ANALISIS TEGANGAN DAN LOSSES PADA JARINGAN DISTRIBUSI TERHADAP PEMASANGAN PEMBANGKITAN DISTRIBUSI Budi Tjahjono(1) (1) Staf Pengajar Politeknik Negeri Malang ABSTRACT The distribution of generation (DG) is defined as a source of limited size (less than 15 MW) and mounted on the substation or load. Problems often arise in electric power distribution networks including high losses and voltage drop that occurs due to a glitch. To optimize the work of the distribution of system, it must analyze the effect of the placement location of distributed generation on total losses and voltage profile. With this the distribution of system optimization we can increase the reliability of the electricity the distribution of network. The end result can be shown with the placement of a location suitable for distributed generation to generate small losses and the desired voltage after the network is reconfigured on the bus 75 with sensitivity of P75 P75 5.321 and 16.710 indexes. 75 V75 On the bus 61 with 28.6 kW losses. Keywords : Distribution systems, power distribution, losses and voltage. 1. PENDAHULUAN a. Mengenai efek pemasangan pembangkitan terdistribusi dari berbagai macam literatur yang didapat baik dari media elektronik dan buku. 1.1 Latar Belakang Pada jaringan distribusi tenaga listrik apa bila terjadi gangguan maka akan dapat mengakibatkan losses yang tinggi dan drop tegangan. Untuk mengoptimalkan kerja dari sistem distribusi tersebut kita harus menganalisa efek dari penempatan lokasi dari pembangkitan terdistribusi terhadap losses total dan profil tegangan. Dengan pengoptimalan sistem distribusi ini kita bisa meningkatkan keandalan kerja pada jaringan distribusi tenaga listrik. Pembangkitan terdistribusi didefinisikan sebagai sumber yang ukurannya terbatas (kurang dari 15 MW) dan terpasang pada gardu induk atau beban. 1.2 Tujuan Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah : 1. Mensimulasikan sistem dari data yang telah diperoleh. 2. Mendapatkan korelasi besarnya losses total dan tegangan antara sistem yang terpasang pembangkitan terdistribusi dengan yang tidak terpasang. 3. Mengetahui dampak-dampak yang mungkin terjadi sebagai akibat dari adanya proses switching pembangkitan terdistribusi ke gardu induk atau beban terhadap sistem distribusi. 1.3 Metode Penelitian Metode penulisan yang digunakan pada penelitian ini adalah : Studi literatur b. Pengumpulan data dari sistem dan simulasi. Pengumpulan data diambil dari data gardu induk berupa single line diagram serta impedansi saluran dan nameplate dari beberapa peralatan yang digunakan pada gardu induk tersebut. Melakukan simulasi data dengan menggunakan program ETAP untuk mengetahui pengaruh dari pembangkitan terdistribusi pada sistem distribusi. c. Analisa data dari hasil simulasi. Menganalisa data yang diperoleh dengan mencari tempat dan ukuran pembangkitan terdistribusi yang sesuai agar diperoleh hasil yang maksimal. 