Analisis Losses Jaringan Distribusi Primer 20 Kv Area Lhokseumawe……………………………..……..Zamzami
ANALISIS LOSSES JARINGAN DISTRIBUSI PRIMER 20 KV AREA LHOKSEUMAWE 1
Zamzami 1 Dosen Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Lhokseumawe ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui besarnya losses pada jaringan distribusi primer. Data yang digunakan dalam penelitian ini adalah data sekunder. Data ini diperoleh dari PT. PLN (Persero) Cabang Lhokseumawe khususnya yang berhubungan dengan data dari jaringan distribusi primer sistem kelistrikan Lhokseumawe. Penelitian ini memanfaatkan Software Power World Simulator dengan metode Gauss-Seidel untuk simulasi aliran daya. Selanjutnya dalam proses ini dapat memberikan data besarnya losses pada jaringan distribusi primer. Hasil penelitian menunjukkan bahwa losses yang terjadi saluran antar bus pada sistem distribusi primer 20 kV area Lhokseumawe masih berada dalam batas yang diizinkan. Losses terbesar terjadi pada saluran dari GI Lhokseumawe ke GH Cunda sebesar 0.821 MW atau 4.66 %. Sedangkan losses terkecil terjadi pada saluran dari Bus 5 PLTD Cot Trueng ke GH 4 Krueng Geukuh sebesar 0.001 MW atau 0.09 %. Kata kunci: Losses, Jaringan Distribusi Primer, PowerWorldSimulator I.
mengetahui semua aspek tersebut dapat dilakukan dengan studi aliran daya. Analisis aliran daya meliputi perhitungan untuk menentukan tegangan, arus pada setiap bus, dan beban pada setiap cabang pada sistem dalam kondisi operasi normal untuk keadaan beban puncak pada suatu saat. Analisis aliran daya ini penting dalam perencanaan dan pengembangan sistem di masa yang akan datang karena operasi yang memuaskan pada suatu sistem tergantung kepada pengetahuan faktor seperti akibat interkoneksi, akibat beban baru atau petumbuhan beban, pusat listrik baru seperti pembangkit baru atau gardu induk baru, dan kawat peghantar baru, sebelum semuanya terpasang. Analisis aliran daya dapat dilakukan dengan mudah menggunakan komputer. Tujuan aliran daya adalah untuk mengetahui besar vektor tegangan pada tiap bus dan besar aliran daya pada tiap cabang suatu jaringan untuk suatu kondisi beban tertentu dalam kondisi normal. Hasil perhitungan dapat digunakan untuk menelaah berbagai persoalan yang berhubungan dengan jaringan tersebut, yaitu meliputi hal-hal yang berhubungan dengan operasi jaringan yaitu: a. Pengaturan tegangan (voltage regulation), perbaikan faktor daya (power factor) jaringan, kapasitas kawat penghantar, termasuk rugi-rugi daya. b. Perluasan atau pengembangan jaringan, yaitu menentukan lokasi yang tepat untuk penambahan bus beban baru dan unit pembangkitan atau gardu induk baru. c. Perencanaan jaringan, yaitu kondisi jaringan yang diinginkan pada masa mendatang untuk melayani pertumbuhan beban karena kenaikan terhadap kebutuhan tenaga listrik.
PENDAHULUAN
Energi listrik merupakan sumber energi utama dunia. Tenaga listrik dibangkitkan di stasiun pembangkit dan disalurkan ke konsumen yang membutuhkan melalui saluran transmisi dan saluran distribusi. Pertimbangan ekonomi dan masalah lingkungan mengakibatkan fasilitas pembangkitan berkapasitas besar biasanya diletakkan di daerah pinggiran yang jauh dari pusat beban. Dengan demikian, diperlukan banyak komponen sistem tenaga untuk menyalurkan energi listrik. Pada umumnya, pemecahan untuk studi aliran daya dalam menyelesaikan masalah aliran daya telah banyak digunakan berbagai metode, cara yang paling banyak digunakan adalah dengan membentuk matriks admintasi (Y). Akan tetapi, matriks tersebut masih dapat dikerjakan dengan iterasi Gauss, GaussSeidel, Newton-Raphson, Decoupled atau Fast Decoupled [4]. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui besarnya losses pada jaringan distribusi primer. Data yang digunakan dalam penelitian ini adalah data sekunder. Data ini diperoleh dari PT. PLN (Persero) Cabang Lhokseumawe khususnya yang berhubungan dengan data dari jaringan distribusi primer sistem kelistrikan Lhokseumawe. Penelitian ini memanfaatkan Software Power World Simulator dengan metode Gauss-Seidel untuk simulasi aliran daya. Selanjutnya dalam proses ini dapat memberikan data besarnya losses pada jaringan distribusi primer. II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Aliran Daya
2.2 Persamaan aliran daya
Analisis dalam sistem tenaga listrik menyangkut berbagai aspek antara lain pembangkitan, saluran dan pembebanan. Untuk
Dengan mempertimbangkan jenis bus dari jaringan sistem tenaga seperti pada Gambar 1.
