PERANCANGAN JARINGAN DAN ANALISIS DAYA TERSERAP PADA SISTEM 20 KV (PLN) MENGGUNAKAN ETAP 7,00 PADA PLTM DAMAR KAB. KENDAL Ery Badridduja , DR. Ir. Joko Windarto, MT Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik – Universitas Diponegoro Jl.Prof. Soedarto SH Tembalang, Semarang 50275 Email :
[email protected] ABSTRAK Tenaga air merupakan sumber energi primer yang terbarukan dan merupakan sumber energi domestik serta ramah lingkungan yang potensinya di Indonesia belum dimanfaatkan secara optimal. Pemanfaatannya adalah dengan membangun Pusat Listrik Tenaga Air ( PLTA ) untuk sekala besar atau Pusat Listrik Tenaga Minihidro ( PLTM ) untuk sekala kecil PLTM memanfaatkan potensi air sungai dimana besarnya tenaga listrik yang dapat dihasilkan tergantung dari besarnya aliran sungai serta beda tinggi dan kemiringan sungai. Pengembangan PLTM umumnya dilakukan dengan sistem langsung yang artinya tidak memerlukan waduk yang umumnya memerlukan lahan yang luas. Pembangunan PLTM memerlukan proses penelitian tentang kelayakan pembangunan. Kelayakan ini bergantung pada jumlah energi yang dapat dihasilkan sesuai dengan karakteristik dari sistem yang terkoneksi. Jumlah energi berdasarkan daya yang mampu diserap sistem akan diperhitungkan sebagai gambaran awal dengan memakai software ETAP 7,00. Data pada ETAP 7,00 di sesuaikan dengan keadaan lapangan agar dapat mendekati kebenaran di lapangan. Hasil perhitungan tersebut menjadi dasar untuk memuali sebuah pembangunan PLTM. Pada penelitian ini disertakan juga perencanaan jaringan yang disesuaikan dengan kontur tanah dan lingkunag sekitar PLTM. Jaringan tersebut berupa letak tiang , pemilihan konstruksi, komponen yang digunakan dan sistem proteksi pada PLTM. Study kelayakan ini telah menghasilkan nilai daya terserap sebesar 85,3% pada saat beban puncak. Perhitungan ini bergantung debit sungai dan pada makalah ini diasumsikan debit sebesar 85%.
Kata kunci : PLTM, ETAP 7,00, daya terserap, sistem 20 kV
I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perkembangan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi dewasa ini telah mengalami banyak sekali kemajuan dalam berbagai bidang, untuk itu dibutuhkan tenaga-tenaga ahli yang profes sional dibidangnya. Namun, disisi lain hal itu juga merupakan sebuah tantangan bagi kita semua untuk selalu meningkatkan kemampuan sumber daya manusia, agar mampu menjadi sumber daya yang handal dan mampu bersaing. Dengan pengendalian secara optimal diharapkan akan menambah efisiensi dan efektifitas dari sistem dan akan mengurangi permasalahan-permasalahan dalam sebuah sistem penyaluran daya 20 KV jika di aplikasikan pada sistem beban pada UPJ Weleri. Dengan adanya Study Kelayakan ini diharapkan seluruh perhitungan daya terserap sistem akan terurai dengan jelas dan detail. Jumlah daya yang terserap akan memiliki efisiensi yang tinggi dengan pemilihan motode yang tepat sehingga akan menjadi dasar dimulainya sebuah investasi energy yang akan berkelanjutan
1.2.
Maksud dan Tujuan
Perhitungan daya terserap ini adalah untuk memperhitungkan suatu kelayakan sebuah PLTM yang berdasarkan jumlah daya yang mampu diproduksi PLTM tersebut dan mampu diserap sistem 20 KV di UPJ Weleri Kab. Kendal. Diharapkan dengan adanya perhitungan awal ini akan memudahkan pembangunan secara optimal sesuai dengan rencana. Mempelajari parameter parameter dasar yang dapat mempengaruhi daya terserap sistem dan rugi ruginya sehingga dapat dicari sebuah solusi yang baik dalam penyelesaian masalah tersebut. 1.3. Pembatasan Masalah Materi kerja praktek ini dibatasi pada perencanaan jaringan PLTM dan analisis daya terserap oleh sistem yang diproduksi oleh PLTM damar dengan menggunakan software ETAP 7 dari sisi daya aktif. Semu, dan drop voltage. Pemilihan metode yang tepat agar mendapat efisiensi optimal dari penempatan titik parallel pada jaringa existing PLN di feeder 3 GI Weleri pada UPJ weleri.
II. DASAR TEORI [16][18]
2.1 PERENCANAAN JARINGAN
2.1.1 Komponen Jaringan Distribusi 2.1.1.1 Penghantar Jaringan distribusi dapat menggunakan kabel jenis all alluminium alloy conduktor (AAAC) Ukuran penghantar dipilih berdasarkan : 1.
