ANALISIS KUALITAS TEGANGAN PADA JARINGAN DISTRIBUSI SEKUNDER PADA RSUD PROF. DR. H. ALOEI SABOE KOTA GORONTALO Wahid, Yasin Mohamad, ST., MT, Ade Irawaty Tolago, ST., MT Jurusan Teknik Elektro, Program Studi S1. Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Negeri Gorontalo Email :
[email protected] Intisari Kualitas tegangan adalah salah satu hal penting dalam sistem tenaga listrik, baik itu pada jaringan distribusi primer maupun pada jaringan distribusi sekunder. Menganalisis kualitas tegangan dilakukan guna mengetahui stabilitas tegangan pada beban yang terpasang. Dalam penelitian ini digunakan metode kurva P – V dan kurva Q – V untuk menganalisis kualitas tegangan yang ditinjau dari sisi pembebanan dengan didukung menggunakan perangkat lunak ETAP, kemudian dievaluasi kualitas tegangannya berdasarkan standar PLN (SPLN : 72 Tahun 1987) dan berdasarkan standar IEEE std 446 “Recommended Practice for Emergency and Standby Power System for Industrial and Commercial Applications” Dari hasil penelitian diperoleh, kualitas tegangan RSUD Prof. Dr. H. Aloei Saboe dalam kondisi sangat baik, tegangan pada kondisi beban bertambah 25 % dari beban puncak adalah 216,1 volt, drop tegangannya hanya 3,9 volt atau sebesar 1,77 % dari tegangan nominal, drop tegangan yang terjadi masih dalam batas yang diijinkan yaitu 13 % atau 191,4 volt. Kata Kunci : drop tegangan, kurva P-V, kurva Q-V, kualitas tegangan Abstract The voltage quality is one of the important things in electric power systems in both the primary distribution network as well as on the secondary distribution network. Analyze the quality of voltage is done in order to find out the stability of the voltage on the load. This research used the curve method P – V and Q – V to analyze the quality of the voltage curve, which is viewed from the side burden supported using ETAP software then evaluated based on the standard of PLN (SPLN: 72 Year 1987) and based on standards IEE std 446 “recommended practice for emergency and standby power system for industrial and commercial applications” The results of this research obtained by the voltage quality in hospital Prof. Dr. H. Aloei Saboe in excellent condition. The voltage on the load was increased 25 % of peak loads is 216,1 volt, the voltage drop only 3,9 volt or 1,77 % of the nominal voltage, the voltage drop that occurs still within the allowable limit, theat is 13 % or 191,4 volt Key word: voltage drop, Curve P - V, Curve Q – V, Quality of voltage 1
I.
PENDAHULUAN Masalah kualitas tegangan adalah persoalan perubahan tegangan atau arus yang
bisa menyebabkan kegagalan atau tidak berfungsinya peralatan sebagaimana mestinya baik peralatan milik PLN maupun milik konsumen sehingga menyebabkan pelanggan maupun PLN menderita kerugian. Karena begitu pentingnya kualitas tegangan dapat dikatakan sebagai salah satu parameter yang perlu dipertimbangkan dalam pengelolaan energi listrik. Rumah sakit yang kurang memperhatikan distribusi dan instalasi listriknya, bukan hanya menyebabkan kurangnya kenyamanan dan efesiensi penggunaan listrik di rumah sakit tersebut, tetapi juga dapat membahayakan kondisi pasien, seperti pasien yang sedang dioperasi atau pasien yang sedang dalam perawatan darurat. Rumah
Sakit Umum Daerah Prof. Dr. H. Aloei Saboe Kota Gorontalo
merupakan salah satu rumah sakit besar di Kota Gorontalo, dilengkapi dengan peralatan-peralatan kesehatan dan kedokteran modern yang tentunya memerlukan kualitas tegangan
yang baik untuk menunjang bekerjanya peralatan-peralatan
tersebut. Penggunaan peralatan-peralatan kesehatan dan kedokteran modern di RSUD Prof. Dr. H. Aloei Saboe membutuhkan daya listrik yang cukup besar, jumlah beban tersebut dapat mempengaruhi kualitas tegangan, sehingga perlu diketahui kualitas tegangan terhadap jumlah beban daya yang terpasang serta kemampuan system dalam penambahan beban yang bisa dipasang pada setiap fasa-fasanya, untuk menjaga kualitas tegangan tetap dalam kondisi baik.
