bab 2 karakteristik beban

2.1. Tipe dan Kerapatan Beban

Secara umum tipe beban dapat dibagi kedalam beberapa kategori :

a. Beban perumahan : Ini terdiri dari penerangan, kipas angin, alat-

alat rumah tangga misalnya pemanas, lemari es, alat pendingin

udara (air conditioner), alat pengaduk, alat pemanggang, kompor

listrik dan motor-motor kecil untuk pompa, alat-alat kecil untuk

rumah tangga yang lain. Bermacam-macam faktornya adalah:

faktor kebutuhan 70 - 100 % (demand factor), faktor diversitas 1,2

– 1,3 dan faktor beban 10 – 15 %.

b. Beban komersial: Ini terutama terdiri atas penerangan untuk toko-

toko dan reklame dan sebagainya, kipas angin, air conditioner,

pemanas dan alat-alat listrik lainnya yang dipakai pada bangunan

perdagangan, seperti toko-toko, restoran, pasar-pasar, dan

sebagainya. Faktor kebutuhan biasanya sebesar 90 – 100 %,

faktor diversitas adalah 1,1 – 1,2 dan faktor beban sebesar 25 – 30

%.

c. Beban industri : Beban ini mungkin mempunyai tingkat daya tipikal

seperti berikut :

KARAKTERISTIK BEBAN

BAB

2

K a r a k t e r i s t i k B e b a n

Industri rumah tangga 5 kW

Industri skala kecil 5-25 kW

Industri dengan skala menengah 25-100 kW

Industri besar 100-500 kW

Industri berat diatas 500 kW

Kedua jenis beban terakhhir membutuhkan daya pada periode

yang lebih lama dan tetap sama dalam sehari. Untuk beban

industri skala besar, faktor kebutuhan sekitar 70-80 % dan faktor

beban 60—65 % dan untuk industri berat faktor kebutuhannya

antara 85-90 % dengan faktor beban 70-80 %.

d. Beban kota : Beban ini adalah untuk penerangan jalan dan selalu

tetap sepanjang malam. Untuk ini faktor kebutuhan sebesar 100 %

sedangkan faktor diversitas dapat dikatakan 1. Lampu jalan

terutama dibutuhkan diwaktu malam tetapi ada beban kecil untuk

lampu lalu lintas (traffic light). Faktor beban untuk lampu jalan

biasanya dipakai 25-30 %. Jenis lain beban kota adalah untuk

penyediaan air minum dan pengairan.

e. Beban pertanian : Beban ini dibutuhkan untuk penyediaan air

irigasi dengan menggunakan pompa air yang digerakkan oleh

motor listrik. Faktor beban biasanya ditentukan 20-25 %, faktor

diversitas 1-1,5 dan faktor kebutuhan 90-100%.

f. Beban-beban yang lain : Diluar beban-beban yang telah

disebutkan diatas, masih ada beban-beban lain misalnya

penyediaan yang besar, industri khusus seperti kertas, tekstil, dan

sebagainya, dan alat-alat tarik dan beban dari pemerintah yang

mempunyai karakteristiknya sendiri.

DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK 23 Prof. Ir. H. Hazairin Samaulah, M.Eng.,Ph.D.


Kerapatan beban pada masing-masing tipe beban berbeda-beda,

tergantung pada luas wilayah, jumlah konsumen, kepadatan konsumen

dan kesejahteraan masyarakat. Kerapatan beban daerah industri lebih

tinggi daripada kerapatan beban daerah perumahan.

2.2.Klasifikasi Beban

Klasifikasi beban tanpa membaginya secara spesifik dapat berarti

ganda. Beban biasanya diklasifkasikan untuk berbagai penggunaan

walaupun kategori yang digunakan untuk industri tak dapat

dipergunakan secara luas.

Beban dapat diklasifikasikan berdasarkan keadaan lingkungan

atau letak geografis, tipe kegiatan pemakai, penggunaan beban,

pengaruh dari beban lain dalam sistem, keadaan khusus, dan

pemeliharaan.

