BRILLIAN UNGGUL WICAKSONO

PENENTUAN KAPASITAS DAN PENEMPATAN BANYAK KAPASITOR PARALEL PADA PENYULANG BADAI DI GI TELUK BETUNG MENGGUNAKAN PERHITUNGAN ARUS REAKTIF

(Skripsi)

Oleh

BRILLIAN UNGGUL WICAKSONO

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2016

ABSTRAK

PENENTUAN KAPASITAS DAN PENEMPATAN BANYAK KAPASITOR PARALEL PADA PENYULANG BADAI DI GI TELUK BETUNG MENGGUNAKAN PERHITUNGAN ARUS REAKTIF

Oleh

Brillian Unggul Wicaksono

Kapasitor adalah peralatan listrik yang dapat menghasilkan daya reaktif yang diperlukan oleh beban sehingga aliran daya reaktif di saluran dapat berkurang dengan kata lain kapasitor bermanfaat menaikkan faktor daya, memperbaiki profil tegangan serta mengurangi rugi-rugi. Penempatan kapasitor dengan kapasitas kapasitor yang berdasarkan arus beban dapat memimisasi rugi-rugi dan perbaikan profil tegangan. Skripsi ini bertujuan menentukankapasitas dan penempatan lokasi banyak kapasitor paralel dengan menggunakan perhitungan arus reaktif.Studi kasus ini dilakukan pada penyulang Badai GI Teluk Betung dan analisis aliran daya menggunakan software MATPOWER 4.2. Dari hasil simulasi dapat disimpulkan bahwa dengan pemasangan kapasitor paralel pada sistem distribusi di penyulang Badai di GI Teluk Betung dapat mengurangi rugi-rugi total daya aktif dan reaktif. Sebelum pemasangan kapasitor didapat rugi-rugi daya aktif total sebesar 211,690 kW dan daya reaktif total sebesar 190,457 kVAR. Hasil simulasi menunjukkan bahwa penempatan optimal banyak kapasitor paralel adalah pada bus 43 dan 2. Setelah penempatan dua kapasitor diperoleh rugi-rugi daya aktif sebesar 163,025 kW dengan presentase pengurangan 22,99% dan rugi-rugi daya reaktif total sebesar 146,873 kVAR dengan presentase sebesar 22,88%. Kata kunci : kapasitor paralel, perhitungan arus reaktif, rugi-rugi daya, GI Teluk Betung.

ABSTRACT

DETERMINATION OF CAPACITY AND PLACEMENT OF PARALLEL CAPACITORS ON BADAI FEEDER IN TELUK BETUNG SUBSTATION USINGREACTIVE CURRENT CALCULATION

By

Brillian Unggul Wicaksono

Capacitors are electrical equipment that can generate reactive power required by the load so that the reactive power flow in the line can be reduced, in other words capacitors are useful to increase power factor, improve voltage profile and reduce losses. Placement of the capacitors with its capacity based on the current load can minimize losses and improve voltage profile. This thesis aims to determine the capacity and the placement location of many capacitor parallel by using reactive current calculation. This case study is conducted on Badai feeder in Teluk Betung substation and power flow analysis is performed using MATPOWER 4.2 software. From the simulation results can be concluded that with the placement of parallel capasitors on distribution system in Badai feeder in Teluk Betung substation can reduce the total active power losses and total reactive power losses. Before placement the capacitors, the active power losses obtained is 211,690 kW and the total reactive power losses is 190,457 kVAR. The simulation results showed that the optimal placements of many parallel capacitors are on bus 43 and bus 2. After placing two capacitors the total active power losses obtained is 163,025 kW or percentage of reduction is 22,99% and a reduction of the total reactive power losses is 146,873 kVAR with a percentage of 22,88%. Keywords : parallel capacitor, reactive current calculation, power losses, GI Teluk Betung.

PENENTUAN KAPASITAS DAN PENEMPATAN BANYAK KAPASITOR PARALEL PADA PENYULANG BADAI DI GI TELUK BETUNG MENGGUNAKAN PERHITUNGAN ARUS REAKTIF

Oleh BRILLIAN UNGGUL WICAKSONO

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNIK

Pada

Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR LAMPUNG 2016

RIWAYAT HIDUP

Brillian Unggul Wicaksono adalah nama penulis skripsi ini. Penulis lahir dari orang tua bernama Ir. Istiyono Susianto dan Triningrum, Skm sebagai anak pertama dari tiga bersaudara. Penulis dilahirkan di Kota Bandar Lampung, Provinsi Lampung pada tanggal 24 September 1991. Penulis menempuh pendidikan dimulai dari TK Xaverius 1 Tanjungkarang, melajutkan ke SD Fransiskus 1 Tanjungkarang (lulus tahun 2003), melanjutkan ke SMP Fransiskus 1 Tanjungkarang (lulus tahun 2006), SMA Negeri 3 Bandar Lampung (lulus tahun 2009), hingga akhirnya pada tahun 2009 menempuh masa kuliah di Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro, Universitas Lampung melalui jalur Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN). Dalam menempuh pendidikan di Universitas Lampung penulis juga aktif dalam organisasi kerohanian universitas yaitu Unit Kegiatan Mahasiswa Kristen (UKMK) dan juga Fakultas Teknik yaitu Forum Komunikasi Mahasiswa Kristen - Fakultas Teknik (FKMK-FT). Selain kegiatan kerohanian penulis juga menjabat sebagai asisten Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi selama dua semester. Penulis melaksanakan Kerja Praktik (KP) di Unit PLTD Teluk Betung dengan

judul “Sistem Eksitasi Generator Smerslikker Verr Di PT. PLN (Persero) Pembangkitan Sumbagsel Unit PLTD Teluk Betung” Dengan tekad serta motivasi yang besar untuk terus belajar dan berusaha penulis telah berhasil menyelesaikan penulisan tugas akhir skripsi ini. Penulis berharap dengan penulisan tugas akhir skripsi ini memberikan kontribusi positif bagi dunia pendidikan. Akhir kata penulis mengucapkan rasa syukur kepada Tuhan atas terselesaikannya skripsi yang berjudul “Penentuan Kapasitas dan Penempatan Banyak Kapasitor Paralel pada Penyulang Badai di GI Teluk Betung Menggunakan Perhitungan Arus Reaktif”

I Dedicate to

Papa dan Mama Tercinta

Istiyono Susianto dan Triningrum

Adik-adikku Tersayang

Yossafat Galang Rakasiwi Sarah Amanda Kartika R

Keluarga Besar, Dosen, Teman, dan Almamater.