Arus beban Arus beban dapat dihitung dengan
persamaan :
I
S
......... (1)
3 V LL
Dimana : I = arus beban (A)
bagian yang aktif. Isolator yang umum digunakan dalam jaringan distribusi berbahan gelas, porselen atau bahan lain yang mempunyai efek sejenis. Selain fungsi dari segi kelistrikan diatas, isolator juga memiliki fungsi dari segi mekanik yaitu : 1. Menahan berat dari penghantar. 2. Mengatur jarak dan sudut antara penghantar dengan penghantar. 3. Menahan adanya perubahan kawat akibat perbedaan suhu dan angin. Jenis-jenis isolator : 1. Isolator gantung (Suspension Type Insulator) Digunakan pada : Tiang awal dan akhir Tiang sudut antara 300 sampai 600 Tiang penegang / tarik
S = daya beban (Kva) VLL = tegangan antar phasa (V) Atas dasar keterangan diatas maka dalam pemilihan penghantar dengan kekuatan fisik dan kemampuan hantar arus (KHA) yang cukup baik maka bahan penghantar yang dipilih adalah aluminium campuran (A3C). 2.1.1.2 Tiang Jenis tiang atau pole yang digunakan dalam jaringan distribusi adalah : 1. Tiang baja 2. Tiang beton 3. Tiang kayu Diantara ketiga jenis tiang tersebut yang paling sering digunakan dan lebih disukai adalah tiang beton karena tidak memerlukan biaya pemeliharaan.Berdasarkan penggunannya tiang dibagi menjadi : 1. Tiang singgung / lurus Tiang ini digunakan apabila sudut mendatar kurang dari 30. 2. Tiang sudut Tiang sudut ada dua macam yaitu tiang sudut kecil untuk sudut datar kurang dari 200 dan tiang sudut besar untuk sudut lebih dari 200. 3. Tiang ujung Tiang ujung digunakan pada akhir saluran 4. Tiang tension Tiang ini digunakan untuk memperkuat tegangan kawat. 2.1.1.3 Isolator Isolator digunakan untuk memisahkan bagian-bagian yang bertegangan listrik atau bagian-
Gambar 3.1 isolator gantung
2.
Isolator pasak (Pin Type Insulator) Digunakan pada tiang penyangga dengan sudut 00 sampai 50
Gambar 3.2 isolator pasak
2.1.1.4 Transformator Pada dasarnya transformator distribusi sama dengan transformator daya, hanya berbeda fungsinya. Tegangan transformator daya relatif rendah dibandingkan dengan transformator distribusi.
Gambar 3.4 transformator distribusi
Menurut jenis pengamannya, transformator distribusi dibagi menjadi :
1.
Transformator lengkap dengan pengaman sendiri / Completely Self Protecting (CSP) Untuk penyesuaian dengan tegangan beban, pada belitan sisi tegangan tinggi sering di beri sadapan (tapping) sehingga dapat dipilih sampai dengan 5% diatas atau 10% dibawah tegangan nominalnya. Transformator jenis ini dilengkapi dengan pengaman sendiri yang meliputi : Fuse link sisi primer yang berfungsi sebagai
Tabel 3.3 jarak bebas terhadap fasilitas umum dan jalan
pengaman arus lebih Lihgting arrester sebagai pengaman tegangan lebih Circuit breaker sebagai pengaman beban lebih Red signal lighting sebagai tanda trafo berada
Tabel 2.8 dan tabel 2.9 berlaku
untuk
panjang span kurang dari 100 m sedangkan untuk span lebih dari 100 m ditambah 5 cm untuk setiap pertambahan 3m. Tabel 3.4 jarak bebas terhadap gedung
dalam kondisi beban lebih 2. Transformator non CSP Transformator jenis ini tidak dilengkapi dengan pengaman sendiri. Pengaman transformator jenis ini dipasang berdekatan dengan transforma tornya, sebagai berikut:
Fuse link untuk sisi primer Lighting arrester untuk sisi primer Low Voltage Circuit Breaker (LVCB) dan Last Spanning Verdeal Board (LSVB) adalah papan bagi sisi tegangan rendah berisi pengaman lebur rel tegangan rendah, pembagian jurusan dan pengaman lebur untuk sisi sekunder. 2.1.2 Ketentuan Jaringan 2.1.2.1 Daerah Bebas (Clearance) Daerah bebas adalah jarak minimum kawat penghantar yang diijinkan terhadap suatu obyek tertentu agar tetap dalam batas aman pada berbagai kondisi.
2.1.2.2 Struktur Jaringan Tegangan Menengah 1. Tiang Jenis tiang beton 13 meter untuk JTM dengan harga yang lebih murah dan ekonomis serta mempunyai umur lebih dari 10 tahun dan mempunyai beban kerja 350 daN.
Tabel 3.2 span yang diijinkan untuk berbagai macam tiang
Gambar 3.5 tiang beton untuk JTM
2.2. Perhitunga Aliran Daya Sistem tenaga listrik tidak hanya terdiri dari 2 bus, melainkan terdiri dari beberapa bus yang akan di interkoneksikan satu sama lain. Daya listrik yang diinjeksikan oleh generator kepada salah satu bus, bukan hanya dapat diserap oleh beban bus tersebut, melainkan juga dapat diserap oleh beban di bus yang lain.kelebihan daya pada bus akan disalurkan ke sistem transmisi ke bus – bus lain yang kekurangan daya. Arus pada GI adalah :
......... (2) Persamaan daya pada GI adalah : ........................ (3) Atau
........................................ (4) Dengan mensubstitusikan persamaan (3.3) ke persamaan (3.1) maka diperoleh :
............... (5) Dari persamaan di atas tampak bahwa aliran daya bersifat tidak linier dan harus diselesaikan dengan metode numerik iteratif. Untuk menyele saikan masalah aliran daya telah digunakan berba gai metode, cara yang paling sering diguna kan sebagai salah satu materi dasar studi aliran daya adalah dengan membentuk matriks admitansi (Y) bus. 1. Newton Raphson Method Metode ini lebih disukai karena konvergensinya jauh lebuh cepat dan persamaan aliran dayanya dirumuskan dalam bentuk polar. Dalam bentuk matriks Admitansi, persamaan (3.1) dapat ditulis menjadi :
.............................(6)
......(7) Sesudah perhitungan mencapai tingkat konvergensi yang ditetapkan (konvergen),Dari besaran tegangan V dan sudut fasa tegangan GI yang diperoleh. Selanjutnya dilakukan perhitungan aliran daya di setiap fasilitas transmisi, besarn daya aktif P dan daya reaktif Q yang harus dibangkitkan oleh setiap pembangkitserat rugi – rugi di sistem transmisi. 2. Accelerated Gauss-Seidel Method Hanya butuh sedikit nilai masukan, tetapi lambat dalam kecepatan perhitungan.
