ESTIMASI RUGI-RUGI ENERGI PADA SISTEM DISTRIBUSI RADIAL 20 kV STUDI KASUS : SISTEM DISTRIBUSI JAWA TIMUR APJ MALANG PENYULANG DINOYO
PROPOSAL SKRIPSI KONSENTRASI TEKNIK ENERGI ELEKTRIK
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Disusun oleh: ANASTASIA INDAH L.S NIM. 105060300111024 – 63 63
KEMENTERIAN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS BRAWIJAYA FAKULTAS TEKNIK MALANG 2014
I.
Judul “
ESTIMASI RUGI-RUGI ENERGI
PADA SISTEM DISTRIBUSI RADIAL 20 kV STUDI KASUS : SISTEM DISTRIBUSI JAWA TIMUR PENYULANG DINOYO G.I. SENGKALING”
II.
Bidang Skripsi
Tugas Akhir ini meliputi bidang Teknik Energi Elektrik.
III. Latar Belakang Masalah
Pada umumnya rugi-rugi teknis pada tingkat pembangkit dan saluran transmisi pemantauannya tidak menjadi masalah karena adanya fasilitas pengukuran yang dapat dipantau dengan baik. Hal yang sama juga terdapat pada gardu induk (GI), sehingga rugirugi teknis dari GI tidak menjadi masalah besar karena disinipun pengukuran dan pemantauan berjalan baik. Lain halnya pada sisi distribusi, rugi-rugi teknis lebih kompleks dan sulit diketahui besarannya. Pada GI setiap penyulang yang keluar dari GI ini dilengkapi dengan alat pengukuran, begitu pula pada sisi primer trafo tenaganya. Selepas ini tidak terdapat lagi alat pengukuran kecuali pada meteran pelanggan. Oleh karena itu, sangatlah sulit menentukan rugi-rugi energi secara tepat pada sistem distribusi. Metode estimasi rugi-rugi energi yang ada saat ini banyak menggunakan asumsiasumsi akibat keterbatasan sumber daya yang tersedia. Tugas akhir ini menawarkan metode baru untuk memperkirakan rugi-rugi energi pada penyulang distribusi. Nilai-nilai pengukuran digunakan untuk menyoroti m enyoroti keandalan metode estimasi baru.
2
IV. Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah dari skripsi ini adalah sebagai berikut: Dari latar belakang di atas, maka dapat dirumuskan beberapa bebera pa permasalahan antara lain lai n : 1. Bagaimana memperkirakan rugi-rugi energi listrik pada salah satu penyulang distribusi? 2. Bagaimana perbandingan rugi-rugi energi hasil pengukuran (aktual) terhadap hasil perkiraan dengan metode yang diusulkan?
V.
Tujuan Penulisan
Tujuan yang ingin dicapai adalah untuk mengetahui besarnya rugi-rugi energi dari penyulang distribusi distribu si radial 20 kV.
VI. Batasan Masalah
Untuk membatasi materi yang akan dibicarakan pada skripsi ini, maka penulis perlu membuat batasan cakupan masalah yang akan dibahas. Hal ini diperbuat supaya isi dan pembahasan dari tugas akhir ini menjadi lebih terarah dan dapat mencapai hasil yang diharapkan. Maka penulis membatasi penulisan ini dengan hal-hal sebagai berikut : a) Studi kasus diterapkan dengan cara menganalisa salah satu penyulang yang terdapat pada sistem distribusi 20 kV G.I. Sengkaling. Penyulang yang dianalisa adalah Penyulang Dinoyo, Area Pelayanan dan Jaringan Malang. b) Data yang akan dianalisa merupakan data-data yang berhubungan dengan sistem distribusi, single distribusi, single line diagram diagr am,, beserta gardu-gardu distribusi.
VII. Metodologi Penelitian
Untuk dapat menyelesaikan skripsi ini maka penulis menerapkan beberapa metode studi diantaranya adalah sebagai berikut. a) Studi literatur Mempelajari literatur yang berhubungan dengan sistem distribusi dan rugi-rugi energi.
3
b) Pengumpulan Pengumpulan Data Melakukan pengumpulan data di lapangan berupa data penyulang Dinoyo, Sistem distribusi 20 kV G.I. Sengkaling. c) Analisis Data Dari data-data yang diperoleh selanjutnya dihitung besarnya rugi-rugi energi dengan menggunakan metode yang diusulkan. d) Kesimpulan Menentukan besarnya rugi-rugi yang terjadi serta menarik kesimpulan akan penggunaan metode yang diusulka n .
VIII. Sistematika Penulisan
Untuk memudahkan pemahaman terhadap Tugas Akhir ini maka penulis menyusun sistematika penulisan sebagai berikut.
BAB I
PENDAHULUAN
Bab ini berisi latar belakang, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metodologi penelitian, dan sistematika penulisan.
BAB II
DASAR TEORI
Bab ini membahas tentang pandangan umum sistem tenaga listrik, sistem distribusi, rugi-rugi pada sistem tenaga listrik, permasalahan dalam menentukan rugi-rugi energi, serta metode estimasi rugi-rugi energi listrik.
BAB III
PENGUMPULAN DATA
Ban ini berisi tentang data-data yang diperlukan, antara lain : a.
Single line penyulang line penyulang Dinoyo
b.
Kurva beban penyulang Dinoyo
c.
Data gardu distribusi penyulang Dinoyo beserta karakteristik beban penyulang Dinoyo
d.
Data pelanggan penyulang Dinoyo
e.