II. LANDASAN TEORI 2.1. Operasi Sistem Tenaga Listrik Operasi system tenaga listrik pada umumnya terdiri dari instalasi untuk menyalurkan daya listrik sampai ke beban, intalasi tersebut dirancang berdasarkan tingkat pemenuhan kebutuhan beban. Pada intalasi listrik di rumah sakit pada umumnya dilengkapi dengan instalasi listrik yang bervariasi, yaitu sarana medis, pelayanan umum pasien dan beberapa penunjang lainnya seperti dapur dan laundry. 2
2.2. Tegangan Secara ideal tegangan nominal harus konstan supaya tidak merusak peralatan rumah sakit baik yang terhubung ataupun tidak terhubung pada pasien, karena gangguan system tenaga listrik yang terjadi di rumah sakit dapat berakibat sangat fatal bagi keselamatan pasien. Tetapi pada kenyataannya tegangan yang ada tidak selalu konstan, dimana suatu saat tegangan naik dan suatu saat tegangan turun yang dikarenakan oleh bebarapa faktor. Standar toleransi drop tegangan yang diizinkan pada instalasi bangunan rumah sakit berdasrkan Standar PLN (SPLN : 72 tahun 1987) adalah -13 %, dan STANDAR toleransi drop tegangan yang diizinkan berdasarkan standar IEEE Std 446 Recommended Practice for Emergency and Standby Power System for Industrial and Commercial Applications adalah -13 %.
2.3. Aliran Beban Analisis aliran beban sangat penting dalam perencanaan pengembangan suatu system tenaga listrik di masa yang akan datang, karena pengoperasian yang baik dari suatu system tenaga listrik sangat bergantung pada diketahuinya efek-efek interkoneksi dengan system tenaga yang lain, beban yang baru, stasiun pembangkit baru serta saluran transmisi baru, sebelum semuanya dipasang, (William D. Stevenson : 1990). Informasi dari analisis aliran beban digunakan untuk mengevaluasi secara terus menerus tampilan arus dari sebuah sistem tenaga listrik dan untuk menganalisis keefektivan perencanaan alternatif untuk perluasan sistem guna memenuhi kebutuhan beban yang meningkat, (Ahmad H. El Abiad dan GW. Stagg: 1968). Analisis aliran beban memuat perhitungan aliran daya dan tegangan sebuah system tenaga listrik untuk mengatur kapasitas generator, kondensator, dan perubahan tap transformator pada saat dibebani maupun maupun pertukaran jaringan (net interchange) antar sistem operasi individu.
3
2.4. Metode Newton-Raphson Dalam metode Newton - Raphson secara luas digunakan untuk permasalahan Persamaan non-linear. Penyelesaian Persamaan ini menggunakan permasalahan yang linear dengan solusi pendekatan. Metode ini dapat diaplikasikan untuk satu Persamaan atau beberapa Persamaan dengan beberapa variabel yang tidak diketahui. Untuk Persamaan non-linear yang diasumsikan memiliki sebuah variable seperti Persamaan berikut, y = f(x) persamaan dapat diselesaikan dengan membuat persamaan menjadi, f(x) = 0 menggunakan deret taylor, persamaan (2.2) dapat dijabarkan menjadi f(x) = f (𝑥0 )+
1 𝑑𝑓(𝑥0 )
1 𝑑𝑓2 (𝑥0 )
1!
2!
𝑥
(x - 𝑥0 ) +
𝑑𝑥 2
(x - 𝑥0 )2 +…+
1 𝑑𝑓𝑛 (𝑥0 ) n!
