C171-178 WIWIK - Repository IST AKPRIND

Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014ISSN: 1979-911X
Yogyakarta,15 November 2014
ANALISIS PERBAIKAN TEGANGAN PADA SUBSISTEM
DENGAN PEMASANGAN KAPASITOR BANK DENGAN ETAP VERSI 7.0
Wiwik Handajadi1
Electrical Engineering Dept. of Institute of Sains & Technology AKPRIND Yogyakarta
e-mail : [email protected]
1
ABSTRACT
The increasing of the business in the generally of inductive load industry, causing inductive
reactive power demand increases. The increasing inductive reactive power in a system resulting in loss of
voltage. One of the power loss that occurs due to decrease in the voltage on the transmission line, low
power factor occurs causing the reliability of the system in delivering to consumers is reduced.
Installation of capacitor banks carried on buses has decreased. This research was conducted at the Pusat
Pengatur dan Distribusi (P3B) PT. PLN Central Java and D.I. Yogyakarta with simulation using ETAP
program version 7.0. So that the power losses before the installation of bank capacitor at the Pedan
subsystem shows losses of power of 16.34MW. Then, do the installation of bank capacitor at bus Palur,
so power losses becomes 13.42MW, power losses on the bus Gondangrejo shows 13.37MW and power
losses on the bus Wonogiri shows 13.17MW. From the calculation results, the bus Gondangrejo shows
decreased voltage losses of 4.93% to 4.23% or an increase of voltage 142kV be 143.5kV. At the bus Palur
shows decreased of the voltage losses from 3.51% to 3.04% or an increase of the voltage 144.9kV be
145.4kV. At bus Wonogiri shows decreased of the voltage losses from 14.2% to 12.2% or an increase of
the voltage from 128.9kV be 131.1kV.
Keywords: Capacitor banks, subsystems, ETAP versi.7.0
LATAR BELAKANG
Apabila terjadi gangguan pada sistem dan membuat sistem tidak berfungsi dengan baik atau
terhenti total, maka akan dapat menimbulkan kerugian yang sangat besar. Oleh sebab itu, dibutuhkan
suatu sistem tenaga listrik di seluruh wilayah operasi agar dapat mencegah hal-hal yang dapat merugikan
sistem pembangkit listrik tersebut. Sistem penunjang keandalan penyediaan tenaga listrik harus tersedia
mulai dari proses pembangkitan, transmisi hingga pendistribusian. Selain itu, dibutuhkan pula peralatanperalatan sistem tenaga listrik yang dapat bekerja dengan sesuai dengan setting peralatan tersebut.
Meningkatnya usaha dibidang industri yang umumnya bersifat beban induktif, menyebabkan
kebutuhan daya reaktif induktif meningkat. Meningkatnya daya reaktif induktif pada suatu sistem
mengakibatkan terjadinya rugi tegangan. Terjadinya rugi tegangan pada penyaluran daya listrik akan
berpengaruh terhadap besarnya susut energi (losses). Susut energi dalam sistem tenaga listrik tidak dapat
dihindari. Salah satu yang bisa dilakukan untuk mengurangi susut energi (losses) adalah melakukan
perbaikan profil tegangan. Oleh karena itu tegangan pada sistem distribusi perlu dijaga sehingga tetap
pada batas-batas yang diizinkan +5% dari tegangan nominal system (PUIL, 2001).
Sistem tenaga listrik merupakan sistem yang terdiri dari pusat pembangkitan, saluran transmisi
dan jaringan distribusi. Dimana secara keseluruhan berfungsi untuk menyalurkan daya dari pusat
pembangkit ke beban. Daya listrik yang dihasilkan pada pusat pembangkit ditransmisikan ke beban
melalui saluran transmisi. Sebelum ditransmisikan ke jaringan distribusi, tegangan dinaikkan dengan
menggunakan transformator step-up atau yang disebut trafo penaik tegangan pada pusat pembangkit.
Gambar 1. menunjukkan proses pembangkitan hingga proses pendistribusian ke beban.