Data saluran penyulang Dinoyo 4
BAB IV
ANALISIS DATA
Dengan data-data yang diperoleh selanjutnya dihitung besarnya rugi-rugi energi dengan menggunakan metode yang diusulkan.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini merupakan bab penutup yang berisi kesimpulan dari skripsi dan saran penulis kepada pembaca.
IX. Tinjauan Pustaka A.
PANDANGAN UMUM SISTEM TENAGA LISTRIK
Pada umumnya sistem tenaga listrik terdiri atas kumpulan komponen peralatan listrik atau mesin listrik, seperti generator, transformator, beban, dan berikut alat-alat pengaman dan pengaturan yang saling dihubungkan dan membentuk suatu sistem yang digunakan untuk membangkitkan, menyalurkan, dan menggunakan energi. Secara umum sistem kelistrikan dapat dibagi menjadi 3 (tiga) bagian utama, yaitu : Pembangkit tenaga listrik, sistem transmisi, dan yang terakhir adalah sistem distribusi.
Gambar Gambar 1.1 Skema umum sistem tenaga listrik Sumber : Kadir, Abdul. Distribus Abdul. Distribusii dan utilisasi Tenaga Ten aga Listrik. Jakarta : Universitas Indonesia Press, 2000, p.5.
5
Gambar 1.1 memperlihatkan skema suatu sistem tenaga listrik. Dalam suatu sistem tenaga listrik dapat terdiri atas beberapa subsistem yang saling berhubungan, atau yang biasa disebut sebagai sistem interkoneksi (Ga mbar 1.2).
Gambar 1. 2 Sebagian dari sistem interkoneksi, yaitu :sebuah pusat listrik, dua buah GI beserta subsistem distribusinya Sumber : Marsudi, Djiteng. Pembangkitan Djiteng. Pembangkitan Energi Listrik. Jakarta : Erlangga, 2011, p.5.
Arah mengalirnya energi listrik berawal dari Pusat Tenaga Listrik melalui saluransaluran transmisi dan distribusi dan sampai pada instalasi pemakai yang merupakan unsur utilisasi. Energi listrik dibangkitkan pada pembangkit tenaga listrik (PTL) yang dapat merupakan suatu pusat listrik tenaga uap (PLTU), pusat listrik tenaga air (PLTA), pusat listrik tenaga gas (PLTG), pusat listrik tenaga diesel (PLTD), ataupun pusat listrik tenaga nuklir (PLTN). PTL biasanya membangkitkan energi listrik pada tegangan menengah (TM), yaitu pada umumnya antara 6-20 kV. Pada sistem tenaga listrik yang besar, atau bilamana PTL terletak jauh dari pemakai, maka energi listrik li strik itu perlu dia ngkut melalui saluran salura n transmisi, dan tegangannya tegangann ya harus dinaikkan dari TM menjadi tegangan tinggi (TT). Pada jarak yang sangat jauh malah diperlukan tegangan ekstra tinggi (TET). Menaikkan tegangan itu dilakukan di 6
gardu induk (GI) dengan menggunakan transformator penaik ( step-up ( step-up transformer ). ). Tegangan tinggi di Indonesia adalah 70 kV, 150 kV, dan 275 kV. Sedangkan tegangan ekstra tinggi 500 kV. Mendekati pusat pemakaian tenaga listrik, yang dapat merupakan suatu industri atau suatu kota, tegangan tinggi diturunkan menjadi tegangan menengah (TM). Hal ini juga dilakukan pada suatu GI dengan menggunakan transformator penurun ( step-down transformer ). ). Di indonesia tegangan menengah adalah 20 kV. Saluran 20 kV ini menelusuri jalan-jalan di seluruh kota, dan merupakan sistem distribusi primer. Bilamana transmisi tenaga listrik dilakukan dengan mempergunakan saluran-saluran udara dengan menara-menara transmisi, sistem distribusi primer di kota biasanya terdiri atas kabel-kabel tanah yang tertanam di tepi jalan, sehingga tidak terlihat. Di tepi-tepi jalan biasanya berdekatan dengan persimpangan, terdapat gardu-gardu distribusi (GD), yang mengubah tegangan menengah menjadi tegangan rendah (TR) melalui transformator distribusi (distribution (distribution tansformer ). ). Melalui tiang-tiang listrik yang terlihat di tepi jalanan, energi listrik tegangan rendah disalurkan kepada pemakai. Di indonesia tegangan rendah adalah 220/380 volt, dan merupakan sistem distribusi sekunder. Energi diterima pemakai dari tiang TR melalui konduktor atau kawat yang dinamakan sambungan rumah (SR) dan berakhir pada alat pengukur listrik yang sekaligus merupakan titik akhir pemilikan PLN.
B.
SISTEM DISTRIBUSI
Sistem jaringan distribusi tenaga listrik dapat diklasifikasikan dari berbagai segi, antara lain adalah berdasarkan ukuran tegangan dan bentuk jaringan. 1.
