1
BUKU AJAR
TRANSMISI DAN DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK
DR. RAMADONI SYAHPUTRA
Penerbit LP3M UMY
1
BUKU AJAR TRANSMISI DAN DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK Penulis : Dr. Ramadoni Syahputra @2016 LP3M UMY Yogyakarta Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang Diterbitkan pertama kali oleh Penerbit LP3M UMY Yogyakarta Maret 2016
Anggota IKAPI UNDANG-UNDANG REPUBLIK INDONESIA NOMOR 19 TAHUN 2002 TENTANG HAK CIPTA Pasal 72: 1. Barangsiapa dengan sengaja dan tanpa hak melakukan perbuatan sebagaimana dimaksud dalam Pasal 2 ayat (1) atau Pasal 49 ayat (1) dan ayat (2) dipidana dengan pidana penjara masing-masing paling singkat 1 (satu) bulan dan/atau denda paling sedikit Rp 1.000.000,00 (satu juta rupiah), atau pidana penjara paling lama 7 (tujuh) tahun dan/atau denda paling banyak Rp 5.000.000.000,00 (lima miliar rupiah). 2. Barangsiapa dengan sengaja menyiarkan, memamerkan, mengedarkan, atau menjual kepada umum suatu Ciptaan atau barang hasil pelanggaran Hak Cipta atau Hak Terkait sebagaimana dimaksud pada ayat (1) dipidana dengan pidana penjara paling lama 5 (lima) tahun dan/atau denda paling banyak Rp 500.000.000,00 (lima ratus juta rupiah). Dilarang keras menerjemahkan, memfotokopi, atau memperbanyak sebagian atau seluruh isi buku ini tanpa ijin tertulis dari penerbit.
Dicetak oleh Percetakan CV Kaliwangi 2
3 PRAKATA
Bismillaahirrahmaanirrahiim Syukur alhamdulillah penulis panjatkan ke hadirat ALLAH SWT atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan naskah buku berjudul “Buku Ajar Transmisi dan Distribusi Tenaga Listrik”. Dengan penulisan buku ajar ini diharapkan dapat membantu para pembaca khususnya mahasiswa Jurusan Teknik Elektro untuk lebih mengenal dan memahami konsep sistem transmisi dan distribusi tenaga listrik. Buku ajar ini dapat digunakan oleh mahasiswa dan dosen khususnya Program Studi Teknik Elektro konsentrasi Sistem Tenaga Listrik sebagai acuan utama untuk mata kuliah Transmisi dan Distribusi Tenaga Listrik. Buku ajar ini dapat juga digunakan sebagai acuan tambahan untuk mata-mata kuliah yang berhubungan dengan sistem tenaga listrik seperti Pengantar Sistem Tenaga Listrik, Perlengkapan Sistem Tenaga Listrik, Proteksi Sistem Tenaga Listrik, Dinamika Sistem Tenaga Listrik, dan lain-lain. Penyelesaian buku ajar ini tidak lepas dari beberapa pihak yang telah banyak membantu. Oleh karena itu bersama ini penulis menyampaikan terima kasih yang sedalam-dalamnya kepada: 1. Prof. Dr. Bambang Cipto, MA., sebagai Rektor Universitas Muhammadiyah Yogyakarta, 2. Hilman Latief, M.A., Ph.D, sebagai Kepala LP3M UMY, 3. Jazaul Ikhsan, ST., MT., Ph.D., sebagai Dekan Fakultas Teknik UMY, 4. Ir. Agus Jamal, M.Eng., sebagai Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UMY, 5. Budi Nugroho, S.Sos., selaku Kepala Divisi Penerbitan LP3M UMY yang telah banyak membantu sehingga ISBN buku ini dapat diperoleh, 6. Seluruh dosen, karyawan, dan mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UMY, yang telah banyak membantu dan memberikan masukan kepada penulis dan dalam mengemban tugas-tugas yang diamanahkan kepada penulis,
3
7. Isteriku tercinta Dr. Indah Soesanti, S.T., M.T., yang telah banyak membantu dan memberikan masukan yang sangat berguna dalam penyelesaian buku ajar ini, 8. Ibunda yang selalu mendoakan penulis dan ayahanda (alm), dan 9. Semua pihak yang telah membantu yang tidak dapat disebutkan satu per satu. Semoga semuaya tercatat sebagai mendapatkan balasan di dunia dan akhirat.
amal
shalih yang
Penulis menyadari bahwa buku ajar ini masih jauh dari sempurna. Untuk itu segala kritik dan saran yang bersifat membangun akan penulis terima dengan lapang dada. Akhirnya, semoga buku ajar ini dapat bermanfaat dalam proses pembelajaran khususnya di Program Studi Teknik Elektro pada konsentrasi Sistem Tenaga Listrik.