𝑑𝑥 𝑛
(x - 𝑥0 )n =0
turunan pertama dari persamaan di atas diabaikan, pendekatan linear menghasilkan persamaan, f(x) = f (𝑥0 ) +
𝑑𝑓(𝑥0 ) 𝑑𝑥
(x - 𝑥0 ) = 0
dari :
Bagaimana pun, untuk mengatasi kesalahan notasi, maka persamaan dapat diulang seperti,
Dimana x(0) = pendekatan perkiraan x(1) = pendekatan pertama Oleh karena itu rumus dapat dikembangkan sampai iterasi terakhir (k + 1), menjadi persamaan, 4
Jadi,
2.5. Analisis Stabilitas Tegangan Stabilitas tegangan menurut Taylor (1994) adalah : 1. Suatu sistem tenaga pada suatu tahap operasi tertentu mempunyai tegangan stabil, bila setelah adanya gangguan kecil, nilai tegangan dekat beban adalah sama atau mendekati nilai tegangan sebelum terjadinya ganggu. 2. Kemampuan sistem untuk dapat menjaga tegangan pada semua bus tetap dalam batas operasi yang ditentukan setelah mengalami gangguan. 3. Suatu sistem tenaga pada suatu tahap operasi dan gangguan tertentu menuju jatuh tegangan, bila nilai tegangan setelah gangguan adalah dibawah standar batas yang ditentukan.
2.6. Daya Daya adalah energy yang dikeluarkan untuk melakukan usaha. Dalam system tenaga listrik daya merupakan jumlah energi yang digunakan untuk melakukan usaha. Daya listrik biasanya dinyatakan dalam satuan Watt atau Horsepower merupakan satuan daya listrik dimana 1 HP setara 746 Watt atau lbft/second.
5
2.6.1. Daya Aktif Daya aktif (Active Power) adalah daya yang terpakai untuk melakukan energy yang sebenarnya. Satuan daya aktif adalah Watt. P = V• I Cos 𝜑 (Watt) 2.6.2. Daya reaktif Daya reaktif adalah jumlah daya yang diperlukan untuk pembentukan medan magnet . dari pembentukan medan magnet maka akan terbentuk fluks medan magnet. Satuan daya reaktif adalah VAR Q = V • I Sin 𝜑 (VAR) 2.6.3. Daya Semu Daya nyata adalah (Apparent Power) daya yang dihasilkan antara perkalian tegangan rms dan arus rms dalam suatu jaringan atau daya yang merupakan hasil penjumlahan trigonometri daya aktif dan daya reaktif. Satuan daya semu adalah VA. S = √𝑃2 + 𝑄 2 atau S = V • I (VA)
2.6.4. Kurva P-V Analisis stabilitas tegangan melalui Kurva P - V ini adalah untuk melihat pada kondisi beban total berapa tegangan sistem mengalami kollaps. Artinya kemampuan sistem dalam menyalurkan daya aktif telah melebihi kemampuan system itu sendiri. Adapun kurva P - V seperti diperlihatkan pada gambaR berikut
Gambar 1. Kurva P-V
6
2.6.5. Kurva Q-V Analisis stabilitas tegangan melalui Kurva Q-V ini adalah untuk melihat pada kondisi beban total berapa (Var) tegangan sistem mengalami kollaps. Artinya kemampuan sistem dalam menyalurkan daya reaktif telah melebihi kemampuan sistem itu sendiri. Adapun kurva V-Q dapat dilihat pada gambar berikut,
Gambar 2. Kurva Q-V
III. METODE PENELITIAN Analisis data dilakukan dengan menggunakan metode analisis kurva P-V dan kurva Q-V untuk mengetahui hubungan antara besar daya beban terpasang dengan tegangan. Analisis dilakukan dengan empat perlakukan, yakni 1.
Dilakukan pada kondisi beban rendah dengan melihat besar drop tegangan pada saat beban yang terpasang dalam kondisi rendah dalam bentuk kurva P-V dan kurva Q-V.
2.
Dilakukan pada kondisi beban sedang dengan melihat besar drop tegangan pada saat beban yang terpasang dalam kondisi sedang dalam bentuk kurva P-V dan kurva Q-V.
3.
Dilakukan pada kondisi beban puncak dengan melihat besar drop tegangan pada saat beban yang terpasang dalam kondisi puncak dalam bentuk kurva P-V dan kurva Q-V.
7
4.
