6 BAB II
LANDASAN TEORI
2.1. Sistem Tenaga Listrik [4]
Sistem penyaluran tenaga listrik dari pembangkit tenaga listrik ke konsumen (beban), merupakan hal penting untuk dipelajari. Mengingat penyaluran tenaga listrik ini, prosesnya melalui beberapa tahap, yaitu dari pembangkit tenaga listrik penghasil energi listrik, disalurankan ke jaringan transmisi (SUTET) langsung ke gardu induk. Dari gardu induk tenaga listrik disalurkan ke jaringan distribusi primer (SUTM), dan melalui gardu distribusi langsung ke jaringan distribusi sekuder (SUTR), tenaga listrik dialirkan ke konsumen. Dengan demikian sistem distribusi tenaga listrik berfungsi membagikan tenaga listrik kepada pihak pemakai melalui jaringan tegangan rendah (SUTR), sedangkan suatu saluran transmisi berfungsi untuk menyalurkan tenaga listrik bertegangan ekstra tinggi ke pusat-pusat beban dalam daya yang besar (melalui jaringan distribusi). gambar 2.1 menunjukkan tenaga listrik yang dihasilkan dan dikirimkan ke konsumen melalui Pusat Pembangkit Tenaga Listrik, Gardu Induk, Saluran Transmisi, Gardu Induk, Saluran Distribusi, dan kemudian ke beban (konsumen tenaga listrik).
Gambar 2.1. Sistem pendistribusian tenaga listrik.
2.2. Sistem Distribusi [4]
Sistem Distribusi merupakan bagian dari sistem tenaga listrik. Sistem distribusi ini berguna untuk menyalurkan tenaga listrik dari sumber daya listrik besar (Bulk Power Source) sampai ke konsumen.
Fungsi sistim distribusi antara lain:
1. Pembagian atau penyaluan listrik ke beberapa tempat
2. Merupakan sub sitem yang langsung berhubungan dengan pelanggan
Distribusi Listrik adalah proses penyaluran listrik dari Jaringan Transmisi ke pelanggan pengguna energi listrik. Distribusi ini dibagi menjadi dua bagian yaitu :
1. Sistem jaringan distribusi primer Sistem jaringan distribusi primer atau sering disebut jaringan distribusi tegangan tinggi (JDTT) ini terletak antara gardu induk dengan gardu pembagi, yang memiliki tegangan sistem lebih tinggi dari tegangan terpakai untuk konsumen. Standar tegangan untuk jaringan distribusi primer ini adalah 6 kV, 10 kV, dan 20 kV (sesuai standar PLN). Sedangkan di Amerika Serikat standar tegangan untuk jaringan distribusi primer ini adalah 2,4 kV, 4,16 kV, dan 13,8 kV.
2. Sistem jaringan distribusi sekunder Sistem jaringan distribusi sekunder atau sering disebut jaringan distribusi tegangan rendah (JDTR), merupakan jaringan yang berfungsi sebagai penyalur tenaga listrik dari gardu-gardu pembagi (gardu distribusi) ke pusat-pusat beban (konsumen tenaga listrik).
Besarnya standar tegangan untuk jaringan ditribusi sekunder ini adalah 127/220 V untuk sistem lama, dan 220/380 V untuk sistem baru, serta 440/550 V untuk keperluam industri. Besarnya tegangan maksimum yang diizinkan adalah 3 sampai 4 % lebih besar dari tegangan nominalnya.
Penetapan ini sebanding dengan besarnya nilai tegangan jatuh (voltage drop) yang telah ditetapkan berdasarkan PUIL 661 F.1, bahwa rugi-rugi daya pada masuk dari JTR ke rumah pelanggan disebut SR. Pelanggan tegangan ini banyaknya menggunakan listrik satu fasa, walau ada beberapa memakai listrik tiga fasa.
1.2.1. Berdasarkan Sistem Penyaluran
Berdasarkan sistem penyalurannya, jaringan distribusi dapat dibedakan menjadi dua macam yaitu dengan :
a. saluran udara (overhead line)
b. saluran bawah tanah (underground cable).