Yogyakarta, Maret 2016 Penulis,
Dr. Ramadoni Syahputra
4
5 DAFTAR ISI
PRAKATA DAFTAR ISI
……………………… iii ……………………… v
1. PENGANTAR SISTEM TENAGA LISTRIK ............……… 1 1.1. Pendahuluan ……………………… 1 1.2. Komponen Sistem Tenaga Listrik ….………… 8 2. PENGANTAR SISTEM TRANSMISI TENAGA LISTRIK 2.1. Pendahuluan ……………………… 2.2. Klasifikasi Saluran Transmisi ……………………… 2.3. Tegangan Saluran Transmisi ……………………… 2.4. Komponen Utama Saluran Transmisi ….………… 2.4.1. Menara Transmisi ……………………… 2.4.2. Isolator ……………………… 2.4.3. Kawat Penghantar ……………………… 2.4.4. Kawat Tanah ………………………
13 13 15 16 18 18 18 19 20
3. KARAKTERISTIK ELEKTRIK SALURAN TRANSMISI 3.1. Resistansi ……………………… 3.2. Induktansi Dan Reaktansi Induktif Rangkaian Fase Tunggal ……………………… 3.2.1. Fluks Magnetik pada Suatu Kawat Penghantar Panjang ……………………… 3.2.2. Fluks Lingkup pada Posisi Kawat Balik Berdekatan ……………..……… 3.2.3.1 Induktansi Diri …………..………… 3.2.3.2 Penggunaan Tabel untuk Konstanta Saluran …………..………… 3.3. Geometric Mean Radius (GMR) dan Geometric Mean Distance (GMD) ………..… 3.3.1. Geometric Mean Radius (GMR) ……………
21 22 26 26 28 31 34 35 35 5
3.3.2. Geometric Mean Distance (GMD)…………… 3.4. Kapasitansi Dan Reaktansi Kapasitif Rangkaian Fase Tunggal ……………………… 3.4.1. Kapasitansi ……………………… 3.4.2. Reaktansi Kapasitif ………………………
36
4. REPRESENTASI SALURAN TRANSMISI……………… 4.1. Pendahuluan ……………………… 4.2. Klasifikasi Saluran Transmisi ……………………… 4.2.1. Klasifikasi Saluran Transmisi untuk Keperluan Diagram Pengganti ………..……. 4.2.2. Klasifikasi Saluran Transmisi Menurut Tegangan Kerja ………….…………… 4.2.3. Klasifikasi Saluran Transmisi Berdasarkan Fungsinya dalam Operasi …………..…. 4.3. Diagram Pengganti Saluran Transmisi ….…………... 4.3.1. Saluran Transmisi Jarak Pendek ……………… 4.3.2. Saluran Transmisi Jarak Menengah ..…… 4.3.2.1. Nominal T ………………………. 4.3.2.2. Nominal ……………………… 4.3.3 Saluran Transmisi Jarak Panjang ………………
43 43 46
5. KONSTANTA-KONSTANTA UMUM SALURAN TRANSMISI ……………………… 5.1. Rangkaian Kutub Empat ……………………… 5.2. Saluran Transmisi Sebagai Kutub Empat…………… 5.2.1. Saluran Transmisi Jarak Pendek ……………… 5.2.2. Saluran Transmisi Jarak Menengah …… 5.2.2.1 Nominal T ……………………… 5.2.2.2 Nominal ……………………… 5.2.3. Saluran Transmisi Jarak Panjang………………
37 38 40
46 47 48 48 48 50 50 51 56
61 61 63 63 64 64 65 67
6. KOMPENSASI PADA SALURAN TRANSMISI …… 69 6.1. Pendahuluan ……………………… 69 6
7 6.2. Kompensasi Dengan Reaktor Shunt………………… 73 6.3. Kompensasi Dengan Kapasitor Seri………………… 80 7. SISTEM DISTRIBUSI DAYA LISTRIK 7.1. Pendahuluan 7.2 Subtransmisi 7.3. Gardu Induk Distribusi
……………… ……………… ……………… ………………
83 83 86 89
