ANALISA PENGATURAN TAP TRAFO DAN KAPASIT

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Pada era industrialisasi saat ini kebutuhan energy listrik merupakan factor yang sangat penting bagi bidang perindustrian dimana peningkatan kebutuhannya seiring dengan perkembangan industry tersebut,baik industry dalam skala kecil maupun industry dalam skala besar.Dalam hal ini banyak pihak-pihak yang telah berupaya untuk meningkatkan penyediaan energy listrik,salah satunya adalah pemerintah,dimana pemerintah telah membangun beberapa unit pembangkit baru dan meningkatkan optimasi dari pembangkit-pembangkit yang sudah ada. Dalam suatu industry yang besar, pada proses produksinya sebagian besar (mayoritas) beban yang digunakan adalah beban-beban yang sifatnya induktif seperti motor, trafo, AC, lampu TL dan lain-lain. Pada penggunaan beban induktif ini masalahnya yang sering terjadi adalah pada nilai factor daya yang rendah, karena beban induktif ini mengakibatkan daya reaktif menjadi nail sehingga konsumsi daya (MVA) menjadi meningkat.

listrik ke rangkaian listrik yang lainnya, melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik.

Pada sekripsi ini akan dibahas metode untuk menyelesaikan masalah perbaikan factor daya dengan menggunakan software ETAP Power Station. Hasil yang dicapai diharapkan dapat mencapai kepuasan dan menunjukkan penampilan yang terbaik.

1.2. Rumusan Masalah

Berdasarkan hal diatas maka timbul sebuah pokok permasalahan yaitu bagaimana memecahkan masalah perbaikan factor daya dengan penempatan kapasitor, agar factor daya tidak berada dibawah batas operasi yang ditetapkan dan memperkecil rugi-rugi daya. Sehubungan dengan hal tersebut, maka sekripsi ini diberi judul :

ANALISA PENGATURAN TAP TRAFO DAN KAPASITOR UNTUK PERBAIKAN ALIRAN DAYA REAKTIF DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE ETAP POWER

STATION PADA PLTU PAITON UNIT 9

1.3. Tujuan

1.4. Batasan Masalah

Agar permasalahan mengarah sesuai dengan tujuan yang telah ditetapkan maka permasalahan dalam sekripsi ini dapat dibatasi pada hal-hal sebagai berikut :

1. Analisa perhitungan menggunakan program ETAP Power Station.

2. Permasalahan yang dibahas adalah perbaikan aliran daya reaktif, Tap Trafo dan kapasitor di PLTU PAITON UNIT 9.

3. Analisa dilakukan dengan menganggap bahwa system dalam keadaan normal. 4. Analisa dilakukan hanya sebatas pengkajian beban yang telah ada.

1.5. Metode Penelitian

Metode yang digunakan dalam penyusunan sekripsi ini adalah :

1. Studi Literatur, yaitu kajian pustaka untuk mempelajari teori-teori yang terkait melalui literatur yang ada, yang berhubungan dengan permasalahan.

2. Pengumpulan Data

Bentuk data yang digunakan :

 Data kuantitatif, yaitu data yang dapat dihitung atau data yang berbentuk angka-angka.

 Data kualitatif, yaitu data yang berbentuk diagram, dalam hal ini single line diagram penyulang.

3. Pemodelan

Setelah mendapatkan data, maka disimulasikan dalam software ETAP Power Station. 4. Analisa Data

Menganalisis data yang diperoleh dengan mempergunakan software ETAP. 5. Kesimpulan

Menarik kesimpulan dari hasil analisa data.

1.6. Sistematika Penulisan

Berisi tentang latar belakang, tujuan, perumusan masalah, metode penelitian yang digunakan,serta sistematika penulisan.

BAB II : SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK

Disini akan membahas tentang masalah system jaringan distribusi, daya dalam system tenaga listrik, Tap Trafo dan Kapasitor daya.

BAB III : METODE PENELITIAN

Pada bab ini akan dibahas masalah factor daya, perbaikan factor daya,pengurangan rugi-rugi daya, perbaikan tegangan dan metode aliran daya Newton Rhapson.

BAB IV : HASIL DAN ANALISA HASIL

Pada bab ini berisi data dan analisa hasil simulasi dari ETAP Power Station. BAB V : PENUTUP

Merupakan bab terakhir yang memuat intisari dari hasil pembahasan, yang berisikan kesimpulan dan saran yang dapat digunakan sebagai pertimbangan untuk pengembangan penulisan selanjutnya.

1.7. Relevansi

operasional di perusahaan dan di perumahan karena rugi-rugi dayanya sudah diperkecil dengan perbaikan dan penempatan kapasitor yang tepat.

BAB II

System tenaga listrik merupakan suatu system terpadu yang terbentuk oleh hubungan-hubungan peralatan dan komponen-komponen listrik. Sistem tenaga listrik ini mempunyai peranan utama untuk menyalurkan energy listrik yang dibangkitkan oleh generator dari pembangkit ke konsumen yang membutuhkan energy listrik.

Gambar 2.1. Jaringan Distribusi Tegangan Menengah ( JTM ), Jaringan Distribusi Tegangan Rendah ( JTR ) dan Sambungan Rumah ke pelanggan.

Jaringan setelah keluar dari G.I. biasanya disebut jaringan distribusi. Setelah tenaga listrik disalurkan melalui jaringan distribusi primer maka kemudian tenaga listrik diturunkan tegangannya dalam gardu-gardu distribusi menjadi tegangan menengah dan tegangan rendah, kemudian disalurkan ke industry-industri, rumah-rumah atau pelanggan (konsumen).