.(3.11)
........(8)
3. Fast Decoupled Method Dua set persamaan iterasi, antara sudut tegangan, daya reaktif dengan magnitude tegangan Cepat dalam perhitungan namun kurang presisi Baik untuk sistem radial dan sistem
................. (9) 2.3. ETAP 7.00 ETAP (Electric Transient and Analysis Program) merupakan suatu perangkat lunak yang mendukung sistem tenaga listrik. Perangkat ini mampu bekerja dalam keadaan offline untuk simulasi tenaga listrik, online untuk pengelolaan data real-time atau digunakan untuk mengendalikan sistem secara real-time. Fitur yang terdapat di dalamnya pun bermacam-macam antara lain fitur yang digunakan untuk menganalisa pembangkitan tenaga listrik, sistem transmisi maupun sistem distribusi tenaga listrik. Analisi aliran daya ETAP menghitung tegangan bus, faktor daya, arus, dan arus listrik . Analisa tenaga listrik yang dapat dilakukan ETAP antara lain : a. Analisa aliran daya b. Analisa hubung singkat c. Arc Flash Analysis d. Analisa kestabilan transien, dll. Dalam menganalisa tenaga listrik, suatu diagram saluran tunggal (single line diagram) merupakan notasi yang disederhanakan untuk sebuah sistem tenaga listrik tiga fasa. Hal ini memudahkan dalam pembacaan diagram maupun dalam analisa rangkaian. Elemen elektrik seperti misalnya pemutus rangkaian, transformator, kapasitor, bus bar maupun konduktor lain dapat ditunjukkan dengan menggunakan simbol yang telah distandardisasi untuk diagram saluran tunggal. Elemen pada diagram tidak mewakili ukuran fisik atau lokasi dari peralatan listrik, tetapi merupakan konvensi umum untuk mengatur diagram dengan urutan kiri-ke-kanan yang sama, atas-ke-bawah, sebagai saklar atau peralatan lainnya diwakili.ETAP memiliki 2 macam standar
yang digunakan untuk melakukan analisa kelistrikan, ANSII III. PEMETAAN JARINGAN FEEDER WELERI 3 UPJ WELERI 3.1 Jaringan Utama PLTMH Damar terletak di desa Pageruyung, Kecamatan Sukorejo tepatnya dijalur Sukorejo-Weleri. Di area power house sudah terdapat jaringan distribusi PLN 20kV, dari power house menuju ke jaringan distribusi terdekat hanya berjarak 300 meter. Tiang jaringan distribusi yang terdapat di area PLTMH adalah tiang dengan kode W3-159. Tiang tersebut terletak di sebelah kiri jalan raya dari arah weleri.. Untuk menyalurkan daya dari power house PLTMH ke jaringan terdekat membutuhkan tiang 8 buah, dengan kontur tanah bertebing.
Pada gambar di atas jaringan feeder 3 adalah jaringan yang berwarna merah muda yang terhubung memanjang ke selatan lalu terhubung ke arah timur dan barat. Jaringan ini menyuplay daya sebesar 5,3 MW. Dibandingkan feeder yang lain, feeder W3 merupakan fedeer terpanjang dengan kapasitar beban terbesar pula. Jaringan ini juga terhubung langsung ke UPJ Temanggung dan UPJ Batang. Namun koneksinya normally open sehinggaa aka di fungsikan pada keadaan close saat terjadi gangguan pada feeder W3. Pengukuran beban persection dapat diketahui dimana fasa persection dapat dikatakan seimbang terhadap fasa R, S, dan T. Titik penyambungan PLTMH Damar terletak pada tiang 159 –W3 dimana titik tersebut merupakan titik terdekat dengan ABSW 148. Selain data pengukuran persection juga terdapat data pengukuran pada beban dasar dan beban puncak di tiap penyulang selama satu bulan terhitung bulan Februari 2012 selama satu bulan.
Gambar 4.1 Jaringan distribusi 20 kV eksisting dekat siteplan PLTMH Damar
Jarak bebas konduktor harus diperhatikan dikarenakan jaringan distribusi dari lokasi PLTMH terdapat banyak pohon dan pada lokasi persawahan. Kabel konduktor yang akan dipakai pada PLTMH Damar adalah konduktor dengan tipe 3 x AAAC 240 mm², konduktor tersebut tanpa isolasi.
Gambar 4.2 Single line diagram UPJ WELERI
Gambar 4.3 Grafik Beban Penyulang W3
3.2 Kondisi Sistem Distribusi 20 KV Weleri 3.2.1 Kondisi Pembebanan Feeder W3 memiliki banyak cabang karena menyuplay beberapa kecamatan di Weleri. Saat saat tertentu memiliki beban yang rendah dan hal ini disebut beban dasar sekitar jam 10 pagi. Saat saat tertentu pula beban berubah mencapai puncaknya saat pkul 19.00 malam dan disebut beban puncak yang terjadi sampai dengan 21.00 malam.
