APLIKASI KONFIGURASI JARINGAN SPINDEL PADA PLN CABANG MEDAN RAYON MEDAN KOTA Virgilius Robert H. Rumapea 13203146 Laboratorium Tegangan Tinggi dan Arus Tinggi Sekolah Teknik Elektro dan Informatika - Institut Teknologi Bandung e-mail:
[email protected] ABSTRAK Daerah layanan PLN Cabang Medan Rayon Medan Kota merupakan daerah yang didominasi oleh kawasan bisnis, perkantoran, pusat perbelanjaan, pusat hiburan, dan pemukiman padat penduduk. Oleh karena itu, listrik yang disuplai hendaknya memiliki kualitas yang baik. Parameter yang umum digunakan untuk menilai kualitas listrik adalah tegangan jatuh dan keandalannya. Pada saat ini, jaringan distribusi PLN Cabang Medan Rayon Medan Kota menggunakan konfigurasi jaringan radial. Dari hasil kajian dengan kondisi pembebanan 2006, sebagian besar jaringan distribusi ini memiliki kualitas yang kurang baik. Kualitas ini akan semakin buruk dengan adanya pertumbuhan beban (konsumen) pada tahun-tahun selanjutnya. Untuk mencegah semakin buruknya kualitas listrik ini, upaya perbaikan harus dilakukan pada jaringan distribusi ini. Dalam perbaikan jaringan distribusi Rayon Medan Kota ini, salah satu solusi yang dapat digunakan adalah dengan mengganti konfigurasi jaringan distribusi (yang tadinya konfigurasi radial) menjadi konfigurasi spindel. Dengan konfigurasi spindel, keandalan jaringan distribusi akan meningkat. Selain itu, jaringan distribusi yang diusulkan dirancang dengan menggunakan prediksi pembebanan pada tahun 2015, sehingga tegangan jatuh pada jaringan distribusi tetap terjaga sampai tahun 2015. Kata kunci: electrical distribution, voltage drop, reliability, keandalan, failure, medium voltage PENDAHULUAN 2.1. Jaringan distribusi terdiri dari Jaringan Tegangan Menengah (JTM) dan Jaringan Distribusi Tegangan Rendah (JTR). Jaringan Tegangan Menengah menyalurkan daya dari Gardu Induk (GI) ke Gardu Distribusi (GD), sedangkan Jaringan Tegangan Rendah menyalurkan daya dari Gardu Distribusi kepada konsumen.
DASAR TEORI Konfigurasi Jaringan Listrik
Konfigurasi jaringan adalah bentuk saluran yang menghubungkan sumber dengan beban, sumber dengan sumber, dan beban dengan beban. Pada saat ini terdapat bermacam-macam konfigurasi jaringan listrik., beberapa diantaranya adalah sebagai berikut: 1.2
Konfigurasi Jaringan Radial
[1],[2],[3] SUB LATERAL LATERAL MAIN CB
1
Pada konfigurasi jaringan radial ini terdapat saluran utama (main) dan saluran lateral. Saluran lateral merupakan cabang yang menghubungkan beban dengan saluran utama.
rentang waktu tertentu, kurva ini di sebut sebagai kurva beban. Rentang waktu dalam kurva beban bisa dalam interval beberapa menit, jam, ataupun hari tergantung dari maksud dan tujuan pengambaran kurva tersebut.
2.1.3 Konfigurasi Jaringan Spindel [1],[2],[3]
Konfigurasi jaringan spindel ditandai dengan adanya feeder express. Feeder express ini bekerja menyalurkan daya ke beban jika gangguan terjadi pada penyulang yang menyuplai beban tersebut. Feeder Express menyuplai beban tersebut melalui Gardu Refleksi. Pada konfigurasi jaringan spindel, semua beban terhubung langsung ke saluran utama (main). 2.2.
Karakteristik Pembebanan
Perbedaan antara DLC dan LDC yaitu LDC tidak lagi menunjukkan data sejarah pola pemakaian beban setiap jamnya. Sedangkan persamaannya, DLC dan LDC akan menunjukkan jumlah total energi yang sama untuk suatu sistem yang diamati.
