Aliran Daya

(1)

ALIRAN DAYA

A. TUJUAN PERCOBAAN

1. Untuk mengetahui jaringan listrik pada umumnya.

2. Mengetahui besarnya tegangan pada setiap bus bar dari suatu sistem tenaga.

3. Menghitung aliran-aliran daya dan memeriksa apakah peralatan yang ada dalam sistem cukup untuk menyalurkan daya yang diinginkan

4. Mengetahui efek pembebanan terhadap jaringan transmisi. 5. Menghitung rugi-rugi pada jaringan transmisi.

B. DASAR TEORI

Untuk keperluan analisa serta penelitian yang lebih mendalam tentang jaringan, maka diambil suatu contoh sistem jaringan. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar 3.1. Gambar tersebut merupakan sistem transmisi sederhana. Sistem transmisi terebut terdiri dari dua pembangkit tenaga listrik, tiga busbar (1 buah busbar referensi/slack pada bus 1, satu buah bus generator/P-V pada bus 2, satu buah bus pembebanan/P-Q pada bus 3, pare-pare dan Sidrap serta tiga saluran transmisi yang saling interkoneksi.

(2)

Gambar 3.1 Sistim transmisi tiga bus tiga saluran

Dalam sistem transmisi tersebut akan diperhadapkan beberapa permasalahan menyangkut pengaliran daya di setiap saluran, antara lain:

1. Daya Pada Saluran

Daya yang pada saluaran transmisi terdiri atas dua, yaitu daya aktif dan daya reaktif. Daya aktif adalah daya termanfaatkan yang biasa di sebut dengan daya nyata sedangkan daya reaktif adalah daya yang hanya berputar dalam rangkaian listrik saja, tanpa dapat di konversikan ke bentuk daya yang lain.

Total daya yang yang mengalir di definisikan sebagai daya semu sebesar:

jQ P

S = ±

dimana :

S = Daya semu (MVA) P = Daya aktif (Mwatt) Q = Daya reaktif (MVAR)

3000 kvar Load1 72.801 MVA Gen1 50 MW Gen2 30 MW Z1 Z2 Z3 Bus1 60 kV Bus2 60 kV Bus3 55.21 kV 34.3MW -18Mvar 8.1MW -8.9Mvar 26.3MW -8.1Mvar 38MW -6.6Mvar 30MW -7.6Mvar 0MW 0.02Mvar 0MW 1Mvar 0MW 2.5Mvar 59.3MW 16.9Mvar

(3)

Besarnya daya disetiap saluran transmisi sangat ditentukan oleh besar tegangan yang diberikan pada saluran transmisi. Pemilihan besar tegangan ini tentunya didasarkan perhitungan analisa aliran daya pada setiap bus dan saluran, selain itu atas dasar pertimbangan isolasi dan biaya, serta rugi – rugi.

Untuk mengalirkan daya dari suatu gardu pembangkitan atau gardu induk transmisi secara teoritis, haruslah ada perbedaan jatuh tegangan pada sisi pengiriman dan penerimaan aliran daya yang disebabkan oleh berbagai masalah atau keadaan. Tentunya pada sisi pengiriman harus mempunyai tegangan yang lebih besar di banding sisi penerimaan.

Namun secara teori juga menyatakan syarat interkoneksi suatu sistem pembangkit, yaitu tegangan jala – jala harus sama. Hal ini dapat di atasi dengan mengatur sudut fasa tegangan θ. Adanya perbedaan sudut fasa tegangan θ

menyebabkan perbedaan arah vector yang pada akhirnya menyebabkan mengalirnya daya ke saluran transmisi sesuai dengan yang diinginkan.

2. Rugi – rugi Penyaluran Daya

Hilangnya daya (rugi daya) pada saluran transmisi yang terbesar hilang daya pada penghantar. Hilang daya tersebut bias diakibatkan oleh resistivitas dari bahan penghantar dan panjang dari penghantar itu sendiri. Besarnya rugi – rugi aliran daya bias diketahui dengan persamaan P = 3 I2_{R pada saluran tiga fasa. Di}

mana besarnya nilai tahanan R ditentukan dengan persamaan R = ρ.L/A. dalam hal ini L adalah panjang dari pada saluran (m). untuk memperoleh rugi – rugi tersebut di peroleh dari selisih antara daya pada pangkal pengiriman (sending end) dengan daya pada ujung penerimaan (receiving end).

