Perbaikan Drop Tegangan & Rugi-Rugi Daya Penyulang SUTM Panjang dengan Pembangkitan Terdistribusi, Kapasitor Shunt dan Uprating Konduktor

Seminar Nasional Ketenagalistrikan dan Aplikasinya SENKA 2015

Perbaikan Drop Tegangan & Rugi-Rugi Daya Penyulang SUTM Panjang dengan Pembangkitan Terdistribusi, Kapasitor Shunt dan Uprating Konduktor

Ade Rahmat

Muchtar Djafar

PT PLN (Persero) Wilayah Suluttenggo Manado, Indonesia e-mail : [email protected]

PT PLN (Persero) Wilayah Suluttenggo Manado, Indonesia e-mail : [email protected]

Abstrak—. Makalah ini mengangkat studi perbaikan kualitas tegangan dan rugi-rugi daya pada penyulang sistem distribusi PLN Area Kotamobagu yang melistriki daerah Kabupaten Bolaang Mongondow, Sulawesi Utara. Penyulang OK-4 bersifat radial murni yang terbentang sepanjang 127,01 kms. Profil Tegangan menengah pada daerah-daerah yang dilalui tersebut dapat menurun hingga lebih buruk 80% dari tegangan nominal pada perioda beban puncak, dan akan menaik mendekati tegangan normal pada perioda di luar waktu beban puncak. Adapun alternatif solusi yang ditawarkan untuk mengatasi permasalahan diatas dapat dilakukan dengan melakukan Injeksi Pembangkit terdistribusi dengan memanfaatkan potensi pembangkit terbarukan setempat. Selain itu sebagai perbandingan dilakukan juga simulasi unjuk kerja tegangan dengan menggunakan Kapasitor Shunt atau Uprating penampang konduktor. Kata kunci-Pembangkitan Terdistribusi; Drop Tegangan; Rugi-rugi daya; SUTM Panjang Abstract— This paper raised the voltage quality improvement studies and losses in the feeder distribution systems that provide

electricity Bolaang Mongondow Area, North Sulawesi. Feeder OK-4 is a pure radial stretching 127.01 kms. Medium voltage profile on the areas through which it can be dropped to worse 80% of the nominal voltage at peak load periods, and will be ascending closer to the normal voltage on the outside of the time period of peak load. There are alternative solutions offered to overcome the above problems can be done by injection plant distributed by exploiting the potential of local renewable generation. In addition, as a comparison done also simulated the performance of voltage by using a shunt capacitor or Uprating conductor cross-section. Keywords- Distributed Generation;Voltage Drop; Losses; Radial feeder lenght

I.

PENDAHULUAN

Dalam rangka meningkatkan rasio elektrifikasi, PLN melaksanakan elektrifikasi daerah terpencil dan jauh dengan memperpanjang Saluran udara Tegangan Menengah(SUTM), karena membangun transmisi tegangan tinggi ataupun pembangkit belum layak secara ekonomi. Untuk menjangkau daerah-daerah yang terpencil dan jauh dari gardu induk atau pembangkit dalam rangka melistriki pedesaan terutama di luar Jawa, PT PLN (Persero) terkadang terpaksa harus memperpanjang jaringan tegangan menengah 20 kV untuk menyuplai daerah-daerah tersebut. Hal ini tentu saja berdampak pada persoalaan drop tegangan dan losses yang mengakibatkan rendahnya mutu pelayanan terhadap konsumen terutama di daerah ujung penyulang dan kerugian yang ditimbulkan akibat losses penyulang. Sistem distribusi PLN Area Kotamobagu yang melayani wilayah Kabupaten Bolaang Mongondow, Sulawesi Utara terdiri dari beberapa penyulang SUTM panjang salah satunya Penyualang OK4 disuplai dari PLTD Kotamobagu yang terinterkoneksi dengan grid sistem Minahasa

membentang sampai dengan desa Mamalia di Kabupaten Bolaang Mongondow Selatan dengan panjang jaringan sekitar 127,01 kms, sehingga tegangan di ujung penyulang mengalami drop tegangan dan rugi-rugi daya yang besar.

Gambar 1. Peta Kelistrikan Sulawesi Utara


Sepanjang daerah yang dialui penyulang tersebut dijumpai beberapa aliran sungai seperti di desa Milangodaa & Duminanga yang berpotensi sebagai energi Mikrohidro yang dapat dijadikan Pembangkitan Terdistribusi (DG). II.

