Simulasi Load Flow Analysis ETAP 12 1.1 DASAR TEORI Dalam studi analisa aliran daya didapat beberapa kegunaan antara lain : Untuk mengetahui setiap tegangan pada sinyal yang ada dalam sistem Untuk mengetahui semua peralatan, apakah memenuhi batas yang ditentukan untuk menyalurkan daya yang diinginkan Untuk mengetahui kondisi mula pada perencanaan sistem yang baru Pada hubung singkat, stabilitas pembebanan ekonomis Daya listrik akan selalu mengalir ke beban, karenanya dalam hal ini aliran dayanya juga merupakan aliran beban. Pada dasarnya beban dapat digolongkan menjadi dua macam yaitu beban statis dan beban dinamis. Pada setiap simpul atau bus sistem terdapat empat parameter atau besaran yaitu : Daya nyata (aktif) Daya semu (reaktif) Tegangan Sudut fasa Dalam menganalisa aliran daya dihitung : Tegangan tiap bus Aliran daya di tiap saluran Aliran daya pada saluran i-j ditentukan sebagai berikut : Sij =Vi Tij*
V Vs Sij Vi i Zij
dimana Zij adalah impedansi saluran ij. Dalam analisa sistem tenaga (aliran daya) ada 3 klasifikaasi bus yaitu: 1. Load bus (PQ bus) cirinya adalah terhubung dengan beban PQ dari beban diketahui dan tetap yang dihitung adalah (V) dan sudut fasa. 2. Swing/slack bus (P dan V bus). Bus terhubung dengan generator P dan |V| tetap (diketahui, sudut fasa besarnya nol. Daya yang dihitung adalah daya aktif dan reaktif. Berfungsi untuk mencatu rugi-rugi daya dari beban yang tidak dapat dicatu dari generator lain. 3. Generator bus, adalah bus yang terhubung dengan generator P dan |V| diketahui dan tetap yang dihitung adalah daya aktif dan sudut fasa dari generator. Untuk menghitung aliran daya ada banyak metode yang digunakan antara lain : Metode Gauss Seidel
Metode Newton Raphson A. Metode Gauss Seidel Perhitungan analisa aliran daya memiliki keuntungan: Perhitungan dan pemrograman relatif lebih mudah. waktu tiap iterasi singkat. sesuai untuk sistem dengan jaringan sedikit, 5 bus atau kurang. sedang kelemahannya adalah : Pencapaian konvergen lambat Makin banyak bus jumlah iterasi juga akan semakin bertambah. Bila bus referensi diganti bus yang lain untuk sistem radial tidak dapat mencapai konvergen. Penurunan persamaanya dimulai dengan suatu rumusan simpul dari persamaan jaringan. Kita akan menurunkan persaman untuk suatu sistem empat bus dan persamaannya yang umum akan dibahas kemudian. Dengan swing bus ditetapkan sebagai nomor 1, perhitungan dimulai dengan bus 2.Jika P2 dan Q2 adalah daya aktif, daya reaktif yang direncanakan akan memasuki bus 2: V2 I12* = P2+j Q2 Dimana I2 dinyatakan sebagai
I2
P2 jQ2 V2*
dengan admitansi sendiri dan mutual simpul sebagai sukunya, serta generator dan beban diabaikan karena arus yang masuk ke setiap simpul telah dinyatakan :
P2 jQ2 Y12V1 Y12V2 Y13V3 Y24V V2 Dengan menyelesaikan untuk V2 didapatkan
V2
1 P2 jQ2 (Y21V1 Y23V3 Y24V4 ) * Y22 V2
