TUGAS AKHIR
STUDI SISTEM DISTRIBUSI TEGANGAN TINGGI (HVDS)
UNTUK RUGI-RUGI DAN PROFIL TEGANGAN YANG LEBIH BAIK
(STUDI KASUS : JARINGAN DISTRIBUSI DI KOTA MEDAN)
Diajukan untuk memenuhi persyaratan
menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Energi Listrik
Oleh
Tidauccy Samuel Hamonangan
NIM : 110402094
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
i ABSTRAK
Pada sistem distribusi yang digunakan saat ini, sebuah transformator distribusi berkapasitas besar mensuplai beban-beban dengan lokasi yang jauh. Pemakaian jaringan 220/380 V lebih banyak dibandingkan dengan jaringan 20 kV. Hal ini mengakibatkan timbulnya kerugian karena lokasi transformator distribusi yang tidak optimal yang mengabaikan lokasi beban, profil tegangan yang buruk di sisi konsumen, dan kerugian daya yang besar di sepanjang penghantar. Tujuan utama penulisan tugas akhir ini adalah untuk menunjukkan bahwa sistem distribusi tegangan tinggi (High Voltage Distribution System) lebih baik digunakan pada jaringan distribusi dibandingkan sistem distribusi yang saat ini sedang digunakan
(Low Voltage Distribution System). Perubahan sistem yang lama menjadi sistem
yang baru ini dilakukan dengan menggantikan sebuah transformator distribusi yang berkapasitas besar dengan beberapa transformator distribusi yang berkapasitas lebih kecil dan dipasang pada posisi-posisi yang terdekat dengan beban. Penggunaan sistem distribusi tegangan tinggi akan menghasilkan profil tegangan yang lebih baik dan rugi-rugi daya yang lebih sedikit. Dilihat dari sisi non-teknis, penghematan tahunan dan waktu pengembalian modal pada sistem distribusi tegangan tinggi juga akan ditentukan secara umum.
ii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan karunia yang telah dilimpahkan sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan yang harus penulis penuhi untuk menyelesaikan pendidikan Strata-1 Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir penulis adalah :
“STUDI SISTEM DISTRIBUSI TEGANGAN TINGGI (HVDS)
UNTUK RUGI-RUGI DAN PROFIL TEGANGAN YANG LEBIH BAIK (STUDI KASUS : JARINGAN DISTRIBUSI DI KOTA MEDAN)”
Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa dan tercinta Ayahanda Timpan Meyer Anthoni Marbun dan Ibunda Anita Eka Posmaida Nainggolan, serta Kakanda Maria Cynthianov Marbun, Kakanda Fiona Angela Marbun, dan Kakanda Ingrid Gusmery Marbun yang selalu memberikan doa, kasih sayang, serta semangat kepada penulis untuk menyelesaikan tugas akhir ini.
Selama menjalani perkuliahan hingga menyelesaikan tugas akhir ini, penulis telah mendapatkan banyak dukungan, bimbingan, dan bantuan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada :
1. Bapak Ir. Riswan Dinzi, M.T., selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah meluangkan waktu untuk memberikan bimbingan kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir serta memberikan bimbingan selama perkuliahan.
2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M. Si., selaku dosen penguji Tugas Akhir dan Ketua Departemen Teknik Elektro USU yang telah memberikan masukan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini serta memberikan bimbingan selama perkuliahan.
iii
4. Bapak Soeharwinto, S.T., M.T., selaku Dosen Wali penulis yang telah memberikan bantuan dan bimbingan selama masa perkuliahan.
5. Bapak Rahmad Fauzi, S.T., M.T., selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro USU yang telah memberikan bantuan dan bimbingan selama masa perkuliahan.
6. Seluruh dosen pada Departemen Teknik Elektro USU, terutama dosen pada Konsentrasi Teknik Energi Listrik, atas segala pengetahuan dan ajaran yang diberikan selama proses perkuliahan.
7. Seluruh staff pegawai di Departemen Teknik Elektro USU, terutama kepada Kak Umi, Kak Ester, Bang Marthin, Bang Ponijan, Bang Dipho, dan staff pegawai lainnya yang telah banyak membantu proses administrasi penulis selama perkuliahan.
