TUGAS AKHIR STUDI VOLTAGE STABILITY INDEX PADA JARINGAN DISTRIBUSI 20 kV YANG TERINTERKONEKSI DENGAN DISRIBUTED GENERATION Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan dalam Menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik Oleh: SYAHLAN HUTAGAOL NIM: 110402037
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Distributed Generation (DG) yang terinterkoneksi pada jaringan distribusi memberikan dampak terhadap tingkat kestabilan tegangan pada jaringan distribusi. DG didefinisikan sebagai sumber tenaga listrik yang terhubung secara langsung pada jaringan distribusi atau pada sisi pelanggan. Pada tugas Akhir ini membahas efek pemasangan DG terhadap kestabilan tegangan sistem distribusi penyulang TR 5 GI Tarutung sebelum dan setelah DG existing. Besar indeks kestabilan tegangan (VSI) pada setiap bus jurusan penyulang mengalami perubahan setelah pemasangan DG. Bus dengan VSI terkecil adalah bus paling rentan mengalami keruntuhan tegangan. Pada jurusan Kota, Muara, dan Lintong VSI terkecil sebelum dan setelah DG berada pada yang bus sama yaitu KTA Bus104 (sebelum DG 0,57553, setelah DG 0,77857), MRA Bus92 (sebelum DG 0,56606, setelah DG 0,77767), dan SPT Bus221 (sebelum DG 0,51584, setelah DG 0,65750). Pada jurusan Lintong VSI terkecil sebelum DG adalah LTG Bus108 (0,55755) dan setelah DG adalah LTG Bus2 (0,76887). Dalam kasus di atas, pemasangan DG mengakibatkan VSI sepanjang penyulang lebih besar daripada tanpa pemasangan. Oleh sebab itu, pemasangan DG harus tetap memperhatikan batas maksimum tegangan operasi untuk mencegah terjadinya tegangan lebih ketika VSI tinggi. Kata kunci : DG, kestabilan sistem, indeks kestabilan tegangan (VSI)
i
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas berkat rahmat dan ridho-Nya Tugas Akhir ini dapat disusun dan diselesaikan oleh penulis. Tidak lupa juga shalawat beriring salam penulis haturkan kepada junjungan Nabi Besar Muhammad SAW. Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah: “STUDI VOLTAGE STABILITY INDEX PADA JARINGAN
DISTRIBUSI 20 KV YANG TERINTERKONEKSI DENGAN DISRIBUTED GENERATION” Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu Ayahanda (Arifin Hutagaol) beserta Ibunda (Julniar Sitorus) serta abang dan adikadik tersayang (Sa’ban Hutagaol, Khoirul Hutagaol, Eka Nurhidayah Hutagaol) yang selalu memberikan semangat dan mendoakan penulis selama masa studi hingga menyelesaikan Tugas Akhir ini. Selama masa kuliah hingga penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis juga banyak mendapatkan dukungan, bimbingan maupun bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang mendalam kepada : 1.
Bapak Ir. Zulkarnaen Pane, M.T., selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir serta Kepala Laboratorium Transmisi dan Distribusi yang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk selalu memberikan bantuan, bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama perkuliahan hingga penyusunan Tugas Akhir ini.
2.
Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si., selaku Dosen Penguji Tugas Akhir serta selaku Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik ii
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini dan telah memberikan banyak motivasi selama masa perkuliahan. 3.
Bapak Ir. Syahrawardi selaku Dosen Penguji Tugas Akhir yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini dan telah memberikan bimbingan selama masa perkuliahan.
4.
Bapak Rahmad Fauzi, S.T., M.T., selaku Dosen Wali dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro yang telah banyak memberikan bantuan dan bimbingan selama perkuliahan.
5.
Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah mendidik serta memberikan pengalaman hidup yang berharga selama masa perkuliahan kepada penulis.
6.
Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro yang telah membantu proses administrasi penulis selama perkuliahan.
7.
Rekan sesama asisten Albert, Sakinah, Frederik, Andreas, Fikry dan juga teman-teman se-angkatan 2011.
8.
Seluruh abang dan kakak senior serta adik-adik junior yang telah memberikan dukungan dan bantuan.
9.
Semua pihak yang tidak dapat penulis tuliskan satu persatu. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan Tugas Akhir ini masih belum
sempurna karena masih terdapat banyak kekurangan baik dari segi isi maupun susunan
bahasanya.