Persamaan di atas memberikan nilai yang telah dikoreksi untuk V2 berdasarkan P2 dan Q2 yang telah direncanakan bila nilai yang semula diperkirakan dimasukkan sebagai ganti pernyataan tegangan pada ruas kanan persamaan tersebut. Nilai yang diitung untuk V2 tidak akan sesuai dengan nilai untuk V2 . Dengan memasukkan nilai konjugate dari V2 yang telah dihitung sebagai ganti V2*, untuk menghitung nilai lain dari V2, penesuaian akan
tercapai dengan tingkat ketepatan yang baik setelah beberapa iterasi, dan akan merupakan nilai V2 yang benar dengan tegangan yang diperkirakan tanpa memandang daya pada busbus lain. Tapi nilai ini bukan merupakan penelesaian untuk V2 bagi keadaan aliran beban yang ditetapkan karena tegangan V2 didasarkan adalah nilai perkiraan pada bus-bus yang lain. Sedang tegangan yang sesungguhnya belum diketahui, dianjurkan untuk membuat dua buah perhitungan V2 berturut-turut (yang kedua sama seperti yang pertama kecuali untuk pembentukan pada V2*). Untuk setiap bus sebelum diteruskan ke bus yang lain. Setelah tegangan yang dibetulkan diperoleh di tiap bus, nilai ini dipakai lagi untuk menghitung tegangan yang dibetulkan pada bus berikutnya. Proses ini diulang untuk tiap bus berturut-turut untuk seluruh jaringan (kecuali untuk swing) untuk menyelesaikan iterasi yang pertama. Kemudian seluruh proses dilakukan lagi berulang-ulang, hingga besarnya pembentukan tegangan pada tiap bus kurang dari suatu indeks ketepatan yang sebelumnya telah ditetapkan. Konsep – konsep dasar Pada dasarnya daya listrik pada suatu elemen adalah tegangan pada elemen tersebut dikalikan dengan arus yang mengalir melalui elemen tersebut. V = Vm cos t I = Im cos (t-) maka daya sesaat adalah : S = V.I = Vm cos t .Im cos (t-) Vm . I m V .I = cos (1 + cos 2t) + m m sin 2 2 .sin2t Atau S = VIcos (1 + cos 2t) + VIsin . sin 2t dimanaV dan I adalah harga efektif dari tegangan dan arus : VI cos (1 + cos 2t) selalu bertanda positif dengan harga rata – rata P = VI cos P adalah daya aktif/nyata (watt) cos adalah power faktor : a. lagging untuk rangkaian induktif b. leading untuk rangkaian kapasitif VI sin . sin 2t
mempunyai harga positif dan negatif dengan harga rata-rata nol Q = VI sin Q adalah daya reaktif (Var) Positif untuk beban induktif Negatif untuk beban kapasitif Besaran Persatuan (pu) pu =
Besaransebenarnya Besaran dasar
Empat besaran dalam sistem tenaga listrik antara lain : 1. Arus ( Ampere ) 2. Tegangan ( Volt ) 3. Daya ( Volt Ampere) 4. Impedansi ( ohm ) Rumus dasar untuk menentukan Ibase dan Zbase : Ibase
=
Zbase
=
=
KVA 1 KVB L - N
KVL-N 2 x 1000 KVAB 1
KVBL-N 2 MVAB 1
Dengan menggunakan data 3 : Ibase
=
Zbase
=
KVA 3 3 KVB L - L
KVBL-N 2 MVAB 3
Mengubah base Zn(pu) =
KVBo KV n B
2
Zo
(pu)
KVABn KVA o B
Perlu diingat bahwa analisa sistem rangkaian 3 adalah menggunakan rangkaian 1 dengan asumsi bahwa rangkaian seimbang. B. Metode Newton raphson Mempunyai keuntungan perhitungan dan pemrogramannya relative mudah, waktu tiap iterasi singkat, sesuai untuk system jaringan yang besar dan tidak tergantung pada banyaknya bus, banyak sedikit bus iterasinya sama.