Tabel 2.1. Klasifikasi Beban

No. Cara Klasifikasi Beban1. Keadaan Lingkungan dan letak

geografisa)Pusat Kotab)Kotac)Kota Satelitd)Pedesaan

2. Tipe Konsumen a)Perumahanb)Komersialc)Industri

3. Penggunaan Energi Listrik a)Kritisb)Emergensic)Normal

4. Pengaruh dari beban lain dan Perencanaan Sistem dan Operasi

a)Transientb)Steady-State

5. Perencanaan layanan energi listrik a)Rumahb)Penerangan Komersialc)Komersial



d)Industri6. Keadaan Khusus a)Otomatisasi dan

kondisi kritis dengan berbagai halangan yang mempengaruhi biayab)Beban-beban dengan tegangan sensitif

Klasifikasi dapat diterapkan dalam satu atau lebih keadaan dan

beban dapat diaplikasikan dari satu kategori ke kategori lainnya.

Klasifikasi dapat diterapkan dalam pelayanan listrik tunggal atau

gabungan dengan tipe area pelayanan. Bermacam-macam variasi

dari beban dan perkembangan dapat dilihat pada tabel 2.1. Dari tabel

sistem dapat dilihat basis dari klasifikasi tegangan secara spesifik juga

kombinasi antara klasifikasi yang satu dengan yang lainnya.

2.3.Definisi Dan Pengertian Istilah Pada Karakteristik Beban

Dalam masalah karakteristik beban ini, terdapat istilah-istilah yang

sering digunakan dan penting untuk diketahui. Istilah-istilah tersebut

yaitu:

1. Daya Aktif

Daya aktif atau daya nyata adalah daya yang diserap oleh

komponen resistif dari suatu beban listrik yang biasa disimbolkan

dengan P dalam satuan Watt (W).

Persamaan untuk daya aktif:

P = V I cos ……. Watt (2.1)



2. Daya Semu

Daya semu merupakan hasil perkalian dari nilai rms tegangan

listrik dengan nilai rms arus listrik, yang dinyatakan dalam satuan

volt-ampere dan disimbolkan dengan S.

Persamaan untuk daya semu:

S = V I …… volt-ampere (2.2)

3. Daya Reaktif

Daya reaktif merupakan nilai maksimum dari daya yang berubah-

ubah mengalir menuju beban dan keluar dari beban yang

dikarenakan oleh elemen reaktifnya (induktif atau kapasitif), yang

dinyatakan dalam satuan volt-ampere reactive (var) dan

disimbolkan dengan Q.

Persamaan untuk daya reaktif:

Q = V I sin ……….. VAR (2.3)

4. Faktor Daya

Faktor daya merupakan nilai kosinus dari sudut fasa antara

tegangan dan arus listrik. Suatu rangkaian induktif dikatakan

mempunyai faktor daya tertinggal (lagging power factor) dan

rangkaian kapasitif dikatakan mempunyai faktor daya yang

mendahului (leading power factor), sedang rangkaian resistif

mempunyai faktor daya unity (unity power factor).

5. Demand



Demand atau kebutuhan dari sebuah instalasi atau sistem adalah

beban pada terminal yang dirata-rata dalam sebuah interval waktu

tertentu.

6. Demand Factor

Demand factor atau faktor kebutuhan merupakan perbandingan

antara kebutuhan maksimum sebuah sistem terhadap total beban

yang terhubung pada sistem.

Kebutuhan maksimumDF =

Total kebutuhan terhubung

Faktor kebutuhan ini dapat dianggap sebagai bagian dari suatu

sistem dan nilainya selalu kurang dari 1,0. Dan ini juga merupakan

indikator dari operasi simultan dari total beban yang terhubung.

7. Utilization Factor

Utilization factor atau faktor penggunaan merupakan perbandingan

antara kebutuhan maksimum sebuah sistem terhadap kapasitas

yang ditetapkan dari sistem tersebut.

Kebutuhan maksimum Fu =

Kapasitas sistem yang ditetapkan

8. Load Factor

Load factor atau faktor beban merupakan perbandingan beban

rata-rata dalam periode waktu yang ditetapkan terhadap beban

puncak yang terjadi selama periode tersebut.