Saluran udara merupakan sistem penyaluran tenaga listrik melalui kawat penghantar yang ditompang pada tiang listrik. Sedangkan saluran bawah tanah merupakan sistem penyaluran tenaga listrik melalui kabelkabel yang ditanamkan di dalam tanah.
A. Saluran Udara (Overhead Lines) Keuntungannya :
a. Lebih fleksibel dan leluasa dalam upaya untuk perluasan beban.
b. Dapat digunakan untuk penyaluran tenaga listrik pada tegangan diatas 66 kV.
c. Lebih mudah dalam pemasangannya.
d. Bila terjadi gangguan hubung singkat, mudah diatasi dan dideteksi.
Kerugiannya:
a. Mudah terpengaruh oleh cuaca buruk, bahaya petir, badai, tertimpa pohon, dsb.
b. Untuk wilayah yang penuh dengan bangunan yang tinggi, sukar untuk menempatkan saluran
c. Masalah efek kulit, induktansi, dan kapasitansi yang terjadi, akan mengakibatkan tegangan drop lebih tinggi.
d. Ongkos pemeliharaan lebih mahal, karena perlu jadwal pengecatan dan penggantian material listrik bila terjadi kerusakan.
B. Saluran Bawah Tanah (Underground Lines) Keuntungannya:
a. Tidak terpengaruh oleh cuaca buruk, bahaya petir, badai, tertimpa pohon, dsb.
b. Tidak mengganggu pandangan, bila adanya bangunan yang tinggi,
c. Dari segi keindahan, saluran bawah tanah lebih sempurna dan lebih indah dipandang,
d. Mempunyai batas umur pakai dua kali lipat dari saluran udara,
e. Ongkos pemeliharaan lebih murah, karena tidak perlu adanya pengecatan.
f. Tegangan drop lebih rendah karena masalah induktansi bisa diabaikan.
Kerugiannya:
a. Biaya investasi pembangunan lebih mahal dibanding-kan dengan saluran udara.
b. Saat terjadi gangguan hubung singkat, usaha pencarian titik gangguan tidak mudah (susah),
c. Perlu pertimbangan-pertimbangan teknis yang lebih mendalam di dalam perencanaan, khususnya untuk kondisi tanah yang dilalui. d. Hanya tidak dapat menghindari bila terjadi bencana banjir, desakan akar pohon, dan ketidakstabilan tanah.
2.2.2. Konfigurasi Jaringan Distribusi Listrik a. Sistem Jaringan Distribusi Radial
Bentuk jaringan ini merupakan bentuk yang paling sederhana, banyak digunakan dan murah. Dinamakan radial karena saluran ini ditarik secara radial dari suatu titik yang merupakan sumber dari jaringan itu dan dicabang-cabangkan ke titik-titik beban yang dilayani, seperti terlihat pada gambar 2.2
Gambar 2.2. Jaringan distribusi radial
Catu daya berasal dari satu titik sumber dan karena pencabangan-pencabangan tersebut, maka arus beban yang mengalir disepanjang saluran menjadi tidak sama
sehingga luas penampang konduktor pada jaringan bentuk radial ini ukurannya tidak sama karena arus yang paling besar mengalir pada jaringan yang paling dekat dengan gardu induk. Sehingga saluran yang paling dekat dengan gardu induk ini ukuran penampangnya relatif besar dan saluran cabang-cabangnya makin keunjung dengan arus beban yang lebih kecil mempunyai ukuran konduktornya lebih kecil pula. Spesifikasi dari jaringan bentuk radial ini adalah :
1. Biaya investasinya murah.
2. Kualitas pelayanan dayanya relatif jelek, karena rugi tegangan dan rugi daya yang terjadi pada saluran relatif besar.
3. Kontinuitas pelayanan daya kurang terjamin sebab antara titik sumber dan titik beban hanya ada satu alternatif saluran sehingga bila saluran tersebut mengalami gangguan maka akan mengalami “black out” secara total.
