ANALISIS TEGANGAN JATUH SISTEM DISTRIBUSI LISTRIK KABUPATEN PELALAWAN DENGAN MENGGUNAKAN ETAP 7.5.0 Andang Purnomo Putro*), Karnoto, and Bambang Winardi Jurusan Teknik Elektro, Universitas Diponegoro Semarang Jl. Prof. Sudharto, SH, Kampus UNDIP Tembalang, Semarang 50275, Indonesia *)
Email :
[email protected]
Abstrak Salah satu permasalahan dalam penyaluran daya listrik adalah besarnya tegangan jatuh di jaringan distribusi listrik. Hal ini biasanya dikarenakan oleh jarak pembangkit ke titik beban yang sangat jauh. Semakin besar tegangan jatuh yang terjadi pada sistem distribusi listrik maka kualitas energi listrik yang dikirimkan semakin buruk. Sistem distribusi listrik di Kabupaten Pelalawan, Provinsi Riau memiliki jaringan radial dengan jarak distribusi yang mencapai 200 kms. Berdasarkan simulasi ETAP 7.5.0 tegangan jatuh terbesar di jaringan tegangan menengah mencapai 41% dan di jaringan tegangan rendah 30%. Sebagai upaya untuk meminimalisir tegangan jatuh di sistem distribusi, pada analisis tugas akhir ini dilakukan rekonduktor dan pemasangan kapasitor bank. Dengan menggunakan ETAP 7.5.0 hasil tegangan jatuh dengan rekonduktor menjadi 40,05% sedangkan dengan kapasitor bank menjadi 35%. Setelah pemasangan kapasitor bank, tap transformator terendah dilakukan untuk mengatasi pengunaan AVR di jaringan tegangan rendah. Hasilnya untuk Kecamatan Pangkalan Kerinci, Pangkalan Kuras, dan bunut penggunaan AVR tegangan rendah dapat diatasi. Selain menggunakan perhitungan simulasi ETAP 7.5.0 dilakukan pula perhitungan manual yang hasilnya mendekati dengan hasil simulasi. Untuk jenis dimensi konduktor yang dipakai pada jaringan tegangan menengah sudah sesuai dengan kebutuhan. Kata kunci : Jatuh Tegangan, ETAP 7.5.0, Sistem Distribusi, Rekonduktor, Kapasitor Bank
Abstract Drop voltage is the one of problem in delectrical distribution system. It is usually caused by the long distance between electrical power station to the load. Quality of electrical power system become worse as the drop voltage in distribution increased. Electrical distribution system in Pelalawan, Province of Riau has radial system with the longest distance reach 200 kms. Based on ETAP 7.5.0 simulation, drop voltage in electrical distribution of Pelalawan at midle voltage is 41% and at low voltage is 30%. Analysis of reconductor and instalation of capacitor bank were conclude in this final project report to reduce drop voltage in Pelalawanβs electrical distribution system. The result of analysis based on ETAP 7.5.0 showed that the drop voltage in Pelalawanβs electrical distribution system decreaced to 35%. To revise the using of low voltage AVR, the lowest value of tap transformers is done after instalation of Capacitor Bank. The result show that the using of low voltage AVR in District of Pangkalan Kerinci, Pangkalan Kuras, and Bunut can be overcome. The Manual analytisis also showed the close value of drop voltage to the simulation of ETAP 7.5.0. Reconducting by selection dimention of conductor was carried out according to technical requirement. Keywords : Drop Voltage, ETAP 7.5.0, Distribution System, Reconductor, Capacitor Bank
1.