Beban rata-rata



FLD = Beban puncak

atau

Beban rata-rata x T FLD =

Beban puncak x T

Unit yang dilayani =

Beban puncak x T

Dengan T merupakan waktu dalam hari, minggu, bulan, atau

tahun. Makin besar waktu T maka makin kecil faktor resultan. Hal

ini disebabkan karena untuk kebutuhan maksimum yang sama,

konsumsi energi yang meliputi sebuah periode waktu yang lebih

besar akan menghasilkan sebuah beban rata-rata yang lebih kecil.

Saat T dipilih dalam hari, minggu, bulan, atau tahun, maka

digunakan 24, 168, 730, atau 8760 jam, secara berurutan. Dan

faktor beban ini akan lebih kecil atau sama dengan 1,0.

Sebagai contoh, faktor beban tahunan adalah:

Energi tahunan totalFaktor beban tahunan =

Beban puncak tahunan x 8760

9. Diversity Factor

Diversity factor atau faktor keragaman merupakan perbandingan

jumlah permintaan maksimum individu dari sub-divisi yang

beragam dari sebuah sistem terhadap kebutuhan maksimum dari

sistem keseluruhan.

Jumlah kebutuhan maksimum individu



FD = Total kebutuhan maksimum

D1 + D2 + D3 + ……… + Dn (2.4)FD =

Dg

FD (2.5)

Dengan D1 = kebutuhan maksimum beban I tanpa memperhatikan

waktu kejadian

Dg = D1+2+3+…..+n

= total kebutuhan maksimum kelompok dari n beban.

Faktor keragaman ini bisa sama atau lebih dari 1,0.

Kebutuhan Maksimum = Total kebutuhan terhubung x DF

Sehingga didapatkan

(2.6)

dengan TCDi = total kebutuhan terhubung dari kelompok, atau

kelas, beban i

DFi = faktor kebutuhan dari kelompok, atau kelas, beban i

10. Loss Factor

Loss factor atau faktor rugi-rugi merupakan perbandingan antara

rugi-rugi daya rata-rata terhadap daya beban puncak selama

periode waktu tertentu.

Persamaan faktor rugi-rugi adalah sebagai berikut:



Rugi-rugi daya rata-rata FLS =

Rugi-rugi pada beban puncak

2.4.Kesetimbangan Beban Dan Tegangan

2.4.1. Beban Setimbang

Beban setimbang yang terdiri dari banyak fasa adalah

beban yang memiliki arus arus yang simetris ketika dihubungkan

dengan tegangan simetris. Untuk keperluan analisa beban

diasumsikan sebagai beban seimbang. Metode analisa yang

digunakan metode komponen simetris.

Jaringan tiga fase dengan 3 kawat (tanpa netral, jika

seimbang), dapat dianalisa dengan salah satu fasa jika ketiga

impedansinya sama dan tegangan antara saluran dan netral

sama besar untuk ketiga fasanya, sehingga jika telah ditemukan

besaran salah satu fasanya maka fasa yang lain akan diperoleh

hanya dengan menggeser sudut fasanya 120o

2.4.2. Tegangan Seimbang

Pada kondisi normal, umumnya pembangkitan tegangan dari

sistem banyak fasa adalah simetris atau seimbang. Bila beban

seimbang maka arus mengalir akan seimbang. Tetapi jika

tegangan tak simetris maka arus menjadi tidak simetri atau

rangkaian menjadi tidak simetris.



Ada dua metode yang dapat dipakai untuk tegangan sistem tak

seimbang :

1. Menghitung Ketidakstabilan tegangan

2. Menghitung faktor tegangan tak seimbang.

Metode ketidaksetimbangan tegangan ini dirancang untuk

tegangan tak seimbang pada sistem 3 fasa, yaitu:

deviasi maksimum dari rata rata tegangan fasa dasar Tegangan tidak seimbang =

Rata-rata tegangan fasa

Akan tetapi ada pengaruh ketidaksimetrisan tegangan di sistem

motor fasa banyak. Para engineers operasi mengharapkan

dapat mengatasi ketakseimbangan tegangan dalam hubungan

tidak simetris. Faktor ketaksimetrisan/ ketidakseimbangan sistem

didefinisikan sebagai rasio tegangan urutan negatif terhadap

tegangan urutan positif dan diberikan pada persamaan sebagai

berikut :

Faktor tegangan tak seimbang = (2.7)

dengan :

V2 adalah urutan negatif tegangan

V1 adalah urutan positif tegangan

Ketidaksetimbangan tegangan V2/V1 pada 3 kawat di

sistem 3 fasa pada tegangan urutan nol sama dengan nol.