Untuk melokalisir gangguan pada bentuk radial ini biasanya dilengkapi dengan peralatan pengaman, fungsinya untuk membatasi daerah yang mengalami pemdaman total, yaitu daerah saluran sesudah atau dibelakang titik gangguan selama gangguan belum teratasi.
b. Sistem Jaringan Distribusi Loop
Jaringan ini merupakan bentuk tertutup, disebut juga bentuk jaringan ring.
Susunan rangkaian saluran membentuk ring, seperti terlihat pada gambar 2.3 yang memungkinkan titik beban terlayani dari dua arah saluran, sehingga kontinuitas pelayanan lebih terjamin serta kualitas dayanya menjadi lebih baik, karena drop tegangan dan rugi daya pada saluran menjadi lebih kecil.
Gambar 2.3. Jaringan Distribusi Loop c. Sistem Jaringan Distribusi Spindel
Jaringan distribusi spindel yang ditunjukkan gambar 2.4 merupakan saluran kabel tanah tegangan menengah (SKTM) yang penerapannya sangat cocok di kota-kota besar.
Gambar 2.4. Jaringan Distribusi Spindel
Sistem jaringan distribusi speindel sangat cocok untuk memenuhi kebutuhan- kebutuhan antara lain :
1. Peningkatan keandalan atau kontinuitas pelayanan sistem.
2. Menurunkan atau menekan rugi-rugi akibat gangguan.
3. Sangat baik untuk mensuplai daerah beban yang memiliki kerapatan beban yang cukup tinggi.
4. Perluasan jaringan mudah dilakukan.
5. Sistem ini cocok untuk melayani kota-kota besar dimana beban tersebar dimana-mana.
1.3. Gardu Transformator[10]
Gardu Trafo adalah gardu yang akan berfungsi untuk membagikan energi listrik pada konsumen yang memerlukan tegangan rendah. Dengan demikian pada gardu trafo dipasang/ditempatkan satu atau dua trafo distribusi yang dipergunakan untuk merubah tegangan menengah menjadi tegangan rendah selain dari peralatan hubungnya untuk melayani konsumen tegangan rendah.
Gardu trafo distribusi berlokasi dekat dengan konsumen.
Transformator dipasang pada tiang listrik dan menyatu dengan jaringan listrik. Untuk mengamankan transformator dan sistemnya, gardu dilengkapi dengan unit-unit pengaman. Karena tegangan yang masih tinggi belum dapat digunakan untuk mencatu beban secara langsung, kecuali pada beban yang didisain khusus, maka digunakan transformator penurun tegangan (step down) yang berfungsi untuk menurunkan tegangan menengah 20kV ke tegangan rendah 400/230Volt.
Gardu trafo, terdiri dari : Transformator, tiang, pondasi tiang, rangka tempat trafo, LV panel, pipa-pipa pelindung, Arrester, kabel-kabel, transformer band, peralatan grounding, dan lain-lain.
Gardu trafo distribusi ini terdiri dari dua sisi, yaitu : sisi primer dan sisi sekunder. Sisi primer merupakan saluran yang akan mensuplay ke bagian sisi sekunder. Unit peralatan yang termasuk sisi primer adalah :
a. Saluran sambungan dari SUTM ke unit transformator (primer trafo).
b. Fuse cut out.
c. Ligthning arrester.