8. SISTEM DISTRIBUSI PRIMER DAN SEKUNDER ……… 95 8.1. Sistem Distribusi Primer ……………………… 95 8.2. Sistem Distribusi Sekunder ……………………… 100 8.3. Transformator Distribusi ……………………… 103 8.3.1. Konstruksi Transformator Distribusi................... 103 8.3.2. Jenis Transformator .................................... 107 9. RUGI-RUGI DALAM SISTEM DISTRIBUSI DAN USAHA MEMINIMALKANNYA ……………………… 9.1. Pendahuluan ……………………… 9.2. Rekonfigurasi Jaringan Distribusi…………………… 9.3. Rekonfigurasi Jaringan Distribusi Menggunakan Metode Fuzzy-Multiobjective ……………………… 10. TOPOLOGI JARINGAN DISTRIBUSI ……..……… 10.1. Sistem Jaringan Distribusi Radial …..………… 10.2. Sistem Jaringan Distribusi Loop …..………… 10.3. Sistem Jaringan Distribusi Spindel …..………… 10.4. Hubung Singkat …..………….……… 10.5. Dampak Gangguan Hubung Singkat pada Jaringan Distribusi …..………….……… DAFTAR PUSTAKA GLOSARIUM
…………………… ……………………
111 111 112 115 129 130 132 132 135 137 141 143
7
DAFTAR PUSTAKA Anonim, “Statistik PLN 2013”, Sekretariat Perusahaan PT PLN (Persero). (2014) [2] D. Kusdiana, “Kondisi Riil Kebutuhan Energi di Indonesia dan Sumber-Sumber Energi Alternatif Terbarukan”, Presented at the Seminar of Renewable Energy, Direktorat Jenderal Listrik dan Pemanfaatan Energi Departemen ESDM, Bogor, 3 Dec. (2008). [3] J.J. Grainger dan W.D. Stevenson, 1994, “Power System Analysis”, McGraw-Hill, Singapore. [4] T.S. Hutauruk, 1996, “Transmisi Daya Listrik”, Erlangga, Jakarta. [5] T. Gonen, 1986, “Electric Power Distribution System Engineering”, McGraw-Hill, New York. [6] Y. Lei, A.Mullane, G.Lightbody, and R.Yacamini, “Modeling of the Wind Turbine With a Doubly Fed Induction Generator for Grid Integration Studies,” IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 21(1), pp.257-264, 2006. [7] Zuhal, 1996, “Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya”, Gramedia, Jakarta. [8] Syahputra, R., Soesanti, I., Ashari, M. (2016). Performance Enhancement of Distribution Network with DG Integration Using Modified PSO Algorithm. Journal of Electrical Systems (JES), 12(1), pp. 1-19. [9] Syahputra, R., Soesanti, I. (2016). Design of Automatic Electric Batik Stove for Batik Industry. Journal of Theoretical and Applied Information Technology (JATIT), 87(1), pp. 167-175. [10] Syahputra, R. (2016). Application of Neuro-Fuzzy Method for Prediction of Vehicle Fuel Consumption. Journal of Theoretical and Applied Information Technology (JATIT), 86(1), pp. 138149. [11] Syahputra, R., Soesanti, I. (2016). DFIG Control Scheme of Wind Power Using ANFIS Method in Electrical Power Grid System. International Journal of Applied Engineering Research (IJAER), 11(7), pp. 5256-5262. [1]
8
9 [12] John Twidell and Tony Weir, 2006, “Renewable Energy Resources, Second Edition”, Taylor & Francis, New York. [13] S. Kim and E. Kim, “PSCAD/EMTDC-based modeling and analysis of a gearless variable speed wind turbine”, IEEE Trans Energy Conversion, Vol. 22, No. 2, pp. 421-430, 2007. [14] S. Müller, M. Deicke, and R. W. De Doncker, “Doubly-fed induction generator system for wind turbines”, IEEE Industry Applications Magazine, May/June 2002. [15] Soesanti, I., Syahputra, R. (2016). Batik Production Process Optimization Using Particle Swarm Optimization