Jurnal Teknik Elektro Vol. 1 No.2 Juli – Desember 2009
79
ANALISIS KERUGIAN DAYA PADA SALURAN TRANSMISI EHV (EXTRA
HIGH VOLTAGE )
DI PT. PLN
PERSERO PENYALURAN DAN PUSAT PENGATURAN BEBAN JAWA BALI REGIONAL JAWA TENGAH DAN DIY UNIT PELAYANAN TRANSM ISI UNGARAN
Fathoni Azis, I Nengah Sumerti, Ngadirin
ABSTRAK Listrik adalah sumber energi yang sangat dibutuhkan oleh masyarakat sehingga dalam penyaluran energi tersebut harus benar-benar handal, tetapi dalam kenyataannya kerugian daya dalam sistem transmisi tidak dapat dihilangkan tetapi kerugian daya harus diupayakan dalam batas normal yaitu 5 – 15%. Kerugian daya yang terjadi pada saluran transmisi tegangan ekstra tinggi banyak diakibatkan oleh beberapa faktor misalnya kerugian daya yang diakibatkan oleh korona, resistan penghantar, kekotoran isolator dll. sehingga daya yang kirim dan daya diterima mengalami perbedaan nilainya, karena sebagian daya ada yang hilang diakibatkan oleh faktor-faktor tadi diatas. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui berapa besar kerugian daya, jatuh tegangan, kerugian daya akibat korona dan nilai efisiesi yang terjadi pada saluran Ungaran – Pedan. Kata Kunci : Power loss, Bundled conductor, Resistance, Induktance Induktance 2. PENDAHULUAN
Saluran
transmisi
(medium
line )
jarak
adalah
menengah
saluran
yang
panjangnya antara 80-240 km. Pusat-pusat listrik biasa juga disebut dengan
sentral-sentral
listrik
( electric (electric
3.
power
adalah saluran yang panjangnya lebih
station ), ), biasanya letaknya jauh dari tempattempat
Perumusan Masalah
terutama yang menggunakan tenaga air, karena
Berdasarkan
tenaga
disalurkan
tenaga
listrik
listrik
yang
melalui
itu
dari 240 km.
digunakan
itu
dimana
Saluran transmisi jarak jauh (long ( long line )
dibangkitkan
kawat-kawat
harus saluran
transmisi. Saluran-saluran transmisi membawa
tinggi
150
kV
atau
melalui
saluran
maka
berikut : 1.
Berapa besar kerugian daya pada saluran transmisi tenaga listrik.
2.
ekstra
tegangan tinggi 500 kV. Trafo penurunan akan
diatas
permasalahan yang akan diamati adalah sebagai
tenaga listrik dari pusat-pusat pembangkitan ke pusat-pusat beban melalui saluran tegangan
uraian
Berapa
besar
kerugian
korona
pada
saluran transmisi tenaga listrik. 3.
Berapa besar selisih tegangan yang terjadi
merendahkan tegangan ini menjadi tegangan
antara
subtransmisi 70 kV yang kemudian digardu
pengiriman dengan tegangan pada ujung
induk
penerimaan.
diturunkan
lagi
menjadi
tegangan
tegangan
pada
pangkal
distribusi primer 20 kV. Pada gardu induk distribusi yang tersebar di pusat-pusat beban
Pembatasan Masalah
tegangan diubah oleh trafo distribusi menjadi tegangan rendah 220/380 V. Saluran transmisi dilihat dari jarak atau panjangnya dapat dibedakan menjadi tiga yaitu : 1.
Saluran transmisi jarak pendek (short ( short line ) adalah saluran yang panjangnya kurang dari 80 km.
Penelitian ini hanya dilakukan pada satu saluran udara tenaga listrik tegangan tinggi saja yaitu saluran Ungaran – Pedan, dan tempat observasinya di PT PLN (Persero) Penyaluran dan Pusat Pengaturan Beban Jawa Bali Regional Jawa Tengah
dan
DIY
Unit
Pelayanan
Transmisi
menghitung
resistan,
Ungaran. Analisis reaktan
hanya
transmisi
transmisi,
impedan,
faktor
Jurnal Teknik Elektro Vol. 1 No.2 Juli – Desember 2009
80
daya, besar tegangan pada pangkal pengiriman, besar tegangan pada ujung penerimaan, rugi
(dc) dari saluran jika terdapat distribusi arus yang merata (uniform ) diseluruh penghantar.
daya, daya pengiriman serta efisiensi transmisi. Induktan Saluran Tujuan
Induktan kawat tiga fasa pada umumnya Tujuan dari penelitian ini adalah.
