ANALISA REKONFIGURASI SISTEM DISTRIBUSI 20 kV UNTUK MEMPERBAIKI
KINERJA SISTEM DISTRIBUSI MENGGUNAKAN ELECTRICAL TRANSIENT
ANALYSIS PROGRAM
Abrar Tanjung
Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lancang Kuning E-mail : abrartanjung_1970@yahoo.co.id
Abstrak
Kebutuhan tenaga listrik dihitung berdasarkan besarnya aktivitas dan intensitas penggunaan tenaga listrik. Aktivitas penggunaan tenaga listrik berkaitan dengan tingkat perekonomian dan jumlah penduduk. Semakin tinggi tingkat perekonomian akan menyebabkan aktivitas penggunaan tenaga listriknya semakin tinggi, begitu juga untuk jumlah penduduk. Dalam pengoperasian sistem tenaga listrik salah satu faktor utama yang diinginkan konsumen adalah kehandalan sistem penyaluran daya yang dikirimkan dari sumber-sumber pembangkit dengan daya yang diterima oleh konsumen, daya yang dikirimkan tersebut biasanya akan mengalami ketidak seimbangan sehingga mengalami rugi-rugi daya atau tegangan tidak stabil.
Untuk mengatasi permasalahan dilakukan perhitungan dengan menggunakan Electrical Transient Analisys Program (ETAP) 4.0.0 pada PT. PLN cabang Dumai Ranting Duri Gardu Hubung Wonosobo.
Diperoleh hasil rekonfigurasi 5 lebih baik dengan tegangan terima terendah sebesar 17.725kV, Rugi daya aktif
7.426 kW dan daya reaktif 4.142 kVAr dari kodisi eksisting dan diperoleh penghematan rugi-rugi daya aktif sebesar 12.539 kW dan daya reaktif 6.133 kVAr. Sehingga dari penghematan rugi-rugi daya diperoleh penghematan daya aktif sebesar 300.936 kWh daya reaktif sebesar dan penghematan biaya sebesar Rp. 180.561.600,-
Kata Kunci : Sistem Distribusi, tegangan terima, rugi-rugi daya, Electrical Transient Analisys Program
ANALYSIS OF RECONFIGURATION DISTRIBUTION SYSTEM 20 kV TO IMPROVE PERFORMANCE DISTRIBUTION SYSTEM BY USING ELECTRICAL TRANSIENT ANALYSIS
PROGRAM.
Absrtact
Electricity demand is calculated based on the activity and intensity of use of electricity. Activities associated with the use of electric power the economy and population levels.The higher level of economic activity will lead to greater use of electrical power, as well as for the population. In the operation of power system one of the main factors that consumers want is the power distribution system reliability that is sent from the sources of power with the power received by consumers, the power delivered will usually beexperiencing imbalances so that experienced loss of power or voltage is not stable.
To overcome the problems of calculation using Electrical Transient Analysis Program (ETAP) 4.0.0 in PT. PLN Branch Dumai Duri Wonosobo Connecting Relay Stations. Obtained better results with the reconfiguration_5 received the lowest voltage of 17.725 kV, 7.426 kW active power losses and reactive
power kVAR of Events existing 4.142 and obtained savings active power loss amounted to 12.539 kW and 6.133kVAR reactive power. So that the savings gained power loss savings of 300,936 kWh
of active power reactive power and cost savings amounting to Rp. 180 561 600, -
Gardu Induk Gardu Induk
G PM Pembangkit
Transmisi TT Feeder Distribusi TM
Distribusi TR Konsumen TR Konsumen TM Gardu Distribusi PM – Prime Mover G - Generator 1. Pendahuluan
Perkiraan kebutuhan tenaga listrik dihitung berdasarkan besarnya aktivitas dan intensitas penggunaan tenaga listrik. Aktivitas penggunaan tenaga listrik berkaitan dengan tingkat perekonomian dan jumlah penduduk. Dalam penyaluran tenaga listrik dari sumber tenaga listrik ke konsumen yang letaknya berjauhan selalu mengalami terjadinya kerugian berupa rugi-rugi daya dan rugi tegangan. Besarnya rugi-rugi daya dan rugi tegangan pada saluran distribusi tergantung pada jenis dan panjang saluran penghantar, tipe jaringan distribusi, kapasitas trafo, tipe beban, faktor daya, dan besarnya jumlah daya terpasang serta banyaknya pemakaian beban-beban yang bersifat induktif yang menyebabkan meningkatnya kebutuhan daya reaktif [Zuhal,1991].