Berdasarkan ukuran tegangan
Berdasarkan ukuran tegangan, jaringan distribusi tenaga listrik dapat dibedakan pada dua sistem, yaitu sistem jaringan distribusi primer dan sistem jaringan distribusi sekunder. a. Sistem jaringan distribusi primer
Sistem jaringan distribusi primer atau sering disebut jaringan distribusi tegangan tinggi (JDTT) ini terletak antara gardu induk dengan 7
gardu pembagi, yang memiliki tegangan sistem lebih tinggi dari tegangan terpakai untuk konsumen. Standar tegangan untuk jaringan distribusi primer ini adalah 6 kV, 10 kV, dan 20 kV (sesuai standar PLN). Sedangkan di Amerika Serikat standar tegangan untuk jaringan distribusi primer ini adalah 2,4 k V, 4,16 kV, dan 13,8 kV. b. Sistem jaringan distribusi sekunder
Sistem jaringan distribusi sekunder atau sering disebut jaringan distribusi tegangan rendah (JDTR), merupakan jaringan yang berfungsi sebagai penyalur tenaga listrik dari gardu-gardu pembagi (gardu distribusi) ke pusat-pusat beban (konsumen tenaga listrik). Besarnya standar tegangan untuk jaringan ditribusi sekunder ini adalah 127/220 V untuk sistem lama, dan 220/380 V untuk sistem baru, serta 440/550 V untuk keperluam industri. Besarnya tegangan maksimum yang diizinkan adalah 3 sampai 4 % lebih besar dari tegangan nominalnya. Penetapan ini sebanding dengan besarnya nilai tegangan jatuh (voltage drop) yang telah ditetapkan berdasarkan PUIL 661 F.1, bahwa rugi-rugi daya pada suatu jaringan adalah 15 %. Dengan adanya pembatasan tersebut stabilitas penyaluran daya ke pusat -pusat beban tidak terganggu. terga nggu.
2.
Berdasarkan bentuk jaringan a. Sistem Radial Terbuka
Keuntungannya :
Konstruksinya lebih sederhana Material yang digunakan lebih sedikit, sehingga lebih murah Sistem pemeliharaannya lebih murah Untuk penyaluran jarak pendek akan lebih murah
Kelemahannya : o
Keterandalan sistem ini lebih rendah
o
Faktor penggunaan konduktor 100 %
8
o
Makin panjang jaringan (dari Gardu Induk atau Gardu Hubung) kondisi tegangan tidak dapat diandalkan
o
Rugi-rugi tegangan lebih besar
o
Kapasitas pelayanan terbatas
o
Bila terjadi gangguan penyaluran daya terhenti.
Sistem radial pada jaringan distribusi merupakan sistem terbuka, dimana tenaga listrik yang disalurkan secara radial melalui gardu induk ke konsumenkonsumen dilakukan secara terpisah satu sama lainnya. Sistem ini merupakan sistem yang paling sederhana diantara sistem yang lain dan paling murah, sebab sesuai konstruksinya sistem ini menghendaki sedikit sekali penggunaan material listrik, apalagi jika jarak penyaluran antara gardu induk ke konsumen tidak terlalu jauh. terlalu jauh.
Gambar Gambar 1.3 Sistem Jaringan Radial Terbuka Sumber : Suswanto, Daman. Sistem Distribusi Tenaga Listrik Untuk Mahasiswa Teknik Elektro, Elektro , Ed. I, Padang : Universitas Negeri Padang Press, 2009, p.20.
9
Sistem radial terbuka ini paling tidak dapat diandalkan, karena penyaluran tenaga kistrik hanya dilakukan dengan menggunakan satu saluran saja. Jaringan
model
ini
sewaktu
mendapat
gangguan
akan
menghentikan
penyaluran tenaga listrik cukup lama sebelum gangguan tersebut diperbaiki kembali. Oleh sebab itu kontinuitas pelayanan pada sistem radial terbuka ini kurang bisa diandalkan. Selain itu makin panjang jarak saluran dari gardu induk ke konsumen, kondisi tegangan makin tidak bisa diandalkan, justru bertambah buruk karena ru gi-rugi tegangan akan l ebih besar. Berarti B erarti kapasitas pelayanan untuk sistem radial ra dial terbuka ini sangat sa ngat terbatas.
b. Sistem Radial Paralel
Keuntungannya :
Kontinuitas pelayanan lebih terjamin, karena menggunakan dua sumber
Kapasitas pelayanan lebih baik dan dapat melayani beban maksimum
Kedua saluran dapat melayani titik beban secara bersama
Bila salah satu saluran mengalami gangguan, maka saluran yang satu lagi dapat menggantikannya, sehingga pemadaman tak perlu terjadi.
Dapat menyalurkan daya listrik melalui dua saluran yang diparalelkan
Kelemahannya : o
Peralatan yang digunakan lebih banyak terutama peralatan proteksi
o
Biaya pembangunan lebih mahal
10
Gambar 1.4 Sistem Jaringan Radial Paralel Sumber : Suswanto, Daman. Sistem Distribusi Tenaga Listrik Untuk Mahasiswa Teknik Elektro, Elektro , Ed. I, Padang : Universitas Negeri Padang Press, 2009, p.21.
Untuk memperbaiki kekurangan dari sistem radial terbuka diatas maka dipakai konfigurasi sistem radial paralel, yang menyalurkan tenaga listrik melalui dua saluran yang diparalelkan. Pada sistem ini titik beban dilayani oleh dua saluran, sehingga bila salah satu saluran mengalami gangguan, maka saluran yang satu lagi dapat menggantikan melayani, dengan demikian pemadaman tak perlu terjadi. Kontinuitas pelayanan sistem radial paralel ini lebih terjamin dan kapasitas pelayanan bisa lebih besar dan sanggup melayani beban maksimum (peak load) dalam batas yang diinginkan. Kedua saluran dapat dikerjakan untuk melayani titik beban bersama-sama. Biasanya titik beban hanya dilayani oleh salah satu saluran saja. Hal ini dilakukan untuk menjaga kontinuitas pelayanan pada konsumen.
11
c. Sistem Rangkaian Tertutup (Loop Circuit)
Gambar 1.5 Sistem Jaringan Tertutup Sumber : Suswanto, Daman. Sistem Distribusi Tenaga Listrik Untuk Mahasiswa Teknik Elektro, Elektro , Ed. I, Padang : Universitas Negeri Padang Press, 2009, p.22.