1. 2.
Mengetahui
rugi
daya
pada
berlainan untuk masing-masing kawat. Namun saluran
karena perbedaanya kecil nilai induktannya dari
transmisi tenaga listrik.
penghantar yang ditransposisikan yang diambil,
Mengetahui jatuh tegangan pada saluran
bila ketidakseimbangannya tidak besar.
transmisi tenaga listrik. 3.
Untuk susunan kawat sistem saluran
Mengetahui berapa besar faktor dayanya.
ganda reaktan induktif urutan positif ( positive sequence inductive reactance ) dari saluran yang
Manfaat
ditransposisikan dinyatakan oleh W. A. Lewis
Suatu
penelitian
diharapkan
dapat
sebagai :
memberikan sumbangan yang berarti. Manfaat dari hasil studi ini adalah : 1.
Studi
ini
dapat
mengetahui
besar
X L
=
0,004657 f log 10
kerugian dayanya apakah masih dalam batas normal atau sudah terlalu besar sehingga untuk 2.
3.
4.
perlu
tindakan
mengurangi
lebih
lanjut
kerugian
daya
GMR
(Ω / mile )
Kapasitan Saluran Kapasitan
adalah
kemampuan
dua
konduktor yang dipisahkan oleh isolator untuk
tersebut.
menyimpan muatan listrik pada tegangan yang
Studi ini dapat membantu mengetahui
diberikan diantara keduanya. Bila pada dua
berapa besar beban yang bisa diberikan
konduktor yang terpisah oleh jarak tertentu
pada saluran tersebut.
dialirkan arus listrik maka akan terbentuk fluks
Studi
dapat
membantu
perlunya
elektrostatik
dan
dua
konduktor
tersebut
pemasangan reaktor shunt bila jatuh
berfungsi sebagai kapasitor. Nilai kapasitannya
tegangannya terlalu besar.
semata-mata tergantung dari jari-jari konduktor
Studi
ini
dapat
pemasangan dayanya
membantu
kapasitor
mengalami
perlunya
bila
penurunan
faktor yang
besar.
dan jarak antara kedua konduktor tersebut serta tidak dipengaruhi oleh besarnya medan magnet. Rumus untuk menentukan kapasitan saluran adalah : C =
Resistan Resistan penghantar saluran transmisi adalah penyebab yang terpenting dari rugi daya pada
GMD
transmisi.
Jika
tidak
Jatuh Tegangan
ada
Jatuh tegangan pada saluran transmisi
keterangan lain maka yang dimaksud dengan
adalah selisih antara tegangan pada pangkal
istilah resistan adalah resistan efektif. Resistan
pengiriman (sending end ) dan tegangan pada
efektif dari suatu penghantar adalah :
ujung penerimaan (receiving end ) tenaga listrik.
R =
saluran
0,02413 GMD log10 r
Rugi daya pada penghantar
| I |
2
Ω
Pada saluran bolak balik besarnya tergantung pada impedan dan admitansi saluran serta pada beban dan faktor daya. Jatuh tegangan relative dinamakan regulasi tegangan (voltage regulation ),
dimana daya yang dinyatakan dalam watt dan I adalah arus rms pada penghantar dalam ampere. Resistan efektif sama dengan resistan arus searah
dan dinyatakan oleh rumus :
V s
− V r
V r
x100%
Jurnal Teknik Elektro Vol. 1 No.2 Juli – Desember 2009
81
permukaannya Hilang Daya Dan Daya Guna Transmisi
yang
lembab
menguap
dan
menimbulkan busur api setempat yang kemudian
Hilang daya atau rugi daya utama pada
bertambah
besar
sehingga
menimbulkan
saluran transmisi adalah hilang daya resistan
lompatan api. Untuk isolator gantung 250 mm
pada penghantar. Disamping itu ada hilang daya
yang dikotori berlaku rumus tegangan lompatan
korona dan hilang daya karena kebocoran isolator
api sbb :
terutama pada saluran tegangan tinggi. Pada saluran bawah tanah ada hilang daya elektrik dan
28 N
V =
hilang daya pada saluran kabel ( sheath ). Hilang Daya Resistan
(
Hilang daya resistan untuk saluran tiga
W
0,1 Transmisi Daya Guna
fasa tiga kawat untuk saluran transmisi yang pendek dinyatakan oleh persamaan : saluran
+
2) +
5 8
K }
Daya guna (efficiency ) saluran transmisi adalah perbandingan antara daya yang diterima
P 1 = 3I 2 Rl Pada
)1 / 5 {1,5(k 1 / 3
dan daya yang disalurkan.
