ANALISIS PEHITUNGAN RUGI-RUGI DAYA PADA GARDU INDUK PLTU 2 SUMUT PANGKALAN SUSU DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAM SIMULASI ELECTRICAL TRANSIENT ANALYZER Asri Akbar, Surya Tarmizi Kasim Konsentrasi Teknik Energi Listrik, Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA e-mail:
[email protected]
ABSTRAK Dalam penyaluran sistem tenaga listrik pada jaringan distribusi, efisiensi sangatlah diperlukan. Penelitian ini membahas tentang Analisis Perhitungan Rugi-rugi Daya Pada Gardu Induk PLTU 2 SUMUT Pangkalan Susu. Batas toleransi yang diperbolehkan untuk rugi-rugi daya dan rugi-rugi tegangan yaitu 10% dari nilai nominalnya. ETAP (Elctrical Transient Analyzer Program) merupakan program yang dapat menampilkan secara GUI (Graphical User Interface) dengan jumlah bus unlimited. Salah satu kegunaan ETAP adalah untuk menghitung rugi-rugi daya. Data yang dibutuhkan ETAP untuk menghitung rugi-rugi daya pada GI PLTU 2 SUMUT Pangkalan Susu adalah one-line diagram, nominal KV, dan rating generator, bus, transformator, transmisi, dan pengaman. Metode pendekatan untuk menghitung rugi-rugi daya yang digunakan adalah metode iterasi Newton Raphson dengan faktor ketelitian 0,0001. Permasalahan rugi-rugi daya yang ditinjau adalah sistem dalam keadaan normal. Hasil Analisis rugi-rugi daya aktif dan reaktif untuk sistem dalam keadaan normal adalah rugi-rugi daya aktif dan reaktif paling rendah di cable 1 dan 2 yaitu sebesar 0.1 kw dan 0.2 kvar. Sedangkan rugi-rugi daya aktif tertinggi yaitu pada OHL Binjai 1 dan 2 sebesar 106.1 kw, dan rugi-rugi daya rektif tertinggi yaitu pada Trafo 1 dan 2 sebesar 1882.6
Kata Kunci : rugi-rugi daya, newton-rhapson, tap Komponen-komponen utama tersebut diganti dengan rangkaian pengganti agar dapat dilakukan analisis pada sistem tenaga listrik. Rangkaian pengganti yang digunakan adalah rangkaian pengganti satu phasa dengan nilai phasa netralnya. Dengan asumsi sistem 3 phasa yang dianalisis dalam keadaan seimbang dan kondisi normal. Untuk mempresentasikan suatu sistem tenaga listrik digunakan diagram yang disebut diagram segaris (single line diagram). Diagram segaris berisi informasi yang dibutuhkan mengenai sistem tenaga tersebut[1]. Pada studi aliran daya, perhitungan aliran dan tegangan sistem dilakukan pada terminal tertentu atau bus tertentu. Bus-bus pada studi aliran daya dibagi dalam 3 macam, yaitu:
1. Pendahuluan Untuk meningkatkan pelayanan dan efisiensi operasional maka perlu menghitung jatuh tegangan dan rugi-rugi pada penyulang. Perhitungan jatuh tegangan dipengaruhi oleh panjang penyulang, beban penyulang, penampang penyulang. Sedangkan rugi-rugi dipengaruhi oleh besarnya energi yang hilang di jaringan khususnya penyulang. Konsumen mengharapakan tegangan yang nominal supaya peralatan dapat bekerja maksimal dan tidak terjadi kerusakan. Hal inilah yang melatar belakangi penulis untuk melakukan analisis rugi-rugi daya pada GI PLTU 2 SUMUT Pangkalan Susu sehingga dapat diketahui apakah tegangan tersebut masih memenuhi standar yang ditetapkan.
2. Persamaan Aliran Daya Komponen Utama dari suatu sistem tenaga pada umumnya terdiri dari generaror, saluran transmisi, transformator dan beban.
1. Bus Beban
–7–
copyright@ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL.12 NO.32/JULI 2015 I1 (yp12...yp1n ys12...ys1n)Vnys12V2 ys13V3 ...ys1nVn
Pada bus ini daya aktif (P) dan daya reaktif (Q) diketahui sehingga sering juga disebut bus PQ. Daya aktif dan reaktif yang dicatu ke dalam sistem tenaga bernilai positif, sementara daya aktif dan reaktif yang di konsumsi bernilai negatif. Besaran yang dapat dihitung pada bus ini adalah V (tegangan) dan δ (sudut beban) [2][5].