2.4. Transformator[5]
2.4.1. Konstruksi Transformator
Transformator merupakan alat listrik statis yang digunakan untuk
memindahkan daya dari satu rangkaian ke rangkaian yang lain dengan mengubah tegangan, tanpa mengubah daya dan frekuensi. Transformator terdiri dari dua kumparan yang saling berinduksi (mutual inductance). Kumparan ini terdiri dari lilitan konduktor berisolasi sehingga kedua kumparan tersebut terisolasi secara elektrik antara yang satu dengan yang lain. Ratio perubahan tegangan tergantung dari ratio perbandingan jumlah lilitan kedua kumparan itu. Kumparan yang menerima daya listrik disebut kumparan primer sedangkan kumparan yang terhubung ke beban disebut kumparan sekunder. Kedua kumparan itu dililitkan pada suatu inti yang terbuat dari laminasi lembaran baja yang kemudian dimasukkan ke dalam tangki berisi minyak trafo. Apabila kumparan primer dialiri arus listrik bolak – balik, maka akan timbul fluks magnetik bolak – balik sepanjang inti yang akan menginduksi kumparan sekunder sehingga kumparan sekunder akan menghasilkan tegangan. Konstruksi dasar transformator ditunjukkan pada Gambar 2.5
Gambar 2.5. Inti Dasar Transformator
Apabila trafo diasumsi sebagai trafo ideal dimana tidak terjadi rugi-rugi daya pada trafo, maka daya pada kumparan primer (P1) sama dengan daya pada kumparan sekunder (P2). Besar tegangan dan arus pada kumparan sekunder diatur menggunakan perbandingan banyaknya lilitan antara kumparan primer dan kumparan sekunder berdasarkan rumus :
VP
VS = NP NS
Dimana :
Np = Banyaknya lilitan kumparan sisi primer Ns = Banyaknya lilitan kumparan sisi sekunder Vp = Tegangan sisi primer (V)
Vs = Tegangan sisi sekunder (V)
2.4.2. Prinsip Kerja Transformator
Transformator miliki dua kumparan yaitu kumparan primer dan kumparan
sekunder, dan kedua kumparan ini bersifat induktif. Kedua kumparan ini terpisah secara elektris namun berhubungan secara magnetis melalui jalur yang memiliki reluktansi (reluctance) rendah. Apabila kumparan primer dihubungkan dengan
sumber tegangan bolak-balik maka fluks bolak-balik akan muncul di dalam inti yang dilaminasi, karena kumparan tersebut membentuk jaringan tertutup maka mengalirlah arus primer. Akibat adanya fluks di kumparan primer maka di kumparan primer terjadi induksi ( self induction ) dan terjadi pula induksi di kumparan sekunder karena pengaruh induksi dari kumparan primer atau disebut sebagai induksi bersama ( mutual induction ) yang menyebabkan timbulnya fluks magnet di kumparan sekunder, maka mengalirlah arus sekunder jika rangkaian sekunder dibebani, sehingga energi listrik dapat ditransfer keseluruhan. Tujuan utama menggunakan inti pada transformator adalah untuk mengurangi reluktansi (tahanan magnetis) dari rangkaian magnetis (common magnetic circuit).
2.4.3. Bagian Bagian Transformator A. Inti Transformator
Secara umum inti transformator dibedakan menjadi dua jenis, yaitu tipe inti (core type), dan tipe cangkang (shell type). Tipe inti dibentuk dari lapisan besi berisolasi berbentuk persegi panjang dan kumparan transformatornya dibelitkan pada dua sisi persegi. Sedangkan tipe cangkang dibentuk dari lapisan inti berisolasi dan kumparan transformatornya di belitkan di pusat inti. Transformator dengan tipe konstruksi shell memiliki kehandalan yang lebih tinggi dari pada tipe konstruksi core
dalam menghadapi tekanan mekanis yang kuat pada saat terjadi hubung singkat. Kedua tipe inti transformator ini ditunjukkan pada Gambar 2.6
Gambar 2.6. Inti Transormator B. Minyak Transformator
Minyak transformator memegang peranan penting dalam sistem isolasi trafo dan juga berfungsi sebagai pendingin untuk menghilangkan panas akibat rugi-rugi daya pada trafo. Kandungan utama minyak trafo adalah naftalin, paraffin dan aromatik. Keuntungan minyak trafo sebagai isolator dalam trafo adalah :
• Isolasi cair memiliki kerapatan 1000 kali atau lebih dibandingkan dengan isolasi gas, sehingga memiliki kekuatan dielektrik yang lebih tinggi.
• Isolasi cairakan mengisicelah atau ruang yang akan diisolasi dan secara serentak melalui proses konversi menghilangkan panas yang timbul akibat rugi daya.
• Isolasi cair cenderung dapat memperbaiki diri sendiri (self healing) jika terjadi pelepasan muatan (discharge).