panjang
dimana
arus
pemuat
η =
diperhitungkan P 1 = 3Rl (I 2 - I.I cs in ϕ r +)
1 3
Pr Ps
x100% =
Pr Pr + P H
x100%
I c2 Konduktor Berkas (Bundled Conductors )
Hilang Korona
Pada
Bila garis tengah (diameter ) kawat kecil
tegangan
tegangan
diatas
230
ekstra kV,
tinggi
korona
yaitu dengan
dibandingkan dengan tegangan transmisi, maka
akibatnya yaitu berupa rugi daya dan terutama
terjadilah gejala tegangan tinggi yang disebut
timbulnya
korona. Biasanya gejala korona baru terjadi bila
komunikasi akan menjadi sangat berlebihan jika
tegangan
rangkaiannya
mencapai
77
KV
atau
lebih.
Ada
interferensi hanya
saluran
mempunyai
hanya
komunikasi
empiris mengenai hilang korona tetapi teorinya
penghantar per fasa. Dengan menggunakan dua
belum diketahui dengan pasti. Menurut Peek
penghantar atau lebih perfasa yang disusun
hilang korona dinyatakan oleh :
berdekatan dibandingkan dengan jarak pemisah fasa-fasanya,
mempunyai
sebuah
beberapa perhitungan-perhitungan teoritis dan
antara
dan
dengan
maka
gradien
sebuah
tegangan
tinggi pada penghantar dalam daerah EHV dapat banyak
dikurangi.
sedang menurut Sato :
berkas (bundled conductors ). Berkas ini dapat
=
δ
penghantar
terdiri dari dua, tiga atau empat penghantar.
( f + 25) r 2 ( E g
− mδ E ' g 0 )10 − 2
Berkas tiga penghantar biasanya menempatkan penghantar-panghantarnya
Hilang Kebocoran Pada Isolator hilang
daya
kebocoran
pada
sudut-sudut
suatu segi tiga sama sisi dan berkas empat
Isolator mempunyai hilang daya dielektrik dan
dari
ini
dikatakan
P
tersusun
semacam
(kW/km-1 kawat)
A
sebagai
Saluran
(leakage )
pada
permukaannya. Resistan isolator dari permukaan
penghantar
menempatkan
penghantar-
panghantarnya pada sudut-sudut suatu bujur sangkar.
isolator yang bersih besar sekali. Nilainya menjadi
Arus tidak akan terbagi rata dengan tepat
sangat berkurang menjadi beberapa ohm saja,
antara panghantar-penghantar dalam berkas jika
bila
tidak
permukaannya
kotor
( polluted )
terpasang
didaerah-
penghantar dalam berkas tetapi perbedaannya
daerah industri atau tepi laut. Bila tegangan
tidak begitu penting dalam praktek, metode GMD
karena tinggi
isolator
menjadi
tersebut
diterapkan
pada
isolator
ini,
lapisan
dilakukan
transposisi
penghantar-
Jurnal Teknik Elektro Vol. 1 No.2 Juli – Desember 2009
82
sudah
cukup
teliti
untuk
perhitunganGMR = 3
perhitungan. Keuntungan lain yang sama pentingnya yang
diperoleh
penurunan
dari
reaktan.
pemberkasan Peningkatan
dan
mengurangi
jumlah
efek
=
3
r 1 '3 R 2
= R 3
reaktan.
