studi penempatan kapasitor pada sistem distribusi

Jurnal Ilmiah “Elektrikal Enjiniring” UNHAS
Volume 09/ No.02/Mei -Agustus/ 2011
STUDI PENEMPATAN KAPASITOR PADA SISTEM DISTRIBUSI
Tadjuddin Waris, Ikhlas Kitta
Staf Pengajar Teknik Elektro Universitas Hasanuddin, Makassar
ABSTRAK
Sistem distribusi merupakan bagian dari sistem tenaga listrik yang berguna untuk menyalurkan tenaga listrik
dari sumber daya listrik sampai ke konsumen. Pertumbuhan beban pada sistem distribusi semakin meningkat terus –
menerus yang diikuti dengan peningkatan permintaan suplai daya reaktif. Salah satu cara yang dapat dilakukan untuk
menyuplai daya reaktif pada sistem distribusi, adalah dengan menambahan bank kapasitor pada titik (bus) yang lemah.
Penambahan daya reaktif pada sistem memungkinkan diperoleh perbaikan pada sistem berupa losses daya yang lebih
kecil sebesar 6.657 MW. Simulasi harmonisa pada sistem kelistrikan pabrik Tonasa V PT Semen Tonasa dilakukan
dengan menggunakan software ETAP Power Station 7.0.0, merupakan software yang dapat menampilkan secara
grapichal interface. Dilakukan beberapa simulasi yaitu saat sebelum dan setelah terpasang kapasitor. Untuk
memperbaiki kondisi Sistem Distribusi Pabrik Semen Tonasa V maka diperlukan 6800 kVar atau sebesar 28 unit
kapasitor bank masing-masing sebanyak 11 kapasitor senilai 400 kVar perbank pada bus 580 TB 02, 8 kapasitor senilai
200 kVar perbank pada bus 581 SS 51, 9 kapasitor senilai 200 kVar pada bus 582 ER 51.
Kata Kunci: IC Kapasitor, ETAP Power Station 7.0
umumnya mempunyai beban yang bersifat induktif
sehingga faktor daya pada sistem jaringan distribusi
menjadi rendah.
Dalam penyaluran energi listrik ada beberapa
masalah yang dihadapi antara lain jatuh tegangan,
faktor daya yang rendah dan rugi-rugi daya. Beban
pada jaringan distribusi bisa berupa beban kapasitif
maupun induktif, namun pada umumnya merupakan
beban induktif. Apabila beban reaktif induktif semakin
tinggi maka akan berakibat memperbesar jatuh
tegangan, memperbesar rugi-rugi daya, menurunkan
faktor daya dan menurunkan kapasitas penyaluran
daya. Untuk mengurangi beban daya reaktif induktif
diperlukan sumber daya reaktif kapasitif, salah satu
diantaranya adalah dengan kapasitor yang dipasang
secara paralel pada penghantar penyulang distribusi
primer radial. Pemasangan kapasitor shunt tersebut
menyebabkan arus yang mengalir pada penghantar
menjadi lebih kecil, sehingga akan mengurangi
besarnya rugi-rugi daya dan jatuh tegangan.
1. PENDAHULUAN
Sistem kelistrikan yang akan diambil sebagai
studi kasus adalah sistem distribusi 6,3 kV di PT
Semen Tonasa. PT Semen Tonasa merupakan industri
dengan spesialisasi usaha dibidang produksi semen, di
mana dalam mesin produksinya banyak menggunakan
beban non linear yang memicu terjadinya kebutuhan
suplay tegangan lebih pada sistem. Pertumbuhan beban
ini diikuti dengan peningkatan permintaan suplai daya
reaktif akibat beban yang bersifat induktif meningkat.
Jika suatu jaringan tidak memiliki sumber daya reaktif
di daerah sekitar beban maka semua kebutuhan beban
reaktifnya dipikul oleh generator sehingga akan
mengalir arus reaktif pada jaringan yang
mengakibatkan drop voltage.
Dengan melihat kondisi saat ini, pada sistem
distribusi PT Semen Tonasa V kiranya perlu
dipasangkan kapsitor bank untuk membantu suplay
tegangan lebih yang dibutuhkan oleh sistem.
2. SISTEM DISTRIBUSI
Distribusi merupakan bagian dari sistem tenaga
listrik yang berguna untuk menyalurkan tenaga listrik
dari sumber daya yang lebih besar agar sampai ke
konsumen. Suatu sistem distribusi harus memiliki
keandalan agar kualitas daya nya tetap terjaga dan
tersalurkan dengan baik. Kualitas daya merupakan hal
penting untuuk menjaga stabilitas sistem tenaga listrik.
Untuk menjaga stabilitas tersebut salah satunya adalah
dengan pemasangan kapasitor bank pada sistem
distribusi tenaga listrik. Salah satu persyaratan kualitas
daya terhadap sistem penyaluran tenaga listrik adalah
kualitas faktor daya yang baik, dimana idealnya adalah
mendekati 1. Beban-beban pada pelanggan-pelanggan
utama dari sistem jaringan tegangan menegah
merupakan beban industri-industri besar yang
3.