MOTTO “Takut akan TUHAN adalah permulaan pengetahuan, tetapi orang bodoh menghina hikmat dan didikan.” ~ Amsal 1 : 4

“Berbahagialah orang yang mendapat hikmat, orang yang memperoleh kepandaian, karena keuntungannya melebihi perak, dan hasilnya melebihi emas.” ~ Amsal 3 : 11 – 12

“Karena hikmat lebih berharga dari emas dan permata, apapun yang diinginkan orang, tidak dapat menyamainya.” ~ Amsal 8 : 11

“Tangan yang lamban membuat miskin, tetapi tangan orang rajin menjadikan kaya” “Siapa mengindahkan didikan, menuju jalan kehidupan, tetapi siapa mengabaikan teguran tersesat.” ~ Amsal 10 : 4, 17

“Dengarkanlah nasihat dan terimalah didikan, supaya engkau menjadi bijak di masa depan. Banyaklah rancangan di hati manusia, tetapi keputusan Tuhanlah yang terlaksana.” ~ Amsal 19 : 20 - 21

Sebab itu janganlah kamu kuatir akan hari besok, karena hari besok mempunyai kesusahannya sendiri. Kesusahan sehari cukuplah untuk sehari." ~ Matius 6:34

Serahkanlah segala kekuatiranmu kepada-Nya, sebab Ia yang memelihara kamu. ~ 1 Petrus 5:7

“Maksimalkan segala talenta yang Tuhan berikan kepada anda” ( Brillian Unggul Wicaksono, S.T. )

SANWACANA

Puji syukur saya ucapkan kehadirat Tuhan Yesus Kristus atas kasih dan karunia yang telah diberikan sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir skripsi yang berjudul “Penentuan Kapasitas dan Penempatan Banyak Kapasitor Paralel pada Penyulang Badai di GI Teluk Betung Menggunakan Perhitungan Arus Reaktif”. Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk memenuhi kurikulum sarjana strata1(S1) pada Jurusan Teknik Elektro, Jurusan Teknik, Universitas Lampung. Dalam penyusunan skripsi ini adapun suka maupun duka, namun laporan ini dapat terselesaikan berkat bantuan dan dukungan dari berbagai macam pihak. Untuk itu saya mengucapkan terimakasih kepada : 1.

Bapak Prof. Suharno, M.Sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung;

2.

Bapak Dr. Eng., Helmy Fitriawan, S.T., M.Sc., selaku Pembantu Dekan I Fakultas Teknik Universitas Lampung yang sekaligus sebagai Pembimbing Akademik;

3.

Bapak Dr. Ing. Ardian Ulvan, S.T., M.Sc., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung;

4.

Bapak Dr. Herman H Sinaga, selaku Sekretaris Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung dan juga selaku penguji skripsi yang telah memberi bimbingan, kritik serta saran dalam penyelesaian skripsi ini;

5.

Bapak Osea Zebua, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing utama skripsi yang telah memberikan banyak ilmu, kritik dan saran, serta selalu membimbing dalam penyelesaian skripsi ini;

6.

Bapak Ir. Noer Soedjarwanto, M.T., selaku dosen pembimbing pendamping skripsi yang telah juga memberikan banyak ilmu, kritik dan saran, serta selalu membimbing dalam penyelesaian skripsi ini;

7.

Seluruh dosen dan karyawan Fakultas Teknik dan Jurusan Teknik Elektro, yang telah memberi ilmu, bimbingan dan bantuan hingga penulis selesai menyusun skripsi ini;

8.

Mbak Anizar selaku Teknisi Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi serta teknisi dari laboratorium Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung;

9.

Orang tua (Papa dan Mama) tercinta dan adik-adik (Galang dan Sarah) tercinta, yang telah memberi semangat dan dukungan doa, moril serta sukacita;

10. Sahabat-sahabat seperjuangan Kemiling Inside Ari (uwak), Albet (zuko), Taufik (jelongop), Widi (Mas Iyat); sahabat seperjuangan dari SMA hingga menempuh gelar sarjana Binsar Daniel Sandi Togatorop; Besbeng Crew M. Rifqi (Mbeu botak), Dedy Irawan (Didie Botoy), Ranny, Riyo (modus), Annora, Mardyiah (Emak), Fedryan, Nisa, Idon (Pak Lur), Robert, Flesi (Cantik), Helmi (Nenek Ijo); sahabat Batak JS.Panjaitan, JA.Barus, LT.Gultom, BM.Sinaga; beserta rekan-rekan angkatan Elektro 2009 lain yang telah membantu dalam memberikan gagasan, pengetahuan, semangat, doa dan terimakasih atas kebersamaan yang dijalin dari awal hingga akhir masa studi;

11. Teman-teman persekutuan UKMK dan FKMK-FT terimakasih untuk kebersamaannya, bantuan, semangat dan doa-doanya; 12. Saudara seiman dalam Gereja di COOL Distrik 9 terutama COOL Beringin Raya 2 yang telah memberi semangat, sukacita dan dukungan doa dan COOL BKP (Ganda, Kardo, Gunawan, Aris, Mas Lukas, Purba dan yang lainnya) yang juga turut membantu, memberi semangat dan dukungan doa; 13. Hetty Samosir sahabat yang mengajarkan aku Bahasa Inggris dengan kemampuannya yang luar biasa, terus berjuang menuntut ilmu di negeri orang yang jauh disana, terus menjadi guru yang baik dan bijaksana; 14. Mery Hutauruk yang juga memberikan, motivasi, semangat dan doa. Thank You so Much; 15. Semua pihak yang membantu dan tidak bisa saya sebutkan satu persatu.

Demikian skripsi ini saya tulis, oleh sebab itu perlu kritik dan saran agar kedepannya semakin baik lagi. Semoga skripsi ini berguna dan bermanfaat bagi kita semua. Atas perhatiannya saya mungucapkan terimakasih.

Bandar Lampung,

Agustus 2016

Brillian Unggul Wicaksono

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR ISI .....................................................................................................

v

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ viii DAFTAR TABEL .............................................................................................

x

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar belakang ...................................................................................

1

1.2 Tujuan Penelitian ...............................................................................

2

1.3 Rumusan Masalah .............................................................................

2

1.4 Batasan Masalah ................................................................................

3

1.5 Manfaat Penelitian.............................................................................

3

1.6 Kerangka Pemikiran ..........................................................................

3

1.7 Hipotesis ............................................................................................

4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sistem Tenaga Listrik ........................................................................

5

2.2 Daya .................................................................................................

6

2.2.1 Daya Aktif ...............................................................................

6

2.2.2 Daya Reaktif............................................................................

6

2.2.3 Daya Semu ..............................................................................

7

2.3 Sifat Beban Listrik .............................................................................

7

2.4 Aliran Daya........................................................................................

9

2.5 Aliran Daya pada Sistem Distribusi Radial ....................................... 10 2.6 Rugi-rugi Daya .................................................................................. 11 2.6.1 Rugi-rugi Saluran .................................................................. 12 2.7 Kapasitor............................................................................................ 14 2.7.1 Kapasitor Seri ........................................................................ 14 2.7.2 Kapasitor Pararel (Capasitor Shunt) ..................................... 17 2.8 Rugi-rugi Pada Sistem Distribusi Radial dengan Perhitungan Arus Reaktif ........................................................................................ 21

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ............................................................. 25 3.2 Alat dan Bahan.................................................................................... 25 3.3 Tahapan Penelitian.............................................................................. 26 3.3.1 Mengidentifikasi Masalah ........................................................ 26 3.3.2 Studi Literatur........................................................................... 26 3.3.3 Pengumpulan Data.................................................................... 26 3.3.4 Simulasi Aliran Daya pada Jaringan Distribusi Penyulang

Badai ........................................................................................ 26 3.3.5 Simulasi Penempatan Banyak Kapasitor Paralel...................... 27 3.3.6 Menganalisa Hasil yang Didapat.............................................. 29 3.3.7 Membuat Kesimpulan dari Hasil Penelitian ............................. 29 3.4 Diagram Alir Penelitian ...................................................................... 30 3.5 Diagram Alir Program ........................................................................ 31