Gambar 4.4 Grafik beban harian
3.2.2. Pengukuran Arus APD Jateng dan DIY Dalam melakukan pengawasan dan pengendalian operasi sistem tenaga listrik dibutuhkan data/informasi yang benar dan cepat mengenai kondisi real time dari sistem
Gambar 4.6 Rencana lokasi PLTM damar
IV. PERENCANAAN JARINGAN ANALISA DAYA TERSERAP PADA PLTM DAMAR
Gambar 4.5 Data perhitungan arus realtime feeder 3 Weleri
Dari data APD di atas dapat disimpulkan : 1. Rasio tertinggi beban puncak dan dasar ratarata 1 bulan adalah 37,05 %. 2. Lebih di dominasi pelanggan rumah sehingga selisih beban pada beban dasar dan puncak cukup jauh Tabel 4.6 Keadaan beban realtime APD
3.3
Perkiraan Lokasi Parallel 1. Parallel W3-159 PLTMH Damar direncanakan terletak di desa Pageruyung, Kecamatan Sukorejo tepatnya dijalur Sukorejo-Weleri. jaringan distribusi PLN 20kV, dari power house menuju ke jaringan distribusi terdekat hanya berjarak 300 meter. Dengan sudut kemiringan kurang lebih 45º. Tiang jaringan distribusi yang terdapat di area PLTMH adalah tiang dengan kode W3-159. Tiang tersebut terletak di sebelah kiri jalan raya dari arah weleri.. Untuk menyalurkan daya dari power house PLTMH ke jaringan terdekat jalus express feeder untuk diparallel ke jaringan existing 20 KV seperti gambar berikut :
4.1. KAPASITAS PEMBANGKITAN PLTMH DAMAR Besarnya daya yang dibangkitkan bergantung dengan energi primer dan ketinggian jatuhnya air. Semakin besar debit dan tinggi jatuhnya air maka semakin besar energi potensial dan semakin besar pula daya yang dihasilkan sesuai dengan persamaan. P = 9,8 x Q x h x η (10) Dimana, P = Daya yang dihasilkan (W) Q = Debit air (lt/s) H = Ketinggian jatuh air (m) η = efisiensi turbin Penentuan komponen mekanik dan elektik dari pembangkit sama pentingnya, hal ini bertujuan untuk memaksimalkan sumber energi yang ada secara efisien . Pada generator sinkron PLTM Damar menggunakan kecepatan 1000 rpm sehingga kutup dalam generator berjumlah, N=
...................(11)
Dimana: N = Perputaran Generator (rpm) f = Frekuensi (Hz) P = Jumlah kutub Sehingga,
P=
=
= 6 kutub
Arus generator dari daya yang dihasilkan oleh generator tiga phasa dihitung dengan persamaan :
P 3 V I cos Watt I=
√
I=
∅
√ , ,
= 3079 A
Dimana : P = tenaga yang dihasilkan generator (W) V = tegangan (volt)
I = arus (ampere) cos = faktor tenaga 4.2. Metode Parallel 1. Paralel jaringan ke PLN 20 kv Metode ini memanfaat kan jaringan 20 KV PLN yang terdekat dengan house power PLTM agar jumlah rugi – rugi daya yang di dapat akan semakin
Gambar 5.3 Rencana posisi tiang parallel
2.
Pembangunan jaringan 300 M Jarak gawang Jarak gawang rata rata 40 meter untuk JTM di lahan pertanian. Hal ini dikarenakan medan yang ditempuh cukup berat sehinnga jarak gawang di set 40 M agar jaringan menjadi kuat. Faktor lingkungan yang banyak di tumbuni pohon dan tanah yang rawan longsor juga menjadi alasan utama dalam penentuan jarak gawang.
dan mempunyai beban kerja 350 daN. Pada tiang akan di berikan sistem pembumian pada tiang 1 dan tiang 8. Kabel udara Kabel yang digunakan penghantar phasa AAAC tanpa isolasi adalah 3x240+1x150 mm2 sesuai dengan daerah pedesaan yang banyak pepohonan. 240 mm merupakan ukuran konduktor fasa sedangkan konduktor netralnya 150 mm2 Tabel 5.1 Data elektrical bare conductor AAAC
Dari data di atas dapat diketahui Arus yang mampu dihantar kan oleh konduktor 240 mm yaitu 585 A pada tiap fasanya. Hal ini mungkin terlalu berlebihan jika dilihat dari sisi ekonomis. Namun dari sisi keamanan, hal ini mutlak harus dilakukan sebagai penyeimbangan konduktor terhadap sistem 20 KV PLN dan agar konduktor tidak terlalu di terbebani. Tiang Dead End sisi power house Pada tiang deadend di sisi power hoause terdapat beberapa peralatan seperti Fuse Cut Off (FCO) yang berguna sebagai pelindung arus lebih yang akan dapat trip apabila ada arus gangguan dia atas settingan FCO yang telah di tentukan. Kemudian terdapat CT dan VT yang berfungsi sebagai instrimen pengukuran pada tegangan 20 KV sehingga daya yang dibangkitkan pada tegangan 20 KV dapat di ketahui. Arrester juga dibutuhkan sebagai pelindung dari petir.
