5.2 Saran... ... 60
DAFTAR PUSTAKA
x
Energi listrik merupakan salah satu kebutuhan pokok masyarakat dalam beraktifitas, baik digunakan untuk keperluan rumah tangga maupun keperluan industri. Proses penyaluran energi listrik dari pembangkit menuju ke beban konsumen sangat diperhatikan keandalannya. Jaringan distribusi rayon Bantul merupakan salah satu sub-pelayanan dan jaringan dari APJ Yogyakarta. Sumber listrik distribusi rayon Bantul di ambil dari jaringan transmisi sub-sistem Pedan 150 kV melalui gardu induk Bantul. Letak pembangkit yang jauh dari beban menyebabkan tingginya nilai drop tegangan pada beberapa bus, selain itu juga menyebabkan rugi-rugi daya sistem yang cukup besar. Hal ini mendorong perlunya solusi untuk permasalahan tersebut. Salah satu alternatif solusinya yaitu dengan pemasangan DG pada jaringan distribusi. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh yang ditimbulkan dari pemasangan DG terhadap karakteristik sistem distribusi rayon Bantul. Data-data yang digunakan berupa data teknis sistem distribusi dan potensi pembangkit energi terbarukan berdasarkan Rencana Usaha Penyediaan Tenaga Listrik (RUPTL) yang diperoleh dari PT. PLN (Persero). Data tersebut kemudian disimulasikan dengan menggunakan software ETAP Power Station 7.0.0. Hasil yang diperoleh dari simulasi setelah pemasangan DG pada jaringan distribusi menghasilkan penurunan nilai drop tegangan pada penyulang Bantul 7 sebesar 3.53%, selain itu rugi daya aktif juga mengalami penurunan sebesar 43.46% dan rugi daya reaktif sebesar 17.92%. Sedangkan pada penyulang Bantul 11 mengalami penurunan drop tegangan sebesar 1.61%, dan penurunan rugi daya aktif sebesar 18.84% serta rugi daya reaktif sebesar 7.08%.
xi
Electrical energy is one of the basic needs of people in their activities, it used for
household needs and industrial purposes. The process of distribution of electrical
energy from the power plant to the consumer must be kept reliable. Distribution
network of Rayon Bantul is one of the sub-service and network of APJ Yogyakarta.
The power source of distribution Rayon Bantul taken from transmission network
150 kV Pedan sub-system through Bantul substation. The location of the power
plant away from the load causes high values of drop voltage on some buses, it also
causes large amount of power losses in the system. This prompted needs for solution
to these problem. An alternative solution is the installation of Distributed
Generation/DG on the distribution network. This study aims to determine the effect
arising from the installation of DG on the characteristics of Rayon Bantul
distribution system. The data required is technical distribution system and the
potential of renewable energy plants based on the provision plan of electric power
(RUPTL) obtained from PT PLN (Persero). The data are then simulated using
software ETAP Power Station 7.0.0. The result of the simulation after the
installation of DG on the distribution network produces a decrease in the value of
the voltage drop on the feeder 7th of 3.50%, in addition to the active power loss also
decreased by 43.46% and reactive power loss of 17.92%. While in feeder 11th
decreased voltage drops value of 1.61% and decrease in active power loss of
18.84% and reactive power loss of 7.08%.
Keywords: voltage drop, power losses, distributed generation, renewable energy,
1 1.1. Latar Belakang
Di era modern saat ini, energi lisrik merupakan salah satu elemen yang menjadi kebutuhan pokok masyarakat dalam beraktifitas, baik digunakan untuk keperluan rumah tangga, perkantoran, industri, dan lain sebagainya. Tersedianya energi listrik menjadi salah satu faktor penting meningkatnya pertumbuhan ekonomi masyarakat pada suatu daerah, sehingga semakin tinggi perkembangan pada suatu daerah maka kebutuhan akan energi listrik juga semakin tinggi. Bertambahnya pengguna tenaga listrik menjadi permasalahan yang mendasar pada sistem distribusi, dikarenakan identik dengan semakin luasnya jaringan listrik ke masyarakat pengguna tenaga listrik, dan semakin besar beban yang terpasang pada jaringan distribusi sehingga sangat mempengaruhi kualitas tegangan dan efisiensi pada sistem distibusi.
Kualitas tegangan dan efisiensi pada sistem distribusi tenaga listrik sangat dipengaruhi oleh jatuh tegangan dan rugi-rugi daya listrik. Besarnya jatuh tegangan dan rugi-rugi daya pada saluran distribusi tergantung pada jenis dan panjang penghantar, tipe jaringan distribusi, kapasitas trafo, tipe beban, faktor daya, serta besar beban yang terpasang pada saluran distribusi. Untuk mengurangi jatuh tegangan dan rugi-rugi daya pada jaringan distribusi bisa diminimalkan dengan beberapa cara yaitu pemasangan kapasitor bank, rekonfigurasi jaringan dan pemasangan pembangkit listrik pada jaringan distribusi (Distributed Generation/DG).
International Energy Agency (IEA), DG merupakan pembangkit listrik yang melayani konsumen di tempat (on-site) atau untuk mendukung jaringan distribusi, dan terhubung ke jaringan pada level tegangan distribusi. Pada umumnya sumber tenaga pembangkitan DG merupakan sumber energi terbarukan (renewable energy).
Definisi Renewable energy adalah energi yang berasal dari proses alam yang berkelanjutan (Wikipedia). Beberapa contoh pembangkit listrik energi terbarukan yang telah ada saat ini adalah pembangkit listrik tenaga angin, pembangkit listrik tenaga panas bumi, pembangkit listrik tenaga matahari, pembangkit listrik tenaga mikrohidro dan lain-lain. Pembangkit listrik energi terbarukan memiliki beberapa kelebihan bila dibandingkan dengan pembangkit listrik berbahan bakar fosil pada umumnya diantaranya adalah tersedia melimpah dan tidak akan habis, lebih ramah lingkungan dan lain sebagainya.
Bantul merupakan salah satu kabupaten yang berada di provinsi D.I. Yogyakarta. Kebutuhan listrik masyarakat Bantul dilayani oleh PT Perusahan Listrik Negara (Persero) atau dikenal dengan PT PLN (Persero) yang merupakan salah satu perusahaan yang dimiliki oleh negara. PT PLN (persero) sendiri saat ini telah menyediakan satu gardu induk berkapasitas 120 MVA dengan nama gardu induk Bantul 150/20 kV untuk menyalurkan listrik ke pelanggan di daerah kabupaten Bantul dan sekitarnya. Kabupaten Bantul memiliki beberapa potensi energi terbarukan yang memenuhi kriteria/layak dikembangkan untuk dibangunnya pembangkit listrik, diantaranya adalah potensi tenaga angin (wind energy) dan tenaga panas bumi (geothermal energy). PT PLN (Persero) telah melakukan penelitian akan potensi tersebut, bahkan saat ini telah memasuki tahap perencanaan pembangunan yang disahkan oleh kementrian energi dan sumber daya mineral Republik Indonesia dalam Rencana Usaha Penyediaan Tenaga listrik (RUPTL) 2016-2025.
Terbarukan”. Dalam tugas akhir ini penulis membahas mengenai analisis pengaruh pemanfaatan pembangkit listrik energi terbarukan sebagai DG terhadap tegangan dan losses pada sistem jaringan distribusi dengan menggunakan bantuan software ETAP Power Station 7.0.0.
1.2. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan diatas, rumusan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Pemanfaatan pembangkit listrik energi terbarukan sebagai pembangkit terdistribusi pada jaringan distribusi Bantul.
2. Pengaruh pemasangan pembangkit listrik energi terbarukan terhadap rugi-rugi daya dan profil tegangan pada jaringan distribusi Bantul.
1.3. Batasan Masalah
1. Penelitian dibatasi oleh hasil simulasi aliran daya penyulang Bantul 7 dan 11 dengan menggunakan software ETAP Power Station 7.0.0 untuk mengetahui jatuh tegangan dan rugi-rugi daya pada sistem.
2. Jenis pembangkit listrik energi terbarukan yang digunakan pada simulasi ini adalah pembangkit listrik tenaga bayu (wind energy) dan pembangkit listrik panas bumi (geothermal energy).
3. Rugi-rugi yang diamati adalah rugi-rugi yang terjadi pada jaringan distribusi tegangan menengah dari sisi sekunder trafo GI hingga ke beban tegangan menengah.
