Studi Sistem Distribusi Tegangan Tinggi (Hvds) Untuk Rugi-Rugi Dan Profil Tegangan Yang Lebih Baik (Studi Kasus : Jaringan Distribusi Di Kota Medan)

(1)

(2)

N

(3)

Ukuran Panjang Beton Besi Kayu Kabel Tanah

Kabel Udara

1 MK053 B1 900 720 120010

857121 LK006 2x10 15 12 T1 ^ 90 96 62 97 154 1801 1921 1300 2222 2013 4 T1 2x10

2 MK053 B1T 900 720 120010

906560 LK006 2x10 15 12 T1 ^ 0 0 0 0 0 84 86 180 182 110 4 T1 2x10

3 MK053 B1 1300 1040 120010

809975 LK006 2x10 20 12 T1 ^ 24 26 20 23 25 22 24 16 5 39 6 T1 2x10

4 MK053 B1 2200 1760 120010

827987 LK006 2x10 4 12 T1 ^ 243 211 80 186 218 181 150 125 160 170 10 T1 2x10

5 MK053 B1 1300 1040 120010

809987 LK006 2x10 4 12 T1 ^ 89 106 9 103 157 136 107 154 0 73 6 T1 2x10

6 MK053 B1 1300 1040 120010

809999 LK006 2x10 15 12 T1 ^ 179 47 0 0 7 5 18 7 27 11 6 T1 2x10

7 MK053 B2 197000 157600 120010

139297 LK006 4X70 30 12 B1 ^ 1740 1800 240 2040 13140 13080 13200 11700 13020 12780 3x300 B1 4X70 8 MK053 B2T 7700 6160 120010

915072 LK006 2x10 10 12 B3 ^ 1033 264 933 584 745 748 884 1290 604 35 B3 2x10

9 MK053 B2 13200 10560 120010

136634 LK006 4x10 25 12 B3 ^ 1799 1465 1056 1569 1527 1246 1436 1161 956 1163 3x20 B3 4x10

10 MK053 R3 10600 8480 120010

139563 LK006 4x10 25 12 B3 ^ 1392 1697 2006 592 1441 1400 687 2136 1125 1030 3x16 B3 4x10

11 MK053 R3 10600 8480 120010

126602 LK006 4x10 35 12 B3U1 ^ 1178 1144 1256 1134 1043 1590 770 770 770 770 3x16 B3U1 4x10

12 MK053 R1 2200 1760 120010

169169 LK006 2x10 15 12 B4S1 ^ 101 153 232 232 244 209 219 192 341 84 10 B4S1 2x10

13 MK053 S2 33000 26400 120010

661509 LK006 4X25 30 12 B4S1 ^ 6827 6403 6909 7089 7192 6390 7392 5889 6371 5358 3x50 B4S1 4X25 7868 7009 5894 6560 18701 19754 19366 18625 20098 18847

LAMPIRAN 2

DAFTAR PELANGGAN PENYULANG LK-006 (TRAFO MK053)

MCB

Jenis Meter Kondisi Meter

(4)

page 1 19:55:29 Dec 01, 2015 Project File: LVDS

(5)

page 1 19:58:51 Dec 01, 2015 Project File: LVDS

(6)

Location: Medan

Project: Base ETAP

Contract:

Generation Load Load Flow

Amp

Bus2 -173.159 -105.909 322.9 85.3

Bus B3 380 93.629 -0.7 0 0 4.5 2.7 Bus11 7.852 4.843 15.0 85.1

# Indicates a bus with a load mismatch of more than 0.1 MVA

Indicates a voltage regulated bus (voltage controlled or swing type machine connected to it)

(7)

Location: Medan

Contract:

Date: 25-11-2015

Revision: Base Config.: Normal

LOAD FLOW REPORT Panel / 3-Phase, 1-Phase Systems

Bus/Panel/Phase Adapter Load Flow

Phase % Mag

Phase kW kvar Amp

ID ID

Voltage

% Tap XFMR

Ang. CKT Phase %PF

Load*

Type: P=Panel, PA=Phase Adapter

(8)

Location: Medan

Contract:

Date: 25-11-2015

Revision: Base Config.: Normal

Branch Losses Summary Report

ID kW kvar From To

CKT / Branch From-To Bus Flow To-From Bus Flow Losses % Bus Voltage

% Drop Vd

in Vmag

kW kvar kW kvar

1.5 0.4 95.5 94.5 1.02

MK053 -173.2 -105.9 178.9 114.6

0.0 0.0 93.6 93.3 0.32

Line2 179.0 113.9 -178.9 -114.6

(9)

page 1 20:06:01 Dec 01, 2015 Project File: HVDS

(10)

page 1 20:08:29 Dec 01, 2015 Project File: HVDS

(11)

Location: Medan

Contract:

Amp

(12)

Location: Medan

Contract:

Date: 26-11-2015

Revision: Base

Config.: Normal

Phase % Mag

Phase kW kvar Amp

ID ID

Voltage

% Tap

XFMR

Ang. CKT Phase %PF

Load*

(13)

Location: Medan

Contract:

Date: 26-11-2015

Revision: Base

Config.: Normal

ID kW kvar From To

% Drop Vd

in Vmag

kW kvar kW kvar

0.0 0.0 100.0 100.0 0.00

Line1 -184.9 -116.9 184.9 116.2

(14)

N

Jaringan Tegangan Rendah (JTR)

(15)

Ukuran Panjang Beton Besi Kayu Kabel

Tanah Kabel Udara

1 MK098 B2 82500 66000120010

876550LK006 4x70 55 7 T2 ^ 8970 8610 8310 8730 8280 8100 8790 7170 7560 7440 3x125 T2 4x70

2 MK098 P3 10600 8480 120010

719802LK006 4x10 15 12 S1 ^ 3975 3975 3975 3975 3975 3975 3975 3975 3975 3975 3x16 S1 4x10

3 MK098 P3 7700 6160 120010

827157LK006 2x10 30 12 S1B1 ^ 2888 2888 2888 2888 2888 2888 2888 2888 2888 2888 35 S1B1 2x10

4 MK098 P3 3500 2800 120010

715869LK006 2x10 25 12 S1B1 ^ 1313 1313 1313 1313 2520 1313 1313 1313 1313 1313 16 S1B1 2x10

5 MK098 R3 41500 33200120010

079660LK006 4x70 40 12 S1B2S1 ^ 9591 7837 9239 9212 8835 8712 8179 7299 7704 8182 3x63 S1B2S1 4x70

6 MK098 B2 7700 6160 120010

645448LK006 2x10 15 9 S1B3 ^ 495 609 1031 555 663 485 555 938 601 613 35 S1B3 2x10

7 MK098 R3 16500 13200120010

079673LK006 4x16 20 9 S1B3 ^ 3033 3304 3693 3350 2515 2752 3425 2598 3070 3135 3x25 S1B3 4x16

8 MK098 B1T 4400 3520 120010

079879LK006 2x10 25 9 S1B4U1 ^ 488 449 0 815 407 407 407 407 407 407 20 S1B4U1 2x10

9 MK098 R3 33000 26400120010

079854LK006 4x16 35 9

S1B4U1

T1 ^ 5127 3744 665 934 895 1704 2407 1562 1722 2274 3x50 S1B4U1T1 4x16

35880 32729 31114 31772 30978 30336 31939 28150 29240 30227

Stand

Jenis Meter Kondisi Meter

Ukuran

DAFTAR PELANGGAN PENYULANG LK-006 (TRAFO MK098)

(16)

page 1 20:18:23 Dec 01, 2015 Project File: LVDS_2

(17)

page 1 20:21:15 Dec 01, 2015 Project File: LVDS_2

(18)

Location: Medan

Contract:

Amp

Bus11 -129.839 -78.361 237.1 85.6

Bus T2 380 96.125 -0.5 0 0 0 0 Bus T1 -51.487 -31.738 95.6 85.1

(19)

Location: Medan

Contract:

Date: 01-12-2015

Revision: Base

Config.: Normal

Phase % Mag

Phase kW kvar Amp

ID ID

Voltage

% Tap

XFMR

Ang. CKT Phase %PF

Load*

(20)

Location: Medan

Contract:

Date: 01-12-2015

Revision: Base

Config.: Normal

ID kW kvar From To

% Drop Vd

in Vmag

kW kvar kW kvar

(21)

page 1 20:25:47 Dec 01, 2015 Project File: HVDS_2

(22)

page 1 20:28:13 Dec 01, 2015 Project File: HVDS_2

(23)

Location: Medan

Contract:

Amp Bus14 -18.093 -11.099 33.3 85.2 Bus T1 20000 99.993 0.0 0 0 0 0 Bus10 -135.907 -85.320 4.6 84.7 Bus15 -21.503 -13.188 39.1 85.2 BusS11 380 97.634 -0.6 0 0 0 0 Bus5 26.834 16.597 49.1 85.0 Bus13 -26.834 -16.597 49.1 85.0 *

# Indicates a bus with a load mismatch of more than 0.1 MVA

(24)

Location: Medan

Contract:

Date: 01-12-2015

Revision: Base

Config.: Normal

Phase % Mag

Phase kW kvar Amp

ID ID

Voltage

% Tap

XFMR

Ang. CKT Phase %PF

Load*

(25)

Location: Medan

Contract:

Date: 01-12-2015

Revision: Base

Config.: Normal

ID kW kvar From To

% Drop Vd in Vmag kW kvar kW kvar

(26)

61

DAFTAR PUSTAKA

[1] “ETAP Products Overview”,Operation Technology, Inc, 2015.

