fakultas teknik universitas lampung bandar …digilib.unila.ac.id/23541/3/skripsi tanpa bab...
TRANSCRIPT
PENENTUAN KAPASITAS DAN PENEMPATANBANYAK KAPASITOR PARALEL
PADA PENYULANG BADAI DI GI TELUK BETUNGMENGGUNAKAN PERHITUNGAN ARUS REAKTIF
(Skripsi)
Oleh
BRILLIAN UNGGUL WICAKSONO
FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG2016
ABSTRAK
PENENTUAN KAPASITAS DAN PENEMPATAN BANYAK KAPASITORPARALEL PADA PENYULANG BADAI DI GI TELUK BETUNG
MENGGUNAKAN PERHITUNGAN ARUS REAKTIF
Oleh
Brillian Unggul Wicaksono
Kapasitor adalah peralatan listrik yang dapat menghasilkan daya reaktif yangdiperlukan oleh beban sehingga aliran daya reaktif di saluran dapat berkurangdengan kata lain kapasitor bermanfaat menaikkan faktor daya, memperbaiki profiltegangan serta mengurangi rugi-rugi. Penempatan kapasitor dengan kapasitaskapasitor yang berdasarkan arus beban dapat memimisasi rugi-rugi dan perbaikanprofil tegangan.
Skripsi ini bertujuan menentukankapasitas dan penempatan lokasi banyakkapasitor paralel dengan menggunakan perhitungan arus reaktif.Studi kasus inidilakukan pada penyulang Badai GI Teluk Betung dan analisis aliran dayamenggunakan software MATPOWER 4.2.
Dari hasil simulasi dapat disimpulkan bahwa dengan pemasangan kapasitorparalel pada sistem distribusi di penyulang Badai di GI Teluk Betung dapatmengurangi rugi-rugi total daya aktif dan reaktif. Sebelum pemasangan kapasitordidapat rugi-rugi daya aktif total sebesar 211,690 kW dan daya reaktif totalsebesar 190,457 kVAR. Hasil simulasi menunjukkan bahwa penempatan optimalbanyak kapasitor paralel adalah pada bus 43 dan 2. Setelah penempatan duakapasitor diperoleh rugi-rugi daya aktif sebesar 163,025 kW dengan presentasepengurangan 22,99% dan rugi-rugi daya reaktif total sebesar 146,873 kVARdengan presentase sebesar 22,88%.
Kata kunci : kapasitor paralel, perhitungan arus reaktif, rugi-rugi daya, GI TelukBetung.
ABSTRACT
DETERMINATION OF CAPACITY AND PLACEMENT OF PARALLELCAPACITORS ON BADAI FEEDER IN TELUK BETUNG SUBSTATION
USINGREACTIVE CURRENT CALCULATION
By
Brillian Unggul Wicaksono
Capacitors are electrical equipment that can generate reactive power required bythe load so that the reactive power flow in the line can be reduced, in other wordscapacitors are useful to increase power factor, improve voltage profile andreduce losses. Placement of the capacitors with its capacity based on the currentload can minimize losses and improve voltage profile.
This thesis aims to determine the capacity and the placement location of manycapacitor parallel by using reactive current calculation. This case study isconducted on Badai feeder in Teluk Betung substation and power flow analysis isperformed using MATPOWER 4.2 software.
From the simulation results can be concluded that with the placement of parallelcapasitors on distribution system in Badai feeder in Teluk Betung substation canreduce the total active power losses and total reactive power losses. Beforeplacement the capacitors, the active power losses obtained is 211,690 kW and thetotal reactive power losses is 190,457 kVAR. The simulation results showed thatthe optimal placements of many parallel capacitors are on bus 43 and bus 2. Afterplacing two capacitors the total active power losses obtained is 163,025 kW orpercentage of reduction is 22,99% and a reduction of the total reactive powerlosses is 146,873 kVAR with a percentage of 22,88%.
Keywords : parallel capacitor, reactive current calculation, power losses, GITeluk Betung.
PENENTUAN KAPASITAS DAN PENEMPATAN
BANYAK KAPASITOR PARALEL
PADA PENYULANG BADAI DI GI TELUK BETUNG
MENGGUNAKAN PERHITUNGAN ARUS REAKTIF
Oleh
BRILLIAN UNGGUL WICAKSONO
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar
SARJANA TEKNIK
Pada
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Lampung
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG
2016
RIWAYAT HIDUP
Brillian Unggul Wicaksono adalah nama penulis skripsi ini.
Penulis lahir dari orang tua bernama Ir. Istiyono Susianto
dan Triningrum, Skm sebagai anak pertama dari tiga
bersaudara. Penulis dilahirkan di Kota Bandar Lampung,
Provinsi Lampung pada tanggal 24 September 1991.
Penulis menempuh pendidikan dimulai dari TK Xaverius 1 Tanjungkarang,
melajutkan ke SD Fransiskus 1 Tanjungkarang (lulus tahun 2003), melanjutkan ke
SMP Fransiskus 1 Tanjungkarang (lulus tahun 2006), SMA Negeri 3 Bandar
Lampung (lulus tahun 2009), hingga akhirnya pada tahun 2009 menempuh masa
kuliah di Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro, Universitas Lampung melalui
jalur Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN).
Dalam menempuh pendidikan di Universitas Lampung penulis juga aktif dalam
organisasi kerohanian universitas yaitu Unit Kegiatan Mahasiswa Kristen
(UKMK) dan juga Fakultas Teknik yaitu Forum Komunikasi Mahasiswa Kristen
- Fakultas Teknik (FKMK-FT). Selain kegiatan kerohanian penulis juga menjabat
sebagai asisten Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi selama dua semester.
Penulis melaksanakan Kerja Praktik (KP) di Unit PLTD Teluk Betung dengan
judul “Sistem Eksitasi Generator Smerslikker Verr Di PT. PLN (Persero)
Pembangkitan Sumbagsel Unit PLTD Teluk Betung”
Dengan tekad serta motivasi yang besar untuk terus belajar dan berusaha penulis
telah berhasil menyelesaikan penulisan tugas akhir skripsi ini. Penulis berharap
dengan penulisan tugas akhir skripsi ini memberikan kontribusi positif bagi dunia
pendidikan.
Akhir kata penulis mengucapkan rasa syukur kepada Tuhan atas terselesaikannya
skripsi yang berjudul “Penentuan Kapasitas dan Penempatan Banyak
Kapasitor Paralel pada Penyulang Badai di GI Teluk Betung Menggunakan
Perhitungan Arus Reaktif”
I Dedicate to
Papa dan Mama Tercinta
Istiyono Susianto dan Triningrum
Adik-adikku Tersayang
Yossafat Galang Rakasiwi
Sarah Amanda Kartika R
Keluarga Besar, Dosen, Teman, dan Almamater.
MOTTO
“Takut akan TUHAN adalah permulaan pengetahuan,
tetapi orang bodoh menghina hikmat dan didikan.” ~ Amsal 1 : 4
“Berbahagialah orang yang mendapat hikmat,
orang yang memperoleh kepandaian, karena keuntungannya melebihi
perak,
dan hasilnya melebihi emas.” ~ Amsal 3 : 11 – 12
“Karena hikmat lebih berharga dari emas dan permata,
apapun yang diinginkan orang, tidak dapat menyamainya.” ~ Amsal 8 : 11
“Tangan yang lamban membuat miskin,
tetapi tangan orang rajin menjadikan kaya”
“Siapa mengindahkan didikan, menuju jalan kehidupan,
tetapi siapa mengabaikan teguran tersesat.” ~ Amsal 10 : 4, 17
“Dengarkanlah nasihat dan terimalah didikan,
supaya engkau menjadi bijak di masa depan.