4. Keadaan sistem jaringan distribusi dibatasi pada kondisi normal.
1.4. Tujuan Penelitian
1. Mengetahui rugi-rugi daya dan turun tegangan pada jaringan tegangan menengah 20 kV penyulang Bantul 7 dan 11.
1.5. Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan pada penelitian ini:
1. Bagi Penulis
Penulisan tugas akhir ini diharapkan dapat memberikan wawasan kepada penulis dan masyarakat mengenai potensi pembangkit tersebar energi terbarukan dan sistem pembangkit terdistribusi.
2. Bagi Universitas
Penulisan tugas akhir ini diharapkan dapat menjadi referensi akademis dan keteknikan untuk pengembangan jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.
3. Bagi Masyarakat dan industri
Sebagai masukan bagi masyarakat tentang potensi dan manfaat
pembangkit tersebar energi terbarukan.
Sebagai masukan bagi industri tentang potensi pemanfaatan
pembangkit tersebar energi terbarukan sebagai penyuplai daya dan meminimalisir rugi-rugi daya serta turun tegangan pada sistem jaringan distribusi.
1.6. Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah penulisan dan pemahaman mengenai laporan tugas akhir ini, penulis membagi dalam 5 bab penulisan. Adapun bab-bab penulisan tersebut adalah sebagai berikut:
BAB I : Merupakan bab pendahuluan yang berisi latar belakang masalah, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, metode penelitian dan sistematika penulisan.
BAB II : Membahas mengenai teori-teori yang mendukung penelitian
BAB III : Berisi metodologi penelitian yang dilakukan yang meliputi metode waktu dan lokasi penelitian, prosedur penelitian, teknik pengumpulan data, metode simulasi dan analisis. BAB IV : Berisi analisis serta pembahasan terhadap masalah yang
diajukan dalam tugas akhir.
6 2.1. Tinjauan Pustaka
Rizki Tirta Nugraha (2014), alumni Univesitas Brawijaya dengan penelitiannya “Analisa rugi daya sistem distribusi dengan peningkatan injeksi jumlah pembangkit tersebar”. Dalam penelitiannya, Rizki melakukan analisis tentang penerapan pembangkit tersebar di salah satu penyulang (feeder) GI Turen kota Malang dengan menggunakan skenario lokasi bus dan daya pembangkit tersebar yang akan diinjeksikan.
Dari hasil penelitian tersebut didapatkan perubahan level tegangan dari -10% menjadi -1% atau dari 0.90 p.u. menjadi 0.99 p.u. Dampak lain yang terjadi adalah turunnya losses pada saat sebelum diinjeksi dengan pembangkit tersebar sebesar 4.37% menjadi 1.05% daya aktif (P) dan 10.98% menjadi 1.98% daya reaktif (Q).
Nolky Jonal Hontong (2015), alumni Universitas Sam Ratulangi Manado telah melakukan penelitiannya yaitu “Analisa Rugi-rugi Daya Pada Jaringan Distribusi di PT. PLN Palu” penelitian tersebut bertujuan menganalisis jatuh tegangan pada jaringan distribusi PT PLN kota Palu dengan menggunakan rumus jatuh tegangan.
Dari hasil penelitiannya diperoleh penyulang Anggrek dan Penyulang Matahari memiliki nilai jatuh tegangan sebesar 25,65% dan 14,98%, menurutnya hal ini disebabkan konduktor yang digunakan telah mencapai batas kemampuan konduktor.
2.2. Dasar Teori
2.2.1 Sistem Tenaga Listrik
2.2.1.1 Pengertian Sistem Tenaga Listrik
dengan kebutuhan. Secara garis besar sistem tenaga listrik dapat dijelaskan pada gambar 2.1 berikut ini:
Gambar 2.1 Skema Sistem Tenaga Listrik (dunia-listrik.blogspot.co.id.25/5/2016)
Pembangkit tenaga listrik merupakan komponen yang berfungsi membangkitkan listrik, yaitu mengubah energi yang berasal dari sumber energi lainnya seperti: air, batu bara, panas bumi, dll. Level tegangan sistem pembangkitan ini biasanya disesuaikan dengan spesifikasi generatornya, tegangan yang dihasilkan merupakan tegangan menengah (TM), yaitu antara 6 sampai dengan 24 kV.
Jaringan distribusi merupakan komponen yang berfungsi mendistribusikan tenaga listrik ke konsumen (pabrik, industri, perumahan dan sebagainya). Listrik yang yang berasal dari saluran transmisi dengan tegangan tinggi atau ekstra tinggi diturunkan menjadi tegangan menengah pada gardu induk dan tegangan rendah pada trafo distribusi (Suripto S.2016).
2.2.2 Sistem Distribusi Tenaga Listrik
2.2.2.1 Pengertian Sistem Distribusi Tenaga listrik
Jaringan distribusi tenaga listrik juga dapat didefinisikan sebagai semua bagian dari sistem tenaga listrik yang menghubungkan sumber daya besar (big power source) dengan rangkaian pelayanan pada konsumen (Suhadi dkk. 2008). Sumber daya besar tersebut dapat berupa:
1. Pusat pembangkit tenaga listrik yang langsung berhubungan dengan jaringan distribusi.
2. Gardu induk, yaitu gardu yang disuplai dari pusat pembangkit tenaga listrik melalui jaringan transmisi dan sub transmisi. Salah satu fungsi dari gardu induk adalah menyuplai tenaga listrik ke gardu distribusi melalui jaringan distribusi.
3. Gardu distribusi, merupakan gardu yang disuplai dari gardu induk melalui jaringan distribusi. Salah satu fungsi dari gardu distribusi adalah sebagai penyuplai tenaga listrik kepada konsumen yang letakknya jauh dari gardu induk maupun pusat pembangkit tenaga listrik.
Adapun fungsi utama dari sistem distribusi adalah menyalurkan tenaga listrik dari sumber daya (pembangkit) ke pelanggan atau konsumen, baik buruk suatu jaringan distribusi dapat dinilai dari bermacam-macam faktor, antara lain mengenai hal-hal sebagai berikut:
1. Regulasi Tegangan 2. Kontinyuitas Pelayanan 3. Efisiensi
5. Harga Sistem
Dari 5 faktor diatas, masalah-masalah yang dihadapi dalam suatu sistem jaringan distribusi adalah bagaimana menyalurkan tenaga listrik ke konsumen dengan cara sebaik mungkin untuk saat tertentu dan juga untuk masa yang akan datang. Sistem distribusi tenaga listrik harus memenuhi beberapa syarat sebagai berikut:
1. Gangguan terhadap pelayanan (interruption) pada sistem tidak boleh terlalu lama.
2. Gangguan terhadap pelayanan tidak boleh terlalu sering.
3. Sistem bersifat fleksibel (mudah dalam menyesuaikan diri dengan keadaan yang terjadi, seperti perubahan beban dan lainya yang tidak menelan biaya yang tinggi).
4. Regulasi tegangan tidak terlampau besar.
5. Biaya sistem operasional harus seminimal mungkin.
Bagian-bagian dari sistem jaringan distribusi tenaga listrik pada umumnya terdiri dari dua bagian besar, yaitu sebagai berikut:
1. Jaringan distribusi primer
Jaringan distribusi primer, yaitu terletak diantara sisi sekunder trafo substation (gardu induk) sampai dengan sisi primer trafo distribusi. Pada umumnya saluran distribusi primer mempunyai nilai tegangan menengah sebesar 6 dan 20 kV. Jaringan distribusi primer pada umumnya mempunyai 5 jenis jaringan yaitu sistem radial, sistem lingkar (loop), sistem hantaran hubung (tie lie), sistem spindel dan sistem cluster.
2. Jaringan distribusi sekunder
Sistem jaringan distribusi primer dan sekunder seperti pada gambar 2.2 merupakan bagian dari sistem distribusi tenaga listrik yang pada umumnya daya yang sampai ke titik-titik beban lebih kecil dari pada daya yang dibangkitkan. Hal ini disebabkan karena adanya rugi-rugi daya sepanjang jaringan yang disebabkan pemakaian beban konsumen, panjang saluran yang dipakai dan luas penampang penghantar. Rugi-rugi daya ini akan berbeda pada tiap-tiap penyulang, tergantung dari besarnya pemakaian beban dan luasnya daerah pelayanan dari masing-masing penyulang. Dari rugi-rugi daya inilah yang akan mempengaruhi nilai efisiensi penyaluran untuk menentukan besar energi listrik yang sampai ke konsumen.