DASAR TEORI

Pada jaringan tegangan menengah yang bebannya terpusat diujung jaringan atau biasa disebut ekspress feeder, besar tegangan jatuh (voltage drop) pada jaringan SUTM dapat dihitung dari rumus pendekatan berikut :

PERMASALAHAN

Penggunaan SUTM panjang berakibat tegangan pasokan transformator distribusi pada saat beban puncak menjadi terlalu rendah karena jatuh tegangan yang sangat tinggi sepanjang saluran. Tegangan pasokan transformator yang rendah akan mengakibatkan tegangan keluaran di sisi sekunder juga rendah. Kondisi saluran yang panjang ini tidak sesuai dengan SPLN 72:1987 tentang Spesifikasi desain untuk Jaringan Tegangan Menengah [JTM] dan Jaringan Tegangan Rendah [JTR]. Sedangkan tegangan pelayanan yang diterima pelanggan seharusnya mempunyai kualitas tegangan yang baik, yaitu +5% dan -10% dari tegangan nominal 230/400 V, sebagaimana diatur oleh SPLN 1: 1995 atau SNI 04-227:2003 tentang tegangan standar. III.

IV.

Gambar 2. One line diagram dan ilustrasi diagram phasor drop tegangan sistem distribusi

PRA ANGGAPAN

Alternatif perbaikan drop tegangan di ujung penyulang yang sangat besar dan losses SUTM panjang dapat dilakukan dengan Melalui : A. Pembangkitan Terdistribusi(Distributed Generation) Tegangan di ujung suatu SUTM panjang yang buruk pada saat beban puncak dapat diperbaiki dengan sangat efektif dengan menginjeksikan daya reaktif dari sebuah generator lokal (DG) yang sengaja dipasang dengan memanfaatkan potensi sumber energi lokal setempat. B. Kompensasi Kapasitor shunt Pemasangan kapasitor shunt pada SUTM panjang untuk mengkompensasi rugi-rugi daya reaktif yang terjadi sepanjang saluran dan menyebabkan jatuh tegangan. Rugirugi daya reaktif tersebut adalah terbesar pada saat beban puncak dan terkecil pada saat beban terendah. Hal itulah yang menyebabkan mengapa tegangan beban adalah terendah pada beban puncak dan tertinggi pada beban terendah, pemasangan kapasitor shunt diharapkan mampu mengatasi permasalahan jatuh tegangan yang terjadi. C.

Uprating Penampang Konduktor Jatuh tegangan pada SUTM yang panjang dapat dikurangi dengan mengganti konduktor terpasang dengan konduktor yang berpenampang lebih besar terutama pada konduktor bottle neck dibeberapa segmen jaringan. Penggantian Penghantar juga dapat dijadikan solusi untuk mengatasi permasalahan ini.

dimana P and Q adalah daya aktif dan reaktif. Pada penyulang dengan beberapa titik beban, drop tegangan pada segmen k dapat dinyatakan dalam persaman berikut :

Gambar 3. One line diagram penyulang dengan beberapa node beban

Dimana Pk aliran daya aktif dan Qk aliran daya reaktif pada segmen k :

Dengan Rk dan Xk adalah resistansi dan reaktansi pada segmen k. Sedangkan Uk adalah tegangan pada titik k. Kuat Arus dalam persamaan diatas diperoleh dari :


A. Pembangkitan Terdistribusi Pada jaringan SUTM yang dinjeksi dengan pembangkit maka persamaan drop tegangan menjadi :

Gambar 2. One line diagram untu ilustrasi drop tegangan sistem distribusi dengan DG

V.

PEMBAHASAN

Berdasarkan kondisi eksisiting yang ada, panjang Penyulang OK 4 yang membentang dari Pusat listrik (PLTD Kotamobagu) sampai dengan ujung penyulang di desa Mamalia Ranting Molibagu adalah 127,013 kms (only mainline without lateral), dengan kapasitas trafo distribusi terpasang sebesar 6.020 kVA dan kondisi beban pada saat beban puncak berdasarkan pengukuran sebesar 3.233 kVA. Dalam menganailsa aliran daya (power flow), menggunakan simulasi ETAP v.4. Berdasarkan karakteristik sistem bersifat radial dan cukup panjang, maka metode aliran daya yang digunakan menggunakan Fast-Decoupled Method.