48
Jurnal Litek (ISSN: 1693-8097) Volume 10 Nomor 1, Maret 2013: hal. 48 - 52 Saluran transmisi diGambarkan dengan model π ekivalen yang mana impedansi telah diubah menjadi admitansi per unit pada base MVA [4][5].
nilai perkiraan untuk tegangan bus yang tidak diketahui nilainya. Kemudian menghitung suatu nilai baru untuk setiap tegangan bus dari nilai-nilai perkiraan pada bus-bus lain yang telah diketahui nilai tegangannya. Jadi, diperoleh suatu himpunan baru nilai tegangan untuk setiap bus dan terus digunakan untuk menghitung sebuah himpunan nilai tegangan bus-bus yang lain. Setiap perhitungan suatu himpunan baru nilai tegangan itu dinamakan iterasi. Proses iterasi ini terus diulang hingga perubahan yang terjadi pada setiap bus lebih kecil dari suatu nilai minimum yang telah ditentukan. Persamaan berikut ini memberikan hubungan nilai arus yang mengalir menuju bus i suatu jaringan yang mengandung k buah simpul bebas (k buah bus selain bus pedoman) adalah sebagai berikut [3]:
Gambar 1. Model bus sistem tenaga Aplikasi Hukum Kirchoff tentang arus diberikan dalam:
K
I i YikVk
Ii yi0 yi1(Vi V1 ) yi2 (Vi V2 ) ... yin (Vi Vn ) Ii ( yi0 yi1 ... yin )Vi yi1V1 yi2V2 ... yinVn n
Persamaan daya pada bus i adalah :
Pi jQi Vi Ii* ................................(6)
n
I i Vi y ij y i jV j j≠i ..................... (1) j 0
Maka nilai arus dapat dinyatakan sebagai :
j 1
Pi jQi Vi I i ......................................... (2)
Ii
atau
Ii
Vi
................................................ (3)
Substitusi persamaan (5) dengan (7) menjadi : K
Y V
subtitusikan Ii ke persamaan (1)
Pi jQi Vi
Pi jQi Vi P jQ i * i ............................... (7) Vi
I i*
Daya aktif pada bus i adalah:
Pi jQi
n
ik
n
k 1
Vi y ij y i jV j ,j ≠ i........ (4) j 0
................................. (5)
k 1
k
Pi jQi ...........................(8) Vi *
Persamaan untuk menghitung tegangan tiap bus adalah :
j 1
Dari hubungan di atas formulasi perhitungan dari masalah aliran daya dalam sistem tenaga harus diselesaikan dengan teknik iterasi.