3
r 1 ' R
c. Bila jumlah sub-konduktor 4, jadi n = 4 :
ialah
penghantar dalam suatu berkas mengurangi efek korona
r 1 ' xS 2
GMR =
3 1,094 r 1 ' xS
= R 4
4
r 1 ' R
d. Bila jumlah sub-konduktor n maka diperoleh bentuk umum :
Pengurangan reaktan disebabkan oleh kenaikan GMR = R n
GMR berkas yang bersangkutan. Perhitungan
n
GMR sudah tentu tepat sama dengan perhitungan
r 1 ' R
untuk penghantar berupa lilitan. Masing-masing penghantar
pada
berkas
dua
penghantar
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
misalnya dapat diperlakukan sebagai sebuah serat atau lilitan suatu penghantar dua lilitan.
Data Penghantar Yang Digunakan Data yang diambil adalah data untuk
Induktan Sendiri Dari Konduktor Berkas fasa
saluran transmisi 500 KV yaitu pada saluran
adalah n , dan dimisalkan bahwa tiap konduktor
transmisi Ungaran – Pedan. Penghantar yang
dilalui arus yang sama iA/n karena konduktor-
digunakan pada saluran Ungaran – Pedan adalah
konduktor
penghantar jenis DOVE.
Misalkan
jumlah
itu
konduktor
dianggap
per
ditransposisikan
Diameter dari penghantar jenis DOVE
sempurna.
L1 (eq)
L1( eq )
=
1
K {ln
=
adalah 2,04 cm, sedangkan luas penampangnya
r 1 ' d 12 ...d 1n
reaktan
induktip
adalah A = 327,94 mm2 dan resitivitasnya 2,83 X
+ ln D A }
dari
10-6 mikro-ohm-cm, sehingga diperoleh resistan
konduktor
per fasanya adalah.
berkas yang terdiri dari n sub-konduktor
R
6.2 Rektansi Induktip Saluran Tiga Fasa Dengan
=
ρ
Konduktor Berkas Yang Ditransposisikan
l A
= 2,83 x 10-6
Bila kawat berkas terdiri dari n subkonduktor dengan d AB , d BC dan d ac merupakan
Untuk konduktor pilin lebih dari dua lapis
fasa A, B dan C , maka. =
0,14467 log
dengan GMD =
GMR =
3
resistan kawat dikalikan 1,02. sebagai faktor
GMD
Ohm/km
GMR
koreksi untuk memperhitungkan pengaruh dari pilin tersebut. = 0,0862 x 1,02
D AB D BC D AC meter
n
= 0,0880 ohm/km
r 1 ' d 12 d 13 ...d 1n meter
Perhitungan Rugi Daya Pada saluran transmisi 500 KV Ungaran –
GMR Dari Konduktor Berkas GMR
dari
327,94 x10−2
= 0,0862 ohm/km
jarak-jarak dari titik pusat kawat-kawat berkas
X 1
105
konduktor
dimana
sub-
Pedan adalah merupakan saluran tiga fasa sistem
konduktor mempunyai jarak-jarak yang sama dan
tiga
terletak pada suatu lingkaran dengan radius R ,
transmisi 500 KV Ungaran – Pedan adalah, D =
dapat diturunkan sebagai berikut.
11 m. Pada setiap fasanya menggunakan empat
a. Bila jumlah sub-konduktor 2, jadi n = 2 :
penghantar hal ini dilakukan untuk mengurangi
GMR =
r 1 ' S =
r 1 '2 R
= R
2
r 1 ' R
b. Bila jumlah sub-konduktor 3, jadi n = 3 :
kawat,
jarak
antar
fasa
pada
saluran
rugi daya yang diakibatkan oleh korona dan terutama timbulnya interferensi dengan saluran komunikasi akan menjadi sangat berlebihan jika rangkaiannya
hanya
mempunyai
sebuah
Jurnal Teknik Elektro Vol. 1 No.2 Juli – Desember 2009
komunikasi
dan
hanya
83
mempunyai
sebuah
jam 19.30. Hal ini banyak dipengaruhi oleh
penghantar per fasa. Dengan menggunakan dua
tegangan
penghantar atau lebih perfasa yang disusun
penghantarnya. Hasil analisis lebih lanjut tentang
berdekatan dibandingkan dengan jarak pemisah
perbandingan tegangan pengiriman dan tegangan
antara
penerimanan akan dideskripsikan dalam bentuk
fasa-fasanya,
maka
gradien
tegangan
fasanya,
tinggi pada penghantar dalam daerah EHV dapat
grafik
banyak
dipahami.