[2] PT PLN (PERSERO) AREA MEDAN, “Rancangan Anggaran Biaya Trafo Sisip”, Medan, 2015.

[3] PT PLN (PERSERO), “Penetapan Penyesuaian Tarif Tenaga Listrik (Tariff Adjustment) Juni 2015”, Jakarta, 2015.

[4] PT PLN (PERSERO) Distribusi Jawa-Bali, Jawa Barat, 2014.

[5] Spandana, K., Varsha Reddy. A, “Restructuring of a Low Voltage Distribution System into a High Voltage Distribiution System for an Improved Voltage and Power Loss Profile”, India, International Conference and Utility Exhibition 2014 on Green Energy fo Sustainable Developmement (ICUE 2014), 2014.

[6] Purba, Bayu Pradana Putra, “Analisa Perhitungan Susut Teknis dengan Pendekatan Kurva Beban pada Jaringan Distribusi PT. PLN (PERSERO) RAYON MEDAN KOTA”, Medan, Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara, 2013.

[7] Bansal, Isha, Harmeet Singh Gill, dan Ankita Gupta, “Minimization of Looses by Implementing High Voltage Distribution System in Agricultural Sector”, India, IOSR Journal of Electrical and Electronics Engineering (IOSRJEEE), 2012, 39-45.

(27)

62

[9] Ardiansyah, Ahmad, “Analisis Keandalan Sistem Jaringan Distribusi Udara 20 kV (Aplikasi di Gardu Induk Gelugur TD 2 Kota Medan Sumatera Utara)”, Medan, Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara, 2010.

[10] Suswanto, Daman, “Sistem Distribusi Tenaga Listrik Untuk Mahasiswa Teknik Elektro”, Edisi Pertama, Padang, Teknik Elektro Universitas Negeri Padang, 2009.

[11] Gönen, Turan, “Electric Power Distribution System Engineering”, Second Edition, Boca Raton, CRC Press, 2008.

[12] Jusmedy, Fery, “Studi Aliran Daya Sistem 115 KV PT. Chevron Pacific Indonesia”, Medan, Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara, 2007.

[13] PT PLN (PERSERO), “STANDAR PT PLN (PERSERO) - SPLN D3.002-1 : 2007”, Jakarta Selatan, 2007.

[14] Lister, Eugene C., “Mesin dan Rangkaian Listrik”, Edisi Keenam, Jakarta, Erlangga, 1988.

(28)

18

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1Tempat dan Waktu

Penelitian ini dilakukan pada jaringan satu transformator distribusi yang terpasang di Jalan Kartini (Kantor PTPN IV), Kota Medan dan jaringan satu transformator distribusi lain yang terpasang di persimpangan antara Jalan Diponegoro dengan Jalan Sudirman, Kota Medan.. Penelitian dilaksanakan selama 2 (dua) bulan.

3.2Bahan dan Peralatan

Adapun bahan yang digunakan untuk melakukan penelitian ini adalah data penyaluran jaringan distribusi ke konsumen, tepatnya data jaringan distribusi sekunder. Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah perangkat lunak ETAP 12.6.0.

3.3Variabel yang Diamati

Variabel-variabel yang diamati dalam penelitian ini meliputi: - Profil tegangan yang dihasilkan pada sistem distribusi LVDS - Profil tegangan yang dihasilkan pada sistem distribusi HVDS

- Nilai rugi-rugi daya dan transformator distribusi pada sistem distribusi LVDS

- Nilai rugi-rugi daya dan transformator distribusi pada sistem distribusi HVDS

3.4Pelaksanaan Penelitian

(29)

19

3.5Prosedur Penelitian

Adapun prosedur penelitian yang dilaksanakan direpresentasikan menggunakan diagram alir seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut.

Mulai

Selesai

LVDS : Rugi daya, Rugi transformator,

Rugi pencurian, Total rugi

HVDS : Rugi daya, Rugi transformator, Total rugi

Pengambilan data

Mendesain diagram satu garis LVDS dan HVDS menggunakan perangkat lunak ETAP 12.6.0

Menjalankan simulasi

Menentukan profil rugi-rugi LVDS dan HVDS Tampilan :

- Profil tegangan setiap konsumen

- Rugi-rugi daya

Menentukan penghematan tahunan pada HVDS

Menentukan pengeluaran modal pada HVDS

Menentukan waktu pengembalian modal pada

HVDS

Mengambil kesimpulan

(30)

20

Gambar 3.1 merupakan diagram alir (flowchart) studi sistem distribusi menggunakan ETAP 12.6.0 untuk perhitungan teknis dan dengan cara manual untuk perhitungan non-teknis. Proses pada diagram alir tersebut dapat dijabarkan sebagai berikut.

1. Mengambil semua data yang diperlukan untuk keperluan simulasi dan perhitungan non-teknis dari PLN (Perusahaan Listrik Negara) dan berbagai macam sumber

2. Membuat one line diagram LVDS (Low Voltage Distribution System) dan HVDS (High Voltage Distribution System). Setelah one line

diagram terbentuk di ETAP 12.6.0, data power grid, bus, line,

transformator, phase adapter, dan static load dimasukkan ke dalam program.

a. Power Grid

Berikut ini data power grid yang dimasukkan untuk simulasi aliran daya menggunakan ETAP 12.6.0:

 Penamaan ID PLN1

 Tegangan 20 kV

 Mode operasi swing

Power grid GI Listrik merupakan contoh bus referensi untuk

simulasi aliran daya menggunakan komputer pada tugas akhir ini.

b. Bus

Berikut ini adalah data salah satu bus yang dimasukkan untuk simulasi aliran daya menggunakan ETAP 12.6.0, yaitu:

 Penamaan ID Bus T2

 Tegangan 0.38 kV

c. Line

Berikut ini adalah data salah satu line yang dimasukkan untuk simulasi aliran daya menggunakan ETAP 12.6.0, yaitu:

(31)

21

 Panjang 0.5 kM

 Sistem unit Metric

 Frekuensi 50 Hz

 Nama sumber Pirelli

 Tipe AAAC

 Kode KRYPTON

 Ukuran 158 mm2

d. Transformator

Berikut ini adalah data salah satu transformator yang dimasukkan untuk simulasi aliran daya menggunakan ETAP 12.6.0, sebagi contoh pada transformator distribusi MK053, yaitu:

 Penamaan ID MK053

 Tegangan primer 20 kV

 Tegangan sekunder 0.38 kV

 Standar IEC

 Rating daya 200 kVA

 Tipe Liquid-Fill

 Sub-tipe Mineral Oil

 Kelas ONAN

 Impedansi 4.62%

 Typical X/R

 Grup Vektor Dyn5

e. Phase Adapter

Berikut ini adalah data salah satu phase adapter yang dimasukkan untuk simulasi aliran daya menggunakan ETAP 12.6.0, yaitu:

 Penamaan ID PA1

(32)

22 f. Static Load

Berikut ini adalah data salah satu static load yang dimasukkan untuk simulasi aliran daya menggunakan ETAP 12.6.0, yaitu:

 Penamaan ID 1 – 0857121

 Rating daya 0.75 kVA

 Tegangan 0.22 kV

3. Menjalankan program simulasi ETAP 12.6.0 melalui fitur Load Flow

Analysis

4. Data keluaran simulasi aliran daya didapatkan setelah program selesai dijalankan. Data-data yang diperlukan dari hasil simulasi ini adalah:

 Profil tegangan setiap konsumen

 Rugi-rugi daya pada jaringan

5. Menggunakan data-data dari hasil simulasi ETAP 12.6.0, profil rugi-rugi pada LVDS dan HVDS ditentukan

6. Profil rugi-rugi yang ditentukan adalah sebagai berikut: a. Pada LVDS:

 Rugi Daya

 Rugi Transformator

 Rugi Pencurian

 Total Rugi

b. Pada HVDS:

 Rugi Daya

 Rugi Transformator

 Total Rugi

7. Menentukan penghematan tahunan pada HVDS dengan menggunakan persamaan 2.9

(33)

23

BAB IV

HASIL SIMULASI DAN PEMBAHASAN

4.1Umum

Tugas akhir ini menggunakan data jaringan distribusi sekunder, tepatnya jaringan yang dimulai dari transformator distribusi sampai ke pelanggan. Ada dua konfigurasi jaringan distribusi yang diteliti pada tugas akhir ini berdasarkan tingkat variasi kapasitas beban. Konfigurasi pertama (tingkat variasi kapasitas beban besar) adalah pada jaringan satu transformator distribusi dengan kode MK053 yang terpasang di Jalan Kartini (Kantor PTPN IV), Kota Medan. Sedangkan konfigurasi kedua (tingkat variasi kapasitas beban kecil atau hampir merata) adalah pada jaringan satu transformator distribusi dengan kode MK098 yang terpasang di persimpangan antara Jalan Diponegoro dengan Jalan Sudirman, Kota Medan. Kedua transformator ini sama-sama terpasang pada penyulang LK 6, Gardu Induk Listrik. Gambar diagram satu garis transformator ini masing-masing bersama beban-bebannya dapat dilihat pada Lampiran 1 dan Lampiran 9.

Kedua transformator memiliki konstruksi double pole (dipasang dengan dua tiang) dan berkapasitas 200 kVA. Transformator 3 fasa ini menyalurkan tenaga listrik kepada 13 beban (transformator MK053) dan 9 beban (transformator MK098) dengan penggunaan yang bervariasi.

4.2Konfigurasi Pertama (Tingkat Variasi Kapasitas Beban Besar)

(34)

24

4.2.1Simulasi Aliran Daya dengan ETAP

Untuk memperoleh profil tegangan di setiap ujung beban dan kerugian daya di seluruh jaringan, maka dilakukan simulasi aliran daya dengan menggunakan fitur Load Flow Analysis pada perangkat lunak ETAP. Simulasi aliran daya ini dilakukan untuk membandingkan hasil yang diperoleh LVDS dan HVDS.

Dalam hal ini, tegangan yang digunakan pada sisi tegangan rendah 220/380 V, sedangkan pada sisi tegangan tinggi adalah 20 kV. Konduktor 20 kV yang digunakan adalah Pirelli AAAC tipe KRYPTON ukuran 158 mm2 dengan resistansi 0.189 Ω /kM. Sedangkan konduktor 220/380 V yang digunakan, yaitu konduktor tembaga berisolasi XLPE untuk konduktor antar tiang dan berisolasi Polyvinyl Chloride untuk konduktor sambungan rumah. Untuk ukurannya dapat dilihat pada Lampiran 2. Faktor daya di ujung beban dianggap 0.85.

4.2.1.1Simulasi ETAP untuk LVDS

(35)

25

= 200 kVA Distribution Transformer (20 kV / 220/380 V) = HV Line ( 20 kV )

= LV Line ( 220/380 V ) = 1 Phase Load Service = 3 Phase Load Service Keterangan :

Gambar 4.1 One Line Diagram Sederhana LVDS Jaringan Transformator

MK053

(36)

26

Gambar 4.2 One Line Diagram LVDS (Konfigurasi 1) pada ETAP

Setelah fitur Load Flow Analysis dijalankan, maka akan muncul berbagai tampilan angka pada one line diagram tersebut, seperti tegangan pada setiap bus, daya yang mengalir, dan lain sebagainya, seperti yang dapat

(37)

27

Gambar 4.3 Tampilan LVDS (Konfigurasi 1) Setelah Fitur Load Flow Analysis

Dijalankan

(38)

28

Tabel 4.1 Beban dan Tegangan pada LVDS (Konfigurasi 1)

No.

Tabel 4.2 Kerugian Daya Jaringan 3-Phasa pada LVDS (Konfigurasi 1)

(39)

29

Tabel 4.3 Kerugian Daya Jaringan 1-Phasa yang Sudah Digabungkan Menjadi

3-Phasa pada LVDS (Konfigurasi 1)

1-PHASE Systems

Tabel 4.3 di atas menunjukkan rugi-rugi daya pada saluran 1-phasa yang sudah digabung seluruh salurannya menjadi rugi-rugi 3-phasa, sehingga total rugi-rugi pada Tabel 4.2 dan 4.3 dapat dijumlahkan untuk memperoleh total rugi-rugi daya keseluruhan sistem.

4.2.1.2Simulasi ETAP untuk HVDS

Untuk mengurangi kerugian teknis, LVDS (Low Voltage

Distribution System) diubah menjadi HVDS (High Voltage Distribution System). Studi kasus ini dibuat dengan mempertimbangkan panjang

(40)

30

Tabel 4.4 Perbandingan Konduktor dan Transformator pada Konfigurasi 1

Parameter LVDS HVDS

Panjang konduktor 20 kV 0.5 kM 0.675 kM

Panjang konduktor 220/380 V 0.528 kM 0.353 kM

Total panjang konduktor 1.028 kM 1.028 kM

Transformator Distribusi yang

digunakan 200 kVA

25 kVA 50 kVA

50 kVA

200 kVA

Bentuk one line diagram sistem yang baru, yaitu setelah perubahan penggunaan konduktor dan transformator, secara sederhana dapat dilihat pada Gambar 4.4 dan yang sudah digambar pada software ETAP dapat dilihat pada Gambar 4.5 berikut ini.

26.4 kVA

= 25 kVA Distribution Transformer (20 kV / 220/380 V) = 50 kVA Distribution Transformer (20 kV / 220/380 V)

= 200 kVA Distribution Transformer (20 kV / 220/380 V)

= HV Line ( 20 kV )

= LV Line ( 220/380 V ) = 1 Phase Load Service

= 3 Phase Load Service Keterangan :

Gambar 4.4 One Line Diagram Sederhana HVDS (Konfigurasi 1) sebagai Sistem

(41)

31

Gambar 4.5 One Line Diagram HVDS (Konfigurasi 1) pada ETAP

dilihat pada Gambar 4.6 berikut ini.

Gambar 4.6 Tampilan HVDS (Konfigurasi 1) setelah Fitur Load Flow Analysis

(42)

32

Simulasi ini akan menghasilkan data-data secara lengkap. Dari keseluruhan data hasil simulasi analisis aliran daya yang diperoleh, dirangkum menjadi 3 buah tabel yang paling berkaitan dengan penelitian ini, yaitu Tabel 4.5, Tabel 4.6, dan Tabel 4.7 berikut ini.

Tabel 4.5 Beban dan Tegangan pada HVDS (Konfigurasi 1)

(43)

33

Tabel 4.6 Kerugian Daya Jaringan 3-Phasa pada HVDS (Konfigurasi 1)

3-PHASE Systems

3-Phasa pada HVDS (Konfigurasi 1)

(44)

34

4.2.2Penentuan Profil Rugi-Rugi

Perhitungan rugi-rugi pada daya jaringan dan transformator distribusi, baik untuk LVDS yang merupakan sistem yang digunakan saat ini dan HVDS yang merupakan sistem yang diajukan ditunjukkan sebagai berikut.

4.2.2.1Profil Rugi-Rugi untuk LVDS

Profil rugi-rugi untuk LVDS terdiri atas rugi daya, rugi transformator, rugi pencurian, dan total rugi keseluruhan yang dijabarkan sebagai berikut.

A. Rugi Daya

Berdasarkan Tabel 4.2 dan Tabel 4.3, total rugi daya pada LVDS adalah :

PP = Total pada Tabel 4.2 + Total pada Tabel 4.3 (4.1)

= 9.025 kW + 0.209 kW = 9.234 kW

= 9234 W Dimana :

PP : Total rugi daya

B. Rugi Transformator

(45)

35

Transformator yang digunakan pada LVDS di konfigurasi 1 ini beserta rugi-ruginya dapat ditunjukkan pada Tabel 4.8 berikut.

Tabel 4.8 Transformator dan Rugi-Ruginya pada LVDS (Konfigurasi 1)

No ID

Berdasarkan Tabel 4.8, total rugi transformator pada LVDS ditentukan sebagai berikut :

PT = PNL + PFL (4.2)

PNL : Total rugi beban nol pada transformator

PFL : Total rugi beban penuh pada transformator

C. Rugi Pencurian

(46)

36 seperti berikut ini :

PTH = 3 % x TL

= 3 % x (225.76 kVA x 0.85) = 3 % x 191.896 kW

= 5.75688 kW Dimana :

PTH : Total rugi pencurian listrik

TL : Total beban

D. Total Rugi

Total rugi LVDS per tahun dievaluasi dengan menjumlahkan semua rugi daya, rugi transformator, dan rugi non-teknis yang terjadi dan mengalikan nilai ini dengan 8760 jam yang merupakan total periode waktu penyuplaian tenaga listrik, tepatnya 24 jam dalam 365 hari per tahun.