Saran
dan
kritik
dari
pembaca
dengan
tujuan
menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan. Akhir kata, penulis berharap semoga penulisan Tugas Akhir ini dapat berguna bagi kita semua. Medan, Januari 2016 Penulis
Syahlan Hutagaol NIM : 110402037 iii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ............................................................................................................... i KATA PENGANTAR ............................................................................................ ii DAFTAR ISI .......................................................................................................... iv DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ vii DAFTAR TABEL .................................................................................................. xi BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1 1.1
Latar Belakang.........................................................................................1
1.2
Perumusan Masalah .................................................................................2
1.3
Tujuan ......................................................................................................2
1.4
Batasan Masalah ......................................................................................3
1.5
Manfaat ....................................................................................................3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA............................................................................ 4 2.1
Sistem Tenaga Listrik ..............................................................................4
2.2
Sistem Distribusi Dengan Adanya Distributed Generation ....................5 2.2.1 Definisi Distributed Generation ................................................. 5 2.2.2 Teknologi dari Distributed Generation ...................................... 6 2.2.3 Dampak dari Pemasangan DG pada Jaringan ............................. 9 2.2.3.1 Arah Aliran Daya........................................................ 10 2.2.3.2 Profil Tegangan .......................................................... 12 2.2.3.3 Keandalan ................................................................... 14 2.2.4 Dampak Lokasi Pemasangan DG pada Jaringan Distribusi ..... 16
2.3
Studi Aliran Daya ..................................................................................17 2.3.1 Konsep Perhitungan Aliran Daya ............................................. 17 iv
Universitas Sumatera Utara
2.3.2 Persamaan Aliran Daya ............................................................ 19 2.3.3 Metode Newton-Raphson.......................................................... 20 2.3.4 Contoh Perhitungan Aliran Daya Menggunakan Metode Newton-Rhapson ....................................................................... 24 2.4
Stabilitas Sistem Tenaga Listrik ............................................................28
2.5
Klasifikasi Stabilitas Sistem Tenaga Listrik ..........................................31
2.6
Stabilitas Tegangan ...............................................................................32
2.7
Indeks Stabilitas Tegangan ....................................................................33
2.8
Keruntuhan Tegangan (Voltage Collapse) ............................................37
BAB III METODE PENELITIAN........................................................................ 40 3.1
Tempat dan Waktu.................................................................................40
3.2
Bahan dan Peralatan ..............................................................................40
3.3
Pelaksanaan Penelitian ..........................................................................40
3.4
Variabel yang Diamati ...........................................................................40
3.5
Prosedur Penelitian ................................................................................41
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ...................................... 46 4.1
Umum ....................................................................................................46
4.2
Profil Tegangan, Rugi-rugi dan VSI pada Jaringan pada Saat DG tidak Diinterkoneksikan..................................................................................49 4.2.1 Penyulang Jurusan Kota ........................................................... 49 4.2.2 Penyulang Jurusan Muara ......................................................... 49 4.2.3 Penyulang Jurusan Lintong Nihuta ........................................... 49 4.2.4 Penyulang Jurusan Sipahutar .................................................... 49
4.3
Profil Tegangan, Rugi-rugi dan VSI pada Jaringan pada Saat DG Diinterkoneksikan..................................................................................62 4.3.1 Penyulang Jurusan Kota ........................................................... 62 v
Universitas Sumatera Utara
4.3.2 Penyulang Jurusan Muara ......................................................... 62 4.3.3 Penyulang Jurusan Lintong Nihuta ........................................... 62 4.3.4 Penyulang Jurusan Sipahutar .................................................... 62 4.4
Hasil Rangkuman ..................................................................................75
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN................................................................ 83 5.1
Kesimpulan ............................................................................................83
5.2
Saran ......................................................................................................83
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 85
vi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Single Line Diagram Sitem Tenaga Listrik ..................................... 4 Gambar 2.2 Aliran Daya Satu Arah .................................................................. 10 Gambar 2.3 Aliran Daya Dua Arah ................................................................... 11 Gambar 2.4 Diagram Aliran Daya dengan Koneksi DG ................................... 11 Gambar 2.5 Contoh