Kekuatan dielektrik adalah ukuran kemampuan elektrik suatu material sebagai isolator. Kekuatan dielektrik didefenisikan sebagai tegangan maksimum yang dibutuhkan untuk mengakibatkan dielectric breakdown pada material yang dinyatakan dalam satuan Volt/m. Semakin tinggi kekuatan dielektrik minyak trafo, maka semakin bagus kualitas minyak tersebut sebagai isolator. Hasil uji kekuatan dielektrik yang rendah, menunjukkan adanya benda-benda pengotor minyak seperti air atau partikel penghantar dalam minyak. Sebaliknya, apabila
hasil uji kekuatan dielektrik tinggi, bukan berarti bahwa tidak terjadi pengotoran dalam minyak tersebut. Untuk mencegah kemungkinan timbulnya kebakaran pada peralatan, perlu dipilih minyak dengan titik nyala yang tinggi. Titik nyala minyak baru tidak boleh lebih kecil dari 135 °C, sedangkan untuk minyak bekas tidak boleh kurang dari 130 °C. Menurut SNI 04 – 6954.2 – 2004 batas kenaikan suhu minyak bagian atas yang diperbolehkan adalah 60 °K pada suhu lingkungan sekitar normal ( 25°C sampai 40°C )
C.Bushing Transformator
Untuk tujuan keamanan, konduktor tegangan tinggi dilewatkan menerobos suatu bidang yang dibumikan melalui suatu lubang terbuka yang dibuat sekecil mungkin dan biasanya membutuhkan suatu pengikat padu yang disebut bushing.
Konstruksi suatu bushing sederhana ditunjukkan pada gambar 2.7.
Gambar 2.7. Konstruksi Suatu Bushing Sederhana
Bagian utama suatu bushing terdiri dari inti atau konduktor, bahan dielektrik dan flans yang terbuat dari logam. Inti berfungsi untuk menyalurkan arus dari bagian dalam peralatan ke terminal luar dan bekerja pada tegangan
tinggi. Dengan bantuan flans, isolator diikatkan pada badan peralatan yang dibumikan.
D.Sistem Pendingin Transformator
Sistem pendinginan trafo dapat dikelompokkan sebagai berikut :
• ONAN (Oil Natural Air Natural)
Sistem pendingin ini menggunakan sirkulasi minyak dan sirkulasi udara secara alamiah. Sirkulasi minyak yang terjadi disebabkan oleh perbedaan berat jenis antara minyak yang dingin dengan minyak yang panas.
• ONAF (Oil Natural Air Force)
Sistem pendingin ini menggunakan sirkulasi minyak secara alami sedangkan sirkulasi udaranya secara buatan, yaitu dengan menggunakan hembusan kipas angin yang digerakkan oleh motor listrik. Pada umumnya operasi trafo dimulai dengan ONAN atau dengan ONAF tetapi hanya sebagian kipas angin yang berputar. Apabila suhu trafo sudah semakin meningkat, maka kipas angin yang lainnya akan berputar secara bertahap.
• OFAF (Oil Force Air Force)
Pada sistem ini, sirkulasi minyak digerakkan dengan menggunakan kekuatan pompa, sedangkan sirkulasi udara mengunakan kipas angin.
2.5. Daya listrik [9]
2.5.1. Daya Listrik
Daya listrik atau dalam bahasa inggris disebut dengan Electrical power adalah jumlah energi yang diserap atau dihasilkan dalam sebuah sirkuit/rangkaian.