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Penyulang Badai di GI Teluk Betung........................................ 32 4.1.1 Permodelan Saluran .............................................................. 36 4.2 Hasil Simulasi.................................................................................... 41 4.3 Hasil Perhitungan Sebelum Diberikan Kapasitor.............................. 43 4.4 Hasil Perhitungan Setelah Diberikan Satu Kapasitor ........................ 46 4.5 Hasil Perhitungan Setelah Diberikan Kapasitor Kedua..................... 49 4.6 Analisis .............................................................................................. 53

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ......................................................................................... 53 5.2 Saran ................................................................................................... 54

DAFTAR PUSTAKA........................................................................................ LAMPIRAN

xi

DAFTAR GAMBAR

Halaman

1. Gambar 2.1 Segitiga Daya......................................................................... 7 2. Gambar 2.2 Gelombang dengan beban resistif tegangan dan arus sefasa . 8 3. Gambar 2.3 Gelombang dengan beban induktif dengan arus lagging....... 8 4. Gambar 2.4 Gelombang dengan beban kapasitif arus leading .................. 9 5. Gambar 2.5 Rangkaian Seri....................................................................... 15 6. Gambar 2.6 Diagram fasor pada kapasitor seri ......................................... 16 7. Gambar 2.7 Rangkaian Paralel .................................................................. 18 8. Gambar 2.8 Diagram fasor pada kapasitor paralel .................................... 19 9. Gambar 2.9 Penempatan Kapasitor dengan Perhitungan Arus Reaktif pada Sistem Distribusi Radial ........................................................................... 23 10. Gambar 3.1 Contoh Penempatan Banyak Kapasitor dengan Perhitungan Arus Reaktif pada Sistem Distribusi........................................................ 28 11. Gambar 3.2 Diagram Alir Penelitian.......................................................

30

12. Gambar 3.4 Diagram Alir Penentuan Kapasitas dan Lokasi Optimal Banyak Kapasitor Paralel.......................................................................

31

13. Gambar 4.1 Saluran Penyulang Badai...................................................... 34 14. Gambar 4.2 Single Line Diagram Penyulang Badai ...............................

35

15. Gambar 4.3 Perbandingan Profil Tegangan ............................................. 56

DAFTAR TABEL

1. Tabel 4.1 Data Saluran.............................................................................. 36 2. Tabel 4.2 Parameter Total Kabel Tiap Saluran ..........................................38 3. Tabel 4.3 Data Beban Setiap Bus...............................................................38 4. Tabel 4.4 Data Beban Setiap Bus pada Command Window MATLAB...................................................................................................41 5. Tabel 4.5 Rugi-rugi daya Aktif dan Rugi-rugi Daya Reaktif pada Saluran Sebelum Diberikan Kapasitor ....................................................................43 6. Tabel 4.6 Branch Data................................................................................45 7. Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Kompensasi dengan Satu Kapasitor Paralel pada Setiap Bus ..........................................................................................46 8. Tabel 4.8 Rugi-rugi Daya Aktif dan Rugi-rugi Daya Reaktif pada Saluran Setelah Diberikan Satu Kapasitor .................................................48 9. Tabel 4.9 Hasil Perhitungan Kompensasi Kapasitor Paralel pada Setiap Bus Setelah Diberikan Kapasitor Kedua....................................................50 10. Tabel 4.10 Rugi-rugi Tiap Saluran Ketika Sudah Diberi Dua Kapasitor Paralel.........................................................................................................52 11. Tabel 4.11 Persentase Pengurangan Rugi-rugi Total.................................53 12. Tabel 4.12 Tegangan Tiap Bus ..................................................................54

I. PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang Pada masa sekarang listrik merupakan salah satu energi yang di perlukan bahkan menjadi suatu kebutuhan pokok bagi setiap masyarakat dalam kehidupan sehari-hari. Listrik juga merupakan salah satu

unsur untuk

meningkatkan perekonomian dan kesejahteraan masyarakat. Pada era modern ini dan dalam

kurun waktu kedepan penggunaan listrik akan

semakin meningkat dikarenakan bertambahnya penduduk dan penggunaan elektronik disetiap rumah tangga juga munculnya industri-industri baru. Dalam rumah tangga maupun

industri, listrik sangat diperlukan untuk

penerangan, komunikasi, dan lain lain. Berbagai beban listrik jenis induktif membutuhkan daya reaktif dari sumber, sehingga bila beban listrik induktif ini semakin meningkat, maka rugi-rugi akibat arus reaktif juga semakin meningkat dan berkontribusi pada peningkatan rugi-rugi secara keseluruhan. Salah satu cara yang dilakukan untuk mengurangi rugi-rugi daya reaktif adalah dengan kompensasi daya reaktif. Menempatkan kapasitor paralel pada saluran distribusi adalah salah satu hal yang dilakukan untuk kompensasi daya reaktif.

2

Dalam melakukan penempatan kapasitor paralel perlu mempertimbangkan rugi-rugi daya aktif total sistem distribusi, sehingga perbaikan tegangan pada semua bus dan dapat menghemat energi. Kapasitas kapasitor yang akan dipasang dan beban yang terhubung juga mempengaruhi penempatan optimal kapasitor pararel. Menempatan kapasitor berdasakan besar arus beban pada setiap bus hanya memperbaiki kondisi pada bus tersebut, tetapi tidak memaksimalkan pengurangan rugi-rugi dan perbaikan profil tegangan dari seluruh sistem. Dalam skripsi ini, masalah penempatan banyak kapasitor pararel untuk meminimalkan kerugian optimal sistem distribusi diselesaikan dengan menggunakan pehitungan arus reaktif. Arus reaktif antara sumber dan bus sebagai lokasi penempatan kapasitor dijadikan sebagai acuan untuk menentukan kapasitas kapasitor. Studi kasus yang digunakan adalah penyulang Badai di Gardu Induk Teluk Betung, Bandar Lampung.

1.2

Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah 1.

Memperbaiki faktor daya untuk menaikkan tegangan dan dapat meminimalisir rugi-rugi pada saluran.

1.3

Rumusan Masalah Secara garis besar rumusan permasalahan tujuan penelitian ini adalah : 1.

Adanya beban bersifat induktif yang akan menyerap daya reaktif, yang kemudian akan dapat menimbulkan jatuh tegangan pada sisi penerima.

3

1.4

Batasan Masalah Berdasarkan latar belakang maka batasan masalah pada penulisan skripsi ini yaitu : 1.

Analisis dilakukan dengan menggunakan perhitungan arus reaktif.

2.

Jaringan yang digunakan adalah penyulang Badai.

3.

Peneitian ini hanya membahas masalah teknis, tidak membahas dari segi ekonomis.

1.5

Manfaat Penelitian Dari penelitian ini dapat diperoleh manfaat sebagai berikut : 1. Memperbaiki faktor daya untuk memperbaiki jatuh tegangan dan rugirugi arus beban reaktif dapat diminimalisir.

1.6

Kerangka Pemikiran Dalam kerangka pemikiran skripsi ini penempatan optimal banyak kapasitor paralel untuk mengurangi total rugi-rugi daya aktif dan total rugi-rugi energi yang minimum pada sistem distribusi daya listrik dapat dilakukan dengan pemasangan kapasitor paralel untuk meminimalkan kerugian daya aktif yang terjadi pada sistem distribusi daya listrik.