Dilakukan pada kondisi beban bertambah (5% - 25%) dari beban puncak, dengan melihat besar drop tegangan pada saat beban yang terpasang dalam kondisi rendah dalam bentuk kurva P-V dan kurva Q-V. Simulasi aliran beban pada kondisi beban bertambah dilakukan dengan
menggunakan perangkat lunak ETAP.
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Sistem Tenaga Listrik RSUD Prof. Dr. H. Aloei Soboe Pada sistem tenaga listrik di RSUD Prof. Dr. H Aloei Saboe, daya listrik yang disuplay oleh PLN sebesar 1000 KVA untuk melayani seluruh pemakaian tenaga listrik di RSUD Prof. Dr. H Aloei Saboe. Di RSUD Prof. Dr. H Aloei Saboe disediakan Genset sebagai sumber tenaga listrik cadang sebanyak 2 unit masing-masing berkapasitas 500 KVA. Untuk memudahkan operasi sistem serta pemeliharaan, sistem tenaga listrik di RSUD Prof. Dr. H Aloei Saboe terdiri dari dua bagian panel distribusi yaitu panel distribusi utama atau main panel distribution (MDP) dan sub panel distribusi atau sub panel distribution (SDP). 4.2. Pengukuran arus dan tegangan pada SDP RSUD Prof. Dr. H Aloei Saboe Hasil pengukuran arus pada kondisi beban rendah, beban sedang dan beban puncak masing-masing panel adalah sebagai berikut : Tabel 3. hasil pengukuran arus dan tegangan No
Nama panel
1
P. Pompa air
2
P. Asrama
3
P. Administrasi
Kondisi beban beban rendah beban sedang beban puncak beban rendah beban sedang beban puncak beban rendah beban sedang beban puncak
R
Arus S
T
R
Tegangan S
T
8 9.03 10.1 17.4 30.03 32.8 4.7 7.567 135.7
7.5 8.75 9.3 38.4 45.45 94.3 13 14.37 105.9
7.5 8.67 9.1 24.3 32.67 35.1 10.98 11.98 126.3
232 225.5 219 231 225.3 219 231 225.5 218
230 224.5 219 229 224.3 219 229 224 219
232 224.33 219 232 224 220 232 224.17 220
8
cos ϕ 0.93 0.93 0.92 0.93 0.93 0.92 0.93 0.93 0.92
4
P. LAB
5
P. G1,G2,G3
6
P. UPS
7
P. VIP
8
P. CMU
beban rendah beban sedang beban puncak beban rendah beban sedang beban puncak beban rendah beban sedang beban puncak beban rendah beban sedang beban puncak beban rendah beban sedang beban puncak
39.5 48.9 55.4 37.6 39.2 56.8 14.8 15.58 17.2 18.3 28.98 38.2 66.5 111 163.5
18.4 19.32 50.9 45.7 49.27 67 20.5 23.65 30.3 17.5 37.17 39.6 47.5 80.23 100.3
32.5 34.8 54.7 41.8 44.05 63.8 13.2 13.82 19.4 21.9 43.68 45.3 52.3 63.72 77.1
231 225.67 219 231 225.33 219 231 225.33 218 231 224.67 218 230 224.83 218
230 224.17 219 230 223.83 219 230 224.17 219 230 224.83 219 230 224.5 219
233 224 220 233 224.17 220 233 224.17 220 231 224.33 220 232 224.17 219
0.93 0.93 0.92 0.93 0.93 0.92 0.93 0.93 0.92 0.93 0.93 0.92 0.93 0.93 0.92
4.3. Perhitungan beban tiap fasa pada panel SDP RSUD Prof. Dr. H Aloei Saboe Dari hasil pengukuran arus dan tegangan pada masing-masing panel, dapat dihitung beban aktif dan beban reaktif yang terpasang pada masing-masing panel tersebut tiap-tiap fasanya dengan cara : Perhitungan beban yang terpasang pada panel Pompa air yaitu : Perhitungan untuk fasa R pada kondisi beban rendah : P = V• I Cos φ