Perubahan tegangan dalam pengoperasian sistem tenaga listrik akan mengakibatkan
bertambahnya rugi-rugi daya sehingga pada akhirnya akan mengakibatkan pemborosan pada pemakaian
energi listrik. Pengoperasian sistem tenaga ada berbagai masalah pokok yang harus dihadapi yaitu:
(Marsudi 1990). Pengaturan frekwensi, Tegangan dalam sistem, Pemilihan peralatan, Gangguan dalam
sistem, Biaya operasi dan Perkembangan sisetm
C-171
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014ISSN: 1979-911X
Yogyakarta,15 November 2014
Gambar 1. Diagram satu garis sistem tenaga listrik
Penurunan Tegangan
Pada umumnya beban yang terdapat pada sistem tenaga listrik bersifat resistif-induktif. Beban
tersebut akan menyerap daya aktif dan daya reaktif yang dihasilkan oleh generator. Penyerapan daya
reaktif yang diakibatkan oleh beban induktif akan menyebabkan terjadinya jatuh tegangan pada tegangan
yang disuplai generator. Akibatnya nilai tegangan di sisi penerima akan berbeda dengan nilai tegangan di
sisi pengirim. Sehingga dapat ditulis dengan persamaan (1)
∆
∆
………… 1
Dimana :
Vs
= tegangan di sisi pengirim
Vr
= tegangan di sisi penerima
= jatuh tegangan
∆
=
sin
∆
∆
=
cos
Kapasitor shunt
Kapasitor shunt merupakan kapasitor yang dihubungkan secara parallel dengan saluran yang
dapat digunakan secara luas dalam sistem distribusi. Pemasangan kapasitor shunt sangat penting untuk
penyedia daya reaktif dari sebuah sistem daya. Saluran transmisi akan paling ekonomis bila digunakan
untuk mengirimkan daya aktif saja, yang kebutuhan daya reaktif bebannya didapat dalam sistem distribusi
konsumen atau kebanyakan pada tingkat substransmisi (Gardu Induk).
Kapasitor bank digunakan untuk mengurangi rugi daya dan jatuh tegangan pada jaringan
sehingga dapat memperbaiki faktor daya secara keseluruhan. Terjadinya penurunan faktor daya
disebabkan oleh beban di suatu tempat (area distribusi) yang pada prinsipnya bersifat kapasitif maupun
induktif. Beban yang bersifat induktif akan menyerap daya reaktif, yang kemudian akan dapat
menimbulkan jatuh tegangan di sisi penerima. Oleh sebab itu pemasangan kapasitor bank dapat
membantu beban untuk menyerap daya reaktif. Kompensasi yang dilakukan oleh kapasitor bank akan
dapat mengurangi penyerapan daya reaktif sistem yang disebabkan oleh beban. Sehingga dengan
demikian jatuh tegangan yang terjadi dapat dikurangi. Kompensator kapasitor yang terhubung parallel
pada saluran akan mencatu daya reaktif, sehingga kapasitor bank dapat mengubah watak beban yang
bersifat induktif. Gambar 2. merupakan gambaran dasar dari hubungan kapasitor yang terhubung secara
parallel pada jaringan disertai vector diagramnya. Hal ini akan memperlihatkan bahwa ada perubahan
pada vektor tegangan sebelum pemasangan kapasitor dan sesudah pemasangan kapasitor. (Gonen T :
1988). Pengaturan tegangan dengan menggunakan kapasitor bank selain dapat memperbaiki nilai
tegangan juga dapat meningkatkan nilai faktor daya. Untuk stabilitas tegangan, kapasitor bank berguna
untuk mendorong generator terdekat beroperasi dengan faktor daya mendekati satu.
(a)
(b)
(c)
(d)
Gambar 2. Rangakaian dan diagram vectornya, sebelun dan sesudah pemasangan kapasitor secara paralel
C-172
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014ISSN: 1979-911X
Yogyakarta,15 November 2014
Dengan adanya penambahan kapasitor C secara paralel terdapat arus Ic yang menyebabkan
berubahnya beda sudut fasa yang diikuti dengan berkurangnya vector arus beban I dan penurunan
tegangan menjadi lebih baik.
Sehingga dengan pemasangan kapasitor bank, nilai arus induktif yang mengalir ke beban akan
berkurang. Hal ini dikarenakan beban mendapatkan suplai daya rekatif dari kapasitor bank. Gambar 2.4
besarnya penurunan tegangan pada saluran dapat dinyatakan pada persamaan (5)
.
.
………………(2)
dimana :
: penurunan tegangan pada saluran
R
: tahanan total saluran
: reaktansi total saluran
XL
: komponen arus nyata
IR
: komponen arus reaktif pada X
IX
Apabila kapasitor dipasang setelah saluran atau pada beban maka dapat dinyatakan pada persamaan (6).
.
.
.
.
