ESTIMASI RUGI-RUGI ENERGI PADA SISTEM DISTRIBUSI RADIAL 20 KV (STUDI KASUS : PENYULANG KI.4-MAWAS GI. KIM)
Jhon Palmer Sitorus, Zulkarnaen Pane Konsentrasi Teknik Energi Listrik, Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA e-mail :
[email protected] or
[email protected]
Abstrak Pendekatan empiris terdahulu mengenai konstanta pada formula faktor rugi-rugi telah ditemukan oleh M.W. Gustafson dari tahun 1983 s.d. 1993. Gustafson mengubah koefisien dan menyediakan konstanta pada formula faktor rugi-rugi. Tulisan ini membahas observasi data riil terkini, pengukuran rugi-rugi energi, estimasi rugi-rugi energi pada penyulang distribusi radial 20 kV, dan membandingkan hasil estimasi dengan formula faktor rugi-rugi yang ditemukan oleh Gustafson. Metode estimasi yang digunakan untuk memperkirakan rugi-rugi energi adalah dengan metode loss factor. Berdasarkan hasil pengukuran (aktual), diperoleh nilai rugi-rugi energi pada penyulang KI.4-Mawas sebesar 44.910,6 kWh atau 1,11 %, sedangkan dengan menggunakan metode estimasi (konstanta A = 0,146 dan B = 0,843), didapatkan nilai rugi-rugi energi sebesar 43.810,82 kWh atau 1,08685 %. Dengan formula faktor rugirugi Gustafson I (konstanta A = 0,08 dan B = 0,92), didapatkan nilai rugi-rugi energi sebesar 43.645,99 kWh atau 1,08276 %. sedangkan dengan formula faktor rugi-rugi Gustafson II (konstanta pangkat 1,912), didapatkan nilai rugi-rugi energi sebesar 43.626,51 kWh atau 1,08227 %. Nilai rugi-rugi energi dengan menggunakan konstanta pada formula faktor rugi-rugi estimasi memberikan hasil yang lebih akurat terhadap nilai pengukuran dibandingkan dengan menggunakan konstanta formula faktor rugi-rugi referensi.
Kata Kunci: Faktor beban (load factor), faktor rugi-rugi (loss factor), kurva beban harian (load daily curve), estimasi rugi-rugi energi.
1. Pendahuluan Pada umumnya pemantauan rugi-rugi teknis pada tingkat pembangkit dan saluran transmisi tidak menjadi masalah karena adanya fasilitas pengukuran yang dapat memantau dengan baik. Hal yang sama juga terdapat pada gardu induk (GI), sehingga rugi-rugi teknis dari GI tidak menjadi masalah besar karena disinipun pengukuran dan pemantauan berjalan baik. Lain halnya pada sisi distribusi, rugi-rugi teknis lebih kompleks dan sulit diketahui besarannya. Pada GI, setiap penyulang yang keluar dari GI dilengkapi dengan alat pengukuran, begitu pula pada sisi primer trafo tenaganya. Selepas ini tidak terdapat lagi alat pengukuran kecuali pada meteran pelanggan. Oleh karena itu, sangatlah sulit menentukan
-140-
rugi-rugi energi secara tepat pada sistem distribusi[1]. Ada dua sumber kesalahan pokok dalam perhitungan rugi-rugi energi, yaitu : 1. Selisih kWh (energi) yang disalurkan GI dan kWh yang terjual atau energi yang terpakai oleh pelanggan tidak menggambarkan keadaan sebenarnya. Karena ada energi yang tidak terukur seperti meteran rusak, kesalahan pembacaan meter dan sebagainya. Dari sini jelaslah selisih energi yang sebenarnya tidak dapat diukur secara pasti. 2. Pembacaan meteran pada GI tidak dilakukan pada jam, menit, dan hari yang sama, dengan demikian kWh (energi) yang diukur tidak benar-benar merupakan kWh yang disalurkan,
copyright @ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL. 8 NO. 3/September 2014
sehingga hal ini akan menjadi kesalahan dalam analisis selanjutnya. Metode estimasi rugi-rugi energi yang ada saat ini banyak menggunakan asumsi-asumsi akibat keterbatasan sumber daya yang tersedia. Tugas akhir ini menerapkan metode yang dikembangkan oleh Kriengkrai, Jamnarn, dan Pakorn[2] untuk memperkirakan rugi-rugi energi pada penyulang distribusi. Hasil estimasi digunakan sebagai perbandingan terhadap hasil estimasi dengan menggunakan formula faktor rugi-rugi referensi[3].