Pendahuluan
Saat ini kebutuhanan masyarakat terhadap listrik sangat tinggi, karena hampir semua aktivitas masyarakat membutuhkan listrik. Dari kegiatan dapur sampai kegiatan rekreasi (menonton tayangan televisi). Bagi kalangan industri/ pelaku dunia usaha,
1
kualitas energi listrik sangat penting, bahkan telah menjadi salah satu faktor produksi yang utama. Kabupaten Pelalawan sendiri terdiri dari 12 Kecamatan, 121 Desa/Kelurahan dengan jumlah penduduk sebanyak 339.340 jiwa.[17] Kondisi kelistrikan di Kabupaten Pelalawan pada saat ini
mencapai 18,3 MW yang melayani sekitar 34.260 rumah tangga dengan jarak distribusi mencapai 200 km dari pusat pembangkit.[17] Melihat jarak dari pembangkit ke pelanggan yang terlalu jauh, maka dikhawatirkan akan terjadi tegangan jatuh yang hebat pada jaringan distribusi. Jatuh tegangan ialah dimana suatu kondisi jumlah tegangan yang disalurkan tidak sama dengan tegangan yang diterima persis penerimanya. Terjadinya jatuh tegangan ini dapat disebabkan oleh berbagai faktor, antara lain jauhnya daerah peyaluran tenaga listrik dari sumber atau suplai, ketidak seimbangan beban,umur peralatan, diameter penghantar dan lainlain.[4] Jatuh tegangan tidak bisa dihilangkan, tetapi hanya bisa diminimalkan (direduksi) . Loss situation di dalam jaringan distribusi tenaga listrik adalah suatu kondisi atau keadaan dimana suatu sistem distribusi di dalam pendistribusian tenaga listriknya jauh tegangan yang besar. Jarak gardu ke konsumen terlalu jauh, penampang kabel terlalu kecil, dan titik sambung merupakan penyebab susut teknis. [4] Keadaan tersebut kalau dibiarkan terus menerus maka akan menyebabkan terjadinya penurunan keandalan system tenaga listrik dan kualitas energi listrik yang disalurkan serta menyebabkan kerusakan alat-alat yang bersangkutan. Maksud dan tujuan pembuatan tugas akhir ini adalah : 1. Menghitung jatuh tegangan jaringan tegangan menegah di Kabupaten Pelalawan. 2. Membandingkan hasil ETAP terhadap perhitungan manual jatuh tegangan pada jaringan tegangan menegah di Kabupaten Pelalawan 3. Menghitung besar tegangan jaringan tegangan rendah di Kabupaten Pelalawan dan Membandingkan dengan keadaan aktualnya. 4. Menghitung tegangan jatuh saat dilakukan rekonduktor dan pemasangan kapasitor bank pada jaringan 5. Mengatasi penggunaan AVR tegangan rendah yang dipakai oleh pelanggan di Kabupaten Pelalawan
2. 2.1
Gambar 1. Flowchart Pengambilan Data
2.2
Metode Survey
Metode survey dan pemetaan yang dilakukan adalah sebagai berikut: 1. Survey GPS dilakukan dengan menggunakan pengambilan data melalui handheld GPS 2. Sistem pengambilan menggunakan waypoint 3. Menggunakan catatan untuk menjelaskan waypoint 4. Pada saat pengambilan waypoint GPS, pastikan bahwa GPS menerima sinyal secara utuh. 5. Pengambilan data jalan berbentuk garis dengan menggunakan tracking mode. 6. Pengambilan dengan tracking akan mencatat keseluruhan track/line mulai dari titik awal sampai titik akhir. 7. Pastikan bahwa setting pada GPS mencatat /record log track yang sudah diambil, dan pastikan pilihan show on map sehingga saat tracking dilakukan bisa dilihat dalam peta. 8. Hasil survey secara otomatis dapat dimasukkan dalam software ExpertGPS dengan cara diimport menggunakan kabel. 9. Hasil survey dari software ExpertGPS dipindahkan ke dalam AutoCAD dengan fasilitas ekspor untuk diolah. .
Metode Diagram Alir
Dalam pengambilan data, pengolahan data sampai menghasilkan data-data tegangan jatuh di Kabupaten pelalawan dilakukan beberapa proses yang harus dilakukan. Berikut adalah diagram alir dalam pembuatan tugas akhir ini:
2.3 Data Jaringan Listrik Di Pelalawan Sistem kelistrikan di Kabupaten Pelalawan secara umum di suplai oleh beberapa sumber, yaitu PLN, BUMD, dan swadaya. Sumber kelistrikan yang pertama yaitu oleh PLN Rayon Pangkalan Kerinci yang sumber pembangkitnya berasal dari PLTMG Langgam Power dengan kapasitas 15 MW dan saat ini masih dalam tahap ekspansi penambahan pembangkit, dan dari PLN Pekanbaru. Excess power 3 MW dari PT Riau Power Energy (RPE), dan PLTD PLN 500 kW yang sekarang masih operasional terdapat di Kelurahan Teluk Meranti Kecamatan Teluk Meranti dan Kecamatan Kuala Kampar yang
2
OGF Simpang Incoming GH Lama OGF Satya Insani OGF Kota
nantinya akan dimatikan jika seluruh jaringan sudah terbangun.