ETAP (Electrical Transient Analyzer)
ETAP (Electrical Transient Analyzer)
merupakan program yang menawarkan solusi yang
paling komprehensif untuk desain, simulasi, dan
analisis pembangkitan, transmisi,dan distribusi listrik
untuk sebuah sistem tenaga listrik yang besar. ETAP
mengatur pekerjaan Anda berdasarkan lembar proyek
yang ada di ETAP. Setiap lembar proyek menyediakan
semua alat yang diperlukan dan dukungan untuk
pemodelan dan analisis sistem tenaga listrik. Lembar
proyek terdiri dari sistem listrik yang membutuhkan
seperangkat
komponen
listrik
dan
saling
terinterkoneksi.
File proyek dapat diakses melalui file proyek
khusus dengan ekstensi .OTI. Database Etap disimpan
83
Jurnal Ilmiah “Elektrikal Enjiniring” UNHAS
Volume 09/ No.02/Mei -Agustus/ 2011
dalam sebuah file database ODBC yang sesuai seperti
microsoft akses (*. MDB), file ini bekerja sama untuk
menyediakan kontrol akses dan penyimpanan untuk
setiap proyek dan menggunakan nama proyek. ETAP
menempatkan semua laporan output dari proyek Anda
ke dalam sub-direktori yang sama dimana database ini
berada.
Program ETAP ini dapat menganalisa load flow,
short circuit, motor acceleration, harmonic, transient
stability, star-protective device coordination, DC load
flow, DC short circuit, battery discharge sizing,
unbalance load flow, optimal power flow, reliability
assessment, optimal capacitor placement dan switching
sequence management. Pada penelitian ini, penulis
menggunakan ETAP untuk menganalisa load flow dan
short circuit pada sistem kelistrikan Pabrik Semen
Tonasa V.
Maksimal jumlah bus yang dapat dianalisa
sistem kelistrikannya dengan menggunakan ETAP
bergantung pada spesifikasi komputer dan jenis
operating system yang digunakan. Pada saat
melakukan proses instalasi ETAP ke komputer Anda,
ETAP akan memberikan informasi maksimal jumlah
bus yang dapat dianalisa, yaitu:
Untuk sistem dengan jumlah bus maksimal 100
bus, dibutuhkan komputer dengan spesifikasi minimum
processor Intel dual core 2.0 GHz, dan 2 GB RAM.
Untuk sistem dengan jumlah bus maksimal 500
bus, dibutuhkan komputer dengan spesifikasi minimum
processor Intel dual core 2.0 GHz, dan 4 GB RAM.
Untuk sistem dengan jumlah bus maksimal
1.000 bus, dibutuhkan komputer dengan spesifikasi
minimum processor Intel dual core 3.0 GHz, 8 GB
RAM , dan 64 bit operating system.
Untuk sistem dengan jumlah bus maksimal
10.000 bus, dibutuhkan komputer dengan spesifikasi
minimum processor Intel dual core 3.0 GHz, 12 GB
RAM dan 64 bit operating system.
4.
METODOLOGI PENELITIAN
Jenis penelitian yang dipakai dalam penelitian ini
adalah Study kasus Sistem Kelistrikan Pabrik Semen
Tonasa V, dimana dalam penelitian yang akan di teliti
yaitu Penempatan Kapasitor Pada Sistem Distribusi
Pabrik Semen Tonasa V Dengan Menggunakan
Software Electrical Transient Analyzer Program 7.0.
Data penelitian ini adalah data sekunder yang
diperoleh dari industri Semen Tonasa, khususnya data
yang ada hubungannya dengan penelitian berupa data
berikut:
1. Data Jaringan system distribusi kelistrikan industri
Semen Tonasa (Single Line Diagram).
2. Data peralatan kelistrikan Pabrik Semen Tonasa V
(impedansi saluran, transformator, motor listrik dan
data pendukung lainnya ).
Pada penelitian ini akan diteliti pengaruh
penempatan kapasitor pada sistem distribusi Pabrik
Semen Tonasa V. Untuk itu akan dibandingkan
keadaan sistem sebelum dan sesudah dipasangkan
kapasitor. Karenanya, dalam hal multi mesin ini,
diperlukan dua langkah pendahuluan :
1. Menentukan letak bus yang akan dipasangkan
kapasitor bank.
2. Memasangkan kapasitor pada bus yang dipilih oleh
OCP ETAP.
Kerangka pikir penelitian ini yaitu jika suatu
sistem banyak menggunakan beban non linear, maka
perlu diketahui besarnya nilai kapasitor yang
dibutuhkan.
Langkah-langkah analisis penempatan kapasitor
pada penelitian ini adalah:
1. Mempersiapkan single line diagram, sistem
distribusi kelistrikan Pabrik Semen Tonasa V.
2. Mengumpulkan data komponen sistem yang
dibutuhkan oleh perangkat lunak (software) dalam
hal ini ETAP Power Station. Berupa data mentah
yang biasa digunakan untuk analisis penempatan
kapasitor.
