ESTIMASI RUGI-RUGI ENERGI PADA SISTEM DISTRIBUSI RADIAL 20 KV (STUDI KASUS : PENYULANG KI. 4 – MAWAS GI. KIM)
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik
Oleh : JHON PALMER SITORUS NIM : 090402085
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
Universitas Sumatera Utara
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR
ESTIMASI RUGI-RUGI ENERGI PADA SISTEM DISTRIBUSI RADIAL 20 KV (STUDI KASUS : PENYULANG KI. 4 – MAWAS GI. KIM) Oleh : JHON PALMER SITORUS 090402085 Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN Sidang pada Tanggal 21 Bulan Mei Tahun 2014 di depan Penguji : 1. Ketua Penguji
: Ir. Riswan Dinzi, M.T.
2. Anggota Penguji
: Yulianta Siregar, S.T., M.T.
Disetujui Oleh: Pembimbing Tugas Akhir
Ir. Zulkarnaen Pane, M.T. NIP. 195707201983031001
Diketahui Oleh: Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU
Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si. NIP.195405311986011002
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK Masalah yang dibahas dalam Tugas Akhir ini fokus kepada estimasi rugirugi energi pada penyulang distribusi radial 20 kV. Pendekatan empiris terdahulu telah ditemukan oleh M.W. Gustafson dari tahun 1983 s.d. 1993. Gustafson mengubah koefisien dan menyediakan konstanta pada formula faktor rugi-rugi. Penelitian dalam Tugas Akhir ini melakukan observasi data riil terkini, pengukuran rugi-rugi energi, estimasi rugi-rugi energi, 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 rugi-rugi 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 rugirugi 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.
i Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR Penulis mengucapkan puji dan syukur kepada Tuhan Yesus Kristus, Allah yang penuh kasih karunia atas rahmat dan penyertaanNya yang begitu mengagumkan dalam kehidupan penulis sehingga atas belas kasihNya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini yang berjudul : “ESTIMASI RUGI-RUGI ENERGI PADA SISTEM DISTRIBUSI RADIAL 20 KV (STUDI KASUS : PENYULANG KI. 4-MAWAS GI. KIM).” Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan serta dukungan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terimakasih yang tulus dan sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Ir. Zulkarnaen Pane, M.T. sebagai Dosen Pembimbing Tugas Akhir penulis yang sangat besar bantuannya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 2. Bapak F. Rizal Batubara, ST, M.T. sebagai Dosen Wali penulis selama menyelesaikan pendidikan di kampus USU. 3. Bapak
Ir.
Surya
Tarmizi
Kasim,
M.si.
sebagai
Ketua
Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
ii Universitas Sumatera Utara
4. Bapak Rahmad Fauzi, ST, M.T. sebagai Sekretaris Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 5. Seluruh Staff Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Elektro FTUSU. 6. Kedua orang tua yang begitu saya cintai, Daulat Parulian Sitorus (Alm.) dan Murni br. Dolok Saribu. Tiada kata yang dapat menggambarkan rasa cinta saya kepada kedua orang tua saya. 7. Saudara kandung saya, Lisnawati br. Sitorus, Marta Delina br. Sitorus, Christy Juliana br. Sitorus, dan adik saya satu- satunya, Maria Angelina br. Sitorus yang telah membantu membentuk pribadi saya menjadi lebih kokoh. 8. Saudara saya
bersama melayani Tuhan di UKM KMK USU,
teman KTB, Adventus Patar Silalahi, Evan F.O Manurung, Leonardo Silalahi, dan Rianto Pakpahan, abang pembina rohani saya, Bonar S. Banjarnahor, adik binaaan rohani saya, Rio Richard Simanjuntak dan Rey Calvin Situngkir. Atas dukungan mereka semua sehingga pengenalan saya akan Tuhan Yesus semakin kuat. 9. Keluarga besar Laboratorium Transmisi dan Distribusi DTE USU : Bapak Ir. Zulkarnaen Pane, M.T., Fakhrul, Doni, Andika, Rizky, dan Sylvester. 10. Bang Leo Siregar dan Bang Lamringan Sihotang yang sudah banyak memberi masukan sekaligus menjadi rekan berdiskusi bersama penulis.
iii Universitas Sumatera Utara
11. Bapak Ir. Rizwan Dinzi, M.T. selaku Pembina study Club HVDC beserta teman – teman anggota klub. Bersama-sama dengan study club yang lain (GIS dan 5G) kita saling berbagi pengetahuan. 12. Teman teman saya Teknik Elektro stambuk 2009, Rekan-rekan Pengurus Ikatan Mahasiswa Teknik Elektro (IMTE) USU Periode 2013/2014, kawan seperantauan di Ikatan Pelajar dan Mahasiswa Duri (IKAPEMADU) Medan, yang secara tidak langsung telah memberi saya dukungan yang sangat berarti. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangannya. Kritik dan saran dari pembaca untuk menyempurnakan Tugas Akhir ini sangat penulis harapkan. Akhir kata, semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi kita semua.