4

1.7

Hipotesis Dengan penempatan kapasitor pada sistem distribusi daya listrik dan dengan menggunakan perhitungan arus reaktif, penempatan banyak kapasitor tersebut dapat mengurangi rugi-rugi daya aktif secara optimal dan mengurangi rugi-rugi energi pada sistem distribusi pada penyulang Badai di Gardu Induk Teluk Betung.

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Sistem Tenaga Listrik Sistem tenaga listrik terdiri dari tiga komponen utama, yaitu pembangkitan tenaga listrik, transmisi dan distribusi. Pada pusat listrik dilakukan pembangkitan tenaga listrik dengan cara memanfaatkan generator sinkron. Tenaga listrik yang telah dihasilkan pada pusat listrik akan ditransmisikan ke beban melaui saluran transmisi. Sebelum disalurkan, tegangan dinaikkan dengan menggunakan transformator penaik tegangan (step-up) pada pusat listrik. Tegangan tersebut dinaikkan ke level tegangan tinggi (antara 70 kV sampai 150 kV). Saluran transmisi yang digunakan bisa berupa saluran udara maupun kabel tanah. Daya listrik pada saluran transmisi disalurkan ke Gardu Induk kemudian tegangannya diturunkan menggunakan transformator penurun tegangan (stepdown) menjadi tegangan menengah. Besar tegangan menengah yang digunakan PLN adalah sebesar 20 kV. Tegangan menengah ini dapat digunakan langsung oleh konsumen yang mempunyai daya terhubung besar seperti industri. [11] Daya listrik tegangan menengah belum dapat digunakan oleh konsumen rumahan.

Untuk dapat menggunakannya tengangan menengah tersebut

6

kemudian diturunkan melalui gardugardu distribusi menjadi tegangan rendah sebesar 380/220 V.

2.2

Daya Daya adalah laju energi yang dihantarkan selama melakukan usaha dalam waktu tertentu. Daya merupakan besaran skalar, karena daya hanya memiliki nilai, tetapi tidak memiliki arah. Daya memiliki satuan watt (W), dimana tegangan dikalikan dengan arus. Dimana P adalah daya, V adalah tegangan (volt), dan I adalah arus (ampere), sehingga besarnya daya dinyatakan dalam persamaan : P=VxI

(2.1)

2.2.1 Daya Aktif Daya aktif adalah daya yang terpakai dibutuhkan oleh beban resistif. Satuan daya aktif adalah watt. Adapun persamaannya adalah sebagai berikut: Untuk satu fasa : P = V.I.Cos φ

(2.2)

Untuk tiga fasa : P = √3.V.I.Cos φ

(2.3)

2.2.2 Daya Reaktif Daya reaktif adalah daya yang digunakan untuk membangkitkan flux magnetik sehingga timbul magnetisasi, daya ini dikembalikan ke sistem karena ada efek induksi elektromagnetik itu sendiri, dengan kata lain daya ini merupakan beban pada suatu sistem tenaga listrik. Satuan dari daya reaktif adalah VAR. Daya reaktif dinyatakan dalam persamaan :

7

Untuk satu fasa : Q = V.I.Sin φ

(2.4)

Untuk tiga fasa : Q = √3.V.I.Sin φ

(2.5)

2.2.3 Daya Semu Daya semu adalah daya yang dihasilkan oleh perkalian antara tegangan dan arus dalam satu jaringan. Satuan daya semu adalah VA. Segitiga daya merupakan segitiga yang menggambarkan hubungan antara daya semu, daya aktif dan daya reaktif ditunjukkan pada gambar 2.1 berikut.

Gambar 2.1. Segitiga daya Dimana secara umum persamaanya dituliskan sebagai berikut :

2.3

S = V.I

(2.6)

P = S x Cos φ

(2.7)

Q = S x Sin φ

(2.8)

Sifat Beban Listrik Ada tiga jenis beban yang harus ditopang oleh pembangkit listrik. Berikut adalah tiga jenis beban tersebut :

8

2.3.1 Beban Resistif (R) Beban listrik yang dihasilkan oleh alat-alat listrik yang bersifat murni tahan (resistor) contohnya pada elemen pemanas dan lampu pijar. Beban jenis ini hanya mengkonsumsi beban aktif dan mempunyai faktor daya sama dengan satu. Tegangan dan arus sefasa.

Gambar 2.2. Gelombang dengan beban resistif tegangan dan arus sefasa 2.3.2 Beban Induktif (L) Beban induktif yaitu beban yang terdiri dari kumparan kawat yang dililitkan pada suatu inti, contohnya seperti transformator, coil, motor listrik, dan lain-lain. Beban induktif menyerap daya aktif dan daya reaktif. Beban induktif dapat mengakibatkan pergeseran fasa pada arus sehingga bersifat lagging.

Gambar 2.3. Gelombang dengan beban induktif dengan arus lagging

9

2.3.3 Beban Kapasitif (C) Beban kapasitif yaitu beban yang memiliki kemampuan untuk menyimpan energi yang berasal dari pengisian elektrik. Beban ini menyebabkan arus leading terhadap tegangan. Beban ini menyerap daya aktif dan mengeluarkan daya reaktif.

Gambar 2.4. Gelombang dengan beban kapasitif arus leading

2.4

Aliran Daya Aliran daya adalah solusi dari kondisi operasi sistem tenaga listrik pada keadaan steady-state, yang memberikan gambaran dan dapat dijadikan batasan mengenai operasi sistem tenaga listrik yang dinamis. Studi aliran daya pada sistem tenaga listrik akan memberikan informasi tentang daya nyata (real power), daya reaktif (reactive power), tegangan dan sudut fasa pada sistem. Dalam sistem tenaga bus dapat diklarifikasikan menjadi tiga jenis, yaitu : 1. Bus PQ Tipe bus ini digunakan untuk bus beban, pada bus ini daya aktif (P) dan reaktif (Q) diketahui dan besaran yang dapat dihitung pada bus ini adalah tegangan (V) dan sudut (δ).

10

2.

Bus PV

Pada bus ini daya aktif (P) dana tegangan (V) ditentukan sebagai variabel yang diketahui. Secara umum bus dari pembangkit listrik dapat diketahui sebagai bus PV, karena tegangan pada bus ini dapat dikontrol dengan kapasitas daya reaktif yang dibangkitkan. Besaran yang dihitung pada bus ini adalah daya reaktif yang dibangkitkan. Besaran yang dihitung pada bus ini adalah daya reaktif (Q) dan sudut tegangan (δ). 3.

Slack Bus

Slack Bus sering disebut Swing Bus. Besaran yang diketahui dari bus ini adalah tegangan (V) dan sudut (δ). Suatu sistem tenaga biasanya didesain memiliki bus ini yang dijadikan sebagai referensi, secara umum besaran dari sudut ini adalah nol (δ = 0o) .

2.5

Aliran Daya pada Sistem Distribusi Radial Persamaan aliran daya pada sistem distribusi radial dapat diperoleh dari hubungan antara daya kompleks dan tegangan bus. Misalkan Sij adalah daya kompleks yang mengalir dari bus i dan bus j, maka, =

+

=

(

Daya pada bus i dinyatakan sebagai, +

= =

∗

−

)

∗

(2.9)

+

()

()

∗

(

∗

−

∗

)

∗

dimana k(i) adalah himpunan bus-bus yang terhubung ke bus i.