[1]
Karakteristik pembebanan pada sistem distribusi mencerminkan komposisi jenis beban yang dilayani. Setiap jenis beban memiliki karakteristik pola konsumsi listrik harian yang berbeda. Pola konsumsi listrik setiap jenis beban ini dapat direpresentasikan dalam gambar kurva beban maupun dengan faktorfaktor pembebanan tertentu. Sistem distribusi dengan komposisi jenis beban yang berbeda memiliki bentuk kurva beban harian dan nilai faktor-faktor pembebanan yang berbeda pula. 2.2.1 Kurva Beban Harian dan Kurva Durasi Beban Harian Beban dalam sistem distribusi bisa berubah-ubah tergantung dari pola pemakaian konsumen. Perubahan dari besarnya beban dalam sistem digambarkan dalam kurva dengan
2.2.2 Parameter Analisis Karakteristik Beban 2.2.2.1 Diversity Factor (FD) [1] Diversity factor didefinisikan sebagai rasio dari penjumlahan demand maksimum masing-masing jenis beban dengan demand maksimum sistem secara keseluruhan. D + D 2 + D 3 + ... + D n DF = 1 Dg
2
n
∑D DF =
2.2.3 Perhitungan Keandalan i
i =1
Dg Di = demand maksimum masingmasing beban i, dengan mengabaikan waktu kejadian. Dg = demand maksimum sistem. [1]
2.2.2.2 Coincidence Factor (CF) Coincidence factor didefiniskan sebagai perbandingan antara demand maksimum sistem dengan jumlah demand maksimum masing-masing jenis beban. Dg CF = D 1 + D 2 + D 3 + ... + D n Dg 1 = CF = n DF ∑ Di
Pada gambar di atas terdapat beberapa Gardu Distribusi yang terhubung dengan suatu jaringan melalui pelebur (fuse). L1, L2, L3, dan L4 merupakan saluran yang menghubungkan sumber dengan Gardu Distribusi tersebut. Keandalan untuk tiap beban di atas dapat diperoleh dengan persamaan:
λbeban= λBUS + λCB + λL1 + λL2 + λL3 + λL4 + λf
i =1
Coincidence factor menunjukkan keserempakan dari kurva beban masingmasing jenis beban yang berinteraksi membentuk kurva beban gabungan. coincidence factor akan bernilai 1 (satu) jika setiap jenis beban mengalami waktu puncak yang sama. Coincidence factor berbanding terbalik dengan diversity factor. [1]
2.2.2.3 Load Factor (LF) Load factor didefinisikan sebagai perbandingan beban rata-rata dengan beban puncak dalam rentang waktu tertentu. average load P LF = = peak load Pˆ Dengan memperhatikan selang waktu, maka load factor akan dinyatakan sesuai kurun waktunya, yang disebut dengan annual load factor. average load × T annual LF = peak load × T Total Annual Energi annual LF = (annual peak load) × T
ketidaktersediaan (Unavailability) untuk tiap beban dapat diperoleh dengan persamaan:
Ubeban=λBUSrBUS+λCBrCB+λL1rL1+λL2rL2 +λL3rL3 +λL4rL4 +λf rf dan waktu perbaikan rata-rata diperoleh dengan:
rbeban =
U beban
λbeban
(2.25)
dimana, λbeban : laju kegagalan suplai daya pada beban : laju kegagalan bus λBUS λCB : laju kegagalan pemutus (CB) λL : laju kegagalan saluran λf : laju kegagalan pelebur (fuse) rbeban :waktu perbaikan rata-rata untuk suplai beban rBUS : waktu perbaikan rata-rata bus rCB :waktu perbaikan rata-rata pemutus (CB) rL :waktu perbaikan rata-rata saluran rf :waktu perbaikan rata-rata pelebur (fuse)
3
KONDISI JARINGAN DISTRIBUSI PLN CABANG MEDAN RAYON MEDAN KOTA TAHUN 2006 Pada Rayon Medan Kota terdapat 19 penyulang yang disuplai oleh 3 Gardu Induk. Ketiga Gardu Induk tersebut adalah GI Denai, GI Glugur, dan GI Titi Kuning. GI Denai menyuplai 3 penyulang, GI Glugur menyuplai 8 penyulang, dan GI Titi Kuning menyuplai 8 penyulang. Panjang total seluruh saluran yang terdapat di Rayon Medan Kota adalah 280,69 kms 3.1.
Hasil Analisis Aliran Daya
Pada tabel di atas dapat diamati bahwa laju kegagalan dan lama pemadaman (ketidaktersediaan) yang terjadi pada tiap penyulang cukup tinggi. Oleh karena itu, perlu dipertimbangkan untuk melakukan perbaikan pada jaringan distribusi yang ada di PLN Rayon Medan Kota.
APLIKASI KONFIGURASI JARINGAN SPINDEL
Pada tabel di atas dapat diamati bahwa dengan total daya yang disalurkan oleh penyulang yang masih relatif kecil, tegangan jatuh yang terjadi cukup besar. Jika beban bertumbuh, maka tegangan jatuh ini akan semakin besar. 3.2.