PLVDS = ( PP + PT + PTH ) x 8760 h (4.3)

= ( 9.234 kW + 2.705 kW + 5.75688 kW ) x 8760 h = 17.69588 kW x 8760 h

= 155015.9088 kWh Dimana :

PLVDS : Total rugi pada LVDS

PT : Total rugi transformator

4.2.2.2Profil Rugi-Rugi untuk HVDS

(47)

37

daya dan rugi-rugi transformator pada HVDS untuk beban-beban dalam konfigurasi 1. Pencurian listrik dalam sistem ini ditiadakan atau dianggap tidak ada. Jadi, total pencurian listik pada HVDS dianggap nol.

A. Rugi Daya

Berdasarkan Tabel 4.6 dan Tabel 4.7, total rugi daya pada HVDS adalah :

Transformator yang digunakan pada HVDS beserta rugi-ruginya dapat ditunjukkan pada Tabel 4.8 berikut.

Tabel 4.9 Transformator dan Rugi-Ruginya pada HVDS (Konfigurasi 1)

(48)

38

Berdasarkan Tabel 4.9, total rugi transformator pada HVDS ditentukan dengan Persamaan 4.2 seperti berikut ini :

PT = PNL + PFL

C. Total Rugi

Total rugi HVDS per tahun dievaluasi dengan menjumlahkan semua rugi daya dan rugi transformator yang terjadi dan mengalikan nilai ini dengan 8760 jam yang merupakan total periode waktu penyuplaian tenaga listrik, tepatnya 24 jam dalam 365 hari per tahun.

PHVDS = ( PP + PT ) x 8760 h (4.5)

Pengurangan rugi-rugi antara HVDS dengan LVDS dapat ditentukan dengan :

Reduksi Rugi-Rugi = PLVDS - PHVDS (4.6)

(49)

39

4.2.3Penentuan Keuntungan Segi Non-Teknis pada HVDS

Perhitungan-perhitungan yang dilakukan untuk segi non-teknis pada HVDS adalah sebagai berikut.

4.2.3.1Penghematan Tahunan pada HVDS

Secara umum, tarif tenaga listrik yang digunakan adalah Rp 1352,00 per kWH [3], sehingga sesuai dengan Persamaan 2.9, besarnya penghematan tahunan pada HVDS dapat ditentukan dengan :

Annual Savings = Power Purchase Price x Reduction in Losses

= Rp 1352,00 / kWh x 69334.3488 kWh = Rp 93.740.039,00

Dimana :

Power Purchase Price : Harga pembelian daya listrik dari PLN

Reduction in Losses : Selisih rugi-rugi antara HVDS dengan LVDS

4.2.3.2Penentuan Pengeluaran Modal

Bila diasumsikan harga transformator distribusi adalah : a. 25 kVA @ Rp 50.000.000,00

b. 50 kVA @ Rp 50.000.000,00 c. 200 kVA @ Rp 150.000.00,00

dan total biaya lainnya diasumsikan Rp 100.000.000,00 [2], maka sesuai dengan Persamaan 2.10, besarnya pengeluaran modal dapat ditentukan dengan :

Capital Outlay = Total Transformator Cost + Miscellaneous Cost

= (( 3 x Rp 50.000.000,00 ) + Rp 150.000.000,00 ) + ( 4 x Rp 100.000.000,00 )

= Rp 300.000.000,00 + Rp 400.000.000,00 = Rp 700.000.000,00

Dimana :

(50)

40

4.2.3.3Penentuan Waktu Pengembalian Modal pada HVDS

Sesuai dengan Persamaan 2.11, Lamanya waktu pengembalian modal dapat ditentukan dengan :

Payback Period = (Capital Outlay / Annual Savings)

= Rp 700.000.000,00 / Rp 93.740.039,00 = 7.47 tahun

Dari keseluruhan hasil analisis, bisa diperoleh tabel perbandingan antara LVDS dan HVDS seperti Tabel 4.10 dan Tabel 4.11 berikut ini.

Tabel 4.10 Perbandingan Tegangan Konsumen pada Konfigurasi 1

No. Consumers VOLTAGE LVDS _HVDS

1 0857121 209.154 217.206

2 0906560 209.154 217.206

3 0809975 209 217.03

4 0827987 208.648 216.678

5 0809987 208.934 216.964

6 0809999 208.736 216.766

7 0139297 359.0696 367.388

8 0915072 202.004 211.86

9 0136634 354.5628 371.879

10 0139563 354.8022 372.134

11 0126602 352.3056 368.722

12 0169169 202.84 212.3

13 0661509 350.36 366.685

(51)

41

Gambar 4.7 Grafik Tegangan Konsumen pada Konfigurasi 1

Tabel 4.11 Perbandingan Rugi-Rugi Sistem pada Konfigurasi 1

No Parameter LVDS

4 Total Transformer Losses 2.705 5.055

5 Total Theft Losses 5.75688 0

6 Total Losses 17.69588 9.781

4.3Konfigurasi Kedua (Tingkat Variasi Kapasitas Beban Kecil atau Hampir

Merata)

(52)

42

4.3.1Simulasi Aliran Daya dengan ETAP

Simulasi ETAP dengan fitur Load Flow Analysis juga dilakukan pada konfigurasi ini untuk memperoleh profil tegangan di setiap ujung beban dan kerugian daya di seluruh jaringan, yang kemudian hasilnya akan digunakan untuk perbandingan antara LVDS dengan HVDS. Karakteristik parameter ETAP pada konfigurasi ini sama seperti konfigurasi pertama.

4.3.1.1Simulasi ETAP untuk LVDS

Studi sistem distribusi tegangan rendah juga dilakukan pada konfigurasi ini dengan bantuan program komputer ETAP pada jaringan distribusi sekunder pada keadaan 80% dari batas daya masing-masing konsumen yang diberikan oleh PLN. Data dan susunan jaringan pada LVDS ini sesuai dengan yang digunakan saat ini. Bentuk one line diagram jaringan transformator MK098 secara sederhana dapat dilihat pada Gambar 4.8 berikut ini.

= 200 kVA Distribution Transformer (20 kV / 220/380 V) = HV Line ( 20 kV )

= LV Line ( 220/380 V ) = 1 Phase Load Service = 3 Phase Load Service Keterangan :

Gambar 4.8 One Line Diagram Sederhana LVDS Jaringan Transformator

(53)

43

Bentuk one line diagram jaringan transformator MK098 yang sudah digambar pada software ETAP dapat dilihat pada Lampiran 11 atau Gambar 4.9 berikut ini.

Gambar 4.9 One Line Diagram LVDS (Konfigurasi 2) pada ETAP

(54)

44

Gambar 4.10 Tampilan LVDS (Konfigurasi 2) Setelah Fitur Load Flow Analysis

Dijalankan

(55)

45

Tabel 4.12 Beban dan Tegangan pada LVDS (Konfigurasi 2)

No.

Tabel 4.13 Kerugian Daya Jaringan 3-Phasa pada LVDS (Konfigurasi 2)

(56)

46

Tabel 4.14 Kerugian Daya Jaringan 1-Phasa yang Sudah Digabungkan menjadi

3-Phasa pada LVDS (Konfigurasi 2)

1-PHASE Systems

4.3.1.2Simulasi ETAP untuk HVDS

Sama seperti konfigurasi 1, LVDS diubah menjadi HVDS dengan penggunaan saluran tegangan tinggi yang lebih banyak dibandingkan saluran tegangan rendah dikarenakan pemasangan transformator-transformator yang lebih dekat dengan beban-beban. Untuk perbandingan panjang konduktor dan transformator yang digunakan LVDS dan HVDS pada konfigurasi 2 bisa dilihat pada Tabel 4.15 berikut ini.

Tabel 4.15 Perbandingan Konduktor dan Transformator pada Konfigurasi 2

Parameter LVDS HVDS

Panjang konduktor 20 kV 0.5 kM 0.86 kM Panjang konduktor 220/380 V 0.62 kM 0.38 kM Total panjang konduktor 1.12 kM 1.24 kM

(57)

47

Bentuk one line diagram sistem yang baru, yaitu setelah perubahan penggunaan konduktor dan transformator, secara sederhana dapat dilihat pada Gambar 4.11 dan yang sudah digambar pada software ETAP dapat dilihat pada Gambar 4.12 berikut ini.