Hasil optimal Pareto yang benar ditemukan dengan suatu multiobjective algoritma genetika menggunakan suatu variabel yang efisien dan beberapa masalah khusus mutasi dan operasi kawin silang Penyusunan ulang (Rekonfigurasi) dapat memperbaiki kinerja sistem distribusi, mengurangi rugi-rugi daya dan rugi tegangan serta melakukan keseimbangan beban, dengan menggunakan Metoda Aliran Daya (Debrapiya Das, 2006).
Suatu metoda program yang linier digunakan untuk teknik transportasi dan metoda pencarian Heuristic yang dikembangkan berdasarkan analisis pada arus beban optimal. Rekonfigurasi feeder untuk menurunkan rugi-rugi diaplikasikan pada jaring distribusi otomasi (Wagner, A.Y. Chikani, R. Hackman, Fellow, 2001).
2. Sistem Tenaga Listrik
Sistem tenaga listrik meliputi sistem pembangkitan, sistem transmisi dan sistem distribusi. Sistem distribusi mempunyai perananan yaitu untuk menyalurkan dan mendistribusikan tenaga listrik kemasing-masing beban atau konsumen dengan mengubah tegangan listrik yang didistribusikan menjadi tegangan yang dikehendaki, karena kedudukan sistem distribusi merupakan bagian yang paling akhir dari keseluruhan sistem tenaga listrik yang mempunyai fungsi mendistribusikan langsung tenaga listrik pada beban atau konsumen yang membutuhkan [Zuhal,1991].
Dalam pendistribusian tenaga listrik kekonsumen, tegangan listrik yang digunakan bervariasi tergantung dari jenis konsumen yang membutuhkan. Untuk konsumen industri bisaa digunakan tegangan menengah 20 kV atau 6,3 kV sedangkan untuk konsumen tegangan rendah 0,4 kV yang merupakan tegangan siap pakai untuk peralatan-peralatan perkantoran dan rumah tangga [Zuhal,1991].
Gambar 1. Sistem Ketenagalistrikan
3.Sistem Distribusi
Sistem tenaga listrik merupakan kumpulan peralatan/mesin listrik seperti generator, transformator, saluran transmisi, saluran distribusi dan beban yang merupakan satu kesatuan sehingga membentuk suatu sistem yang disebut sistem distribusi tenaga listrik yang berfungsi untuk mensuplai tenaga dan mengalirkan listrik dari sumber tenaga listrik (pembangkit, gardu induk, dan gardu distribusi) ke beban atau konsumen (Pabla,1994)).
Dalam sistem distribusi terdapat beberapa bentuk jaringan yang umum digunakan dalam menyalurkan dan mendistribusikan tenaga listrik yaitu :
1. Sistem Jaringan Distribusi Radial.
2. Sistem Jaringan Distribusi Rangkaian Tertutup (loop).
3. Sistem Jaringan Distribusi Spindel.
3.1 Jaringan Distribusi Radial
Bentuk jaringan sistem ini merupakan bentuk dasar yang paling sederhana dan paling banyak digunakan. Sistem disebut radial karena jaringan ini ditarik secara radial dari Gardu Induk ke pusat-pusat beban atau konsumen yang dilayani. Sistem ini terdiri dari saluran utama dan saluran cabang seperti terlihat pada gambar 2.
PMS PMT PMS PMS PMS PMS Express Feeder Feeder 1 Feeder 2 Feeder 3 GH PMT GI Feeder 4 Beb an P M S P M T Beb an P M S PM T Beb an P M S PM T Beban PMS P M T Beb an P M S P M T B eb an P M S P M T B eb an P M S P M T Beban PMSPMT B eb an PM S PM T Beban PMTPMS PMT PMT PMT PMT Beban Beban Beban Beban B eb an PMT PMT PMT Gardu Induk P M S PMS P M S P M S P M S Feeder 1 Feeder 2 P M T P M T P M T P M T PMT Beban Beban Beban Beban Beban PMT PMT PMT PMT PMT PMT PMS PMS PMS PMS PMT PMT PMT Feeder 1 Feeder 2
Gambar 2 Sistem Jaringan Distribusi Radial
3.2 Sistem Jaringan Distribusi Rangkaian Tertutup
Sistem jaringan ini disebut rangkaian tertutup karena saluran primer yang menyalurkan daya sepanjang daerah beban yang dilayani membentuk suatu rangkaian tertutup seperti terlihat pada gambar 3
.