B. Kompensasi Kapasitor Shunt Pada penyulang yang dipasang kapasitor shunt persamaan tegangan drop menjadi :

Gambar 4. bus beban Penyulang OK 4 Gambar 3. Ilustrasi profil tegangan dengan pemasangan kapsitor

Selain jatuh tegangan pada penyulang, rugi-rugi daya juga dihitung yang terjadi pada transformator distribusi yang

Analisa untuk percabangan (lateral) penyulang di representasikan menjadi satu bus dan beban tiap gardu pada mainline diwakili oleh masing-masing bus. Berdasarkan data yang ada, maka untuk penyulang OK 4 diperoleh 93 bus beban (lampiran Tabel 2). Gambar diatas merupakan representasi beban penyulang sistem penyulang OK 4 yang disederhanakan untuk mempermudah analisa.

disebabkan oleh reaktansi bocor dan resistans belitan pada kondisi beban sekunder, dan dapat dinyatakan dengan rumus sebagai berikut : DU = [( R . p ) 2 + ( X . q ) 2 ] 2 : 100% 1

dimana :

XRpqΔU-

reaktansi bocor [%] resistans belitan [%] faktor daya, cos φ [0 .. 1,0] sin φ [0.. 1,0] Jatuh tegangan [%] Gambar 5. Simulasi Penambahan DG dan atau Kapasitor pada program ETAP


dimana Qc, daya reaktif yang dinjeksikan oleh kapasitor dalam Mvar dalam simulasi digunakan kapasitas Qc = 2 MVAR. Dengan menggunakan kaidah Kaidah dua-pertiga Fisher Pierce : memberikan penurunan demand dan susut yang optimum : 1. Ukuran bank kapasitor harus 2/3 beban kVAr maksimum. 2. Ukuran bank kapasitor harus terletak 2/3 panjang penyulang dari GI. 3. Kontrol harus disetel dekat bank kapasitor pada saluran ketika arus saluran mengikuti mencapai 2/3 arus kapasitor C. Penggantiang Penghantar dengan Penampang A3C 150 mm2 Gambar 6. Hasil running tegangan drop pada program ETAP

A. Pemasangan Distributed Generation Pada Bus 71 (rencana PLTM Duminanga). Sebagaimana diketahui bersama, perkembangan sistem tenaga listrik ke depan mengalami perubahan dari sistem vertikal (vertically operated power system), yang mana jaringan disuplai oleh pembangkit skala besar/pembangkitan terpusat (Centralized Generation) menjadi sistem horizontal (horizontally-operated power system) pembangkitan tersebar (Distributed Generation), yang mana pembangkit skala kecil yang memanfaatkan potensi energi terbarukan seperti mikrohidro, surya, angin,biomassa dan lainya terhubung ke sistem jaringan distribusi 20 kV (distribution grid). B. Pemasangan Kapasitor Shunt pada Bus 66 (di PMT Dudepo). Penggunaan kapasitor daya bermanfaat untuk : 1. Pengurangan susut yang dapat dihindari yang disebabkan oleh arus beban reaktif. 2. Menurunkan kebutuhan kVA 3. Memperbaiki profil tegangan 4. Menaikan revenue atau menurunkan konsumsi energi pelanggan. Persamaan jatuh tegangan (voltage drop) pemasangan Kapasitor :

Resistansi suatu konduktor berbanding lurus dengan panjang penghantar dan berbanding terbalik dengan penampang, sehingga semakin besar penampang maka semakin kecil resisansinya. Berdasarkan persamaan R=ρ x (l/A), dimana l = panjang penghantar A= luas penampang Penghantar ρ = tahanan jenis Tabel 1. Resistansi Konduktor AAAC Luas penampang Nomi Sebenar nal nya

Jumlah / diameter kawat

mm2

mm2

n / mm

35 50 50 70 95 120 150 185 240 300 400 500

34,36 49,48 45,70 75,55 93,27 112,85 147,1 181,6 242,5 299,4 431,1 506,0

7 / 2,5 7 / 3,0 19 / 1,75 19 / 2,25 19 / 2.5 19 / 2,75 37 / 2,25 37 / 2,5 61 / 2,25 61 / 2,5 61 / 3,0 61 / 3,25

Resista ns as., 20o C max Ohm / km 0,958 0,665 0,724 0,438 0.355 0,293 0,225 0,183 0,139 0,111 0,077 0,066

Reaktansi jaringan dg GMD 101 cm

KHA terusmenerus

Ohm / km

A

0,3716 0,3602 0,3592 0,3434 0.3368 0,3308 0,3214 0,3148 0,3053 0,2987 0,2872 0,2822

170 210 210 155 320 365 425 490 585 670 810 930

D. Perbandingan Perbaikan Tegangan dgn Kapasitor Shunt, DG & Uprating Berdasarkan hasil simulasi dengan ETAP (lampiran Tabel 3) untuk kondisi Eksisting diperoleh hasil tegangan terendah dicapai oleh Bus 93 (ujung Penyulang) yakni sebesar 11,789 kV (terjadi pada Gardu Mayambanga) :


2.