2. Metode Estimasi Rugi-rugi Energi 2.1. Sistem Distribusi Radial Pada sistem distribusi radial, energi listrik mengalir dari sumber tenaga utama ke gardugardu distribusi. Sistem radial ini sangat sederhana dan memiliki biaya instalasi yang relatif murah, akan tetapi nilai kelangsungan pelayanan terhadap pelanggan juga sangat rendah, hal ini dikarenakan penempatan bebanbeban yang ada hanya disambungkan pada satu sumber tenaga saja, sehingga jika terjadi gangguan pada jalur sumber tenaga tersebut, maka seluruh sistem bisa ikut padam, termasuk mungkin beberapa daerah pada sistem yang tidak ikut mengalami gangguan. Walaupun demikian, di Indonesia sistem distribusi radial masih banyak digunakan, mengingat nilai ekonomisnya yang lebih terjangkau. Selain itu, sistem ini juga masih digunakan untuk menyuplai beban-beban dengan jangkauan jarak yang pendek, yang memiliki sedikit kemungkinan gangguan pada saluran[4].
suatu periode tertentu ( ) terhadap permintaan maksimum atau beban puncak ) selama jangka waktu periode tertentu ( yang disederhanakan melalui persamaan berikut[4] :
2.3. Pengukuran Rugi-rugi Energi Rugi-rugi energi pada penyulang jaringan tegangan menengah (JTM) dapat ditentukan berdasarkan pengukuran energi menggunakan AMR (Automatic Meter Reading), yang ditunjukkan pada Gambar 1, yaitu selisih energi (kWh) yang dikirimkan penyulang dengan jumlah energi yang terukur pada masing-masing gardu distribusi[5].
Gambar 1. Letak AMR Untuk Pengukuran Rugi-Rugi Energi Pada Jaringan Tegangan Menengah (JTM)
Maka rugi-rugi energi pengukuran pada JTM dapat dihitung dengan persamaan : ∆
2.2. Karakteristik Beban
= %
Beban energi listrik yang ada bisa diklasifikasikan berdasarkan karakter umum pelanggan dari beban tersebut, yaitu : beban rumah tangga, beban industri, beban komersial, dan fasilitas umum. Karakteristik perubahan besarnya daya yang diterima oleh beban sistem tenaga listrik dalam suatu satuan interval tertentu dikenal sebagai kurva beban. Penggambaran kurva ini dilakukan dengan mencatat besar beban tiap jam. Sumbu vertikal menyatakan skala beban, sedangkan sumbu horizontal menyatakan skala waktu. Faktor beban (load factor) adalah rasio perbandingan antara beban rata-rata selama -141-
(1)
=
di mana, ∆ ∑ ℎ ∑ ℎ %
(2)
− =
∆ ∑
×
%
(3)
: Rugi-rugi energi JTM : Energi yang dikirimkan penyulang : Total energi pada gardu distribusi : persentase rugi-rugi energi
2.4. Estimasi Rugi-rugi Energi Dalam mengestimasi besarnya rugi-rugi energi yang terjadi, terlebih dahulu perlu dihitung dan .
copyright @ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL. 8 NO. 3/September 2014
(4)
Tabel 1. Formula faktor rugi-rugi referensi
= di mana, : Perbandingan antara beban yang terukur terhadap beban puncak dalam satu periode waktu tertentu : Banyaknya beban yang terukur : Load Factor (Faktor beban) (5)
=
dan , maka Setelah diperoleh nilai selanjutnya dilakukan estimasi konstanta A dan B dengan menggunakan software statistika, SPSS[6]. Hubungan antara dan adalah[7-9]: )+ (
)²
(6) (7)
=
Setelah diperoleh konstanta A dan B, maka rugi-rugi energy dapat diestimasi dengan menggunakan rumus[10,11] : =
×
×
M.W. Gustafson
3. Hasil dan Pembahasan 3.1. Pengukuran Rugi-rugi Energi
Tabel 2. Data energi penyulang KI.4-Mawas Stand Stand Nama Faktor kWh kWh Penyulang kali Akhir Awal 310.193. 306.162 KI.4 Mawas 1 601 .600
Energi (kWh) 4.031.001
Hasil pengukuran rugi-rugi energi penyulang KI.4-Mawas dari tanggal 1 Oktober 2013 sampai dengan 31 Oktober 2013 ditunjukkan pada Tabel 4.
di mana, +
,
Penemu
Hasil dari pengukuran rugi-rugi energi Penyulang KI.4-Mawas merupakan selisih dari pengukuran energi pada AMR penyulang di Tabel 2 terhadap total pengukuran energi pada AMR gardu distribusi di Tabel 3.