I1 Y11V1 Y12V2 Y13V3 ... Y1nVn
n I1 j1YijVj ………………………………(2) Dengan:
2. Bus Generator Bus Generator dapat disebut dengan voltage controlled bus karena tegangan pada bus ini dibuat selalu konstan atau bus dimana terdapat generator. Pembangkitan daya aktif dapat dikendalikan dengan mengatur penggerak mula (prime mover) dan nilai tegangan dikendalikan dengan mengatur eksitasi generator. Sehingga bus ini sering juga disebut dengan PV bus. Besaran yang dapat dihitung dari bus ini adalah Q (daya reaktif) dan δ (sudut beban) [2][5].
Y11 ( y p12 ... y p1n y s12 ... y s1n )
Y12 ys12;Y13 ys13;Y1n ys1n Subsitusi Persamaan 2.2 ke Persamaan 2.1 menjadi: ∗
∗
∑ − = = ; untuk nilai i=1,2,…,n ……………………………..….(3) Persamaan (3) dapat menghasilkan matriks rel admitansi seperti pada Persamaan (4), yaitu :
3. Slack Bus Slack Bus sering juga disebut dengan swing bus atau bus berayun. Slack bus berfungsi untuk menyuplai daya aktif P dan daya reaktif Q. Besaran yang diketahui dari slack bus adalah tegangan V dan sudut beban δ. Suatu sistem tenaga biasanya dirancang memiliki bus ini yang dijadikan sebagai referensi yaitu besaran δ = 00. Besaran yang dapat dihitung dari bus ini adalah daya aktif P dan daya reaktif Q [2-5].
=
:
:
… … … …
:
:
:
……......(4)
Persamaan (2) bila ditulis dalam bentuk polar adalah: =∑
∠
+
………………(5)
Daya kompleks pada bus I adalah: −
∗
=
…………………………...(6)
Rumus umum aliran daya adalah * * S1 V1I1 (P1 jQ1 ) (P1 jQ1 ) V1 I1 …....(1)
Dengan:
Model transmisi π untuk system bus dapat dilihat pada Gambar 1.
Subsitusi dari Persamaan (5) ke Persamaan (6) sehingga menjadi:
∗
= | |∠ −
=
−
= | |∠ −
−
=∑
∑
| |
∠ ∠
−
+ +
(7) (8)
Dimana: e
j ( ij i j )
cos
( ij i j )
j sin
( ij i j )
Dari Persamaan (7) dan (8) dapat diketahui persamaan daya aktif dan persamaan daya reaktif.
Gambar 1. Model transmisi π untuk sistem bus
I1 V1yp12V1yp13...V1yp1n (V1V2)ys12(V1 V3)ys13...(V1Vn)ys1n
–8–
copyright@ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM ( )
=∑
( )
( )
+
( )
= −∑
( )
+
( )
VOL.12 NO.32/JULI 2015 ( )
cos
Setelah nilai matrik Jacobian dimasukan ke ( ) dalam Persamaan (13), maka nilai ∆ dan ( ) ∆| | dapat dicari dengan menginverskan matrix Jacobian seperti pada Persamaan (18).
−
………………………………(9)
( )
( )
( )
sin
−
∆ ( ) = ∆| |( )
…………………………… (10)
Persamaan (9) dan (10) merupakan langkah awal perhitungan aliran daya menggunakan metode Newton-Raphson. Penyelesaian aliran daya menggunakan proses iterasi (k+1). Untuk iterasi pertama (1), nilai k = 0, merupakan nilai perkiraan awal (initial estimate) yang ditetapkan sebelum dimulai perhitungan aliran daya. Hasil perhitungan aliran daya menggunakan Persamaan (9) dan (10) akan ( ) ( ) diperoleh nilai dan . Hasil nilai ini ( )
digunakan untuk menghitung nilai ∆ ∆
( )
∆
( )
∆
( )
=
( ) ,
−
,
−
,
( ) ,
(
| |(
dan
………………..(12)
( )
+
( )
sin
−
≠ .....................(14) ( )
= ( )
cos
−
( )
+
≠ ………………………..…...(15)
3. J3 ( )
=− ( )
+
( )
( )
( )
cos
−
=−
≠ …………(16)
( )
( )
sin
−
( )
)
( )
dan
( )
+∆ ………………….(19) ( ) ( ) = | | + ∆| | …………..(20) )
(
)
Langkah-langkah penelitian yang ditempuh dalam penelitian ini meliputi : 1. Tahap Persiapan Tujuan dari tahap persiapan penelitian adalah untuk mempersiapkan dan mengumpulkan informasi berupa data-data yang diperlukan untuk melakukan analisis.