1. Sistem distribusi primer atau JTM ( Jaringan Tegangan Menengah ). 2. Sistem distribusi sekunder atau JTR ( Jaringan Tegangan Rendah ).

Pengklasifikasian system distribusi tenaga listrik menjadi dua ini berdasarkan tingkat tegangan distribusinya.

2.1.1. Sistem Distribusi Primer ( Jaringan Tegangan Menengah )

Tingkat tegangan yang digunakan pada system distribusi primer adalah meliputi tegangan 20 kV, oleh karena itu system distribusi ini sering disebut dengan system distribusi tegangan menengah.

2.1.2. Sistem Distribusi Sekunder ( Jaringan Tegangan Rendah )

Tingkat tegangan yang digunakan pada system distribusi sekunder adalah tegangan rendah yaitu 127/220 Volt atau 220/380 Volt, oleh karena itu system distribusi ini sering disebut dengan system distribusi tegangan rendah.

System jaringan yang digunakan untuk menyalurkan dan mendistribusikan tenaga listrik tersebut dapat menggunakan system satu fasa dengan dua kawat maupun system tiga fasa dengan empat kawat.

2.2. Struktur Jaringan Distribusi Tenaga Listrik [2]

Ada beberapa bentuk jaringan yang umum dipergunakan untuk menyalurkan dan mendistribusikan tenaga listrik yaitu :

1. System jaringan distribusi radial.

2.2.1. Sistem Jaringan Distribusi Radial

Bentuk jaringan ini merupakan bentuk dasar yang paling banyak digunakan dan yang paling sederhana. Sistem ini dikatakan radial karena dari kenyataan bahwa jaringan ini ditarik secara radial dari gardu induk ke pusat-pusat beban atau konsumen yang dilayaninya. Sistem ini terdiri dari saluran utama ( main feeder ) dan saluran cabang ( lateral ) seperti pada gambar 2.2.

Gambar 2.2. Sistem Distribusi Radial

Pelayanan tenaga listrik untuk suatu daerah beban tertentu dilaksanakan dengan memasang transformator disembarang titik pada jaringan yang sedekat mungkin dengan daerah beban yang dilayani.

Untuk daerah beban yang menyimpang jauh dari saluran utama maupun saluran cabang, maka akan ditarik lagi saluran tambahan yang dicabangkan pada saluran tersebut.

Kelemahan yang dimiliki oleh system radial adalah jatuh tegangan yang cukup besar dan bila terjadi gangguan pada system akan mengakibatkan jatuhnya sebagian atau bahkan keseluruhan beban system.

System ini disebut dengan jaringan distribusi loop karena saluran primer yang menyalurkan daya sepanjang daerah beban yang dilayani membentuk suatu rangkaian loop, seperti terlihat pada gambar 2.3.

Gambar 2.3. Sistem Jaringan Distribusi Loop

2.2.3. Sistem Jaringan Distribusi Mesh

Gambar 2.4. Sistem Jaringan Distribusi Mesh

2.3. Daya Dalam Sistem Tenaga

Dalam system tenaga listrik, pembangkit-pembangkit tenaga listrik harus mampu menyediakan tenaga listrik kepada pelanggan sesuai dengan permintaan beban listrik yang ada, dan hal yang harus diperhatikan adalah system yang tetap ( konstan ). Dalam hal ini tegangan dan frekuensi harus tetap konstan karena berhubungan dengan daya.

Daya listrik yang dibangkitkan dikenal dengan istilah : 2.3.1. Daya Nyata ( Real Power )

Daya nyata dinyatakan dalam persamaan :

Daya nyata untuk beban 3 fasa seimbang :

P =

√

3

|

Vjala−jala

|

|

Ijala−jala

|

Cos φ ………(2.2)

2.3.2. Daya Reaktif ( Reactive Power )

Daya reaktif adalah daya yang timbul karena adanya pembentukan medan magnet pada beban-beban induktif ( KVAR ).

Daya reaktif dinyatakan dalam persamaan :

Q = |V| |I| sin φ ………(2.3)

Daya reaktif untuk 3 fasa seimbang :

Q =

√

3

|

Vjala−jala

|

|

Ijala−jala

|

sin φ ………..(2.4)

2.3.3. Daya Semu ( Apparent Power ) Daya semu dinyatakan dalam persamaan :

S = |V| |I| ………(2.5)

Daya semu untuk beban 3 fasa seimbang :

S =

√

3 |V| |I| ……….(2.6)

Secara sederhana kapasitor terdiri dari dua plat logam yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik dan kapasitor ini mempunyai sifat menyimpan muatan listrik. Pada beberapa tahun lalu kebanyakkan kapasitor terbuat dari dua buah plat aluminium murni yang dipisahkan oleh tiga atau lebih lapisan kertas yang dilapisi oleh bahan kimia. Kapasitor daya telah mengalami perkembangan yang begitu cepat selama 30 tahun terakhir. Karena bahan dielektrik yang digunakan lebih efisien serta teknologi pembuatan kapasitor lebih baik.