di mana, : Loss Factor (Faktor rugi-rugi)
= (
Formula Faktor Rugi-rugi (Fs) 0,08 + 0,92 ²
(8)
di mana, : Rugi-rugi energi total estimasi (kWh) : Rugi-rugi daya pada saluran (kW) : Periode waktu estimasi (jam) Untuk menghitung rugi-rugi daya pada saluran ( ) dapat disimulasikan menggunakan software ETAP[12]. 2.5. Formula Faktor Rugi-rugi Referensi Ada banyak formula faktor rugi-rugi pendekatan. Sebagai perbandingan, penulis hanya memilih dua saja sebagai referensi, seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1[3].
Tabel 3. Data energi gardu-gardu penyulang KI.4Mawas Stand ID kWh Energi Faktor No Gardu AMR (akhir – (kWh) Kali Gardu awal) 120130 ML.89 335,721 1 1600 537.153,6 053894 120130 ML.94 314,080 2 251.264,0 800 054391 120130 ML.445 137,231 3 400 54.829,4 499180 120130 ML.135 146,000 4 8.760,0 60 079299 120130 5 800 45.450,4 ML.136 56,813 005791 120130 ML.242 378,403 2.648.821,0 7000 6 113015 120130 7 0 ML.307 0 400 178478 120130 ML.174 219,836 8 2000 439.672 011562 120130 ML.146 140,000 9 140,0 1 011555 Total
-142-
3.986.090,4
copyright @ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL. 8 NO. 3/September 2014
Data pengukuran energi direkam oleh AMR setiap 1 jam, selama 24 jam. Dengan menggunakan Persamaan (2) dan (3), maka diperoleh rugi-rugi energi pengukuran pada JTM. Besar rugi-rugi energi Penyulang KI.4-Mawas berdasarkan hasil pengukuran ditunjukkan pada Tabel 4. Tabel 4. Data rugi-rugi energi pada penyulang KI.4Mawas % Energi Σ Energi Rugi-rugi Rugipenyulang gardu energi rugi (kWh) (kWh) (kWh) energi 4.031.001
3.986.090,4
44.910,6
Data kurva beban harian (load duration curve) selama bulan Oktober digunakan untuk menghitung nilai dan . Nilai dan selama bulan Oktober ditunjukkan pada Tabel 5. dan 0,872 0,704 0,685 0,683 0,766 0,945 0,713 0,838 0,746 0,772 0,896 0,791 0,758 0,824 0,720 0,752 0,870 0,901 0,863 0,948 0,920 0,902 0,847 0,826 0,650 0,697 0,930 0,755
0,676 0,859 0,883
0,496 0,747 0,785
Dengan data pada Tabel 5, selanjutnya dilakukan estimasi konstanta A dan B menggunakan software SPSS. SPSS memberikan nilai konstanta A = 0,146 dan B = 0,843. Sedangkan, untuk menghitung rugi-rugi daya pada saluran dilakukan simulasi studi aliran daya pada software ETAP. ETAP memberikan nilai rugi-rugi daya sebesar 87,5 kW. Dengan menggunakan Persamaan (8), maka diperoleh nilai estimasi rugi-rugi energi harian dengan A = 0,146 dan B = 0,843 selama 1 bulan. Data hasil estimasi ditunjukkan pada Tabel 6.