4. J4 ( )
=
( )
Penelitian dilaksanakan mulai dari bulan April 2014 sampai bulan Juli 2014 dan untuk lokasi yang ditinjau adalah sistem kelistrikan GI PLTU 2 SUMUT Pangkalan Susu. Penelitian ini memerlukan alat dan bahan yaitu sebagai berikut : 1. Laptop 2. Sistem Operasi Windows 3. Software Etap 4. Data spesifikasi peralatan GI Pangkaan Susu, Data beban Binjai, Data Transmisi Pangkalan Susu-Binjai 5. Diagram satu garis GI Pangkalan Susu
2. J2 ( )
( )
3. Metode Penelitian
1. J1 ( )
)
(
…………………(11)
( )
………… (18)
Nilai ∆ dan ∆| | hasil perhitungan dari Persamaan (19) dan (20) merupakan perhitungan pada iterasi pertama. Nilai ini digunakan kembali untuk perhitungan iterasi ke-2 dengan cara memasukkan nilai ini ke dalam Persamaan (11) dan (12) sebagai langkah awal perhitungan aliran daya. Perhitungan dilanjutkan sampai iterasi ke-n dan ( ) ( ) akan selesai jika nilai ∆ dan ∆ konvergen setelah mencapai nilai ketelitian ( ) ( ) iterasi (ε) yang ditetapkan {[ − ≤ ] ( ) ( ) dan [| | − | | ≤ ]} [6].
Besaran elemen matriks Jacobian Persamaan (2.13) adalah:
=−
( )
dicari dengan memasukkan nilai ∆ ( ) ∆| | ke dalam persamaan:
Dari Persamaan di atas bentuk matriks Jacobian setelah disederhanakan menjadi seperti persamaan di bawah ini. ∆ ( ) ∆ ( ) ……………..(13) ( ) = ∆ ∆| |( )
( )
( )
( )
dan ∆| | diketahui ( ) ( ) nilainya, maka nilai dan | | dapat Setelah nilai ∆
menggunakan persamaan: =
∆ ∆
+
≠ ...........................(17)
–9–
copyright@ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL.12 NO.32/JULI 2015
Data-data tersebut meliputi Data spesifikasi peralatan GI Pangkaan Susu, Data beban Binjai, Data Transmisi Pangkalan Susu-Binjai dan Diagram satu garis GI PLTU 2 SUMUT Pangkalan Susu.
Hasil Analisis rugi-rugi daya aktif dan reaktif untuk sistem dalam keadaan normal adalah rugi-rugi daya aktif dan reaktif paling rendah di cable 1 dan 2 yaitu sebesar 0.1 kw dan 0.2 kvar. Sedangkan rugi-rugi daya aktif tertinggi yaitu pada OHL Binjai 1 dan 2 sebesar 106.1 kw, dan rugi-rugi daya rektif tertinggi yaitu pada Trafo 1 dan 2 sebesar 1882.6. Hasil dari simulasi menggunakan Etap dapat dilihat pada Tabel 1.
2. Tahap Perhitungan Data Perhitungan data dilakukan dengan menggunakan bantuan software Etap untuk mendapatkan rugi-rugi dayanya. Analisis dilakukan dengan melihat dan membandingkan nilai tegangan, daya aktif, daya reaktif serta rugi-rugi daya pada masingmasing busbar. Berikut akan ditampilkan flowchart untuk perhitungan rugi-rugi dayanya dengan menggunakan software Etap. Diagram alir penelitian dapat dilihat pada Gambar 2.