Keuntungannya :
Dapat menyalurkan daya listrik melalui satu atau dua saluran feeder yang saling berhubungan
Menguntungkan dari segi ekonomis
Bila terjadi gangguan pada salauran maka saluran yang lain dapat menggantikan untuk menyalurkan daya listrik
Kontinuitas penyaluran daya listrik lebih terjamin
Bila digunakan dua sumber pembangkit, kapasitas tegangan lebih baik dan regulasi tegangan cenderung kecil
Dalam kondisi normal beroperasi, pemutus beban dalam keadaan terbuka
Biaya konstruksi lebih murah 12
Faktor penggunaan konduktor lebih rendah, yaitu 50 %
Keandalan relatif lebih baik
Kelemahannya : o
Keterandalan sistem ini lebih rendah
o
Drop tegangan makin besar
o
Bila beban yang dilayani bertambah, maka kapasitas pelayanan akan lebih jelek
Sistem rangkaian tertutup pada jaringan distribusi merupakan suatu sistem penyaluran melalui dua atau lebih saluran feeder yang saling berhubungan membentuk rangkaian berbentuk cincin. Sistem ini secara ekonomis menguntungkan, karena gangguan pada jaringan terbatas terbata s hanya pada saluran yang terganggu saja. Sedangkan Sedangk an pada saluran yang lain masih dapat menyalurkan tenaga listrik dari sumber lain dalam rangkaian yang tidak terganggu. Sehingga kontinuitas pelayanan sumber tenaga listrik dapat terjamin dengan baik. Yang perlu diperhatikan pada sistem ini apabila beban yang dilayani bertambah, maka kapasitas pelayanan untuk sistem rangkaian tertutup ini kondisinya akan lebih jelek. Tetapi jika digunakan titik sumber (Pembangkit Tenaga Listrik) lebih dari satu di dalam sistem jaringan ini maka sistem ini akan benyak dipakai, dan akan menghasilkan kualitas tegangan lebih baik, serta regulasi tegangannya cenderung kecil.
d. Sistem Network/Mesh
Sistem network/mesh ini merupakan sistem penyaluran tenaga listrik yang dilakukan secara terus-menerus oleh dua atau lebih feeder pada gardu-gardu induk dari beberapa Pusat Pembangkit Tenaga Listrik yang bekerja secara paralel. Sistem ini merupakan pengembangan dari sistem-sistem yang terdahulu dan merupakan sistem yang paling baik serta dapat diandalkan, mengingat sistem ini dilayani oleh dua atau lebih sumber tenaga listrik. Selain itu junlah cabang lebih banyak dari jumlah titik feeder. 13
Keuntungannya :
Penyaluran tenaga listrik dapat dilakukan secara terus-menerus (selama 24 jam) dengan menggunakan dua atau ata u lebih feeder
Merupakan pengembangan dari sistem-sistem yang terdahulu
Tingkat keterandalannya lebih tinggi
Jumlah cabang lebih banyak dari jumlah titik feeder
Dapat digunakan pada daerah-daerah yang memiliki tingkat kepadatan yang tinggi
Memiliki kapasitas dan kontinuitas pelayanan sangat baik
Gangguan yang terjadi pada salah satu saluran tidak akan mengganggu kontinuitas pelayanan
Kelemahannya : o
Biaya konstruksi dan pembangunan lebih tinggi
o
Pengaturan alat proteksi lebih sukar
14
Gambar 1.6 Sistem Jaringan Network/mesh Sumber : Suswanto, Daman. Sistem Distribusi Tenaga Listrik Untuk Mahasiswa Teknik Elektro, Elektro , Ed. I, Padang : Universitas Negeri Padang Press, 2009, p.24.
Sistem ini dapat digunakan pada daerah-daerah yang memiliki kepadatan tinggi dan mempunyai kapasitas dan kontinuitas pelayanan yang sangat baik. Gangguan yang terjadi pada salah satu saluran tidak akan mengganggu kontinuitas pelayanan. Sebab semua titik beban terhubung paralel dengan beberapa sumber tenaga li strik.
e. Sistem Interkoneksi
Keuntungannya :
Merupakan pengembangan sistem network / mesh
Dapat menyalurkan tenaga listrik dari beberapa Pusat Pembangkit Tenaga Listrik
15
Penyaluran tenaga listrik dapat berlangsung terus-menerus (tanpa putus), walaupun daerah kepadatan beban cukup tinggi dan luas
Memiliki keterandalan dan kualitas sistem yang tinggi
Apabila salah satu Pembangkit mengalami kerusakan, maka penyaluran tenaga listrik dapat dialihkan ke Pusat Pembangkit lainnya.
Bagi Pusat Pembangkit yang memiliki kapasitas lebih kecil, dapat dipergunakan sebagai cadangan atau pembantu bagi Pusat Pembangkit Utama (yang memiliki kapasitas tenaga listrik yang lebih besar)
Ongkos pembangkitan dapat diperkecil
Sistem ini dapat bekerja secara bergantian sesuai dengan jadwal yang telah ditentukan
Dapat memperpanjang umur Pusat Pembangkit
Dapat menjaga kestabilan sistem Pembangkitan
Keterandalannya lebih baik
Dapat di capai penghematan-penghematan di dalam investasi
Kelemahannya : o
Memerlukan biaya yang cukup mahal
o
Memerlukan perencanaan yang lebih matang
o
Saat terjadi gangguan hubung singkat pada penghantar jaringan, maka semua Pusat Pembangkit akan tergabung di dalam sistem dan akan ikut menyumbang arus hubung singkat ke tempat gangguan tersebut.
o
Jika terjadi unit-unit mesin pada Pusat Pembangkit terganggu, maka akan mengakibatkan jatuhnya sebagian atau seluruh sistem.
o
Perlu menjaga keseimbangan antara produksi dengan pemakaian
o
Merepotkan saat terjadi gangguan petir
16
Gambar 1.7 Sistem Jaringan Interkoneksi Sumber : Suswanto, Daman. Sistem Distribusi Tenaga Listrik Untuk Mahasiswa Teknik Elektro, Elektro , Ed. I, Padang : Universitas Negeri Padang Press, 2009, p.25.