Gambar 2.2 Skema sistem penyaluran tenaga listrik
2.2.2.2 Parameter-Parameter Saluran Distribusi
Dalam penyaluran daya listrik dari pembangkit sampai ke konsumen melalui suatu sistem yang panjang, terdapat beberapa parameter yang mempengaruhi besaran tenaga listrik yang diterima.
1. Resistansi Saluran
utama timbulnya susut tegangan pada saluran transmisi. Dikenal dua macam tahanan, yaitu tahanan arus searah dan tahanan arus bolak-balik. 2. Reaktansi Saluran
Dalam hal arus bolak–balik medan sekeliling konduktor tidaklah konstan melainkan berubah–ubah dan mengait dengan konduktor itu sendiri maupun konduktor lain yang berdekatan oleh karena adanya fluks yang memiliki sifat induktansi.
3. Induktansi Saluran
Suatu penghantar yang membawa arus menghasilkan suatu medan magnetik di sekeliling penghantar. Fluks magnetik saluran merupakan lingkaran konsentris tertutup dengan arah yang diberikan oleh kaidah tangan kanan. Dengan penunjukan ibu jari sebagai arah arus, jari tangan kanan yang melingkari titik kawat sebagai arah medan magnetik.
2.2.3 Faktor Daya
Faktor daya atau biasa disebut dengan cos � didefinisikan sebagai perbandingan daya aktif dengan daya semu. Factor daya dirumuskan sebagai berikut:
��� ��� = �� = �.�.�� ��.� ... (2.1)
Beban bersifat kapasitif (leading) Beban bersifat induktif (lagging)
Gambar 2.3 Aljabar Fasor
Daya listrik adalah laju hantaran energi listrik yang mengalir pada suatu penghantar. Daya listrik dapat dibagi menjadi tiga, yaitu daya semu (S), daya aktif (P), dan daya reaktif (Q).
1. Daya Semu
Daya Semu (S) merupakan hasil perkalian tegangan dan arus yang melalui pengahantar.
∅ = √3 × � × � ... (2.2) ∅ = � × � ... (2.3)
Dimana:
S = Daya semu (VA) V = Tegangan (Volt)
I = Arus yang mengalir (Ampere)
2. Daya Aktif
Daya aktif atau daya nyata (P) adalah daya listrik yang digunakan untuk menggerakkan/mengoperasikan mesin-mesin listrik atau peralatan listrik lainnya.
Dimana:
P = Daya aktif (Watt/W)
V = Tegangan (Volt)
I = Arus yang mengalir (Ampere)
Cos� = faktor daya
3. Daya Reaktif
Daya reaktif (Q) merupakan selisih antara daya semu yang masuk pada penghantar dengan daya aktif pada penghantar tersebut, dimana daya ini berguna untuk pembentukan medan magnet.
∅ = √3 × � × � × � � ... (2.6) ∅ = � × � × � � ... (2.7)
Dimana:
Q = Daya reaktif (VAR)
V = Tegangan (Volt)
I = Arus yang mengalir (Ampere)
Sin� = faktor daya
Dari penjelasan ketiga daya diatas, maka terbentuklah suatu hubungan antara daya aktif, reaktif dan semu, atau biasa dikenal dengan istilah segitiga daya.
2.2.4 Jatuh Tegangan (Drop Voltage) 2.2.4.1 Pengertian Jatuh Tegangan
Jatuh tegangan merupakan besarnya tegangan yang hilang pada suatu penghantar. Jatuh tegangan pada saluran tenaga listrik secara umum berbanding lurus dengan panjang saluran dan beban serta berbanding terbalik dengan luas penampang penghantar.
Jatuh tegangan juga didefinisikan sebagai selisih antara tegangan ujung pengiriman dan tegangan ujung peneriman pada suatu jaringan (Asy’ari H., 2011). Jatuh tegangan disebabkan oleh hambatan dan arus. Pada saluran bolak-balik besarnya tergantung dari impedansi dan admintansi saluran serta pada beban dan faktor daya. Berdasarkan pengerrtian diatas, jatuh tegangan pada suatu saluran dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:
∆� = � − � ... (2.8)
Dimana:
∆V = drop tegangan (V) Vs = tegangan kirim (V) Vr = tegangan terima (V)
Dari persamaan diatas, maka dapat di ketahui nilai jatuh tegangan relatif atau biasa dikenal dengan Voltage Regulation (VR) dengan persamaan:
� = � −�� × % ... (2.9)
Perhitungan Jatuh tegangan praktis pada saluran distribusi tanpa beban induksi menurut PLN dapat digunakan persamaan-persamaan berikut (Wibowo R. dkk. 2010):
1. Sistem Fasa Tunggal, cos �≈1
Jatuh Tegangan (%)
q = L x I x
V x ∆V x σ [ ] atau q =
L x P x
�2 x ∆u x σ [ ] ... (2.10)
Jatuh Tegangan (Volt)
q =V x ∆L x P x
V x σ [ ] atau ∆V=
L x I x
∆V x σ [Volt] ... (2.11)
2. Sistem Fasa Tiga , cos �≈1
q = ,7 x L x I x cos � ∆
V x σ [ ] atau ∆V=
,7 x L x I x cos �
q x σ [Volt] .... (2.12)
Bila diketahui besarnya beban P dalam Watt, maka:
q =V x ∆L x P
V x σ [ ] ... (2.13)
Dimana:
P = beban dalam [Watt]
V = tegangan antara 2 saluran [Volt] q = penampang saluran [mm2]
∆V = jatuh tegangan [volt]
∆u = jatuh tegangan [%]
L = panjang saluran (bukan panjang penghantar) [meter sirkuit] I = arus beban [A]
σ = konduktivitas bahan penghantar Cu = 56; Alumunium = 32,7
2.2.4.2 Perbaikan Tegangan
Dalam penyediaan tenaga listrik, tegangan yang konstan merupakan salah satu syarat utama yang harus dipenuhi. Meminimalisir jatuh tegangan merupakan salah upaya penyedia energi listrik menjaga strandar pelayanannya kepada konsumen. Perbaikan tegangan pada jaringan distribusi dapat dilakukan dengan beberapa cara, yaitu:
1. Trafo pengubah tap
mengatur rasio lilitan primer dan sekunder trafo. Dengan demikian memungkinkan untuk mengatur tegangan keluaran trafo.
Trafo pengubah tap dapat digunakan digardu induk maupun gardu distribusi tergantung dari perbaikan tegangan yang diinginkan. Proses perubahan tap trafo itu sediri ada dua jenis, yaitu perubahan tap trafo positif dan negative. Pada umumnya nilai perubahan tap trafo menggunakan ukuran persen (%) dan ukurannya berfariasi antara ± 10% sampai ± 15% tergantung dari trafo yang digunakan. Perubahan tap positif akan meningkatkan jumlah lilitan di sisi sekunder. Trafo pengubah tap biasanya telah memiliki ukuran tap sendiri tergantung dari pabrik yang memproduksinya. Sehingga pengaturan tegangan dengan menggunakan trafo pengubah tap sifatnya terbatas dan tergantung dari jenis trafo pengubah tap yang digunakan. Semakin banyak level perubahan tap yang dimiliki oleh suatu trafo semakin banyak pula proses pengaturan tegangan yang dilakukan.
Jenis trafo pengubah tap itu sendiri mempunyai dua macam yaitu off-load tap changing transformer dan under-load tap changing transformer(ULTC). Trafo jenis ULTC dapat digunakan secara bervariasi setiap hari, setiap jam, bahkan setiap menit tergantung kondisi sistem tanpa harus menimbulkan interupsi terhadap suplai daya listrik.
Gambar 2.4. Merupakan skema trafo pengubah tap, dimana pengubah tap trafo berada pada sisi sekunder.
Sistem kerja pada trafo pengubah tap itu sendiri dapat dilakukan secara manual dan otomatis. Perubahan tap secara manual dianggap kurang efisien sebab masih membutuhkan peran manusia untuk mengubah posisi tap trafo setiap terjadi penurunan nilai tegangan yang cukup signifikan. Pengaturan tap trafo secara otomatis dapat dilakukan dengan menggunakan Line drop compensation (LDC). Perubahan tegangan yang terdeteksi akan diumpan balik ke pengatur tegangan otomatis yang kemudian akan memerintahkan motor listrik pengubah tap trafo untuk memindahkan posisi tap trafo ke posisi yang sesuai untuk mengembalikan tegangan keluaran trafo yang konstan.