Seperti terlihat pada persamaan berikut :



(2.8)

Dimana a,b,c adalah nilai absolut, berturut-turut dan tegangan

rms kawat ke kawat dan :

(2.9)

Bila tegangan kawat ke kawat dinyatakan dalam per-unit,

tegangan kawat ke kawat menjadi sangat besar yaitu :

(2.10)

Dengan x=b/a dan y=c/a.

Gambar 2.1. Berikut dapat dipakai untuk menentukan faktor

ketakseimbangan tegangan.



Gambar 2.1 Diagram untuk menentukan rasio V2/V1

Ketidak setimbangan tegangan ke netral dari sistem 3 fasa, sistem

3 kawat biasanya disebabkan perbedaan tegangan kawat ke netral

dalam perunit dan oleh tegangan normal ke netral sebagaimana

dapat dilihat pada persamaan berikut :

Tegangan satu fase tak seimbang

(2.11)

Dengan :

V1n dan V2n = tegangan rms, berturut-turut dari kawat 1 dan 2.

V12 = tegangan normal rms dari kawat ke kawat.



Berbagai kasus atau keadaan dimana hanya ada jarak relatif dari

urutan tegangan dapat pula dihitung dengan menggunakan

gambar 2.2. berikut.

Gambar 2.2 Diagram untuk menentukan Nilai absolut Rasio V2/V1

2.5.Distribusi Beban

Sistem distribusi beban dapat berupa kelompok dari beban-

beban dimana dapat terkosentrasi (terpusat) pada satu titik atau

terdistribusi secara khusus ke bagian-bagian sistem. Beban yang

terpusat akan lebih mudah dipelajari dan biasanya dipakai pada

saluran transmisi dan subtransmisi.

Beberapa beban biasanya menarik untuk dipelajari dalam study

transient dengan menghilangkan dip tegangan dari arus asutan

(starting) motor, bagaimanapun juga beberapa beban bersifat steady-



state. Bila beban tersendiri (individual) dibenarkan adanya perubahan-

perubahan.

Sekelompok beban dapat didistribusikan melebihi bagian dari

yang lain dengan pertimbangan pusat beban berada pada titik-titik

khusus di dalam sistem. Beban yang tidak terpusat dapat

didistribusikan secara seragam (uniform) atau tak seragam (non-

uniform) disepanjang penyulang atau melampaui areanya.

Selama beban tak sepenuhnya terdistribusi secara seragam,

secara umum study dilakukan secara khusus. Pemecahan

dimungkinkan selama kualitas beban sebaik yang diharapkan dapat

ditunjukkan sebagai fungsi di sepanjang penyulang, dengan asumsi

keseragaman distribusi beban dapat dihitung dengan studi ekonomis.

Distribusi beban tidak dapat secara tepat diketahui dan mungkin

baik untuk dipelajari karena distribusi beban secara terus menerus

akan berubah. Bagaimanapun rangkaian beban tak seragam

terdistribusi dapat dianalisa dengan asumsi dari semua transformator

distribusi sesuai dengan rating transformator di name plate. Dengan

tempat dan rating dari semua transformator distribusi dan total

penyulang diketahui rasio transformator distribusi dapat ditentukan.

Dengan asumsi semua transformator ditentukan dan semua beban

mempunyai faktor daya yang sama, beban dapat ditentukan di semua

titik dan analisa secara lengkap dapat dilakukan.

Dua metode dapat digunakan untuk menghitung kerapatan

beban yaitu cakupan linear (linear coverage) dan cakupan area (area

coverage). Kerapatan beban memiliki cakupan linear dapat

dinyatakan dalam kVA/ribuan feet atau dengan satuan yang lainnya.



