26
BAB III KONSEP PERHITUNGAN JATUH TEGANGAN
Berikut ini proses perencanan yang dilakukan oleh peneliti dalam melakukan studi kasus:
Mulai
Pengumpulan data : 1. Spesifikasi Transformator 2. Spesifikasi Penyulang 3. Beban tiap penyulang
Perhitungan
Hitung Manual?
Tidak
Simulasi Etap
Ya
Perhitungan Tegangan
Perhitungan Tegangan
Perhitungan Tap
Perhitungan Tap
Tidak
Tidak
Nilai Sesuai?
Nilai Sesuai?
Ya
Ya
Analisa
Selesai
Gambar 3.1 Flowchart Metodologi Penelitian
http://digilib.mercubuana.ac.id/
27
3.1
Data dan Hasil Pengamatan Sebelum melakukan perhitungan dan analisa jatuh tegangan dan posisi
sadapan, terlebih dahulu kita perlu mengetahui data apa saja yang diperlukan. Untuk kasus ini data yang diperlukan diantaranya adalah data spesifiksi transformator, Diagram satu gars GI Ngawi, Data pengubah sadapan berbeban, spesifikasi penyulang, data penghantar penyulang 20kV, dan beban penyulag 20 kV. Berikut data-data yang diperlukan : Data transformator Gardu Induk Ngawi secara umum adalah sebagai berikut : 1. KapasitasTransformator
: 60 MVA
2. Primer
:150kV,+10,5%,-15%
3. Sekunder
: 20 kV
4. Cos φ
: 0.89
Transformator dilengkapi dengan beban melalui delapan penyulang seperti pada Gambar 3.2. Diagram 1 garis Gardu Induk Ngawi. Rel Switch
Transformator
N3
N2
N8
N6
N1 N4
N5
N7
Gambar 3.2. Transformator Dengan Delapan Penyulang
http://digilib.mercubuana.ac.id/
28
Data teknik pengubah sadapan berbeban dapat dilihat pada tabel 3.1. berikut plat nama pengubah sadapan berbeban transformator tenaga di Gardu Induk Ngawi. Tabel 3.1. Data Teknik Pengubah Sadapan Berbeban MR-MA9- V III 300 Keterangan
Kapasitas
Jumlah fasa
3
Merek
MR
Motor Drive Unit
MA 9
Motor Ratings
0,55 kW 50 Hz
Data pengubah sadapan berbeban MR-MA9- III 300 seperti pada tabel 3.2 Tabel 3.2. Data Pengubah Sadapan MR-MA9 - III 300
TAP POSISI 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 R11 12 13 14 15 16 17 18
H.V SIDE VOLTAGE ( V ) CURRENT (V) (A) 165750 209,0 163500 211,9 161250 214,8 159000 217,9 156750 221,0 154500 224,2 152250 227,5 150000 230,9 14750 234,5 145500 238,1 143250 241,8 141000 245,7 138750 249,7 136500 253,8 134250 258,0 132000 262,4 129750 267,0 127500 271,7
http://digilib.mercubuana.ac.id/
29
Besar resistansi dan reaktansi per-km dapat dilihat pada Tabel 3.3 dibawah ini. Tabel 3.3. Spesifikasi pada Penyulang Jenis
Ukuran
Resistansi
Induktansi
Kapasitansi
Arus
(ohm/km)
(mH/km)
(µF/km)
maksimum Bawah
Udara
tanah Al
3 x 150
0,2060
0,414
0,213
264
313
mm2
Data pengahantar penyulang 20 kV seperti pada tabel 3.4. Tabel 3.4. Data Penghantar Penyulang 20kV Penyulang
Panjang Saluran
Konduktor
Tegangan
Utama (km)
Jenis
Ukuran (mm2)
(kV)
N1
5,1
AAAC
3X150
20
N2
7,56
AAAC
3X150
20
N3
6,68
AAAC
3X150
20
N4
3,50
AAAC
3X150
20
N5
2,05
AAAC
3X150
20
N6
6,14
AAAC
3X150
20
N7
7,71
AAAC
3X150
20
N8
1,492
AAAC
3X150
20
http://digilib.mercubuana.ac.id/
30
Dan data penyulang 20 kV seperti pada Tabel 3.5 Tabel 3.5. Data Beban Penyulang 20kV Beban Tertinggi Penyulang
3.2
Beban Terendah
Beban
Beban
Beban
Beban
Tertinggi
Tertinggi
Terendah
Terendah
Siang
Malam
Siang
Malam
I
I
I
I
(A)
(A)
(A)
(A)
N1
75
75
30
30
N2
235
220
125
130
N3
260
180
115
115
N4
120
125
60
60
N5
140
160
70
80
N6
280
260
80
100
N7
110
140
40
60
N8
180
160
10
10
Konsep Perhitungan Jatuh Tegangan Kegunaan pengubah sadapan berbeban ini adalah untuk mengatur atau