………. 3
Dari persamaan (2) dan (3) dapat dilihat bahwa perbedaan penurunan tegangan akibat pemasangan
kapasitor C sebesar
Sehingga dari pemikiran di atas dapat diartikan ternyata daya listrik yang
dikonsumsi oleh beban terdiri dari daya nyata, daya semu dan daya reaktif. Sedangkan pusat-pusat
pembangkit membangkitkan ketiga gaya tersebut, namun untuk mengimbangi besarnya beban yang
bersifat reaktansi induktif tidak selamanya mampu dicatu oleh pembangkit.
Kerugian lain yang diakibatkan dari besarnya beban reaktansi induktif dengan faktor daya rendah
adalah rugi-rugi tembaga meningkat, kemampuan sistem dalam mentransfer daya menurun dan mutu
regulasi tegangan rendah. Sehingga untuk mengatasi hal tersebut dapat dilakukan dengan meminimalkan
rugi-rugi hantaran dan memperbaiki faktor daya dengan memberikan kompensator kapasitif berupa
kapasitor bank secara paralel.
Dengan menggunakan kapasitor yang terhubung secara parallel dapat berfungsi sebagai
kompensator, sehingga beban yang bersifat induktif akan terkompensasi oleh kapasitor yang bersifat
kapasitif.
Gambar 3. Terjadinya pengurangan sifat induktif
Gambar 4. menunjukkan proses terjadinya pengurangan sifat induktif beban akibat adanya
pemasangan kapasitor C pada sistem saluran. Besarnya faktor daya cos sebelum kapasitor di pasang
dapat dinyatakan pada persamaan (4)
……………………(4)
Apabila setelah dipasang kompensator kapasitif secara parallel, maka terjadi perubahan yang
dinyatakan pada persamaan (5).
C-173
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014ISSN: 1979-911X
Yogyakarta,15 November 2014
P
S
Gambar 4. Vektor perbaikan faktor daya
………………………..(5)
Keterangan :
Q: daya reaktif sebelum perbaikan faktor daya
Q1: daya reaktif sesudah perbaikan faktor daya
Q2: selisih daya reaktif sebelum dan sesudah diperbaiki faktor daya
: besar sudut sebelum diperbaiki faktor daya
: besar sudut sesudah diperbaiki faktor daya
P: daya nyata
Q: daya semu
METODA PENELITIAN
Penelitian tentang pengaruh pemasangan kapasitor bank terhadap perbaikan tegangan pada jaringan
transmisi 150 kV di subsistem Pedan ini dilakukan dengan menggunakan program ETAP versi 7.0.
Tahapan-tahapan penelitian ini sebagai berikut:
1. Melakukan observasi langsung ke lapangan guna melihat kondisi sebenarnya serta mendapatkan
data-data yang dibutuhkan. Observasi langsung dilakukan pada lokasi Pusat Pengaturan dan
Penyaluran Beban (P3B) Jawa Tengah – D.I. Yogyakarta. Dari hasil observasi didapatkan datadata yang bersumber dari P3B.
2. Menggambar diagram satu garis transmisi jaringan 150 kV pada subsistem tertentu ke dalam
program ETAP versi 7.0.
3. Melakukan analisis aliran daya tanpa memasukkan kapasitor bank sampai didapatkan aliran
daya.
4. Melakukan pemeriksaan terhadap analisis aliran daya tanpa memasukkan kapasitor bank pada
program ETAP versi 7.0.
5. Melakukan running test aliran daya pada program ETAP versi 7.0.
6. Melakukan analisis aliran daya dengan memasukkan kapasitor bank sampai didapatkan aliran
daya.
7. Melakukan analisis pengaruh pemasangan kapasitor bank terhadap perbaikan tegangan pada
jaringan 150kV di subsistem tertentu. .
8. Membuat kesimpulan dari hasil analisis program ETAP versi 7.0
Diagram Satu Garis Subsistem Pedan
Diagram satu garis yang digunakan pada penelitian ini yaitu subsistem Pedan. Subsistem Pedan terdiri
dari daerah Kentungan, Klaten, Wonosari, Solobaru, Wonogiri, Palur, Masaran, Sragen, Gondang –rejo,
Mangkunegaran dan Jajar. Diagram Satu Garis Subsistem Pedan dapat dilihat pada Gambar 6.