= HV Line ( 20 kV )

= LV Line ( 220/380 V )

= 1 Phase Load Service

= 3 Phase Load Service Keterangan :

Gambar 4.11 One Line Diagram Sederhana HVDS (Konfigurasi 2) Sebagai

(58)

48

Gambar 4.12 One Line Diagram HVDS (Konfigurasi 2) pada ETAP

(59)

49

Gambar 4.13 Tampilan HVDS (Konfigurasi 2) Setelah Fitur Load Flow Analysis

Dijalankan

(60)

50

Tabel 4.16 Beban dan Tegangan pada HVDS (Konfigurasi 2)

No.

Tabel 4.17 Kerugian Daya Jaringan 3-Phasa pada HVDS (Konfigurasi 2)

(61)

51

3-Phasa pada HVDS (Konfigurasi 2)

1-PHASE Systems

4.3.2Penentuan Profil Rugi-Rugi

Perhitungan rugi-rugi pada daya jaringan dan transformator distribusi, baik untuk LVDS yang merupakan sistem yang digunakan saat ini dan HVDS yang merupakan sistem yang diajukan ditunjukkan sebagai berikut.

(62)

52 Dimana :

Pada sistem distribusi tegangan rendah, sebuah transformator besar yang berkapasitas 200 kVA digunakan untuk menyuplai tenaga listrik ke 9 konsumen di konfigurasi ini. Jadi, rugi-rugi pada transformator juga memberikan kontribusi untuk total rugi-rugi pada sistem distribusi tegangan rendah. Rugi-rugi transformator mencakup rugi beban nol (rugi besi) dan rugi beban penuh (rugi tembaga). Transformator yang digunakan pada LVDS di konfigurasi 2 ini beserta rugi-ruginya dapat ditunjukkan pada Tabel 4.19 berikut.

Tabel 4.19 Transformator dan Rugi-Ruginya pada LVDS (Konfigurasi 2)

No ID

Berdasarkan Tabel 4.19, total rugi transformator pada LVDS ditentukan sesuai Persamaan 4.2 sebagai berikut :

PT = PNL + PFL

= 355 W + 2350 W = 2705 W

(63)

53 PT : Total rugi transformator

C. Rugi Pencurian

Secara umum, pencurian listrik diasumsikan memiliki kontribusi 3% dari total beban [4], sehingga dapat dihitung melalui Persamaan 2.8 seperti berikut ini :

PTH = 3 % x TL

= 3 % x ( 165.92 kVA x 0.85 ) = 3 % x 141.032 kW

= 4.23096 kW Dimana :

TL : Total beban

D. Total Rugi

Total rugi LVDS per tahun dievaluasi dengan menjumlahkan semua rugi daya, rugi transformator, dan rugi non-teknis yang terjadi dan mengalikan nilai ini dengan 8760 jam yang merupakan total periode waktu penyuplaian tenaga listrik, tepatnya 24 jam dalam 365 hari per tahun. Berikut ini perhitungannya sama dengan Persamaan 4.3 :

PLVDS = ( PP + PT + PTH ) x 8760 h

= ( 7.562 kW + 2.705 kW + 4.23096 kW ) x 8760 h = 14.49796 kW x 8760 h

= 127002.1296 kWh Dimana :

(64)

54

Setelah menghitung rugi-rugi pada LVDS, sistem distribusi diubah menjadi HVDS dengan menggantikan transformator distribusi besar yang berkapasitas 200 kVA menjadi beberapa transformator distribusi yang berkapasitas lebih kecil (25, 50, 100 kVA) untuk mensuplai tenaga listrik ke konsumen. Ini akan mengurangi rugi-rugi daya secara signifikan dan pencurian listrik akan terminimalisir. Berikut ini akan dihitung rugi-rugi daya dan rugi-rugi transformator pada HVDS untuk beban dalam konfigurasi 2. Pencurian listrik dalam sistem ini ditiadakan atau dianggap tidak ada. Jadi, total pencurian listik pada HVDS dianggap nol.

A. Rugi Daya

Berdasarkan Tabel 4.17 dan Tabel 4.18, total rugi daya pada LVDS adalah :

PP = Total pada Tabel 4.17 + Total pada Tabel 4.18 (4.8)

= 3.271 kW + 0.3 kW = 3.571 kW

= 3571 W Dimana :

(65)

55

Tabel 4.20 Transformator dan Rugi-Ruginya pada HVDS (Konfigurasi 2)

No ID

Berdasarkan Tabel 4.20, total rugi transformator pada HVDS ditentukan dengan Persamaan 4.2 seperti berikut ini :

PT = PNL + PFL

C. Total Rugi

Total rugi HVDS per tahun dievaluasi dengan menjumlahkan semua rugi daya dan rugi transformator yang terjadi dan mengalikan nilai ini dengan 8760 jam yang merupakan total periode waktu penyuplaian tenaga listrik, tepatnya 24 jam dalam 365 hari per tahun. Berikut ini perhitungannya sama dengan Persamaan 4.5 :

PHVDS = ( PP + PT ) x 8760 h

(66)

56 = 8.051 kW x 8760 h = 70526.76 kWh Dimana :

Pengurangan rugi-rugi antara HVDS dengan LVDS dapat ditentukan seperti Persamaan 4.6 :

Reduksi Rugi-Rugi = PLVDS - PHVDS

= 127002.1296 kW - 70526.76 kWh = 56475.3696 kWh

4.3.3Penentuan Keuntungan Segi Non-Teknis pada HVDS

Perhitungan-perhitungan yang dilakukan untuk segi non-teknis pada HVDS adalah sebagai berikut.

4.3.3.1Penghematan Tahunan pada HVDS

Secara umum, tarif tenaga listrik yang digunakan adalah Rp 1352,00 per kWH [3], sehingga sesuai dengan Persamaan 2.9, besarnya penghematan tahunan pada HVDS dapat ditentukan dengan :

Annual Savings = Power Purchase Price x Reduction in Losses

= Rp 1352,00 / kWh x 56475.3696 kWh = Rp 76.354.700,00

Dimana :

Power Purchase Price : Harga pembelian daya listrik dari PLN

Reduction in Losses : Selisih rugi-rugi antara HVDS dengan LVDS

4.3.3.2Penentuan Pengeluaran Modal

Bila diasumsikan harga transformator distribusi adalah : a. 25 kVA @ Rp 50.000.000,00

(67)

57 c. 100 kVA @ Rp 50.000.000,00

dan total biaya lainnya diasumsikan Rp 100.000.000,00 [2], maka sesuai dengan Persamaan 2.10, besarnya pengeluaran modal dapat ditentukan dengan :

Capital Outlay = Total Transformator Cost + Miscellaneous Cost

= ( 5 x Rp 50.000.000,00 ) + ( 5 x Rp 100.000.000,00 ) = Rp 250.000.000,00 + Rp 500.000.000,00

= Rp 750.000.000,00 Dimana :

Total Transformator Cost : Total biaya untuk pembelian transformator Miscellaneous Cost : Total biaya lainnya

4.3.3.3Penentuan Waktu Pengembalian Modal pada HVDS

Sesuai dengan Persamaan 2.11, Lamanya waktu pengembalian modal dapat ditentukan dengan

Payback Period = (Capital Outlay / Annual Savings)

= Rp 750.000.000,00 / Rp 76.354.700,00 = 9.82 tahun

Dari keseluruhan hasil analisis, bisa diperoleh tabel perbandingan antara LVDS dan HVDS seperti Tabel 4.21 dan Tabel 4.22 berikut ini.

Tabel 4.21 Perbandingan Tegangan Konsumen pada Konfigurasi 2

(68)

58

Berdasarkan Tabel 4.21, bisa dibuat sebagai gambar grafik seperti Gambar 4.14 berikut ini.

Gambar 4.14 Grafik Tegangan Konsumen pada Konfigurasi 2

Tabel 4.22 Perbandingan Rugi-Rugi Sistem pada Konfigurasi 2

No Parameter LVDS

4 Total Transformer Losses 2.705 4.48

(69)

59

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1KESIMPULAN

Dari hasil penelitian dan pembahasan yang dilakukan, diperoleh kesimpulan sebagai berikut :

1. Profil tegangan pada konsumen yang dihasilkan oleh sistem distribusi tegangan tinggi (HVDS) terbukti lebih baik dibandingkan oleh sistem distribusi tegangan rendah (LVDS).

2. Pada konfigurasi 1, total besar rugi daya pada LVDS adalah 9.234 kW, sedangkan pada HVDS adalah 4.726 kW. Pada konfigurasi 2, total besar rugi daya pada LVDS adalah 7.562 kW, sedangkan pada HVDS adalah 3.571 kW. Dalam hal ini, HVDS lebih sedikit menghasilkan rugi-rugi daya. Kemudian, pada konfigurasi 1, total besar rugi transformator pada LVDS adalah 2.705 kW, sedangkan pada HVDS adalah 5.055 kW. Pada konfigurasi 2, total besar rugi transformator pada LVDS adalah 2.705 kW, sedangkan pada HVDS adalah 4.48 kW. HVDS memiliki rugi-rugi transformator yang lebih besar dikarenakan penggunaan transformator yang lebih banyak.