Tiang JTM Panjang jaringan yang direncanakan adalah 300 M dengan sudut kemiring an 35º - 45 º bervariasi berdasarkan kontur lahan yang digunakan.Terdapat 8 tiang penyangga konduktor yang dibangun sepanjang 300 M. Tiang tiang tersebut terdiri dari dari 2 buah doble dead end, 1 tiang belok 10 º - 25 º, 5 tiang penyangga lurus. Tiang yang digunakan adalah Jenis tiang beton 12 meter untuk JTM dengan harga yang lebih murah an ekonomis serta mempunyai umur lebih dari 10 tahun
Gambar 5.5 Tiang Dead End sisi power house
Tiang Dead End sisi Jaringan Existing 20 KV Pada gambar di bawah dapat dilihat bahwa terdapak sebuah cros arm tambahan pada tiang W3159. Hal ini dimaksudkan agar penarikan konduktor
tidak langsung ke arah lembah sehingga dapat lebih aman. Jika langsung ditarik ke arah lembah maka di khawatirkan akan mudah putus pada persambungan jaringan tersebut. Untuk itu di buatlah sebuah tiang tambahan pada sisi tiang W3-159 sebagai tiang transisi pada jaringan PLTM. Sehingga susunan jaringan akan lebih kokoh. Hal ini juga memungkinkan dipasangnya ABSW pada
yang selama ini melayani pemakaian listrik di daerah weleri. Diharapkan dengan terkoneksinya PLTM damar maka akan menghasilkan suplay daya tambahan untuk mengurangi beban GI Weleri. Daya tambahan ini diharapkan akan meningkatkan kualitas dan keandalan suplay daya di Weleri. Daya aktif dan reaktif yang disuplay GI dapat dilihat pada gambra di bawah ini:
tiang tambahan tersebut untuk memutus tenaga saat terjadi maintenance.
Gambar 5.8 Hasil perhitungan Daya pada GI Weleri Gambar 5.6 Tiang Dead End sisi Jaringan Existing 20 KV
4.3 Analisa Daya Terserap 4.3.1 Aliran Daya GI Weleri GI Weleri dengan nilai arus pada etap yang sudah di sesuaikan dengan data APD akan menjadi dasar dari analisa ini. Sebelum PLTM terkoneksi pada jaringan PLN dihasilkan daya tiap fasa rata rata 219 A. Nilai ini cukup tinggi jika dilihat dari standart arus pada penyulang suatu GI. Ini menandakan bahwa feeder ini telah memiliki bebean yang tinggi dan butuh suplay daya tambahan untuk menjamin keandalan dan keberlangsungan suplay daya. Oleh karena itu diperlukan sebuah sumber energy baru yang dimungkinkan untuk membantu menyuplay daya pada feeder ini. Pembebanan feeder W3 dapat dilihat pada gambar di bawah :
4.3.2 Aliran Daya setelah PLTM terkoneksi jaringan W3 pada GI WELERI Untuk mengetahui keandalan dan mengetahui seberapa besar daya PLTMH terserap oleh beban maka diperlukan analisa aliran daya pada jaringan. Untuk menganalisa jaringan W3 sesudah PLTMH masuk. Maka diperlukan software ETAP 7.0 sehingga dapat mengetahui seberapa besar efisiensi PLTMH terhadap daya yang dihasilkan dan daya yang diserap dijaringan 20 kV eksisting dan keandalan jaringan eksisting dari adanya PLTMH tersebut.Dibawah ini adalah gambar GI setelah PLTM terkoneksi:
Gambar 5.9 Hasil perhitungan Arus setelah PLTM terkoneksi dengan ETAP
Gambar 5.7 Hasil perhitungan Arus pada GI Weleri
Daya Aktif yang di suplay oleh GI sebelum PLTM terkoneksi adalah 7 MW. Daya ini
Pada gambar diatas terjadi perbedaan arus rata rata sebesar 30 A tiap fasa. 30 A ini menandakan bahwa PLTM mentuplay daya 30 A sehingga Arus pada GI turun sebesar 30 A. analisa keseluruhan didapatkan seperti pada table berikut.
Tabel 5. Hsil analisa perhitungan ETAP 7,00
4.3.3 Drop Voltage 1. Sisi terjauh ke arah Batang
Gambar 5.11 Drop Voltage sisi sambungan Batang
Dari table terlihat daya yang terserap dari PLTMH pada keadaan beban puncak yaitu sebesar 85,36 % (1639 kW dari 1920 kW), dimana PLTMH di hubungkan secara paralel dengan jaringan eksisting 20 kV. Dari keandalan juga dapat terlihat pada tegangan jaringan, dimana drop tegangan jaringan menjadi berkurang pada ujung jaringan maupun pada tiap lokasi di penyulang W3. Untuk lebih jelasnya analisa ETAP 7.0 terlampir.
Gambar diatas merupakan gambar sisi terjauh setelah PLTM damar interkoneksi. Dari gambar di atas dapat dilihat bahwa sisi terjauh pada jaringan yang menuju Batang memiliki tegangan 18,917 KV pada saluran 3 fasa dan 11,206 KV pada saluran fasa. Terjadi drop tegangan sebesar 1,083 KV pada saluran 3 fasa dan 0,354 KV. Dengan membagi tegangan ujung dengan tegangan di GI maka di dapat drop tegangan sebesar 5,4 %. Sedangkan pada saluran 1 fasanya drop tregangan sebesar 3,06 %. Dari hasil drop tegangan yang di dapat masih dianggap baik sehingga sudah memenuhi standart nya yaitu 7 % pada jaringan tegangan menengah. Keandalan di daerah ini cukup baik dengan tegangan 18,917 KV. 2. Sisi terjauh ke arah Temanggung
Gambar 5. 10 Grafik daya terserap OLTM Damar
Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa daya terserap pada PLTM damar mengikuti kecenderungan grafik harian yang ada. Beban dasar terletak pada saat pagi sekitar pukul 10.00 dan beban puncak di dapat saat mulai menjelang malam yauiti pukul 19.00. Dari total keseluruhan beban telah mencapai 85% saat beban puncak maka ini telah mencapai batas aman beroperasinya PLTM yaitu 85 %. Jika dimasa yang akan datang terjadi kenaikan beban dan terjadi kenaikan daya terserap saat beban puncak maka perlu dilakukan pemadaman pada PLTM agar tidak terbebani dengan berlebihan.