Sedangkan jika dilakukan secara manual, dapat dilakukan dengan mengatur posisi tap trafo sisi sekunder sesuai dengan yang diinginkan. Jika ingin menaikkan tegangan trafo maka dilakukan pengubahan tap yang akan menambahkan jumlah lilitan sekunder (tap positif). Sedangkan untuk kondisi sebaliknya dilakukan dengan melakukan pengubahan tap trafo yang akan mengurangi jumlah lillitan sekunder (tap negatif). Dengan demikian nilai tegangan di sisi sekunder trafo akan mengalami penurunan.
2. Bank Kapasitor (Capasitor Shunt)
Bank kapasitor digunakan secara luas pada sistem distribusi untuk perbaikan faktor daya dan pengaturan tegangan feeder. Pada saluran transmisi, kapasitor bank berguna untuk mengkompensasi rugi-rugi daya reaktif (I2X) dan memastikan tegangan terjaga pada levelnya pada saat beban penuh.
Beban yang bersifat induktif akan menyerap daya reaktif, yang kemudian akan menimbulkan jatuh tegangan di sisi penerima. Dengan melakukan pemasangan kapasitor bank, beban akan mendapatkan suplai daya reaktif. Kompensasi yang dilakukan kapasitor bank, akan dapat mengurangi penyerapan daya reaktif sistem oleh beban. Dengan demikian jatuh tegangan yang terjadi akan dapat dikurangi.
dengan memasang kapasitor bank, akan dapat mengurangi penyerapan daya reaktif oleh beban. Dengan berkurangnya nilai daya reaktif yang diserap oleh beban, akan meningkatkan nilai faktor daya.
Kapasitor bank dengan switch mekanik (MSCS) dipasang di gardu utama pada area beban. Proses switching sering dilakukan secara manual dengan relay tegangan untuk melindungi switch ketika tegangan melebihi batasnya. Untuk stabilitas tegangan, kapasitor bank berguna untuk mendorong generator terdekat beroperasi dengan faktor daya mendekati satu.
3. Penggantian penghantar saluran
Penggantian penghantar saluran dapat dilakukan dengan
[image:31.595.133.504.447.631.2]mempertimbangkan luas penampang dan jenis bahan yang di gunakan untuk meminimalisir nilai tahanan penghantar. Tabel 2.1 menunjukkan karakteristik impedansi penghantar pada jaringan distribusi yang biasa digunakan berdasarkan ukuran luas penampang:
Tabel 2.1 Karakteristik Kabel Penghantar Pada Jaringan Distribusi
2.2.5 Rugi Daya (Power Losses) 2.2.5.1 Pengertian Rugi daya listrik
dari sumber daya listrik utama ke suatu beban, Dalam proses transmisi dan distribusi tenaga listrik seringkali dialami rugi-rugi daya yang cukup besar yang diakibatkan oleh rugi-rugi pada saluran dan juga rugi-rugi pada trafo yang digunakan. Kedua jenis rugi-rugi daya tersebut memberikan pengaruh yang besar terhadap kualitas daya dan tegangan yang dikirimkan ke sisi pelanggan.
1. Rugi-rugi saluran
Pemilihan jenis kabel yang akan digunakan pada jaringan distribusi merupakan faktor penting yang harus diperhatikan dalam perencanaan dari suatu sistem tenaga listrik. Jenis kabel dengan nilai resistansi yang kecil akan dapat memperkecil rugi-rugi daya.
Panjang dari suatu penghantar tergantung dari jarak distribusi ke pelanggan. Sehingga nilai tersebut tidak dapat diubah secara bebas. Sedangkan resistivitas bahan tergantung dari bahan penghantar yang digunakan. Parameter ini dapat diubah-ubah tergantung dari pemilihan bahan penghantar yang digunakan. Selain itu parameter lain yang dapat diubah adalah luas penampang penghantar yang digunakan, dimana semakin besar luas penampang penghantar yang digunakan akan mengurangi resistansi saluran. Akan tetapi dalam pengubahan luas penampang harus memperhatikan faktor efisiensinya.
2. Rugi-rugi transformator
Dalam unjuk kerjanya, trafo memiliki rugi-rugi yang harus diperhatikan. Rugi-rugi tersebut adalah sebagai berikut:
Rugi-rugi Tembaga (I2R)
Rugi-rugi tembaga merupakan rugi-rugi yang diakibatkan oleh adanya tahanan resistif yang dimiliki oleh tembaga yang digunakan pada bagian lilitan trafo, baik pada bagian primer maupun sekunder trafo.
Eddy Curent (arus eddy)
inti besi trafo dengan cara yang sama seperti kawat yang mengelilinginya. Tegangann tersebut menyebabkan arus berputar pada bagian inti trafo. Arus eddy akan mengalir pada bagian inti trafo yang bersifat resistif. Arus eddy akan mendisipasikan energi kedalam inti besi trafo yang kemudian akan menimbulkan panas.
Rugi-rugi Hysterisis
Rugi-rugi histerisis merupakan rugi-rugi yang berhubungan dengan pengaturan daerah magnetik pada bagian inti trafo. Dalam pengaturan daerah magnetik tersebut dibutuhkan energi. Akibatnya akan menimbulkan rugi-rugi terhadap daya yang melalui trafo. Rugi-rugi tersebut menimbulkan panas pada bagian inti trafo.
Fluks bocor
Fluks bocor merupakan fluks yang terdapat pada bagian primer maupun sekunder trafo yang lepas dari bagian inti dan kemudian begerak melalui salah satu lilitan trafo. Fluks lepas tersebut akan menimbulkan self-inductance pada lilitan primer dan sekunder trafo.
2.2.5.2 Strategi Penurunan Rugi-rugi
Banyak faktor-faktor yang mempengaruhi besar rugi-rugi baik secara langsung maupun tidak langsung dan didalam usaha untuk menurunkan rugi-rugi maka semua faktor tersebut harus mendapatkan perhatian dan dapat dikendalikan.
Ada beberapa macam strategi yang digunakan untuk mengurangi nilai rugi-rugi daya yang terjadi pada jaringan distribusi, yaitu:
1. Melakukan penggantian penghantar saluran
2. Pemasangan Kapasitor
Pemasangan kapasitor pada jaringan distribusi berfungsi untuk memperbaiki faktor daya. Faktor daya menggambarkan sudut phasa antara daya aktif (P) dengan daya semu (S). Faktor daya yang rendah akan bersifat merugikan karena mengakibatkan arus beban yang tinggi. Kapasitor bertindak sebagai pembangkit daya reaktif sehingga akan mengurangi jumlah daya reaktif dan daya semu yang dihasilkan oleh bagian utilitas.
3. Perawatan Sambungan
Pemeliharaan rutin sambungan pada saluran dapat menekan nilai rugi-gugi daya pada jaringan, dikarenakan sambungan yang tidak baik dapat mengakibatkan loss contact dan menaikkan nilai R pada penghantar sehingga rugi I2R menjadi lebih besar. Sambungan kawat yang tidak rapat sehingga terdapat celah udara yang seharusnya kedap udara, sehingga dapat menyebabkan alat cepat rusak. Sambungan yang tidak baik juga dapat disebabkan ranting pohon atau layang-layang yang menempel pada pada penghantar.
4. Rekonfigurasi jaringan
Rekonfigurasi jaringan yaitu mengatur ulang konnfigurasi jaringan dengan jalan membuka dan menutup switch yang terdapat pada jaringan distribusi untuk mengurangi rugi-rugi daya. Biasanya dilakukan di feeder dengan beban yang besar dengan mengendalikan aliran beban pada masing- masing feeder dengan cara mensuplai daya dari feeder terdekat.
2.2.6 Energi Terbarukan (Renewable Energy) 2.2.6.1 Pengertian Energi Terbarukan
Energi terbarukan adalah energi yang berasal dari proses alam yang berkelanjutan (Wikipedia.10/08/2016).
