SKRIPSI
ANALISIS PENGARUH INTERKONEKSI DISTRIBUTED
GENERATION (PLTSA SUWUNG) TERHADAP RUGI-RUGI
DAYA DAN KEANDALAN PADA PENYULANG SERANGAN
I MADE GUSMARA NUSAMAN
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA
BUKIT JIMBARAN
i
SKRIPSI
ANALISIS PENGARUH INTERKONEKSI DISTRIBUTED
GENERATION (PLTSA SUWUNG) TERHADAP RUGI-RUGI
DAYA DAN KEANDALAN PADA PENYULANG SERANGAN
I MADE GUSMARA NUSAMAN NIM. 1104405005
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA
BUKIT JIMBARAN
ii
ANALISIS PENGARUH INTERKONEKSI DISTRIBUTED GENERATION (PLTSA SUWUNG) TERHADAP RUGI-RUGI DAYA DAN KEANDALAN
PADA PENYULANG SERANGAN
Skripsi Diajukan Sebagai Prasyarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana S1 (Strata 1) pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana
I MADE GUSMARA NUSAMAN NIM. 1104405005
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN
v
UCAPAN TERIMAKASIH
Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa / Tuhan Yang Maha Esa, karena atas rahmat-Nya penyusunan tugas akhir / skripsi dengan judul “Analisis Pengaruh Interkoneksi Distributed Generation (PLTSa Suwung) Terhadap Rugi-Rugi Daya dan Keandalan pada Penyulang Serangan” ini akhirnya dapat terselesaikan. Berbagai tantangan dan hambatan yang sulit telah dihadapi penulis selama proses penyusunan tugas akhir / skripsi ini, namun semua itu berhasil dilewati berkat adanya dukungan dan bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini izinkan penulis menyampaikan banyak terima kasih kepada:
1. Bapak Prof. Ir. Ngk. Putu Gede Suardana, MT., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana.
2. Bapak Ir. I Nyoman Setiawan, MT. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana.
3. Bapak Ir. I Wayan Sukerayasa, MT. sebagai Dosen Pembimbing I yang telah memberikan banyak petunjuk, bimbingan dan dukungan moral kepada penulis selama penyusunan tugas akhir / skripsi ini.
4. Ibu Prof. Ir. Rukmi Sari Hartati, MT., Ph.D sebagai Dosen Pembimbing Akademik sekaligus sebagai Dosen Pembimbing II yang telah banyak memberikan tuntunan dalam penyusunan tugas akhir / skripsi dan tuntunan selama menjalankan perkuliahan di Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Udayana.
5. Segenap dosen dan staf pegawai Teknik Elektro Universitas Udayana yang telah banyak membantu selama proses perkuliahan.
6. PT. PLN (Persero) Area Bali Selatan yang telah membantu dalam memberikan informasi dan data-data dalam penyusunan tugas akhir / skripsi ini.
vi
7. Yang tercinta Orang Tua, saudara dan semua keluarga besar yang telah memberikan banyak kasih sayang, dukungan moral, semangat dan motivasi yang tak terhingga.
8. Rekan-rekan Elektro angkatan 2011 yang senantiasa memberikan semangat, motivasi dan dukungan selama penyusunan tugas akhir / skripsi ini.
9. Semua pihak yang terlibat dalam pengerjaan tugas akhir / skripsi ini namun tidak bisa disebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa tugas akhir / skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu segala kritik dan saran yang bersifat membangun sangat diharapkan demi kesempurnaan penulisan di masa yang akan datang. Semoga Ida Sang Hyang Widhi Wasa / Tuhan Yang Maha Esa selalu melimpahkan rahmat-Nya kepada semua pihak yang telah membantu pelaksanaan dan penyelesaian tugas akhir / skripsi ini.