2.4
Perancangan Software
Untuk diagram alir simulasi dengan menggunakan software ETAP 7.5.0 dapat dilhat pada gambar berikut:
Pkl Kerinci
13,4
19,3
19,2
7%
Pkl Kerinci
8
19,3
19
8%
Pkl Kerinci
5,6
19
18,7
10%
Pkl Kerinci
5,98
20
19,9
0,5%
Terlihat pada Tabel diatas bahwa besar tegangan jatuh masing-masing feeder berbeda. Hal ini disebabkan oleh besar beban dan panjang jaringan tiap feeder berbeda. Dengan perhitungan manual di temukan tegangan jatuh pada feeder OGF Langgam adalah sebagai berikut: Diketahui: V = 20000 volt S = 250 KVA Pf = 0,85 X kabel 240 = 0,3158 (ohm/km) R kabel 240 = 0,1344 (ohm/km) L = 11 km Dengan menggunakan formula (2.7), maka dihasilkan: ππππππ = π
. ππππ (πππ β1 ππ) + π. πsin(πππ β1 ππ) = 0,3158 .11 cos(πππ β1 0.85) + 0,1344.11 π ππ(πππ β1 0.85) = 3,09 ohm π Vd = x (Zkabel) P
Gambar 2 Diagram Alir Simulasi ETAP
=
(β3 π₯ π) 250000
x (3,09)
3 Hasil dan Analisa 3.1 Tegangan Jatuh Berdasarkan hasil simulasi tegangan jatuh dengan software ETAP diujung-ujung feeder dapat dilihat pada tabel berikut:
= 22 Volt = 20000 β Vd = 20000 β 22 = 19,98 kV V ujung Dengan menggunakan cara yang sama, didapatkan jatuh tegangan di masing masing ujung-ujung feeder Kabupaten Pelalawan adalah :
Tabel 1. Hasil Simulasi ETAP 7.5.0
Tabel 2. Hasil Perhitungan Manual
OGF 1
GH Baru
Panjang (km) 13
OGF 2
GH Baru
13
20,676
18,89
9%
OGF Sorek
Pkl Kerinci Bunut Bunut Kerumutan Kerumutan Indragiri Hulu Pangkalan Kuras Bunut
46
18,8
14,8
28%
33
14,8
12,6
39%
7,5
12,6
12,5
40%
18,6
14,8
14,71
28,9%
20
14,8
14,2
32%
Ukui
22
12,6
12,5
39,6%
Kerumutan
22
12,6
12,3
41%
OGF Cemara Gading
Sei Kijang
8,9
18,89
18,86
9%
OGF Langgam
Langgam
11
20,676
20,6
0,4%
Feeder
Lokasi
V pangkal (kv) 20,676
V ujung (kv) 19,3
ΞV (kv) 7%
OGF 1
GH Baru
Panjang (km) 13
OGF 2
GH Baru
13
20
18,85
6%
OGF Sorek
Pkl Kerinci Bunut Bunut Kerumutan Kerumutan Indragiri Hulu Pangkalan Kuras Bunut
46
18,85
14,76
26%
33
14,76
12,97
35%
7,5
12,97
12,88
36%
18,6
14,76
14,56
27%
Feeder
3
(β3 π₯ 20000)
Lokasi
V pangkal (kv) 20
V ujung (kv) 19,27
ΞV (kv) 4%
20
14,76
14,56
27%
Ukui
22
12,97
12,72
36%
Kerumutan
22
12,97
12,64
37%
OGF Cemara Gading
Sei Kijang
8,9
18,85
18,84
6%
OGF Langgam OGF Simpang
Langgam
11
20
19,98
0,1%
13,4
19,27
19,15
4%
Pkl Kerinci
Incoming GH Lama OGF Satya Insani OGF Kota