3. Arah aliran daya

Di dalam suatu sistem transmisi arah aliran daya merupakan hal yang sangat penting. Arah aliran daya yang dimaksud disini adalah arah aliran daya di setiap saluran yang menghubungkan gardu induk yang satu dengan yang lainnya. Ada dua sisi pada sistem transmisi yang ditinjau menyangkut hal ini, yaitu sisi pengiriman aliran daya dan sisi penerimaan aliran daya setiap gardu induk.

(4)

dengan kondisi ideal adalah jenis daya daya reaktif ± JQ, tanda “±” sangat ditentukan oleh beban yang digunakan yaitu beban induktif (L) dan beban kapasitif (C) . beban induktif menandakan arah vector lagging yang berakibat kondisi yang berlawanan kondisi ideal. Untuk mengatasi hal tersebut di pasang kapasitor shunt pada gardu induk induk bersangkutan. Karena sifat kapasitif dari kapasitor yang menyebabkan arah vector leading.

5. Efek Pembebanan Terhadap Jaringan Transmisi.

Pembebanan pada jaringan transmisi sangat berpegaruh terhadap kinerja dari pada jaringan itu sendiri (kondisi lagging atau leading), dalam hal ini yang dimaksudkan adalah pembebanan yang bersifat induktif atau bersifat kapasitif. Seperti yang kita ketahui efek pembebaan tersebut menyebabkan timbulnya sudut fasa tegangan yang secara langsung sangat berpengaruh pada besarnya daya nyata yang biasa terpakai. Seperti yang telah di sebutkan pada sub bab terdahulu bahwa untuk mengantisipasi kondisi tersebut maka perlu tindakan penyeimbangan (kondisi lagging yang berlawanan dengan kondisi ideal yang disebabkan oleh pembebanan induktif di atasi dengan pemasangan kapasitor shunt).

Data-Data Yang Diperlukan Dalam Aliran Daya

a. Data Generator b. Data beban

c. Data saluran transmsi

d. Data bus (Pembangkitan dan pembebanan) e. Data tambahan (Misalnya kapasitor)

Data Generator berupa tegangan, daya semu dan power factor yang dibangkitkan oleh generator. Data beban berupa tegangan, daya aktif dan reaktif. Sedangkan data saluran transmisi yang dimaksud adalah harga-harga tahanan (R), Reaktansi (X) dan ½ suspetansi ke tanah (Y/2) setiap cabang saluran transmisi.

Macam Bus dan Besaran-Besaran

Dalam studi-studi sistem tenaga listrik, dikenal tiga macam bus. Bus-bus tersebut adalah:

(5)

a. Slack bus/swing bus atau bus referensi

Adalah suatu bus, yang selalu mempunyai besaran dan sudut-sudut fasa yang tetap dan telah diberikan sebelumya, pada bus ini berfungsi untuk mencatu rugi-rugi. Kekurangan daya yang pada jaringan, di mana hal ini penting karena kekurang daya tidak dapat dicapai kecuali terdapat suatu bus yang mempunyai rugi daya yang tak terbatas sehingga dapat mengimbangi rugi-rugi.

b. Voltage controlet bus atau bus generator (P-V)

Pada tipe bus ini dimana besar tegangan dan daya aktif telah ditentukan sedangkan daya reaktif dan sudut fasa tegangan didapat dari hasil perhitungan.

c. Lood bus atau beban (P-Q bus)

Tipe bus ini daya aktif dan daya reaktif diketahui, sedangkan dua lainnya didapat dari hasil perhitungan. pada tiap-tiap terdapat 4 besaran:

• Daya aktif P

• Daya reaktif Q

• Harga scalar tegangan [V]

• Sudut fasa tegangan θ.

Pada tiap-tiap bus hanya dua macam besaran yang ditentukan, sedangkan kedua besaran yang lain merupakan hasil akhir perhitungan.