Banyaklah rancangan di hati manusia, tetapi keputusan Tuhanlah yang
terlaksana.” ~ Amsal 19 : 20 - 21
Sebab itu janganlah kamu kuatir akan hari besok,
karena hari besok mempunyai kesusahannya sendiri.
Kesusahan sehari cukuplah untuk sehari." ~ Matius 6:34
Serahkanlah segala kekuatiranmu kepada-Nya,
sebab Ia yang memelihara kamu. ~ 1 Petrus 5:7
“Maksimalkan segala talenta yang Tuhan berikan kepada anda”
( Brillian Unggul Wicaksono, S.T. )
SANWACANA
Puji syukur saya ucapkan kehadirat Tuhan Yesus Kristus atas kasih dan karunia
yang telah diberikan sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir skripsi yang
berjudul “Penentuan Kapasitas dan Penempatan Banyak Kapasitor Paralel pada
Penyulang Badai di GI Teluk Betung Menggunakan Perhitungan Arus Reaktif”.
Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk memenuhi kurikulum sarjana strata-
1(S1) pada Jurusan Teknik Elektro, Jurusan Teknik, Universitas Lampung. Dalam
penyusunan skripsi ini adapun suka maupun duka, namun laporan ini dapat
terselesaikan berkat bantuan dan dukungan dari berbagai macam pihak. Untuk itu
saya mengucapkan terimakasih kepada :
1. Bapak Prof. Suharno, M.Sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Lampung;
2. Bapak Dr. Eng., Helmy Fitriawan, S.T., M.Sc., selaku Pembantu Dekan I
Fakultas Teknik Universitas Lampung yang sekaligus sebagai Pembimbing
Akademik;
3. Bapak Dr. Ing. Ardian Ulvan, S.T., M.Sc., selaku Ketua Jurusan Teknik
Elektro Universitas Lampung;
4. Bapak Dr. Herman H Sinaga, selaku Sekretaris Jurusan Teknik Elektro
Universitas Lampung dan juga selaku penguji skripsi yang telah memberi
bimbingan, kritik serta saran dalam penyelesaian skripsi ini;
5. Bapak Osea Zebua, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing utama skripsi yang
telah memberikan banyak ilmu, kritik dan saran, serta selalu membimbing
dalam penyelesaian skripsi ini;
6. Bapak Ir. Noer Soedjarwanto, M.T., selaku dosen pembimbing pendamping
skripsi yang telah juga memberikan banyak ilmu, kritik dan saran, serta selalu
membimbing dalam penyelesaian skripsi ini;
7. Seluruh dosen dan karyawan Fakultas Teknik dan Jurusan Teknik Elektro,
yang telah memberi ilmu, bimbingan dan bantuan hingga penulis selesai
menyusun skripsi ini;
8. Mbak Anizar selaku Teknisi Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi serta
teknisi dari laboratorium Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung;
9. Orang tua (Papa dan Mama) tercinta dan adik-adik (Galang dan Sarah)
tercinta, yang telah memberi semangat dan dukungan doa, moril serta
sukacita;
10. Sahabat-sahabat seperjuangan Kemiling Inside Ari (uwak), Albet (zuko),
Taufik (jelongop), Widi (Mas Iyat); sahabat seperjuangan dari SMA hingga
menempuh gelar sarjana Binsar Daniel Sandi Togatorop; Besbeng Crew M.
Rifqi (Mbeu botak), Dedy Irawan (Didie Botoy), Ranny, Riyo (modus),
Annora, Mardyiah (Emak), Fedryan, Nisa, Idon (Pak Lur), Robert, Flesi
(Cantik), Helmi (Nenek Ijo); sahabat Batak JS.Panjaitan, JA.Barus,
LT.Gultom, BM.Sinaga; beserta rekan-rekan angkatan Elektro 2009 lain yang
telah membantu dalam memberikan gagasan, pengetahuan, semangat, doa dan
terimakasih atas kebersamaan yang dijalin dari awal hingga akhir masa studi;
11. Teman-teman persekutuan UKMK dan FKMK-FT terimakasih untuk
kebersamaannya, bantuan, semangat dan doa-doanya;
12. Saudara seiman dalam Gereja di COOL Distrik 9 terutama COOL Beringin
Raya 2 yang telah memberi semangat, sukacita dan dukungan doa dan COOL
BKP (Ganda, Kardo, Gunawan, Aris, Mas Lukas, Purba dan yang lainnya)
yang juga turut membantu, memberi semangat dan dukungan doa;
13. Hetty Samosir sahabat yang mengajarkan aku Bahasa Inggris dengan
kemampuannya yang luar biasa, terus berjuang menuntut ilmu di negeri orang
yang jauh disana, terus menjadi guru yang baik dan bijaksana;
14. Mery Hutauruk yang juga memberikan, motivasi, semangat dan doa.
Thank You so Much;
15. Semua pihak yang membantu dan tidak bisa saya sebutkan satu persatu.
Demikian skripsi ini saya tulis, oleh sebab itu perlu kritik dan saran agar
kedepannya semakin baik lagi. Semoga skripsi ini berguna dan bermanfaat bagi
kita semua. Atas perhatiannya saya mungucapkan terimakasih.