8. Kak Dwita Aswiyanti, selaku staff Redis PT. PLN (PERSERO) AREA MEDAN dan Alumni Departemen Teknik Elektro USU Stambuk 2003, serta staff pegawai lainnya yang telah membantu penulis dalam mengumpulkan data Tugas Akhir selama di lapangan.
9. Rekan-rekan seperjuangan di Lab. AST : Riko Jogi Petrus Pasaribu, Yoshua Baptist Bangun, Emir Lutfi Pahlevi, Rizky Wira Handalan, Yosef Derry Sanders Tarigan, Sandro Levi Panggabean, Memory Hidyart, dan James Pardamean Napitupulu, atas pertemanan, masukan, dan dukungannya dari awal perkuliahan sampai akhir.
10.Sahabat KP di Sun Plaza sekaligus rekan seperjuangan : Josiah Jonathan Suatan dan Ferro Hudson Aritonang, atas pertemanan, kerjasama, dan dukungannya awal perkuliahan sampai akhir, terutama selama menjalani kerja praktek.
11.Keluarga Besar Laboratorium Transmisi dan Distribusi sekaligus rekan-rekan seperjuangan : Ann Alberth Sitorus, Andreas VH Simanjuntak, Syahlan Hutagaol, Frederik Marasi Silaban, Sakinah, dan M. Fikry Indra, yang selalu memberikan masukan, tempat, dan fasilitas selama perkuliahan serta penyusunan tugas akhir di lingkungan laboratorium. 12.Rekan-rekan seperjuangan di Lab. Daskon : Canboy R Doloksaribu, M.
iv
Sianturi, M. Zein, Angga Himawan, Faisal Idris, Seprianti Labora Hutasoit, Hazijah Afni Hasibuan, dan yang lainnya yang tidak bisa disebutkan satu per satu, atas pertemanan, masukan, dan dukungannya dari awal perkuliahan sampai akhir.
13.Rekan-rekan anak komputer : Frans Matthews Silaban, Mian Martua Sianturi, dan yang lainnya yang tidak bisa disebutkan satu per satu, atas pertemanan, bantuan, dan dukungannya dalam bidang komputer. 14.Rekan-rekan seperjuangan sesama dari Dumai : Guntur Andy Sihotang,
Fandry H Panggabean, dan Irvan Pandapotan Hutajulu, atas pertemanan dan dukungannya dari Dumai, awal perkuliahan sampai akhir.
15.Rekan-rekan Elektro Balak 1 (2011) yang lain yang namanya tidak bisa disebutkan satu per satu.
16.Anggota Divisi Administrasi dan Kesekretariatan Ikatan Mahasiswa Teknik Elektro (IMTE) FT USU Kepengurusan 2014-2015 : Maria Anastasia Perangin-angin Sukatendel, Agustina Angelina Sinaga Uruk, dan Ira Melati Silalahi, atas bantuan dan dukungannya selama kepengurusan organisasi.
17.Adik dari Teknik Lingkungan 2012 : Marissa Ivana Simanjuntak-nya Yoshua Bangun, atas pertemanan dan dukungannya dari awal sampai akhir.
18.Keluarga Besar Marbun dan Nainggolan yang selalu memberikan doa, kasih sayang, serta semangat kepada penulis untuk menyelesaikan tugas akhir ini.
v
20.Putri, Saudara, Sahabat, Teman, Kenalan : Tsuruoka Eda Reformanda Bangun, terima kasih untuk waktu, kehadiran, perkenalan, dan dukungannya selama ini.
21.Seluruh pihak yang telah banyak membantu kehidupan penulis yang namanya tidak dapat disebutkan satu per satu.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih memiliki kekurangan. Kritik dan saran yang membangun dari pembaca sangat diharapkan untuk membuat Tugas Akhir ini lebih baik. Akhir kata, penulis berharap Tugas Akhir ini dapat berguna dan memberikan ilmu pengetahuan untuk kita semua.