2.2.6.2 Jenis-Jenis Energi Terbarukan
1. Bioenergy: adalah bentuk energi terbarukan yang berasal dari biomassa untuk menghasilkan listrik dan panas atau untuk menghasilkan bahan bakar cair untuk transportasi. Biomassa adalah bahan organik dari makhluk hidup tumbuhan atau hewan. Biomassa dapat tersedia dalam berbagai bentuk seperti produk pertanian, produk kehutanan, dan kota dan limbah lainnya.
Panas dapat digunakan untuk mengubah biomassa secara kimiawi menjadi bahan bakar minyak yang dapat dibakar seperti minyak tanah untuk membangkitkan listrik. Biomassa juga dapat langsung dibakar untuk menghasilkan uap untuk pembangkitan listrik atau proses manufaktur. Dalam sistem pembangkit, turbin biasanya menangkap uap dan generator mengubahnya menjadi listrik. Di industri kayu dan kertas, serpihan kayu terkadang langsung dimasukkan ke boiler untuk menghasilkan uap untuk proses manufaktur atau menghangatkan ruangan. Beberapa sistem pembangkit berbahan bakar batubara menggunakan biomassa sebagai sumber energi tambahan dalam boiler efisiensi tinggi untuk mengurangi emisi.
Gas juga dapat dihasilkan dari biomassa untuk membangkitkan listrik. Sistem gasifikasi menggunakan temperatur tinggi untuk mengubah biomassa menjadi gas (campuran dari hidrogen, CO dan metana). Bahan bakar gas menggerakkan turbin yang sangat mirip dengan mesin jet, tetapi untuk membangkitkan listrik bukan memutar baling-baling jet. Biomassa yang membusuk di tanah juga menghasilkan gas metana yang dapat dibakar dalam boiler untuk memproduksi uap untuk pembangkitan listrik atau untuk proses industri.
2. Ocean Energy: adalah semua energi terbarukan yang berasal dari laut. Ada 2 jenis Ocean energy yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik, yaitu: energi mekanik dari pasang surut gelombang laut dan energi panas dari sinar matahari (OTEC). Ocean energy dapat diklasifikasikan menjadi 3 system yaitu:
energi yang dapat dikonversikan menjadi energi listrik melalui parameter gelombangnya, yaitu tinggi gelombang, panjang gelombang, dan periode waktunya.
Energi pasang surut (tidal energy) yaitu energi kinetik dari pemanfaatan beda ketinggian pasang permukaan laut antara saat pasang dan surut.
Energi panas laut (Ocean Thermal Energy Conversion/OTEC) yaitu pembangkit listrik dengan memanfaatkan perbedaan temperatur air laut di permukaan dan air laut dalam, dengan selisih temperatur minimal 20 0C.
3. Geothermal Energy: adalah energi panas yang terdapat dan terbentuk didalam kerak bumi. Energi panas bumi cukup ekonomis dan ramah lingkungan, namun terbatas hanya pada dekat area perbatasan lapisan tektonik. Pada umumnya system pembangkit listrik tenaga panas bumi sama halnya dengan pembangkit listrik batu bara menggunakan steam turbine untuk menghasilkan putaran yang diteruskan ke generator untuk menghasilkan listrik.
4. Solar Energy: adalah energi yang berasal dari matahari. Energi matahari sesungguhnya merupakan sumber energi yang paling menjanjikan mengingat sifatnya yang berkelanjutan (sustainable) serta jumlahnya yang sangat besar. Solar cell atau sel surya adalah alat yang digunakan untuk mengkonversi energi matahari menjadi arus listrik. Cara kerja sel surya adalah dengan memanfaatkan teori cahaya sebagai partikel. Sebagaimana diketahui bahwa cahaya baik yang tampak maupun yang tidak tampak memiliki dua buah sifat yaitu dapat sebagai gelombang dan dapat sebagai partikel yang disebut dengan photon.
6. Wind energy: adalah energi terbarukan yang mengandalkan arus angin. Angin yang dihasilkan oleh mekanisme kompleks yang melibatkan rotasi bumi, kapasitas panas dari matahari, efek pendinginan dari lautan dan es di kutub, gradien suhu antara darat dan laut, dan efek fisik gunung dan hambatan lain. Energi angin dapat dikonversikan ke bentuk energi lainnya menggunakan turbin angin. Turbin angin mengubah kekuatan angin menjadi torsi (kekuatan rotasi), yang kemudian digunakan untuk menggerakkan generator listrik untuk menghasilkan listrik. Output pembangkit listrik tenaga angin pada umumnya dari beberapa turbin angin dihubungkan melalui titik koneksi pusat sebelum dihubungkan ke jaringan listrik.
2.2.7 Pembangkit Listrik Terdistribusi (Distributed Generation) 2.2.7.1 Pengertian Distributed Generation
Distributed Generation (DG) atau biasa dikenal dengan Distributed energy, on-site generation (OSG), Distributed power, district/decentralized energy
memiliki beberapa pengertian menurut beberapa instansi dan ahli adalah sebagai berikut:
1. Distributed power generation adalah teknologi pembangkitan energi listrik berskala kecil yang menghasilkan daya listrik di suatu tempat yang lebih dekat dengan konsumen dibandingkan dengan pembangkit listrik pusat. Pembangkit ini dapat dihubungkan secara langsung ke konsumen atau ke sistem distribusi atau transmisi milik utility. (Distributed Power Coalition of America/DPCA)
2. Distributed Generation adalah pembangkit listrik yang melayani konsumen di tempat (on-site), atau untuk mendukung jaringan distribusi, dan terhubung ke jaringan pada level tegangan distribusi. (International Energy Agency/ IEA)
4. Distributed Generation adalah sumber energi listrik yang secara langsung terhubung ke jaringan distribusi atau ke meteran konsumen. (Ackerman T., dkk. 2000)
[image:38.595.125.498.299.553.2]Semua definisi di atas menunjukkan bahwa DG merupakan pembangkit yang dihubungkan langsung ke jaringan distribusi pelanggan, tidak seperti pembangkit listrik terpusat dimana jarak antara pembangkit dan beban yang jauh, sehingga daya yang dibangkitkan oleh pembangkit listrik harus dikirim melalui saluran transmisi. Konfigurasi sistem pembangkit terdistribusi terlihat pada gambar 2.9.
Gambar 2.5 Skema Pembangkit Listrik Terdistribusi (Sumber: GE Research)
DG dapat dikelompokkan berdasarkan besar daya yang dihasilkan sebagai berikut:
1. Micro DG : 1 watt < 5 kW
2. Small DG : 5 kW < 5 MW
3. Medium DG : 5 MW < 50 MW
2.2.7.2 Keuntungan Distributed Generation
Dalam banyak penelitian, DG dapat beradaptasi dengan perubahan ekonomi dalam cara yang fleksibel karena ukurannnya yang kecil dan konstruksi yang lebih sederhana dibandingkan dengan pusat-pusat pembangkit konvensional. Menurut IEA (2002)., penilaian ekonomi atas nilai fleksibiltas DG sangat memungkinkan dan layak. Sebagian besar DG memang sangat fleksibel dalam beberapa hal seperti operasi, ukuran, dan kemajuan teknologi. Selain itu, DG dapat meningkatkan keandalan sistem tenaga listrik.
Dalam pemasangannya di jaringan distribusi, DG ditempatkan dekat dengan daerah beban dan beberapa keuntungan dalam pemakaian DG:
1. DG memberi keandalan yang lebih tinggi dalam pemanfaatan daya
2. DG sebagai sumer energi lokal dapat membantu untuk penghematan daya listrik pada jaringan transmisi dan distribusi.
3. Dibandingkan dengan power plants, DG memiliki efesiensi yang lebih tinggi dalam penyaluran daya. Selain itu, bila dikoneksikan pada jaringan, DG dapat meningkatkan efesiensi sistem karena DG membantu mengurangi rugi-rugi pada sistem.
4. Dalam memproduksi energi listrik, DG bersifat ramah lingkungan. Emisi yang dihasilkan dari produksi energi listrik oleh DG tergolong rendah, bahkan mendekati nol.
2.2.7.3 Dampak Pemasangan Distributed Generation
Pemasangan pembangkit lain pada jaringan distribusi listrik akan menghasilkan beberapa dampak terhadap jaringan diantaranya perubahan terhadap profil tegangan, rugi-rugi daya dan stabilitas jaringan.