2. PEMBANGKITAN TERDISTRIBUSI (DG) Distributed generation (DG) atau pembangkitan terdistribusi merupakan pemasangan pembangkitan pada jaringan distribusi. DG adalah sumber yang mempunyai ukuran kapasitas terbatas, biasanya (0 - 5 MW), modular teknologi pembangkitan tenaga sangat dibutuhkan pada jaringan distribusi karena sistem tersebut mampu mengurangi losses sistem, memperbaiki kualitas tenaga dan untuk keandalan sistem tenaga listrik. Pada DG tidak ada ukuran kapasitas dan tegangan yang pasti. IEEE mengeluarkan standard (IEEE Analisis Tegangan dan Losses pada Jaringan Distribusi terhadap Pemasangan Pembangkitan Distribusi (Budi Tjahjono) G22 G12 G23 11,2 P1547-D11-2003) dimana untuk DG digunakan harus dibawah 10 MW[4]. DG harus benar-benar dipertimbangkan untuk dipasang di gardu induk untuk memperbaiki level distribusi, yaitu sebagai distributed resources (DR), encompasses distributed generation, backup generation, energy storage, and demand side management (DSM) technologies. B22 B12 B23 3,6 P2 G12 sin 2 1 B12 cos 2 1 V2 V1 2 G23 sin 2 3 B23 cos 2 3 V2 V3 DG dapat digunakan untuk memperbaiki harga dan effisiensi, sehingga dapat mempengaruhi performa dari pusat tenaga listrik. Pembangkitan lokal ini dapat mereduksi kebutuhan jaringan dalam skala besar walaupun terjadi perubahan pada jaringan sistem tenaga listrik. Selain itu dapat juga mengurangi losses dan memperbaiki profil tegangan untuk keandalan kualitas daya dan perbaikan di sisi beban. = {5,6 sin (-0,3) + 1,8 cos (-0,3)}*(0,99622)* (1) + {5,6 sin (0) + 1,8 cos (0)}*(0,99622)*(0,99529) = {-0,03 + 1,79}*0,99622 + 1,784 = 3,53 P2 2G22 V2 G12 cos 2 1 B12 sin 2 1 V1 V2 3. SIMULASI DAN ANALISA Penentuan lokasi DG dengan Metode Sensitifitas G23 cos 2 3 B23 sin 2 3 V3 Dalam penelitian ini penentuan lokasi DG menghitung sensitifitas pada bus-bus tertentu yaitu bus 2 (dekat power grid), bus 17 (1/3 saluran), bus 38 (1/2 saluran), bus 61 (3/4) saluran, bus 75 (paling ujung). = 2*(11,2*0,99622) + {-5,6 cos (-0,3) + 1,8 sin (-0,3)}*1 + {-5,6 cos (0) + 1,8 sin Berikut ini adalah hasil perhitungan dari Indeks sensitifitas bus dengan menggunakan turunan matrik Jacobian : = 22,3 + {-5,59 + (-0,01)} + Indeks sensitifitas pada bus 2, 17, 38, 61, 75 = 11,126 Sensitifitas bus diperoleh dari turunan matrik Jacobian, yaitu : Pp p H pp G Pq Sin P q B Pq Cos P q V P Vq n q 1 q p (- 5,6*0,99529) Sensitifitas bus 17 Z1517 Z1720 = 0,1718 o Y1517 Y17 20 .... (1) dan G n q 1 q p Pq Cos P q B Pq Sin P q Vq Pp Vp N pp 2G pp V p 1 5,9 18o 5,6 j1,8 0,1718o G1517 jB1517 G1517 jB1720 5,6 j1,8 G1717 G1517 G1720 11,2 B1717 B1517 B1720 3,6 ... (2) Sensitifitas bus 2 Z12 0,16 + j0,052 = 0,1718 o Z 23 = Z12 0,1718 o Y23 Y12 (0)}*0,99529 1 5,9 18o 5,6 j1,8 o 0,1718 P17 G1517 sin 17 15 B1517 cos 17 15 V17 V15 17 G17 20 sin 17 20 B1720 cos17 20 V17 V20 = {5,6 sin (0) + 1,8 cos (0)} *(0,99185) + * (0,99105) {5,6 sin (0) + 1,8 cos (0)}*(0,99105)*(0,99024) = 1,77 + 1,77 = 3,54 Y12 Y23 G12 jB12 G23 jB23 5,6 j1,8 * * 63 Jurnal Teknik Mesin Vol.7, No.1, Juni 2010 P17 2G1717 V17 V17 = 16,45 Sensitifitas bus 61 G1517 cos 17 15 B1517 sin17 15 V15 G1720 cos 17 20 B1720 sin 17 20 V20 = 2*(11,2*0,99105) + {-5,6 cos (0) sin (0)}*0,99185 + + 