Bandar Lampung, Agustus 2016
Brillian Unggul Wicaksono
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR ISI ..................................................................................................... v
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ viii
DAFTAR TABEL ............................................................................................. x
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar belakang ................................................................................... 1
1.2 Tujuan Penelitian ............................................................................... 2
1.3 Rumusan Masalah ............................................................................. 2
1.4 Batasan Masalah ................................................................................ 3
1.5 Manfaat Penelitian............................................................................. 3
1.6 Kerangka Pemikiran .......................................................................... 3
1.7 Hipotesis ............................................................................................ 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sistem Tenaga Listrik ........................................................................ 5
2.2 Daya ................................................................................................. 6
2.2.1 Daya Aktif ............................................................................... 6
2.2.2 Daya Reaktif............................................................................ 6
2.2.3 Daya Semu .............................................................................. 7
2.3 Sifat Beban Listrik ............................................................................. 7
2.4 Aliran Daya........................................................................................ 9
2.5 Aliran Daya pada Sistem Distribusi Radial ....................................... 10
2.6 Rugi-rugi Daya .................................................................................. 11
2.6.1 Rugi-rugi Saluran .................................................................. 12
2.7 Kapasitor............................................................................................ 14
2.7.1 Kapasitor Seri ........................................................................ 14
2.7.2 Kapasitor Pararel (Capasitor Shunt) ..................................... 17
2.8 Rugi-rugi Pada Sistem Distribusi Radial dengan Perhitungan
Arus Reaktif ........................................................................................ 21
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ............................................................. 25
3.2 Alat dan Bahan.................................................................................... 25
3.3 Tahapan Penelitian.............................................................................. 26
3.3.1 Mengidentifikasi Masalah ........................................................ 26
3.3.2 Studi Literatur........................................................................... 26
3.3.3 Pengumpulan Data.................................................................... 26
3.3.4 Simulasi Aliran Daya pada Jaringan Distribusi Penyulang
Badai ........................................................................................ 26
3.3.5 Simulasi Penempatan Banyak Kapasitor Paralel...................... 27
3.3.6 Menganalisa Hasil yang Didapat.............................................. 29
3.3.7 Membuat Kesimpulan dari Hasil Penelitian............................. 29
3.4 Diagram Alir Penelitian ...................................................................... 30
3.5 Diagram Alir Program ........................................................................ 31
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Penyulang Badai di GI Teluk Betung........................................ 32
4.1.1 Permodelan Saluran .............................................................. 36
4.2 Hasil Simulasi.................................................................................... 41
4.3 Hasil Perhitungan Sebelum Diberikan Kapasitor.............................. 43
4.4 Hasil Perhitungan Setelah Diberikan Satu Kapasitor ........................ 46
4.5 Hasil Perhitungan Setelah Diberikan Kapasitor Kedua..................... 49
4.6 Analisis .............................................................................................. 53
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ......................................................................................... 53
5.2 Saran ................................................................................................... 54
DAFTAR PUSTAKA........................................................................................ xi
LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1. Gambar 2.1 Segitiga Daya......................................................................... 7
2. Gambar 2.2 Gelombang dengan beban resistif tegangan dan arus sefasa . 8
3. Gambar 2.3 Gelombang dengan beban induktif dengan arus lagging....... 8
4. Gambar 2.4 Gelombang dengan beban kapasitif arus leading .................. 9
5. Gambar 2.5 Rangkaian Seri....................................................................... 15
6. Gambar 2.6 Diagram fasor pada kapasitor seri ......................................... 16
7. Gambar 2.7 Rangkaian Paralel .................................................................. 18
8. Gambar 2.8 Diagram fasor pada kapasitor paralel .................................... 19
9. Gambar 2.9 Penempatan Kapasitor dengan Perhitungan Arus Reaktif pada
Sistem Distribusi Radial ........................................................................... 23
10. Gambar 3.1 Contoh Penempatan Banyak Kapasitor dengan Perhitungan
Arus Reaktif pada Sistem Distribusi........................................................ 28
11. Gambar 3.2 Diagram Alir Penelitian....................................................... 30
12. Gambar 3.4 Diagram Alir Penentuan Kapasitas dan Lokasi Optimal
Banyak Kapasitor Paralel....................................................................... 31
13. Gambar 4.1 Saluran Penyulang Badai...................................................... 34
14. Gambar 4.2 Single Line Diagram Penyulang Badai ............................... 35
15. Gambar 4.3 Perbandingan Profil Tegangan ............................................. 56
DAFTAR TABEL
1. Tabel 4.1 Data Saluran.............................................................................. 36
2. Tabel 4.2 Parameter Total Kabel Tiap Saluran ..........................................38
3. Tabel 4.3 Data Beban Setiap Bus...............................................................38
4. Tabel 4.4 Data Beban Setiap Bus pada Command Window
MATLAB...................................................................................................41
5. Tabel 4.5 Rugi-rugi daya Aktif dan Rugi-rugi Daya Reaktif pada Saluran
Sebelum Diberikan Kapasitor ....................................................................43
6. Tabel 4.6 Branch Data................................................................................45
7. Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Kompensasi dengan Satu Kapasitor Paralel
pada Setiap Bus ..........................................................................................46
8. Tabel 4.8 Rugi-rugi Daya Aktif dan Rugi-rugi Daya Reaktif pada
Saluran Setelah Diberikan Satu Kapasitor .................................................48
9. Tabel 4.9 Hasil Perhitungan Kompensasi Kapasitor Paralel pada Setiap
Bus Setelah Diberikan Kapasitor Kedua....................................................50
10. Tabel 4.10 Rugi-rugi Tiap Saluran Ketika Sudah Diberi Dua Kapasitor
Paralel.........................................................................................................52
11. Tabel 4.11 Persentase Pengurangan Rugi-rugi Total.................................53
12. Tabel 4.12 Tegangan Tiap Bus ..................................................................54
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pada masa sekarang listrik merupakan salah satu energi yang di perlukan
bahkan menjadi suatu kebutuhan pokok bagi setiap masyarakat dalam
kehidupan sehari-hari. Listrik juga merupakan salah satu unsur untuk
meningkatkan perekonomian dan kesejahteraan masyarakat. Pada era
modern ini dan dalam kurun waktu kedepan penggunaan listrik akan
semakin meningkat dikarenakan bertambahnya penduduk dan penggunaan
elektronik disetiap rumah tangga juga munculnya industri-industri baru.
Dalam rumah tangga maupun industri, listrik sangat diperlukan untuk
penerangan, komunikasi, dan lain lain. Berbagai beban listrik jenis induktif
membutuhkan daya reaktif dari sumber, sehingga bila beban listrik induktif
ini semakin meningkat, maka rugi-rugi akibat arus reaktif juga semakin
meningkat dan berkontribusi pada peningkatan rugi-rugi secara keseluruhan.
Salah satu cara yang dilakukan untuk mengurangi rugi-rugi daya reaktif
adalah dengan kompensasi daya reaktif. Menempatkan kapasitor paralel
pada saluran distribusi adalah salah satu hal yang dilakukan untuk
kompensasi daya reaktif.
2
Dalam melakukan penempatan kapasitor paralel perlu mempertimbangkan
rugi-rugi daya aktif total sistem distribusi, sehingga perbaikan tegangan
pada semua bus dan dapat menghemat energi. Kapasitas kapasitor yang
akan dipasang dan beban yang terhubung juga mempengaruhi penempatan
optimal kapasitor pararel. Menempatan kapasitor berdasakan besar arus
beban pada setiap bus hanya memperbaiki kondisi pada bus tersebut, tetapi
tidak memaksimalkan pengurangan rugi-rugi dan perbaikan profil tegangan
dari seluruh sistem.
Dalam skripsi ini, masalah penempatan banyak kapasitor pararel untuk
meminimalkan kerugian optimal sistem distribusi diselesaikan dengan
menggunakan pehitungan arus reaktif. Arus reaktif antara sumber dan bus
sebagai lokasi penempatan kapasitor dijadikan sebagai acuan untuk
menentukan kapasitas kapasitor. Studi kasus yang digunakan adalah
penyulang Badai di Gardu Induk Teluk Betung, Bandar Lampung.
1.2 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah
1. Memperbaiki faktor daya untuk menaikkan tegangan dan dapat
meminimalisir rugi-rugi pada saluran.
1.3 Rumusan Masalah
Secara garis besar rumusan permasalahan tujuan penelitian ini adalah :
1. Adanya beban bersifat induktif yang akan menyerap daya reaktif, yang
kemudian akan dapat menimbulkan jatuh tegangan pada sisi penerima.
3
1.4 Batasan Masalah
Berdasarkan latar belakang maka batasan masalah pada penulisan skripsi ini
yaitu :
1. Analisis dilakukan dengan menggunakan perhitungan arus reaktif.
2. Jaringan yang digunakan adalah penyulang Badai.
3. Peneitian ini hanya membahas masalah teknis, tidak membahas dari
segi ekonomis.
1.5 Manfaat Penelitian
Dari penelitian ini dapat diperoleh manfaat sebagai berikut :
1. Memperbaiki faktor daya untuk memperbaiki jatuh tegangan dan rugi-
rugi arus beban reaktif dapat diminimalisir.
1.6 Kerangka Pemikiran
Dalam kerangka pemikiran skripsi ini penempatan optimal banyak kapasitor
paralel untuk mengurangi total rugi-rugi daya aktif dan total rugi-rugi energi
yang minimum pada sistem distribusi daya listrik dapat dilakukan dengan
pemasangan kapasitor paralel untuk meminimalkan kerugian daya aktif
yang terjadi pada sistem distribusi daya listrik.