Gambar 3 Sistem Jaringan Distribusi Rangkaian Tertutup.
3.3 Sistem Jaringan Distribusi Spindel
Sistem jaringan ini merupakan kombinasi antara jaringan radial dengan jaringan rangkaian terbuka (open loop). Titik beban memiliki kombinasi alternatif penyulang sehingga bila salah satu penyulang terganggu, maka dengan segera dapat digantikan oleh penyulang lain. Dengan demikian kontinuitas penyaluran daya sangat terjamin. Bentuk sistem jaringan distribusi spindel dapat dilihat pada gambar 4.
Gambar 4 Sistem Jaringan Distribusi Spindel
4. Transformator Distribusi
Transformator atau trafo adalah jenis mesin listrik statis yang bekerja berdasarkan prinsip elektromagnetik. Secara umum trafo terdiri dari trafo daya, trafo tegangan dan trafo arus. Trafo daya adalah trafo yang bisaa digunakan di gardu induk maupun gardu distribusi. Sedangkan trafo tegangan dan trafo arus adalah trafo yang digunakan untuk pengukuran dan proteksi (Zuhal,1991).
Bila kumparan primer dengan N1-lilitan
diberi tegangan bolak-balik V1, maka pada
kumparan tersebut mengalir arus I1 dan
menimbulkan fluksi medan listrik (
φ
) bolak-balik. Fluksi yang dihasilkan oleh kumparan primer ini mengalir pada inti trafo. Saat fluksi mengalir melewati atau memotong kumparan primer, maka sesuai dengan Hukum Farraday pada kumparan primer timbul Gaya Gerak Listrik (GGL) atau tegangan induksi (E1).
Gambar 5. Konstruksi dasar Transformator Fluksi yang dihasilkan oleh kumparan primer ini mengalir pada inti trafo. Saat fluksi mengalir melewati atau memotong kumparan primer, maka sesuai dengan Hukum Farraday pada kumparan primer timbul Gaya Gerak Listrik (GGL) atau tegangan induksi (E1).
Demikian juga saat fluksi memotong kumparan sekunder dengan N2-lilitan, maka pada
kumparan tersebut juga timbul tegangan induksi (E2).
E = N. (dφ/dt) (2.1)
5. Impedansi Saluran
Untuk perhitungan jatuh tegangan, resistansi dan reaktansi kedua konduktor perlu diperhitungkan. Kombinasi antara resistansi dan reaktansi disebut dengan impedansi yang dinyatakan dalam satuan ohm (Stevenson,1983).
Impedansi dapat dihitung dengan rumus : Z = R + jX
Maka :
Z =
R
2+
X
2 Ohm (2.2) (2.13) Keterangan :Z = Impedansi saluran (Ohm) R = Tahanan saluran (Ohm) X = Reaktansi (Ohm)
5.1 Tahanan
Tiap konduktor memberi perlawanan atau tahanan terhadap mengalirnya arus listrik dan hal ini dinamakan resistensi. Resistensi atau tahanan dari suatu konduktor (kawat penghantar) diberikan oleh :
A
l
R
=
ρ
Ohm (2.3) (2.14)Keterangan :
R = Resistansi (Ohm)
ρ
= Resistivitas (tahanan jenis penghantar)l = Panjang kawat (meter)
A = Luas penampang kawat (mm²)
5.2 Reaktansi
Sebuah konduktor yang dilalui arus listrik dikelilingi oleh garis-garis magnetik yang berbentuk lingkaran-lingkaran konsentrik. Dalam hal ini arus bolak-balik medan sekeliling konduktor tidaklah konstan melainkan berubah-ubah dan mengait dengan konduktor itu sendiri maupun dengan konduktor-konduktor lain yang terletak berdekatan. Oleh karena adanya kaitan-kaitan fluks tersebut, saluran memiliki sifat induktansi. Reaktansi induktif dari saluran udara tiga (Hadi Sahadat,1999)
Reaktansi penghantar untuk jaringan distribusi pada umumnya terdiri dari induktansi, maka reaktansinya disebut induktif (XL) yang dapat dihitung dengan rumus :
XL = 2 π fL (2.4)
Keterangan :
XL = Reaktansi jaringan (Ohm)
f = frekwensi (Hz) L = Induktansi (Henry)
Jelaslah bahwa reaktansi suatu instalasi listrik tergantung dari :