Gambar 5.12 Drop Voltage sisi sambungan Temanggung
Gambar diatas merupakan gambar sisi terjauh setelah PLTM damar interkoneksi. Dari gambar di atas dapat dilihat bahwa sisi terjauh pada jaringan yang menuju Batang memiliki tegangan 18,923 KV pada saluran 3 fasa dan 11,033 KV pada saluran fasa. Terjadi drop tegangan sebesar 1,077 KV pada saluran 3 fasa dan 0,527 KV. Dengan
membagi tegangan ujung dengan tegangan di GI maka di dapat drop tegangan sebesar 5,38 %. Sedangkan pada saluran 1 fasanya drop tregangan sebesar 4,5 %. Dari hasil drop tegangan yang di dapat masih dianggap baik sehingga sudah memenuhi standart nya yaitu maksimal 7 % pada jaringan tegangan menengah. Keandalan di daerah ini cukup baik dengan tegangan 18,923 KV.
4.4 Analysis Short Circuit 4.4.1. Short Circuit 3 fasa A. pada daerah GI
Gambar 5.13 Fault pada daerah GI
Terjadinya fault pada salah satu bus di daerah yang dekat dengan GI mengakibatkan terganggunya sistem secara keseluruhan. Terjadi lonjakan arus yang sangat besar menuju bus yang mengalami fault. Arus tersebut sebesar 2,5 KA. Arus ini merupakan arus gangguan 3 fasa sehingga memiliki nilai yang cukup besar. Arus yang besar ini berasal dari beban beban di seluruh sistem yang terakumulasi di suatu titik fault. Pada gambar di bawah ini dapat dianalisa apa yang terjadi pada PLTM saat terjadi faul di daerah GI.
Sedangkan tegangannya mengalami penurunan sampai 5,664 KV. Arus dan tegangan yang berubah secara signifikan diluar rating generator dan trafo sangat berpotensi untuk merusak peralatan tersebut pada PLTM Damar. Oleh karena itu dibutuhkan sistem rele proteksi untuk melindungi peralatan pada PLTM. Pada gambar di atas juga terlihat bahwa semakin dekat dengan bus yang mengalami fault maka arus akan semakin besar sedangkan tegangan akan mengecil. Hal ini disebabkan oleh hubungan arus dan tegangan yang berbanding terbalik sehingga semakin besar arus maka tegangan akan semakin kecil begitu pula sebaliknya. Pada keadaan normal, arus dan tegangan terdistribuasi merata ke seluruh bagian sistem dan hanya dipengaruhi losses pada penghantar. B. Fault Pada Jaringan Distribusi Pada sebuah sistem distribusi 20 KV, kemungkinan terjadinya short circuit atau fault sangat besar. Hal ini dikarenakan jaringan melalui berbagai macam lingkungan yang berbeda. Pada kasus fault yang disimulasikan terjadi di jaringan yang dipilih dapat dilihat bahwa arus gangguan sebesar 1,2 KA. Nilai arus gangguan ini tidak sebesar arus gangguan pada GI. Hal ini disebabkan oleh posisi fault yang jauh dari sistem pembangkitan. Hal ini dapat terlihat pada gambar di bawah :
Gambar 5. 15 Fault di bus pada jaringan distribusi
Gambar 5.14 Keadaan PLTM saat bus daerah GI fault
Terjadinya fault pada daerah GI menyebabkan terjadinya drop tegangan yang drastis dan kenaikan arus yang besar pada jaringan PLTM. Jika hal ini dibiarkan tanpa ada perlindungan sistem proteksi, maka generator akan rusak. Arus pada daerah PLTM meningkat drastis mencapai 610 A.
Sama hal nya dengan gangguan yang terjadi pada GI, arus yang terbentuk pada bus yang fault cukup besar dan tegangannya mengalami penurunan drastis. Hal ini akan mengganggu penyaluran daya pada pelanggan sehingga harus dilakukan perlindungan yang optimal menggunakan berbagai peralatan tertentu. Pada gambar di bawah terlihat bahwa terjadi gangguan pula pada GI dan PLTM saat terjadi gangguan di sebuah titik pada jaringan
20 KV. Terjadi perubahan yang signifikan pada arus dan tegangan pada GI dan PLTM. GI dan PLTM harus segera merespon gangguan ini dengan segera dan mengembalikan seperti keadaan semula sesaat setelah dilakukan perbaikan pada jaringan yang mengalami gangguan. Perubahan arus dan tegangan yang drastis pada GI dan PLTM dapat dilihat pada gambar di bawah ini :
tegangan pada GI dan jaringan 20 KV. Sistem proteksi PLTM harus segera merespon gangguan ini dengan segera dan mengembalikan seperti keadaan semula sesaat setelah dilakukan perbaikan pada jaringan yang mengalami gangguan. Perubahan arus dan tegangan yang drastis pada GI dan PLTM dapat dilihat pada gambar di bawah ini :
Gambar 5.18 Fault pada PLTM Gambar 5.16 Keadaan PLTM saat bus salah satu jaringan fault
Gambar 5.19 Keadaan GI saat PLTM fault
Gambar 5.17 Keadaan GI saat bus salah satu jaringan fault
C. Jaringan PLTM Sama hal nya dengan gangguan yang terjadi pada GI dan jaringan 20 KV, arus yang terbentuk pada bus yang fault cukup besar dan tegangannya mengalami penurunan drastis. Hal ini akan mengganggu pembangkitan daya pada PLTM sehingga harus dilakukan perlindungan yang optimal menggunakan berbagai peralatan tertentu. Pada gambar di bawah terlihat bahwa terjadi gangguan pula pada GI dan jaringan 20 KV saat terjadi gangguan di sebuah bus pada jaringan PLTM. Terjadi perubahan yang signifikan pada arus dan