dikurangi.
biasanya
Berkas
empat
menempatkan
penghantar
dibawah
ini
arus
dan
sehingga
resistan
lebih
mudah
penghantar-
panghantarnya pada sudut-sudut suatu bujur sangkar. Keuntungan lain yang sama pentingnya yang
diperoleh
dari
pemberkasan
ialah
penurunan reaktan dan mengurangi efek korona. Sedangkan
jarak
antara
sub
konduktor
penghantar berkas pada saluran transmisi 500 KV Ungaran – Pedan adalah, d = 60 cm.
Tabel 1. Hasil perhitungan rugi daya
Gambar 1. Grafik perbandingan tegangan pengiriman dan tegangan Pada grafik diatas
jatuh tegangan yang
terkecil terjadi pada jam 19.30, sedangkan jatuh tegangan yang terbesar terjadi pada jam 12.30, sedangkan untuk perbandingan daya pengiriman dan
daya
penerimaan
akan
dijelaskan
pada
Gambar dibawah ini.
Pada jam 12.30 jatuh tegangan yang terjadi adalah sebesar 3,76%. Jatuh tegangannya pada jam ini lebih besar dibandingkan pada pagi hari yaitu pada jam 07.30 yang cuma sebesar 3,35% sehingga rugi daya yang terjadi pada jam ini juga lebih besar dibandingkan pada pagi hari yaitu
pada
jam
07.30,
sedangkan
efisiensi
Gambar 2. Grafik perbandingan daya pengiriman
transmisi pada siang hari adalah sebesar 98,84%, nilai
efisiensinya
lebih
rendah
dan daya penerimaan
dibandingkan
dengan pagi hari karena pada jam 12.30 jatuh tegangannya lebih besar. Perbandingan tegangan pengiriman dan
Pada gambar grafik diatas rugi daya yang terkecil terjadi pada jam 19.30 sedangkan rugi daya yang terbesar terjadi pada jam 12.30,
tegangan penerimaan pada jam 19.30 adalah
sehingga
2,37%, sehingga jatuh tegangan yang terjadi lebih
dicapai adalah pada malam hari yaitu pada jam
kecil dibandingkan pada jam 07.30 dan pada jam
19.30.
12.30, karena jatuh tegangannya kecil maka nilai
pemakaian beban pada malam hari lebih sedikit
efisiensi transmisi besar yaitu mencapai 98,89%
dibandingkan pada siang hari dan pagi hari.
dan rugi daya yang paling kecil juga terjadi pada
nilai Hal
efisiensi ini
terbesar
banyak
yang
dipengaruhi
dapat oleh
Jurnal Teknik Elektro Vol. 1 No.2 Juli – Desember 2009
84
Perhitungan Rugi Korona Bila suatu
tegangan
kawat
dicapai
arus
dinaikan
suatu
harga
bolak-balik
terus-menerus, yang
dikenal
pada maka
sebagai
tegangan krisis visual, pada tegangan mana kelihatan cahaya violet yang disebut korona. Pada saluran transmisi EHV, masalah korona sudah harus
diperhitungkan,
sebab
pada
tegangan
diatas 100 kV gejala korona sudah mulai serius. Ada beberapa perhitungan-perhitungan teoritis dan empiris mengenai hilang korona diantaranya
Gambar 3. Grafik kerugian daya yang diakibatkan
adalah menurut Peek, Sato, persamaan Peterson,
oleh korona.
persamaan Holm dan persamaan diagramatik dari Caroll. Analisis perhitungan korona yang terjadi
PENUTUP
pada saluran transmisi Ungaran – pedan akan dihitung
dengan
cara
sato
seperti
pada
A. Simpulan
persamaan (2.14) sebagai berikut.