Cakupan linear biasanya digunakan untuk analisa sekunder

walaupun persamaannya terpakai pada penyulang primer. Cakupan

area biasanya dibatasi berdasarkan luas divisi sebagai area

pelayanan substation dan dinyatakan dalam MVA/mil2 . Konversi dari

cakupan linear ke cakupan area mungkin dapat dilakukan hanya saja

dibutuhkan suatu pola pada sistem penyulang dengan luas seluruh

area.

2.6.Metode Perkiraan Beban

Salah satu faktor yang sangat menentukan dalam membuat

rencana operasi sistem tenaga listrik adalah perkiraan beban yang

akan dialami oleh sistem tenaga listrik ybs. Tidak ada rumus eksak

untuk ini karena besarnya beban ditentukan oleh para pemakai

(konsumen ) tenaga listrik yang secara bebas dapat menentukan

pemakaiannya. Namun karena pada umumnya kebutuhan tenaga

listrik seorang konsumen sifatnya periodik maka grafik pemakaian

tenaga listrik atau lazimnya disebut sebagai grafik beban dari sistem

tenaga listrik juga mempunyai sifat periodik.

Oleh karenanya statistik beban dari masa lalu berserta analisanya

sangat diperlukan untuk memperkirakan beban dimasa yang akan

datang yang pada umumnya dilakukan dengan cara mengekstrapolir

grafik beban di masa lampau ke masa yang akan datang. Setelah

dilakukan ekstrapolasi kemudian ditambahkan koreksi-koreksi

terhadap hal-hal khusus, baik untuk perkiraan jangka panjang, jangka

menengah maupun jangka pendek.

Grafik beban secara perlahan-lahan berubah bentuknya baik kuantitatif

maupun kualitatif. Perubahan ini antara lain disebabkan oleh :



a. Bertambahnya jumlah konsumen tenaga listrik.

b. Bertambahnya konsumsi tenaga listrik dari konsumen lama,

misalnya karena ia membeli peralatan listrik tambahan.

c. Suhu udara, kalau suhu udara tinggi maka pemakaian alat-alat

penyejuk udara bertambah dan ini menambah pemakaian tenaga

listrik.

d. Kegiatan ekonomi dalam masyarakat.

e. Kegiatan sosial dalam masyarakat. Sebagai contoh adanya

pertandingan olahraga seperti bulu tangkis atau tinju yang

disiarkan oleh TVRI ternyata menimbulkan kenaikan beban.

Dari uraian diatas dapatlah dimengerti bahwa tidaklah mungkin

ditemukan rumus yang eksak untuk menentukan besarnya beban.

Tetapi beban dapat diperkirakan besarnya berdasarkan pengalaman-

pengalaman dan pengamatan-pengamatan dimasa lalu kemudian

diadakan perkiraan untuk masa yang akan datang. Beberapa metode

yang dipakai untuk memperkirakan beban adalah :

1. Metode Least Square.

Beban di masa-masa yang silam dicatat dan kemudian ditarik garis

ekstrapolasi sedemikian higga d12+d22+d32+ ---------

adalah minimum. Metode ini dapat dipakai untuk memperkirakan

beban puncak yang akan terjadi di sistem tenaga listrik untuk

beberapa tahun yang akan datang, lihat gambar 2.3.



Gambar 2.3

Agar hasil ekstrapolasi untuk masa yang akan datang dapat

memberikan hasil yang lebih teliti, perkembangan beban yang

terjadi di masa lampau perlu dianalisa sebab-sebabnya dan

dipakai sebagai bahan pertimbangan dalam membuat ekstrapolasi

ke tahun-tahun yang akan datang.

2. Metode Exponensial

Metode ini dapat dipakai kalau sistem tenaga listrik yang

dibahas masih jauh dari kejenuhan dan ada suatu target kenaikan

penjualan yang digariskan, lihat gambar 2.4. Hal ini terjadi di

tempat-tempat yang baru mengalami elektrifikasi.



Gambar 2.4

Bo = Beban puncak pada saat sekarang.