Sumber energi seperti tegangan listrik akan menghasilkan daya listrik sedangkan beban yang terhubung dengannya akan menyerap daya listrik tersebut. Dengan
kata lain daya listrik adalah tingkat komsumsi energidalam sebuah sirkuitatau rangkaian listrik. Contohnya adalah lampu pijar dan heater (pemanas), lampu pijar menyerap daya listrik yang diterimanya dan mengubahnya menjadi cahaya sedangkan heater mengubah serapan daya listrik tersebut menjadi panas. Semakin tinggi nilai beban nya maka, semakin tinggi pula daya listrik yang di konsumsinya. 2.1 menunjukan persamaan daya listrik:
P = V x I ... (2.1) P = Daya Listrik (W)
V = Tegangan Listrik (V) I = Arus Listrik (A)
2.5.2. Suplai Daya Listrik
Kapasitas suplai daya sangat tergantung pada jumlah kebutuhan daya dari beban terpasang dan kondisi beban saat beban puncak (maksimum). Kebutuhan tenaga listrik pada suatu industri harus disesuaikan dengan keadaan produktifitas perusahaan itu sendiri, yang paling penting adalah kontinuitas dan keandalan yang tinggi dalam pelayanannya. Suplai daya gedung A Universitas Semarang terdiri dari:
a. Suplai daya PLN
b. Suplai daya dari Generator set (GENSET)
Generator set (Genset) merupakan peralatan yang berguna untuk memasok daya listrik selama pemadaman listrik dan mencegah diskontinuitas kegiatan sehari-hari. Genset listrik merupakan sebuah alat yang mengubah energi mekanik yang diperoleh dari sumber eksternal menjadi energi listrik sebagai output.
2.5.3. Segitiga Daya
Segitiga daya merupakan segitiga yang menggambarkan hubungan matematik antara tipe-tipe daya yang berbeda yaitu daya aktif (watt), daya reaktif (VAR) dan daya semu (VA). Gambar 2.8 adalah gambar konsep segitiga daya.
S Q φ
P
Gambar 2.8. Segitiga Daya
a) Daya Aktif
Daya nyata disebut juga dengan daya aktif (P) atau pada gambar di atas disebut dengan real power dan memiliki satuan Watt. Daya nyata sederhananya adalah daya yang diperlukan oleh beban resistif murni. Daya nyata dimanfaatkan untuk mengubah suatu energi listrik menjadi bentuk energi lain.
Contoh penggunaannya adalah pada perangkat elektronik misalnya pada setrika listrik untuk mengubah energi listrik menjadi energi panas.di bawah ini adalah rumus daya nyata tiga phasa
P = V . I . Cos φ . √3 ... (2.2) b) Daya Reaktif
Daya reaktif (Q) cukup sulit untuk didefinisikan, secara sederhana daya reaktif adalah daya imajiner (khayal) yang menunjukkan adanya pergeseran arus dan tegangan listrik akibat adanya beban reaktif.
Beban reaktif tersebut bisa berupa beban induktif atau beban kapasitif, contohnya kipas angin, mesin cuci, pompa dll. Daya reaktif diukur dengan satuan VAr (Volt Ampere-reaktif). Di bawah ini adalah rumus daya reaktif 3 phasa
Q = V . I . Sin φ √3... (2.3) c) Daya Semu
Daya semu atau disebut juga dengan daya total (S), pada gambar di atas adalah apparent power. Daya total tersebut ada yang dihamburkan atau diserap kembali pada rangkaian arus bolak balik (AC). Daya semu juga merupakan hasil kali dari Tegangan rms (root mean square) dan Arus rms. Di bawah ini adalah rumus daya semu 3 phasa
S = V . I . √3 ... (2.4) 2.6. Analisis Aliran Daya[8]
Analisis aliran daya merupakan penentuan atau perhitungan tegangan, arus, daya aktif, daya reaktif, faktor daya yang terdapat pada setiap simpul atau bus suatu sistem tenaga listrik. Perhitungan tersebut dilakukan pada kondisi normal, baik yang sedang berjalan saat ini maupun yang diharapkan akan berkembang di masa mendatang. Dengan analisis aliran daya listrik dapat diketahui efek-efek interkoneksi dengan sistem tenaga lain, beban yang baru, sistem pembangkit yang baru, dan saluran yang baru.
2.6.1. Faktor Daya[1]
Faktor daya yang dinotasikan sebagai cos φ didefinisikan sebagai perbandingan antara arus yang dapat menghasilkan kerja didalam suatu rangkaian terhadap arus total yang masuk kedalam rangkaian atau dapat dikatakan sebagai perbandingan daya aktif (kW) dan daya semu (kVA). Daya reaktif yang tinggi
akan meningkatkan sudut ini dan sebagai hasilnya faktor daya akan menjadi lebih rendah. Faktor daya selalu lebih kecil atau sama dengan satu.
cos φ =P/S ... (2.5) Dalam sistem tenaga listrik dikenal 3 jenis faktor daya yaitu faktor daya unity, faktor daya terbelakang (lagging) dan faktor daya terdahulu (leading) yang ditentukan oleh jenis beban yang ada pada sistem.