1. Perubahan Profil Tegangan
tegangan pada ujung saluran akan lebih rendah dari pada bagian saluran yang lainnya. Sehingga dengan pemasangan DG nilai tegangan pada ujung saluran tersebut akan menaikkan tegangan, pada sisi yang jauh dari gardu induk. 2. Keandalan sistem meningkat
DG berpotensi digunakan oleh planner dan operator sistem tenaga listrik untuk meningkatkan kehandalan sistem baik secara langsung maupun secara tidak langsung. Sebagai contoh, DG berpengaruh secara langsung untuk mendukung level tegangan lokal dan menghindari pemadaman yang terjadi karena voltage sag yang berlebihan. Secara tidak langsung DG juga dapat meningkatkan kehandalan dengan mengurangi stress pada komponen jaringan misalnya DG dapat mengurangi jumlah jam kerja transformator gardu bekerja pada level suhu yang tinggi, sehingga usia pemakaian trafo dapat lebih tahan lama.
3. Mereduksi rugi-rugi daya pada saluran distribusi
Pada konfigurasi jaringan radial biasanya mempunyai saluran yang panjang, dengan hal ini menyebabkan rugi-rugi pada saluran distribusi akan semakin besar. Pemasangan kapasitor bank hanya sedikit berpengaruh terhadap daya reaktif sedangkan pemasangan DG dapat menyupai daya aktif dan reaktif pada saluran.
2.2.8 ETAP (Electric Transient and Analysis Program) 2.2.8.1 Pengertian ETAP
secara real time, simulasi, kontrol, dan optimasi sistem tenaga listrik, (Awaluddin, 2007). ETAP dapat digunakan untuk membuat proyek sistem tenaga listrik dalam bentuk diagram satu garis (oneline diagram) dan jalur sistem pentanahan untuk berbagai bentuk analisis, antara lain: aiiran daya, hubung singkat, starting motor, trancient stability, koordinasi relay proteksi dan sistem harmonisasi. Proyek sistem tenaga listrik memiliki masing-masing elemen rangkaian yang dapat diedit langsung dari diagram satu garis dan atau jalur sistem pentanahan. Untuk kemudahan hasil perhitungan analisis dapat ditampilkan pada diagram satu garis (energi08pnup.blogspot.com. 25/7/2017).
Etap Power Station memungkinkan para engineer untuk bekerja secara langsung dengan tampilan gambar single line diagram (diagram satu garis). Program ini dirancang sesuai dengan tiga konsep utama:
1. Virtual Reality Operation
Sistem operational yang ada pada program sangat mirip dengan sistem operasi pada kondisi real nya. Misalnya, ketika membuka atau menutup sebuah circuit breaker, menempatkan suatu elemen pada sistem, mengubah status operasi suatu motor, dan utnuk kondisi de-energized pada suatu elemen dan sub-elemen sistem ditunjukkan pada gambar single line diagram dengan warna abu-abu.
2. Total Integration Data
3. Simplicity in Data Entry
[image:42.595.165.480.250.436.2]Etap Power Station memiliki data yang detail untuk setiap elemen yang digunakan. Dengan menggunakan editor data, dapat mempercepat proses entri data suatu elemen. Data-data yang ada pada program ini telah di masukkan sesuai dengan data-data yang ada di lapangan untuk berbagai jenis analisa atau desain.
Gambar 2.6 Contoh Single Line pada ETAP (ainulfarkhan.wordpress.com.15/08/2016)
ETAP Power Station dapat melakukan penggambaran single line diagram secara grafis dan mengadakan beberapa analisa/studi yakni Load Flow (aliran daya), Short Circuit (hubung singkat), motor starting, harmonisasi, transient stability, protective device coordination, dan cable derating.
ETAP Power Station juga menyediakan fasilitas Library yang akan mempermudah desain suatu sistem kelistrikan. Library ini dapat diedit atau dapat ditambahkan dengan informasi peralatan bila perlu.
Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam bekerja dengan ETAP Power Station adalah:
2. Library, informasi mengenai semua peralatan yang akan dipakai dalam sistem kelistrikan. Data elektris maupun mekanis dari peralatan yang
detail/lengkap dapat mempermudah dan memperbaiki hasil
simulasi/analisa.
3. Standar yang dipakai, biasanya mengacu pada standar IEC atau ANSII, frekuensi sistem dan metode-metode yang dipakai.
31 BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Metode Waktu dan Lokasi Penelitian
Pelaksanaan penelitian ini berlokasi di kabupaten Bantul provinsi Yogyakarta, tepatnya di PT PLN (persero) APJ (Area Pelayanan Jaringan) Yogyakarta, Rayon Bantul dan Gardu Induk 150/20 kV Basecamp Bantul, Yogyakarta.
[image:44.595.149.475.351.599.2]Sumber: google map
Gambar 3.1 Denah Lokasi Penelitian
Tabel 3.1 Jadwal Kegiatan Penelitian.
Bulan 1 Bulan 2 Bulan 3 Bulan 4
Minggu Minggu Minggu Minggu
I II III IV I II III IV I II III IV I II III IV
Studi
Pendahuluan Identifikasi dan Perumusan Masalah Studi Pustaka Pengumpulan Data
Pengolahan Data
Analisis Data Pembuatan Karya Tulis
3.2.Prosedur Penelitian
Prosedur adalah suatu rangkaian tugas-tugas yang saling berhubungan yang merupakan urutan-urutan menurut waktu dan tata cara tertentu untuk melaksanakan suatu pekerjaan atau kegiatan (Ismail Masya,1994:74).
1. Studi Pendahuluan
Tahap ini merupakan kegiatan persiapan yang dilakukan dengan tujuan untuk menentukan topik dan objek penelitian dengan tepat sesuai dengan fokus penelitian. Pada penelitian ini peneliti mengambil topik tentang DG. Sedangkan objek penelitian adalah sistem distribusi Bantul Penyulang 7 dan 11.
2. Identifikasi dan Perumusan Masalah
Setelah melakukan studi pendahuluan, tahap selanjutnya adalah mengidentifikasi dan merumuskan masalah. Pada tahap ini peneliti merumuskan permasalahan yaitu kualitas daya dan tegangan pada jaringan distribusi Bantul. Sedangkan solusi untuk memecahkan permasalahan tersebut dengan memanfaatkan potensi sumber energi terbarukan yang ada di kabupaten Bantul sebagai DG.
3. Studi Pustaka
Pada tahap ini, peneliti mengumpulkan informasi dan data dengan menelaah sumber-sumber tertulis seperti, jurnal ilmiah, buku referensi, literatur, karangan ilmiah, serta sumber-sumber lain yang yang relevan dan berhubungan dengan objek yang diteliti. Selanjutnya informasi dan data yang dikumpulkan peneliti disusun menjadi sebuah landasan teori penelitian.
4. Pengumpulan Data
Berdasarkan sumbernya, data penelitian yang dibutuhkan pada penelitian ini dapat terbagi menjadi 2 jenis data yaitu:
Data Primer
Data primer yaitu data yang diperoleh langsung dari responden atau objek yang akan diteliti, guna memperoleh data-data yang dibutuhkan untuk mengetahui situasi dan kondisi di objek yang akan diteliti (Hadi Sabari Yunus, 2010: 376).
Bantul, Yogyakarta. Adapun data-data primer yang perlukan dalam penelitaian ini adalah sebagai berikut:
Gambar single line diagram jaringan distribusi Bantul.
Data teknis penyulang jaringan distribusi Bantul.
Data beban puncak pada penyulang distribusi Bantul.
Data teknis trafo daya gardu Induk 150/20 kV Bantul.
Data Sekunder
Data sekunder adalah data yang diperoleh secara tidak langsung dari subjek atau objek yang akan diteliti serta data sekunder dapat diperoleh juga dari sumber bukan pelaku utama seperti media cetak, instansi-instansi terkait penelitian dan lain sebagainya (Hadi Sabari Yunus, 2010: 356).
Berikut beberapa data sekunder yang di gunakan pada penelitian ini:
Peta PT. PLN (persero) APJ Yogyakarta, Rayon Bantul, dan GI
150 kV Bantul.
Peta pantai selatan pulau jawa, Yogyakarta.
Data Potensi sumber energi terbarukan di Yogyakarta.
5. Pengolahan dan Analisis Data
Pada tahap ini, peneliti mengolah data dengan membuat single line diagram penyulang Bantul 7 dan 11. Kemudian menganalisisnya dengan menggunakan analisis aliran daya (load flow) dengan menggunakan software ETAP 7.0.0. Analisis load flow dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui besarnya tegangan dan rugi-rugi daya yang terjadi pada setiap komponen.