3. Dengan menggunakan sistem distribusi tegangan tinggi, bisa diperoleh penghematan biaya sebesar Rp 93.740.039,00 per tahun pada konfigurasi 1 dan Rp 76.354.700,00 per tahun pada konfigurasi 2. Dan untuk pengeluaran modal yang besar pada HVDS, lamanya waktu yang dibutuhkan untuk pengembalian modal adalah 7.47 tahun pada konfigurasi 1 dan 9.82 tahun pada konfigurasi 2.

4. Walaupun membutuhkan biaya yang besar di awal, bila dilihat dari sisi teknis, sistem distribusi tegangan tinggi terbukti lebih baik diterapkan pada jaringan distribusi dibandingkan sistem distribusi tegangan rendah karena memiliki rugi-rugi dan profil tegangan yang lebih baik.

(70)

60

besar. Sedangkan pada konfigurasi 2, transformator yang lama murni digantikan dengan transformator-transformator yang memiliki kapasitas lebih kecil karena variasi kapasitas beban yang kecil atau hampir merata untuk pembebanan transformator.

5.2SARAN

Adapun saran dari penulis sebagai pengembangan dari tugas akhir ini adalah sebagai berikut :

1. Menggunakan metode lain untuk menentukan profil tegangan dan rugi daya untuk perbandingan jaringan sistem distribusi.

(71)

6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1Sistem Distribusi

Pada dasarnya, definisi dari sebuah sistem tenaga listrik mencakup tiga bagian penting, yaitu pembangkitan, transmisi, dan distribusi, seperti dapat terlihat pada Gambar 2.1 berikut ini.

Gambar 2.1 Tiga Bagian Utama Sistem Tenaga Listrik untuk Menuju Konsumen

Dalam artian yang luas, sistem distribusi adalah bagian sistem tenaga listrik yang berada di antara sumber daya yang besar dengan pengalih pelayanan konsumen. Definisi dari sistem distribusi termasuk komponen-komponen berikut :

1. Sistem subtransmisi 2. Gardu distribusi

3. Penyulang distribusi atau primer 4. Trafo distribusi

5. Rangkaian sekunder 6. Titik jatuh layanan

(72)

7

Tenaga listrik yang dihasilkan oleh pembangkit listrik besar dengan tegangan dari 11 kV sampai 24 kV dinaikkan tegangannya oleh gardu induk dengan transformator penaik tegangan menjadi 70 KV, 154 KV, 220 KV atau 500 KV kemudian disalurkan melalui saluran transmisi. Tujuan menaikkan tegangan adalah untuk memperkecil kerugian daya listrik pada saluran transmisi, dimana dalam hal ini kerugian daya adalah sebanding dengan kuadrat arus yang mengalir. Dengan daya yang sama bila nilai tegangannya diperbesar, maka arus yang mengalir semakin kecil sehingga kerugian daya juga akan kecil pula.

(73)

8

(74)

9

Gambar 2.3 Konfigurasi Sistem Distribusi Tenaga Listrik

Pada umumnya, sistem distribusi dapat dikelompokkan ke dalam dua tingkat seperti dapat dilihat pada Gambar 2.2 dan spesifiknya yang bisa dilihat pada Gambar 2.3, yaitu :

1. Sistem Distribusi Primer atau Jaringan Tegangan Menengah (JTM) 2. Sistem Distribusi Sekunder atau Jaringan Tegangan Rendah (JTR) Berikut ini penjelasan mengenai sistem distribusi primer dan distribusi sekunder.

2.1.1Sistem Distribusi Primer

(75)

10

2.1.2Sistem Distribusi Sekunder

Bagian sistem pelayanan listrik yang berada di antara trafo distribusi dan titik jatuh layanan beban disebut dengan sistem distribusi sekunder. Bagian ini memiliki tegangan rendah 220/380 V. Sistem ini dapat menggunakan konduktor yang berisolasi maupun konduktor tanpa isolasi.

2.2Transformator Distribusi

Transformator atau trafo merupakan suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain dengan frekuensi yang sama dan perbandingan transformasi tertentu melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetis [8]. Jika transformator menerima energi pada tegangan rendah dan mengubahnya menjadi tegangan yang lebih tinggi, ia disebut transformator penaik (step-up). Jika transformator diberi energi pada tegangan tertentu dan mengubahnya menjadi tegangan yang lebih rendah, ia disebut transformator penurun (step-down) [14].

Pada umumnya transformator terdiri atas sebuah inti, yang terbuat dari besi berlapis, dan dua buah kumparan, yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder. Rasio perubahan tegangan akan tergantung dari rasio jumlah lilitan pada kedua kumparan tersebut [9].

Transformator yang menjadi fokus bahasan disini adalah transformator distribusi. Trafo distribusi merupakan trafo step-down yang berfungsi untuk menurunkan tegangan dari sistem distribusi primer (20 kV) menjadi tegangan untuk sistem distribusi sekunder (220/380 V). Trafo yang umum digunakan untuk sistem distribusi yaitu trafo 1 phasa dan trafo 3 phasa [10].

(76)

11

Gambar 2.4 Bentuk Fisik Transformator Distribusi

Transformator distribusi merupakan suatu komponen yang sangat penting dalam penyaluran tenaga listrik dari gardu distribusi ke konsumen. Kerusakan pada trafo distribusi menyebabkan kontinuitas pelayanan terhadap konsumen akan terganggu (terjadi pemutusan aliran listrik atau pemadaman). Pemadaman merupakan suatu kerugian yang menyebabkan biaya-biaya pembangkitan akan meningkat tergantung harga kWh yang tidak terjual. Pemilihan rating trafo distribusi yang tidak sesuai dengan kebutuhan akan menyebabkan efisiensi menjadi kecil, begitu juga lokasi penempatan trafo distribusi yang tidak cocok mempengaruhi jatuh atau turunnya tegangan pada ujung saluran konsumen.

2.3Rugi-Rugi

Rugi-Rugi yang akan dibahas disini adalah rugi-rugi pada transformator distribusi, rugi-rugi daya, dan rugi-rugi non-teknis.

2.3.1Rugi pada Transformator Distribusi

(77)

12

2.3.1.1Rugi Tembaga (PCU)

Rugi tembaga bisa juga disebut sebagai rugi belitan atau rugi beban penuh (full load) [13]. Rugi yang disebabkan arus mengalir pada kawat tembaga ini dapat ditulis sebagai berikut :

PCU = I2 R (2.1)

Dimana :

PCU : rugi tembaga (Watt)

I : arus (Ampere) R : tahanan (Ohm)

Karena arus beban berubah–ubah, rugi tembaga juga tidak konstan bergantung pada beban. [8]

2.3.1.2Rugi Besi (Pi)

Rugi besi bisa juga disebut sebagai rugi inti atau rugi beban nol atau rugi tanpa beban (no load) [13]. Rugi yang terjadi pada inti besi ini terdiri atas [8]:

 Rugi histerisis, yaitu rugi yang disebabkan fluks bolak – balik pada inti besi, yang dinyatakan sebagai :

Ph = Kh f Bmaks1.6 watt (2.2)

Dimana :

Ph : Rugi histeresis

Kh : konstanta histeresis

Bmaks : fluks maksimum (Weber)

 Rugi arus eddy, yaitu rugi yang disebabkan arus pusar pada inti besi, yang dinyatakan sebagai :

Pe = Ke f2 B2maks (2.3)

Dimana :

Pe : Rugi eddy

Ke : konstanta eddy

(78)

13 Jadi, rugi besi (rugi inti) adalah :

Pi = Ph + Pe (2.4)

2.3.2Rugi Daya

Pada dasarnya, untuk menghitung susut teknis dilakukan sesuai dengan prinsip rugi-rugi 3 fasa pada jaringan, yaitu [6] :

PCU = 3 I2 R (2.5)

dan besar arus I yang mengalir juga dapat dihitung dengan persamaan :

I = P VA

PCU : rugi 3 fasa pada jaringan (Watt atau VoltAmpere)

I : arus yang mengalir (Ampere) R : tahanan penghantar (Ohm) V : besar tegangan jaringan (Volt)

2.3.3Rugi Non-Teknis

Pencurian listrik termasuk ke dalam bagian penting dalam rugi-rugi LVDS. Pencurian disini termasuk perpanjangan beban yang tidak sah dan merusak atau menimbulkan gangguan terhadap peralatan pengukuran yang terpasang di tempatnya. Besarnya rugi pencurian dapat ditentukan dengan persamaan [7]:

Total Theft Losses = %Theft Losses Contribution x Total Load (2.8) Dimana :

%Theft Losses Contribution : besar persentase kontribusi pencurian listrik (%)

(79)

14

2.4Biaya

Untuk meyakinkan bahwa sistem HVDS lebih baik dibandingkan sistem LVDS, selain dari segi teknis, juga perlu ditentukan kelebihan sistem HVDS dari segi ekonomi atau finansial. Berikut adalah penjabarannya.