A. Faktor Daya Unity
Faktor daya unity adalah keadaan saat nilai cos φ adalah satu dan tegangan sephasa dengan arus. Faktor daya Unity akan terjadi bila jenis beban adalah resistif murni.
Gambar 2.9. Arus Sephasa Dengan Tegangan
Pada Gambar terlihat nilai cos φ sama dengan 1, yang menyebabkan jumlah daya nyata yang dikonsumsi beban sama dengan daya semu.
B. Faktor Daya Terbelakang (Lagging)
Faktor daya terbelakang (lagging) adalah keadaan faktor daya saat memiliki kondisi-kondisi sebagai berikut :
1. Beban/ peralatan listrik memerlukan daya reaktif dari sistem atau beban bersifat induktif.
2. Arus (I ) terbelakang dari tegangan (V), V mendahului I dengan sudut φ
Gambar 2.9. Arus tertinggal dari tegangan sebesar sudut φ
Dari Gambar terlihat bahwa arus tertinggal dari tegangan maka daya reaktif mendahului daya semu, berarti beban membutuhkan atau menerima daya reaktif dari sistem.
C. Faktor Daya Mendahului (Leading)
Faktor daya mendahului (leading) adalah keadaan faktor daya saat memiliki kondisi-kondisi sebagai berikut :
1. Beban/ peralatan listrik memberikan daya reaktif dari sistem atau beban bersifat kapasitif.
2. Arus mendahului tegangan, V terbelakang dari I dengan sudut φ
Gambar 2.10. Arus Mendahului Tegangan Sebesar Sudut φ.
Dari Gambar terlihat bahwa arus mendahului tegangan maka daya reaktif tertinggal dari daya semu, berarti beban memberikan daya reaktif kepada sistem.
2.6.2. Rugi Daya (losses) [7]
Konduktor pada bagian penyaluran energi listrik mempunyai resistansi terhadap arus listrik, jadi ketika sistem beroperasi pada bagian penyaluran ini akan terjadi rugi daya yang berubah menjadi energi panas. Rugi daya pada gardu induk relatif kecil, sehingga rugi daya dalam sistem tenaga listrik dapat dianggap terdiri dari rugi daya pada jaringan transmisi dan jaringan distribusi. Jika energi listrik disalurkan melalui jaringan arus bolak-balik tiga fasa, maka rugi daya pada jaringan tersebut adalah :
ΔP1 = 3.I2.R (watt)………...(2.6) Keterangan :
I : arus konduktor (Ampere) R : resistansi konduktor (Ω) 2.6.3. Metode Perhitungan Aliran Daya A. Metode Gauss Seidel[9]
Metode Gauss-Seidel digunakan untuk menyelesaikan sistem persamaan linear (SPL) berukuran besar dan proporsi koefisien nolnya besar, seperti sistem- sistem yang banyak ditemukan dalam sistem persamaan diferensial. Metode iterasi Gauss-Seidel dikembangkan dari gagasan metode iterasi pada solusi persamaan tak linier.
Teknik iterasi jarang digunakan untuk menyelesaikan SPL berukuran kecil karena metode-metode langsung seperti metode eliminasi Gauss lebih efisien daripada metode iteratif. Akan tetapi, untuk SPL berukuran besar dengan persentase elemen nol pada matriks koefisien besar, teknik iterasi lebih efisien daripada metode langsung dalam hal penggunaan memori komputer maupun waktu komputasi. Dengan metode iterasi Gauss-Seidel sesatan pembulatan dapat diperkecil karena dapat meneruskan iterasi sampai solusinya seteliti mungkin sesuai dengan batas sesatan yang diperbolehkan.
kelebihan antara lain adalah pemrogaman dan perhitungan relatif lebih mudah, waktu tiap iterasi relatif singkat dan metode ini sesuai untuk sistem jaringan yang sedikit (skala kecil).