1. Jarak antar konduktor, yaitu ; semakin besar jarak, semakin besar pula reaktansi.
2. Radius konduktor, yaitu ; berkurang atau bertambahnya radius.
3. Panjang saluran, yaitu : akan bertambahnya nilai reaktansi (Hutauruk, 1985).
5.3 Rugi Daya Pada Jaringan Distribusi
Dalam penyediaan tenaga listrik, disyaratkan suatu level standar tertentu untuk menentukan kwalitas tegangan pelayanan. Secara umum ada 3 hal yang perlu dijaga kwalitasnya, yaitu :
1. Frekwensi (50 Hz)
2. Tegangan (+ 5% dan – 10%) 3. Kehandalan
Rugi-rugi daya adalah besarnya daya yang hilang pada suatu jaringanan, yang besarnya sama dengan daya yang disalurkan dari sumber dikurangi besarnya daya yang diterima pada perlengkapan hubungan bagian utama (Khotari,2005).
Besarnya rugi-rugi daya satu fasa dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut :
∆
P = I2 x R (Watt) (2.5) Keterangan :
∆
P = Rugi daya pada jaringan (Watt) I = Arus beban pada jaringan (Ampere) R = Tahanan murni (Ohm)Besar rugi-rugi daya pada jaringan tergantung pada besarnya tahanan dan arus beban pada jaringan tersebut. Untuk mengetahui besar rugi-rugi daya pada jaringan tiga fasa dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut :
∆
P = 3 x I2 x R (Watt) (2.6)6. Pengoperasian Jaringan Distribusi Tenaga Listrik
Pengoperasian dari jaringan distribusi tenaga listrik membutuhkan analisis yang terus menerus untuk menilai keberhasilan suatu sistem dan untuk menekan keefektifan rencana yang lain pada pengembangan sistem. Analisis ini menggunakan perhitungan tegangan dan arus rangkaian pada kondisi-kondisi tertentu. Pada pengoperasian jaringan distribusi tenaga listrik menimbulkan rugi-rugi daya yang terdiri dari rugi-rugi pada saluran distribusi, rugi-rugi pada transformator distribusi, meter-meter dan juga penurunan tegangan atau susut tegangan
8. Program ETAP (Electrical Transient
Analysis Program) PowerStation
PowerStation adalah software untuk power sistem yang bekerja berdasarkan
perencanaan (plant/project). Dalam
PowerStation, setiap perencanaan harus
menyediakan data base untuk keperluan itu. ETAP PowerStation dapat melakukan penggambaran single line diagram secara
grafis dan mengadakan beberapa analisis/studi yakni Load Flow (aliran daya), Short Circuit (hubung singkat), motor starting, harmonics
power sistems, transient stability, dan
protective device coordination.
Gambar 7. Tampilan program ETAP
9.Analisa Perhitungan Tegangan dan Rugi Daya Kondisi Terpasang PT. PLN Cabang Dumai Ranting Duri Gardu Hubung Wonosobo
PT. PLN Ranting Duri memperoleh suplai energi listrik dari Gardu Induk Garuda Sakti Pekanbaru. Dengan kapasitas daya Gardu Induk Duri sebesar 2 x 30 MVA, sebagian energi listrik tersebut digunakan untuk kebutuhan energi listrik di Duri dan sekitarnya, sebagian lagi diteruskan ke Gardu Induk Dumai dan Gardu Induk Bagan Batu. Di Gardu Induk Duri saluran transmisi 150 kV diturunkan menjadi saluran distribusi primer tegangan menengah 20 kV dan disalurkan melalui beberapa feeder.