Menggambar Single Line Diagram
1.2 SINGLE LINE DIAGRAM Single Line Diagram merupakan gambar teknis yang merepresentasikan keadaan eksisting suatu sistem tenaga listrik. Sehingga dalam melakukan analisis aliran daya harus didapatkan single line diagram yang lengkap dan sesuai dengan keadaan yang sesungguhnya. Untuk memudahkan proses, dalam menggambar single line diagram diawali dengan menggambar bagian sumber tenaga, hingga kemudian sampai ke beban. Sebelum menggambar single line diagram yang pertama kali harus dilakukan adalah memilih standar yang digunakan untuk menentukan gambar simbol peralatan. Terdapat dua standar yang digunakan dalam menggambar maupun melakukan analisis dalam ETAP 12, yaitu ANSI dan IEC.Selain itu kita juga harus menentukan nilai frekuensi sistem.
dalam ETAP maka kita dapat melakukan pengisian data peralatan mulai dari sumber menuju ke beban. Dalam melakukan analisis aliran daya menggunakan ETAP 12 minimal data-data yang diperlukan adalah sebagai berikut. 1.3.1 Power Grid
Project > Standards
Single line diagram yang digambar secara rapi dan sistematis dapat memudahkan kita dalam mengisi data peralatan maupun melakukan analisis. Dalam proses menggambar penamaan peralatan terlebih dahulu diabaikan.
1.3MENGISI DATA PERALATAN Setelah single line diagram tergambar dengan baik dan rapi proses selanjutnya adalah mengisi rating semua peralatan yang ada dalam single line diagram. Secara praktis terdapat dua teknik untuk melakukan pengisian data peralatan. a. Jika kita mendesain single line diagram yang baru maka lebih baik kita melakukan pengisian data peralatan mulai dari beban hingga akhirnya menuju ke sumber. Hal ini dilakukan agar kita dapat dengan mudah menentukan rating transformator dan sumber (grid dan generator). b. Jika kita menggambar single line diagram yang telah didesain dan sudah dalam keadaan final ke
Mode Dalam sistem tenaga, mode operasi sumber dibedakan menjadi tiga (untuk ETAP 12), yaitu:
a. Swing Pada mode ini sumber dimodelkan sebagai penyuplai beban sistem yang dinamis.Artinya besar pembangkitan daya aktif maupun daya reaktifnya bergantung dari berapa kekurangan daya pembangkitan sumber yang mode operasinya selain swing.Sehingga dalam prakteknya sumber daya dengan mode swing memiliki respon perubahan daya yang cepat.Syarat utama dalam melakukan analisis aliran daya, dalam sistem harus ada minimal satu sumber tenaga yang memiliki mode swing.Utamanya adalah sumber yang memiliki kapasitas terbesar. b. Voltage Control Sumber daya ini memiliki karakteristik yang telah fix sesuai setting yang diinginkan operator. Pengisian data untuk sumber tenaga dengan mode ini adalah dengan mengeset nilai daya aktif dan range pembangkitan daya reaktifnya. c. MVar Control Secara umum mode ini sama dengan mode voltage control. Di dalam sistem tenaga listrik real mode ini tidak ada. Mode MVar control berfungsi sebagai pengontrol tegangan suatu bus yang ditentukan dengan mengatur besar pembangkitan daya reaktif sesuai dengan ratingnya. Dalam praktek analisis aliran daya, sumber tenaga grid selalu dioperasikan sebagai mode swing karena memiliki kapasitas yang sangat besar dibanding beban total sistem.
transien). Pada ETAP 12 terdapat dua tipe grounding, yaitu Y-solid grounded dan Δ.
Untuk sistem Y-solid grounded parameter hubung singkat untuk tiga fasa dan satu fasa ditentukan karena dalam perhitungan gangguan satu fasa dan tiga fasa dalam sistem ini memiliki besaran yang berbeda. Selain itu kita juga harus memasukkan nilai impedansi (R dan X) pada setiap komponen rangkaian urutan.