B. Metode Newton – Raphson[9]
Teknik yang paling umum digunakan dalam menyelesaikan persamaan aljabar non linear secara iterasi adalah Metode Gauss-Seidel, Metode Newton Rhapson, dan Metode Quasi-Newton. Metode Newton-Rhapson memiliki
kecepatan konvergen kuadratik, oleh karena itu metode Newton-Rhapson merupakan metode matematis yang lebih unggul dibandingkan dengan metode Gauss-Seidel. Untuk sistem tenaga listrik yang besar, metode Newton-Rhapson
sangat efisien dan praktis dalam menyelesaikan analsis aliran daya. Jumlah iterasi yang diperlukan untuk memperoleh penyelesaiantidak bergantungpada ukuran sistem, tetapi diperlukan banyak fungsi evaluasi pada setiap iterasi.
Waktu komputasi pada perhitungan dengan metoda Newton-Raphson jauh lebih cepat dibandingkan pada penggunaan metode Algoritma-Genetika Sehingga banyak dipakai menyelesaikan analisis aliran daya. Pada sistem yang terdiri n bus, persamaan untuk penyelesaian aliran daya sebanyak (n-1), yang dalam matriks dapat dinyatakan dalam bentuk:
.
Persamaan di atas dapat disederhanakan menjadi :
………...(2.7) Atau
………(2.8) Keterangan :
ΔP dan ΔQ : Selisih daya aktif dan daya reaktif antara nilai yang diketahui dan nilai yang dihitung.
ΔV dan ΔΦ : Selisih tegangan bus dan sudut fasa
J1, J2, J3, dan J4 disebut sub matriks Jacobian dari matriks Jacobian J.
Dalam metode Newton-Raphson secara luas digunakan untuk permasalahan persamaan non-linear. Penyelesaian persamaan inimenggunakan permasalahan yang linear dengan solusi pendekatan. Metode ini dapat diaplikasikan untuk satu persamaan atau beberapa persamaan dengan beberapa variabel yang tidak diketahui.
Metode Newton-Raphson bila digambarkan dalam bentuk grafik maka akan didapatkan gambar sebagai berikut :
Gambar 2.11 Ilustrasi Metode Newton-Raphson
Pada gambar 2.9 dapat dilihat kurva garis melengkung diasumsikan grafik persamaan y = f(x), nilai xo pada garis x merupakan nilai perkiraan awal, kemudian dilakukan dengan nilai perkiraan kedua hingga ketiga.
C. Metode Yang Digunakan
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode newton rhapson karena banyaknya iterasi yang menggunakan admitasi-admitasi rel praktis tidak tergantung dari banyaknya rel, serta memiliki keuntungan dalam waktu komputeri yang leih pendek untuk penyelesaian dengan ketelitian yang sama.
2.7. ETAP Power Station[3]
ETAP (Electric Transient and Analysis Program) merupakan suatu perangkat lunak yang mendukung sistem tenaga listrik. Perangkat ini mampu bekerja dalam keadaan offline untuk simulasi tenaga listrik, online untuk pengelolaan data real-time atau digunakan untuk mengendalikan sistem secara real-time. Fitur yang terdapat di dalamnya pun bermacam-macam antara lain fitur yang digunakan untuk menganalisa pembangkitan tenaga listrik, sistem transmisi maupun sistem distribusi tenaga listrik.
ETAP dapat digunakan untuk membuat proyek sistem tenaga listrik dalam bentuk diagram satu garis (one line diagram) 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.
2.7.1. Elemen-Elemen Di ETAP
Suatu sistem tenaga terdiri atas sub-sub bagian, salah satunya adalah aliran daya dan hubung singkat. Untuk membuat sirnulasi aliran daya dan hubung singkat, maka data-data yang dibutuhkan untuk menjalankan program simulasi antara lain:
Data Generator
Data Transformator
Data Kawat Penghantar
Data Beban
Data Bus
Data Circuit Breaker