Besaran-besaran yang ditentukan itu adalah:

a. Slack bus : harga scalar [V] dan sudut fasanya θ

b. Voltage controlled bus: daya riil P dan harga tegangan [V]. c. Bus beban: daya aktif (P) dan daya reaktif (Q)

Metode Perhitungan Daya Pada Sistem Interkoneksi

Metode perhitungan daya pada suatu sistem transmisi memanfaatkan analisa penyelesaian persamaan non-linear yang cukup rumit. Metode yang biasa digunakan untuk menghitung aliran daya pada sistem saluran transmisi adalah metode Gauss Seidel, metode Newton Raphson dan metode Fast Decouple. Pada praktikum ini untuk menghitung aliran daya pada sistem tersebut dibantu dengan menggunakan program computer (ETAP) yang merupakan aplikasi pemanfaatan ketiga metode di atas.

(6)

Bus-Sidrap 20 kV Sidrap 29.282 MVA Pare-pare-Sidrap Bus-Pare-pare 20 kV Pare-pare 63.441 MVA Pangkep-Pare-pare Bus-Pangkep 20 kV Pangkep 23.476 MVA T E L L O -P a n g k e p Bus-TELLO 20 kV TELLO-SENGKANG Bus-SENGKANG 20 kV SENGKANG 60 MW S E N G K A N G -S i d r a p SENGKANG-Pare-pare SENGKANG-Pangkep TELLO 90.3 MW

C. ALAT DAN BAHAN

1. Komputer 1 buah dengan program ETAP 2. Flash Disk 1 buah

3. Kertas secukupmya

D. GAMBAR RANGKAIAN

DIAGRAM SATU GARIS PERCOBAAN SISTEM SIMULASI

Gambar 3.2. Diagram satu garis percobaan simulasi aliran daya

E. PROSEDUR PERCOBAAN

1. Siapkan peralatan yang digunakan baik piranti keras maupun lunak. 2. Hidupkan komputer lalu menjalankan program ETAP dengan mengklik

icon ETAP pada desktop.

(7)

4. Buatlah diagram satu garis sistem pembangkit ke dalam program ETAP (perhatikan gambar 3.2)

5. Menginput data-data peralatan sistem, ke dalam program ETAP 6. Operasikanlah program untuk menghitung aliran daya pada sistem

dengan mengklik run load flow pada tools program

Gambar 3.3. Toolbar aliran daya

7. Untuk melihat hasil perhitungan dapat dilihat pada report manager dan dapat dicetak langsung.

8. Setelah percobaan selesai simulasi program dan hasil perhitungan dapat disave ke dalam flash disk atau alat penyimpan data lainnya.

F. KESELAMATAN KERJA

Beberapa hal yang perlu diperhatikan berkaitan dengan keselamatan kerja: 1. Perhatikanlah petunjuk penggunaan alat/software sebelum melakukan

percobaan, tanyakanlah kepada pembimbing job apabila ada hal yang kurang dimengerti.

2. Hindari penggunaan flash Disk atau alat penyimpanan data lainnya yang bervirus.

(8)

G. DATA PERCOBAAN 1. Data Generator a. SENGKANG Mode : Swing V : 20 kV P : 60 MW PF : 95 % b. TELLO

Mode : voltage control

V : 20 kV P : 90.3 MW PF : 95 % 2. Data Beban a. PANGKEP V : 20 kV P : 20.13 MW Q : 12.08 Mvar b. PARE-PARE V : 20 kV P : 54.4 MW Q : 32.64 Mvar c. SIDRAP V : 20 kV P : 25.01 MW Q : 15.23 Mvar 3. Data Saluran a. TELLO-SENGKANG R : 0.0733 Ω X : 0.1986 Ω Y : 0.0721 Ω Panjang : 150 km b. TELLO-PANGKEP R : 0.0144 Ω X : 0.0391 Ω Y : 0.0284 Ω Panjang : 20 km

(9)

c. SENGKANG-PANGKEP R : 0.0733 Ω X : 0.1986 Ω Y : 0.0721 Ω Panjang : 130 km d. PANGKEP- PARE-PARE R : 0.0581 Ω X : 0.1575 Ω Y : 0.0286 Ω Panjang : 50 km e. SENGKANG-PARE-PARE R : 0.0581 Ω X : 0.1575 Ω Y : 0.0286 Ω Panjang : 50 km f. PARE-PARE-SIDRAP R : 0.0121 Ω X : 0.0327 Ω Y : 0.0059 Ω Panjang : 60 km g. SENGKANG-SIDRAP R : 0.0289 Ω X : 0.0784 Ω Y : 0.0142 Ω Panjang : 40 km 4. Data Bus