Vi
K 1 I i YikVk , i ≠ p……... (9) Yii k 1
p : nomor bus pedoman (swing bus)
2.3 Metode Gauss-Seidel
Nilai arus bus dihitung dari persamaan (7). Tegangan bus pedoman dan tegangan perkiraan disubstitusikan ke persamaan (9) untuk mendapatkan himpunan nilai tegangan bus yang baru. Kemudian nilai tegangan bus yang baru tersebut disubstitusikan ke persamaan (7) untuk menghitung kembali arus bus untuk penyelesaian berikutnya dari persamaan (9). Proses tersebut terus diulang hingga perubahan tegangan bus lebih kecil dari suatu nilai minimum yang telah ditentukan sebelumnya. Persamaan (9) dapat dikombinasikan dengan persamaan (7) menjadi : K 1 P jQ Vi i * i YikVk , i ≠ p........(10) Yii Vi k 1 p : nomor bus pedoman (swing bus)
Perhitungan aliran daya dengan metode GaussSeidel mempunyai keuntungan-keuntungan antara lain [2]: a. Perhitungan, pemrograman dan perhitungan relatif lebih mudah. b. Waktu tiap iterasi singkat. c. Sesuai untuk sistem jaringan sedikit. Sedangkan kelemahannnya: a. Pencapaian konvergen lambat. b. Makin banyak simpul, makin banyak pula diperlukan iterasi, junlah iterasi juga akan berubah bila bus referensi diganti oleh bus lain. c. Untuk sistem radial tidak dapat mencapai konvergen. d. Untuk perhitungan pada sistem jaringan yang banyak tidak sesuai. Metode ini dilakukan melalui suatu proses pengulangan atau iterasi dengan menetapkan nilai-
Penyelesaian aliran beban umumnya menggunakan bus 1 sebagai bus pedoman atau swing bus sehingga swing bus diberi nomor 1. Misalkan
49
Analisis Losses Jaringan Distribusi Primer 20 Kv Area Lhokseumawe……………………………..……..Zamzami pada umumnya terletak di dalam kota apabila yang dilayani kota bukan desa. Dilain pihak sering didapat kesulitan untuk meletakkan GI didalam kota karena masalah izin tanah untuk SUTT dan untuk bangunan GI. Untuk mengatasi hal ini dapat dibangun Gardu Hubung (GH) seperti pada Gambar 3 dibawah ini
tegangan swing bus V1 telah ditetapkan maka tegangan pada bus 2 yaitu, V2 dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (10) seperti persamaan (11) berikut :
V2
1 P2 jQ2 K Y2 kVk …..(11) * Y22 V2 k 1
2.4 Sistem Distribusi Saluran Udara Tegangan Menengah Dalam menyalurkan daya listrik dari pusat pembangkit kepada konsumen diperlukan suatu jaringan tenaga listrik. Sistem jaringan ini terdiri dari jaringan transmisi dan jaringan distribusi (sistem tegangan menengah dan tegangan rendah). Dalam sistem distribusi pokok permasalahan tegangan muncul karena konsumen memakai peralatan dengan tegangan yang besarnya sudah ditentukan. Jika tegangan sistem terlalu tinggi/rendah sehingga melawati batas-batas toleransi maka akan mengganggu dan selanjutnya merusak peralatan konsumen. Masalah utama yang lain dalam sistem tenaga listrik adalah bagaimana mengatasi gangguan dengan cepat karena gangguan yang terbanyak dalam sistem tenaga listrik terdapat dalam sistem distribusi jaringan tegangan menengah atau juga disebut jaringan distribusi primer sedangkan jaringan distribusi sekunder disebut jaringan tegangan rendah. Gangguan pada saluran udara tegangan menengah jumlahnya lebih banyak dan kebanyakan lebih bersifat temporer sedangkan pada kabel tanah jumlah gangguan lebih sedikit tetapi kebanyakan bersifat permanen. Oleh karenanya banyak dipakai penutup balik (Recloser) untuk SUTM [1].
Gambar 3. GI dan GH dalam jaringan tegangan menengah Antara GI dan GH umumnya dihubungkan oleh dua saluran tegangan menengah yang dilengkapi dengan relay selektif agar kalau salah satu saluran terganggu ada satu saluran yang beroperasi. Kelemahan dari sistem radial ini adalah apabila terjadi pemadaman dipenyulang utama maka semua penyulang akan padam karena hanya mempunyai satu sumber. Keunggulan dari sistem radial ini adalah lebih mudah, murah dan tidak mempunyai sistem yang rumit. III. METODE PENELITIAN Penelitian ini dilakukan pada sistem distribusi primer 20 kV area Lhokseumawe. Data yang digunakan dalam penelitian ini adalah data sekunder (Tabel 1 dan 2). Data ini diperoleh dari PT. PLN (Persero) Cabang Lhokseumawe khususnya yang berhubungan dengan data dari jaringan distribusi primer sistem kelistrikan area Lhokseumawe. Penelitian ini memanfaatkan Software Power World Simulator dengan metode Gauss-Seidel untuk simulasi aliran daya. Selanjutnya dalam proses ini dapat memberikan data besarnya losses pada jaringan distribusi primer 20 kV area Lhokseumawe.