Bukit Jimbaran, 2015
vii ABSTRAK
Teknologi Distributed Generation atau dalam hal ini disingkat DG merupakan jenis pembangkit listrik dengan skala kecil yang mengutamakan pemanfaatan sumber energi terbarukan seperti angin, air, matahari, panas bumi, gelombang laut (Wave Energy), arus laut (Ocean Current Energy), biomassa, dan biogas untuk menghasilkan energi listrik dengan kisaran daya yang dihasilkan antara 1 kW-10 MW. Salah satu DG yang ada di Bali dan saat ini masih beroperasi adalah Pembangkit Listrik Tenaga Sampah (PLTSa) yang berada di daerah Suwung. Kondisi eksisting dari DG (PLTSa Suwung) terinterkoneksi ke Busbar 20 kV Transformator V Gardu Induk (GI) Pesanggaran dengan kapasitas terpasang sebesar 1 MW.
Dalam penelitian ini dilakukan pengalihan interkoneksi DG ke salah satu penyulang terdekat dari DG yaitu Penyulang Serangan. Tujuan dari pengalihan interkoneksi tersebut adalah untuk mengetahui pengaruh dari interkoneksi DG pada jaringan distribusi tenaga listrik terhadap nilai rugi-rugi daya dan keandalan jaringan. Untuk mengetahui pengaruh interkoneksi DG terhadap rugi-rugi daya pada jaringan dilakukan analisis menggunakan load flow analysis dan untuk mengetahui pengaruh interkoneksi DG terhadap tingkat keandalan jaringan dilakukan analisis menggunakan reliability assessment. Kedua analisis tersebut dijalankan dengan menggunakan software ETAP 7.5.
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan diperoleh hasil yaitu dengan interkoneksi DG pada Penyulang Serangan terjadi penurunan rugi-rugi daya sebesar 1,9 kW atau 4,75 % dari total rugi-rugi daya sebesar 40 kW pada kondisi penyulang tanpa interkoneksi DG dan terjadi perbaikan indeks keandalan yang terlihat dari perolehan indeks SAIFI = 0,5959 gangguan/pelanggan/tahun; SAIDI = 1,4388 jam/pelanggan/tahun; CAIDI = 2,414 jam/gangguan; ASAI = 0,9998 pu; dan ASUI = 0,00016 pu. Lokasi interkoneksi terbaik untuk memperoleh rugi-rugi daya terendah adalah pada jarak 80 % dari total panjang saluran dengan penurunan rugi-rugi daya sebesar 4,7 kW atau 11,75 % dari total rugi-rugi-rugi-rugi daya sebesar 40 kW pada kondisi tanpa interkoneksi DG dan untuk lokasi interkoneksi terbaik dengan tingkat keandalan tertinggi adalah pada jarak 97 % dari total panjang saluran dengan menghasilkan nilai indeks keandalan SAIFI = 0,1 gangguan/pelanggan/tahun atau penurunan sebesar 92,87 %; SAIDI = 1,4150 jam/pelanggan/tahun atau penurunan sebesar 49,15 %; CAIDI = 14,1520 jam/gangguan; ASAI = 0,9998 pu; dan ASUI = 0,00016 pu. Sedangkan lokasi dengan nilai rugi-rugi daya yang rendah dan tingkat keandalan yang tinggi adalah pada jarak 97 % dari total panjang saluran dengan penurunan rugi-rugi daya sebesar 4,5 kW atau 11,25 % dari total rugi-rugi daya Penyulang Serangan tanpa interkoneksi DG dan perbaikan indeks keandalan SAIFI = 0,1 gangguan/pelanggan/tahun; SAIDI = 1,4150 jam/pelanggan/tahun; CAIDI = 14,1520 jam/gangguan; ASAI = 0,9998 pu; dan ASUI = 0,00016 pu.
Kata Kunci: Rugi-Rugi Daya, Keandalan, Load Flow Analysis, Reliability
viii
ABSTRACT
The distributed generation technology or in this case abbreviated DG is a kind of power plants with small scale which prioritizes the utilization of renewable energy resources such as wind, water, solar, geothermal, ocean waves (Wave Energy), ocean currents (Ocean Current Energy), biomass, and biogass to produce the electrical energy with range of power generation between 1 kW-10 MW. One of DG in Bali and it’s still in operation is the garbage power plant which located in Suwung. The existing condition of the DG (PLTSa Suwung) is interconnected to 20 kV Busbar, transformer V of Pesanggaran Substation, with 1 MW installed capacity.