3.

4.

5. Gambar 7. Grafik Profil Tegangan eksisting, DG, Capasitor shunt dan Uprating Konduktor

Setelah dilakukan simulsi skenario alternatif yang maka di peroleh hasil perbaikan profil tegangan pada masingmasing bus beban. Pada kasus pemasangan kapasitor shunt sebesar 2 MVAR di bus 66 maka diperoleh tegangan terendah pada bus 93 (ujung penyulang) sebesar 15,59 kV. Pada kasus pemasangan distributed generation sebesar 2x 800 kw di bus 71 maka diperoleh tegangan terendah terjadi pada bus 44 (pertengahan penyulang) sebesar 17,79 kV. Pada kasus penggantian uprating penampang konduktor yang masih berpenampang 70 mm2 dan 95 mm2 menjadi 150 mm2 diperoleh tegangan terendah pada bus 93 (ujung penyulang) sebesar 13,42 kV. Dari beberapa alternatif yang ada maka diperoleh perbaikan profil tegangan penyulang OK 4 yang paling optimal adalah dengan pemasangan distributed generation SARAN

Dalam makalah ini penulis mengharapkan potensi energi terbarukan setempat berupa energi mikrohidro dapat diwujudkan melalui pembangkit PLTMH, selain bermanfaat untuk perbaikan profil tegangan dan menekan rugi rugi pada jaringan sistem distribusi juga dapat mengurangi biaya operasional PLN akibat konsumsi pemakaian BBM bangkit berbahan bakar fosil yang eksisting. Berdasarkan Feasibility Studi yang telah dilakukan potensi mikrohidro setempat diperkirakan kurang lebih 3 MW. Perlu dilakukan studi lanjut terhadap dampak pengoperasian pembangkit terdistribusi setempat dari aspek operasi dan kehandalan sistem distribusi. Gambar 8 Grafik Profil Tegangan eksisting, DG, Capasitor shunt dan Uprating Konduktor

REFERENSI Pada skenario pemasangan kapasitor shunt sebesar 2 MVAR di bus 66 maka diperoleh tegangan terendah terjadi pada bus 93 (ujung penyulang) sebesar 15,59 kV. Pada kasus pemasangan distributed generation sebesar 2x800 kW di bus 71 maka diperoleh tegangan terendah terjadi pada bus 44 (pertengahan penyulang) sebesar 17,79 kV Pada skenario penggantian uprating penampang konduktor yang masih berpenampang 70 mm2 dan 95 mm2 menjadi 150 mm2 diperoleh tegangan terendah pada bus 93 (ujung penyulang) sebesar 13,42 kV. Dari beberapa alternatif yang ada maka diperoleh perbaikan profil tegangan penyulang OK 4 yang paling optimal adalah dengan injeksi Pembangkit terdistribusi (DG). KESIMPULAN 1.

Berdasarkan hasil simulasi dengan ETAP untuk kondisi Eksisting diperoleh hasil tegangan terendah dicapai oleh Bus 93 (ujung Penyulang) yakni sebesar 11,789 kV (terjadi pada Gardu Mayambanga).

F.A. Viawan and A. Sannino, ”Voltage Control in LV Feeder with Distributed Generation and Its Impact to the Losses”, in Proceedings of 2005 Power Tech Conference, St. Petersburg. [2] F.A. Viawan, A. Sannino and J. Daalder, “Voltage Control in MV Feeder in Presence of Distributed Generation”, accepted for publication in Electric Power [3] N. Jenkins, R. Allan, P. Crossley, D. Kirschen, G. Strbac, Embedded [4] Generation, The Institution of Electrical Engineers, London, 2000 [5] SPLN D5.001:2007 Tentang Pedoman Pengaturan SUTM Panjang [6] T.A. Short, Electric Power Distribution Handbook, CRC Press LLC, 2004.Clerk Maxwell, A Treatise on Electricity and Magnetism, 3rd ed., vol. 2. Oxford: Clarendon, 1892, pp.68–73. [7] T. Gönen, Electric Power Distribution System, McGraw-Hill Book Company,1986. [8] T. Ackermann, G. Andersson and L. Söder, “Distributed Generation: a definition”, Electric Power Systems Research, vol.57, 2001, pp. 195204. Ade Rahmat, Lahir di Bekasi 27 Desember 1981. Pendidikan S1 Teknik Elektro Universitas Diponegoro Semarang tahun 2004. Bergabung dengan PLN tahun 2005 dengan Riwayat penugasan antara lain: Operasi Distribusi, Perencanaan Distribusi, Transaksi Energi Listrik & Pelayanan Pelanggan. [1]