1,11
3.2. Estimasi Rugi-rugi Energi
Tabel 5. Nilai Hari 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
Hari 29 30 31
bulan Oktober 0,771 0,523 0,501 0,500 0,622 0,894 0,530 0,709 0,581 0,610 0,809 0,632 0,581 0,691 0,531 0,618 0,764 0,815 0,750 0,899 0,850 0,818 0,719 0,689 0,435 0,502 0,868 0,602
-143-
Tabel 6. Hasil estimasi rugi-rugi energi menggunakan , , dan (A = 0,146 dan B = 0,843) Hari
(A=0,146 & B=0,843)
(kW)
(jam)
1
0,872
0,769
87,5
24
2
0,704
0,521
87,5
24
3
0,685
0,496
87,5
24
4
0,683
0,493
87,5
24
5
0,766
0,607
87,5
24
6
0,945
0,891
87,5
24
7
0,713
0,533
87,5
24
8
0,838
0,715
87,5
24
9
0,746
0,578
87,5
24
10
0,772
0,615
87,5
24
11
0,896
0,808
87,5
24
12
0,791
0,643
87,5
24
13
0,758
0,595
87,5
24
14
0,824
0,693
87,5
24
15
0,720
0,542
87,5
24
16
0,752
0,587
87,5
24
17
0,870
0,765
87,5
24
Rugirugi energi (kWh) 1616,8 33 1094,8 01 1041,7 02 1036,2 98 1275,2 82 1871,4 81 1119,8 43 1503,0 26 1215,4 28 1292,3 29 1698,2 58 1351,3 48 1251,2 80 1456,6 24 1139,6 77 1233,4 13 1606,9 76
copyright @ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
Hari
VOL. 8 NO. 3/September 2014
(A=0,146 & B=0,843)
(kW)
(jam)
18
0,901
0,816
87,5
24
19
0,863
0,754
87,5
24
20
0,948
0,896
87,5
24
21
0,920
0,849
87,5
24
22
0,902
0,818
87,5
24
23
0,847
0,728
87,5
24
24
0,826
0,696
87,5
24
25
0,650
0,452
87,5
24
26
0,697
0,512
87,5
24
27
0,930
0,866
87,5
24
28
0,755
0,591
87,5
24
29
0,676
0,485
87,5
24
30
0,859
0,748
87,5
24
31
0,883
0,787
87,5
24
Rugirugi energi (kWh) 1715,0 79 1584,2 56 1881,9 68 1783,3 85 1718,4 74 1529,8 66 1463,0 36 949,46 6 1075,8 15 1819,0 64 1241,3 96 1018,6 89 1572,3 71 1653,3 40
Hari 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
(A=0,08 & B=0,92)
(kW)
(jam)
0,811 0,639 0,590 0,691 0,535 0,581 0,766 0,819 0,754 0,902 0,853 0,821 0,727 0,694 0,441 0,503 0,871 0,585 0,475 0,748 0,789
87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5
24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24
0,896 0,791 0,758 0,824 0,720 0,752 0,870 0,901 0,863 0,948 0,920 0,902 0,847 0,826 0,650 0,697 0,930 0,755 0,676 0,859 0,883
Tabel 8. Hasil estimasi rugi-rugi energi menggunakan , , , dan ( )
3.3. Hasil Perbandingan Hari
Untuk mendapatkan hasil perbandingan, maka dihitung pula estimasi rugi-rugi energi dengan menggunakan formula faktor rugi-rugi Gustafson I, seperti yang ditunjukkan pada Tabel 7 dan dengan menggunakan formula faktor rugi-rugi Gustafson II, seperti yang ditunjukkan pada Tabel 8. Hasil perbandingan nilai pengukuran terhadap estimasi rugi-rugi energi ditunjukkan pada Tabel 9. Tabel 7. Hasil estimasi rugi-rugi energi menggunakan , , dan (A = 0,08 dan B = 0,92) Hari 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0,872 0,704 0,685 0,683 0,766 0,945 0,713 0,838 0,746 0,772
(A=0,08 & B=0,92)
(kW)
(jam)
0,770 0,513 0,486 0,484 0,601 0,897 0,525 0,714 0,572 0,610
87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5
24 24 24 24 24 24 24 24 24 24
Rugirugi energi (kWh) 1.619,07 1.077,42 1.022,67 1.017,10 1.264,06 1.884,94 1.103,27 1.500,55 1.202,07 1.281,72
-144-
Rugirugi energi (kWh) 1.703,99 1.342,93 1.239,19 1.452,29 1.123,75 1.220,69 1.608,80 1.721,55 1.585,12 1.895,91 1.792,87 1.725,09 1.528,49 1.458,96 927,76 1.057,83 1.830,15 1.228,96 998,96 1.572,74 1.657,13
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
( 0,872 0,704 0,685 0,683 0,766 0,945 0,713 0,838 0,746 0,772 0,896 0,791 0,758 0,824 0,720 0,752 0,870 0,901 0,863 0,948 0,920 0,902 0,847 0,826 0,650 0,697
,
0,771 0,511 0,485 0,482 0,601 0,897 0,524 0,714 0,571 0,609 0,811 0,639 0,589 0,691 0,534 0,580 0,766 0,820 0,755 0,903 0,854 0,821 0,728 0,694 0,439 0,502
)
(kW)
(jam)