In this research, the interconection of the DG will be transfered to the Serangan feeder which one of the closest feeder from DG. The purpose of the transferred interconnection is to determine the effect of DG on the power lossess value and reliability level of the distribution network. To determine the effect of DG interconnection to the power lossess on the network is using the Load Flow Analysis and to determine the effect of DG interconnection to the reliabilty level on the network is using the Reliability Assessment. Both analyzes are performed using ETAP 7.5 software.
From the research that has been done shows that the interconnection of DG on the Serangan feeder decreased the power lossess as big as 1,9 kW or 4,75 % of total power lossess from the feeders without DG interconnection and improvements reliability index that is visible from the acquisition of the index SAIFI = 0,5959 interuption /customer/ year; SAIDI = 1,4388 hours / customer/year; CAIDI = 2,449 hours / interuption; ASAI = 0,9998 pu; and ASUI = 0,00016 pu. The best interconnecting location to obtain the lowest power lossess is at 80 % of the total length of the line with a reduced power lossess as big as 4.7 kW or 11.75 % of total power lossess without DG interconnection and the best interconecting location with the highest level of reliability index is at 97% of the total length of the line with SAIFI = 0,1 interuption /customer/ year or a decreased 92,87 %; SAIDI = 1,4150 hours/customer/year or a decreased 49,15%; CAIDI = 14,1520 hours / interuption; ASAI = 0,9998 pu; and ASUI = 0,00016 pu. While the location of the lowest power lossess values and the high reliability level is at 97% of the total length of the line and produce a reduction in power lossess as big as 4,5 kW or 11,25 % of total power lossess without DG interconnection on Serangan feeder and improvement of reliability index with SAIFI = 0,1 interuption/customer/year; SAIDI = 1,4150 hours /customer/ year; CAIDI = 14,1520 hours/interuption; ASAI = 0,9998 pu; and ASUI = 0,00016 pu.
ix DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL ...i
LEMBAR PRASYARAT ...ii
LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS ...iii
LEMBAR PENGESAHAN ...iv
UCAPAN TERIMAKASIH ...v
ABSTRAK ...vii
ABSTRACT ...viii
DAFTAR ISI ...ix
DAFTAR GAMBAR ...xii
DAFTAR TABEL ...xiv
DAFTAR SINGKATAN ...xv BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Rumusan Masalah ... 3 1.3 Tujuan ... 3 1.4 Manfaat ... 3
1.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah ... 4
BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir ... 5
2.2 Distributed Generation (DG) ... 7
2.2.1 Interkoneksi DG Pada Sistem Distribusi Tenaga Listrik... 8
2.2.2 Perkembangan Teknologi Distributed Generation di Indonesia ... 9
2.3 Sistem Distribusi Tenaga Listrik ... 11
2.3.1 Sistem Distribusi Primer ... 11
2.3.2 Sistem Distribusi Sekunder ... 12
x
2.3.4 Sistem Distribusi Ring/Loop ... 13
2.3.5 Sistem Distribusi Spindel ... 14
2.4 Saluran Distribusi Tenaga Listrik ... 14
2.4.1 Saluran Udara Tegangan Menengah (SUTM) ... 15
2.4.2 Saluran Kabel Udara Tegangan Menengah (SKUTM) ... 16
2.4.3 Saluran Kabel Tanah Tegangan Menengah (SKTM) ... 17
2.4.4 Impedansi Saluran ... 18