Tabel 1. Hasil simulasi etap CKT /Branc h
Vd From- to bus flow
To- From bus flow
% Bus Voltage
Losses
% Drop
ID
MW
Mva r
M W
Mva r
kW
kvar
Fro m
To
In Vma g
Trafo 1
45.1 6
36.5 6
-45.13
-34.68
37. 7
188 3
100
97. 9
2.06
Trafo 2
45.1 6
36.5 6
-45.13
-34.68
37. 7
188 3
100
97. 9
2.06
Cable 1
45.1 3
34.6 8
-45.13
-34.68
0.1
0.2
97.9
97. 9
0
Cable 2
45.1 3
34.6 8
-45.13
-34.68
0.1
0.2
97.9
97. 9
0
OHL Binjai line 1
45.1 3
34.6 8
-45.02
-33.76
106
914. 4
97.9
96. 8
1.1
OHL Binjai Line 2
45.1 3
34.6 8
-45.02
-34.68
106
914. 4
97.9
96. 8
1.1
Trafo 3
0
0
0
0
0
0
97.9
125
26.7 1
0
0
97.9
125
26.7 1
Trafo3
TOTAL
288
559 5
Grafik rugi-rugi jaringan hasil perhitungan dengan menggunakan Software Etap adalah sebagai berikut. Gambar 2. Diagram alir penelitian
4. Hasil dan Pembahasan Simulasi dilakukan dengan menggunakan program software simulasi Electrical Transient Analyzer Program dengan standart pengaturan peralatan gardu induk sesuai dengan spesifikasi data yang diperoleh dari PLN Pangkalan Susu PLTU 2 Sumut. Simulasi dilakukan dalam keadaan normal, dimana tegangan pada setiap bus bergantung pada daya reaktif pada bus tersebut.
Gambar 3. Grafik kw loss hasil simulasi
– 10 –
copyright@ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL.12 NO.32/JULI 2015
Gambar 3 merupakan grafik rugi-rugi daya aktif GI Pangkalan Susu dengan menggunakan software etap .
6. Referensi [1] L. Tobing, Bonggas, “Peralatan Tegangan Tinggi”, Erlangga, Jakarta, 2012 [2] Saadat, H., 1999. “Power Sistem Analysis” McGraw-Hill Companies, Inc: USA. [3] Beaty, H. Wayne, 2000. “ Handbook of Electric Power Calculations “, Edisi ketiga. McGraw-Hill. [4] E. El-Hawary, Mohamed, 1983., ”Electrical Power Sistem Design and Analysis”, Reston Publishing Company, Inc. A Prentice-Hall Company, Virginia. [5] Stevenson, W.D.,”Analisis Sistem Tenaga Listrik,” Edisi Keempat. 1983. Penerbit Erlangga, Jakarta [6] Jusmedy, Fery, “Studi Aliran Daya Sistem 115 kV PT. Chevron Pacific Indonesia,” 2007. Universitas Sumatera Utara : Medan.
Gambar 4. Grafik kvar loss hasil simulasi
Gambar 4 merupakan grafik rugi-rugi daya reaktif GI Pangkalan Susu dengan menggunakan software etap .
5. Kesimpulan Berdasarkan hasil dan pembahasan maka diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1. Rugi-rugi daya aktif yang paling rendah untuk tinjauan sistem dalam keadaan normal adalah pada cable 1 dan 2 sebesar 0.1 Kw. 2. Rugi-rugi daya reaktif yang paling rendah untuk tinjauan sistem dalam keadaan normal adalah pada cable 1 sebesar 0.2 Kvar. 3. Rugi-rugi daya aktif yang paling besar untuk tinjauan sistem dalam keadaan normal adalah pada OHL Binjai 1 dan 2 sebesar 106.1 Kw. 4. Rugi-rugi daya reaktif yang paling besar untuk tinjauan sistem dalam keadaan normal adalah pada Trafo 1 dan 2 sebesar 1882.6 Kvar. 5. Total rugi-rugi daya aktif adalah sebesar 287.8 kW 6. Total rugi-rugi daya reaktif adalah sebesar 5594.5 kvar 7. Tegangan pada setiap bus bergantung pada besar daya reaktif pada bus tersebut.
– 11 –
copyright@ DTE FT USU