Method. Journal of Theoretical and Applied Information Technology (JATIT), 86(2), pp. 272-278. [16] Syahputra, R. (2016). Characteristic Test of Current Transformer Based EMTP Software. Jurnal Teknik Elektro, 1(1), pp. 11-15. [17] Jamal, A., Suripto, S., Syahputra, R. (2016). Performance Evaluation of Wind Turbine with Doubly-Fed Induction Generator. International Journal of Applied Engineering Research (IJAER), 11(7), pp. 4999-5004. [18] Syahputra, R., Robandi, I., Ashari, M. (2015). Performance Improvement of Radial Distribution Network with Distributed Generation Integration Using Extended Particle Swarm Optimization Algorithm. International Review of Electrical Engineering (IREE), 10(2). pp. 293-304. [19] Syahputra, R., Robandi, I., Ashari, M. (2015). Reconfiguration of Distribution Network with DER Integration Using PSO Algorithm. TELKOMNIKA, 13(3). pp. 759-766. [20] Syahputra, R., Robandi, I., Ashari, M. (2015). PSO Based Multi-objective Optimization for Reconfiguration of Radial Distribution Network. International Journal of Applied Engineering Research (IJAER), 10(6), pp. 14573-14586. [21] Syahputra, R. (2015). Simulasi Pengendalian Temperatur Pada Heat Exchanger Menggunakan Teknik Neuro-Fuzzy Adaptif. Jurnal Teknologi, 8(2), pp. 161-168. 9
[22] Syahputra, R. (2015). Characteristic Test of Current Transformer Based EMTP Shoftware. Jurnal Teknik Elektro, 1(1), pp. 11-15. [23] Syahputra, R., (2012), “Distributed Generation: State of the Arts dalam Penyediaan Energi Listrik”, LP3M UMY, Yogyakarta, 2012. [24] Jamal, A., Suripto, S., Syahputra, R. (2015). Multi-Band Power System Stabilizer Model for Power Flow Optimization in Order to Improve Power System Stability. Journal of Theoretical and Applied Information Technology, 80(1), pp. 116-123. [25] Syahputra, R., Robandi, I., Ashari, M. (2014). Optimization of Distribution Network Configuration with Integration of Distributed Energy Resources Using Extended Fuzzy Multiobjective Method. International Review of Electrical Engineering (IREE), 9(3), pp. 629-639. [26] Syahputra, R., Robandi, I., Ashari, M. (2014). Performance Analysis of Wind Turbine as a Distributed Generation Unit in Distribution System. International Journal of Computer Science & Information Technology (IJCSIT), Vol. 6, No. 3, pp. 39-56. [27] Syahputra, R., Robandi, I., Ashari, M., (2014), “Distribution Network Efficiency Improvement Based on Fuzzy Multiobjective Method”. IPTEK Journal of Proceedings Series. 2014; 1(1): pp. 224-229. [28] Jamal, A., Syahputra, R. (2014). Power Flow Control of Power Systems Using UPFC Based on Adaptive Neuro Fuzzy. IPTEK Journal of Proceedings Series. 2014; 1(1): pp. 218-223. [29] Syahputra, R., (2013), “A Neuro-Fuzzy Approach For the Fault Location Estimation of Unsynchronized Two-Terminal Transmission Lines”, International Journal of Computer Science & Information Technology (IJCSIT), Vol. 5, No. 1, pp. 23-37.