Rated KV Tegangan sistem grid (transmisi atau distribusi) yang diambil untuk suplai sistem kelistrikan. MVASc Data MVASc (Mega Volt Ampere Short Circuit) merupakan data besar arus hubung singkat terbesar yang dapat dikontribusikan oleh grid saat terjadi gangguan.Besarnya MVASc merupakan representasi nilai ekivalen Z sistem grid yang diambil pada suatu gardu induk.Sehingga nilai MVASc besarnyaberbeda-beda untuk tiap gardu induk tempat penyulang sistem kelistrikan diambil. Grounding Sistem grounding pada grid secara analisis tidak mempengaruhi perhitungan studi aliran daya. Tetapi dalam single line diagram perlu ditentukan untuk analisis yang lebih lanjut (analisis hubung singkat, aliran daya harmonik, dan studi kestabilan
Untuk sistem grounding Δ kita hanya perlu memasukkan nilai MVASc untuk 3 fasa karena dalam sistem Δ hubung singkat 1 fasa besarnya sama dengan hubung singkat 3 fasa. Selain itu tidak terdapat komponen rangkaian urutan nol, karena dalam sistem Δ yang pastinya tidak memiliki titik grounding tidak akan terdapat arus urutan nol yang mengalir ketika terjadi gangguan ke tanah (untuk sistem grid tiga fasa seimbang). 1.3.2 Generator
%Eff Persentase efisiensi pembangkitan generator. Poles Banyaknya kutub pada desain generator yang digunakan. MW/KW(untuk Design Setting) Besar pembangkitan daya aktif tetap yang akan disuplai ke sistem Catatan: Sesuai dengan contoh single line diagram, generator beroperasi menggunakan mode voltage control, sehingga perlu penentuan besar pembangkitan daya aktif. Max. Q dan Min. Q Besar range maksimum dan minimum pembangkitan daya reaktif yang dapat dilakukan oleh generator. 1.3.3 Bus Untuk memudahkan pengisian data peralatan maupun beban akan lebih efektif dan cepat apabila kita melakukan pengisian data bus terlebih dahulu. Jika kita melakukan desain sistem kelistrikan yang baru maka perlu kita pertimbangkan terlebih dahulu level tegangan berapa saja yang akan kita gunakan dalam sistem.
Mode Untuk sistem dengan dua jenis sumber (Grid dan Generator) umumnya generator diopersikan sebagai mode voltage control atau MVar Control.Sedangkan untuk sistem dengan sumber dari beberapa generator, mode swing dipilih untuk generator dengan kapasitas terbesar. MW/KW(untuk Rating) Kapasitas pembangkitan daya aktif maksimum yang dapat diberikan oleh generator. kV Tegangan terminal generator maksimum. %PF Faktor daya generator saat beroperasi nominal.
Nominal kV
Rating tegangan bus saat sistem bekerja dalam keadaan nominal.
1.3.4 Cable
Pilihan yang kedua adalah dengan menggunakan fitur Library. Library (untuk cable) merupakan data-data spesifikasi kabel yang ada di industri yang telah dirangkum dalam database ETAP 12. Dalam memodelkan kelistrikan yang paling baik dan sesuai dengan kondisi eksisteing adalah apabila setiap saluran terdapat kabel sebagai pemodelan rugi-rugi dalam analisis aliran daya.Sehingga didapatkan hasil yang lebih akurat. Data-data yang diperlukan dalam kabel untuk pemodelan rugi-rugi tentunya adalah besar impedansi, reaktansi, dan panjang.Dalam ETAP 12 dalam memasukkan data ini dapat menggunakan dua pilihan. Yang pertama adalah mengisi besar impedansi (R, X, dan Y)
Pemilihan spesifikasi kabel menggunakan Library pada ETAP 12 adalah sebagai berikut.
Unit System Untuk menentukan standar satuan yang akan digunakan dalam menyatakan besaran listrik. Frequency Standar frekuensi sistem yang digunakan. Conductor Type Jenis bahan konduktor kabel. Installation Menentukan bagaimana kabel dipasang dalam sistem kelistrikan, apakah dipasang dengan cara yang akan menyebabkan efek magnetik kabel atau tidak. Karena jika efek magnetik muncul akibat arus yang mengalir akan menyebabkan bertambahnya nilai reaktansi kabel menjadi 5%15% lebih besar. kV %Class Menetukan besar tegangan kontinyu maksimum yang dapat diaplikasikan pada kabel. Source Insulation #/C Digunakan untuk menentukan jenis insulasi kabel serta konfigurasinya. Catatan: 1/C artinya dalam satu kabel terdapat satu konduktor saja 3/C artinya dalam satu kabel terdapat tiga konduktor Size Menentukan ukuran diameter kabel.