(2.10)

11

Untuk elemen saluran ij yang terhubung antara bus i dan bus j, arus pada bus j dapat dinyatakan dengan persamaan,

atau,

=

−

( )

( ( ))

(2.11)

−

(2.12)

=

dimana k(j) adalah himpunan bus-bus yang terhubung ke bus j. Menyatakan jumlah arus saluran antara bus i dan bus j. ∑

( ( ))

menyatakan jumlah

arus saluran antara bus i dan bus j. Hubungan antara arus setiap Ibus dan arus setiap saluran Isaluran secara umum dapat dinyatakan dengan,

Ibus = K . Isaluran

(2.13)

dimana K adalah elemen matriks insiden yang menyatakan hubungan antar bus. Matriks K adalah matriks bujursangkar yang tidak singular dengan orde N, dimana N menyatakan jumlah bus. Bila l menytakan elemen matriks dimana l = 1, 2, 3, ...., N, maka elemen diagonal dari matriks K adalah 1, atau K(l,l) = 1. Bila p adalah elemen ke-l yang menyatakan bus pengirim K(p,l) =1, sebaliknya jika r menyatakan bus penerima, maka K(l,r) = -1

2.6

Rugi-rugi Daya Dalam poses transmisi dan distrbusi tenaga listrik sering kali mengalami rugi-rugi daya yang cukup besar yang diakibatkan oleh rugi-rugi pada saluran dan juga rugi-rugi pada trafo yang digunakan. Kedua jenis rugi-rugi daya tersebut memberikan pengaruh yang besar terhadap kualitas daya serta tegangan yang dikirimkan kesisi pelanggan. Nilai tegangan yang melebihi

12

batas toleransi akan dapat menyebabkan tidak optimalnya kerja dari peralatan listrik disisi konsumen. Selain itu, rugi-rugi daya yang besar akan menimbulkan kerugian finansial disisi perusahaan pengelola listrik. Rugirugi yang terjadi pada jaringan distribusi dijelaskan sebagai berikut [12] : 2.6.1 Rugi-rugi Saluran Pemilihan jenis kabel yang akan digunakan pada jaringan distribusi merupakan faktor penting yang harus diperhatikan dalam perencanaan dari suatu sistem tenaga listrik. Jenis kabel dengan nilai resistansi yang kecil akan dapat memperkecil rugi-rugi pada salur an distribusi. Untuk mengetahui rugi-rugi saluran dapat ditulis dengan persamaan sebagai berikut [13]: Pt = 3 x I2R dimana :

Pt

= rugi-rugi pada saluran (watt)

R

= resistansi pada saluran per fasa (ohm)

I

= arus yang mengalir per fasa (ampere)

(2.14)

Arus yang mengalir pasa saluran tiga fasa adalah

I=

√ .

.

(2.15)

Dimana : P = Daya beban pada ujung penerima (watt) Vr = Tegangan fasa ke fasa pada ujung penerima transmisi (volt) Cos φ = Faktor daya beban

13

Nilai resistansi dari suatu penghantar merupakan penyebab utama rugi-rugi daya yang terjadi pada jaringan distribusi. Nilai resistansi dari suatu penghantar dipengaruhi oleh beberapa parameter. Berikut adalah resistansi penghantar :

= dimana,

ℓ

R

= resistansi saluran (ohm)

ρ

= resistivitas bahan penghantar (ohm-meter)

ℓ

= panjang penghantar (meter)

A

= luas penampang (mm2)

(2.16)

Dari persamaan (2.16) di atas terdapat tiga variabel yang mempengaruhi nilai resistansi dari suatu saluran, yaitu panjang, resistivitas bahan, dan luas penampang dari penghantar. Berbagai upaya dilakukan untuk memperkecil nilai jatuh tegangan dan rugirugi daya yang terjadi pada saluran distribusi. Selain merugikan perusahaan hal tersebut juga merugikan pihak pelanggan yang menuntut jasa layanan dengan kualitas yang baik. Berikut adalah beberapa upaya untuk mengurangi jatuh tegangan dan memperkecil rugi-rugi saluran: 

Membangun pembangkit pembantu



Membangun gardu induk dan jaringan baru yang lebih handal



Pemindahan beban ke penyulang lain yang bisa mencukupi kebutuhan beban

14

2.7



Pengaturan tegangan penyulang menggunakan alat pengatur tegangan



Penyeimbangan beban



Pemasangan kapasitor

Kapasitor Kapasitor adalah peralatan listrik yang bisa menghasilkan daya reaktif yang diperlukan oleh beban sehingga aliran daya reaktif disaluran bisa berkurang, dengan kata lain kapasitor bemanfaat untuk menaikkan faktor daya. Semakin tinggi faktor daya semakin efisien pula penyaluran daya-nya. Secara teoritis sistem dengan faktor daya rendah tentunya akan menyebabkan arus yang dibutuhkan dari pensuplai menjadi besar. Hal ini akan menyebabkan rugi rugi daya (daya reaktif) dan jatuh tegangan menjadi lebih besar. Untuk memperbesar harga cos φ (faktor daya) yang rendah hal yang mudah dilakukan adalah memperkecil sudut φ sehingga menjadi φ1. Sedang untuk memperkecil sudut φ itu hal yang mungkin dilakukan adalah memperkecil komponen daya reaktif. Berarti komponen daya reaktif yang bersifat induktif harus dikurangi dan pengurangan itu bisa dilakukan dengan menambah suatu sumber daya reaktif yaitu berupa kapasitor. 2.7.1 Kapasitor Seri Kapasitor seri adalah rangkaian dari beberapa kapasitor (dua ataupun lebih) yang dihubungkan secara seri atau berantai. Untuk mengetahui total nilai beberapa kapasitor yang dihubungkan secara seri dapat menggunakan rumus

15

yang mirip dengan resistor paralel. Misalkan beberapa kapasitor dirangkai secara seri dengan kapasitas masing masing kapasitor sebesar C1, C2, C3 dan Cn. Maka beberapa kapasitor tersebut dirangkai seperti gambar 2.5 berikut.

Gambar 2.5. Rangkaian seri Maka untuk menghitung besarnya nilai total kapasitor adalah 1

Ctotal

=

1

C1

+

1

C2

+

1

C3

+

1

(2.17)

Cn

Apabila kapasitor dipasang seri pada saluran, maka kapasitor akan mengkompensasi reaktansi induktif. Sehingga kapasitor memiliki reaktansi negatif dalam hubungan seri dengan rangkaian reaktansi positif, dimana memberikan efek kompensasi dan akan meminimalkan jatuh tegangan yang disebabkan sifat induktif pada jaringan. Z = R +J XL

Z = R - J (XL – XC) XC I

IS Vs

VR

(a) Rangkaian seri sebelum

dipasang kapasitor

Vs

(b) Rangkaian seri setelah dipasang kapasitor

VR

16

(c) Diagram fasor sebelum dipasang kapasitor

(d) Diagram fasor setelah dipasang kapasitor

Gambar 2.6 Rangkaian dan diagram fasor pada kapasitor seri Untuk pemakaian pada saluran distribusi, ukuran kapasitor dipilih sedemikian rupa sehingga resultan reaktansi akan mengecil dengan penambahan reaktansi kapasitif. Pada gambar diagram fasor 2.6 (a) dan (c) adalah jatuh tegangan pada saluran dapat dinyatakan dengan persamaan berikut : VD = IR cos  + IXL sin  dimana

R

= resistansi saluran

XL

= reaktansi induktif saluran

Cos 

= faktor daya sisi penerima

Sin 

= sinus sudut fase sisi penerima

(2.18)

Seperti ditunjukkan pada gambar 2.6 terlihat bahwa pemasangan kapasitor mengurangi rugi-rugi akibat adanya reaktansi induktif dan tidak mengubah besar sudut fase dari sisi penerima.