6. Kesimpulan
Tahap ini berupa hasil penelitian berupa poin-poin penting yang berdasarkan hasil penelitian.
7. Pembuatan Karya Tulis
Tahap ini adalah tahap terakhir, penyusunan karya tulis ini dilakukan dengan penyusunan hasil penelitian yang telah dilakukan dengan cara penulisan sesuai peraturan yang baku.
3.3.Teknik Pengumpulan Data
Metode pengumpulan data adalah teknik atau cara-cara yang dapat digunakan peneliti untuk mengumpulkan data. Dalam penelitian ini, metode pengumpulan data yang digunakan adalah wawancara, dan data arsip (dokumentasi). Metode-metode tersebut dapat dijelaskan lebih rinci sebagai berikut:
1. Wawancara dilakukan dengan mewawancarai narasumber yang kompeten
dalam bidang yang terkait terhadap topik dari tugas akhir yang diangkat. Teknik wawancara yang dilakukan adalah menanyakan sesuatu yang tidak diketahui atau yang tidak jelas.
2. Metode dokumentasi adalah teknik pengumpulan data yang dilakukan dengan menyalin data (softcopy database) yang terkait dengan penelitian dari suatu sumber. Pada penelitian ini, salinan data diambil dari PLN.
3.4.Metode Simulasi
3.4.1 Tinjauan Umum Program Simulasi
Dalam penelitian ini, penulis menggunakan software ETAP 7.0.0. untuk mempermudah dalam menganalisis sistem distribusi jaringan penyulang Bantul 7 dan 11.
lain-lain. Sebuah plant terdiri dari sub-sistem kelistrikan yang membutuhkan sekumpulan komponen elektris yang khusus dan saling berhubungan.
ETAP Power Station dapat melakukan penggambaran single line diagram secara grafis dan mengadakan beberapa analisa/studi yakni Load Flow (aliran daya), Short Circuit (hubung singkat), motor starting, harmonisasi, transient stability, protective device coordination, dan cable derating. Kelengkapan data dari setiap elemen/komponen peralatan listrik pada sistem yang akan dianalisa sangat membantu hasil simulasi/analisa dapat mendekati keadaan operasional sebenarnya.
3.4.2 Jenis Simulasi
Seperti yang telah dijelaskan diatas, dimana software ETAP dapat melakukan beberapa analisis simulasi sistem tenaga listrik. Dalam hal ini, penulis menggunakan metode analisis simulasi aliran daya (load flow).
Analisis aliran daya merupakan suatu proses pengamatan beberapa besaran listrik profil tegangan bus, aliran daya nyata dan daya reaktif pada saluran dalam sistem tenaga listrik.
3.4.3 Proses Simulasi
Perancangan model penelitian dilakukan dengan menggunakan software Electrical Transient Analysis Program (ETAP) 7.0.0, data yang diperoleh dari PT. PLN APJ Yogyakarta, Rayon Bantul dan GI 150/20 kV di olah terlebih dahulu sebelum pembuatan single line diagram/SLD sistem jaringan distribusi pada software ETAP yaitu dengan mengelompokkan spesifikasi dan parameter komponen.
Setelah pengelompokan data komponen selesai, tahap selanjutnya adalah membuat SLD pada worksheet ETAP, project standard yang digunakan dalam pembuatan SLD ini adalah ANSI dengan nilai frekuensi 50 Hz.
dilengkapi dengan spesifikasi sesuai dengan spesifikasi komponen yang ada di lapangan. Adapun data komponen tersebut adalah sebagai berikut:
1. Swing bus (tegangan sistem dan tegangan aktual)
2. Load (tegangan sistem, KVA trafo distribusi dan faktor daya). 3. Penyulang (panjang saluran, resistansi dan reaktansi saluran)
Pembebanan sepanjang saluran dilakukan dengan pemusatan beban beberapa wilayah (zone) pada tiap penyulang. Pada simulasi ini trafo distribusi yang terpasang pada di sepanjang penyulang sesuai dengan kode zone, dan pembebanan dianggap sebagai beban 3 fase seimbang.
Setelah perancangan SLD pada penyulang 7 dan 11 selesai, selanjutnya melakukan simulasi aliran daya untuk mengetahui keadaan sistem pada tiap penyulang. Adapun data-data yang dapat diamati adalah:
1. Tegangan pada tiap bus
2. Arus yang mengalir pada percabangan 3. Besarnya losses pada tiap komponen
Setelah diketahui besarnya turun tegangan dan rugi-rugi daya pada saluran penyulang Bantul 7 dan 11, selajutnya dilakukan percobaan dengan memasang generator pada penyulang Bantul 7 dan 11 dengan kapasitas tertentu pada saluran jaringan 20 kV. Kemudian dilakukan pengamatan terhadap perubahan yang terjadi pada sistem.
3.5.Metode Analisis
Dalam studi aliran beban pada jaringan tegangan mengah 20 kV beberapa hal yang perlu di perhatikan:
1. Arus Pembebanan
dikarenakan JTM Bantul menggunakan penghantar AAAC dengan luas penampang 240 mm2 yang mempunyai kemampuan hantar arus sebesar 585 A.
2. Jatuh Tegangan
Jatuh tegangan yang diizinkan PLN pada jaringan tegangan menegah 20 Kv adalah +5% (21 kV) dan -10% (18 kV). Batas tersebut sebagai pertimbangan keadaan jaringan dalam beroperasi normal. Data jatuh tegangan tersebut dapat diketahui dengan mengatur besaran yang diinginkan pada ikon display, dan dapat ditampilkan melalui report manager.
3. Rugi-rugi daya
39 4.1 Informasi Umum
4.1.1 Profil Kabupaten Bantul
Kabupaten Bantul merupakan salah satu kabupaten yang berada di provinsi Daerah Istimewa Yogyakarta (DIY) terletak antara 07o 44’ 04” - 08o 00’ 27” Lintang Selatan dan 110o 12’ 34” - 110o 31’ 08” Bujur Timur. Sedangkan letak geografis kabupaten Bantul adalah:
Sebelah Utara : Kota Yogyakarta dan kabupaten Sleman
Sebelah Selatan : Samudera Hindia
Sebelah Timur : Kabupaten Gunung Kidul
[image:52.595.156.469.490.640.2] Sebelah Barat : Kabupaten Kulon Progo
Tabel 4.1 Informasi Umum Kabupaten Bantul
Sumber: Kantor Pengolahan Data Telematika, Pemerintah Kabupaten Bantul, 2015
Dengan luas 15.90 % dari luas wilayah provinsi DIY. Kabupaten Bantul memiliki Kondisi topografi yang berbeda pada tiap bagian wilayahnya. Kabupaten
Informasi Keterangan
Luas Wilayah 506.85 km2
Jumlah Kecamatan 17
Jumlah Desa 75
Jumlah Dusun 933
Total Penduduk ± 919.440 Jiwa
Bantul sendiri terdiri dari dataran rendah 40% dan dataran tinggi 60%, adapun secara garis besar adalah sebagai berikut:
Bagian barat, adalah daerah landai dengan perbukitan yang membujur dari
utara hingga selatan dengan luas 89.86 km2 (17,73 % dari seluruh wilayah);
Bagian Tengah, adalah daerah datar dan landai merupakan daerah pertanian
yang subur seluas 210.94 km2 (41.62 % dari seluruh wilayah);
Bagian Timur, merupakan daerah landai, miring dan terjal seluas 206.05 km2 (40.65 % dari seluruh wilayah);
Bagian Selatan, merupakan daerah berpasir yang terbentang di sepanjang
Pantai Selatan Pulau Jawa, dari kecamatan Srandakan, Sanden dan Kretek.
4.1.2 Sistem Jaringan Distribusi Bantul 4.1.2.1 Gardu Induk Bantul
Gardu Induk Bantul merupakan salah satu dari delapan gardu induk sub APJ Yogyakarta yang melayani kebutuhan listrik pelanggan di beberapa wilayah Yogyakarta, diantaranya adalah Yogyakarta Kota Selatan, Bantul, Sedayu. Wonosari dan Kalasan.