4
1.7 Hipotesis
Dengan penempatan kapasitor pada sistem distribusi daya listrik dan dengan
menggunakan perhitungan arus reaktif, penempatan banyak kapasitor
tersebut dapat mengurangi rugi-rugi daya aktif secara optimal dan
mengurangi rugi-rugi energi pada sistem distribusi pada penyulang Badai di
Gardu Induk Teluk Betung.
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sistem Tenaga Listrik
Sistem tenaga listrik terdiri dari tiga komponen utama, yaitu pembangkitan
tenaga listrik, transmisi dan distribusi. Pada pusat listrik dilakukan
pembangkitan tenaga listrik dengan cara memanfaatkan generator sinkron.
Tenaga listrik yang telah dihasilkan pada pusat listrik akan ditransmisikan
ke beban melaui saluran transmisi. Sebelum disalurkan, tegangan dinaikkan
dengan menggunakan transformator penaik tegangan (step-up) pada pusat
listrik. Tegangan tersebut dinaikkan ke level tegangan tinggi (antara 70 kV
sampai 150 kV). Saluran transmisi yang digunakan bisa berupa saluran
udara maupun kabel tanah.
Daya listrik pada saluran transmisi disalurkan ke Gardu Induk kemudian
tegangannya diturunkan menggunakan transformator penurun tegangan
(stepdown) menjadi tegangan menengah. Besar tegangan menengah yang
digunakan PLN adalah sebesar 20 kV. Tegangan menengah ini dapat
digunakan langsung oleh konsumen yang mempunyai daya terhubung besar
seperti industri. [11]
Daya listrik tegangan menengah belum dapat digunakan oleh konsumen
rumahan. Untuk dapat menggunakannya tengangan menengah tersebut
6
kemudian diturunkan melalui gardugardu distribusi menjadi tegangan
rendah sebesar 380/220 V.
2.2 Daya
Daya adalah laju energi yang dihantarkan selama melakukan usaha dalam
waktu tertentu. Daya merupakan besaran skalar, karena daya hanya
memiliki nilai, tetapi tidak memiliki arah. Daya memiliki satuan watt (W),
dimana tegangan dikalikan dengan arus. Dimana P adalah daya, V adalah
tegangan (volt), dan I adalah arus (ampere), sehingga besarnya daya
dinyatakan dalam persamaan :
P = V x I (2.1)
2.2.1 Daya Aktif
Daya aktif adalah daya yang terpakai dibutuhkan oleh beban resistif.
Satuan daya aktif adalah watt. Adapun persamaannya adalah sebagai
berikut:
Untuk satu fasa : P = V.I.Cos φ (2.2)
Untuk tiga fasa : P = √3.V.I.Cos φ (2.3)
2.2.2 Daya Reaktif
Daya reaktif adalah daya yang digunakan untuk membangkitkan flux
magnetik sehingga timbul magnetisasi, daya ini dikembalikan ke
sistem karena ada efek induksi elektromagnetik itu sendiri, dengan
kata lain daya ini merupakan beban pada suatu sistem tenaga listrik.
Satuan dari daya reaktif adalah VAR. Daya reaktif dinyatakan dalam
persamaan :
7
Untuk satu fasa : Q = V.I.Sin φ (2.4)
Untuk tiga fasa : Q = √3.V.I.Sin φ (2.5)
2.2.3 Daya Semu
Daya semu adalah daya yang dihasilkan oleh perkalian antara
tegangan dan arus dalam satu jaringan. Satuan daya semu adalah VA.
Segitiga daya merupakan segitiga yang menggambarkan hubungan
antara daya semu, daya aktif dan daya reaktif ditunjukkan pada
gambar 2.1 berikut.
Gambar 2.1. Segitiga daya
Dimana secara umum persamaanya dituliskan sebagai berikut :
S = V.I (2.6)
P = S x Cos φ (2.7)
Q = S x Sin φ (2.8)
2.3 Sifat Beban Listrik
Ada tiga jenis beban yang harus ditopang oleh pembangkit listrik. Berikut
adalah tiga jenis beban tersebut :
8
2.3.1 Beban Resistif (R)
Beban listrik yang dihasilkan oleh alat-alat listrik yang bersifat murni
tahan (resistor) contohnya pada elemen pemanas dan lampu pijar.
Beban jenis ini hanya mengkonsumsi beban aktif dan mempunyai
faktor daya sama dengan satu. Tegangan dan arus sefasa.
Gambar 2.2. Gelombang dengan beban resistif tegangan dan arus
sefasa
2.3.2 Beban Induktif (L)
Beban induktif yaitu beban yang terdiri dari kumparan kawat yang
dililitkan pada suatu inti, contohnya seperti transformator, coil, motor
listrik, dan lain-lain. Beban induktif menyerap daya aktif dan daya
reaktif. Beban induktif dapat mengakibatkan pergeseran fasa pada arus
sehingga bersifat lagging.
Gambar 2.3. Gelombang dengan beban induktif dengan arus lagging
9
2.3.3 Beban Kapasitif (C)
Beban kapasitif yaitu beban yang memiliki kemampuan untuk
menyimpan energi yang berasal dari pengisian elektrik. Beban ini
menyebabkan arus leading terhadap tegangan. Beban ini menyerap
daya aktif dan mengeluarkan daya reaktif.
Gambar 2.4. Gelombang dengan beban kapasitif arus leading
2.4 Aliran Daya
Aliran daya adalah solusi dari kondisi operasi sistem tenaga listrik pada
keadaan steady-state, yang memberikan gambaran dan dapat dijadikan
batasan mengenai operasi sistem tenaga listrik yang dinamis. Studi aliran
daya pada sistem tenaga listrik akan memberikan informasi tentang daya
nyata (real power), daya reaktif (reactive power), tegangan dan sudut fasa
pada sistem.
Dalam sistem tenaga bus dapat diklarifikasikan menjadi tiga jenis, yaitu :
1. Bus PQ
Tipe bus ini digunakan untuk bus beban, pada bus ini daya aktif (P) dan
reaktif (Q) diketahui dan besaran yang dapat dihitung pada bus ini adalah
tegangan (V) dan sudut (δ).
10
2. Bus PV
Pada bus ini daya aktif (P) dana tegangan (V) ditentukan sebagai variabel
yang diketahui. Secara umum bus dari pembangkit listrik dapat diketahui
sebagai bus PV, karena tegangan pada bus ini dapat dikontrol dengan
kapasitas daya reaktif yang dibangkitkan. Besaran yang dihitung pada bus
ini adalah daya reaktif yang dibangkitkan. Besaran yang dihitung pada bus
ini adalah daya reaktif (Q) dan sudut tegangan (δ).
3. Slack Bus
Slack Bus sering disebut Swing Bus. Besaran yang diketahui dari bus ini
adalah tegangan (V) dan sudut (δ). Suatu sistem tenaga biasanya didesain
memiliki bus ini yang dijadikan sebagai referensi, secara umum besaran dari
sudut ini adalah nol (δ = 0o) .
2.5 Aliran Daya pada Sistem Distribusi Radial
Persamaan aliran daya pada sistem distribusi radial dapat diperoleh dari
hubungan antara daya kompleks dan tegangan bus. Misalkan Sij adalah daya
kompleks yang mengalir dari bus i dan bus j, maka,= + = ( ∗ − ∗) ∗ (2.9)
Daya pada bus i dinyatakan sebagai,
+ = +( )= ( ∗ − ∗) ∗( ) (2.10)
dimana k(i) adalah himpunan bus-bus yang terhubung ke bus i.