2.4.1. Kapasitor Seri dan Kapasitor Shunt

Fungsi utama dari pemakaian kapasitor seri atau kapasitor shunt, dalam system tenaga adalah untuk membangkitkan daya reaktif, untuk memperbaiki factor daya dan tegangan, sehingga meningkatkan kapasitas system dan mengurangi rugi daya jaringan.

a. Kapasitor seri

Kapasitor seri adalah kapasitor yang dihubungkan seri dengan impedansi saluran yang bersangkutan, pemakaiannya amat dibatasi pada saluran distribusi, karena peralatan pengamannya cukup rumit. Jadi secara umum dikatakan biaya untuk pemasangan kapasitor seri lebih mahal dari pada biaya pemasangan kapasitor shunt ( parallel ).

b. Kapasitor shunt ( parallel )

Kapasitor shunt adalah kapasitor yang dihubungkan parallel dengan saluran dan secara intensif digunakan pada saluran distribusi. Kapasitor shunt mencatu daya reaktif atau arus yang menentang komponen arus beban induktif.

Dengan dipasangnya kapasitor shunt pada jaringan distribusi akan dapat memperbaiki profil tegangan, memperbaiki factor daya dan menaikkan kapasitas system serta dapat mengurangi rugi-rugi saluran.

2.4.2. Pemasangan Kapasitor Shunt

menentang komponen arus beban induktif. Dengan dipasangnya kapasitor shunt pada jaringan distribusi akan dapat memperbaiki profil tegangan, memperbaiki factor daya, dan menaikkan kapasitas system serta dapat mengurangi rugi-rugi saluran.

Ada dua cara dalam pemakaian kapasitor shunt : - Kapasitor tetap.

- Kapasitor saklar. a. Kapasitor Tetap

Adalah kapasitor untuk kompensasi daya reaktif yang kapasitasnya tetap dan selalu terpasang di jaringan. Penggunaan kapasitor jenis ini harus memperhatikan kenaikan tegangan yang terjadi pada saat beban ringan agar tidak melebihi batas tegangan yang ditetapkan.

b. Kapasitor Saklar

Adalah kapasitor untuk kompensasi daya reaktif yang dapat di hubungkan dan dilepaskan dari jaringan dan dapat diatur besar kapasitasnya sesuai dengan kondisi beban.

2.6. Sistem Per-Unit

Untuk memudahkan perhitungan-perhitungan dalam system tenaga listrik digunakan system p.u (per-unit) yang didefinisikan sebagai perbandingan harga yang sebenarnya dengan harga dasar (base value), sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut :

Besaran per-unit = _{Besaran dasar dengan ukuran yang sama}Besaran sebenarnya ………... (2.7)

Rumus yang digunakan untuk penentuan arus dasar dan impedansi dasar adalah :

Id = kVA dasar_{kVA dasar L}1fasa tegangannya adalah tegangan antar fasa dengan tanah dan daya setiap fasa. Setelah besaran-besaran dasar ditentukan maka besaran-besaran-besaran-besaran itu dinormalisasikan terhadap besaran-besaran dasar. Dengan demikian impedansi per-satuan didefinisikan sebagai berikut :

Z = impedansi sebenarnya Z(Ω)

impedansi dasar Zd ……….. (2.11)

2.7. Pengertian Tentang Tap Trafo

Perbandingan besar tegangan antara sisi primer terhadap tegangan sisi sekunder adalah berbanding lurus dengan jumlah belitan pada masing-masing kumparan, ( Eprimer / Esekunder = Nprimer / Nsekunder ) bila tegangan disisi primer berubah, sedangkan tegangan disisi sekunder yang diinginkan akan tetap, maka untuk mendapatkan tegangan disisi sekunder yang konstan harus melakukan penambahan atau mengurangi jumlah belitan disisi primer. Untuk mendapatkan range yang lebih luas didalam pengaturan tegangan, pada kumparan utama trafo biasanya ditambahkan kumparan bantu ( tap winding ) yang dihubungkan dengan tap selector pada OLTC.

Pada umumnya Tap Changer dihubungkan dengan kumparan sisi primer dengan pertimbangan sebagai berikut :

1. Lebih mudah cara penyambungan karena kumparan primer terletak pada belitan paling luar.

2. Arus disisi primer lebih kecil daripada disisi sekunder, tujuannya untuk memperkecil resiko bila menjadi los kontak dengan arus yang lebih kecil dapat dipergunakan ukuran/jenis konduktor yang kecil pula.

Ditinjau dari sisi pengoperasiannya jenis tap changer ada dua macam yaitu, Tap changer yang hanya dapat beroperasi untuk memindahkan tap dalam posisi transformator tidak beroperasi ( tidak bertegangan ) disebut dengan “ Off Load Tap Changer ”/ deenergized tap changer, yang hanya dapat dioperasikan secara manual. Biasanya dioperasikan dengan cara diputar untuk memilih posisi Tap pada Trafo TM tombol pengaturnya dibagian atas deksel trafo, diantara Bushing Primer dan Sekunder.

Sedangakan Tap Changer yang dapat beroperasi untuk memindahkan Tap Transformator dalam keadaan berbeban disebut dengan “ On Load Tap Changer ” atau disebut juga dengan OLTC, yang pengoperasiannya dapat secara manual maupun elektris/motor rise.

Transformator yang terpasang di gardu induk pada umumnya menggunakan Tap Changer yang dapat dioperasikan dalam keadaan Trafo berbeban ( OLTC ) yang dipasang disisi Primer, berfungsi untuk melanyani pengaturan tegangan keluar dari Trafo, Dengan cara memilih/merubah ratio tegangan tanpa harus melakukan pemadaman.

Off Load Tap Changer bila akan dilakukan perubahan Trafo harus dipadamkan terlebih dahulu ( tanpa beban ).