menyesuaikan besaran tegangan sekunder yang keluar agar sesuai dengan yang diinginkan. Sebab pada umumnya letak dari pada beban adalah jauh dari sumber maka ini sangat penting untuk mengatasi terjadinya rugi-rugi tegangan
http://digilib.mercubuana.ac.id/
31
Apabila jatuh tegangan yang terlalu besar akan mengakibatkan pengaturan jatuh tegangan yang tidak baik. Jatuh tegangan umumnya tergantung pada faktor arus, daya, tahanan dan reaktansi saluran, seperti yang digambarkan pada gambar 3.3. sehingga persamaan untuk jatuh tegangan V = IRCosɸ + IXLSinɸ. R
XL
P+J Q
I
V
Vt Beban
k
Gambar 3.3. Rangkaian Diagram Satu Fasa Dimana, R = Tahanan , (ohm/fasa) XL = Reaktansi , (ohm/fasa) Vk = Tegangan Ujung Kirim (Volt) Vt = Tegangan Ujung Terima (Volt) Perlu diketahui bahwa untuk faktor daya yang jelek, jatuh tegangan pada tahanan saluran adalah kecil pengaruhnya jika dibandingkan dengan jatuh tegangan di reaktansi saluran. Dari faktor inilah jatuh tegangan dapat dikurangi atau diperbaiki. Pada dasarnya jatuh tegangan (drop voltage) yang terjadi dalam suatu sistem tenaga listrik disebabkan oleh adanya arus yang mengalir pada impedansi (Z), baik itu impedansi yang ada pada jaringan atau peralatan listrik lainnya yang terdapat dalam sistem tersebut. Besarnya jatuh tegangan secara umum merupakan
http://digilib.mercubuana.ac.id/
32
selisih antara tegangan sumber (Vk) dengan tegangan nominal di ujung beban atau jaringan (Vt). Sebagai dasar dalam menghitung dan menganalisis jatuh tegangan, akan ditentukan jatuh tegangan pada jaringan dalam suatu sistem tenaga listrik. Sebagai gambaran dari suatu sistem tenaga listrik akan ditunjukkan dengan menggunakan rangkaian pengganti satu fasa yang sederhana seperti pada gambar di bawah 3.4.a di bawah ini.
R
XL
P+J Q
I
V
Vt Beban
k
Gambar 3.4.a Rangkaian Diagram Satu Fasa d V k
a
O I R
I
I
δV
b
c
e
Vt IRcos ɸt
g
f
dV
V
Gambar 3.4.b Gambar Diagram Fasor
http://digilib.mercubuana.ac.id/
IXLsin ɸt sinɸt
33
Jatuh tegangan yang terjadi di jaringan distribusi 20kV diakibatkan oleh nilai resistansi dan reaktansi dari saluran. Gambar 3.4.a menerangkan bahwa nilai resistansi terhubung seri dengan nilai reaktansi. Sehingga besar jatuh tegangan dapat diketahui melalui analisis perhitungan. Sesuai dengan definisi jatuh tegangan adalah : V = Vk - Vt Gambar 3.3.b merupakan gambar diagram fasor dari Gambar 3.4.a. Dengan titik O merupakan titik pusat dari lingkaran dengan jari-jari od = Vk , kita buat lingkaran sehingga memotong perpanjangan Vt pada titik e. Jadi Vk ac + ce. Oleh karena ce<
Oe = Oa +
Oa+ac
Selanjutnya Oa = Vt ; ac = ab+bc dimana ab= IRcosɸt dan bc= IXLsinɸt sehingga ac = dV = IRcosɸt + IXLsinɸt Selanjutnya Vk dapat ditulis dalam bentuk : Vk
Vt + dV Vt + IRcosɸt + IXLsinɸt
atau Vk – Vt
IRcosɸt + IXLsinɸt
Sesuai dengan definisi di atas: V
Vk - Vt
maka didapat :
V
IRcosɸt + IXLsinɸt ........................................................................
Jatuh tegangan dalam prosen :
http://digilib.mercubuana.ac.id/
3.1
34
Jatuh tegangan dalam prosen menurut definisi : V
Vk - Vt %=
Vt
Vt
x 100%
Vt biasanya diambil tegangan sistem yang bersangkutan, dalam hal ini Vf yang merupakan tegangan fasa sistem, jadi persamaan tersebut dapat ditulis dalam bentuk : V Vt
V %=
Vf
x 100%
Sesuai persamaan (1) maka diperoleh : V
Vk - Vt
IRcosɸt + IXLsinɸt
Sewhingga persamaan dapat ditulis sebagai berikut : V Vf
IRcosɸt + IXLsinɸt =(
V)%
Vf
x 100%
................................ (3.2)
Dengan Vf adalah tegangan fasa nominal atau tegangan pengenal dari sistem yang bersangkutan.