Sistem
interkoneksi
ini
merupakan
perkembangan
dari
sistem
network/mesh. Sistem ini menyalurkan tenaga listrik dari beberapa Pusat Pembangkit Tenaga Listrik yang dikehendaki bekerja secara paralel. Sehingga penyaluran tenaga listrik dapat berlangsung terusmenerus terusm enerus (tak terputus), walaupun daerah kepadatan beban cukup tinggi dan luas. Hanya saja sistem ini memerlukan biaya yang cukup mahal dan perencanaan yang cukup matang. Untuk perkembangan dikemudian hari, sistem interkoneksi ini sangat baik, bisa diandalkan dan merupakan sistem yang mempunyai kualitas yang cukup tinggi. Pada sistem interkoneksi ini apabila salah satu Pusat Pembangkit Tenaga Listrik mengalami kerusakan, maka penyaluran tenaga listrik dapat dialihkan ke Pusat Pembangkit lain. Untuk Pusat Pembangkit yang mempunyai kapasitas 17
kecil dapat dipergunakan sebagai pembantu dari Pusat Pembangkit Utama (yang mempunyai kapasitas tenaga listrik yang besar). Apabila beban normal sehari-hari dapat diberikan oleh Pusat Pembangkit Tenaga listrik tersebut, sehingga ongkos pembangkitan dapat diperkecil. Pada sistem interkoneksi ini Pusat Pembangkit Tenaga Listrik bekerja bergantian secara teratur sesuai dengan jadwal yang telah ditentukan. Sehingga tidak ada Pusat Pembangkit yang bekerja terus-menerus. Cara ini akan dapat memperpanjang umur Pusat Pembangkit dan dapat menjaga kestabilan sistem pembangkitan.
C.
RUGI-RUGI PADA SISTEM TENAGA LISTRIK
Setiap peralatan listrik yang digunakan tidak selamanya bekerja dengan sempurna. Semakin lama waktu pemakaian, maka akan berkurang efisiensi dari peralatan tersebut sehingga akan mengakibatkan rugi-rugi yang semakin besar pula (Hadi, Abdul, 1994 :3). Rugi-rugi pada sistem tenaga listrik dibagi menjadi dua, yaitu : 1.
Rugi-rugi sistem transmisi, yaitu rugi-rugi transformator step-up transformator step-up (trafo tegangan tinggi), saluran transmisi, dan transformator di gardu induk.
2.
Rugi-rugi pada sistem distribusi, yaitu rugi-rugi pada penyulang utama serta jaringan, transformator distribusi, di stribusi, peralatan distribusi, d istribusi, dan da n pengukuran.
Rugi-rugi pada sistem tenaga listrik menurut sumber, dibagi menjadi : 1. Rugi-rugi teknis Rugi-rugi teknis (susut teknis) muncul akibat sifat daya hantar material/ peralatan listrik itu sendiri yang sangat bergantung pada kualitas bahan dari material/peralatan listrik tersebut, jika pada jaringan maka akan sangat bergantung pada konfigurasi jari ngannya. 2. Rugi-rugi non teknis Rugi-rugi non teknis muncul akibat adanya masalah pada penyaluran sistem tenaga listrik. Rugi-rugi non teknis yang sering terjadi antara lain, pencurian listrik, penyambungan listrik secara ilegal, kurangnya akurasi pencatatan kWh meter pada pelanggan, dll.
18
Dalam proses penyaluran tenaga listrik ke para pelanggan (dimulai dari pembangkit, transmisi dan distribusi) terjadi rugi -rugi teknis (losses) yaitu rugi daya dan rugi energi. Rugi teknis adalah pada penghantar saluran, adanya tahanan dari penghantar yang dialiri arus sehinggga timbullah rugi teknis (I2R) pada jaringan tersebut. Misalnya pada mesin-mesin listrik seperti generator, trafo, dan sebagainya, adanya histerisis dan arus pusar pada besi dan belitan yang dialiri arus sehinggga menimbulkann rugi teknis pada peralatan tersebut. Rugi teknis pada pembangkit dapat diperbaiki dengan meningkatkan efisiensi dan mengurangi pemakaian sendiri. Rugi teknis pada sistem distribusi merupakan penjumlahan dari I 2R atau rugi tahanan dan dapat dengan mudah diketahui bila arus puncaknya diketahui. Rugi teknis dari jaringan tenaga listrik tergantung dari macam pembebanan pada saluran tersebut (beban merata, terpusat). Rugi teknis pada transformator terdiri dari rugi beban nol dan rugi pada waktu pembebanan. Rugi pada beban nol dikenal dengan rugi besi, dan tidak tergantung dari arus beban, sedangkan rugi pada waktu pembebanan dikenal dengan rugi tembaga yang nilainya bervariasi sesuai dengan kuadrat arus bebannya. Rugi energi (rugi kWh) biasanya dinyatakan dalam bentuk rupiah. Biaya untuk mencatu kerugian ini dapat dibagi dalam 2 bagian yang utama : a. Komponen energi atau biaya produksi untuk membangkitkan kehilangan kWh. b. Komponen demand/beban atau biaya tahunan yang tercakup di dalam sistem investasinya yang diperlukan mencatu rugi beban rugi beban puncak. Kedua komponen tersebut biasaya digabungkan menjadi satu, baik dalam bentuk Rp/kWh untuk rugi energi maupun dalam Rp/kW rugi daya puncak. Biasanya rugi teknis itu tergantung pada titik yang diamati dari sistem tersebut, titik yang terjauh dari sumber, sudah tentu biayanya lebih besar. D.