17

Ketika rangkaian kapasitor ditempatkan, seperti ditunjukkan pada gambar 2.6 (b) dan (d), tegangan jauh semakin rendah, dengan persamaan berikut : VD = IR cos  + I (XC –XL) sin 

(2.19)

dimana XC adalah reaktansi kapasitif dari kapasitor seri. Biasanya untuk kompensasi reaktansi induktif, ukuran kapasitor seri yang dipilih untuk aplikasi pada sistem distribusi memperhatikan besarnya reaktansi induktif dari sistem distribusi. Sehingga jatuh tegangan yang dihasilkan pada persamaan berikut: VD = IR cos  – I (XC – XL) sin  Penggunaan

kapasitor

dengan

nilai

kapasitas

(2.20) yang

terlalu

besar

menyebabkan resultan reaktansi membesarAdapun kelebihan dari kapasitor seri, praktis dan daya stabil tinggi, jika ada kerusakan mudah dalam mengidentifikasikannya, tidak memerlukan komponen yang banyak dengan kata lain dari segi ekonomis lebih murah. Kekurangan dari kapasitor seri yaitu konsumsi daya harus tinggi supaya daya stabil, mengganggu komponen lain apabila salah satu komponen rusak, arus listrik yang sama tetapi tegangan berbeda-beda. 2.7.2 Kapasitor Pararel (Capacitor Shunt) Kapasitor paralel adalah rangkaian dari beberapa kapasitor (dua atau lebih) yang disusun secara sejajar. Untuk mengetahui nilai total beberapa kapasitor

18

yang dihubungkan paralel dapat menggunakan rumus yang mirip dengan resistor seri. Misalkan beberapa kapasitor dirangkai secara paralel dengan kapasitas kapasitor masing masing C1, C2, C3, dan Cn, maka beberapa kapasitor tersebut dirangkai seperti gambar 2.8 berikut.

Gambar 2.7. Rangkaian paralel Maka untuk menghitung besarnya nilai total kapasitor adalah =

+

+

+

(2.21)

Kapasitor paralel[12], digunakan secara luas pada sistem distribusi untuk perbaikan faktor daya. Bila rangkaian itu diberi tegangan maka muatan elektron akan mengalir masuk ke kapasitor. Pada saat kapasitor penuh dengan muatan elektron maka tegangan akan berubah. Kemudian elektron akan ke luar dari kapasitor dan mengalir ke dalam rangkaian yang memerlukannya dengan demikian pada saaat itu kapasitor membangkitkan daya reaktif. Bila tegangan yang berubah itu kembali normal (tetap) maka kapasitor akan menyimpan kembali elektron. Pada saat kapasitor mengeluarkan elektron (Ic) berarti sama juga kapasitor menyuplai daya reaktif ke beban. Beban yang bersifat induktif sudut  adalah positif

19

sehingga daya reaktif Q positif. Beban yang bersifat kapasitif sudut



adalah negatif sehingga daya reaktif Q adalah negatif. Pada saluran distribusi, kapasitor paralel berguna untuk mengkompensasi rugi-rugi daya reaktif (I’X). Beban yang bersifat induktif akan menyerap daya reaktif, yang kemudian akan dapat menimbulkan jatuh tegangan pada sisi penerima. Dengan melakukan pemasangan kapasitor paralel, beban akan mendapatkan suplai daya reaktif. Kompensasi yang dilakukan oleh kapasitor paralel, akan dapat mengurangi penyerapan daya reaktif sistem oleh beban, dengan demikian jatuh tegangan yang terjadi dapat dikurangi. [17] Z = R +J XL

Z = R +J(XL – XC) XC

I2

I2 IC

VS

VR

VS

(a) Rangkaian seri sebelum dipasang kapasitor

(b) Rangkaian seri setelah dipasang kapasitor

VS’

VS IC

IZ’ I’XL

IXL VR 

VR

XC

VR ’

IR I

IR IC

I

(c) Diagram fasor sebelum dipasang kapasitor

(d) Diagram fasor setelah dipasang kapasitor

Gambar 2.8. Rangkaian dan diagram fasor pada kapasitor paralel Dari gambar 2.8 terlihat bahwa pemasangan kapasitor paralel mereduksi arus sumber (I). Ic merupakan arus yang diluahkan kapasitor saat kapasitor

20

terisi penuh. Ic akan mengalir kesisi penerima (VR), sehingga sisi pengirim (Vs) hanya mencukupkan arus yang dibutuhkan oleh beban sekitarnya. Oleh karena arus yang mengalir beban dicukupkan oleh arus injeksi kapasitor maka arus yang mengalir ke saluran jauh lebih kecil sehingga dapat mengurangi rugi-rugi daya aktif (Plosses) maupun rugi-rugi daya reaktif (Qlosses). Pada fasor juga menunjukkan bahwa Ic membuat garis vektor I naik dan memperkecil sudut antara arus dan tegangan, sehingga pemasangan kapasitor paralel akan memperbaiki faktor daya. Jatuh tegangan pada saluran dengan faktor daya lagging dinyatakan dengan persamaan berikut : VD = Ir R + IX XL Dimana

R

(2.22)

= Resistansi total saluran ()

XL = Jumlah reaktansi induktif saluran () Ir

= Komponen ril dari arus, (A)

Ix

= Komponen reaktif dari arus, komponen arus tertinggal 90o dari tegangan

Ketika dipasang kapasitor paralel, seperti ditunjukkan pada gambar 2.8 (b) dan (d) jatuh tegangan dihasilkan pada persamaan berikut : VD = Ir R + IX XL – IC XL

(2.23)

21

Dari persamaan (2.22) dan (2.23) dapat diketahui bahwa jatuh tegangan akan mengecil dengan penambahan kapasitor paralel pada jaringan. Penurunan tegangan yang terjadi sebesar : VR = IC XL

(2.24)

Adapun kelebihan dari kapasitor paralel, apabila salah satu komponen ada yang rusak maka tidak akan mempengaruhi komponen lain, dengan kata lain apabila salah satu dicabut maka yang lain akan tetap berfungsi. Kekurangan dari kapasitor paralel dari segi ekonomis lebih mahal dari kapasitor seri karena membutuhkan komponen yang banyak dan juga memiliki arus yang berbeda-beda sesuai dengan hambatan.