2.4.1Penghematan Tahunan (Annual Savings)

Besarnya penghematan tahunan dapat ditentukan dengan persamaan [7] :

Annual Savings = Power Purchase Price x Reduction in Losses (2.9)

Dimana :

Power Purchase Price : harga pembelian daya listrik dari PLN

Reduction in Losses : Total rugi LVDS – Total rugi HVDS

2.4.2Pengeluaran Modal (Capital Outlay)

Besarnya pengeluaran modal dapat ditentukan dengan persamaan :

Capital Outlay = Total Transformator Cost + Miscellaneous Cost (2.10)

Dimana :

Total Transformator Cost merupakan total biaya yang diperlukan untuk

pembelian transformator.

Miscellaneous Cost yang dimaksud disini adalah termasuk biaya pekerja,

biaya material tambahan yang dibutuhkan untuk transformator dan beberapa biaya pembongkaran sistem yang sudah ada. [7]

2.4.3Waktu Pengembalian Modal (Payback Period)

Waktu pengembalian modal merupakan jangka waktu yang dibutuhkan aliran kas masuk kumulatif bersih untuk modal investasi tetap [7]. Lamanya waktu pengembalian modal dapat ditentukan dengan persamaan :

Payback Period = (Capital Outlay / Annual Savings) dalam tahun (2.11)

2.5Low Voltage Distribution System (LVDS)

(80)

15

mengubah tegangan 20 kV menjadi 220/380 V. Sistem ini disebut sebagai LVDS (Low Voltage Distribution System) atau Sistem Distribusi Tegangan Rendah karena mayoritas tegangan yang didistribusikan adalah tegangan 380 V daripada 20 kV. Sistem distribusi dengan tegangan rendah menggunakan empat kabel inti, jaringan tegangan rendah yang panjang, dan sekumpulan banyak beban disuplai dari transformator daya yang besar, yang mengakibatkan peningkatan pada kerugian sistem yang mempengaruhi profil tegangan dan kinerja sistem distribusi [15].

LVDS dilakukan dengan kombinasi tiga phasa-empat kawat dan phasa tunggal-dua kawat. Sistem distribusi ini meliputi perbandingan hampir 2:1 pada panjang jaringan tegangan rendah dan tinggi. [5]

Pada umumnya, dalam proses pemasokan tenaga listrik ke konsumen, kerugian energi terjadi yang disebabkan oleh kerugian teknis dan komersial. Kerugian teknis sebagian besar disebabkan oleh energi yang hilang pada konduktor dan peralatan yang digunakan untuk transformasi, transmisi, dan distribusi daya. Kerugian komersial disebabkan oleh kesalahan pada pembacaan pengukuran pada meteran yang kurang baik dan pada perkiraan pasokan energi yang tidak diukur [5]. Contoh penggunaan LVDS dapat diperhatikan pada Gambar 2.5 di bawah ini.

(81)

16

2.6High Voltage Distribution System (HVDS)

Sistem HVDS (High Voltage Distribution System) atau Sistem Distribusi Tegangan Tinggi ini akan menggunakan saluran tegangan 20 kV yang lebih panjang dibandingkan saluran tegangan 220/380 V. HVDS dibangun dengan mengubah jaringan tegangan rendah 220/380 V yang sudah ada menjadi tegangan tinggi 20 kV (karena 20 kV dibandingkan dengan 220/380 V) tiga phasa-empat kawat. Pada sistem ini, jaringan 20 kV diperpanjang sampai sedekat mungkin ke beban dan memasang transformator distribusi berkapasitas kecil (seperti 6,3 kVA, 10 kVA, 15 kVA, dan lain-lain) yang memperpanjang pasokan tenaga listrik ke konsumen melalui sebuah jaringan tegangan rendah yang pendek [5].

Contoh penggunaan HVDS dapat diperhatikan pada Gambar 2.6 di bawah ini, yang merupakan konversi LVDS menjadi HVDS dari Gambar 2.5.

(82)

17

2.7ETAP

ETAP (Electrical Transient and Analysis Program) Power Station merupakan suatu program yang menampilkan secara GUI (Graphical User

Interface) tentang analisis sistem tenaga. Program ETAP dibuat oleh perusahaan Operation Technology, Inc (OTI) dari tahun 1995 [12]. Perangkat ini mampu

bekerja dalam keadaan offline untuk simulasi sistem tenaga listrik, online untuk pengelolaan data sistem kelistrikan secara real-time. Versi ETAP yang digunakan pada tugas akhir ini adalah ETAP Power Station 12.6.0. Contoh tampilan software ini dapat diperhatikan pada Gambar 2.7 berikut.

Gambar 2.7 Tampilan software ETAP 12.6.0

(83)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Energi merupakan infrastruktur dasar untuk perkembangan ekonomi suatu negara. Jika suplai energi berkurang atau bahkan berhenti, maka dapat berakibat buruk pada sektor-sektor lain. Seiring perkembangan zaman, jumlah kebutuhan terhadap energi akan meningkat. Peningkatan dalam perkembangan ekonomi tergantung pada finansial dan komersial di sektor energi yang bisa menarik perhatian para investor.

Dari semua bentuk energi yang ada di bumi, energi listrik merupakan bentuk energi yang cukup penting. Sistem tenaga listrik terdiri dari 3 bagian penting, yaitu pembangkitan, transmisi, dan distribusi. Umumnya, energi listrik dibangkitkan oleh pembangkit yang lokasinya cukup jauh dari konsumen, yang kemudian dikirimkan ke berbagai tempat melalui saluran transmisi, dan diberikan ke setiap individu konsumen melalui jaringan distribusi.

Sistem distribusi merupakan bagian yang paling kritis diamati kinerjanya dalam sistem tenaga listrik karena dekat dengan penggunanya. Tegangan AC (Alternating Current) 3 phasa 20 kV yang diberikan dari saluran transmisi diterima oleh sistem distribusi primer. Trafo daya pada gardu distribusi akan memberikan tegangan 20 kV kepada beban-beban industri. Sistem distribusi juga akan menurunkan tegangan 20 kV menjadi 220/380 V dengan menggunakan trafo distribusi yang tersebar di berbagai titik untuk diberikan kepada beban-beban rumah tangga.

Di beberapa daerah, terutama di daerah pedesaan, lokasi beban tersebar luas. Saluran tegangan rendah 380 V dipasang dalam jarak yang panjang untuk melayani beban yang kecil. Rugi-rugi pada sistem distribusi tergantung pada energi yang diproses di sepanjang konduktor dan peralatan listrik yang digunakan. Sedangkan rugi-rugi non-teknisnya adalah pencurian listrik atau juga kesalahan pada pengukuran dan penagihan listrik.

(84)

2

tegangan rendah 380 V (LT / Low Tension) yang terlalu panjang dibandingkan dengan saluran 20 kV yang dalam hal ini dianggap tegangan tinggi (HT / High

Tension). Sistem ini penulis anggap sebagai LVDS (Low Voltage Distribution System) karena mayoritas tegangan yang didistribusikan adalah tegangan 380 V

daripada 20 kV. Ini berakibat pada kerugian pada lokasi trafo distribusi yang tidak optimal yang mengabaikan lokasi beban, perkembangan jaringan transmisi dan distribusi yang tidak beraturan, dan lain sebagainya.

Pada tugas akhir ini, penulis akan memaparkan sebuah metode baru untuk menghasilkan profil tegangan yang lebih baik dan mengurangi kerugian-kerugian pada sistem distribusi. Penulis akan mengajukan sebuah sistem baru yaitu HVDS (High Voltage Distribution System). Sistem HVDS ini akan menggunakan saluran tegangan 20 kV yang lebih panjang dibandingkan saluran tegangan 380 V. Dengan kata lain, sistem HVDS ini akan lebih banyak mendistribusikan tegangan 20 kV, kemudian akan diturunkan menjadi 380 V hanya pada posisi-posisi tertentu. Sistem HVDS ini pada dasarnya adalah perubahan letak dan kapasitas trafo distribusi yang disesuaikan dengan beban. Penulis akan melakukan simulasi untuk melihat perbandingan dari sistem yang lama (LVDS / Low Voltage Distribution System) dengan sistem yang diajukan (HVDS / High Voltage Distribution System). Simulasi akan dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak ETAP 12.6.0 untuk studi kasus satu trafo distribusi berkapasitas besar dengan beban yang banyak di kota Medan.