2.7.1. Konstruksi dan Komponen dari OLTC

Tap Changer Trafo tenaga ditempatkan dalam tabung/Compartment direndam dalam minyak, yang ditetapkan terpisah dari tangki utama ( Main-tank ) karena Trafo dalam pengoperasian OLTC terjadi switching ketika kontak-kontak didalam OLTC berpindah posisi sehingga kualitas minyak cepat menurun terutama warnanya cepat kotor dan berwarna hitam ( karbon dioksida ), oleh karena itu minyak di Tap Changer ditempatkan terpisah dari minyak Trafo di dalam tangki utama. Penempatan OLTC dirancang sedekat mungkin dengan belitan/kumparan di dalam Trafo untuk memperpendek pemakaian konduktor yang dipakai untuk menghubungkan Tap Changer dengan belitan.

1. pada Tap Changer Head terpasang :

- Mechanism Gear, untuk mengatur gerakan pada OLTC.

- Indicator posisi Tap, digunakan untuk mengetahui posisi dari Tap dan angka penunjukannya harus sama dengan posisi yang ditunjukkan pada mekanik penggerak. - Flenes/katup-katup minyak yang menghubungkan OLTC dengan Konservator, Suction

pipa, fasilitas untuk menyaring minyak di OLTC dan katup-katup pembuang udara ( Venting/Bleeder ).

- Pada type tertentu dapat dipasang Diagfragma/Pressure Relief untuk pengaman tekanan lebih dari OLTC.

saat perubahan posisi kontak-kontak Diverter Switch terjadi arcing tetapi masih dalam batas toleransi. Gerakkan dalam Diverter Switch akan berlangsung setelah gerakan posisi kontak-kontak dalam Selector mencapai titik perpindahannya.

3. pada Tap Selector merupakan kontak-kontak utama dalam Tap untuk perpindahan posisi pada pengoperasian di OLTC, saat perubahan sampai diposisi Tap yang akan dicapai Tap Selector tidak berbeban ( tidak membawa arus ) karena itu Tap Selector dapat ditempatkan dalam Main tank Trafo dalam kecepatan gerak pada Tap Selector dan Diverter Switch awal gerak hingga sampai diposisi berikutnya ( satu step ) sekitar 40-70 milli detik sesuai dengan typenya.

4. pada Mekanik Penggerak terdiri dari beberapa komponen antara lain adalah : - Motor dan posisi Tap.

- Heater.

- Kontaktor-kontaktor + wiring.

- Penunjukan angka counter / jumlah operasi. - Gear box dll.

5. pada Proteksi yang terpasang pada OLTC adalah untuk pengaman terhadap tekanan lebih ( Pressure ) yang terjadi saat gangguan berat.

1. OLTC MR ( Maschinenfabrik Reinhausen )

OLTC MR ( Maschinenfabrik Reinhausen ) dari system pemasangan menggantung disebut juga dengan Bell Type, penempatan dari Tap Changer diupayakan sedekat mungkin dari kumparan Trafo sehingga hanya cukup menggunakan konduktor yang tidak terlalu panjang.

Pada OLTC MR ini ada dua konsep desain perpindahan Tap Changer yaitu dengan cara : a. Tap Selector dengan Diverter Switch ( contoh MR Type M / MS ).

b. Tap Selector dikombinasi dengan Diverter Switch ( MR Type V ). Keunggulan dari OLTC MR adalah :

1. Bentuk dari OLTC MR simple dan Compact.

2. Cara pemeliharaannya sangat mudah, bagian dalam dari ( Inser Tap / Diverter ) yang dapat diangkat.

3. Penggantian kontak-kontak sangat mudah dilakukan. 4. Arcing Contact cukup kuat dan dilapisi oleh Tungsten. 2. OLTC ABB Type UZ

OLTC ABB type UZ dirancang sedemikian rupa dengan tujuan untuk keandalan yang tinggi, desain yang disederhanakan dan kuat, oleh karena itu pemeliharaannya dapat diminimalisir oleh Tap Changer dan ditempatkan diluar tangki utama di Trafo.

Komponen utama dari OLTC ABB terdiri dari : dudukkan / rumah kontak ( Moulding ), Selector Switch, Transition, Resistor dan Chang-over Switch. Komponen-komponen tersebut terletak didalam tangki OLTC ABB, semua perlengkapan di OLTC ABB dijadikan satu unit termasuk Motor system penggerak, oleh sebab itu OLTC ABB Type UZ dapat dipakai pada banyak macam Trafo tenaga.

3. OLTC UNION

Gearingnya didesain untuk free maintenance selama Trafo tenaga beroperasi. Diverter Switch dilengkapi dengan high speed resistance, arah gerakan Diverter Switch kekanan dan kekiri untuk menjamin keandalan tinggi permukaan kontak-kontak Diverter Switch yang dilapisi tembaga campuran Tungsten. Kontak-kontak dari OLTC UNION mampu menahan arus beban pada 1,1 kali rating dari arus beban, dari system Proteksi OLTC UNION menggunakan Surge Pressure Protective Device yang ditempatkan pada Tap Changer Head, bila terjadi gangguan akan dapat merespon sangat cepat hampir instantaneous < 10 ms, hal ini untuk mencegah kerusakan dari tangki Diverter Switch disamping itu system dari proteksinya ditambah dengan Diverter Protective Device sejenis dari RS 2001.

BAB III

HASIL ANALISA DAN PARAMETER 3.1. Faktor Daya

3.1.1. Pengertian Faktor Daya

1. Arus beban resistif adalah arus yang dikonversikan menjadi kerja, biasanya dalam bentuk panas, kerja mekanik, cahaya dan bentuk energy lain. Daya yang dihasilkan dari adanya arus ini adalah daya yang bekerja dengan satuan Watt, Kilo Watt, dsb.