PERMASALAHAN DALAM MENENTUKAN RUGI-RUGI ENERGI
Pada umumnya rugi-rugi teknis pada tingkat pembangkit dan saluran transmisi pemantauannya tidak menjadi masalah karena adanya fasilitas pengukuran yang dapat dipantau dengan baik. Hal yang sama juga terdapat pada gardu induk (GI), sehingga rugi-
19
rugi teknis dari GI tidak menjadi masalah besar karena disinipun pengukuran dan pemantauan berjalan baik. Lain halnya pada sisi distribusi, rugi-rugi teknis lebih kompleks dan sulit diketahui besarannya. Pada GI setiap penyulang yang keluar dari GI ini dilengkapi dengan alat pengukur, begitu pula pada sisi primer trafo tenaganya. Selepas ini tidak terdapat lagi alat pengukuran kecuali pada meteran pelanggan. Oleh karena itu, sangatlah sulit menentukan rugi energi secara tepat pada sistem distribusi. Dengan menentukan rugi/susut energi pada saluran distribusi, cara yang dilakukan oleh bebrapa perusahaan listrik adalah membandingkan energi yang disalurkan oleh gardu induk dan energi yang terjual dalam selang waktu tertentu, misalnya setahun. Ada dua sumber kesalahan pokok dalam perhitungan susut energi :
1. Selisih kWh (energi) yang disalurkan GI dan kWh yang terjual atau energi yang dipakai oleh pelanggan tidak menggambarkan keadaan sebenarnya, Karena ada energi yang tidak terukur seperti pencurian listrik, meteran rusak, kesalahan pembacaan kWh meter dan sebagainya. Dari sini jelaslah selisih energi yang sebenarnya tidak dapat diukur secara pasti. 2. Pembacaan meteran pada GI mungkin dapat dilakukan pada hari yang sama, dengan demikian kWh (energi) yang diukur bebar-benar merupakan kWh yang disalurkan, sedangkan pembacaan meteran pelanggan tidak bersamaan waktunya sehingga hal ini akan merupakan kesalahan dalam analisis selanjutnya.
20
E.
METODE ESTIMASI RUGI-RUGI ENERGI LISTRIK
Gambar 1. 8 Saluran yang diberi beban
Gambar 1.2 adalah model di mana terdapat rugi-rugi energi pada penghantar (saluran). Di mana I adalah besarnya arus yang mengalir dan R adalah tahanan pada penghantar, maka rugi-rugi rugi -rugi daya pada saluran adalah a dalah :
∫
......................................... ................................................ ....... (1)
Pada periode T, energi yang terbuang pada saluran adalah :
......................................... ................................................ ....... (2)
Pada sistem tiga fasa yang terdiri dari N segmen terdapat tahanan konduktor sebesar R Ω/km, Ω/km, maka total rugi-rugi yang timbul pada penyulang adalah jumlah dari rugi-rugi di tiap fasa. Rugi-rugi daya yang timbul di fasa-a, fasa-a, pada waktu “t” dituliskan dengan :
∑ ∑[[ ] ]
Di mana :
............................... ............................... (3)
: arus yang mengalir di fasa-a pada segmen waktu singkat “t”. : panjang dari konduktor pada segmen
dalam
.
21
segmen N
segmen 1 Ia
I2
I1
x
Gambar 1.9 Diagram rangkaian listrik dari gardu distribusi
segmen 1
segmen N
GD
x km
I2
I1 km
Gambar 1.10 Diagram satu garis dari gardu distribusi
Jika panjang Jika panjang saluran dibagi menjadi “N” segmen, segme n, maka maka dapat dibuat
perbandingan antara singkat “t” dengan “t” dengan berikut :
arus yang mengalir di saluran pada segmen
dalam waktu
arus total yang mengalir di sepanjang saluran fasa-a sebagai
......................................... ............................................ ... (4)
22
Dengan mensubstitusi persamaan (4) ke persamaan (3), diperoleh :
[] ∑ ∑[ ]
....................... (5)
Persamaan (5) dapat disederhanakan menjadi :
∑
....................... (6)
Rugi-rugi energi yang; timbul di fasa-a selama periode waktu-T dapat diperoleh dengan mengintegralkan persamaan (6) :
∫ { ∑ }
...................... (7)
Kita dapat menyederhanakan estimasi rugi-rugi dengan mengasumsikan bentuk variasi beban. Dengan asumsi ini contoh :
Di sini,
, kita dapat menjadikannya konstanta. Sebagai
: rating daya yang terpasang pada beban motor-motor motor -motor di segmen : total rating daya yang terpasang di sepanjang saluran.
.
Sehingga persamaan (7) dapat dituliskan menjadi :
( ) ∑ ∫ ............... (8) Dengan mewakilkan :
∑( ) 23
Maka diperoleh persamaan estimasi rugi-rugi energi pada fasa-a yang lebih sederhana menjadi menjadi :
∫
............................ ............................ (9)
Jadi, total rugi-rugi energi pada sistem tiga fasa merupakan penjumlahan rugi-rugi di setiap fasa. Dengan demikian, rumus estimasi rugi-rugi energi pada saluran tiga fasa dapat dituliskan sebagai berikut :
∫
............ (10)
Faktor “F” dan “R (besar tahannan per km)” dapat dihitung konstan selama konfigurasi saluran/penyulang (panjang, topologi, rating daya) tidak berubah. Nilai
,
dan dan
diperoleh berdasarkan rekaman setiap 30 menit setiap hari
dari metering yang terdapat pada penyulang. Data-data ini akan didefenisikan ke dalam tabel dan digambarkan dalam kurva arus terhadap waktu. Untuk memudahkan menghitung simpson.