Pemasangan
Pembangkitan
Terdistribusi
Yang
Mengganggu Kerja Regulator Tegangan....................................... 13 Gambar2.6
Skema
Implementasi
Pembangkitan
Terdistribusi
Untuk
Meningkatkan Keandalan Sistem ................................................. 15 Gambar 2.7 Perbandingan Aliran Daya Saat DG Dikoneksikan di Bus yang Berbeda .......................................................................................... 16 Gambar 2.8 Diagram Satu Garis dari N-bus Dalam Suatu Sistem Tenaga ....... 19 Gambar 2.9 One-Line Diagram Sistem Distribusi Dengan Tiga Bus ............... 24 Gambar 2.10 Klasifikasi Stabilitas Sistem Tenaga ............................................. 31 Gambar 2.11 Sistem Dua Bus Sederhana ........................................................... 34 Gambar 2.12 Hubungan Antara Tegangan, Daya Aktif, Dan Daya Reaktif Dari Beban Terhadap Keruntuhan Tegangan ....................................... 39 Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ................................................................. 42 Gambar 4.1 Nilai VSI Pada Setiap Bus Jurusan Kota Saat Tidak Terhubung Dengan DG .................................................................................... 50 Gambar 4.2 Tegangan Pada Setiap Bus Jurusan Kota Saat Tidak Terhubung Dengan DG .................................................................................... 51
vii
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.3 Besar Rugi-Rugi Pada Setiap Bus Jurusan Kota Saat Tidak Terhubung Dengan DG ................................................................. 52 Gambar 4.4 Nilai VSI Pada Setiap Bus Jurusan Muara Saat Tidak Terhubung Dengan DG .................................................................................... 53 Gambar 4.5 Tegangan Pada Setiap Bus Jurusan Muara Saat Tidak Terhubung Dengan DG .................................................................................... 54 Gambar 4.6 Besar Rugi-Rugi Pada Setiap Bus Jurusan Muara Saat Tidak Terhubung Dengan DG ................................................................. 55 Gambar 4.7 Nilai VSI Pada Setiap Bus Jurusan Lintong Nihuta Saat Tidak Terhubung Dengan DG ................................................................. 56 Gambar 4.8 Tegangan Pada Setiap Bus Jurusan Lintong Nihuta Saat Tidak Terhubung Dengan DG ................................................................. 57 Gambar 4.9 Besar Rugi-Rugi Pada Setiap Bus Jurusan Lintong Nihuta Saat Tidak Terhubung Dengan DG ....................................................... 58 Gambar 4.10 Nilai VSI Pada Setiap Bus Jurusan Sipahutar Saat Tidak Terhubung Dengan DG .................................................................................... 59 Gambar 4.11 Tegangan Pada Setiap Bus Jurusan Sipahutar Saat Tidak Terhubung Dengan DG ................................................................. 60 Gambar 4.12 Besar Rugi-Rugi Pada Setiap Bus Jurusan Sipahutar Saat Tidak Terhubung Dengan DG ................................................................. 61 Gambar 4.13 Nilai VSI Pada Setiap Bus Jurusan Kota Saat Terhubung Dengan DG ................................................................................................. 63
viii
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.14 Tegangan Pada Setiap Bus Jurusan Kota Saat Terhubung Dengan DG ................................................................................................. 64 Gambar 4.15 Besar Rugi-Rugi Pada Setiap Bus Jurusan Kota Saat Terhubung Dengan DG .................................................................................... 65 Gambar 4.16 Nilai VSI Pada Setiap Bus Jurusan Muara Saat Terhubung Dengan DG ................................................................................................. 66 Gambar 4.17 Tegangan Pada Setiap Bus Jurusan Muara Saat Terhubung Dengan DG ................................................................................................. 67 Gambar 4.18 Besar Rugi-Rugi Pada Setiap Bus Jurusan Muara Saat Terhubung Dengan DG .................................................................................... 68 Gambar 4.19 Nilai VSI Pada Setiap Bus Jurusan Lintong Nihuta Saat Terhubung Dengan DG .................................................................................... 69 Gambar 4.20 Tegangan pada Setiap Bus Jurusan Lintong Nihuta Saat Terhubung dengan DG ..................................................................................... 70 Gambar 4.21 Besar Rugi-Rugi Pada Setiap Bus Jurusan Lintong Nihuta Saat Terhubung Dengan DG ................................................................. 71 Gambar 4.22 Nilai VSI Pada Setiap Bus Jurusan Sipahutar Saat Terhubung Dengan DG .................................................................................... 72 Gambar 4.23 Tegangan Pada Setiap Bus Jurusan Sipahutar Saat Terhubung Dengan DG .................................................................................... 73 Gambar 4.24 Besar Rugi-Rugi Pada Setiap Bus Jurusan Sipahutar Saat Terhubung Dengan DG ................................................................. 74 Gambar 4.25 Perbandingan Nilai Tegangan pada Penyulang Jurusan Kota ....... 75 ix
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.26 Perbandingan Nilai VSI pada Penyulang Jurusan Kota ................ 76 Gambar 4.27 Perbandingan Nilai Tegangan pada Penyulang Jurusan Muara .... 77 Gambar 4.28 Perbandingan Nilai VSI pada Penyulang Jurusan Muara.............. 78 Gambar 4.29 Perbandingan Nilai Tegangan pada Penyulang Jurusan Lintong .. 79 Gambar 4.30 Perbandingan Nilai VSI pada Penyulang Jurusan Lintong ........... 80 Gambar 4.31 Perbandingan
Nilai
Tegangan
pada
Penyulang
Jurusan
Sipahutar ........................................................................................ 81 Gambar 4.32 Perbandingan Nilai VSI pada Penyulang Jurusan Sipahutar ......... 82
x
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Tipe Bus Dalam Sistem Tenaga Listrik ............................................... 18
xi
Universitas Sumatera Utara