C-174
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014ISSN: 1979-911X
Yogyakarta,15 November 2014
Diagram Alir Penelitian
Diagram alir yang ditunjukkan pada Gambar 5..merupakan langkah- langkah/ proses penelitian. yang
dilakukan dari awal sampai akhir, diperoleh tujuan dari penelitian.
Mulai
Pengumpulan Data
(P, V, R, Q, X, Pf, jarak, beban)
Meng-input data ke program
ETAP Versi 7.0
Menjalankan Simulai Aliran daya pada Prgram
ETAP Versi 7.0
Validasi Perhitungan
Masukkan MVAR di bus
Besarnya Kapasitor
yang Optimal
Tidak
Ya
Hitung rugi-rugi daya
Selesai
Gambar 5. Diagram alir penelitian
.
Gambar 6. Diagram satu garis subsistem Pedan
PEMBAHASAN
Hasil penelitian ini merupakan hasil dari simulasi menggunakan program ETAP versi 7. Berdasarkan
hasil eksekusi dari program ETAP versi 7 yang menggunakan studi aliran daya Newton-Raphson pada
saat sebelum pemasangan kapasitor bank, didapatkan tegangan pada masing-masing bus beban, aliran
C-175
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014ISSN: 1979-911X
Yogyakarta,15 November 2014
daya aktif dan reaktif yang mengalir pada saluran dan rugi-rugi daya saluran seperti yang ditunjukkan
pada Gambar 7 dan Gambar 8.
Gambar 7. Diagram satu garis aliran daya dan rugi daya
sebelum pemasangan kapasitor bank
setelah program ETAP dijalankan.
Gambar 8..Aliran daya setelah pada saluran setelah
pemasangan kapasitor bank pada bus
Palur, Gondangrejo dan Wonogiri.
Analisis Kebutuhan KVAR
Penurunan tegangan pada bus Gondangrejo yang berjarak 13,46 km dengan nilai cos sin = 0.73 Î 47 adalah sebagai berikut :
0,621
∆
%
10
Keterangan :
KVA : beban pada saluran bus yang bersangkutan
R
: tahanan saluran (ohm/km) , X : reaktansi saluran (ohm/km)
d
: jarak (km) , KV: tegangan GI , 0.621 : konversi mil ke km
Maka ∆
% pada bus Gondangrejo adalah :
78780 0.74 0,68 1.62 0.73 13.46 0,621
∆
%
10 150
4.9 %
Sehingga tegangan pada bus Gondangrejo menjadi :
150000
4,9% 150000
142650 .
Arus yang mengalir pada bus Gondangrejo adalah sebagai berikut :
552.26 47 Atau
373
403
.
= 0.68 sehingga
.
Apabila ingin dikehendaki perbaikan
= 0.85 maka keadaan pada bus Gondangrejo berubah menjadi
Penurunan tegangan (∆
% ) pada bus Gondangrejo dengan
= 0.85 adalah :
78780 0.74 0,85 1.62 0.53 13.46 0,621
∆
%
10 150
,
4.3 %
Sehingga tegangan pada bus Gondangrejo menjadi :
V 150000
4,3% 150000
143550 Arus yang mengalir pada bus Gondangrejo adalah sebagai berikut :
78780000
143550 0.85 0.53
548.8 31.8 Atau
466
286
C-176
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014ISSN: 1979-911X
Yogyakarta,15 November 2014
Maka dari uraian di atas diperoleh data sebagai berikut :
1. Arus beban pada bus Gondangrejo pada kondisi awal adalah 373 +j403 atau 552.26 47 dengan
tegangan 142650 Volt atau 142.650 kV
2. Arus beban pada bus Gondangrejo jika diinginkan perbaikan
= 0.85 adalah 466
286atau
548.8 31.8 , dengan tegangan menjadi 143550 Volt atau 143.550kV.
Sehingga dari uraian di atas untuk memenuhi kondisi tersebut maka dapat dilakukan dengan mengubah
KVAR yang besarnya sebagai berikut:
552.26 142650 78779.9 Ö
78779.9 0.73 57509.33 Ö
548.8 143550 78780 78780 0.53 41753.4 Jadi KVAR yang dibutuhkan adalah :
57509.33 41753.4 15755.9 15.8 C-177
Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) 2014ISSN: 1979-911X
Yogyakarta,15 November 2014
KESIMPULAN
Penelitian ini dilakukan pada jaringan transmisi 150 kV wilayah subsistem Pedan yang meliputi ;
Kentungan, Klaten, Wonosari, Solobaru, Wonogiri, Palur, Masaran, Sragen, Gondangrejo,
Mangkunegaran, dan Jajar.