P
=
A
δ
( f + 25) r 2 ( E g
Berdasarkan hasil analisis beban selama penelitian
− mδ E ' g 0 )10 − 2
1.
baik dan 0,8 untuk hujan. Suhu keadaan standar adalah
dapat
diambil
kesimpulan
sebagai berikut :
Faktor udara m 1 adalah 1,0 untuk udara 20oC
maka
Pembebanan
saluran
udara
tegangan
ekstra tinggi 500 kV Ungaran – Pedan
dan tekanan udaranya adalah 760
masih
sangat
kecil
dibandingkan
permukaan kawat halus adalah 1,0 dan untuk
saluran sebesar 2078 A, sehingga masih
kawat lilit adalah 0,83 – 0,87.
dalam batas yang aman.
Tabel 2. Rugi daya akibat korona
nominal
Nilai efisiensi saluran udara tegangan ekstra tinggi 500 kV Ungaran – Pedan masih sangat baik sekali karena rata-rata
UNGARAN – PEDAN Jam
arus
jika
mmHg. Faktor permukaan kawat untuk kondisi
2.
dengan
sekali
mendekati 100%.
Rugi korona
Rugi korona dalam
(Watt)
(%)
07.30
953.637,7143
27,19
udara tegangan ekstra tinggi Ungaran –
12.30
948.324,1674
21,59
Pedan rata-rata masih sangat kecil sekali,
19.30
873.852,3438
56,06
karena masih dibawah standarnya yaitu
3. Jatuh tegangan yang terjadi pada saluran
antara 5% sampai 15%. Dari data diatas diketahui bahwa rugi
4.
Kerugian
daya
penghantarnya
terjadi pada jam 07.30, hal ini dipengaruhi oleh
tegangan ekstra tinggi 500 kV Ungaran –
tegangan fasanya, suhu dan tekanan udara.
Pedan masih sangat kecil sekali sehingga
Dibandingkan dengan kerugian daya keseluruhan
tidak perlu adanya penggantian atau
pada
perbaikan alat dan bahan pada saluran
waktu,
maka
kerugian
daya
udara
tersebut.
terbesar yang diakibatkan oleh faktor korona adalah terjadi pada jam 07.30 karena mencapai
saluran
pada
daya terbasar yang diakibatkan oleh korona
tiap-tiap
untuk
utama
5.
Kerugian daya yang diakibatkan oleh
953.637,7143 Watt, sedangkan kerugian daya
korona pada saluran transmisi tegangan
total pada saat itu adalah 3.507.114,24 Watt.
ekstra tinggi 500 kV Ungaran – Pedan juga masih dalam batas yang normal sehingga tidak membuat kerugian daya
Jurnal Teknik Elektro Vol. 1 No.2 Juli – Desember 2009
85
bertambah besar karena diakibatkan oleh faktor korona tersebut. B. Saran Melihat dari berbagai persoalan tentang kerugian daya pada saluran transmisi tersebut maka dapat disarankan bahwa kerugian daya pada saluran Ungaran – Pedan masih sangat kecil sekali sehingga dapat dibebani lebih tinggi lagi selama itu tidak melebihi kap asitasnya.
DAFTAR PUSTAKA Arismunandar. A. dan Kuwahara. S. 1993. Buku Pegangan
Teknik
Tenaga
Listrik.
Jakarta: Pradnya Paramita. http://www.google.com/ bundled conductor Hutauruk. T.S. 1985. Transmisi Daya Listrik. Jakarta : Erlangga. Sulasno.1993. Analisa Sistem Tenaga Listrik. Semarang : Satya Wacana. William. D. dan Stevenson. Jr. 1990. Analisa Sistem
Tenaga
Listrik.
Bandung:
Erlangga Zuhal. 1988. Dasar Teknik Tenaga Listrik. Jakarta: Gramedia Pustaka Utama.
BIOGRAFI Fathoni Azis, lahir di Kota Baru, 17 November 1981. Sejak tahun 2001 menjadi mahasiswa Universitas Negeri Semarang (UNNES) jurusan Teknik Elektro S1 dan telah dinyatakan lulus skripsi tanggal 7 Januari 2006. Bidang yang diminati adalah Sistem Tenaga Listrik. I Nengah Sumerti, dosen Teknik Elektro UGM menekuni bidang Sistem Tenaga Listrik. Ngadirin, dosen Elektro UNNES, menekuni bidang Sistem Tenaga Listrik