Q = V• I Sin φ
P = 232 x 8 x 0,93
Q = 232 x 8 x 0,37
P = 1726,08 watt
Q = 686,72 Var
Perhitungan untuk fasa S pada kondisi beban rendah : P = V• I Cos φ
Q = V• I Sin φ
P = 230 x 7,5 x 0,93
Q = 230 x 7,5 x 0,37
P = 1604.25 watt
Q = 638.25 Var
Perhitungan untuk fasa T pada kondisi beban rendah : P = V• I Cos φ
Q = V• I Sin φ
P = 232 x 7,5 x 0,93
Q = 232 x 7,5 x 0,37
P = 1661.29 watt
Q = 643.8 Var
9
Tabel 4. hasil perhitungan beban pada masing-masing panel No
Nama panel
1
P. Pompa air
2
P. Asrama
3
P. Administrasi
4
P. LAB
5
P. G1,G2,G3
6
P. UPS
7
P. VIP
8
P. CMU
Kondisi beban beban rendah beban sedang beban puncak beban rendah beban sedang beban puncak beban rendah beban sedang beban puncak beban rendah beban sedang beban puncak beban rendah beban sedang beban puncak beban rendah beban sedang beban puncak beban rendah beban sedang beban puncak beban rendah beban sedang beban puncak
R
beban aktif (watt) S T
1726.08 1894.426 2034.948 3738.042 6293.785 6608.544 1009.701 1586.844 27215.99 8485.785 10262.64 11161.99 8077.608 8214.752 11444.06 3179.484 3265.643 3449.632 3931.389 6055.778 7661.392 14224.35 23209.55 32791.56
1604.25 1826.869 1873.764 8178.048 9482.234 18999.56 2768.61 2992.864 21336.73 3935.76 4027.042 10255.33 9775.23 10255.6 13499.16 4384.95 4930.434 6104.844 3743.25 7771.364 7978.608 10160.25 16751.52 20208.44
1661.29 1808.127 1851.94 5242.968 6805.12 7104.24 2369.045 2498.225 25563.12 7042.425 7249.536 11071.28 9057.642 9183.324 12913.12 2860.308 2880.43 3926.56 4704.777 9113.654 9168.72 11284.25 13283.33 15534.11
R
beban reaktif (Var) S T
686.72 753.6962 862.641 1487.178 2503.979 2801.448 401.709 631.3248 11537.21 3376.065 4082.987 4731.714 3213.672 3268.235 5474.04 1264.956 1299.234 1462.344 1564.101 2409.288 3247.764 5659.15 9233.905 13900.77
638.25 726.8188 794.313 3253.632 3772.502 8054.163 1101.49 1190.709 9044.919 1565.84 1602.157 4347.369 3889.07 4080.183 5722.47 1744.55 1961.57 2587.923 1489.25 3091.833 3382.236 4042.25 6664.582 8566.623
643.8 719.3622 780.78 2085.912 2707.413 3011.58 942.5232 993.9176 10836.54 2801.825 2884.224 4693.26 3603.578 3653.58 5474.04 1137.972 1145.977 1664.52 1871.793 3625.862 3886.74 4489.432 5284.767 6585.111
Melakukan simulasi aliran beban RS dengan kondisi beban bertambah di tiaptiap fasa R, S dan T, setelah melakukan simulasi, maka didapatkan besar tegangan tiap fasa R, S, dan T pada masing-masing panel. 4.4. Analisis Kurva P - V dan Kurva Q – V Analisis kurva P – V dan kurva Q – V dilakukan guna mengetahui stabilitas tegangan terhadap beban yang terpasang, analisis kurva P – V dan kurva Q – V dilakukan pada masing-masing panel dengan cara yang sama.