1.3.5 Static Load Static load merupakan beban yang menyerap daya secara statis.Artinya secara praktis beban statis adalah beban yang tidak berupa motor.
Data yang diisi dalam static load adalah sebagai berikut. kV Menentukan besar tegangan beban statis. kVA/MVA Digunakan untuk menentukan rating daya total yang dibutuhkan oleh beban statis. %PF Untuk menentukan faktor daya beban statis.
1.3.6 Lump Load Lump load merupakan gabungan/kombinasi bebanbeban motor dan beban statis. Lump load biasanya digunakan untuk menyederhanakan beberapa beban dalam satu bus yang rating dayanya relatif kecil. Hal ini digunakan agar single line diagram yang kita rancang lebih mudah untuk dianalisis secara grafis.
Berikut adalah data-data yang diperlukan dalam mengisi parameter lump load. MVA/kVA Menentukan rating daya total lump load. kV Menetukan besar tegangan lump load.
kW/HP Untuk menentukan daya aktif yang diperlukan motor induksi saat beroperasi maksimum sesuai dengan kapasitasnya.
%PF Menentukan besar faktor daya lump load.
kV Menentukan induksi.
Motor/Static Load Digunakan untuk menentukan perbandingan antara beban statis dan beban motor yang digabung menjadi lump load.
%PF(100% ; 75% ; 50%) Digunakan untuk menentukan faktor daya motor induksi jika dioperasikan dalam keadaan 100%, 75%, dan 50% dari keadaan full load.
1.3.7 Induction Motor Motor induksi merupakan salah satu jenis beban motor yang paling banyak aplikasinya di industri, sehingga karakteristik pembebanannya juga berbeda-beda tergantung dengan fungsinya. Tetapi untuk analisa aliran daya hanya digunakan parameter berikut.
rating
tegangan
terminal
motor
%Eff Digunakan untuk menentukan efisiensi motor induksi jika dioperasikan dalam keadaan 100%, 75%, dan 50% dari keadaan full load. SF Service Factor berisi angka 0 hingga 1. Angka SF menunjukkan frekuensi (seberapa sering) motor induksi dioperasikan. Poles Banyaknya kutub pada desain motor induksi yang digunakan.
1.3.8 Synchronous Motor Motor sinkron merupakan salah satu jenis motor yang memiliki karakteristik khusus, sehingga penggunaannya dalam industri juga untuk aplikasi
dan karakteristik pembebanan yang tertentu pula. Dalam teori, motor sinkron memiliki karakteristik kecepatan yang konstan untuk torsi beban yang berbeda-beda. Selain itu motor sinkron juga memiliki faktor daya yang dapat diatur, sehingga operasinya tidak selalu dalam keadaan lagging. Namun dalam analisa aliran daya menggunakan ETAP 12 pemodelan motor sinkron memiliki karakteristik pembebanan sistem yang sama dengan motor induksi.
Poles Banyaknya kutub pada desain motor sinkron yang digunakan.
1.3.9 Composite Motor
Composite motor merupakan salah satu fitur dalam menggambar single line diagram pada ETAP 12 yang digunakan untuk menyederhanakan kumpulan motor menjadi satu simbol grafis saja. Selain
1.3.10 Composite Network
kW/HP Untuk menentukan daya aktif yang diperlukan motor sinkron saat beroperasi maksimum sesuai dengan kapasitasnya. kV Menentukan sinkron.
rating
tegangan
terminal
motor
%PF(100% ; 75% ; 50%) Digunakan untuk menentukan faktor daya motor sinkron jika dioperasikan dalam keadaan 100%, 75%, dan 50% dari keadaan full load. %Eff Digunakan untuk menentukan efisiensi motor sinkron jika dioperasikan dalam keadaan 100%, 75%, dan 50% dari keadaan full load. SF Service Factor berisi angka 0 hingga 1. Angka SF menunjukkan frekuensi (seberapa sering) motor sinkron dioperasikan.