Kajian Keandalan 4.1 Gardu Induk dan Gardu Refleksi Dalam membuat konfigurasi jaringan spindel ini, penyulang- penyulang lama tidak diperhitungkan lagi. Semua trafotrafo yang telah ada akan disuplai oleh penyulang – penyulang baru. Penyulang – penyulang baru ini akan terhubung dengan 2 Gardu Induk (GI), yaitu GI 4
Glugur dan GIS Listrik. GI Glugur terletak di Jl.Yos Sudarso, sedangkan GIS Listrik terletak di Jl.Listrik. GIS Listrik dipilih karena GIS ini berada di Rayon Medan Kota, sementara GI Glugur dipilih karena jaraknya tidak terlalu jauh dari Rayon Medan Kota. Salah satu bagian yang penting dalam mengaplikasikan konfigurasi jaringan spindel adalah Gardu Refleksi. Gardu Refleksi berupa bus bar yang menghubungkan feeder express dengan penyulang-penyulang berbeban. Pada Rayon Medan Kota ini, posisi Gardu Refleksi diusulkan di sekitar Jl.A.R.Hakim, Jl.Denai, dan Jl.Sutrisno. Posisi ini dipilih dengan mempertimbangkan posisi GI Glugur, GIS Listrik, dan trafo-trafo distribusi yang akan dilayani. 4.2 Pembebanan Sistem distribusi yang direkomendasikan ini direncanakan mampu menyuplai kebutuhan beban di Rayon Medan Kota minimal sampai tahun 2015. Untuk itu, rekomendasi sistem distribusi ini memerlukan forecast (prediksi) beban di Rayon Medan Kota hingga tahun 2015. Prediksi beban yang digunakan diperoleh dari data prediksi pada PLN Wilayah Sumatera Bagian Utara. Hasil prediksi beban tersebut berupa prediksi energi terjual (GWh) untuk setiap sektor beban (rumah tangga, bisnis, industri, dan publik) di setiap kecamatan. Dengan menggunakan Load Factor dan Kurva Beban diperoleh pembebanan maksimum pada tiap kecamatan sebagai berikut:
Selanjutnya kWmaks tiap-tiap kecamatan tersebut dibagikan ke semua trafo yang ada di kecamatan tersebut. 4.3
Perencanaan Penyulang Baru
Penyulang-penyulang baru yang direncanakan adalah 18 penyulang. Sebanyak 9 penyulang terhubung dengan GI Glugur dan 9 penyulang lainnya terhubung dengan GIS Listrik. Salah satu dari 9 penyulang yang terhubung ke masing-masing gardu induk merupakan feeder express. Dalam membuat rute ini, referensi yang digunakan adalah Peta Kota Medan tahun 2003. Sebelum rute tersebut direalisasikan, perlu dilakukan peninjauan rute secara detail untuk mengetahui apakah jalur-jalur yang dilalui memungkinkan untuk membuat galian kabel. Pada tabel berikut, terdapat nama dan rute penyulang yang disuplai oleh GI Glugur dan GIS Listrik
5
4.4.2 Kondisi Gangguan Tabel 4.1 Penyulang Yang Disuplai GI Glugur
Pada analisis daya dengan kondisi gangguan, gangguan dimisalkan terjadi pada penghantar yang menghubungkan Circuit Breaker dengan trafo distribusi yang paling dekat dengan Circuit Breaker tersebut. Dengan kata lain, seluruh trafo distribusi disuplai melalui feeder express.