3.3 Konsep Simulasi ETAP Power Station Dalam perancangan dan analisa sebuah sistem tenaga listrik, sebuah software aplikasi sangat dibutuhkan untuk merepresentasikan kondisi real sebelum sebuah sistem direalisasikan. ETAP (Electric Transient and Analysis Program) Power Station 4.0.0 merupakan salah satu software aplikasi yang digunakan untuk mensimulasikan sistem tenaga listrik. ETAP mampu bekerja dalam keadaan offline untuk simulasi tenaga listrik, dan online untuk pengelolaan data real-time atau digunakan untuk mengendalikan
http://digilib.mercubuana.ac.id/
35
sistem secara real-time. Fitur yang terdapat di dalamnya pun bermacam-macam antara lain fitur yang digunakan untuk menganalisa pembangkitan tenaga listrik, sistem transmisi maupun sistem distribusi tenaga listrik. Analisa sistem tenaga listrik yang dapat dilakukan ETAP antara lain :
Analisa aliran daya
Analisa hubung singkat
Arc Flash Analysis
Starting motor
Koordinasi proteksi
Analisa kestabilan transien
Harmonic Analysis
Analisa aliran daya DC
Battery Sizing
Setiap komponen Sistem Tenaga Listrik dapat digambarkan dalam ruang kerja program dengan lambang-lambang tertentu. Spesifikasi masing-masing komponen dapat disesuaikan keadaan sebenarnya atau kondisi nyata di lapangan. Spesifikasi ini juga dapat dipilih sesuai data umumnya yang dapat diambil dari library atau data yang ada pada program. Misalnya, panjang dan ukuran kabel, kapasitas dan rating trafo, kapasitas dan tegangan beban dan lain-lain. ETAP memiliki 2 macam standar yang digunakan untuk melakukan analisa kelistrikan, ANSI dan IEC. Pada dasarnya perbedaan yang terjadi di antara kedua standar tersebut adalah frekuensi yang digunakan, yang berakibat pada perbedaan spesifikasi peralatan yang sesuai dengan frekuensi tersebut. Simbol elemen listrik yang digunakan dalam analisa dengan menggunakan ETAP pun berbeda.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
36
Adapun tampilan Program ETAP Power Station sebagaimana tampak ada gambar berikut :
Gambar 3.5. Gambar Tampilan Program ETAP ETAP Power Station dapat digunakan untuk menggambar Diagram Satu Garis secara langsung. Program ini didesain mempunyai 3 konsep utama, yaitu : 1. Operasi Nyata secara Virtual (Virtual Reality Operation) Pengoperasian program ini menyerupai dan mendekati sistem kelistrikan yang ada pada kenyataan. Seperti ketika aliran daya melebihi batas, menunjukan indikator kemampuan komponen listrik dsb.ETAP Power Station versi 4.00 memasukkan konsep-konsep baru untuk menentukan besarnya tegangan kirim dan terima dari single line diagram.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
37
2. Data Gabungan Total (Total Integration Data) ETAP menggabungkan pemikiran elektrik, mekanik dan yang berkaitan dengan fisik dari unsur yang terdapat pada sistem dalam database yang sama. Sebagai contoh: sebuah kabel tidak hanya terdiri dari data peralatan listik dan dimensi fisik tetapi juga informasi yang mengindikasikan jalur yang dilalui. Gabungan data data ini menyediakan konsistensi sistem secara keseluruhan dan menghapus data yang sama untuk elemen yang sama. 3. Kesederhanaan dalam Memasukan Data ETAP Power Station membuat alur dari data terperinci untuk setiap peralatan kelistrikan yang kadang hanya membutuhkan satu jenis pemasukan data. Data editor dapat mempercepat proses pemasukan data dengan permintaan data minimum untuk pembelajaran tertentu. Untuk mencapai tujuan ini, kita akan memasukkan data dari tipe atau analisa atau desain yang berbeda. Diagram satu garis ETAP Power Station terdiri dari sejumlah komponen yang membantu kita dalam merangkai rangkaian yang kompleks dan banyak. Gambar daiagram satu garis tersebut mengizinkan kita untuk meletakkan berbagai peralatan pengaman antara cabang rangkaian dan sebuah bus. Berikut adalah tampilan screenchart dari ETAP Power Station versi 4.0.0.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
38
Gambar 3.6. Tampilan Diagram Satu Garis pada ETAP Power Station 4.0.0 Dalam gambar 3.6 tools yang berada pada sebelah kanan ada dua buah. Bagian kiri merupakan komponen untuk jaringan AC, dan bagian kanan adalah komponen untuk jaringan DC. Dimana setiap tools terdapat bus, cable/line, transormator, beban dsb. Untuk pengisian data pada masing-masing komponen dapat dilakukan dengan melakukan double click pada masing-masing komponen pada bidang gambar. Sedangkan tools yang berada diatas berfungsi untuk menjalankan simulasi dan analisa dimana terdapat analisa aliran daya, hubung singkat, starting motor, harmonisa dsb.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