Composite network merupakan fitur dalam ETAP 12 yang digunakan untuk menyederhanakan rangkaian dalam sistem kelistrikan.Seperti pada sistem distribusi yang memiliki karakteristik sambungan yang cukup rumit, untuk melakukan analisis dalam sinle line diagram yang besar kita dapat menggunakan composte network. Dalam composite network kita dapat menentukan berapa jumlah titik sambungan yang akan masuk ke dalam sistem kecil pada composite network dengan merubah jumlah pin.
1.3.11 2-Winding Transformer Transformator merupakan salah satu komponen penting dalam analisis aliran daya pada ETAP 12, karena menentukan tahapan konversi tegangan dari satu bus ke bus yang lain. Komponen-komponen yang harus diisi dalam transformator adalah sebagai berikut.
Digunakan untuk menentukan besar kapasitas daya transformator. %Z X/R Transformator mrupakan peralatan dalam sistem tenaga yang terdiri dari belitan dan inti besi, sehingga secara praktis memiliki impedansi tertentu yang akan menyebabkan adanya rugi-rugi. Sehingga dalam analisis aliran daya perlu dimasukkan parameter impedansinya yang didapatkan dari beberapa mekanisme testing transformator.Dalam ETAP 12 terdapat estimasi besar Z dan rasio Xdan R yang dapat kita gunakan jika data yang kita dapatkan sangat minim.
1.4LOAD FLOW ANALYSIS Setelah semua peralatn dalam single line diagram terisi secara lenkap dan benar kita dapat melakukan running program load flow analysis. Dalam program ETAP 12 terdapat beberapa parameter yang perlu ditentukan untuk melakukan analisis aliran daya.
kV (Prim. & Sec.) Digunakan untuk menentukan besar rasio transformator dengan mngisi parameter besar tegangan primer dan tegangan sekundernya. MVA/kVA
Dalam menu edit study case kita perlu untuk menentukan perintah iterasi studi aliran daya serta skenario aliran daya yang kita inginkan.
Dalam load diversity factor kita dapat menentukan operasi beban dalam suatu bus. Jika bus minimum dipilih maka semua beban dalam bus akan dikalikan dengan diversity factor minimum. Apabila bus maksimum dipilih maka semua beban dalam bus akan dikalikan dengan diversity factor maksimum. Perbandinganantara jumlah beban maksimum dari masing masing unit bebanyang ada pada suatu sistem terhadap beban maksimum sistemsecara keseluruhan.Sedangkan untuk pilihan global digunakan untuk menentukan operasi beban menurut modelnya (model konstan KVA dan konstan Z).
Initial Condition Pilihan ini digunakan untuk melakukan inisiasi awal sebelum running program. Program load flow akan semakin cepat konvergen apabila nilai inisiasi yang diberikan semakin mendekati nilai sesungguhnya. Report Digunakan untuk pemilihan outup report ETAP Power Sattion, apakah parameter bus ditampilkan dalam persen atau kV.
Method Digunakan untuk memilih metode studi aliran daya yang ingin digunakan serta untuk menentukan jumlah iterasi dan tingkat presisi program iterasi. Loading Category Digunakan untuk memilih skenario (umumnya didefinisikan dalam perbedaan waktu operasi plant) dalam melakukan analisis aliran daya.Skenario ini dapat diubah parameternya pada semua jenis beban. Charger Loading Apabila dalam single line diagram terdapat peralatan charger, maka mode pembebanannya dapat ditenukan. Untuk Loading Category jika pembebanan charger sesuai dengan mode Loading Category yang dipilih untuk load flow, sedangkan Operating Load jika charger digunakan sesuai dengan beban yang disuplai (parameter besar operasi charger dapat diketahui dari DC load flow). Load Diversity Factor
Update Pilihan yang digunakan untuk melakukan update beberapa parameter peralatan setelah kita melakukan running load flow. Contohnya apabila kita mencentang Transformers LTC maka setelah kita melakukan running load flow secara otomatis ETAP 12akan menghitung berapa penambahan tap trafo yang diperlukan untuk perbaikan aliran daya.