2. Arus beban reaktif mengalir pada komponen beban yang tidak dapat dikonversikan menjadi bentuk penggunaan energy lain secara langsung, tetapi keberadaannya tidak dapat dipisahkan dari kebutuhan beban antara lain untuk menghasilkan fluks dalam pengoperasian peralatan elektromagnetis ( misalnya : trafo, motor induksi, dsb ). Tanpa arus ini maka tidak ada arus magnetisasi dan energy tidak mengalir melalui trafo atau menembus celah udara pada motor induksi.

Setiap pemakaian daya reaktif akan menyebabkan turunnya factor daya yang menyebabkan memburuknya karakteristik kerja peralatan-peralatan system pada umumnya, baik dari segi teknik operasional maupun segi ekonomisnya,factor daya adalah perbandingan antara daya nyata dan daya semu.

Factor Daya = Daya Nyata(kW)

Daya Semu(kVA) ………(3.1)

Untuk daya semu sendiri dibentuk oleh dua komponen daya nyata ( kw ) dan daya reaktif (kVAR).

Hubungan ini dapat digambarkan sebagai berikut ini :

S = daya semu ( kVA )

= V . I ………..(3.5) φ = sudut phase

Suatu beban akan membutuhkan suplai daya aktif jika beban tersebut bersifat induktif dan suatu beban membutuhkan suplai daya reaktif jika beban tersebut bersifat kapasitif. Jadi factor daya dapat dilihat dari hubungan antara arus aktif, arus magnetisasi dan arus total.

 Arus nyata ( Ia ) adalah arus yang dibeban dan kedalam energy panas.

 Arus magnetisasi ( Im ) adalah arus yang mengalir dibeban untuk menimbulkan medan magnet.

 Arus total ( I ) adalah arus yang mengalir dijaringan dan merupakan penjumlahan vector dari arus nyata dan arus magnetisasi.

Dalam bentuk hubungan tersebut digambarkan sebagai berikut :

Beberapa sebab system distribusi mempunyai factor daya yang rendah, yaitu :

 Banyaknya pemakaian motor asinkron terutama pada industry.

 Makin meningkatnya pemakaian lampu TL untuk penerangan.

 Pemakaian pemanas air.

Menurunnya factor daya berarti mengecilnya perbandingan antara daya nyata dengan daya semu atau berarti semakin membesarnya kebutuhan beban dan daya aktif.

I_X adalah arus reaktif 3.1.2. Faktor Daya “ Leading ”

Apabila arus mendahului tegangan, maka factor daya itu dikatakan leading. Factor daya leading ini terjadi apabila beban kapasitif, seperti kapasitor, generator sinkron dan motor sinkron.

3.1.3. Faktor Daya “ Lagging ”

Apabila arus tertinggal dari tegangan, maka factor daya itu dikatakan lagging. Factor daya lagging ini terjadi apabila beban induktif, seperti motor induksi ( AC ) dan transformator.

3.2. Sumber Daya Reaktif Untuk Perbaikan Faktor Daya

Perbaikan factor daya pada umumnya adalah penambahan komponen sebagai pembangkit daya reaktif yang memungkinkan mensuplai kebutuhan kVAR pada beban-beban induktif. Untuk merencanakan suatu system dalam memperbaiki factor daya, dapat dipergunakan suatu konsep yaitu kompensator ideal, dimana system ini dapat dihubungkan pada titik penyambungan secara parallel dengan beban dan memenuhi tiga fungsi utama, yaitu :

1. Memperbaiki factor daya mendekati nilai satu. 2. Mengurangi atau mengeliminasi regulasi tegangan. 3. Menyeimbangkan arus beban dan tegangan fasa.

Untuk memenuhi kebutuhan daya reaktif yang efektif dan efisien, maka perlu dilakukan pemilihan sumber daya reaktif. Terdapat beberapa komponen-komponen atau peralatan yang menghasilkan daya reaaktif yaitu kondensor sinkron, kapasitor seri dan kapasitor shunt.

3.3. Pengurangan Rugi Daya Dengan Kapasitor Shunt

IX adalah komponen arus reaktif

Rugi daya ( I2_{R ) dapat dibagi menjadi dua komponen yaitu komponen arus aktif dan komponen} arus reaktif. Pada rugi daya karena komponen arus aktif tidak akan mempengaruhi penempatan kapasitor pada saluran, hal ini dapat dijelaskan sebagai berikut :

Diasumsikan bahwa rugi daya (I2_{R) disebabkan oleh arus saluran ( lagging ) I, yang mengalir} pada resistansi R, sehingga :

I2_{R = ( I cos φ )}2_{R + ( I sin φ )}2_{R ……….(3.9)}

Setelah dipasang kapasitor dengan arus Ic, didapat arus saluran baru I1 dan rugi daya I2R sebagai berikut ini :

I2_{R = ( I cos φ )}2_{R + ( I sin φ )}2_{R ………(3.10)}

Sehingga pengurangan rugi daya sebagai akibat pemasangan kapasitor didapat : ∆ pls = I2_{R – J}

12R

= ( I cos φ )2_{R + ( I sin φ )}2_{R – ( I cos φ )}2_{R + ( I sin φ - Ic )}2_R = 2 ( I sin φ ) IcR – Ic2_{R ………(3.11)}

Maka hanya komponen arus reaktif ( I sin θ ) saja yang berpengaruh terhadap pengurangan rugi daya I2_{R akibat pemasangan kapasitor shunt pada saluran distribusi. Pengurangan rugi daya} saluran 3 fasa adalah :