Gambar 4.1 Single line diagram GI Bantul
1. Penyulang Bantul 7
Gambar 4.2 Single line diagram penyulang Bantul 7
2. Penyulang Bantul 11
Gambar 4.3 Single line diagram penyulang Bantul 11
4.1.2.2 Karakteristik Beban
Tabel 4.2 Tabel arus pembebanan penyulang Bantul 7 dan 11. Trafo Kapasitas Trafo (MVA) Nama Penyulang Tegangan Penyulang (kV)
Beban Pada Bulan (ampere)
Jan Feb Mar Apr Mei Jun
III 60
Bantul 7 20 252 212 255 277 274 289
Bantul 11 20 204 238 250 237 239 235
Sumber: PT. PLN (persero) APJ Yogyakarta 2010
4.2 Potensi Sumber Energi Terbarukan
Sebagaimana diketahui dalam Undang-undang Nomor 30 Tahun 2009 tentang ketenagalistrikan ditetapkan bahwa dalam pemanfaatan sumber energi primer diutamakan sumber energi baru dan terbarukan. Hal tersebut menunjukkan bahwa pemerintah mendorong penuh kebijakan PLN dalam pengembangan pembangkit listrik energi terbarukan/EBT.
Dalam buku Rencana Usaha Penyediaan Tenaga Listrik (RUPTL) PT. PLN tahun 2016-2025 menjelaskan bahwa dengan terus bertumbuhnya kebutuhan tenaga listrik PLN berencana untuk membangun beberapa pembangkit yang berasal sumber energi terbarukan di provinsi Yogyakarta sesuai dengan potensi sumber energi baru terbarukan yang tersedia.
4.2.1 Potensi Energi Angin
Dalam Rencana Usaha Penyediaan Tenaga Listrik PLN 2016-2025, di Yogyakarta direncanakan akan dibangun PLTB Samas dengan kapasitas pembangkitan sebesar 50 MW (2018) dan PLTB tersebar sebesar 10 MW (2025).
4.2.2 Potensi Panas Bumi
Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Badan Penelitian ESDM dan RUPTL PLN 2016-2025 untuk wilayah D.I. Yogyakarta provinsi D.I. Yogyakarta memiliki potensi panas bumi yang diperkirakan mencapai 10 MWe di 1 lokasi yaitu pada Parangtritis. Namun energi panas bumi tersebut masih memerlukan penelitian lebih dalam lagi agar nantinya dapat di jadikan pembangkit yang mampu mendukung energi listrik khususnya di wilayah D.I. Yogakarta.
Berdasarkan kedua potensi EBT dan adanya rencana PLN mengenai pembangunan sektor pembangkit listrik tersebut, sumber EBT akan digunakan sebagai DG pada penelitian ini berupa pembangkit listrik tenaga angin dan gelombang laut dengan asumsi kapasitas pembangkitan sebesar 50 MW dan 10 MW yaitu pembangkit tenaga bayu (Wind Turbine) Samas dan pembangkit panas bumi (geothermal energy) yang berlokasi di Kabupaten Bantul, Yogyakarta. DG Wind Turbine dan DG geothermal energy tersebut langsung diinterkoneksikan pada penyulang Bantul 7 dan 11.
4.3.1 Single Line Penyulang Bantul 7
Tabel 4.3 Trafo distribusi dan beban terpasang penyulang Bantul 7 per wilayah
4.3.2 Single Line Penyulang Bantul 11
Tabel 4.4 Trafo distribusi dan beban terpasang penyulang Bantul 11 per wilayah
Tabel 4.4 menunjukkan pengelompokan trafo distribusi penyulang Bantul 11 menjadi 13 kode wilayah/zone. Pada percobaan ini Penyulang Bantul 11 memiliki panjang saluran utama ± 20 kms sehingga panjang saluran antar wilayah diperoleh sebesar 1.5 kms. Arus pembebanan pada penyulang Bantul 11 adalah 250 A.
[image:60.595.168.456.156.503.2]4.4 Hasil Simulasi dan Analisis 4.4.1 Penyulang Bantul 7
Program ETAP telah melakukan analisis aliran daya penyulang Bantul 7 pada kondisi existing dan pemasangan DG wind turbine pada Bus 44 dengan arus pembebanan pada GI Bantul sebesar 289 A. Untuk mendapatkan arus pembebanan tersebut beban pada penyulang Bantul 7 dipasang pada setiap section dengan total beban terpasang sebesar 9690 kVA.
Tabel 4.5 Karakteristik tegangan penyulang Bantul 7 sebelum dan setelah pemasangan DG
�� ℎ ������� ∆� = � − �
= . − .
= 0.663 kV
�� ℎ ������� % = ∆V�� ×
= .. ×
= . %
Dari hasil perhitungan tersebut diatas, maka dapat diketahui bahwa pada kondisi existing penyulang Bantul 7 mengalami jatuh tegangan sebesar 3.35% atau 0.663 kV.
Pada kondisi pemasangan DG wind turbine pada bus 44, tegangan pada bus 2 mengalami kenaikan menjadi 19.875 kV sedangkan pada bus 44 menjadi 19.855 kV. Sehingga jatuh tegangan pada kondisi ini adalah sebagai berikut:
�� ℎ ������� ∆� = � − �
= . − .
= 0.02 kV
�� ℎ ������� % = ∆V�� ×
= .. ×
= . %
Dari hasil perhitungan tersebut, maka dapat diketahui bahwa pada kondisi setelah pemasangan DG wind turbine pada bus 44 penyulang Bantul 7 mengalami jatuh tegangan sebesar 0.1% atau 0.02 kV.
Gambar 4.4 Grafik Tegangan Bus 20 kV penyulang Bantul 7
Terlihat pada gambar 4.4 grafik tersebut menunjukkan tegangan bus 20 kV mulai dari bus 4 pada zone 1 hingga ujung saluran yaitu bus 44 pada zone 19. Pada kondisi sebelum pemasangan DG tegangan bus 4 sebesar 19.691 kV, seterusnya mengalami penurunan tegangan pada bus 10, 18 hingga bus 44 yang menjadi titik tegangan bus terendah yaitu sebesar 19.154 kV atau mengalami turun tegangan sebesar 3.35%.
Sedangkan pada kondisi setelah pemasangan DG, tegangan pada setiap bus mengalami kenaikan, pada ujung saluran bus 44 yang semula sebelum pemasangan DG bertegangan 19.154 kV mengalami perbaikan atau naik sebesar 3.53 % menjadi 19.855 kV. Titik tegangan bus terendah terjadi pada pada bus 20 dan 22 yaitu 19.689 kV. Hal ini disebabkan penyulang Bantul 7 juga mendapat suplai daya melalui DG wind turbine sehingga beban tidak sepenuhnya dipikul oleh GI Bantul. DG wind turbine menyuplai daya ke beban mulai dari zone 16 hingga zone 5.
Selain memberikan pengaruh terhadap tegangan saluran penyulang Bantul 7, pemasangan DG wind turbine juga berpengaruh terhadap rugi-rugi daya pada saluran penyulang Bantul 7. Perbedaan rugi-rugi daya yang terjadi pada penyulang tersebut dapat dilihat pada tabel 4.6.
18 18.5 19 19.5 20
4 10 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44
G R A F I K K A R A K T E R I S T I K T E G A N G A N B U S 2 0 K V
F E E D E R B A N T U L 7 S E B E L U M D A N S E T E L A H
P E M A S A N G A N D G
SEBELUM DG SETELAH DG
[image:64.595.112.511.109.332.2]Tabel 4.6 Rugi rugi daya penyulang Bantul 7
melalui grid PLN. Pada kondisi ini penyulang bantul 7 mengalami rugi-rugi daya aktif sebesar 223.4 kW dan rugi daya reaktif 602.6 kVAR.
Setelah pemasangan DG wind turbine pada bus 44 menyebabkan arus pembebanan pada GI menurun menjadi 195.8 A, beban penyulang Bantul 7 menyerap total daya aktif dan daya reaktif sebesar 5607 kW dan 3819 kVAR melalui grid PLN. Sedangkan arus pembebanan melalui DG wind turbine sebesar 96 A, dan daya yang diserap beban sebesar 2634 kW dan 1704 kVAR. Dari skenario ini menghasilkan penurunan rugi-rugi daya aktif dan reaktif, dimana rugi daya aktif pada penyulang Bantul 7 menjadi 126.3 kW dan rugi daya reaktif menjadi 494.6 kVAR. Berdasarkan tabel 4.6 maka dapat diketahui besarnya persentase penurunan rugi-rugi