11
Untuk elemen saluran ij yang terhubung antara bus i dan bus j, arus pada
bus j dapat dinyatakan dengan persamaan,= − ( ( )) (2.11)atau,
( ) = − (2.12)dimana k(j) adalah himpunan bus-bus yang terhubung ke bus j. Menyatakan
jumlah arus saluran antara bus i dan bus j. ∑ ( ( )) menyatakan jumlah
arus saluran antara bus i dan bus j. Hubungan antara arus setiap Ibus dan arus
setiap saluran Isaluran secara umum dapat dinyatakan dengan,
Ibus = K . Isaluran (2.13)
dimana K adalah elemen matriks insiden yang menyatakan hubungan antar
bus. Matriks K adalah matriks bujursangkar yang tidak singular dengan orde
N, dimana N menyatakan jumlah bus. Bila l menytakan elemen matriks
dimana l = 1, 2, 3, ...., N, maka elemen diagonal dari matriks K adalah 1,
atau K(l,l) = 1. Bila p adalah elemen ke-l yang menyatakan bus pengirim
K(p,l) =1, sebaliknya jika r menyatakan bus penerima, maka K(l,r) = -1
2.6 Rugi-rugi Daya
Dalam poses transmisi dan distrbusi tenaga listrik sering kali mengalami
rugi-rugi daya yang cukup besar yang diakibatkan oleh rugi-rugi pada
saluran dan juga rugi-rugi pada trafo yang digunakan. Kedua jenis rugi-rugi
daya tersebut memberikan pengaruh yang besar terhadap kualitas daya serta
tegangan yang dikirimkan kesisi pelanggan. Nilai tegangan yang melebihi
12
batas toleransi akan dapat menyebabkan tidak optimalnya kerja dari
peralatan listrik disisi konsumen. Selain itu, rugi-rugi daya yang besar akan
menimbulkan kerugian finansial disisi perusahaan pengelola listrik. Rugi-
rugi yang terjadi pada jaringan distribusi dijelaskan sebagai berikut [12] :
2.6.1 Rugi-rugi Saluran
Pemilihan jenis kabel yang akan digunakan pada jaringan distribusi
merupakan faktor penting yang harus diperhatikan dalam perencanaan dari
suatu sistem tenaga listrik. Jenis kabel dengan nilai resistansi yang kecil
akan dapat memperkecil rugi-rugi pada salur an distribusi. Untuk
mengetahui rugi-rugi saluran dapat ditulis dengan persamaan sebagai
berikut [13]:
Pt = 3 x I2R (2.14)
dimana : Pt = rugi-rugi pada saluran (watt)
R = resistansi pada saluran per fasa (ohm)
I = arus yang mengalir per fasa (ampere)
Arus yang mengalir pasa saluran tiga fasa adalah
I = √ . . (2.15)
Dimana : P = Daya beban pada ujung penerima (watt)
Vr = Tegangan fasa ke fasa pada ujung penerima transmisi (volt)
Cos φ = Faktor daya beban
13
Nilai resistansi dari suatu penghantar merupakan penyebab utama rugi-rugi
daya yang terjadi pada jaringan distribusi. Nilai resistansi dari suatu
penghantar dipengaruhi oleh beberapa parameter. Berikut adalah resistansi
penghantar :
= ℓ (2.16)dimana, R = resistansi saluran (ohm)
ρ = resistivitas bahan penghantar (ohm-meter)
ℓ = panjang penghantar (meter)
A = luas penampang (mm2)
Dari persamaan (2.16) di atas terdapat tiga variabel yang mempengaruhi
nilai resistansi dari suatu saluran, yaitu panjang, resistivitas bahan, dan luas
penampang dari penghantar.
Berbagai upaya dilakukan untuk memperkecil nilai jatuh tegangan dan rugi-
rugi daya yang terjadi pada saluran distribusi. Selain merugikan perusahaan
hal tersebut juga merugikan pihak pelanggan yang menuntut jasa layanan
dengan kualitas yang baik. Berikut adalah beberapa upaya untuk
mengurangi jatuh tegangan dan memperkecil rugi-rugi saluran:
Membangun pembangkit pembantu
Membangun gardu induk dan jaringan baru yang lebih handal
Pemindahan beban ke penyulang lain yang bisa mencukupi kebutuhan
beban
14
Pengaturan tegangan penyulang menggunakan alat pengatur tegangan
Penyeimbangan beban
Pemasangan kapasitor
2.7 Kapasitor
Kapasitor adalah peralatan listrik yang bisa menghasilkan daya reaktif yang
diperlukan oleh beban sehingga aliran daya reaktif disaluran bisa berkurang,
dengan kata lain kapasitor bemanfaat untuk menaikkan faktor daya.
Semakin tinggi faktor daya semakin efisien pula penyaluran daya-nya.
Secara teoritis sistem dengan faktor daya rendah tentunya akan
menyebabkan arus yang dibutuhkan dari pensuplai menjadi besar. Hal ini
akan menyebabkan rugi rugi daya (daya reaktif) dan jatuh tegangan menjadi
lebih besar.
Untuk memperbesar harga cos φ (faktor daya) yang rendah hal yang mudah
dilakukan adalah memperkecil sudut φ sehingga menjadi φ1. Sedang untuk
memperkecil sudut φ itu hal yang mungkin dilakukan adalah memperkecil
komponen daya reaktif. Berarti komponen daya reaktif yang bersifat
induktif harus dikurangi dan pengurangan itu bisa dilakukan dengan
menambah suatu sumber daya reaktif yaitu berupa kapasitor.
2.7.1 Kapasitor Seri
Kapasitor seri adalah rangkaian dari beberapa kapasitor (dua ataupun lebih)
yang dihubungkan secara seri atau berantai. Untuk mengetahui total nilai
beberapa kapasitor yang dihubungkan secara seri dapat menggunakan rumus
15
VRVs
IS
Z = R +J XL
VRVs
I
Z = R - J (XL – XC)
XC
yang mirip dengan resistor paralel.
Misalkan beberapa kapasitor dirangkai secara seri dengan kapasitas masing
masing kapasitor sebesar C1, C2, C3 dan Cn. Maka beberapa kapasitor
tersebut dirangkai seperti gambar 2.5 berikut.
Gambar 2.5. Rangkaian seri
Maka untuk menghitung besarnya nilai total kapasitor adalah
1Ctotal= 1C1+ 1C2+ 1C3+ 1Cn (2.17)
Apabila kapasitor dipasang seri pada saluran, maka kapasitor akan
mengkompensasi reaktansi induktif. Sehingga kapasitor memiliki reaktansi
negatif dalam hubungan seri dengan rangkaian reaktansi positif, dimana
memberikan efek kompensasi dan akan meminimalkan jatuh tegangan yang
disebabkan sifat induktif pada jaringan.
(a) Rangkaian seri sebelumdipasang kapasitor
(b) Rangkaian seri setelahdipasang kapasitor
16
(c) Diagram fasor sebelumdipasang kapasitor
(d) Diagram fasor setelahdipasang kapasitor
Gambar 2.6 Rangkaian dan diagram fasor pada kapasitor seri
Untuk pemakaian pada saluran distribusi, ukuran kapasitor dipilih
sedemikian rupa sehingga resultan reaktansi akan mengecil dengan
penambahan reaktansi kapasitif. Pada gambar diagram fasor 2.6 (a) dan (c)
adalah jatuh tegangan pada saluran dapat dinyatakan dengan persamaan
berikut :
VD = IR cos + IXL sin (2.18)
dimana R = resistansi saluran
XL = reaktansi induktif saluran
Cos = faktor daya sisi penerima
Sin = sinus sudut fase sisi penerima
Seperti ditunjukkan pada gambar 2.6 terlihat bahwa pemasangan kapasitor
mengurangi rugi-rugi akibat adanya reaktansi induktif dan tidak mengubah
besar sudut fase dari sisi penerima.