Muchtar Djafar, Pendidikan D3 Universitas Samratulangi. Saat ini bertugas sebagai Deputi Manajer Perencanaan Sistem PLN wilayah Suluttenggo


Lampiran (Tabel 2. Data Beban Trafo)


Lampiran (Tabel 3. Profil Tegangan Hasil Simulasi ETAP) Rel

Voltage (kV)

Dari

Ke

eksisting

with DG

with Capasitor fix

with uprating

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

19,672 19,258 18,955 18,830 18,820 18,489 18,339 18,311 18,195 17,964 17,339 17,228 17,127 16,910 16,907 16,778 16,714 16,500 16,494 16,189

19,845 19,650 19,508 19,449 19,445 19,290 19,221 19,208 19,154 19,050 18,796 18,719 18,674 18,578 18,576 18,521 18,493 18,402 18,400 18,272

19,778 19,501 19,298 19,215 19,208 18,977 18,878 18,860 18,780 18,630 18,264 18,153 18,088 17,950 17,948 17,867 17,826 17,693 17,690 17,500

19,962 19,303 19,019 18,902 18,893 18,582 18,441 18,415 18,320 18,104 17,576 17,415 17,321 17,118 17,115 16,995 16,934 16,735 16,730 16,445

21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49

22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50

16,016 15,963 15,913 15,854 15,844 15,638 15,449 15,395 15,385 15,312 15,309 15,228 15,130 15,039 14,945 14,902 14,818 14,753 14,664 14,533 14,430 14,345 14,288 14,217 14,109 14,083 14,056 13,977 13,836

18,201 18,179 18,159 18,135 18,131 18,048 17,973 17,952 17,950 17,931 17,931 17,912 17,892 17,873 17,854 17,848 17,837 17,829 17,818 17,804 17,794 17,787 17,786 17,787 17,790 17,791 17,792 17,797 17,809

17,396 17,364 17,334 17,298 17,292 17,168 17,056 17,025 17,019 16,984 16,982 16,939 16,888 16,841 16,792 16,772 16,732 16,701 16,655 16,586 16,534 16,491 16,464 16,431 16,383 16,371 16,360 16,326 16,268

16,283 16,234 16,188 16,188 16,133 16,124 15,930 15,755 15,706 15,696 15,630 15,627 15,562 15,418 15,345 15,313 15,249 15,199 15,145 15,066 15,003 14,925 14,918 14,875 14,810 14,794 14,779 14,731 14,647

Rel

Voltage (kV)

Dari

Ke

eksisting

50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93

51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94

13,770 13,759 13,732 13,724 13,709 13,639 13,610 13,415 13,166 13,091 13,018 12,995 12,974 12,972 12,903 12,666 12,608 12,572 12,499 12,474 12,418 12,318 12,278 12,228 12,175 12,125 12,091 12,046 12,027 11,993 11,960 11,939 11,907 11,884 11,865 11,851 11,843 11,828 11,814 11,800 11,796 11,791 11,790 11,789

with DG with Capasitor fix with uprating 17,816 17,817 17,821 17,824 17,830 17,861 17,875 17,974 18,098 18,135 18,173 18,187 18,202 18,204 18,270 18,495 18,551 18,586 18,662 18,690 18,753 18,878 18,854 18,825 18,794 18,764 18,744 18,711 18,706 18,678 18,667 18,655 18,635 18,622 18,811 18,603 18,598 18,589 18,581 18,572 18,570 18,567 18,566 18,566

16,241 16,237 16,230 16,228 16,227 16,230 16,228 16,220 16,177 16,165 16,154 16,151 16,150 16,150 16,156 16,178 16,185 16,160 16,107 16,089 16,048 15,976 15,946 15,911 15,873 15,836 15,811 15,779 15,765 15,741 15,717 15,702 15,679 15,662 15,649 15,639 15,633 15,622 15,612 15,602 15,599 15,595 15,594 15,594

14,608 14,601 14,580 14,575 14,563 14,502 14,480 14,333 14,190 14,147 14,105 14,092 14,080 14,079 14,039 13,906 13,873 13,853 13,811 13,797 13,766 13,709 13,687 13,659 13,629 13,601 13,581 13,556 13,546 13,527 13,508 13,496 13,478 13,465 13,455 13,447 13,442 13,434 13,426 13,421 13,419 13,417 13,416 13,416


Perbaikan Drop Tegangan & Rugi-Rugi Daya Penyulang SUTM Panjang dengan Pembangkitan Terdistribusi, Kapasitor Shunt dan Uprating Konduktor

Recommend Documents