Pada gambar di atas juga terlihat bahwa semakin dekat dengan bus yang mengalami fault maka arus akan semakin besar sedangkan tegangan akan mengecil. Hal ini disebabkan oleh hubungan arus dan tegangan yang berbanding terbalik sehingga semakin besar arus maka tegangan akan semakin kecil begitu pula sebaliknya. Pada keadaan normal, arus dan tegangan terdistribuasi merata ke seluruh bagian sistem dan hanya dipengaruhi losses pada penghantar. 4.5 Setelan Rele Proteksi di PLTM Damar[2][4] 4.5.1 Relai Arus Lebih (OCR) Proteksi arus lebih adalah proteksi terhadap perubahan parameter arus yang sangat besar dan terjadi pada waktu yang cepat, yang disebabkan oleh hubung singkat. Pada proteksi arus lebih ini, relai
akan pick-up jika besar arus melebihi nilai seting (Tjahjono, 2000). Elemen dasar dari proteksi arus lebih adalah relai arus. Proteksi arus lebih meliputi proteksi terhadap gangguan hubung singkat yang dapat berupa gangguan hubung singkat fasa-fasa, satu fasa ke tanah serta hubung singkat antar fasa. Proteksi terhadap hubung singkat antar fasa dikenal sebagai proteksi arus lebih dan relai yang digunakan disebut relai arus lebih (over current relay). Jika arus gangguan mengalir melalui tanah, gangguan ini disebut gangguan hubung singkat ke tanah dan relai yang digunakan disebut proteksi hubung tanah (ground fault relay). Pada proteksi transformator daya, relai arus lebih digunakan sebagai tambahan bagi relai differensial untuk memberikan tanggapan terhadap gangguan luar.
Ratio CT : 4000/5 Ampere 1. Setting relai arus lebih(OCR) Arus setting sisi primer trafo = 1,2 x arus nominal trafo = 1,2 x 2695 = 3234 Ampere Dipilih 4000 Ampere Arus setting sisi sekunder : = 4000 x
= 4000 x
/
= 5 Ampere Tap relai = 5 / In relai = 1 2. Setting waktu rele OCR Sesuai kaidah aturan yang diterapkan di lingkungan PT. PLN (persero) P3B Jawa Bali untuk waktu kerja rele OCR sisi 20 kV sebesar
Relai arus lebih terbalik (inverse) Relai ini akan memberikan perintah trip pada PMT pada saat terjadi gangguan bila arus gangguan
1,3 detik sehingga penerapan setting waktunya sebagai berikut:
mencapai nilai settingnya (IS) dan jangka waktu
t = TMS (Td) x (
kerja relai mulai pick up sampai kerja relai
1 = TMS (Td) x(
diperpanjang berbanding terbalik dengan besarnya arus gangguan. Penyetelan waktu ditunjuk kan dengan kurva yang sering digunakan dan disebut dengan Td (time dial) atau TMS (time multiple setting) yang dirumuskan sebagai berikut (PT. PLN,
+
/ ) ,
+0
) ,
/
1 = TMS(Td) x 1,4354 TMS(Td) =
,
= 0,69 3. Setting relai gangguan tanah (GFR) Arus setting sisi primer = 0,2 x arus nominal trafo
2005c):
= 0,2 x 2695 = 539 Ampere
......(12) Tabel 5.3 Karakteristik OCR
Dipilih 600 Amper Arus setting sisi sekunder = 600 x = 600 x
/
= 0,75 Ampere Tap relai = 0,75 / In relai = 0,15 4. Setting waktu rele GFR Sesuai kaidah aturan yang diterapkan di lingkungan PT. PLN (persero) P3B Jawa Bali untuk waktu kerja rele GFR sisi 0,4 kV sebesar 0,8 detik sehingga penerapan setting waktunya sebagai berikut: Perhitungan Setting Relai Arus Lebih (OCR)[3] Besar arus gangguan fasa-fasa ke tanah sebesar 2500 Ampere.
Sisi 400 V
Arus nominal sisi 0,4 kV : 2695 Ampere
t = TMS (Td) x
0,8 = TMS (Td) x( 0,8 = TMS(Td) x 4,835 TMS(Td) =
+
( / )
, ,
= 0,16
, /
) ,
+0
Sisi 20 kV Arus nominal trafo = 60 Ampere dan Ratio CT : 100/5 Ampere 1. Setting relai arus lebih(OCR) Arus setting sisi primer = 1,2 x arus nominal trafo = 1,2 x 60 = 72 Ampere Dipilih 100 Ampere Arus setting sisi sekunder
= 100 x
5.5.2 Relai Differential perhitungan setting relay suatu trafo daya : 0,4 / 20 kv , 18,6 %: 2,5 mva sisi 0,4 kv : 2,5 1000 3608,4A CT0,4 4000/5A 3 0,4 I SEK CT0,4 5/4000 3608,4 4,51A I 0,4
TapACT0,4 (SambunganΥY)
tap CT
= 100 x
/
= 5 Ampere
sisi 20 kv
Tap relai = 5 / In relai = 1
I 20
2. Setting waktu rele OCR Sesuai kaidah aturan yang diterapkan di lingkungan PT. PLN (persero) P3B Jawa Bali untuk waktu kerja rele OCR sisi 20 kV sebesar 0,9 detik sehingga penerapan setting waktunya sebagai berikut: t = TMS (Td) x (
+
/ ) ,
0,9 = TMS (Td) x(
0,9 = TMS(Td) x 2,1054 TMS(Td) =
72,168A CT 100/5A 3 20 I CT20 5/100 72,168A 3,75A Tap CT20 (Sambungan ΥY) tap CT
72,168 0,721In 0,721x3,75 A 2,7 Ampere 100
Tabel 5.4 SETELAN PROTEKSI TRANSFORMATOR STEP UP 2,5 MVA 20/0,4 KV – PLTM DAMAR NO
JENIS RELAI
1.