17
Ketika rangkaian kapasitor ditempatkan, seperti ditunjukkan pada gambar
2.6 (b) dan (d), tegangan jauh semakin rendah, dengan persamaan berikut :
VD = IR cos + I (XC –XL) sin (2.19)
dimana XC adalah reaktansi kapasitif dari kapasitor seri.
Biasanya untuk kompensasi reaktansi induktif, ukuran kapasitor seri yang
dipilih untuk aplikasi pada sistem distribusi memperhatikan besarnya
reaktansi induktif dari sistem distribusi. Sehingga jatuh tegangan yang
dihasilkan pada persamaan berikut:
VD = IR cos – I (XC – XL) sin (2.20)
Penggunaan kapasitor dengan nilai kapasitas yang terlalu besar
menyebabkan resultan reaktansi membesarAdapun kelebihan dari kapasitor
seri, praktis dan daya stabil tinggi, jika ada kerusakan mudah dalam
mengidentifikasikannya, tidak memerlukan komponen yang banyak dengan
kata lain dari segi ekonomis lebih murah. Kekurangan dari kapasitor seri
yaitu konsumsi daya harus tinggi supaya daya stabil, mengganggu
komponen lain apabila salah satu komponen rusak, arus listrik yang sama
tetapi tegangan berbeda-beda.
2.7.2 Kapasitor Pararel (Capacitor Shunt)
Kapasitor paralel adalah rangkaian dari beberapa kapasitor (dua atau lebih)
yang disusun secara sejajar. Untuk mengetahui nilai total beberapa kapasitor
18
yang dihubungkan paralel dapat menggunakan rumus yang mirip dengan
resistor seri.
Misalkan beberapa kapasitor dirangkai secara paralel dengan kapasitas
kapasitor masing masing C1, C2, C3, dan Cn, maka beberapa kapasitor
tersebut dirangkai seperti gambar 2.8 berikut.
Gambar 2.7. Rangkaian paralel
Maka untuk menghitung besarnya nilai total kapasitor adalah
= + + + (2.21)
Kapasitor paralel[12], digunakan secara luas pada sistem distribusi untuk
perbaikan faktor daya. Bila rangkaian itu diberi tegangan maka muatan
elektron akan mengalir masuk ke kapasitor. Pada saat kapasitor penuh
dengan muatan elektron maka tegangan akan berubah. Kemudian elektron
akan ke luar dari kapasitor dan mengalir ke dalam rangkaian yang
memerlukannya dengan demikian pada saaat itu kapasitor membangkitkan
daya reaktif. Bila tegangan yang berubah itu kembali normal (tetap) maka
kapasitor akan menyimpan kembali elektron. Pada saat kapasitor
mengeluarkan elektron (Ic) berarti sama juga kapasitor menyuplai daya
reaktif ke beban. Beban yang bersifat induktif sudut adalah positif
19
sehingga daya reaktif Q positif. Beban yang bersifat kapasitif sudut
adalah negatif sehingga daya reaktif Q adalah negatif.
Pada saluran distribusi, kapasitor paralel berguna untuk mengkompensasi
rugi-rugi daya reaktif (I’X). Beban yang bersifat induktif akan menyerap
daya reaktif, yang kemudian akan dapat menimbulkan jatuh tegangan pada
sisi penerima. Dengan melakukan pemasangan kapasitor paralel, beban akan
mendapatkan suplai daya reaktif. Kompensasi yang dilakukan oleh kapasitor
paralel, akan dapat mengurangi penyerapan daya reaktif sistem oleh beban,
dengan demikian jatuh tegangan yang terjadi dapat dikurangi. [17]
(a) Rangkaian seri sebelumdipasang kapasitor
(b) Rangkaian seri setelahdipasang kapasitor
(c) Diagram fasor sebelumdipasang kapasitor
(d) Diagram fasor setelahdipasang kapasitor
Gambar 2.8. Rangkaian dan diagram fasor pada kapasitor paralel
Dari gambar 2.8 terlihat bahwa pemasangan kapasitor paralel mereduksi
arus sumber (I). Ic merupakan arus yang diluahkan kapasitor saat kapasitor
I2
Z = R +J XL Z = R +J(XL – XC)
XC
XC
IC
VRVSVRVS
I2
IR
VR
IXL
VS
I
IC
I
’IC
VR
IZ’
VS’
I’XL
IR
20
terisi penuh. Ic akan mengalir kesisi penerima (VR), sehingga sisi pengirim
(Vs) hanya mencukupkan arus yang dibutuhkan oleh beban sekitarnya. Oleh
karena arus yang mengalir beban dicukupkan oleh arus injeksi kapasitor
maka arus yang mengalir ke saluran jauh lebih kecil sehingga dapat
mengurangi rugi-rugi daya aktif (Plosses) maupun rugi-rugi daya reaktif
(Qlosses). Pada fasor juga menunjukkan bahwa Ic membuat garis vektor I naik
dan memperkecil sudut antara arus dan tegangan, sehingga pemasangan
kapasitor paralel akan memperbaiki faktor daya.
Jatuh tegangan pada saluran dengan faktor daya lagging dinyatakan dengan
persamaan berikut :
VD = Ir R + IX XL (2.22)
Dimana R = Resistansi total saluran ()
XL = Jumlah reaktansi induktif saluran ()
Ir = Komponen ril dari arus, (A)
Ix = Komponen reaktif dari arus, komponen arus tertinggal
90o dari tegangan
Ketika dipasang kapasitor paralel, seperti ditunjukkan pada gambar 2.8 (b)
dan (d) jatuh tegangan dihasilkan pada persamaan berikut :
VD = Ir R + IX XL – IC XL (2.23)
21
Dari persamaan (2.22) dan (2.23) dapat diketahui bahwa jatuh tegangan
akan mengecil dengan penambahan kapasitor paralel pada jaringan.
Penurunan tegangan yang terjadi sebesar :
VR = IC XL (2.24)
Adapun kelebihan dari kapasitor paralel, apabila salah satu komponen ada
yang rusak maka tidak akan mempengaruhi komponen lain, dengan kata lain
apabila salah satu dicabut maka yang lain akan tetap berfungsi. Kekurangan
dari kapasitor paralel dari segi ekonomis lebih mahal dari kapasitor seri
karena membutuhkan komponen yang banyak dan juga memiliki arus yang
berbeda-beda sesuai dengan hambatan.
2.8 Rugi-rugi Pada Sistem Distribusi Radial dengan Perhitungan Arus
Reaktif
Sistem distribusi listrik biasanya mempunyai karakteristik jaringan radial
dan kapasitas arus yang mengalir pada saluran lebih besar dari arus pada
saluran transmisi. Beban yang terhubung umumnya jenis beban induktif dan
resistif. Penyuplai daya reaktif satu satunya berasal dari sumber, sehingga
rugi-rugi total dan rugi-rugi daya aktif total dengan n saluran menjadi lebih
besar sesuai dengan persamaan:
= ( + ) (2.25)= (2.26)
22
Dimana Im dan Rm menyatakan magnitude arus dan resistansi saluran m yang
menghubungkan antar bus. Arus saluran terdiri dari komponen arus aktif (Ia)
dan komponen arus reaktif (Ir), dan rugi-rugi daya aktif yang dihasilkan oleh
masing-masing komponen ini adalah:
= (2.27)= (2.28)
Bila terdapat n saluran yang menghubungkan sumber dengan bus i, maka
besar arus reaktif saluran antar sumber dan bus i adalah:
= ∈ (2.29)Dimana k adalah himpunan saluran antar bus yang menghubungkan sumber
dengan bus i.