∫
, penulis menggunakan metode
Metode Simpson
Di samping menggunakan rumus trapesium dengan interval yang lebih kecil, cara lain untuk mendapatkan perkiraan yang lebih teliti adalah menggunakan polinomial order lebih tinggi untuk menghubungkan titik-titik data. Misalnya, apabila terdapat satu titik tambahan di antara f (a) dan f (b), maka ketiga titik dapat dihubungkan dengan fungsi parabola (Gambar 1.11a). Apabila terdapat dua titik tambahan dengan jarak yang sama antara f antara f (a) dan f dan f (b), maka keempat titik tersebut dapat dihubungkan dengan polinomial order tiga (Gambar 1.11b). Rumus yang dihasilkan oleh integral di bawah polinomial tersebut dikenal dengan metode (aturan) Simpson.
24
Gambar 1.11 Aturan Simpson 1)
Aturan Simpson 1/3 Di dalam aturan Simpson 1/3 digunakan polinomial order dua (persamaan
parabola) yang melalui titik f ( x xi – 1) , f ( x xi) dan f ( x xi
+ 1)
untuk mendekati fungsi.
Rumus Simpson dapat diturunkan berdasarkan deret Taylor. Untuk itu, dipandang bentuk integral beriku t ini. x
I ( x) f ( x) dx
(1.11)
a
Apabila bentuk tersebut didiferensialkan terhadap x terhadap x,, akan menjadi:
I ' ( x)
dI ( x) dx
f ( x)
(1.12)
Dengan memperhatikan Gambar 1.12. dan persamaan (1.12) maka persamaan deret Taylor adalah:
I ( xi 1 ) I ( xi Δ x) I ( xi ) Δ x f ( xi )
Δ x
4
4!
4
4!
2
2!
f ' ( xi )
Δ x
3
f ' ' ( xi )
3!
f ' ' ' ( xi ) O ( Δ x5 )
I ( xi 1 ) I ( xi Δ x) I ( xi ) Δ x f ( xi ) Δ x
Δ x
Δ x
2
2!
f ' ( xi )
f ' ' ' ( xi ) O( Δ x5 )
(1.13) Δ x
3
3!
f ' ' ( xi )
(1.14)
Pada Gambar 1.12, nilai I ( x xi + 1) adalah luasan dibawah fungsi f ( x) x) antara batas a dan x dan xi + 1. Sedangkan nilai I nilai I ( x xi 1 ) adalah luasan antara batas a dan I dan I ( x xi 1 ).
25
Dengan demikian luasan di bawah fungsi antara batas xi
1 dan xi + 1 yaitu
( Ai),
adalah luasan I luasan I ( x xi + 1) dikurangi I dikurangi I ( x xi 1) atau persamaan (1.13) dikurangi persamaan (1.14).
Ai = I = I ( ( xi + 1) – I I ( ( x xi 1) atau
Ai 2 Δ x f ( xi )
Δ x
3
3
f ' ' ( xi ) O (Δx5 )
(1.15)
Gambar 1.12 Penurunan metode Simpson
Nilai f ''( ''( x xi) ditulis dalam bentuk diferensial terpusat:
f ' ' ( xi )
f ( xi 1 ) 2 f ( xi ) f ( xi 1 ) Δ x
2
O ( Δx 2 )
Kemudian bentuk diatas disubstitusikan ke dalam persamaan (1.15). Untuk memudahkan penulisan, selanjutnya notasi f ( xi) ditulis dalam bentuk f i, sehingga persamaan (1.15) menjadi:
Ai 2Δ x f i
Δ x
3
( f i 1 2 f i f i 1 )
Δ x
3
3
O (Δ x 2 ) O(Δx5 )
atau
Ai
Δ x
3
( f i 1 4 f i f i 1 ) O (Δx5 )
(1.16)
26
Persamaan (1.16) dikenal dengan metode Simpson 1/3. Diberi tambahan nama 1/3 karena x x dibagi dengan 3. Pada pemakaian satu pias,
x
ba 2
, sehingga
persamaan (1.16) dapat ditulis dalam bentuk: bentuk :
Ai
ba 6
f (a) 4 f (c) f ( b)
(1.17)
dengan titik c adalah titik tengah antara a dan b. Kesalahan pemotongan yang terjadi dari metode Simpson 1/3 untuk satu pias adalah:
t Oleh karena
1 90
x
Δ x
5
ba 2
f ' ' ' ' ( ) , maka:
(b a) 5 t f ' ' ' ' ( ) 2880
2)
Aturan Simpson 1/3 dengan 1/3 dengan banyak pias Seperti dalam metode trapesium, metode Simpson dapat diperbaiki dengan
membagi luasan dalam sejumlah pias dengan panjang interval yang sama (Gambar 1.12):
x
ba n
dengan n adalah jumlah pias.
27
Gambar 1.13. Metode Simpson dengan banyak pias
Luas total diperoleh dengan menjumlahkan semua pias, seperti pada Gambar 1.13. b
f ( x) dx A1 A3 ... An 1
(1.18)
a
Dalam metode Simpson ini jumlah interval adalah genap. Apabila persamaan (1.16) disubstitusikan ke dalam persamaan (1.18) akan diperoleh: b
f ( x) dx
Δ x
3
a
( f 0 4 f 1 f 2 )
Δ x
3
( f 1 4 f 2 f 3 ) ...