1,8 {-5,6 cos (0) + 1,8 sin 0)}*0,99024 = 22,2 + (-5,5) + (-5,45) = 11,25 ISSN 1829-8958 Sensitifitas bus 38 Z 27 38 Z 2938 Z 3842 0,1718o G jB 5,6 j1,8 G3838 G2738 G2938 G3842 16,8 B3838 B2738 B2938 B3842 5,4 P38 G2738 sin 38 27 B2738 cos 38 27 V38 V27 38 G2938 sin 38 29 B2938 cos 38 29 V38 V29 G3842 sin 38 42 B3842 cos 38 42 V38 V42 = {5,6 sin (0) + 1,8 cos (0)}* (0,98691)*(0,98724) +{5,6 sin (0) + 1,8 cos (0)}*(0,98691) * (0,98684) +{5,6 sin (0) + 1,8 cos (0)}*(0,98691)*(0,98647) = 1,74 + 1,743 + 1,744 Z 4961 Z 6162 Z 6167 0,1718o G49 61 jB4961 G61 62 jB6162 G6167 jB6167 5,6 j1,8 G6161 G4961 G6162 G6167 16,8 B6161 B49 61 B6162 B6167 5,4 P61 G4961sin61 49 B4961cos61 49V61 V49 61 G6162 sin61 62 B6162 cos61 62V61 V62 G6167sin61 67 B6167cos61 67V61V67 = {5,6 sin (0) + 1,8 cos (0)}* (0,98440)*(0,98461) + {5,6 sin (0) + 1,8 cos (0)}* (0,98440)*(0,98409) + {5,6 sin (0) + 1,8 cos (0)}* (0,98440)*(0,98438) = 1,744 + 1,743 + 1,744 = 5,23 P61 2G6161 V61 V61 G 49 61 cos 61 49 B49 61 sin 61 49 V49 G6162 cos 61 62 B6162 sin 61 62 V62 G6167 cos 61 67 B6167 sin 61 67 V67 = 5,134 P38 2G3838 V38 V38 G2738 cos 38 27 B2738 sin 38 27 V27 G2938 cos 38 29 B2938 sin 38 29 V29 G3842 cos 38 42 B3842 sin 38 42 V42 = 2*(16,8*0,98440)+{-5,6 cos (0)+ 1,8 sin (0)}*0,98461+ {-5,6 cos (0)+1,8 sin (0)}*0,98409+{-5,6 cos (0)+ 1,8 sin (0)}*0,98438 = 33 + (-16,43) = 16,56 Sensitifitas bus 75 = 2*(16,8*0,98691)+{-5,6 cos (0) +1,8 sin (0)}*0,98724+ {-5,6 cos (0)+1,8 sin (0)}* 0,98684+{5,6 cos (0)+ 1,8 sin (0)} *0,98647 = 33,3 + (-16,85) Z 67 75 Z 7576 Z 7577 0,1718 o G 67 75 jB 67 75 G 75 76 jB 75 76 G 75 77 jB 75 77 5,6 j1,8 G7575 G67 75 G7576 G7577 16,8 64 Analisis Tegangan dan Losses pada Jaringan Distribusi terhadap Pemasangan Pembangkitan Distribusi (Budi Tjahjono) P61 5,23 61 B7575 B67 75 B7576 B7577 5,4 P75 G6775 sin 75 67 B6775 cos 75 67 V75 V67 75 5. G7576 sin 75 76 B7576 cos 75 76 V75 V76 G7577 sin 75 77 B7577 cos 75 77 V75 V77 = {5,6 sin (0) + 1,8 cos (0)}* (0,98368)* (0,98409) + {5,6 sin (0) + 1,8 cos (0)}* (0,98368)* (0,98333) P75 5,321 75 P75 16,710 V75 = 1,742 + 1,838 + 1,741 Berikut ini adalah hasil dari simulasi pengaruh DG terhadap profil tegangan dengan menggunakan software ETAP Power Station versi 4.0.0 : = 5,321 P75 2G7575 V75 V75 Tegangan min = 94,441 % V G7576 cos 75 76 B7576 sin 75 76 V76 Tegangan max = 99,620 % V Losses total = 48,7 kW G7577 cos 75 77 B7577 sin 75 77 V77 {-5,6 cos (1,5)+1,8 sin (1,5)}*0,96049+{-5,6 cos (0)+ 1,8 sin (0)}*0,98333 Tegangan min = 94.456 % V Tegangan max = 99,630 % V Losses total = 48,2 kW Tegangan min = 94.788 % V Tegangan max = 99,630 % V 16,710 Indeks sensitifitas penyulang III kumanis Gardu Induk Salak : Losses total = 37,3 kW Bus 2 P2 3,53 2 DG pada bus 38 (1/2 saluran) Dari hasil simulasi diperoleh : P2 11,126 V2 Tegangan min = 95.090 % V Tegangan max = 99,630 % V Losses total = 29,3 kW Bus 17 P17 3,54 17 DG pada bus 17 (1/3 saluran) Dari hasil simulasi diperoleh : 33,05 + (-5,51) + (-5,33) + (-5,5) = DG pada bus 2 (dekat power grid) Dari hasil simulasi diperoleh : = 2*(16,8*0,98368)+{-5,6 