Rugi-rugi daya aktif total akibat arus reaktif antara sumber dan bus i adalah:= ∈ (2.30)
23
Ilustrasi pada gambar 2.9 menunjukkan bahwa jika kapasitor dihubungkan
pada bus 12, maka k = {1,2,3,4,7,8}.
Gambar 2.9. Penempatan kapasitor dengan perhitungan arus reaktif pada
sistem distribusi.
Kapasitor adalah sumber daya reaktif dan penggunanannya pada sistem
distribusi untuk menyediakan daya reaktif bagi beban-beban induktif.
Minimisasi rugi-rugi maksimum dengan menggunakan kapasitor paralel
diperoleh bila arus yang di injeksikan oleh kapasitor adalah sama dengan
arus reaktif total yang mengalir antara sumber dan bus i, sehingga,
IC = Irit (2.31)
Besar kapasitas kapasitor yang diapasang pada bus i adalah:
C = Vi IC (2.32)
24
Penempatan kapasitor pada jaringan distribusi memiliki peran yang baik.
Bila suatu jaringan tidak memiliki sumber daya reaktif cukup di daerah
sekitar beban, maka akan mengalir arus reaktif pada jaringan yang berakibat
penurunan faktor daya, semakin besarnya rugi-rugi jaringan, penurunan
tegangan khususnya pada ujung saluran dan regulasi tegangan yang
memburuk.
Pada skripsi ini membahas tentang kompensasi daya reaktif untuk
memperbaiki jatuh tegangan dan mengurangi rugi-rugi pada saluran
penyulang Badai GI Teluk Betung dengan menempatkan banyak kapasitor
paralel dengan lokasi bus yang memiliki rugi-rugi terbesar. Kompensasi
daya reaktif akan mengurangi beban arus reaktif yang mengalir pada saluran
dan kapasitor paralel mensuplai daya atau arus reaktif untuk menetralkan
komponen keluaran antar fasa dari arus yang diperlukan oleh beban
induktif. Maka dengan demikian rugi-rugi sepanjang saluran dapat
diminimalisir.
III. METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilakukan pada bulan November 2015 sampai dengan Juni 2016.
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Sistem Energi Elektrik Teknik
Elektro Universitas Lampung sebagai tempat perhitungan untuk menyusun
dan menaganalisa data. Pengambilan data akan dilakukan di PT. PLN
(persero).
3.2 Alat dan Bahan
Dalam mengerjakan tugas akhir adapun alat dan bahan yang digunakan
untuk adalah sebagai berikut :
1. Satu buah PC/Laptop
2. Software Matlab
3. Data dari PT. PLN (Persero)
26
3.3 Tahapan Penelitian
Penelitian ini dilakukan dengan beberapa tahapan yaitu sebagai berikut :
3.3.1 Mengidentifikasi Masalah
Pada tahapan ini penulis mengidentifikasi permasalahan yang terdapat
pada sistem tenaga listrik. Dalam tugas akhir ini penulis mengangkat
tentang penentuan kapasitas dan penempatan banyak kapasitor paralel
untuk perbaikan daya aktif dengan perhitungan arus reaktif yang
dilakukan pada sistem distribusi wilayah Lampung.
3.3.2 Studi Literatur
Ini merupakan tahapan dimana penulis mengumpulkan data dan
memperajari tentang perhitungan arus reaktif untuk perbaikan daya.
Kemudian literatur-literatur yang didapat digunakan untuk dasar
dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
3.3.3 Pengumpulan Data
Langkah selanjutnya adalah mengumpulkan data-data yang diperlukan
dalam menulis tugas akhir ini. Data-data yang dikumpulkan berasal
dari PT.PLN (Persero). Data yang dikumpulkan adalah
1. Data Jaringan Distribusi pada Penyulang Badai
2. Data Beban
3.3.4 Simulasi Aliran Daya pada Jaringan Distribusi Penyulang Badai
Penelitian selanjutnya berlanjut kepada proses simulasi. Data-data
yang telah terkumpul sebelumnya dilakukan perhitungan dengan
menggunakan software Matlab.
27
3.3.5 Simulasi Penempatan Banyak Kapasitor Paralel
Menentukan bus m sebagai lokasi penempatan kapasitor paralel
dengan kapasitas yang dihitung dengan persamaan C = Vi Ic dan rugi-
rugi yang dihasilkan. Kemudian mengulangi kembali untuk bus (m+1)
tanpa menghilangkan kapasitor yang telah dipasang. Kemudian
mencari sampai menemukan titik dimana ada beberapa kapasitor yang
mempunyai nilai efisien dari perbaikan daya aktifnya.
Penempatan kapasitor pada gambar 3.1 menunjukkan bahwa jika
kapasitor dihubungkan pada bus 10, maka k = {1, 2, 3, 5, 6} dan
menambahkan kapasitor yang dihubungkan pada bus 12, maka k =
{1,2,3,4,7,8}. dan seterusnya.
Jika menempatkan kapasitor pada bus 10 maka, menentukan arus
reaktif yang diinjeksikan oleh kapasitor pada bus 10 dengan cara
menjumlahkan arus reaktif total n saluran, maka besar arus reaktif
saluran antar sumber dan bus i adalah:
Ic = = ∑ ∈ = + + + +Diketahui misalkan tegangan pada bus 12 sebesar 0,986 p.u dan
tegangan base jaringan sebesar 20 kV atau 20000 V. Kemudian
mengalikan antara tegangan pada bus 12 dengan tegangan base maka
didapat :
0.986 x 20000 = 19720 V
28
Kemudian menentukan besar kapasitas kapasitor yang akan di pasang
pada bus 12 mengkalikan jumlah arus reaktif dengan tegangan
C = Vi IC
= 19720 * Ic
= 19720 * Ic VAr
Maka kapasitor 19720 * Ic VAr tersebut dipasang pada bus 10
Gambar 3.1 Contoh Penempatan Banyak Kapasitor dengan Perhitungan
Arus Reaktif pada Sistem Distribusi
29
3.3.6 Menganalisa Hasil yang Didapat
Pada tahapan ini penulis melakukan analisa dari hasil simulasi yang
telah dilakukan setelah penempatan banyak kapasitor paralel pada
jaringan distribusi penyulang Badai.
3.3.7 Membuat Kesimpulan dari Hasil Penelitian
Tahapan akhir dari penelitian ini adalah membuat kesimpulan
berdasarkan hasil analisis pada penempatan banyak kapasitor paralel
pada jaringan distribusi 20 kV pada penyulang Badai.
30
3.4 Diagram Alir Penelitian
Gambar 3.2. Diagram Alir Penelitian
31
3.5 Diagram Alir Program
Gambar 3.3 Diagram Alir Penentuan Kapasitas dan Lokasi Optimal
Banyak Kapasitor Pararalel
Mulai
Masukan data-data sistem
distribusi
Lakukan PerhitunganAliran Daya
Tempatkan kapasitorpada bus m selain
pada slack bus
Hitung arus reaktiftotal pada bus m
Hitung kapasitaskapasitor pada bus m
Hitung rugi-rugidengan pemasangankapasitor pada bus m
Simpan niai rugi-rugi,nilai bus m dan
kapasitas kapasitor
Nilai m < jumlah bus ?