Analisis Hasil Simulasi
1.4.1 Hasil Simulasi Dari hasil simulasi beberapa parameter dalam analisis aliran daya dapat diketahui dengan memilih parameter/besaran listrik menggunakan fitur display.
Jika kita menggunakan menu display seperti di atas maka hasil tampilannya sebagai berikut. Pada branch tersebut mengalir daya 842 kW dan 859 kVAR
Jika kita ingin melihat nilai faktor daya pada branch maka kita dapat memilih display pada “power rows”
1.4.2 Penentuan Standar Operasi Abnormal Dalam melakukan proses peringatan keadaan abnormal suatu peralatan/sistem tentunya program ETAP 12 membutuhkan inisiasi parameter batas atau standar bagaimana suatu peralatan/sistem dinyatakan dalam keadaan abnormal. Kita dapat memberikan parameter tersebut pada tag plot yang terdapat pada menu edit study case.
Terdapat 2 kondisi peringatan, yaitu critical dan marginal.Critical merupakan standar atau batas suatu peralatan/sistem dapat dinyatakan dalam keadaan kritis yang jika terlampaui maka dapat menyebabkan kerusakan atau kegagalan operasi. Marginal merupakan standar atau batas suatu peralatan/sistem hampir memasuki range batas kritis sehingga perlu dipertimbangkan adanya mekanisme perbaikan.Dalam ETAP 12 standar default-nya memakai standar ANSI untuk tegangan (+5%).
Dari simulasi contoh yang dapat diambil adalah standar pada tegangan.Terdapat bus yang berwarna merah karena dalam range di bawah standar critical(94.52%<95%). Selain itu juga terdapat bus yang berwarna merah muda karena dalam range standar marginal (98%<95.79%<95%).
1.4.3 Perbaikan Tegangan dan Faktor Daya Dalam sistem distribusi tenaga listrik, fenomena yang selalu menjadi perhatian adalah adanya undervoltage. Undervoltage umumnya terjadi akibat jaringan yang terlalu panjang sedangkan saluran distribusi memiliki level tegangan menengah dan tegangan rendah, sehingga timbulnya rugi-rugi juga semakin besar. Dalam sistem tenaga listrik pengaturan tegangan dapat dilakukan dari dua sisi, yaitu sisi pembangkit dan sisi beban. Dalam praktek analisis menggunakan ETAP 12akan diberikan contoh tentang perbaikan tegangan di sisi beban. Terdapat dua cara yang dapat dilakukan untuk memperbaiki tegangan suatu bus, yaitu dengan metode tap changer transformer serta pemasangan capasitor bank. Tap Changer Transformer Transformator merupakan peralatan dalam sistem tenaga listrik yang berfungsi untuk mengkonversikan besaran tegangan dari nilai tertentu ke nilai yang lebih tinggi ataupun yang lebih rendah.Prinsip kerjanya adalah dengan memanfaatkan prinsip induksi magnetik akibat perubahan fluks yang berbanding dengan kontanta jumlah lilitan.Rumus konversi umum pada tranformator adalah sebagai berikut.
tegangan pada sekundernya
.
Dapat dilihat pada perhitungan jika kita menaikkan jumlah belitan sekunder transformator maka akan menaikkan tegangan sekundernya. Begitu pula akan terjadi sebaliknya jika kita menurunkan jumlah belitan sekunder transformator maka akan menurunkan tegangan sekundernya. Dalam praktisnya untuk menaikkan tegangan kita juga dapat menggunakan tap pada sisi primer. Sehingga dengan memperhatikan rumus konversi transformator untuk menaikkan tegangan di sisi sekunder maka kita dapat mengurangi jumlah lilitan pada sisi primernya (tap dalam posisi minus). Dalam simulasi menggunakan ETAP 12 untuk menaikkan tegangan pada bus SS-04A dari nilai tegangan 94.38% menjadi mendekati 100% maka dibutuhkan perubahan tap 5% pada transformator TR-SS-03A. Karena transformator tersebut memiliki fungsi step down, maka perubahan tap dilakukan di sisi primer. Yaitu dengan mengurangi tap primer transformator sebesar 5%.