cos (0)+1,8 sin (0)}*0,98409+ = Tanpa DG Dari hasil simulasi diperoleh : G67 75 cos 75 67 B6775 sin 75 67 V67 2. Bus 75 4. Hasil Simulasi Pengaruh DG Terhadap Profil Tegangan Pada Jaringan Disrtibusi Tenaga Listrik Penyulang III Kumanis Gardu Induk Salak {5,6 sin (1,5) + 1,8 cos (1,5)}* (0,98368)*(0,96049) + 1. P61 16,56 V61 P17 11,25 V17 DG pada bus 61 (2/3 saluran) Dari hasil simulasi diperoleh : Tegangan min = 95.393 % V 3. Bus 38 P38 5,134 38 4. Bus 61 P38 16,45 V38 Tegangan max = 99,630 % V Losses total = 28,6 kW DG pada bus 75 (saluran paling ujung) Dari hasil simulasi diperoleh : 65 Jurnal Teknik Mesin Vol.7, No.1, Juni 2010 ISSN 1829-8958 Tegangan min = 95.387 % V Tegangan max = 99,921% V Losses total = 37,8 kW Pada tabel berikut memperlihatkan profil tegangan tegangan max dan min pada penyulang kumanggis. Tabel 1 Sampel profil tegangan pada Penyulang III Kumanis 99.488 99.485 99.483 99.024 99.04 99.387 99.442 99.439 99.437 98.798 98.813 99.086 99.39 99.387 99.383 98.665 98.681 99.027 99.343 99.338 99.334 98.646 98.662 99.008 99.323 99.378 99.373 98.541 98.557 98.902 99.217 99.418 99.412 98.433 98.449 98.794 99.109 99.426 99.419 98.384 98.399 98.744 99.059 99.375 99.369 98.331 98.351 98.692 99.006 99.381 99.476 98.298 98.317 98.658 98.972 99.347 99.442 Min kV 95.6 95.4 95.2 95 94.8 94.6 94.4 94.2 94 93.8 95.387 95.393 95.09 94.788 94.441 Min kV 94.456 5 99.491 s7 99.201 1 99.185 _b u 99.536 s6 99.537 DG 99.539 8 99.541 _b u 99.368 s3 99.353 DG 99.597 _b u 99.598 7 99.599 s1 99.601 DG 99.544 2 99.529 _b u Bus 5 Bus 10 Bus 15 Bus 20 Bus 25 Bus 32 Bus 41 Bus 45 Bus 50 Bus 60 Bus 70 Bus 78 Gambar 1 Grafik pengaruh DG terhadap profil tegangan pada jaringan distribusi Penyulang III Kumanis Gardu Induk Salak us 100 DG 100 _b 100 DG 100 DG 100 np a 100 Ta Bus 1 Tegangan (%) Sample profil tegangan pada penyulang III Kumanis Gardu Induk Salak V bus Tanpa DG DG DG DG DG (%) DG Bus 2 Bus 17 Bus 38 Bus61 Bus75 Gambar 2 Grafik tegangan minimal pada jaringan distribusi Penyulang III Kumanis Gardu Induk Salak Max kV Max kV G D G _b us 75 99.63 _b us 61 99.63 D D G _b us 17 G D G D 99.63 _b us 38 99.63 _b us 2 99.62 DG Dari hasil simulasi diatas dapat dilihat bahwa pengaruh DG terhadap profil tegangan pada jaringan distribusi Penyulang III Kumanis Gardu Induk Salak diperoleh bahwa penempatan DG yang optimal terdapat pada bus 75 (bus paling ujung). Ini berarti penempatan pembangkitan Terdistribusi untuk memperbaiki profil tegangan dan meminimalkan losses pada sistem distribusi dalam keadaan gangguan pada sistem kelistrikan jaringan distribusi yang baik adalah pada bus yang paling ujung pada suatu jaringan. Di bawah ini adalah grafik pengaruh DG terhadap profil tegangan pada jaringan distribusi Penyulang III Kumanis Gardu Induk Salak, dimana DG pada bus 75 (bus paling ujung) paling optimal. 