Pemakaian kapasitor shunt dalam system tenaga listrik selain untuk perbaikan factor daya juga bertujuan menaikkan tegangan. Dan secara vektoris dapat digambarkan sebagai berikut :

δ V = IRR + ILX ………..(3.13) Jatuh tegangan setelah kapasitor dipasang :

δ V = IRR + ILX – IcX ……….(3.14) 3.5. Perbaikan Faktor Daya dan Kapasitas Sistem

Manfaat terbesar yang diperoleh dari perbaikan factor daya berasal dari pengurangan daya reaktif dalam system. Hal ini menghasilkan pengurangan biaya pemakaian daya yang lebih rendah, kenaikan kapasitas system, perbaikan tegangan dan pengurangan rugi daya dalam system. Satu-satunya cara untuk memperbaiki factor daya adalah mengurangi daya reaktif pada jaringan. Jika komponen daya reaktif dapat dikurangi, maka total arus akan berkurang, sedang komponen daya aktif tidak berubah, maka factor daya akan lebih besar sebagai akibat berkurangnya daya reaktif. Factor daya akan mencapai 100% jika komponen daya reaktif sama dengan nol ( 0 ).

Dengan menambahkan kapasitor, daya reaktif komponen Q akan berkurang, gambar 3.7 menunjukkan perbaikan factor daya pada system, kapasitor mensuplay daya reaktif ke beban.

Cos φ1 = P

S₁ ………..(3.15)

= ) ke Q2 ( kVAR ) sehingga kapasitas beban akan meningkat. Dengan demikian dapat diambil kesimpulan bahwa persentase pengurangan rugi daya jaringan dapat dihitung menggunakan

Penjumlahan secara vector dari arus aktif dan reaktif menghasilkan arus-arus total yang dapat dinyatakan dengan persamaan berikut :

I = Arus Semu =

_√

(arus aktif)2+(arus reaktif)2

=

_√

(Icosφ)2+(Isinφ)2 ……….(3.19)

Pada suatu tegangan V, daya aktif, daya reaktif dan daya semu adalah sebanding dengan arus, dimana hubungannya dapat dinyatakan sebagai berikut :

( VI ) =

_√

(VIcosφ)2+(VIsinφ)2 ………...(3.20)

Factor daya = _{Daya reaktif}Dayaaktif = _KVAKW

Daya aktif = Daya semu x Faktor daya kW = kVA x Faktor daya

kW = kVA Cos φ ………..(3.21)

3.5.2. Penentuan Rating Kapasitor Untuk Perbaikan Faktor Daya Beban

Dari hubungan fasor diagram daya aktif dan reaktif dapat ditulis beberapa persamaan matematis sebagai berikut ini :

Karena komponen daya aktif biasanya konstan, dan daya semu serta komponen daya reaktif berubah sesuai dengan factor daya, maka persamaan yang dinyatakan dalam komponen daya aktif yang paling tepat digunakan.

Persamaan ini dapat ditulis sebagai berikut ini :

Daya reaktif pada factor daya mula-mula = Daya aktif x Tan φ 1

= ( kW ) x Tan φ 2 ………..(3.26) Dengan φ 1 = sudut dari factor daya mula-mula

φ 2 = sudut dari factor daya yang telah diperbaiki

Rating kapasitor yang dibutuhkan perbaikan factor daya sebagai berikut : Daya reaktif ( kVAR ) = daya aktif x ( Tan φ 1 – φ 2 )

= ( Kw ) x ( Tan φ 1 – φ 2 ) ………(3.27)

Untuk penyederhanaan ( Tan φ 1 – Tan φ 2 ) sering ditulis ∆ Tan, yang merupakan suatu factor pengali untuk menentukan daya reaktif.

Daya reaktif ( kVAR ) = Daya aktif x ∆ Tan

= ( kW ) x ∆ Tan ………(3.28) 3.6. Analisa Aliran Daya

Sebelum melakukan optimasi terlebih dahulu dilakukan suatu proses analisa aliran daya pada kapasitor untuk mengetahui kondisi suatu system.

3.6.1. Tujuan

Tujuan analisa aliran daya dan kapasitor pada sekripsi ini adalah :

1. Untuk mengetahui profil tegangan pada setiap bus dari system jaringan.

2. Untuk mengetahui besarnya daya yang mengalir pada setiap cabang disaluran dari struktur jaringan.

3. Untuk mengetahui besar rugi-rugi daya reaktif dan daya aktif pada setiap cabang dari saluran distribusi.

3.6.2. Metode Newton Rephson

Hubungan antara arus simpul IP dengan tegangan simpul Vq pada suatu jaringan dengan n simpul

Injeksi daya pada simpul p adalah :

SP = Pp – jQp Vp*. Ip ………...(3.30)

= Vp*

∑

q=1 n

Y_pq Vpq ...(3.31)

Dalam penyelesaian aliran daya dengan Newton Raphson bentuk persamaan aliran daya yang dipilih adalah polar, dimana tegangan dinyatakan dalam bentuk polar,sebagai berikut ini :

Vp* =

|

V_p

_|

e-j _ᵟ p Vq =

|

V_q

_|

e j _ᵟ q Pq* =

|

V_pq

_|

e -j _ᶿ pq

Maka persamaan (3.32) dapat ditulis sebagai berikut ini :

Pp – jQp =

∑

q=1 n

|

V_pV_qY_pq

_|

e –j( _ᵟ p – _ᵟ q + _ᶿ pq) _{………..(3.32)}

Dengan memisahkan bagian riil dan bagian imajiner maka dapat diperoleh :

dicari dengan menggunakan 2n persamaan yang ada. Penentuan 2n variable ini dilakukan dengan menentukan beberapa macam simpul dalam system,yaitu :

a. Simpul PQ ( Simpul Beban )

Pada simpul ini jumlah netto daya nyata dan daya reaktif Pp dan Qp diketahui, sedangkan yang dicari adalah |Vp| dan sudutnya δ . Untuk itu, besarnya beban PBp ditentukan berdasarkan perkiraan beban sedangkan daya yang dibangkitkan PGp dan QGp ditentukan besarnya. Selanjutnya

Pp = PBp – PQp dan Qp = QBp – QBp.