87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5 87,5
24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24
Rugirugi energi (kWh) 1.619,69 1.075,07 1.019,79 1.014,16 1.263,20 1.885,57 1.101,16 1.500,87 1.200,78 1.280,98 1.704,71 1.342,56 1.238,17 1.452,43 1.121,82 1.219,53 1.609,40 1.722,27 1.585,68 1.896,52 1.793,59 1.725,81 1.528,89 1.459,12 923,84 1.055,30
copyright @ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL. 8 NO. 3/September 2014
Hari 27 28 29 30 31
,
( 0,930 0,755 0,676 0,859 0,883
)
0,871 0,584 0,474 0,749 0,789
(kW)
(jam)
87,5 87,5 87,5 87,5 87,5
24 24 24 24 24
Rugirugi energi (kWh) 1.830,84 1.227,86 995,83 1.573,26 1.657,81
Tabel 9. Hasil perbandingan pengukuran terhadap estimasi rugi-rugi energi Perbandingan
Fs
Pengukuran
-
%
% Error
rata-rata
(kWh)
0,67283
44.910,60
1,11
-
Estimasi
0,146 0,843
+ ²
0,67298
43.810,81
1,0868
2,45
Gustafson I
0,08 0,92
+ ²
0,67044
43.645,99
1,0827
2,82
0,67014
43.626,51
1,0822
2,86
Gustafson II
, `
Dari hasil perbandingan antara rugi-rugi hasil pengukuran dan estimasi menunjukan selisih yang tidak terlalu jauh, yaitu dengan tingkat kesalahan sebesar 2,45 %. Formula
faktor rugi-rugi Gustafson I memiliki tingkat kesalahan sebesar 2,82 % dan Gustafson II sebesar 2,86 %. [3].
Kesimpulan Dari hasil penelitian dan pembahasan yang dilakukan, diperoleh kesimpulan sebagai berikut: 1. Rugi-rugi energi penyulang KI.4 Mawas pada bulan Oktober 2013 berdasarkan hasil pengukuran diperoleh sebesar 44.910,9 kWh atau 1,11 %. 2. Rugi-rugi energi penyulang KI.4 Mawas pada bulan Oktober 2013 berdasarkan hasil estimasi diperoleh sebesar 43.810,8181 kWh atau 1,08685 %. 3. Perbandingan antara rugi-rugi hasil estimasi dan rugi-rugi dengan menggunakan formula faktor rugi-rugi referensi, hasilnya menunjukkan konstanta pada formula faktor rugi-rugi estimasi memberikan hasil yang lebih akurat.
[4].
[5].
[6]. [7].
[8]. [9]. [10].
Referensi [1]. [2].
http://garyshafer.blogspot.com/2008/03/29/Rugi/S usut Teknis Pada Sistem Distribusi Tenaga Listrik/diakses tanggal 28 September 2013. Bunluesak, K.; Horkierti, J.; Kaewtrakulpong, P., “Power Loss Estimation in Distribution System. A Case Study of PEA Central Area I,” King Mongkut’s University of Technology Thonburi & Kasetsart University.
-145-
[11]. [12].
Dickert, J.;Hable, M.; Schegner, “Energy Loss Estimation in Distribution Networks for Planning Purposes,” IEEE Bucharest Power Tech Conference, 28 June – 2 July 2009. Suswanto, Daman, “Sistem Distribusi Tenaga Listrik Untuk Mahasiswa Teknik Elektro,” Edisi Pertama. 2009. Universitas Negeri Padang Press: Padang. Ramadhianto, Danang, “Studi Susut Energi Pada Sistem Distribusi Tenaga Listrik Melalui Analisis Pengukuran dan Perhitungan,” 2008. Universitas Indonesia : Jakarta. Shenkman, A.L., “Energy Loss Computation By Using Statistical Techniques,” IEEE Trans. on Power Delivery, Vol. 5, No.1, 1990. Buller, F.H.; Woodrow, C.A., ”Load FactorEquivalent Hour Value Compared,” Electrical World, July14, 1928. Hoebel, H.F., “Cost of Electric Distribution Losses,” Electric Light and Power, March 15, 1959. Kau, S.W.; Cho, M.Y., “Distribution Feeder Loss Computation By Artificial Neural network,” IEEE. Trans , 1995. Ferreyra, R.O.; Paoletich, P.J., “Model For Losses Calculation And Breakdown In Distribution Systems,” Conference Publication, No.482 CIRED, 2001. Gustafson, M.W.; Baylor, J.S., “The Equivalent Hours Loss Factor Revisited ,” IEEE Trans. on Power Systems, Vol. 3, No. 4, 1988. Ramadhianto, Danang, “Studi Susut Energi Pada Sistem Distribusi Tenaga Listrik Melalui Analisis Pengukuran dan Perhitungan,” 2008. Universitas Indonesia : Jakarta.
copyright @ DTE FT USU