Cari nilai rugi-rugiminimum, nilai bus dan
kapasitas kapasitor yangbersesuaian
Selesai
m = m + 1
Kapasitor Baru
Ya
Ya
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Penyulang Badai di GI Teluk Betung
Pada penelitian ini akan sisteam yang dianalisa adalah Penyulang Badai pada
GI Teluk Betung. Sistem Penyulang Badai terletak di Jalan P. Emir M. Noer,
Jalan Hi. Agus Salim, dan Jalan Panglima Polim dimana jalan-jalan tersebut
berada di Kota Bandarlampung. Sistem distribusi GI Teluk Betung
merupakan bagian dari sistem tenaga listrik Lampung. Pada pembahasan ini
akan dilakukan simulasi untuk penentuan kapasitas dan penempatan optimal
kapasitor banyak dengan mensimulasi kondisi sistem sebelum dan setelah
ditambahkan kapasitor.
Penyulang Badai terdiri dari 1 sumber, 54 bus, 53 saluran dan 54 beban.
Panjang penyulang Badai ini adalah 23,9 Km. Trafo daya pada GI Teluk
Betung dimodelkan sebagai bus referensi atau sebagai slack bus. Dari trafo
tersebut seluruh daya dikirimkan kepada bus-bus beban. Trafo distribusi
dimodelkan sebagai bus beban. Dari trafo distribusi terhubung ke beban-
beban listrik.
Total daya beban pada Penyulang Badai adalah beban aktif sebesar 6,05 MW
dan beban reaktif sebesar 3,75 MVAr. Total rugi-rugi untuk Penyulang Badai
adalah 211,690 kW untuk rugi-rugi daya aktif dan 190,457 kVAr untuk rugi-
rugi daya reaktif.
32
Perhitungan aliran daya menunjukan hasil berupa tegangan pada setiap bus,
arus pada saluran, sudut setiap fasa bus, daya aktif dan reaktif antar saluran
serta rugi-rugi daya aktif dan reaktif. Program perhitungan aliran daya dibuat
dengan bahasa pemrograman MATLAB.
Gambar 4.1 Saluran Penyulang Badai
33
Gambar 4.2 Single Line Diagram Penyulang Badai
V. KESIMPULAN
5.1 Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat diambil setelah melakukan penelitian tentang
penempatan optimal dan penentuan kapasitas kapasitor untuk meminimisasi
rugi-rugi pada penyulang Badai Gardu Induk Teluk Betung adalah sebagai
berikut :
1. Hasil dari simulasi pada penyulang Badai menggunakan Matlab 4.2
menyatakan bahwa kapasitor optimal ditempatkan pada bus 43 dengan
kapasitas kapasitor sebesar 1,27 MVar dan kapasitor kedua ditempatkan
pada bus 2 dengan kapasitas kapasitor sebesar 3,4 MVar.
2. Sebelum pemasangan kapasitor didapat rugi-rugi daya aktif total sebesar
211,690 kW dan daya reaktif total sebesar 190,457 kVAR. Setelah diberi
dua kapasitor yaitu pada bus 43 dan bus 2, maka didapat rugi-rugi daya
aktif total sebesar 163,025 kW dengan persentase pengurangan 22,99%
dan rugi-rugi daya reaktif total sebesar 146,873 kVar dengan persentase
sebesar 22,88%.
3. Perhitungan arus reaktif dapat digunakan untuk mengurangi rugi-rugi serta
memperbaiki profil tegangan pada bus-bus lainnya dan sangat baik untuk
menentukan lokasi dan kapasitas kapasitor paralel.
58
5.2 Saran
Perlu adanya kajian lebih lanjut untuk penempatan banyak kapasitor dengan
menggunakan perhitungan arus reaktif pada penyulang yang memiliki lateral
dan sub lateral banyak.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Yang, H.T., Huang,Y.C., and Huang, C.L., “Solution to Capacitor Placement
Problem in Radial Distribution System Using Tabu Search Method”, Proc. of
the International Conference on Energy Management and Power Delivery,
pp.388-393, 1995.
[2] Das, D., “Optimal Placement of Capacitors in Radial Distribution System
Using Fuzzy-GA Method”, Electrical Power and Energy Systems, vol.30,
pp.361-367, 2008.
[3] Rani, D.S., Subrahmanyam, N., and Sydulu, M.,
“Self adaptive harmony search algorithm for optimal capacitor placement on
radial distribution systems”, International Conference on Energy Efficient
Technologies for Sustainability (ICEETS), pp.1330-1335, 2013.
[4] Chiang, H.D., Wang, J.C., Cockings, O., and Shin, H.D., “Optimal Capacitor
Placements in Distribution Systems: Part I, Part II”, IEEE Trans. on Power
Delivery, pp.634-639, April 1990.
[5] Grainger, J.J. and Lee, S.S., “Optimum Size and Location of Shunt
Capacitors for Reduction of Losses on Distribution Feeders”, IEEE Trans.
Power Apparatus and Systems, vol.100, no.3, pp.1105-1118, March 1981.
[6] Rinker, R.E. and Rembert, D.L.,”Using the Reactive Current Profile of a
Feeder to Determine Optimal Capacitor Placement”, IEEE Trans. on Power
Delivery, vol.3, no.1, pp.411-416, 1988.
[7] Baran, M.E., and Wu, F.F., “Optimal Capacitor Placement on Radial
Distribution Systems”, IEEE Trans. on Power Delivery, vol.4, no.1, pp.411-
416, 1989.
[8] Haque, M.H., “Capacitor Placement in Radial Distribution Systems for Loss
Reduction”, IEE Proceedings on Generation, Transmission and Distribution,
vol.146, no.5, pp. 501-505, 1999.
[9] “Data Gardu dan Pengukuran Gardu Semester I 2013 Gardu Induk Teluk
Betung”, PT. PLN (Persero) Distribusi Wilayah Lampung, 2013.
[10] “MATLAB R2011a User Guide”, Mathworks Int. Ltd Co, 2011.
[11] PT PLN (Persero).1985. SPLN No.1Tahun 1985 tentang Regulasi Tegangan.
Jakarta.
[12] Saadat, Hadi. 1999. Power System Analysis. Singapore :McGrow-Hill.
[13] Wood, Allen J. and Bruce F. Wollenberg. 1996. Power Generation
Operation and Control. John Wiley & Sons Inc :Canada.
[14] Hafiz Muhammad Thoriq, “Penentuan Rugirugi Daya Jaringan Distribusi
Radial Penyulang Ragong Menggunakan Metode Fast Decoupled”, Fakultas
Teknik Universitas Lampunng 2013.
[15] Cahyanto Restu Dwi, “Studi Perbaikan Kualitas Tegangan dan Rugirugi
Daya Pada Penyulang Pupur dan Bedak Menggunakan Bank Kapasitor,
Trafo Pengubah Tap dan Penggantian Kabel Penyulang”, Fakultas Teknik
Universitas Indonesia, 2008.
[16] Hutauruk, T.S. “Transmisi Daya Listrik”, Institut Teknologi Bandung dan
Universitas Trisakti.
[17] Gonen Turan. “Electric Power Distribusion System Engineering”
McGrawHill, 1986.