Berdasarkan dari hasil penelitian yang dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa penggunaan
kapasitor bank dengan menggunakan program ETAP versi 7.0 dan pembahasan yang telah dilakukan
sehingga dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Dari hasil simulasi menggunakan ETAP versi 7.0 rugi-rugi daya nyata sebelum pemasangan
kapasitor bank pada transmisi 150 kV di wilayah subsistem Pedan menunjukkan nilai yang cukup
tinggi yakni 16.34 MW seperti yang ditunjukkan pada tabel 4.4. Dengan pemasangan kapasitor bank
pada bus Palur maka terjadi pengurangan rugi-rugi daya nyata menjadi 13.42 MW seperti yang
ditunjukkan pada tabel 4.5.
2. Dengan pemasangan kapasitor bank pada bus Gondangrejo dan bus Palur maka terjadi pengurangan
rugi-rugi daya nyata menjadi 13.37MW seperti yang ditunjukkan pada tabel 4.6.
3. Dengan pemasangan kapasitor bank pada bus Gondangrejo, bus Palur dan Wonogiri maka terjadi
pengurangan rugi-rugi daya nyata menjadi 13.17 MW seperti yang ditunjukkan pada tabel 4.7.
4. Pengurangan rugi-rugi daya dengan menggunakan kapasitor bank merupakan sebuah solusi alternatif
untuk memperbaiki profil tegangan pada sub sistem Pedan yang telah dilakukan. Sehingga dengan
demikian akan menekan rugi daya yang lebih besar karena berpengaruh terhadap rugi-rugi total pada
sistem keseluruhan.
5. Dari hasil perhitungan terlihat pada bus Gondangrejo mengalami penurunan rugi-rugi tegangan dari
4.93% menjadi 4.23% atau mengalami peningkatan dari tegangan 142kV menjadi 143.5kV. Pada bus
Palur mengalami penurunan rugi-rugi tegangan dari 3.51% menjadi 3.04% atau mengalami
peningkatan dari tegangan 144.9kV menjadi 145.4kV. Pada bus Wonogiri mengalami penurunan
rugi-rugi tegangan dari 14.2% menjadi 12.2% atau mengalami peningkatan dari tegangan 128.9kV
menjadi 131.1kV.
6. Dari hasil perhitungan kebutuhan KVAR agar dapat mengkompensasi rugi-rugi daya dan perbaikan
tegangan maka pada bus Gondangrejo diperlukan sebesar 15.8 MVAR, pada bus Palur diperlukan
sebesar 25.3 MVAR, dan pada bus Wonogiri diperlukan sebesar 6 MVAR.
Faktor-faktor yang mempengaruhi terjadinya rugi-rugi daya dan tegangan pada jaringan transmisi
150kV di wilayah subsistem Pedan diantaranya bisa terjadi pada saluran tersebut, keandalan dari
sistem tersebut, pemilihan jenis penghantar, faktor alam atau cuaca dan banyaknya pengguna di
bidang industri menggunakan motor-motor sehingga beban bersifat induktif.
DAFTAR PUSTAKA
Cekdin, C. 2007, Sistem Tenaga Listrik, Contoh Soal dan Penyelesaian Menggunakan MATLAB,
Penerbit ANDI OFFSET, Yogyakarta
Granger, J.J.,and Stevenson W.D., 1994, Power System Analysis, Mc Graw-Hill, Book Inc. New
York
Gonen, T. 1998, Electrical Power Transmission System Engineering; analysis and Design, John
Wiley and Sons, New York.
Anwar Musyadad, M.,20014, Pengaruh Pemasangan Kapasitor Bank Terhadap Perbaikan Tegangan
pada Subsistem Pedan, Skripsi IST AKPRIND Yogyakarta.
Hasbullah. 2005, Pengurangan Rugi-rugi Daya Pada Saluran Transmisi 150 KV Di Wilayah D.I
Yogyakarta Dengan Menggunakan Kapasitor Shunt, Tesis S-2, UGM, Yogyakarta.
Marsudi, D. 1990, Operasi Sistem Tenaga Listrik, Balai Penerbit dan Humas ISTN.
Robandi, I. 2007, Desain Sistem Tenaga Modern, Penerbit ANDI OFFSET, Yogyakarta
…………, 2001, Peraturan Umum Instalasi Listrik (PUIL), LMK Jakarta.
C-178