Δ x
3
( f n 2 4 f n 1 f n )
atau
b
f ( x) dx a
n 1 n2 ( ) ( ) 4 ( ) 2 ( ) f a f b f x f x i i i 1 i2 3
Δ x
(1.19)
Seperti pada Gambar (1.13), dalam penggunaan metode Simpson dengan banyak pias ini jumlah i nterval adalah genap. Perkiraa n kesalahan yang terjadi t erjadi pada aturan a turan Simpson untuk banyak pias adalah:
a
(b a)5 180 180 n 4
f ' ' ' '
dengan f ' ' ' ' adalah rerata dari turunan keempat untuk setiap interval.
3)
Metode Simpson 3/8 Metode
Simpson
3/8
diturunkan
dengan
menggunakan
persamaan
polinomial order ti ga yang melalui empat titik. ti tik.
b
b
a
a
I f ( x) dx f 3 ( x) dx Dengan cara yang sama pada penurunan aturan Simpson 1/3, akhirnya diperoleh:
I
3Δ x 8
f ( x0 ) 3 f ( x1 ) 3 f ( x2 ) f ( x3 )
(1.20)
dengan: 28
x
ba 3
Persamaan (1.20) disebut dengan metode Simpson 3/8 karena x dikalikan x dikalikan dengan 3/8. Metode Simpson 3/8 dapat juga ditulis dalam bentuk:
I (b a)
f ( x0 ) 3 f ( x1 ) 3 f ( x2 ) f ( x3 ) 8
(1.21)
Metode Simpson 3/8 mempunyai kesalahan pemotongan sebesar:
t Mengingat x
3 80
Δ x
ba 3
3
f ' ' ' ' ( )
(1.22a)
, maka:
(b a) 5 t f ' ' ' ' ( ) 6480
(1.22b)
Metode Simpson 1/3 biasanya lebih disukai karena mencapai ketelitian order tiga dan hanya memerlukan tiga titik, dibandingkan metode Simpson 3/8 yang membutuhkan empat titik. Dalam pemakaian banyak pias, metode Simpson 1/3 hanya berlaku untuk jumlah pias genap. Apabila dikehendaki jumlah pias ganjil, maka dapat digunakan metode trapesium. Tetapi metode ini tidak begitu baik karena adanya kesalahan yang cukup besar. Untuk itu kedua metode dapat digabung, yaitu sejumlah genap pias digunakan metode Simpson 1/3 sedang 3 pias sisanya digunakan metode Simpson 3/8.
29
X.
Jadwal
Bulan No
Kegiatan
Februari
Maret
April
Mei
Juni
(2014)
(2014)
(2014)
(2014)
(2014)
1 1
Pembahasan judul
skripsi skripsi
kepada
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
KKDK 2
Pembuatan proposal
3
Pengajuan proposal kepada dosen
pembimbing 4
Seminar Proposal
5
Pengerjaan Skripsi/Bimbingan Skripsi/Bi mbingan
tugas akhir 6
Penelitian
7
Seminar Seminar Hasil
8
Seminar Skripsi
30
3
4
XI.
DAFTAR PUSTAKA
Ek Bien, Liem; Kasim, Ishak & Aprianti Pratiwi, Erni, Analysis of Power Losses Calculation in Medium Voltage Network of Feeder Serimpi, PAM 1, and PAM 2 at Network Area Gambir PT. PLN (Persero) Distribution Distribu tion Jakarta Raya and Tangerang , JETri, vol. 8, no. 2, pp. 53-72, Februari 2009. Forum Distribusi, Peningkatan Mutu dan Keandalan Sistem Distribusi melalui Penguatan Kendali Operasi serta Kompetensi Pengelola Distribusi , PT PLN (Persero), Jakarta, 12-13 Juli 2006. Gunawan, Erwin, Upaya Menurunkan Susut Non Teknis Dengan Optimalisasi Penertiban Pemakaian Tenaga Listrik (P2TL) di PT PLN (Persero) Area Kotabumi. Kotabumi . Telaahan Staff PT. PLN (Persero) Distribusi Lampung-Area Kotabumi, 2013. Hadi, Abdul, Sistem Distribusi Daya Listrik Listrik , Jakarta : Erlangga, 1994. http://garyshafer.blogspot.com/2008/0 3/29/Rugi/Susut 3/29/Rugi/Susut Teknis Pada Sistem Distribusi Tenaga Listrik/diakses Listrik/diakses tanggal 28 Desember 2013. http://elista.akprind.ac.id/upload/files/9021_Bab_7.doc/diakses
tanggal 30 Desember
2013. http://kwhprodigy.blogspot.com/2012_02_01_archive.html/diakses
tanggal 03 Januari
2013. Purcell, Edwin J.; Rigdon, Steven E.; & Varberg, Dale, 2007, Kalkulus dan Geometri Analitis Jilid 1, Edisi kesembilan, (Penerjemah : I Nyoman Susila, Bana Kartasasmita, Rawuh) , Penerbit Erlangga, Jakarta. Rao, P. S. Nagendra; Deekshit, Ravishankar, Energy Loss Estimation in Distribution Feeders, Feeders, IEEE Trans. Trans. On Power Delivery, vol. 21, no.3, pp. 1092-1100, July 2006. Ramadhianto, Danang, Studi Susut Energi Pada Sistem Distribusi Tenaga Listrik Melalui Analisis Pengukuran Pengukur an dan Perhitungan, Skripsi, Universitas Indonesia, 2008.
31