P = persentase kenaikan beban per tahun yang ditargetkan.

t = jumlah tahun yang akan datang.

3. Metode Curve Fit

Metode ini dapat dipakai apabila sudah terlihat ada kejenuhan

pada sistem tenaga listrik yang dibahas. Kejenuhan bisa terjadi

karena semua orang telah memakai tenaga listrik dan tidak ada

pengembangan industri, lihat gambar 2.5.



Gambar 2.5

Bo = beban puncak pada saat sekatrang.

t = jumlah tahun yang akan datang.

a = konstanta yang dicari secara coba-coba.

Dalam praktek kejenuhan dapat dilihat pada pusat-pusat beban

(gardu induk dan gardu distribusi) yang sekitarnya penuh dengan

perumahan tempat tinggal. Penambahan beban hanya terjadi

kalau ada pemakai listrik ditempat tersebut yang menambah

peralatan listriknya, misalnya apabila ada pemakai listrik yang

memperbesar rumahnya (menambah tingkat rumahnya) sehingga

memerlukan tambahan peralatan listrik.



4. Metode Koefisien Beban

Gambar 2.6

Metode ini dipakai untuk memperkirakan beban harian dari suatu

sistem tenaga listrik. Beban untuk setiap jam diberi koefisien yang

menggambarkan besarnya beban pada jam tersebut dalam

perbandingannya terhadap beban puncak, misalnya k4 = 0,6

berarti bahwa beban pada jam 04,00 adalah sebesar 0,6 kali

beban puncak yang terjadi pada jam 19.00 (k19 = 1), lihat gambar

2.6.

Koefisien-koefisien ini berbeda untuk hari senen s/d minggu dan

juga untuk hari libur bukan minggu. Beban puncak dapat

diperkirakan dengan melihat beban puncak mingguan tahun-tahun

yang lalu kemudian dengan menggunakan koefisen-koefisen



tersebut diatas bisa diperkirakan grafik beban harian untuk suatu

minggu yang akan datang. Koefisien-koefisien ini perlu dikoreksi

secara terus menerus berdasarkan hasil pengamatan atas beban

yang sesungguhnya terjadi. Setelah didapat perkiraan grafik beban

harian dengan metode koefisien masih diperlukan koreksi-koreksi

berdasarkan informasi-informasi terakhir mengenai perkiraan suhu

dan kegiatan masyarakat. Jika setelah koreksi-koreksi ini ternyata

masih ada penyimpangan dalam operasi real time, maka adalah

tugas operator sistem (dispatcher) untuk mengatasi penyimpangan

ini.

Apabila telah didapat koefisien beban puncak mingguan selama

satu tahun (52 minggu) maka metode ini dapat pula dikembangkan

untuk perkiraan beban puncak mingguan tertinggi dalam satu

tahun, dengan memperhatikan langgam beban puncak mingguan

seperti pada gambar 2.6.

5. Metode Pendekatan Linier

Dengan menggunakan persamaan linier :

B = at + bo dimana

B = beban pada saat t.

a = suatu konstanta yang harus ditentukan.

bo = beban pada saat t = to.

Konstanta a sesungguhnya tergantung pada waktu t dan besarnya

bo. Cara ini hanya dapat dipakai untuk perkiraan beban beberapa

puluh menit ke depan dan biasanya konstanta a juga tergantung

kepada ramalan cuaca. Metode ini biasa dipakai untuk



memperkirakan beban puncak beberapa puluh menit sebelumnya,

lihat gambar 2.7.

Gambar 2.7

6. Metode Markov

Metode ini dipakai untuk memperkirakan beban puncak sistem

tenaga listrik dalam jangka panjang dengan memperhitungkan

kegiatan-kegiatan ekonomi dalam suatu negara secara makro.

Selain malasah perkiraan beban dari suatu sistem tenaga listrik

khususnya beban puncaknya seperti diuraikan diatas, masih pula

perlu dilakukan perkiraan beban dari sub sistem, misalnya



perkiraan beban dari setiap gardu induk. Hal ini diperlukan untuk

membuat analisa aliran daya dalam sistem tenaga listrik secara

keseluruhan.


bab 2 karakteristik beban

Documents