Medan, Januari 2016 Penulis
vi DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... vi
1.6 Metodologi Penulisan ... 4
1.7 Sistematika Penulisan ... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6
2.1 Sistem Distribusi... 6
2.1.1 Sistem Distribusi Primer ... 9
2.1.2 Sistem Distribusi Sekunder ... 10
2.2 Transformator Distribusi ... 10
2.3 Rugi-Rugi ... 11
2.3.1 Rugi pada Transformator Distribusi ... 11
2.3.1.1 Rugi Tembaga (PCU) ... 12
2.3.1.2 Rugi Besi (Pi) ... 12
2.3.2 Rugi Daya ... 13
2.3.3 Rugi Non-Teknis ... 13
2.4 Biaya ... 14
2.4.1 Penghematan Tahunan (Annual Savings) ... 14
2.4.2 Pengeluaran Modal (Capital Outlay) ... 14
2.4.3 Waktu Pengembalian Modal (Payback Period) ... 14
2.5 Low Voltage Distribution System (LVDS) ... 14
vii
2.7 ETAP ... 17
BAB III METODE PENELITIAN... 18
3.1 Tempat dan Waktu ... 18
3.2 Bahan dan Peralatan ... 18
3.3 Variabel yang Diamati ... 18
3.4 Pelaksanaan Penelitian ... 18
3.5 Prosedur Penelitian ... 19
BAB IV HASIL SIMULASI DAN PEMBAHASAN ... 23
4.1 Umum ... 23
4.2 Konfigurasi Pertama (Tingkat Variasi Kapasitas Beban Besar) ... 23
4.2.1 Simulasi Aliran Daya dengan ETAP ... 24
4.2.1.1 Simulasi ETAP untuk LVDS ... 24
4.2.1.2 Simulasi ETAP untuk HVDS ... 29
4.2.2 Penentuan Profil Rugi-Rugi... 34
4.2.2.1 Profil Rugi-Rugi untuk LVDS ... 34
A. Rugi Daya ... 34
B. Rugi Transformator ... 34
C. Rugi Pencurian ... 35
D. Total Rugi ... 36
4.2.2.2 Profil Rugi-Rugi untuk HVDS ... 36
A. Rugi Daya ... 37
B. Rugi Transformator ... 37
C. Total Rugi ... 38
4.2.3 Penentuan Keuntungan Segi Non-Teknis pada HVDS ... 39
4.2.3.1 Penghematan Tahunan pada HVDS ... 39
4.2.3.2 Penentuan Pengeluaran Modal ... 39
4.2.3.3 Penentuan Waktu Pengembalian Modal pada HVDS ... 40
4.3 Konfigurasi Kedua (Tingkat Variasi Kapasitas Beban Kecil atau Hampir Merata) ... 41
4.3.1 Simulasi Aliran Daya dengan ETAP ... 42
4.3.1.1 Simulasi ETAP untuk LVDS ... 42
viii
4.3.2 Penentuan Profil Rugi-Rugi... 51
4.3.2.1 Profil Rugi-Rugi untuk LVDS ... 51
A. Rugi Daya ... 51
B. Rugi Transformator ... 52
C. Rugi Pencurian ... 53
D. Total Rugi ... 53
4.3.2.2 Profil Rugi-Rugi untuk LVDS ... 54
A. Rugi Daya ... 54
B. Rugi Transformator ... 54
C. Total Rugi ... 55
4.3.3 Penentuan Keuntungan Segi Non-Teknis pada HVDS ... 56
4.3.3.1 Penghematan Tahunan pada HVDS ... 56
4.3.3.2 Penentuan Pengeluaran Modal ... 56
4.3.3.3 Penentuan Waktu Pengembalian Modal pada HVDS ... 57
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 59
5.1 KESIMPULAN ... 59
5.2 SARAN ... 60
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Tiga Bagian Utama Sistem Tenaga Listrik untuk Menuju
Konsumen ... 6
Gambar 2.2 Konfigurasi Sistem Tenaga Listrik ... 8
Gambar 2.3 Konfigurasi Sistem Distribusi Tenaga Listrik ... 9
Gambar 2.4 Bentuk Fisik Transformator Distribusi ... 11
Gambar 2.5 Contoh Penggunaan LVDS ... 15