Pkl Kerinci
8
19,27
19,21
4%
Pkl Kerinci
5,6
19,21
18,99
5%
Pkl Kerinci
5,98
20
19,89
0,6%
3.2 Perbaikan Tegangan di Feeder Sorek 3.2.1 Rekonduktor Jika dilakukan rekonduktor pada jaringan tegangan menegah pada feeder Sorek dengan penghantar AAAC 240 mm2 maka tegangan jatuh pada feeder tersebut dapat dilihat pada tabel berikut:
Berikut adalah cara menghitung manual tegangan jatuh di jaringan tegangan rendah pada metode pertama yang terjadi di OGF Langgam: Tab Trafo : 20.000 volt Tegangan JTM : 19.980 volt Dengan menggunakan formula (2.13 dan 2.14), maka didapatkan: 19.980 Rasio (r) = .= 0,999 V jtr
20.000 ππ
= rx
β3
Tabel
380 β3
GH Baru
OGF 2
GH Baru
13
20,676
18,8
9%
OGF Sorek
Pkl Kerinci - Bunut
46
18,8
14,8
28%
Bunut - Kerumutan
33
14,8
12,6
39%
Kerumutan Indragiri Hulu Pangkalan Kuras
7,5
12,6
12,5
40%
18,6
14,8
28,6%
Bunut
20
14,8
14,7 6 14,2
Ukui
22
12,6
12,5
39,5%
Kerumutan
22
12,6
12,3
40,5%
= 219,1 volt
Tab Trafo : 18.000 volt Tegangan JTM : 12.720 volt Dengan menggunakan formula (2.13 dan 2.14), maka didapatkan: 12.720 Rasio (r) = .= 0,706 18.000 ππ
β3
.
= 0,706 x
380 β3
Tabel 3. Hasil Perhitungan Tegangan di Jaringan Tegangan Rendah V JTR (volt)
ΞV JTR (%)
ΞV SPLN (%) 10 %
OGF 1
GH Baru
OGF 2
GH Baru
10 %
OGF SOREK
Pkl Kerinci Bunut Bunut Kerumutan Kerumutan Indragiri Hulu Pangkalan Kuras Bunut
10%
157,0
29%
10%
177,5
19%
10%
177,4
19%
10%
Ukui
155,0
30%
10%
Kerumutan
154,1
30%
10%
OGF Cemara Gading OGF Langgam
Sei Kijang
206,6
6%
10%
Langgam
219,1
0,40%
10%
OGF Simpang
Pkl Kerinci
210,1
5%
10%
Incoming GH Lama OGF Satya Insani OGF Kota
Pkl Kerinci
210,8
4%
10%
Pkl Kerinci
208,3
5%
Pkl Kerinci
218,2
1%
V ujung (kV) 19,3
ΞV (kV) 7%
31%
Kapasitor bank yang akan digunakan adalah kapasitor bank shunt. Untuk menentukan kapasitas kapasitor, maka terlebih dahulu ditentukan besar daya reaktif pada feeder Sorek. Berikut adalah contoh perhitungan daya reaktif dengan menggunakan forrmula (2.23 dan 2.24):
= 155,0 volt
didapatkan data berikut:
Lokasi
V pangkal (kV) 20,676
3.2.2 Kapasitor Bank
Dengan menggunakan perhitungan yang sama maka
Feeder
dengan
OGF 1
Ukui adalah sebagai berikut:
= rx
Lokasi
7.5.0
Panjang (km) 13
Untuk metode kedua pada OGF Sorek di Kecamatan
V jtr
Hasil Simulasi ETAP Rekonduktor 240 mm2
Feeder
.
= 0,99 x
4.