99.921 99.95 99.9 99.85 99.8 99.75 99.7 99.65 99.6 99.55 99.5 99.45 Ta np a Profil max dan minimum kV pada Penyulang III Kumanis Gardu Induk Salak V Tanpa DG DG DG DG DG (%) DG bus2 bus17 bus38 bus61 bus75 Max kV 99.62 99.63 99.63 99.63 99.63 99.921 Min kV 94.441 94.456 94.788 95.09 95.393 95.387 Tegangan (%) Tabel 2 Profil tegangan max dan min pada Penyulang III Kumanis Gambar 3 Grafik tegangan maksimal pada jaringan distribusi Penyulang III Kumanis Gardu Induk Salak 5. Hasil Simulasi Pengaruh DG Terhadap Losses Pada Jaringan Disrtibusi Tenaga Listrik Penyulang III Kumanis Gardu Induk Salak Penempatan DG yang maksimal dapat menggunakan rumus empiris dari teori penempatan kapasitor 2/3 saluran, karena karakteristik dari DG dan kapasitor hampir sama. Berikut ini adalah uraian teori 2/3 saluran : Salah satu keuntungan dari penggunaan DG adalah dapat mengurangi losses dari saluran sistem tenaga listrik. Secara luas dalam bidang teknik telah digunakan metode 2/3 untuk menentukan ukuran dari 66 Analisis Tegangan dan Losses pada Jaringan Distribusi terhadap Pemasangan Pembangkitan Distribusi (Budi Tjahjono) nilai kapasitor serta letaknya agar dapat mengurangi kapasitor secara optimal. Neagle dan Samson (1956) menemukan cara untuk menempatkan kapasitor pada saluran distribusi dan ditunjukkan bahwa lokasi optimal dari kapasitor adalah pada suatu titik dimana aliran daya reaktif sama dengan setengah dari rating var kapasitor. Dari sinilah, di temukan aturan 2/3 untuk memilih dan menempatkan kapasitor. Sehingga, untuk memilih ukuran dari kapasitor adalah 2/3 dari total daya reaktif yang dibutuhkan pada sistem tersebut. Dan jarak yang optimal adalah 2/3 dari substation atau gardu induk sampai dengan akhir saluran. Jadi, sumber atau gardu induk menyediakan kebutuhan daya reaktif sepanjang 1/3 dari saluran dan kapasitor menyediakan daya reaktif sepanjang 2/3 dari panjang saluran. Gambar 4 Penempatan Kapasitor dengan Metode 2/3 Pada penggunaannya, untuk penempatan sebanyak n kapasitor dengan metode 2/3 masing-masing ukurannya adalah 2/(2n+1) dari total daya rekatif yang dibutuhkan pada sistem tersebut Dengan jarak 2/(2n+1) dari total panjang saluran mulai dari gardu induk dengan interval jarak 2/(2n+1). Total daya reaktif yang diberikan oleh kapasitor adalah 2n/(2n+1) dari daya reaktif yang dibutuhkan. Jadi, untuk memasang 3 buah kapasitor, ukuran tiap kapasitornya adalah 2/7 dari total daya rekatif yang dibutuhkan dan diletakkan pada 2/7,4/7, dan 6/7 panjang saluran dari gardu induk. Berikut ini adalah hasil dari simulasi pengaruh DG terhadap Losses dengan menggunakan software ETAP Power Station versi 4.0.0 : Di bawah ini adalah grafik pengaruh DG terhadap Losses pada jaringan distribusi Penyulang III Kumanis Gardu Induk Salak, dimana DG pada bus 61 (2/3) paling optimal Tabel 3 Losses Total Pada jaringan distribusi Penyulang III Kumanis Gardu Induk Salak Losses total pada Penyulang III Kumanis Gardu Induk Salak Losses (kW) Tanpa DG DG DG DG DG DG bus2 bus17 bus38 bus61 bus75 48.7 48.2 37.3 29.3 28.6 37.8 Dari hasil simulasi diatas dapat dilihat pengaruh DG terhadap Losses pada jaringan distribusi Penyulang III Kumanis Gardu Induk Salak diperoleh bahwa penempatan DG yang optimal pada bus 61 (2/3 saluran). Sebelum dipasang DG losses total penyulang