Gambar 2.6 Contoh Penggunaan HVDS ... 16
Gambar 2.7 Tampilan software ETAP 12.6.0 ... 17
Gambar 3.1 Diagram Alir Prosedur Penelitian ... 19
Gambar 4.1 One Line Diagram Sederhana LVDS Jaringan Transformator MK053 ... 25
Gambar 4.2 One Line Diagram LVDS (Konfigurasi 1) pada ETAP ... 26
Gambar 4.3 Tampilan LVDS (Konfigurasi 1) Setelah Fitur Load Flow Analysis Dijalankan ... 27
Gambar 4.4 One Line Diagram Sederhana HVDS (Konfigurasi 1) Sebagai Sistem yang Baru ... 30
Gambar 4.5 One Line Diagram HVDS (Konfigurasi 1) pada ETAP ... 31
Gambar 4.6Tampilan HVDS (Konfigurasi 1) Setelah Fitur Load Flow Analysis Dijalankan ... 31
Gambar 4.7 Grafik Tegangan Konsumen pada Konfigurasi 1 ... 41
Gambar 4.8 One Line Diagram Sederhana LVDS Jaringan Transformator MK098 ... 42
Gambar 4.9 One Line Diagram LVDS (Konfigurasi 2) pada ETAP ... 43
Gambar 4.10 Tampilan LVDS (Konfigurasi 2) Setelah Fitur Load Flow Analysis Dijalankan ... 44
Gambar 4.11 One Line Diagram Sederhana HVDS (Konfigurasi 2) Sebagai Sistem yang Baru ... 47
Gambar 4.12 One Line Diagram HVDS (Konfigurasi 2) pada ETAP ... 48
x
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Beban dan Tegangan pada LVDS (Konfigurasi 1) ... 28
Tabel 4.2 Kerugian Daya Jaringan 3-Phasa pada LVDS (Konfigurasi 1) ... 28
Tabel 4.3 Kerugian Daya Jaringan 1-Phasa yang Sudah Digabungkan Menjadi 3-Phasa pada LVDS (Konfigurasi 1) ... 29
Tabel 4.4 Perbandingan Konduktor dan Transformator pada Konfigurasi 1 ... 30
Tabel 4.5 Beban dan Tegangan pada HVDS (Konfigurasi 1) ... 32
Tabel 4.6 Kerugian Daya Jaringan 3-Phasa pada HVDS (Konfigurasi 1) ... 33
Tabel 4.7 Kerugian Daya Jaringan 1-Phasa yang Sudah Digabungkan Menjadi 3-Phasa pada HVDS (Konfigurasi 1) ... 33
Tabel 4.8 Transformator dan Rugi-Ruginya pada LVDS (Konfigurasi 1) ... 35
Tabel 4.9 Transformator dan Rugi-Ruginya pada HVDS (Konfigurasi 1) ... 37
Tabel 4.10 Perbandingan Tegangan Konsumen pada Konfigurasi 1 ... 40
Tabel 4.11 Perbandingan Rugi-Rugi Sistem pada Konfigurasi 1 ... 41
Tabel 4.12 Beban dan Tegangan pada LVDS (Konfigurasi 2) ... 45
Tabel 4.13 Kerugian Daya Jaringan 3-Phasa pada LVDS (Konfigurasi 2) ... 45
Tabel 4.14 Kerugian Daya Jaringan 1-Phasa yang Sudah Digabungkan Menjadi 3-Phasa pada LVDS (Konfigurasi 2) ... 46
Tabel 4.15 Perbandingan Konduktor dan Transformator pada Konfigurasi 2 ... 46
Tabel 4.16 Beban dan Tegangan pada HVDS (Konfigurasi 2) ... 50
Tabel 4.17 Kerugian Daya Jaringan 3-Phasa pada HVDS (Konfigurasi 2) ... 50
Tabel 4.18 Kerugian Daya Jaringan 1-Phasa yang Sudah Digabungkan Menjadi 3-Phasa pada HVDS (Konfigurasi 2) ... 51
Tabel 4.19 Transformator dan Rugi-Ruginya pada LVDS (Konfigurasi 2) ... 52
Tabel 4.20 Transformator dan Rugi-Ruginya pada HVDS (Konfigurasi 2) ... 55
Tabel 4.21 Perbandingan Tegangan Konsumen pada Konfigurasi 2 ... 57