Dari gardu induk Duri disalurkan melalui feeder-feeder pada gardu hubung Wonosobo (GH. Wonosobo) dengan daya trafo distribusi sebesar 400 kVA, yaitu :
1. Feeder Belutu 2. Feeder Soebrantas 3. Feeder Sebanga
Gambar 8. Sistem Distribusi 20 kV PT. PLN (Persero) Ranting Duri Eksisting
Saluran distribusi Feeder dari Gardu Induk-Duri merupakan saluran distribusi struktur radial, menggunakan Kawat penghantar jenis All Alluminum Alloy Conduktor (AAAC) ukuran 3x240 mm2, 3x150 mm2, 3x70 mm2.jenis dan ukuran penghantar, panjang saluran, dan Impedansi saluran antar trafo untuk Feeder Belutu, Feeder Subrantas dan Feeder Sebanga
Perhitungan rugi-rugi daya dan tegangan:
Untuk saluran 1 (GH-Tr. 232) Feeder Belutu Panjang saluran = 500 m
Impedansi = 0.2982 Ohm Arus beban = 91 Amp Tegangan GH = 19612 V
Gambar 9. Saluran Feeder Belutu.
Drop Tegangan pada saluran tersebut Volt 27.14 0.2982 X 91 Km 0.5 x 2 (0.2729) 2 (0.5303) x 91 l x 2 (X) 2 (R) x I Z x I ΔV = = + = + = =
Tegangan terima pada Trafo 232 adalah V232 = VGH - ∆V
= 19612 – 27.14 = 19585 Volt
= 19.585 kV
Rugi daya pada saluran – 1 adalah Rugi daya Aktif :
∆P1 = I 2 x R = (91)2 x 0.5303 = 4391 watt = 4.391 kW Rugi daya Reaktif : ∆Q1 = I 2 x X = (91)2 x 0.2729 = 2260 VAr = 2.260 kVAr
10.Perhitungan Untuk Memperbaiki
Kinerja Sistem Distribusi 20 kV
Menggunakan ETAP 4.0.0
Perhitungan dilakukan dengan menggunakan bantuan program ETAP versi
Tr.280 Tr.05 Tr.06 Tr.13 Tr.14 Tr.25 Tr.28 Tr.31 Tr.42 Tr.43 Tr.44 Tr.53 Tr.78 Tr.82 Tr.89 Tr.94 Tr.100 F. Soebrantas F. Belutu GH. Wonosobo Tr.270 Tr.272 Tr.274 Tr.232 Tr.287 Tr.134 Tr.143 Tr.130 Tr.183 Tr.163 Tr.142 Tr.279 Tr.150 Tr.229 Tr.298 Tr.68 Tr.188 30 MVA 150/20 kV 30 3 3 66 6 68 69 83 TR.84 Tr.96 Tr.126 TR.150 Tr.192 Tr.131 Tr.155 TR.175 Tr.185 Tr.188 Tr.191 Tr.206 TR.212 Tr.216 Tr.217 Tr.219 Tr.220 Tr.221 Tr.257 Tr.258 Tr.259 PTS.3 Tr. 153 Tr. 168 Tr. 180 Tr. 190 Tr. 199 Tr. 215 Tr. 239 GH. Wonosobo Tr.232 Tr.287 Tr.134
4.0.0 (Electrical Transient Analisys Program). Data Impedansi, beban sumber tenaga listrik diperoleh dari PT. PLN (Persero) Cabang Dumai Ranting Duri. Hasil pembahasan diperoleh Rekonfigurasi_5 pada sistem distribusi lebih baik kinerjanya pada tegangan terima dan rugi daya dari pada kondisi eksisting pada saluran distribusi Gardu Hubung Wonosobo seperti tabel 1.