2.5 Sistem Radial
Tabel 1. Data Beban GI Lhokseumawe Beban NO GI/GH P (MW) Q (MVAr) 35.711 22.14082 1 Lhokseumawe 4.525 2.8055 2 Lhoksukon 5.040 3.1248 3 Panton Labu 11.849 7.34638 4 Cunda 4.924 3.05288 5 Hagu 6.073 3.76526 6 Krueng Geukuh 0.65 0.403 7 Cot Trueng 8.045 4.9879 8 Ganda Pura
Gambar 2. Jaringan tegangan menengah dengan konfigurasi radial Pada Gambar 2, mengGambarkan jaringan tegangan menengah berupa feeder- feeder radial yang keluar dari GI. Sepanjang setiap feeder terdapat transformatortransformator distribusi yang dilengkapi dengan pemutus. Transformator distribusi diletakan sedekat mungkin dengan beban sehingga
50
Analisis Losses Jaringan Distribusi Primer 20 Kv Area Lhokseumawe……………………………..……..Zamzami Tabel 2. Data saluran dari GI Lhokseumawe ke Bus Panjang Z1(Ohm per km) Total (Ohm) (km) R X R X GI - Cunda 0.1251 0,0946 2,53 1,913 20,22 20.9 0.2162 0.331 4,519 6,901 GI - Lhoksukon GI – Krueng Geukuh 8,17 0,1344 0,3158 1,098 2,580 GI – Panton Labu 43,03 0,2162 0,3305 9,303 14,221 Cunda – Hagu 3,84 0,1344 0,3158 0,516 1,212 Krueng Geukuh – Cot Trueng 10,59 0,1344 0,3158 1,423 3,344 Cot Trueng – Ganda Pura 14,98 0,2162 0,3305 3,239 4,951 Lhoksukon – Panton Labu 20,93 0.2162 0.3305 4,525 6,917 Dari-ke
Untuk menyelesaikan penelitian ini dapat dibuat langkah-langkah penelitian sebagai berikut: 1. Membuat konsfigurasi jaringan yang akan diteliti. 2. Memasukkan nilai parameter jaringan (nilai R dan X) pada saluran antar bus. 3. Memasukkan nilai tegangan pada masingmasing bus. 4. Memasukkan nilai daya (P dan Q) pembangkit. 5. Memasukkan nilai beban (P dan Q). 6. Proses simulasi dilakukan dengan menggunakan Software Power World Simulator dan perhitungan dengan metode Gauss-Seidel. 7. Menghitung besarnya losses pada saluran antar bus.
Total (PU) R X 0,19 0,143 0,339 0,518 0,082 0,194 0,698 1,067 0,039 0,091 0,107 0,251 0,243 0,371 0,339 0,519
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Sebelum dilakukan pembahasan terhadap objek penelitian. terlebih dahulu dilakukan simulasi dan pengujian serta melakukan input data yang diambil dari sistem kelistrikan Lhokseumawe, dengan nilai dasar MVA sebesar 30 MVA, 20 kV pada frekuensi 50 Hz, kemudian melakukan analisis aliran daya dengan program Power World Simulator. Perhitungan aliran daya dalam sistem 8 Bus yang akan dianalisis dengan metode Gauss-Seidel. Perhitungan aliran daya ini dilakukan untuk mengetahui besarnya tegangan, daya aktif dan daya reaktif pada setiap bus. Dari hasil simulasi tersebut didapatkan peta aliran daya yang menunjukkan gambaran arah daya aktif dan reaktif dari satu bus ke bus yang lain seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 5. Tabel 3 dan 4 memperlihatkan hasil simulasi aliran daya sistem distribusi primer 20 kV area Lhokseumawe. Hasil simulasi menunjukkan Gambaran tegangan, daya aktif dan reaktif serta losses antar bus saluran penghubung. Hasil penelitian menggunakan Software Power World Simulator dengan metode Gauss-Seidel menunjukkan bahwa, losses yang terjadi saluran antar bus pada sistem distribusi primer 20 kV area Lhokseumawe masih berada dalam batas yang diizinkan. Hal ini dapat dilihat dari besarnya losses saluran antar bus pada sistem distribusi primer 20 kV area Lhokseumawe. Losses saluran antar Bus 1 GI Lhokseumawe - Bus 2 GH Cunda sebesar 0.821 MW atau 4.662 %. Ini merupakan losses terbesar diantara saluran-saluran yang lain. Bus 1 GI Lhokseumawe Bus 4 Kr. Geukuh memiliki losses sebesar 0.03 MW atau 0.596 %. Sementara itu saluran antar Bus 1 GI Lhokseumawe - Bus 7 GH Lhoksukon terdapat losses 0.184 MW atau 2.983 %. Sedangkan Bus 1 GI Lhokseumawe-Bus 8 GH Panton Labu terjadi losses 0.138 MW atau 3.701 %. Demikian juga dengan saluran antar Bus 2 GH Cunda-Bus 3 GH Hagu terjadi losses 0.015 MW atau 0.304 %. Dibandingkan dengan saluran yang lain, losses saluran antar Bus 5 PLTD Cot Trueng-Bus 4 Kr. Geukuh hanya sebesar 0.001 MW atau 0.093 %. Hal ini disebabkan karena saluran ini paling dekat dengan Bus 5 PLTD Cot Trueng. Untuk saluran antar Bus 5 PLTD Cot
Diagram alir penelitian diperlihatkan pada Gambar 4, berikut ini:
Gambar 4. Diagram alir penelitian
51
Analisis Losses Jaringan Distribusi Primer 20 Kv Area Lhokseumawe……………………………..……..Zamzami Trueng-Bus 6 GH Ganda Pura terjadi losses 0.241 MW atau 2.909 %. Dan yang terakhir saluran antar
Bus 7 GH Lhoksukon-Bus 8 GH Panton Labu terdapat losses sebesar 0.011 MW atau 0.753 %.