Medan, 21 Mei 2014 Penulis
Jhon Palmer Sitorus NIM. 090402085
iv Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK .......................................................................................................... i KATA PENGANTAR ........................................................................................ ii DAFTAR ISI ....................................................................................................... v DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... vii DAFTAR TABEL .............................................................................................. x I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ......................................................................................... 1 1.2. Perumusan Masalah .................................................................................. 2 1.3. Tujuan ....................................................................................................... 2 1.4. Batasan Masalah ....................................................................................... 3 1.5. Manfaat ..................................................................................................... 3 II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pandangan Umum Sistem Tenaga Listrik ................................................ 4 2.2. Sistem Distribusi ...................................................................................... 8 2.2.1. Berdasarkan ukuran tegangan ....................................................... 8 2.2.2. Berdasarkan bentuk jaringan......................................................... 9 2.3. Penghantar Pada Jaringan Tegangan Menengah ...................................... 20 2.3.1. Saluran udara tegangan menengah (SUTM) ................................. 20 2.3.2. Saluran kabel tegangan menengah (SKTM) ................................. 21 2.4. Karakteristik Beban ................................................................................... 24 2.4.1. Klasifikasi beban ........................................................................... 24 2.4.2. Karakteristik umum beban listrik.................................................. 26 2.4.3. Kurva beban .................................................................................. 36 2.5. AMR (Automatic Meter Reading) ............................................................. 38 2.6. Estimasi Rugi-rugi Energi ......................................................................... 42
v Universitas Sumatera Utara
III. METODE PENELITIAN 3.1. Tempat dan Waktu ................................................................................... 44 3.2. Data dan Peralatan yang Digunakan ........................................................ 44 3.2.1. Data ............................................................................................... 44 3.2.2. Peralatan ........................................................................................ 44 3.3. Variabel Yang Diamati .............................................................................. 45 3.4. Rangkaian dan Teknik Pengukuran ........................................................... 45 3.5. Pelaksanaan Penelitian .............................................................................. 46 IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1. Pengukuran AMR (Automatic Meter Reading) ......................................... 50 4.2. Estimasi Rugi-rugi Energi ......................................................................... 52 4.2.1. Perhitungan faktor beban (
) ...................................................... 53
4.2.2. Perhitungan faktor rugi-rugi aktual (
) ...................................... 54
4.2.3. Estimasi konstanta A dan B ............................................................ 56 4.2.4. Estimasi rugi-rugi saluran (
)
........................................... 58
4.2.4.1.Metode aliran daya menggunakan ETAP 7.5.0 ................... 58 4.2.4.2.Prosedur menggunakan ETAP 7.5.0 .................................... 61 4.2.4.3.Data load flow ...................................................................... 64 4.2.4.4.Hasil simulasi ETAP 7.5.0 ................................................... 74 4.2.5. Perhitungan rugi-rugi energi (
) ................................................... 75
4.3. Perbandingan Hasil.................................................................................... 77 V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ............................................................................................... 80 5.2. Saran ......................................................................................................... 81 DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 82 LAMPIRAN
vi Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
No.