10
11 [30] Jamal, A., Syahputra, R. (2013). UPFC Based on Adaptive Neuro-Fuzzy for Power Flow Control of Multimachine Power Systems. International Journal of Engineering Science Invention (IJESI), 2(10), pp. 05-14. [31] Syahputra, R., (2012), “Fuzzy Multi-Objective Approach for the Improvement of Distribution Network Efficiency by Considering DG”, International Journal of Computer Science & Information Technology (IJCSIT), Vol. 4, No. 2, pp. 57-68. [32] Jamal, A., Syahputra, R. (2012), “Adaptive Neuro-Fuzzy Approach for the Power System Stabilizer Model in Multimachine Power System”, International Journal of Electrical & Computer Sciences (IJECS), Vol. 12, No. 2, 2012. [33] Jamal, A., Syahputra, R. (2011), “Model Power System Stabilizer Berbasis Neuro-Fuzzy Adaptif”, Semesta Teknika, Vol. 14, No. 2, 2011, pp. 139-149. [34] Utomo, A.T., Syahputra, R., Iswanto, (2011), “Implementasi Mikrokontroller Sebagai Pengukur Suhu Delapan Ruangan”, Jurnal Teknologi, 4(2). [35] Syahputra, R., (2010), “Aplikasi Deteksi Tepi Citra Termografi untuk Pendeteksian Keretakan Permukaan Material”, Forum Teknik, Vol. 33, 2010. [36] Syahputra, R., Soesanti, I. (2015). “Control of Synchronous Generator in Wind Power Systems Using Neuro-Fuzzy Approach”, Proceeding of International Conference on Vocational Education and Electrical Engineering (ICVEE) 2015, UNESA Surabaya, pp. 187-193. [37] Syahputra, R., Robandi, I., Ashari, M. (2014). “Optimal Distribution Network Reconfiguration with Penetration of Distributed Energy Resources”, Proceeding of 2014 1st International Conference on Information Technology, Computer, and Electrical Engineering (ICITACEE) 2014, UNDIP Semarang, pp. 388 - 393. 11
[38] Soedibyo, Ashari, M., Syahputra, R. (2014), Power loss reduction strategy of distribution network with distributed generator integration. 1st International Conference on Information Technology, Computer, and Electrical Engineering (ICITACEE) 2014, UNDIP Semarang, pp. 404 – 408. [39] Riyadi, S., Azra, R.A., Syahputra, R., Hariadi, T.K., (2014), “Deteksi Retak Permukaan Jalan Raya Berbasis Pengolahan Citra dengan Menggunakan Kombinasi Teknik Thresholding, Median Filter dan Morphological Closing”, Simposium Nasional Teknologi Terapan (SNTT)2 2014, UMS Surakarta, pp. 46-53. [40] Syahputra, R., Robandi, I., Ashari, M., (2013), “Distribution Network Efficiency Improvement Based on Fuzzy Multiobjective Method”. International Seminar on Applied Technology, Science and Arts (APTECS). 2013; pp. 224-229. [41] Syahputra, R., Robandi, I., Ashari, M., (2012), “Reconfiguration of Distribution Network with DG Using Fuzzy Multi-objective Method”, International Conference on Innovation, Management and Technology Research (ICIMTR), May 21-22, 2012, Melacca, Malaysia. [42] Syahputra, R., Robandi, I., Ashari, M., (2011), “Modeling and Simulation of Wind Energy Conversion System in Distributed Generation Units”. International Seminar on Applied Technology, Science and Arts (APTECS). 2011; pp. 290-296. [43] Syahputra, R., Robandi, I., Ashari, M., (2011), “Control of Doubly-Fed Induction Generator in Distributed Generation Units Using Adaptive Neuro-Fuzzy Approach”. International Seminar on Applied Technology, Science and Arts (APTECS). 2011; pp. 493-501. [44] Jamal, A., Syahputra, R., (2011), “Design of Power System Stabilizer Based on Adaptive Neuro-Fuzzy Method”. International Seminar on Applied Technology, Science and Arts (APTECS). 2011; pp. 14-21. 12
13 [45] Syahputra, R. (2010). Fault Distance Estimation of TwoTerminal Transmission Lines. Proceedings of International Seminar on Applied Technology, Science, and Arts (2nd APTECS), Surabaya, 21-22 Dec. 2010, pp. 419-423. [46] Syahputra, R., (2015), “Teknologi dan Aplikasi Elektromagnetik”, LP3M UMY, Yogyakarta, 2016. [47] Syahputra, R., (2014), “Estimasi Lokasi Gangguan Hubung Singkat pada Saluran Transmisi Tenaga Listrik”, Jurnal Ilmiah Semesta Teknika Vol. 17, No. 2, pp. 106-115, Nov 2014.
13