10
Kurva P – V yang menunjukan hubungan antara besar beban aktif dengan nilai tegangan pada masing-masing fasa R, S dan T pada panel Pompa Air dapat dilihat pada gambar 4.19. 234 233 232 231 230 229 228 227 226 225
tegangan (V)
224 223 222
fasa R
221
fasa S fasa T
220 219 218 217 216 215 214 213 212 211 210 1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
2800
3000
P (watt)
Gambar 4.19 kurva P – V pada panel Pompa Air 11
Kurva Q – V yang menunjukan hubungan antara besar beban reaktif dengan nilai tegangan pada masing-masing fasa R, S dan T pada panel Pompa Air dapat dilihat pada gambar 4.20. 234 233 232 231 230 229 228 227 226 225
tegangan (V)
224 223 222
fasa R
221
fasa S fasa T
220 219 218 217 216 215 214 213 212 211 210 0
100
200
300
400
500
600
700
800
900 1000 1100 1200
Q (Var)
Gambar 4.20 kurva Q – V pada panel Pompa Air 12
V. KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan di RSUD Prof. Dr. H. Aloei Saboe pada kondisi saat ini dapat diambil kesimpulan bahwa, 1.
Kualitas tegangan yang dianalisis dengan menggunakan metode kurva P – V dan kurva Q – V pada tiap-tiap fasa R, S dan T di masing-masing panel distribusi tenaga listrik di RSUD Prof. Dr. H. Aloei Saboe pada kondisi beban puncak, masih dalam batas yang diijinkan berdasarkan standar IEEE std 446 dan SPLN : 72 tahun 1987 yaitu -13 % atau 191,4 volt, sedangkan kondisi tegangan pada tiap-tiap fasa R, S dan T pada kondisi beban bertambah 25 % dari beban puncak pada tiap-tiap fasanya, rata-rata tegangannya 216,1 volt, drop tegangannya hanya 3,9 volt atau sebesar 1,77 %.
2.
Stabilitas tegangan jaringan distribusi sekunder di RSUD Prof. Dr. H. Aloei Saboe yang ditinjau dari sisi beban, dalam kondisi sangat baik. Hal ini dapat dilihat dengan penambahan beban hingga 25 % dari beban puncak drop tegangan yang terjadi masih dalam batasan yang diijinkan berdasarkan standar IEEE Std 446 dan SPLN : 72 1987. Hal ini disebabkan karena penggunaan daya listrik di RSUD Prof. Dr. H. Aloei Saboe tidak melebihi suplai daya yang disalurkan oleh PLN, dimana daya yang suplai sebesar 1000 KVA, sedangkan daya beban di RSUD Prof. Dr. H. Aloei Saboe sebesar ± 323 KVA.
DAFTAR PUSTAKA Direksi PT PLN (Persero), Standar Konstruksi Jaringan Tegangan Rendah Tenaga Listrik ( UI ), 2010 IEEE Std 241. Recommended Practice for Elecrical Power System in Commercial Buildings. “Merlin Gerin”, Pengaman Arus Bocor. (PT. Schneider Ometraco, 1997). p.13 Mohamad, Yasin., Analisis stabilitas tegangan sistem tenaga listrik Jawa Tengah dan DIY., Universitas Gajah Mada. Yogyakarta : 2006
13
Nur Putra, Andi., Dewi, Arfita Yuana., Studi Analisa Kestabilan Tegangan Sistem 150 kV Berdasarkan Perubahan Tegangan (Aplikasi PT. PLN Batam)., Institut Teknologi Padang. Padang : 2013 Pangsang, Ontoseno.”Kestabilan Sistem Tenaga Listrik” Diktat Kuliah Analisis Sistem Tenaga Listrik 2, Teknik Elektro Fakultas Teknolog iIndustri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 2008.
PUIL 1987. Pasal 312B.p.44 Siemens, Electrical Installation Handbook part 3, 2nd edition, John Wiley & Sons 1987 Stagg, G.W., & El Abiad, A.H. Computer Methods in Power System Analysis. McGraw- Hill Kogakusha., New Delhi: 1968. SPLN : 72 Tahun 1987 Taylor, carson W, , Power System Stability, Mcgraw-Hill. Inc International edition, Sinagpore: 1994 Van Harten P., Setiawan E, Ir., Instalasi Listrik Arus Kuat 3. Binacipta, Bandung :1992 William D. Stevenson, Jr.. Analisis Sistem Tenaga listrik. Erlangga, Jakarta: 1990 Zebua, Osea., Penilaian Keamanan Tegangan Sistem Kelistrikan Wilayah Lampung Dengan Menggunakan Kurva P-V., Universitas Lampung. Lampung : 2013
14