Beban terpasang : 1050 kVA cos ΞΈ = 0,85 π
Cos ΞΈ = π P = S cos ΞΈ = 1050 x 0,85 = 892,5 KW S = οΏ½π2 + π2 Q = βπ 2 β π2 = οΏ½10502 β 892,52 = 553 kVAR
10%
Dengan perhitungan yang sama maka menghasilkan data berikut: Tabel 5. Hasil Perhitungan Kapasitas Kapasitor Bank Lokasi
Pkl Kerinci β Bunut
Beban (kVA) 2185
Cos ΞΈ 0,881
Q (kVAR) 1.151
Bunut β Kerumutan
2650
0,904
1.396
Kerumutan - Indragiri Hulu
1475
0,907
777
Pangkalan Kuras
1050
0,907
553
Bunut
1000
0,923
527
10%
Ukui
1105
0,91
582
10%
Kerumutan
1450
0,903
764
Feeder
OGF Sorek
OGF Sorek
4
Tabel 7. Perbandingan Hasil Perhitungan dengan Simulasi ETAP 7.5.0 Saat Pemasangan Kapasitor Bank Feeder Lokasi ETAP 7.5.0 Manual
Berdasarkan perhitungan diatas besar untuk masingmasing kapasitor bank sudah dapat ditentukan. Berikut adalah gambar peletakan masing-masing kapasitor pada feeder sorek:
V (kV) OGF Sorek
Gambar 4.5 Lokasi penempatan kapasitor bank
Masing-masing kapasitor tersebut dimasukan ke dalam jaringan listrik pada ETAP 7.5.0. Setelah dilakukan simulasi didapatkan data tegangan jatuh sebagai berikut:
Lokasi
Pkl Kerinci β Bunut
Beban (kVA) 2185
OGF Sorek
V (kV)
16,166
ΞV (%) 22%
Bunut β Kerumutan
2650
14,424
30%
Kerumutan - Indragiri Hulu
1475
14,298
31%
Pangkalan Kuras
1050
15,975
23%
Bunut
1000
15,523
25%
Ukui
1105
14,212
31%
Kerumutan
1450
13,885
33%
15,932 14,204
31%
13,65
32%
14,104
32%
13,42
33%
15,781
24%
15,33
23%
15,33
26%
15,33
23%
Ukui
13,761
33%
13,58
32%
Kerumutan
14,031
32%
13,51
32%
Ic 1
=
β3.π Qc
=
600
β3.20 600
15,40
ΞV (%) 23%
Pemilihan dimensi penghantar sangat penting agar nantinya penghantar yang dipasang bisa mengalirkan arus dari pembangkit menuju beban. Pemilihan penghantar dikatakan sesuai apabila arus yang mengalir pada penghantar masih dibawah kuat hantar arus dari penghantar tersebut. Tabel 8. Hasil perhitungan arus ETAP 7.5.0 Pembangkit
Langgam Power
Feeder
RPE
5
KHA (A)
Arus (A)
240
670
199,7
OGF 2
GH Baru
240
670
258,2
OGF SOREK
Pkl Kerinci Bunut Bunut Kerumutan Kerumutan Indragiri Hulu Pangkalan Kuras Bunut
240
670
254,7
240
670
147,8
240
670
14,4
150
425
30,1
150
425
28,7
Ukui Kerumutan Sei Kijang
150 150 240
425 425 670
30,3 42 3,9
OGF Langgam OGF Simpang
Langgam
240
670
7,2
Pkl Kerinci
240
670
30,4
Incoming GH Lama
Pkl Kerinci
240
670
169,6
OGF Satya Insani
Pkl Kerinci
240
670
143,3
OGF Kota
Pkl Kerinci
240
670
67,1
OGF Cemara Gading
Jika hasil perhitungan dimasukan ke dalam tabel dan dibandingkan dengan hasil simulasi maka akan tampak sebagai berikut:
Dimensi (mm2)
GH Baru
= 17,32 Ampere
Ic 2 = = = 17,32 Ampere β3.π β3.20 Tegangan jatuh di Simpang Pangkalan kuras-Bunut: Cos ΞΈ = 0,85 ΞΈ = Cos-1 0,85 = 31,78 VD = Ir.R + Ix.XL β Ic 1 .XL β Ic 2 .XL = 315,1 cos 31,78 x (0,1344 x 46) + 315,1 sin 31,78 (0,3158 x 46) β 17,32 x (0,3158 x 46) β 17,32 x (0,3158 x 46) = (277,56 x 6,1824) + (149,07 x 21,765) β (17,32 x 21,765) β (17,32 x 21,765) = 4651 Volt = 4,6 kV
Lokasi
OGF 1
Dengan perhitungan manual menggunakan formula (2.16) dan (2.19), maka tegangan jatuh di feeder Sorek di Simpang Pangkalan kuras-Bunut setelah dipasang kapasitor adalah sebagai berikut: Qc
V (kV)