2.4.5 Resistansi Saluran ... 18
2.4.6 Reaktansi Penghantar (Reaktansi Induktif)... 19
2.5 Analisis Rugi-Rugi Daya Menggunakan Load Flow Analysis ... 20
2.5.1 Klasifikasi Bus ... 21
2.5.2 Persamaan Aliran Daya ... 22
2.5.3 Penerapan Metode Newton Raphson Pada Analisis Aliran Daya... 24
2.6 Keandalan Sistem Distribusi Tenaga Listrik ... 27
2.6.1 Indeks Keandalan ... 28
2.6.1.1 SAIFI (system average interruption frequency index) ... 29
2.6.1.2 SAIDI (system average interruption duration index)... 29
2.6.1.3 CAIDI (customer average interruption duration index) ... 30
2.6.1.4 ASAI (average service availability index) ... 30
2.6.1.5 ASUI (average service unavailability index) ... 30
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ... 32
3.2 Data ... 32
3.2.1 Sumber Data ... 33
3.2.2 Jenis Data ... 33
3.2.3 Teknik Pengumpulan Data ... 33
3.3 Instrumen Penelitian ... 33
3.4 Analisa Data ... 34
xi BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Gambaran Umum Penyulang Serangan ... 36
4.2 Data Jaringan Distribusi Tenaga Listrik Penyulang Serangan... 38
4.2.1 Data Beban Harian Penyulang Serangan ... 38
4.2.2 Data Gardu Distribusi dan Jumlah Pelanggan Penyulang Serangan .... 40
4.2.3 Data Panjang Saluran dan Jenis Penghantar Penyulang Serangan ... 41
4.2.4 Data Output Daya PLTSa Suwung ... 42
4.3 Analisis Rugi-Rugi Daya Pada Penyulang Serangan ... 43
4.3.1 Analisis Rugi-Rugi Daya Pada Penyulang Serangan Untuk Kondisi Tidak Terinterkoneksi DG dan Terinterkoneksi DG (PLTSa Suwung) ... 44
4.3.2 Analisis Lokasi Interkoneksi Distributed Generation Untuk Memperoleh Nilai Rugi-Rugi Daya Terendah ... 47
4.4 Analisis Tingkat Keandalan Penyulang Serangan ... 51
4.4.1 Analisis Tingkat Keandalan Pada Penyulang Serangan Untuk Kondisi Tidak Terinterkoneksi DG dan Terinterkoneksi DG (PLTSa Suwung) ... 52
4.4.2 Analisis Lokasi Interkoneksi Distributed Generation Untuk Memperoleh Nilai Indeks Keandalan Terbaik ... 56
4.5 Lokasi Interkoneksi DG Pada Penyulang Serangan dengan Nilai Rugi-Rugi Daya Terendah dan Keandalan Tertinggi ... 59
BAB V SIMPULAN DAN SARAN 5.1 Simpulan ... 61
5.2 Saran ... 62
DAFTAR PUSTAKA ... 63
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Interkoneksi DG pada Jaringan Distribusi Tenaga Listrik ... 7
Gambar 2.2 Konfigurasi Sistem Distribusi Tipe Radial ... 13
Gambar 2.3 Konfigurasi Sistem Distribusi Tipe Ring / Loop ... 13
Gambar 2.4 Konfigurasi Sistem Distribusi Tipe Spindel ... 14
Gambar 2.5 Saluran Udara Tegangan Menengah (SUTM) ... 15
Gambar 2.6 Jenis-jenis Kawat Penghantar Tenaga Listrik ... 16
Gambar 2.7 Kabel Udara Tegangan Menengah (KUTM) ... 17
Gambar 2.8 Kabel Tanah Tegangan Menengah (KTM) ... 18
Gambar 3.1 Diagram Alur Analisis ... 35
Gambar 4.1 Single Line Diagram Penyulang Serangan ... 37
Gambar 4.2 Grafik Karakteristik Beban Harian Penyulang Serangan ... 39
Gambar 4.3 Grafik Karakteristik Output Daya Rata-Rata PLTSa Suwung ... 43
Gambar 4.4 Rugi-Rugi Daya pada Kondisi Penyulang Serangan Tanpa Interkoneksi DG Menggunakan Software ETAP 7.5 ... 44
Gambar 4.5 Rugi-Rugi Daya pada Penyulang Serangan dengan Interkoneksi DG Menggunakan Software ETAP 7.5 ... 45
Gambar 4.6 Lokasi Interkoneksi DG pada Penyulang Serangan ... 46
Gambar 4.7 Titik Lokasi Interkoneksi DG pada Penyulang Serangan ... 47