Gambar 10. Hasil Rekonfigurasi 5 Tabel 1 Hasil Running Electrical Transien
Analisys Program (ETAP) 4.0.0
No Kondisi Teg.terima terendah (kV) Rugi daya kW kVAr 1. Eksisting 17.575 19.965 10.275 2. Rekon_5 17.751 7.426 4.142
Penghematan Rugi Daya 12.539 6.133 Dari Tabel.1 dapat dilakukan perhitungan untuk penghematan daya :
- daya aktif ;
12.539 x 24 jam = 300.936 kWh/hari - daya reaktif ;
6.133 x 24 jam = 147.192 kWh/hari Untuk melakukan penghematan biaya dilakukan dengan menggunakan perkiraan biaya sebesar Rp. 600,- /kWh diperoleh:
- daya aktif; 300.936 kWh/hari x Rp. 600 = Rp. 180.561.600,- - daya reaktif 300.936 kWh/hari x Rp. 600 = Rp. 180.561.600,- - Kesimpulan
1. Rekonfigurasi sistem distribusi 20 kV PT. PLN (Persero) cabang Dumai Ranting Duri Gardu Hubung Wonosob dapat memperbaiki kinerja sistem pada tegangan terima dan menurunkan rugi daya pada saluran. Rekonfigurasi yang terbaik adalah
Rekonfigurasi_5 dimana pada kondisi ini tegangan terima sebesar 17.725 kV, Rugi daya aktif 7.426 kW dan daya reaktif 4.142 kVAr. Nilai ini lebih baik dari kondisi Eksisting yaitu tegangan terendah 17.625 kV, Rugi daya 19.965 kW, 10.275 kVAr. 2. Hasil Rekonfigurasi_5 memperoleh
penghematan rugi-rugi daya aktif sebesar 12.539 kW dan daya reaktif sebesar 6.133 kVAr
3. Penghematan daya aktif sebesar 12.539 kW x 24 jam = 300.939 kWh/hari dan daya reaktif 6133 kVAr x 24 jam = 147.192 kWh/hari
4. Penghematan biaya daya aktif sebesar 300.939 x Rp. 600 = Rp. 180.561.600,- dan daya reaktif sebesar 147.192 x Rp. 600 = Rp. 88.315.200,-
Daftar Pustaka
Debrapiya Das, “A Fuzzy Multiobjective
Approach for Network Reconfiguration of Distribution Systems”, IEEE Tran On
Power Delivey, Vol. 21, No. 1, Jan 2006 Hadi Saadat, “Power System Analysis”,
Milwaukee School of Engineering, 1999.
Hadi, Abdul, Pabla, As., “Sistem Distribusi
Daya Listrik”, Erlangga, Cetakan
Pertama, Bandung, 1994
Kothari, DP, “Modern Power System
Analysis”,3rd, Tata McGraw Hill, New
Delhi, 2005
Stevenson,Jr dan William, D,”Analisis Sistem
Tenaga Listrik”, Erlangga, Bandung,
1983
T.S.Hutahuruk, Transimisi Daya Listrik, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1985
Wagner, A.Y. Chikani, R. Hackman, Fellow, “Feeder Reconfiguration For Loss
Reduction: An Application of Distribution Automation”, IEEE
Transactions On Power Delivery, Vol. 6, No. 4, October 2001. Tr.280 Tr.05 Tr.06 Tr.13 Tr.14 Tr.25 Tr.28 Tr.31 Tr.42 Tr.43 Tr.44 Tr.53 Tr.78 Tr.82 Tr.89 Tr.94 Tr.100 F. Sebanga F. Soebrantas F. Belutu GH. Wonosobo Tr.270 Tr.272 Tr.274 Tr.232 Tr.287 Tr.134 Tr.143 Tr.130 Tr.183 Tr.163 Tr.142 Tr.279 Tr.150 Tr.229 Tr.298 Tr.68 Tr.188 GI. Duri 30 MVA 150/20 kV Tr.11 Tr.21 Tr.22 Tr.30 Tr.32 Tr.37 Tr.41 Tr.66 Tr.67 Tr.68 Tr.69 Tr.83 TR.84 Tr.96 Tr.126 TR.150 Tr.192 Tr.131 Tr.155 TR.175 Tr.185 Tr.188 Tr.191 Tr.206 TR.212 Tr.216 Tr.217 Tr.219 Tr.220 Tr.221 Tr.257 Tr.258 Tr.259 PTS.3 Tr. 153 Tr. 168 Tr. 180 Tr. 190 Tr. 199 Tr. 215 Tr. 239 PTS.4 PTS.2 PTS.1