RELAI DIFERENSIAL (87T)
2.
OCR SISI 0,4 KV Trafo 2,5 MVA
3.
OCR SISI 20 KV Trafo 2,5 MVA
Sisi 20 kV (MainTR) CT 100/5 A, In = 5 A TMS(Td) = 0,42 s Tap relai = 5 / In relai = 1
4
GFR SISI 20 KV
5
GFR SISI 0,4 KV
Sisi 20 kV (MainTR) CT 20/1 A, In = 1 A Tap relai = 1 / In relai = 0,2 TMS(Td) = 0,5 Sisi 0,4 kV (MainTR) CT 600/5 A, In = 5 A TMS(Td) = 0,16 Tap relai = 1 / In relai = 0,2
, ,
= 0,42 3. Setting relai gangguan tanah (GFR) Arus setting sisi primer = 0,2 x arus nominal trafo = 0,2 x 60
= 12 Ampere Dipilih 20 Ampere Arus setting sisi sekunder
2,5 1000
+0
) ,
/
3608,4 0,9 In 0,9 x 4,51 4,06 Ampere 4000
= 20 x = 20 x
/
= 1 Ampere Tap relai = 1 / In relai = 0,2 4. Setting waktu rele GFR Sesuai kaidah aturan yang diterapkan di lingkungan PT. PLN (persero) P3B Jawa Bali untuk waktu kerja rele GFR sisi 20 kV sebesar 0,7 detik sehingga penerapan setting waktunya sebagai berikut: t = TMS (Td) x ( / 0,7 = TMS (Td) x
(
+
) , /
0,7 = TMS(Td) x 1,380 TMS(Td) =
, ,
= 0,50
) ,
+0
PERHITUNGAN SETELAN Sisi 20 kV (MainTR) CT 100/5 A, In = 5 A Sisi 0,4 kV (MainTR) CT 4000/5 A, In = 5 A Sisi 0,4 kV (MainTR) CT 4000/5 A, In = 5 A TMS(Td) = 0,69 Tap relai = 5 / In relai = 1
CATATAN TMS(Td) = 0,35 s
BAB VI Daftar Pustaka
PENUTUP 6.1 Kesimpulan
[1] Wihelmina S.Y.M Sawai, “Study Aliran Daya”
Selama melaksanakan
kerja
praktek di PT.
ADISATYA ENERGY Divisi Engineering, penulis
, FT UI,2008 [2] Stevenson, William D. Jr. 1984. ”Analisa
dapat mengambil kesimpulan sebagai berikut :
Sistem Tenaga Listrik”. McGraw-Hill. Inc New
1. Metode
York
efektif
untuk
saat
ini
adalah
penyambungan parallel pada feeder W3-159.
[3] PT. PLN (Persero) P3B Jawa Bali. 2005c.
Hal ini dikarenakan investasi jaringan yang
”Modul Pelatihan Relai OCR”. Badan Penerbit
murah sejauh 300 meter sehingga dapat meminimalkan rugi rugi pada jaringan PLTM
PLN. Jakarta. [4] Tjahjono, Hendro. 2000. ”Modul Kuliah
Damar dan dapat menyupalay daya 85 % dari
Analisa Sistem Tenaga Listrik”. Universitas Jaya
daya PLTM nominal pada beban puncak (17.00 – 22.00) dan 32 % saat beban dasar (17.0009.00). Pada metode ini tidak diperlukan peralatan yang rumit dalam penyambungan dan dapat dilakukan dalam waktu dekat.
Baya. Jakarta. [5]
Lokakarya
Bidang
Proteksi
UDIKLAT,
Semarang. PT. PLN Kantor Pusat Direktorat Pengusahaan Kerjasama dengan PT. PLN (Persero) PUSDIKLAT, 1995.
2. Penyerapan pada PLTM tidak dapat melebihi 85% saat beban puncak disebabkan oleh
BIODATA
karakterisrik beban pada GI yang hanya mampu menyerap daya PLTM sebesar 85%. Sedangkan saat beban dasar hanya 32 % karena karakter masyarakat pedesaan yang cenderung tidak melakukan aktivitas di dalam ruangan saat bekerja. 3. Pemilihan model jaringan PLTM didasarkan oleh lingkungan sekitar yang curam untuk mendapatkan keamanan yang baik.
Ery Badridduja dilahirkan di Purwodadi 03 Agustus 1988, Telah menempuh pendidikan mulai dari TK nurut taqwa cibitung, SDN 1 BelangWetan, SMPN 1 Cikarang Utara, SMAN 1 Cikarang Utara dan sekarang menempuh pendidikan di Universitas Diponegoro, Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Elektro konsentrasi Teknik Ketenagaan Listrik. Menyetujui, Dosen Pembimbing
6.2 Saran 1. Perancangan sistem yang di gunakan untuk menemukan lokasi yang tepat dalam melakukan parallel
jaringan
dapat
dilakukan
dengan
pembuatan software distribition generation. software ini akan menentukan lokasi dengan optimal sesuai parameter yang di tentukan sebelumnya. 2. Untuk sistem yang lebih efisien perlu dilakukan penyeimbangan beban secara berkala untuk menjaga
keseimbangan
meningkatkan keandalan.
beban
dan
DR. Ir. Joko Windarto, M.T, NIP. 196405261989031002