III Kumanis adalah 48,7 kW dan setelah DG dipasang pada bus 61 losses total penyulang III Kumanis Gardu Induk Salak adalah 28,6 kW Gambar 5 Grafik Losses total pada jaringan distribusi Penyulang III Kumanis Gardu Induk Salak Dari grafik diatas terlihat bahwa dengan adanya DG pada jaringan maka losses yang terjadi dapat diturunkan, 67 Jurnal Teknik Mesin Vol.7, No.1, Juni 2010 ISSN 1829-8958 Gambar 6 Hasil Analisa load flow pemasangan DG pada bus 61 (2/3 saluran) 68 Analisis Tegangan dan Losses pada Jaringan Distribusi terhadap Pemasangan Pembangkitan Distribusi (Budi Tjahjono) and Changes in Power Factors, IEE Development in Power System Protection, No.479, 2001. 6. KESIMPULAN DAN SARAN 6.1 Kesimpulan 1. 2. Pemasangan DG sangat berpengaruh pada losses total sistem. Dimana DG dapat meminimalisasikan losses total pada jaringan distribusi Penyulang III Keputih Gardu Induk Rawang. Hal ini dapat ditunjukkan dari hasil simulasi yaitu, losses total sebelum dipasang DG adalah 48,7 kW dan losses total setelah dipasang DG secara optimal adalah 28,6 kW. Dengan pemasangan DG, terjadi perubahan profil tegangan pada jaringan. Profil tegangan menjadi lebih baik karena adanya pemasangan DG sehingga Penyulang III Keputih Gardu Induk Rawang dapat bekerja secara optimal. 8. P.O. Kane, B. Fox, Loos of Mains Detection for Distributed Generation by System Impedance Monitoring, in IEE Development in Power System Protection, No. 434. March 1997. 9. B. Venkatesh, R. Ranjan, Data Structure for Radial Distribution System Loadflow Analysis, in IEE Generation, Trans, Distribution, vol.151, no.1, Jan 2003. 6.2 Saran Penggunaan Distributed Generation ini masih jarang dilakukan di Indonesia dan sumbernya merupakan energi yang terbarukan. Oleh karena itu, perlu dicarikan suatu desain DG yang lengkap dengan tipe dan cara pemasangannya, karena menyangkut biaya dan dimensi ruang yang dibutuhkan sehingga pemasangannya akan berjalan dengan lancar. PUSTAKA 1. L.Kojovic, Impact of DG on voltage regulation, IEEE Power Engineering society Summer Meeting 2002, Vol.1, pp 97-102, July 2002. 2. Y. Mao, K.N miu, Switch placement to improve system reliability for radial distribution system with distributed generator, in IEEE Trans. Power System, Vol. 18 No.4, Nov 2003. 3. R.C. Ducan, G.J. Ball, T.E.M. Dermott, Planning for distributed generation, in IEEE ind. Applications magazine, Mac/April 2001. 4. T.K.A. Rahman, S.R.A. Rahim, I. Musirin, Optimal Allocation and Sizing of Distributed Generation in Distribution System, in Malaysian Power and Energy Conference, Dec 2004. 5. P.M. Costa, M.A. Matos, Loss Allocation in Distribution Networks with Distributed Generation, in IEEE Trans. Power System, Vol.19, No. 1, Feb 2004. 6. J.A. Greatbanks, D.H. Popovic, M. Begovic, A. Pegelj, T.C. Green, On Optimization for Security and Reliability of Power System with Distributed Generation, in IEEE Bologna Powertech Conference, June 2003. 7. S.K. Salman, D.J. King, G.Weler, New Loss of Mains Detection Algorithm for Distributed Generation Using Rate of Change of Voltage 69