Tap changer merupakan metode pengaturan tegangan dengan merubah jumlah lilitan sesuai dengan nilai yang diinginkan.
Apabila lilitan pada
jumlah
transformator kita ubah maka secara praktis rasio perbandingan transformator ( ) akan berubah nilainya. Contohnya dapat dilihat pada gambar belitan transformator step up di atas. Untuk kondisi normal rasio transformatornya adalah . Sehingga untuk mendapatkan besar tegangan primernya maka
.
Apabila tap transformator kita naikkan ke posisi +3 maka
,
sehingga
nilai
Sehingga dari hasil simulasi didapatkan hasil tegangan pada bus sebesar 99.52%.
Capacitor Bank Dalam pengoperasian sistem tenaga listrik terdapat parameter besaran yang harus diperhatikan yaitu faktor daya atau cos φ. Faktor daya merupakan perbandingan antara besar daya aktif dan daya total yang menunjukkan besar konsumsi daya reaktif suatu sistem.Umumnya sistem tenaga listrik beroperasi dalam kondisi lagging, karena beban
sistem biasnya berupa motor. Dampak yang yang bisa dianalisis dari kondisi sistem yang semakin lagging (cos φ lagging) adalah kebutuhan daya reaktif yang semakin besar, sedangkan jika melihat dari sisi generator proses pembangkitan daya reaktif sangat terbatas. Selain itu juga terjadi fenomena undervoltage, karena semakin sistem dalam keadaan lagging maka besar arus reaktif yang mengalir akan semakin besar. Keadaan ini menyebabkan losses jaringan semakin besar sehingga drop tegangan juga akan semakin besar. Untuk menaikkan nilai cos φ sistem dapat digunakan metode kompensasi.Salah satu peralatan yang biasa digunakan adalah capacitor bank. Capacitor memiliki karakteristik leading (cos φ = 90⁰) sehingga dapat digunakan dalam melakukan kompensasi suatu beban yang beroperasi lagging. Pada simulasi menggunakan ETAP 12 terdapat beban motor MTR_SS-06 yang beroperasi pada cos φ 0.7. Diperlukan capacitor bank untuk melakukan kompensasi pada bus SS-04B, sehingga bus tersebut digunakan sebagai acuan perhitungan. Catatan: model injeksi arus kompensasi capacitor bank adalah menuju bus yang berada di atasnya. Dari hasil simulasi besar daya aktif yang mengalir pada branch yang menuju MTR_SS-06 sebesar 842 kW.Sedangkan cos φ bus sebesar 70%.
Sehingga :
[ [
] (
)]
[ (
)] [ ] [ ]
Didapatkan dari perhitungan besar kompensasi daya reaktif yang dibutuhkan adalah sebesar 581 kVAR. Sehingga parameter rating capacitor bank adalah sebagai berikut
Dengan menggunakan rumus dasar daya dan trigonometri dasar maka dapat dihitung besar daya reaktif kompensasi oleh CAP-SS-06 sebagai berikut (dengan besar power faktor bus yang diinginkan menjadi 95%). .
kV/Max.kV Untuk menentukan besar tegangan nominal dan maksimum untuk kerja capacitor bank. Kvar/Bank Untuk menentukan berapa besar kompensasi daya reaktif untuk setiap bank. # of Banks Untuk menentukan jumlah capacitor bank yang akan diinstal pada single line diagram/sistem. Dengan memasukkan parameter tersebut akan didapatkan hasil simulasi pada bus SS-04B sebagai berikut.
Bus SS-04B memiliki faktor daya 93.1%. Sedangkan tegangan pada bus SS-04B dan SS-06 naik menjadi 95.44%.