2.8

Rugi-rugi Pada Sistem Distribusi Radial dengan Perhitungan Arus Reaktif Sistem distribusi listrik biasanya mempunyai karakteristik jaringan radial dan kapasitas arus yang mengalir pada saluran lebih besar dari arus pada saluran transmisi. Beban yang terhubung umumnya jenis beban induktif dan resistif. Penyuplai daya reaktif satu satunya berasal dari sumber, sehingga rugi-rugi total dan rugi-rugi daya aktif total dengan n saluran menjadi lebih besar sesuai dengan persamaan: = =

(

+

)

(2.25) (2.26)

22

Dimana Im dan Rm menyatakan magnitude arus dan resistansi saluran m yang menghubungkan antar bus. Arus saluran terdiri dari komponen arus aktif (Ia) dan komponen arus reaktif (Ir), dan rugi-rugi daya aktif yang dihasilkan oleh masing-masing komponen ini adalah: =

(2.27)

=

(2.28)

Bila terdapat n saluran yang menghubungkan sumber dengan bus i, maka besar arus reaktif saluran antar sumber dan bus i adalah: =

∈

(2.29)

Dimana k adalah himpunan saluran antar bus yang menghubungkan sumber dengan bus i. Rugi-rugi daya aktif total akibat arus reaktif antara sumber dan bus i adalah: =

∈

(2.30)

23

Ilustrasi pada gambar 2.9 menunjukkan bahwa jika kapasitor dihubungkan pada bus 12, maka k = {1,2,3,4,7,8}.

Gambar 2.9. Penempatan kapasitor dengan perhitungan arus reaktif pada sistem distribusi. Kapasitor adalah sumber daya reaktif dan penggunanannya pada sistem distribusi untuk menyediakan daya reaktif bagi beban-beban induktif. Minimisasi rugi-rugi maksimum dengan menggunakan kapasitor paralel diperoleh bila arus yang di injeksikan oleh kapasitor adalah sama dengan arus reaktif total yang mengalir antara sumber dan bus i, sehingga, IC = Irit

(2.31)

Besar kapasitas kapasitor yang diapasang pada bus i adalah: C = Vi IC

(2.32)

24

Penempatan kapasitor pada jaringan distribusi memiliki peran yang baik. Bila suatu jaringan tidak memiliki sumber daya reaktif cukup di daerah sekitar beban, maka akan mengalir arus reaktif pada jaringan yang berakibat penurunan faktor daya, semakin besarnya rugi-rugi jaringan, penurunan tegangan khususnya pada ujung saluran dan regulasi tegangan yang memburuk. Pada skripsi ini membahas tentang kompensasi daya reaktif untuk memperbaiki jatuh tegangan dan mengurangi rugi-rugi pada saluran penyulang Badai GI Teluk Betung dengan menempatkan banyak kapasitor paralel dengan lokasi bus yang memiliki rugi-rugi terbesar. Kompensasi daya reaktif akan mengurangi beban arus reaktif yang mengalir pada saluran dan kapasitor paralel mensuplai daya atau arus reaktif untuk menetralkan komponen keluaran antar fasa dari arus yang diperlukan oleh beban induktif. Maka dengan demikian rugi-rugi sepanjang saluran dapat diminimalisir.

III. METODOLOGI PENELITIAN

3.1

Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian dilakukan pada bulan November 2015 sampai dengan Juni 2016. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Sistem Energi Elektrik Teknik Elektro Universitas Lampung sebagai tempat perhitungan untuk menyusun dan menaganalisa data.

Pengambilan data akan dilakukan di PT. PLN

(persero).

3.2

Alat dan Bahan Dalam mengerjakan tugas akhir adapun alat dan bahan yang digunakan untuk adalah sebagai berikut : 1.

Satu buah PC/Laptop

2.

Software Matlab

3.

Data dari PT. PLN (Persero)

26

3.3

Tahapan Penelitian Penelitian ini dilakukan dengan beberapa tahapan yaitu sebagai berikut : 3.3.1 Mengidentifikasi Masalah Pada tahapan ini penulis mengidentifikasi permasalahan yang terdapat pada sistem tenaga listrik. Dalam tugas akhir ini penulis mengangkat tentang penentuan kapasitas dan penempatan banyak kapasitor paralel untuk perbaikan daya aktif dengan perhitungan arus reaktif yang dilakukan pada sistem distribusi wilayah Lampung. 3.3.2 Studi Literatur Ini merupakan tahapan dimana penulis mengumpulkan data dan memperajari tentang perhitungan arus reaktif untuk perbaikan daya. Kemudian literatur-literatur yang didapat digunakan untuk dasar dalam menyelesaikan tugas akhir ini. 3.3.3 Pengumpulan Data Langkah selanjutnya adalah mengumpulkan data-data yang diperlukan dalam menulis tugas akhir ini. Data-data yang dikumpulkan berasal dari PT.PLN (Persero). Data yang dikumpulkan adalah 1. Data Jaringan Distribusi pada Penyulang Badai 2. Data Beban 3.3.4 Simulasi Aliran Daya pada Jaringan Distribusi Penyulang Badai Penelitian selanjutnya berlanjut kepada proses simulasi. Data-data yang telah terkumpul sebelumnya dilakukan perhitungan dengan menggunakan software Matlab.

27

3.3.5 Simulasi Penempatan Banyak Kapasitor Paralel Menentukan bus m sebagai lokasi penempatan kapasitor paralel dengan kapasitas yang dihitung dengan persamaan C = Vi Ic dan rugirugi yang dihasilkan. Kemudian mengulangi kembali untuk bus (m+1) tanpa menghilangkan kapasitor yang telah dipasang. Kemudian mencari sampai menemukan titik dimana ada beberapa kapasitor yang mempunyai nilai efisien dari perbaikan daya aktifnya. Penempatan kapasitor pada gambar 3.1 menunjukkan bahwa jika kapasitor dihubungkan pada bus 10, maka k = {1, 2, 3, 5, 6} dan menambahkan kapasitor yang dihubungkan pada bus 12, maka k = {1,2,3,4,7,8}. dan seterusnya. Jika menempatkan kapasitor pada bus 10 maka, menentukan arus reaktif yang diinjeksikan oleh kapasitor pada bus 10 dengan cara menjumlahkan arus reaktif total n saluran, maka besar arus reaktif saluran antar sumber dan bus i adalah: Ic =

= ∑

∈

=

+

+

+

+

Diketahui misalkan tegangan pada bus 12 sebesar 0,986 p.u dan tegangan base jaringan sebesar 20 kV atau 20000 V. Kemudian mengalikan antara tegangan pada bus 12 dengan tegangan base maka didapat : 0.986 x 20000 = 19720 V

28

Kemudian menentukan besar kapasitas kapasitor yang akan di pasang pada bus 12 mengkalikan jumlah arus reaktif dengan tegangan C = Vi IC = 19720 * Ic = 19720 * Ic VAr Maka kapasitor 19720 * Ic VAr tersebut dipasang pada bus 10

Gambar 3.1 Contoh Penempatan Banyak Kapasitor dengan Perhitungan Arus Reaktif pada Sistem Distribusi

29

3.3.6 Menganalisa Hasil yang Didapat Pada tahapan ini penulis melakukan analisa dari hasil simulasi yang telah dilakukan setelah penempatan banyak kapasitor paralel pada jaringan distribusi penyulang Badai. 3.3.7 Membuat Kesimpulan dari Hasil Penelitian Tahapan akhir dari penelitian ini adalah membuat kesimpulan berdasarkan hasil analisis pada penempatan banyak kapasitor paralel pada jaringan distribusi 20 kV pada penyulang Badai.

30

3.4

Diagram Alir Penelitian

Gambar 3.2. Diagram Alir Penelitian

31

3.5

Diagram Alir Program

Mulai

Masukan datadata sistem distribusi

Lakukan Perhitungan Aliran Daya

Tempatkan kapasitor pada bus m selain pada slack bus

Hitung arus reaktif total pada bus m

Hitung kapasitas kapasitor pada bus m m=m+1

Hitung rugi-rugi dengan pemasangan kapasitor pada bus m

Simpan niai rugi-rugi, nilai bus m dan kapasitas kapasitor

Ya Nilai m < jumlah bus ?