Bus SENGKANG, TELLO, PANGKEP, PARE-PARE, SIDRAP Vnominal : 20 kV

(10)

(11)

(12)

I. ANALISIS DATA HASIL SIMULASI

Percobaan : STATIC LOAD a. Analisis Tegangan Bus

 Tegangan Awal (Initial Voltage) :

1) Bus-Tello : 20 kV

2) Bus-Sengkang : 20 kV

3) Bus-Pangkep : 20 kV

4) Bus-Pare-pare : 20 kV

5) Bus-Sidrap : 20 kV

 Tegangan setelah disimulasi :

1) Bus-Tello : 20,194 kV

2) Bus-Sengkang : 20 kV 3) Bus-Pangkep : 20,129 kV 4) Bus-Pare-pare : 19,92 kV

5) Bus-Sidrap : 19,926 kV

b. Analisis Aliran Daya  Bus-Pangkep:

 Daya Aktif (P) : 20,39 MW  Dara Reaktif (Q) : 12,23 Mvar  Bus-Pare-pare:

 Daya Aktif (P) : 53,97 MW  Dara Reaktif (Q) : 32,38 Mvar  Bus-Sidrap:

 Daya Aktif (P) : 19,98 MW  Daya Reaktif (Q) : 11,99 Mvar

(13)

c. Analisis Losses Jaringan Transmisi  Bus From Pangkep to Pare-pare

Daya yang terkirim, Ps

 Daya Nyata (P) : 31,449 MW  Daya Reaktif (Q) : 9,048 MVar Daya yang diterima, Pr

 Daya Nyata (P) : -31,274 MW  Daya Reaktif (Q) : -20,402 MVar Rugi-rugi saluran transmisi, PLoses

 Daya Nyata (P) : 175 kW  Daya Reaktif (Q) : --10994 kVar

 Bus From Pangkep to Sengkang Daya yang terkirim, Ps

 Daya Nyata (P) : 12,783 MW  Daya Reaktif (Q) : -6,244 MVar Daya yang diterima, Pr

 Daya Nyata (P) : 42,2 kW  Daya Reaktif (Q) : -28912 kVar

 Bus From Pangkep to Tello Daya yang terkirim, Ps

(14)

Daya yang diterima, Pr

 Daya Nyata (P) : 64,774 MW  Daya Reaktif (Q) : 4,266 MVar

Rugi-rugi saluran transmisi, PLoses

 Daya Nyata (P) : 151,7 kW  Daya Reaktif (Q) : -11132,2 kVar

 Bus From Pare-pare to Sidrap Daya yang terkirim, Ps

 Daya Nyata (P) : -7,474 MW  Daya Reaktif (Q) : -1,850 MVar Daya yang diterima, Pr

 Daya Nyata (P) : 7,476 MW  Daya Reaktif (Q) : -0,487 MVar Rugi-rugi saluran transmisi, PLoses

 Bus From Pare-pare To Sengkang Daya yang terkirim, Ps

(15)

 Bus From Sengkang to Sidrap Daya yang terkirim, Ps

 Daya Nyata (P) : 27,518 MW  Daya Reaktif (Q) : 6,007 MVar

Daya yang diterima, Pr

 Bus From Sengkang to Tello Daya yang terkirim, Ps

(16)

J. KESIMPULAN

Kesimpulan yang diperoleh dari simulasi aliran daya dengan menggunakan ETAP 4.0 adalah:

1. Tegangan yang paling rendah untuk tinjauan sistem dalam keadaan normal adalah pada bus pare-pare.

2. Aliran daya nyata yang paling tinggi terdapat pada transmisi antara bus-Pangkep dengan bus-Tello

3. Daya reaktif yang paling besar mengalir pada transmisi antara bus-Pangkep dengan bus-Sengkang.

4. Tegangan pada setiap bus bergantung pada besar daya reaktif bus tersebut.

5. Losses paling tinggi terjadi pada saluran antara bus-Pangkep dengan bus-Pare-pare.

6. Losses akan semakin besar jika jarak transmisi dan daya yang disalurkan semakin besar.