Gambar 4.8 Grafik Perbandingan Rugi-Rugi Daya dari Setiap Lokasi Interkoneksi DG ... 49
Gambar 4.9 Lokasi Bus 46 pada Penyulang Serangan ... 50
Gambar 4.10 Indeks Keandalan pada Kondisi Penyulang Serangan Tanpa Interkoneksi DG Menggunakan Software ETAP 7.5 ... 52
Gambar 4.11 Indeks Keandalan pada Penyulang Serangan Dengan Interkoneksi DG Menggunakan Software ETAP 7.5 ... 53
Gambar 4.12 Lokasi Interkoneksi DGpPada Penyulang Serangan ... 54
Gambar 4.13 Grafik Perbandingan Nilai Indeks SAIFI ... 55
xiii
Gambar 4.15 Grafik Perbandingan Nilai Indeks CAIDI ... 55 Gambar 4.16 Grafik Perbandingan Nilai Indeks ASAI ... 55 Gambar 4.17 Grafik Perbandingan Nilai Indeks ASUI ... 55 Gambar 4.18 Grafik Perbandingan Indeks Keandalan SAIFI dari Setiap Titik Lokasi
Interkoneksi DG ... 57 Gambar 4.19 Grafik Perbandingan Indeks Keandalan SAIDI dari Setiap Titik Lokasi
Interkoneksi DG ... 57 Gambar 4.20 Grafik Perbandingan Indeks Keandalan CAIDI dari Setiap Titik Lokasi
Interkoneksi DG ... 58 Gambar 4.21 Grafik Perbandingan Indeks Keandalan ASAI dari Setiap Titik Lokasi
Interkoneksi DG ... 58 Gambar 4.22 Grafik Perbandingan Indeks Keandalan ASUI dari Setiap Titik Lokasi
Interkoneksi DG ... 58
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Tipe DG Berdasarkan Range Daya Yang Dihasilkan ... 8
Tabel 2.2 Standar Indeks Keandalan SUTM Radial ... 31
Tabel 4.1 Data Beban Harian Penyulang Serangan Juli 2015 ... 38
Tabel 4.2 Data Gardu Distribusi Penyulang Serangan... 40
Tabel 4.3 Data Panjang Saluran dan Jenis Penghantar Penyulang Serangan ... 41
Tabel 4.4 Data Output Daya PLTSa Suwung ... 42
Tabel 4.5 Perbandingan Nilai Rugi-Rugi Daya Penyulang Serangan... 46
Tabel 4.6 Perbandingan Nilai Rugi-Rugi Daya dari Setiap Lokasi Interkoneksi DG ... 48
Tabel 4.7 Nilai Jatuh Tegangan Penyulang Serangan ... 50
Tabel 4.8 Laju Kegagalan dan Waktu Perbaikan Komponen ... 52
Tabel 4.9 Nilai Indeks Keandalan Penyulang Serangan ... 54
Tabel 4.10 Perbandingan Nilai Indeks Keandalan dari Setiap Lokasi Interkoneksi DG ... 56
Tabel 4.11 Nilai Rugi-Rugi Daya dan Indeks Keandalan dari Setiap Lokasi Interkoneksi DG ... 59
xv
DAFTAR SINGKATAN
AAAC = All Aluminium Alloy Conductor
AAC = All Aluminium Conductor
AC = Alternating Current
ACSR = Alumunium Conductor, Steel-Reinforced
ANSI = American National Standards Institute ASAI = Average Service Availability Index
ASUI = Average Service Unvailability Index
CAIDI = Customer Average Interruption Duration Index
CIGRE = International Council on Large Electric Systems
DC = Direct Current
DG = Distributed Generation
ETAP = Electric Transient and Analysis Program
GI = Gardu Induk
IEEE = Institute of Electrical and Electronics Engineers IPP = Independent Power Producer
kV = Kilo Volt
kW = Kilo Watt
MW = Mega Watt
NC = Normaly Close
NO = Normaly Open
PLN = Perusahaan Listrik Negara
PLTSa = Pembangkit Listrik Tenaga Sampah
PSKSK = Pembangkit Skala Kecil Swasta dan Koperasi SAIDI = System Average Interruption Duration Index SAIFI = System Average Interruption Frequency Index SPLN = Standar Perusahaan Listrik Negara
SKTM = Saluran Kabel Tegangan Menengah SKUTM = Saluran Kabel Udara Tegangan Menengah SUTM = Saluran Udara Tegangan Menengah XPLE = Cross-linked polyethylene