Cari nilai rugi-rugi minimum, nilai bus dan kapasitas kapasitor yang bersesuaian

Ya Kapasitor Baru

Selesai

Gambar 3.3 Diagram Alir Penentuan Kapasitas dan Lokasi Optimal Banyak Kapasitor Pararalel

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Penyulang Badai di GI Teluk Betung Pada penelitian ini akan sisteam yang dianalisa adalah Penyulang Badai pada GI Teluk Betung. Sistem Penyulang Badai terletak di Jalan P. Emir M. Noer, Jalan Hi. Agus Salim, dan Jalan Panglima Polim dimana jalan-jalan tersebut berada di Kota Bandarlampung. Sistem distribusi GI Teluk Betung merupakan bagian dari sistem tenaga listrik Lampung. Pada pembahasan ini akan dilakukan simulasi untuk penentuan kapasitas dan penempatan optimal kapasitor banyak dengan mensimulasi kondisi sistem sebelum dan setelah ditambahkan kapasitor. Penyulang Badai terdiri dari 1 sumber, 54 bus, 53 saluran dan 54 beban. Panjang penyulang Badai ini adalah 23,9 Km. Trafo daya pada GI Teluk Betung dimodelkan sebagai bus referensi atau sebagai slack bus. Dari trafo tersebut seluruh daya dikirimkan kepada bus-bus beban. Trafo distribusi dimodelkan sebagai bus beban. Dari trafo distribusi terhubung ke bebanbeban listrik. Total daya beban pada Penyulang Badai adalah beban aktif sebesar 6,05 MW dan beban reaktif sebesar 3,75 MVAr. Total rugi-rugi untuk Penyulang Badai adalah 211,690 kW untuk rugi-rugi daya aktif dan 190,457 kVAr untuk rugirugi daya reaktif.

32

Perhitungan aliran daya menunjukan hasil berupa tegangan pada setiap bus, arus pada saluran, sudut setiap fasa bus, daya aktif dan reaktif antar saluran serta rugi-rugi daya aktif dan reaktif. Program perhitungan aliran daya dibuat dengan bahasa pemrograman MATLAB.

Gambar 4.1 Saluran Penyulang Badai

33

Gambar 4.2 Single Line Diagram Penyulang Badai

V. KESIMPULAN

5.1 Kesimpulan Kesimpulan yang dapat diambil setelah melakukan penelitian tentang penempatan optimal dan penentuan kapasitas kapasitor untuk meminimisasi rugi-rugi pada penyulang Badai Gardu Induk Teluk Betung adalah sebagai berikut : 1. Hasil dari simulasi pada penyulang Badai menggunakan Matlab 4.2 menyatakan bahwa kapasitor optimal ditempatkan pada bus 43 dengan kapasitas kapasitor sebesar 1,27 MVar dan kapasitor kedua ditempatkan pada bus 2 dengan kapasitas kapasitor sebesar 3,4 MVar. 2. Sebelum pemasangan kapasitor didapat rugi-rugi daya aktif total sebesar 211,690 kW dan daya reaktif total sebesar 190,457 kVAR. Setelah diberi dua kapasitor yaitu pada bus 43 dan bus 2, maka didapat rugi-rugi daya aktif total sebesar 163,025 kW dengan persentase pengurangan 22,99% dan rugi-rugi daya reaktif total sebesar 146,873 kVar dengan persentase sebesar 22,88%. 3. Perhitungan arus reaktif dapat digunakan untuk mengurangi rugi-rugi serta memperbaiki profil tegangan pada bus-bus lainnya dan sangat baik untuk menentukan lokasi dan kapasitas kapasitor paralel.

58

5.2 Saran Perlu adanya kajian lebih lanjut untuk penempatan banyak kapasitor dengan menggunakan perhitungan arus reaktif pada penyulang yang memiliki lateral dan sub lateral banyak.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Yang, H.T., Huang,Y.C., and Huang, C.L., “Solution to Capacitor Placement Problem in Radial Distribution System Using Tabu Search Method”, Proc. of the International Conference on Energy Management and Power Delivery, pp.388-393, 1995. [2] Das, D., “Optimal Placement of Capacitors in Radial Distribution System Using Fuzzy-GA Method”, Electrical Power and Energy Systems, vol.30, pp.361-367, 2008. [3] Rani, D.S., Subrahmanyam, N., and Sydulu, M., “Self adaptive harmony search algorithm for optimal capacitor placement on radial distribution systems”, International Conference on Energy Efficient Technologies for Sustainability (ICEETS), pp.1330-1335, 2013. [4] Chiang, H.D., Wang, J.C., Cockings, O., and Shin, H.D., “Optimal Capacitor Placements in Distribution Systems: Part I, Part II”, IEEE Trans. on Power Delivery, pp.634-639, April 1990. [5] Grainger, J.J. and Lee, S.S., “Optimum Size and Location of Shunt Capacitors for Reduction of Losses on Distribution Feeders”, IEEE Trans. Power Apparatus and Systems, vol.100, no.3, pp.1105-1118, March 1981.

[6] Rinker, R.E. and Rembert, D.L.,”Using the Reactive Current Profile of a Feeder to Determine Optimal Capacitor Placement”, IEEE Trans. on Power Delivery, vol.3, no.1, pp.411-416, 1988. [7] Baran, M.E., and Wu, F.F., “Optimal Capacitor Placement on Radial Distribution Systems”, IEEE Trans. on Power Delivery, vol.4, no.1, pp.411416, 1989. [8] Haque, M.H., “Capacitor Placement in Radial Distribution Systems for Loss Reduction”, IEE Proceedings on Generation, Transmission and Distribution, vol.146, no.5, pp. 501-505, 1999. [9] “Data Gardu dan Pengukuran Gardu Semester I 2013 Gardu Induk Teluk Betung”, PT. PLN (Persero) Distribusi Wilayah Lampung, 2013. [10] “MATLAB R2011a User Guide”, Mathworks Int. Ltd Co, 2011. [11] PT PLN (Persero).1985. SPLN No.1Tahun 1985 tentang Regulasi Tegangan. Jakarta. [12] Saadat, Hadi. 1999. Power System Analysis. Singapore :McGrow-Hill. [13] Wood, Allen J. and Bruce F. Wollenberg. 1996. Power Generation Operation and Control. John Wiley & Sons Inc :Canada. [14] Hafiz Muhammad Thoriq, “Penentuan Rugirugi Daya Jaringan Distribusi Radial Penyulang Ragong Menggunakan Metode Fast Decoupled”, Fakultas Teknik Universitas Lampunng 2013.

[15] Cahyanto Restu Dwi, “Studi Perbaikan Kualitas Tegangan dan Rugirugi Daya Pada Penyulang Pupur dan Bedak Menggunakan Bank Kapasitor, Trafo Pengubah Tap dan Penggantian Kabel Penyulang”, Fakultas Teknik Universitas Indonesia, 2008. [16]

Hutauruk, T.S. “Transmisi Daya Listrik”, Institut Teknologi Bandung dan Universitas Trisakti.

[17] Gonen Turan. “Electric Power Distribusion System Engineering” McGrawHill, 1986.