3. Mengumpulkan data tegangan dan beban system
kelistrikan Pabrik Semen Tonasa V sebagai dasar
dalam melakukan pemodelan dan simulasi dengan
software ETAP.
4. Memasukkan data yang diperlukan ETAP Power
Station.
5. Melakukan analisis penempatan kapasitor dengan
simulasi OCP (Optimal Capacitor Placement) di
ETAP.
6. Mengetahui/simulasi besar drop voltage pada
sistem.
7. Periksa hasil dan bandingkan kandidat bus yang
terpilih apakah perlu menggunakan kapasitor atau
tidak.
8. Memberikan rekomendasi dan simpulan hasil
penelitian.
Gambar 1 Model simulasi Pabrik Semen Tonasa V
84
Jurnal Ilmiah “Elektrikal Enjiniring” UNHAS
Volume 09/ No.02/Mei -Agustus/ 2011
5. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada perhitungan aliran daya ini ada 3 jenis
keadaan pada sistem interkoneksi yang dianalisa yaitu :
1. Kondisi normal.
2. Penggunaan optimal kapasitor pada sistem.
3. Penempatan kapasitor pada sistem distribusi dalam
keadaan beban dinaikkan.
Perbandingan hasil simulasi untuk ketiga kondisi
tersebut dapat dilihat pada Tabel 1 berikut.
Tabel 1 Perbandingan Hasil Simulasi Kondisi Sistem
Kondisi
sistem
Source
swing
(MW)
Normal
Normal
+ kap
random
Normal
+
kapasitor
OCP
Beban 1
Beban 1
+
kapasitor
Beban 2
Beban 2
+
kapasitor
Total Load
Gambar 2 Perbandingan Tegangan Bus
Appareted
Losses
Motor
Load
Statistik
load
89.480
56.659
25.259
7.124
89.736
89.736
26.061
7.015
90.228
56.569
26.912
6.657
97.964
101.217
64.559
64.559
24.551
28.981
8.855
8.885
100.906
103.821
67.180
67.180
24.145
28.325
9.581
8.316
Pemilihan kondisi sistem yang optimal adalah
kondisi pemasangan kapasitor dengan menggunakan
bantuan Optimal Capasitor Placement (OCP). Hal ini
dapat dilihat pada tabel diatas dengan membandingkan
nilai Appareted Losses. Pada kondisi Normal +
kapasitor OCP nilai rugi-rugi tegangan sangat kecil
dibandingan dengan pemasangan kapasitor secara
manual (random/acak).
VI. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil simulasi yang
telah
dilaksanakan dengan
menggunakan software
Electrical Transient Analyzer Program 7.0 maka dapat
disimpulkan bahwa:
1. Untuk memperbaiki kondisi Sistem Distribusi
Pabrik Semen Tonasa V maka diperlukan 6800
kVar atau sebesar 28 unit kapasitor bank masingmasing sebanyak 11 kapasitor senilai 400 kVar
perbank pada bus 580 TB 02, 8 kapasitor senilai
200 kVar perbank pada bus 581 SS 51, 9 kapasitor
senilai 200 kVar pada bus 582 ER 51.
2. Dampak dari pemasangan kapasitor bank pada
Sistem Distribusi Pabrik semen Tonasa V selain
untuk mendapatkan suplai tegangan yang semakin
besar, losses yang dihasilkan juga kecil yaitu
sebesar 6.657 MW.
3. Dari hasil simulasi penempatan kapasitor pada
Sistem Distribusi Pabrik semen Tonasa V
didapatkan
losses
penempatan
kapasitor
menggunakan OCP lebih kecil dibandingkan
penempatan
kapasitor
secara
manual
(random/acak).
Gambar 2 Grafik Perbandingan Seluruh
Kondisi
85
Jurnal Ilmiah “Elektrikal Enjiniring” UNHAS
Volume 09/ No.02/Mei -Agustus/ 2011
DAFTAR PUSTAKA
1. Baghzouz, Y. and Ertem, S., 1990; Baran, M.E.
and Wu, F.F.,1989
2. Baran, M.E. and Wu, F.F.1989. Optimal
Capasitor Placement On Radial Distribution
Systems. IEEE Transactions on Power Delivery,
Vol. 4. No.1.
3. Kadir, A., Distribusi dan Utilisasi Tenaga Listrik,
Jakarta : UI – Press, 2000.
4. Tinus, A., Studi Pengaruh Capasitor Bank
Switching Terhadap Kualitas Daya Listrik Di
Gardu Induk Waru PLN P3B, Surabaya :
Universitas Kristen Petra, 2007.
5. Gen, M. and R. Cheng., Genetic Algorthm and
Engineering Design, John Wiley & Sons inc., New
York, 1997.
6. Grainger, J.J., Lee, S.H., 1981. Optimum Size and
Location of Shunt Capacitors for Reduction of
Losses on Distribution Feeders. IEEE Trans. On
Power Apparatus and Systems, Vol. PAS-100, No.
3, March 1981.
7. Zuhal.,(1995),”Dasar Teknik Tenaga Listrik Dan
Elektronika Daya”, PT.Gramedia Pustaka
Utama,Jakarta.
86