1.2Perumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dari tugas akhir ini adalah :

1. Bagaimana profil tegangan yang dihasilkan oleh LVDS dan HVDS ? 2. Bagaimana rugi-rugi daya dan rugi-rugi transformator untuk LVDS dan

HVDS ?

3. Bagaimana penghematan tahunan dan waktu pengembalian modal untuk HVDS ?

4. Apakah HVDS benar-benar lebih baik diterapkan pada jaringan distribusi dibandingkan dengan LVDS ?

(85)

3

1.3Tujuan

Adapun tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah :

1. Mengetahui perbandingan profil tegangan yang dihasilkan oleh LVDS dan HVDS.

2. Mengetahui perbandingan besar rugi-rugi daya dan rugi-rugi transformator untuk LVDS dan HVDS.

3. Menentukan penghematan tahunan dan waktu pengembalian modal untuk HVDS.

4. Membuktikan bahwa HVDS benar-benar lebih baik diterapkan pada jaringan distribusi dibandingkan dengan LVDS.

5. Membandingkan perbedaan penggunaan transformator distribusi setelah dikonversi menjadi HVDS pada kasus dengan tingkat variasi kapasitas beban yang berbeda.

1.4Batasan Masalah

Adapun batasan masalah yang dilakukan pada penulisan tugas akhir ini adalah :

1. Ada dua konfigurasi jaringan distribusi yang digunakan berdasarkan tingkat variasi kapasitas beban. Konfigurasi pertama (tingkat variasi kapasitas beban besar) adalah pada jaringan satu transformator distribusi dengan kode MK053 yang terpasang di Jalan Kartini (Kantor PTPN IV), Kota Medan. Konfigurasi kedua (tingkat variasi kapasitas beban kecil atau hampir merata) adalah pada jaringan satu transformator distribusi dengan kode MK098 yang terpasang di persimpangan antara Jalan Diponegoro dengan Jalan Sudirman, Kota Medan.

2. Simulasi studi profil tegangan dan rugi daya menggunakan perangkat lunak ETAP 12.6.0

3. Simulasi dilakukan dalam keadaan beban statis dengan besar 80% dari batas daya beban yang diberikan oleh PLN (Perusahaan Listrik Negara) 4. Faktor daya di ujung beban dianggap 0.85

(86)

4

7. Beban disuplai selama 360 hari dalam setahun 8. Segi non-teknis hanya dibahas secara umum.

1.5Manfaat

Dari penulisan tugas akhir ini, diharapkan hasilnya dapat menunjukkan bahwa HVDS memang lebih baik diterapkan pada jaringan distribusi dibandingkan dengan sistem distribusi yang digunakan saat ini (LVDS). Adapun hasil dari tugas akhir ini dapat digunakan sebagai bahan referensi agar HVDS lebih semakin digunakan pada jaringan distribusi ke depannya.

1.6Metodologi Penulisan

Metodologi yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah: Metodologi yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah :

1. Studi Literatur

Yaitu dengan mempelajari buku referensi, buku manual, artikel dari media cetak dan internet, dan bahan kuliah yang mendukung dan berkaitan dengan topik tugas akhir ini.

2. Studi Bimbingan

Berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh pihak Departemen Teknik Elektro USU mengenai masalah-masalah yang timbul selama penulisan Tugas Akhir berlangsung.

3. Diskusi dan Tanya Jawab

Yaitu dengan mengadakan diskusi dan tanya jawab dengan staf dan karyawan PT. PLN serta dengan rekan-rekan mahasiswa yang memahami masalah yang berhubungan dengan analisis aliran daya.

4. Menggunakan Perangkat Lunak ETAP 12.6.0

Perangkat lunak ETAP12.6.0 digunakan untuk melakukan simulasi. 5. Data

(87)

5

sebagainya. Data-data ini diambil pada PT. PLN (PERSERO) AREA MEDAN.

1.7Sistematika Penulisan

Tugas akhir ini disusun berdasarkan sistematika penulisan sebagai berikut : BAB I PENDAHULUAN

Bagian ini berisikan latar belakang masalah, perumusan masalah, batasana masalah, tujuan, manfaat, metodologi penulisan, dan sistematika penulisan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini memberikan penjelasan mengenai teori-teori dasar yang diperlukan dalam tugas akhir ini. Diantaranya dijelaskan mengenai sistem distribusi, transformator distribusi, rugi-rugi, biaya, low

voltage distribution system, high voltage distribution system, dan

ETAP.

BAB III METODE PENELITIAN

Bab ini berisikan tempat dan waktu, bahan dan peralatan, variabel yang diamati, pelaksanaan penelitian, dan prosedur penelitian.

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

Bab ini berisi tentang hasil simulasi aliran daya LVDS dan HVDS dengan menggunakan perangkat lunak ETAP 12.6.0, pembahasan sisi teknis LVDS dan HVDS, serta sisi non-teknis HVDS.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

(88)

i

ABSTRAK

Pada sistem distribusi yang digunakan saat ini, sebuah transformator distribusi berkapasitas besar mensuplai beban-beban dengan lokasi yang jauh. Pemakaian jaringan 220/380 V lebih banyak dibandingkan dengan jaringan 20 kV. Hal ini mengakibatkan timbulnya kerugian karena lokasi transformator distribusi yang tidak optimal yang mengabaikan lokasi beban, profil tegangan yang buruk di sisi konsumen, dan kerugian daya yang besar di sepanjang penghantar. Tujuan utama penulisan tugas akhir ini adalah untuk menunjukkan bahwa sistem distribusi tegangan tinggi (High Voltage Distribution System) lebih baik digunakan pada jaringan distribusi dibandingkan sistem distribusi yang saat ini sedang digunakan (Low Voltage Distribution System). Perubahan sistem yang lama menjadi sistem yang baru ini dilakukan dengan menggantikan sebuah transformator distribusi yang berkapasitas besar dengan beberapa transformator distribusi yang berkapasitas lebih kecil dan dipasang pada posisi-posisi yang terdekat dengan beban. Penggunaan sistem distribusi tegangan tinggi akan menghasilkan profil tegangan yang lebih baik dan rugi-rugi daya yang lebih sedikit. Dilihat dari sisi non-teknis, penghematan tahunan dan waktu pengembalian modal pada sistem distribusi tegangan tinggi juga akan ditentukan secara umum.

Kata kunci : high voltage distribution system, sistem distribusi, transformator

(89)

TUGAS AKHIR

STUDI SISTEM DISTRIBUSI TEGANGAN TINGGI (HVDS)

UNTUK RUGI-RUGI DAN PROFIL TEGANGAN YANG LEBIH BAIK

(STUDI KASUS : JARINGAN DISTRIBUSI DI KOTA MEDAN)

Diajukan untuk memenuhi persyaratan

menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada

Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Energi Listrik

Oleh

Tidauccy Samuel Hamonangan

NIM : 110402094

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(90)

(91)

(92)

i

ABSTRAK

Pada sistem distribusi yang digunakan saat ini, sebuah transformator distribusi berkapasitas besar mensuplai beban-beban dengan lokasi yang jauh. Pemakaian jaringan 220/380 V lebih banyak dibandingkan dengan jaringan 20 kV. Hal ini mengakibatkan timbulnya kerugian karena lokasi transformator distribusi yang tidak optimal yang mengabaikan lokasi beban, profil tegangan yang buruk di sisi konsumen, dan kerugian daya yang besar di sepanjang penghantar. Tujuan utama penulisan tugas akhir ini adalah untuk menunjukkan bahwa sistem distribusi tegangan tinggi (High Voltage Distribution System) lebih baik digunakan pada jaringan distribusi dibandingkan sistem distribusi yang saat ini sedang digunakan (Low Voltage Distribution System). Perubahan sistem yang lama menjadi sistem yang baru ini dilakukan dengan menggantikan sebuah transformator distribusi yang berkapasitas besar dengan beberapa transformator distribusi yang berkapasitas lebih kecil dan dipasang pada posisi-posisi yang terdekat dengan beban. Penggunaan sistem distribusi tegangan tinggi akan menghasilkan profil tegangan yang lebih baik dan rugi-rugi daya yang lebih sedikit. Dilihat dari sisi non-teknis, penghematan tahunan dan waktu pengembalian modal pada sistem distribusi tegangan tinggi juga akan ditentukan secara umum.

Kata kunci : high voltage distribution system, sistem distribusi, transformator