Simpul beban ( PQ ) yang murni mempunyai nilai PGp = 0 dan QGp = 0.

b. Simpul PV atau simpul Generator, atau simpul yang dayanya dapat diatur : Pada simpul ini nilai P dan |V| diketahui, sedangkan yang dicari adalah nilai Q dan

δ .

c. Simpul Referensi ( Slack Bus )

Bedanya dengan kedua macam simpul yang terdahulu adalah bahwa pada simpul ini, daya nyata maupun daya reaktif tidak ditentukan. Dilain pihak, yang ditentukan adalah besarnya tegangan

|

V₁

_|

dan sudutnya δ p yang biasanya ditentukan = 0, sehingga merupakan sudut referensi bagi ketegangan dan system. Pada umumnya dalam analisis aliran daya hanya sebuah simpul referensi.

Simpul referensi ini diperlukan karena nilai Pp dan Qp untuk setiap simpul tidak ditentukan terlebih dahulu. Nilai P dan Q total dari system ini dapat dihitung setelah aliran tidak dapat ditentukan terlebih dahulu. Nilai P dan Q total dari system ini dapat dihitung setelah aliran daya antara simpul dihitung, kemudian rugi-rugi pada saluran dihitung. Rugi-rugi pada saluran ini mempunyai nilai daya nyata Pr dan daya reaktif Qr, hal ini selanjutnya harus diperhitungkan dengan daya nyata dan daya reaktif yang dibangkitkan pada simpul referensi dengan persamaan sebagai berikut ini :

P1 = Σ PBp + Pr – � PGp ( p ≠1 ) ……… (3.35)

Q1 = � PBp + Pr – � PQp ( p ≠ 1 ) ………... (3.36)

Indeks 1 ( p = 1 ) adalah indeks bagi simpul referensi.

mencari 2n variable ini dipakai persamaan (3.33) dan persamaan (3.36) untuk setiap simpul sehingga didapat 2n persamaan yang merupakan syarat untuk mencari 2n variable tersebut. Hal yang merupakan syarat untuk mencari 2n variable tersebut ialah :

Dalam metode Newton Raphson, variable-variabel yang harus dicari dimisalkan dulu nilainya, jadi untuk setiap simpul ada dua variable yang diketahui dan dua variable yang dimisalkan, kecuali untuk simpul referensi yang akan dihitung terakhir. Kemudian digunakan persamaan (3.33) dan persamaan (3.34) untuk menghitung nilai P dan nilai Q pada setiap simpul.

Pada setiap simpul P Q, nilai P dan nilai Q diketahui dan nilai yang diketahui inilah yang dibandingkan dengan nilai hasil perhitungan di atas. Apabila selisih antara nilai yang diketahui dan hasil perhitungan di atas lebih kecil dari pada suatu nilai yang dikehendaki, maka nilai variable yang dimisalkan tersebut di atas dapat dianggap benar. Apabila selisih tersebut lebih besar dari nilai yang dikehendaki, maka harus dilakukan proses iterasi sampai selisih tersebut mencapai nilai yang dikehendaki. Untuk simpul P V yang tidak dibandingkan hanya selisih daya aktif ∆ P saja, karena daya reaktif Q yang diketahui, tidak ditentukan, akan merupakan hasil dari perhitungan.

Untuk simpul referensi (Slack Bus) dihitung terakhir seperti yang telah dijelaskan. Sedangkan ε adalah suatu angka yang ditentukan berdasarkan ketelitian yang diinginkan.

3.6.3. Algoritma Perhitungan Aliran Daya dengan Metode Newton Rephson

Dalam perhitungan aliran daya dengan metode Newton Rephson, langkah-langkahnya adalah sebagai berikut ini :

A. Kebebasan-kebebasan yang diketahui :

1. Daya nyata P dan daya reaktif Q pada simpul P Q diketahui.

3. Besar tegangan |V| dan sudut fasa tegangan δ dari simpul referensi (Slack Bus) diketahui.

B. Kemudian dicoba nilai tertentu bagi besaran sebagai berikut ini :

1. Besarnya tegangan |V| beserta sudut fasa δ pada semua simpul P Q.

2. Besarnya sudut fasa tegangan pada semua simpul P V.

C. Berdasarkan nilai yang dicoba tersebut pada butir B, dilakukan perhitungan dengan menggunakan persamaan (3.33) dan persamaan (3.34) untuk mendapatkan :

1. Nilai P dan Q yang dihitung untuk simpul-simpul P Q. 2. Nilai P yang dihitung untuk simpul P V.

D. Nilai P dan Q yang diketahui pada A dikurangi dengan nilai P dan Q yang didapat dari perhitungan pada C disebut nilai residu dari P dan Q. Nilai residu ini harus mendekati nol, atau < ε ( nilai yang dikehendaki berdasarkan suatu ketelitian perhitungan yang diinginkan). Apabila nilai residu P dan Q ini belum < ε , maka harus dilakukan iterasi.