3.3 Pemilihan Konduktor
Tabel 6. Hasil Simulasi ETAP 7.5.0 dengan Kapasitor Bank Feeder
Pkl Kerinci β Bunut Bunut β Kerumutan Kerumutan Indragiri Hulu Pangkalan Kuras Bunut
ΞV (%) 23%
[11] SPLN 1 1995 , Tegangan-Tegangan Standar [12] IEC 60076-1, Power Transformers β General [13] Basri, Hasan, βDistribusi Sistem Daya Listrikβ, ISTN [14] Ramdhani, Mohamad, βRangkaian Listrikβ. Jakarta : Erlangga, 2008
4. Kesimpulan Hasil simulasi dan analisa sistem distribusi Kabupaten Pelalawan dapat disimpulkan bahwa presentase tegangan jatuh pada jaringan tegangan menengah tertinggi di Kabupaten Pelalawan sebesar 41% sehingga sudah melebihi standart PLN 72 1987 dengan batas minimum 5%. Hal ini disebabkan karena jaringan yang sangat panjang. Selain itu presentase tegangan jatuh pada jaringan tegangan rendah tertinggi di Kabupaten Pelalawan sebesar 29% sehingga sudah melebihi standart PLN 1 1995 dengan batas minimum 10%. Hal ini disebabkan karena tegangan jatuh di jaringan tegangan menengah yang sangat tinggi. Untuk presentase setelah dilakukan rekonduktor tertinggi sebesar 40,5% sedangkan untuk pemasangan kapasitor bank sebesar 35%. Hal ini membuktikan bahwa perbaikan jaringan dengan melakukan rekonduktor dan pemasangan kapasitor bank tidak disarankan. Berdasarkan analisis yang telah dilakukan maka untuk kedepannya dapat dilakukan analisis perbaikan tegangan sistem distribusi listrik di Kabupaten Pelalawan menggunakan metode peningkatan level tegangan, yaitu dengan cara menempatkan gardu induk sangat disarankan. Selain itu juga dapat digunakan analisis optimasi penempatan kapasitor di jaringan distribusi Kabupaten Pelalawan dapat digunakan untuk menggetahui letak serta besar kapasitas kapasitor secara optimal.
Referensi [1] Saadat, Hadi. 1999. βPower System Analysisβ. McGraw Hill.. [2] Gonen, Turan, βElectric Power Distribution System Engineeringβ, Mcgraw-hill book company., Colombia, 1986 [3] Stevenson, William D. 1996. βAnalisis Sistem Tenaga Listrikβ. Erlangga. [4] Hermanto, Farid, Analisis Jatuh Tegangan dan Arus Hubung Singkat pada Jaringan Tegangan Menegah PT RUM, Tugas Akhir S-1, Universitas DIponegoro, Semarang, 2013. [5] Sulasno, Teknik dan Sistem Tenaga Distribusi Tenaga Listrik Edisi I, Badan Penerbit Universitas Diponegoro, Semarang, 2001. [6] Kelompok Kerja Konstruksi Jaringan Distribusi Tenaga Listrik dan Pusat Penelitian Sains dan Teknologi Universitas Indonesia, Konstruksi Sambungan Tenaga Listrik, PT PLN (Persero), 2010 [7] Kelompok Kerja Konstruksi Jaringan Distribusi Tenaga Listrik dan Pusat Penelitian Sains dan Teknologi Universitas Indonesia, Standard Konstruksi Jaringan Tegangan Menengah Tenaga Listrik, PT PLN (Persero) , 2010 [8] Suhadi , SMK Teknik Distribusi Tenaga Listrik Jilid I, Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Umum Dirjen Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah Departemen Pendidikan Nasional , 2008 [9] SPLN 72 1987 , Spesifikasi Desain Untuk Jaringan Tegangan Menengah (JTM) dan Jaringan Tegangan Rendah (JTR) [10] SPLN 64 1985 , Petunjuk Pemilihan dan Penggunaan Pelebur pada Sistem Distribusi Tegangan Menengah
6