Judul
Halaman
2.1
Skema Umum Sistem Tenaga Listrik ............................................ 5
2.2
Sebagian Dari Sistem Interkoneksi, Yaitu Sebuah Pusat Listrik, Dua Buah GI Beserta Subsistem Distribusinya .............................................. 6
2.3
Sistem Jaringan Radial Terbuka .................................................... 10
2.4
Sistem Jaringan Radial Paralel ...................................................... 12
2.5
Sistem Jaringan Tertutup ............................................................... 13
2.6
Sistem Jaringan Network/Mesh ..................................................... 16
2.7
Sistem Jaringan Interkoneksi ......................................................... 18
2.8
Beberapa Jenis Konduktor Yang Digunakan Pada HUTM ........... 21
2.9.a
Kabel N2XSY Dan NA2XSY ....................................................... 22
2.9.b
Kabel N2XSEBY Dan NA2XSEBY ............................................. 23
2.9.c
Kabel N2XSEFGbY Dan NA2XSEFGbY .................................... 23
2.10
Perubahan KebutuhanMaksimum Terhadap Waktu ................. 28
2.11
Dua Nilai Ekstrim Untuk Faktor Diversitas .............................. 30
2.12
Faktor Beban Menunjukkan Dua Konsumen Pada Maksimum Demand Yang Sama Menggunakan Peralatan Dengan Jumlah Yang Berbeda .......... 33
2.13
Kurva Beban Harian .................................................................. 34
2.14
Kurva Lama Beban .................................................................... 35
2.15
Kurva Beban Harian ...................................................................... 37
2.16
Automatic Meter Reading .............................................................. 38
2.17
Blok Diagram Tiga Komponen Primer AMR ............................... 41
3.1
Letak AMR Untuk Pengukuran Rugi-Rugi Energi Pada Jaringan Tegangan Menengah (JTM) .......................................................... 45 vii Universitas Sumatera Utara
3.2
Diagram Blok Pelaksanaan Penelitian ........................................... 47
3.3
Diagram Blok Pengukuran Rugi-rugi Energi ................................ 48
3.4
Diagram Blok Estimasi Rugi-rugi Energi ..................................... 49
4.1
Kurva Beban Harian Penyulang KI.4-Mawas ............................... 52
4.2
Tampilan awal Software SPSS ...................................................... 56
4.3
Tampilan Analisis Regresi Nonlinier Pada Software SPSS .......... 57
4.4
Pemodelan Fungsi Regresi Nonlinier Pada Software SPSS 4.5 .... 57
4.5
Flowchart Studi Aliran Daya Menggunakan ETAP 7.5.0............. 60
4.6
Tampilan Pertama ETAP 7.5.0 ...................................................... 61
4.7
Tampilan Menu File ...................................................................... 62
4.8
Tampilan Create New Project File ................................................ 62
4.9
Tampilan User Information ETAP 7.5.0 ....................................... 63
4.10
Gambar 4.10 Tampilan Utama Program ETAP 7.5.0.................... 63
4.11
One-line Diagram Dalam ETAP 7.5.0 .......................................... 64
4.12
Tampilan Data Power Grid Pada Program ETAP 7.5.0 ................ 65
4.13
Tampilan Data Bus Pada Program ETAP 7.5.0............................. 66
4.14
Tampilan Data Panjang Saluran Transmisi Pada ETAP 7.5.0 ...... 67
4.15
Tampilan Data Impedansi Saluran Transmisi Pada ETAP 7.5.0 ... 67
4.16
Tampilan Data Panjang Kabel Pada ETAP 7.5.0 .......................... 68
4.17
Tampilan Data Impedansi Kabel Pada ETAP 7.5.0 ...................... 69
4.18
Tampilan Data Transformator Pada ETAP 7.5.0 .......................... 70
4.19
Tampilan Data Lumped Load Sebagai Beban Tersambung 3Ø Pada ETAP 7.5.0 ................................................ 71
4.20
Tampilan Data Name Plate Lumped Load Pada ETAP 7.5.0........ 71
4.21
Tampilan Data Static Load Sebagai Beban Tersambung 1Ø Pada ETAP 7.5.0 ................................................ 72
viii Universitas Sumatera Utara
4.22
Tampilan Data pembebanan Static Load 1Ø Pada ETAP 7.5.0 .... 73
4.23
Tampilan Data Load Flow Study Case .......................................... 74
ix Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
No.
Judul
Halaman
4.1
Data Energi Penyulang KI.4-Mawas ............................................. 50
4.2
Data Energi Gardu-Gardu Penyulang KI.4-Mawas....................... 50
4.3
Data Rugi-Rugi Energi Hasil Pengukuran Pada Penyulang KI.4-Mawas ........................................................ 51
4.4
Nilai Rasio
terhadap
4.5
Nilai Kuadrat Rasio
4.6
Nilai
4.7
Hasil Estimasi Konstanta A dan B ................................................ 58
4.8
Hasil Estimasi Rugi-Rugi Energi Pada
dan
....................................................... 53 terhadap
.......................................... 54
bulan Oktober ................................................ 55
Penyulang KI.4-Mawas ................................................................. 75 4.9
Hasil Estimasi Rugi-Rugi Energi Menggunakan ,
4.10
, Dan
(A = 0,08 Dan B = 0,92) .................................. 77
Hasil Estimasi Rugi-Rugi Energi Menggunakan ,
4.12
(A = 0,146 Dan B = 0,843) .............................. 76
Hasil Estimasi Rugi-Rugi Energi Menggunakan ,
4.11
, Dan
, Dan
(
) ........................................................ 78
Perbandingan Hasil Pengukuran Terhadap Estimasi Rugi-Rugi Energi ........................................................................... 79
x Universitas Sumatera Utara