E. Proses iterasi dilakukan dengan mengkoreksi nilai yang dicoba bagi |V| dan δ seperti yang disebutkan dalam butir B.

1. Mulai.

2. Masukkan data : bus, power grid, generator, trafo, motor, static load dan kabel. 3. Cek data parameter.

4. Melakukan proses Aliran Daya dengan menggunakan Metode Newton Raphson. 5. Mengecek apakah terjadi Error Report :

a. “ Ya” : Cek data parameter lagi.

b. “ Tidak” : Proses selanjutnya ( langkah 6 ).

6. Mengecek apakah Cos φ lebih kecil dari batas yang diijinkan. 7. Melakukan penempatan kapasitor.

8. Cetak hasil. 9. Selesai.

3.8. Flowchart Pemecahan Masalah

33 Mulai

Input data : 1. Bus

Ya

Tidak

BAB IV

ANALISA PENGATURAN TAP TRAFO DAN KAPASITOR UNTUK PERBAIKAN ALIRAN DAYA REAKTIF DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE ETAP POWER

STATION PADA PLTU PAITON UNIT 9 Cek Data Parameter

Running Load Flow Newton Raphson ( Initial

Condition )

Ada Warning ?

Memeriksa Syarat Cos φ ≥ 0,87

Syarat Terpenuhi?

Cetak Hasil Selesai

4.1. Single Line PLTU PAITON PROBOLINGGO UNIT 9

4.3. Solusi Perbaikan Faktor Daya dengan menggunakan ETAP Power Station 7.0.0

ETAP Power Station 7.0.0 merupakan program untuk menganalisa kondisi transien suatu system kelistrikan. ETAP Power Station memungkinkan antar muka secara grafis dan komputasi yang sempurna dan secara langsung kita dapat menggambar single line diagram. Program ini didesain berdasarkan tiga konsep, yaitu :

 Operasi Nyata Secara Virtual ( Virtual Reality Operation )

Pengoperasian program mirip dengan pengoperasian listrik secara nyata. Seperti ketika menutup atau membuka CB, membuat suatu elemen keluar dari rangkaian, mengganti status operasi motor dan lain sebagainya. ETAP Power Station memiliki konsep-konsep baru dalam menentukan koordinasi peralatan pengaman secara langsung dari single line diagram.

 Data Gabungan Total ( Total Integration of Data )

mengindikasikan jalur yang dilalui. Gabungan data-data ini menentukan konsistensi system secara keseluruhan dan menghindarkan dari pemasukan data yang berulang-ulang untuk elemen yang sama.

 Kesederhanaan Dalam Memasukkan Data

ETAP Power Station menggunakan data lengkap dan setiap peralatan listrik yang kadang hanya membutuhkan sama jenis pemasukan data. Data editor dapat mempercepat proses memasukkan data dengan membutuhkan data minimum.

Standar yang digunakan ETAP Power Station versi 7.0.0 ada dua yaitu standar IEC dan standar ANSI. Hal ini berdasarkan kenyataan bahwa dalam system tenaga di dunia terbagi dalam dua satuan umum. Dalam gambar 4.2. terdapat toolbar AC Edit, DC Edit dan Instrument yang merupakan kumpulan dari alat-alat ukur. AC Edit digunakan untuk menggambar jaringan AC, DC Edit digunakan untuk menggambar rangkaian DC. Dimana setiap kelompok tools tersebut terdapat bus, kabel, CB, fuse, beban dan lain sebagainya. Mode Toolbar digunakan untuk me-runing program.

Analisa yang dapat dilakukan antara lain adalah analisa aliran daya, hubung singkat, motor starting, harmonisa, stabilitas transient, koordinasi relay dan lain sebagainya. Komponen diletakkan pada modul dengan cara klik kiri sekali pada salah satu tool yang diinginkan, lalu diletakkan pada modul dengan klik kiri. Kemudian melakukan pengisian data dengan cara double klik salah satu peralatan yang ada di modul yang telah terpilih untuk pengisian data parameter maupun keterangan secara lengkap.

cara mengatasi permasalahan factor daya ini memiliki kelebihan masing-masing. Jika menggunakan kapasitor biaya relative lebih murah.

BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan

1. peningkatan factor daya dari 0,86 menjadi 0,90 membutuhkan kapasitor dengan kapasitas daya sebesar 300kVar. Serta menyebabkan daya reaktif menurun dari 6,569 Mvar menjadi 5,519 Mvar.

2. terjadinya penurunan daya semu dari 13,485 MVA menjadi 13,033 MVA. 3serta mampu menurunkan rugi-rugi daya sebesar 0,004 MW.

5.2. Saran

Daftar Pustaka

[1] Grainger, John J, William D. Stevenson, 1994, “ Power System Analysis ”. McGraw Hill, Inc. Singapore.

[2] Bruce, Smith., Jos Arrilaga., 1998, “AC–DC Power System Analysis”., Short Run Press, Ltd., England.

[3] Richardson, Dovald V., Arthur J. Caisse, 1996, “Rotating Electric Machinery and Transformer Technology 4th Edition”., Prentice-Hall, Inc. United States of America.

[4] Harrison, J.A., “The Essence of Electric Power System”. Prentice Hall. Great Britain. [5] Lister, 1993, ”Mesin dan Rangkaian Listrik (Terjemahan)”., Erlangga, Jakarta. [6] ---, 2000, “TAP Powerstation User Guide Operation Technology”.

[7] Deni, Almanda, Ir., 2000, “Peranan Kapasitor dalam Penggunaan Energi Listrik”. Elektroindonesia.com.