Gambar 5. Peta aliran daya sistem distribusi primer 20 kV area Lhokseumawe Tabel 3. Aliran daya menggunakan Software Power World Simulator PU Tegangan Beban Beban Suplai ( Nama (Volt) (kV) (MW) (Mvar) MW) Bus 1 GI Lhokseumawe 1 20 35.711 22.141 68.251 Bus 2 GH Cunda 0.95069 19.014 11.849 7.346 Bus 3 GH Hagu 0.94572 18.914 4.924 3.053 Bus 4 Kr. Geukuh 0.9893 19.786 6.073 3.765 Bus 5 PLTD Cot Trueng 0.99157 19.831 0.65 0.403 10 Bus 6 GH Ganda Pura 0.95138 19.028 8.045 4.988 Bus 7 GH Lhoksukon 0.95849 19.17 4.525 2.805 Bus 8 GH Panton Labu 0.94833 18.967 5.04 3.125
Suplai (Mvar) 43.032
6.2
Tabel 4. Besar dan arah daya serta losses saluran antar bus Losses Q Dari Ke P (MW) (Mvar) P (MW) Q (Mvar) Bus 1 GI Lhokseumawe Bus 2 GH Cunda 17.609 11.054 0.821 0.62 Bus 1 GI Lhokseumawe Bus 4 Kr. Geukuh 5.033 3.399 0.03 0.072 Bus 1 GI Lhokseumawe Bus 7 GH Lhoksukon 6.169 4.01 0.184 0.281 Bus 1 GI Lhokseumawe Bus 8 GH Panton Labu 3.729 2.429 0.138 0.211 Bus 2 GH Cunda Bus 3 GH Hagu 4.939 3.087 0.015 0.034 Bus 4 Kr. Geukuh Bus 5 PLTD Cot Trueng -1.07 -0.438 0.001 0.003 Bus 5 PLTD Cot Trueng Bus 6 GH Ganda Pura 8.285 5.356 0.241 0.368 Bus 7 GH Lhoksukon Bus 8 GH Panton Labu 1.461 0.924 0.011 0.017 V. KESIMPULAN
DAFTAR PUSTAKA
Hasil penelitian menggunkan Software Power World Simulator dengan metode Gauss-Seidel menunjukkan bahwa losses yang terjadi saluran antar bus pada sistem distribusi primer 20 kV area Lhokseumawe masih berada dalam batas yang diizinkan. Losses daya terbesar terjadi pada saluran dari GI Lhokseumawe ke GH Cunda sebesar 0.821 MW atau 4.66 %. Sedangkan losses terkecil terjadi pada saluran dari Bus 5 PLTD Cot Trueng ke GH 4 Krueng Geukuh sebesar 0.001 MW atau 0.09 %.
[1]. Basri, H. 1993. “Sistem Distribusi Listrik”. ISTN. Jakarta
Daya
[2]. Marsudi, D., 1990, “Operasi Sistem Tenaga Listrik”, Balai Penerbit&Humas ISTN, Jakarta. [3]. Powell, L., 2005, “Power System Load Flow Analysis”, McGraw-Hill, USA. [4]. Saadat. H., 1999, “Power System Analysis”, McGraw-Hill, New York. [5].
52
Stevenson, Jr, W.D.,1993. “Analisa Sistem Tenaga Listrik”. Erlangga. Jakarta.