Tabel 4.1 Penyulang Yang Disuplai GIS Listrik 4.4
Hasil Analisis Aliran Daya
4.4.1 Kondisi Normal Aliran daya pada kondisi normal adalah aliran daya pada saat tidak terjadi gangguan.
Hasil aliran daya (baik pada kondisi normal maupun pada kondisi gangguan) menunjukkan tegangan terendah di atas 95%. Kondisi ini telah memenuhi standard SPLN No. 56-1:1993 yang menyatakan bahwa tegangan jatuh maksimum untuk JTM (20 kV) = 5 %
6
dan untuk JTR (380 V) = 2 % bila Cos ϕ = 0,85. 4.4
Kajian Ekonomi (Pembiayaan) Dalam Merealisasikan Rancangan Jaringan Distribusi
Dari tabel di atas, dapat disimpulkan bahwa biaya untuk merealisasikan rancangan jaringan distribusi ini adalah sebesar Rp.134.875.837.768,98 (pada tahun 2008) atau Rp.158.048.349.671,68 (pada tahun 2010). Karena biaya yang diperhitungkan hanya biaya pengadaan komponen (peralatan), maka dalam merealisasikan rancangan jaringan distribusi ini, perlu dilakukan perhitungan biaya yang lebih lanjut meliputi biaya pemasangan dan biaya administrasi ke pemerintah daerah setempat. 4.5
LBS motorized ada pada sisi Incoming Trafo Distribusi yang berada pada tengah beban penyulang (diberi warna merah). LBS motorized ini membagi penyulang menjadi 2 bagian, yaitu Bagian A (antara GI dengan LBS Motorized) dan Bagian B (antara LBS motorized dengan Gardu Refleksi). Jika gangguan terjadi pada bagian A, maka Trafo Distribusi pada Bagian A akan mengalami pemadaman selama 41 menit (CB close-open selama 6 menit ditambah waktu membagi penyulang menjadi 2 bagian selama 5 menit dan waktu untuk menemukan dan mengisolasi gangguan selama 30 menit), sedangkan Trafo Distribusi pada Bagian B akan mengalami pemadaman selama 11 menit (CB close-open selama 6 menit ditambah waktu untuk membagi penyulang menjadi 2 bagian selama 5 menit). Demikian juga sebaliknya, jika gangguan terjadi pada bagian B, maka Trafo Distribusi pada Bagian A akan mengalami pemadaman selama 11 menit, sedangkan Trafo Distribusi pada Bagian B akan mengalami pemadaman selama 41 menit. Dengan keadaan demikian diperoleh hasil perhitungan keandalan pada tiap penyulang sebagai berikut:
Kajian Kehandalan
7
Dari tabel di atas, dapat disimpulkan bahwa laju kegagalan setiap penyulang cukup kecil, yaitu di bawah 2,5 kegagalan/tahun. Sementara waktu perbaikan rata-rata di bawah 0,5 jam/gangguan dan lama pemadaman (ketidaktersediaan) sekitar 1 jam/tahun. Hal ini terjadi karena pada konfigurasi jaringan spidel, gangguan lebih rendah dibanding pada konfigurasi radial (saluran yang ada hanya saluran utama atau main). Selain itu, jika terjadi gangguan (kecuali gangguan pada trafo distribusi dan pelebur atau fuse), waktu yang dibutuhkan untuk melayani beban kembali adalah waktu untuk menemukan dan mengisolasi gangguan (tidak meliputi waktu untuk memperbaiki peralatan yang terganggu). Jadi, dapat disimpulkan bahwa dengan menggunakan jaringan distribusi konfigurasi spindel, keandalan suatu sistem distribusi menjadi lebih baik. KESIMPULAN Kesimpulan yang diperoleh adalah: 1. Kondisi jaringan distribusi PLN Cabang Medan Rayon Medan Kota saat ini kurang baik, yang ditandai dengan tegangan terendah pada sebagian jaringan distribusi yang mendekati 95% dan indeks keandalan (laju kegagalan, lama padam, dan waktu perbaikan) yang cukup tinggi. 2. Rancangan jaringan distribusi yang telah dibuat memiliki tegangan jatuh dan indeks keandalan yang lebih baik untuk kondisi pembebanan tahun 2015 yang diprediksi oleh Tim Lembaga Pengabdian dan Pemberdayaan Masyarakat (LPPM) ITB.
DAFTAR PUSTAKA [1.] Gonen, Turan.1986. Electrical Power Distribution System Engineering. United State of America: McGraw-Hill Book Inc., 1986. [2.] Pansini, Anthony J. 1988. Electrical Distribution Engineering. Singapore: McGraw-Hill Book Inc. [3.] Pabla, A.S. 2000. Electric Power Distribution. New Delhi: Tata McGraw-Hill Publishing Company Limited [4.] Grainger, Jhon J dan Stavensen, William.1994.Power System Analysis. Singapore: McGrawHill Book Inc. [5.] Billinton,Roy and Ronald N.Allan. 1996. Reliability Evaluation of Power Systems. United States of America: Plenum Press [6.] IEEE Recommended Practice for the Design of Reliable Industrial and Commercial Power Systems [7.] Lembaga Pengabdian dan Pemberdayaan Masyarakat (LPPM) – ITB. Rancangan Pengembangan Jaringan Distribusi PT.PLN (Persero) Cabang Medan Sampai Tahun 2015. Bandung:2007 [8.] Hariyanto, Nanang.2006. Diktat Praktikum Analisis Sistem Tenaga.Bandung: s.n.,2006
3. Untuk merealisasikan rancangan jaringan distribusi ini dibutuhkan dana sebesar Rp.134.875.837.768,98 (pada tahun 2008) atau Rp.158.048.349.671,68 (pada tahun 2010).
8
