TUGAS AKHIR. Oleh ARIF KUSUMA MANURUNG NIM : DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016

TUGAS AKHIR

PENEMPATAN OPTIMAL KAPASITOR BANK PADA SISTEM DISTRIBUSI RADIAL 20 kV MENGGUNAKAN METODE ARTIFICIAL BEE COLONY (ABC) ALGORITHM (STUDI KASUS : JARINGAN DISTRIBUSI PM1 PEMATANGSIANTAR)

Diajukan sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Pendidikan Sarjana Ekstensi (PPSE)Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Energi Listrik

Oleh

ARIF KUSUMA MANURUNG NIM : 130422013

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016

Universitas Sumatera Utara

i Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK

Kapasitor bank sebagai injeksi daya reaktif menjadi salah satu solusi yang dapat digunakan untuk memperbaiki cos phi, meningkatkan kualitas tegangan dan mengurangi rugi-rugi daya. Dengan menggunakan metode Artificial Bee Colony (ABC) Algorithm, akan dapat diperoleh hasil optimasi letak dan kapasitas kapasitor bank yang efektif pada sistem distribusi 20 kV PM1 Pematangsiantar. Setelah dilakukan optimasi didapat kapasitas dan letak kapasitor bank masing – masing adalah 1,2339MVAR pada bus 5, 1,8357 MVAR pada bus 9 dan 1,1583 MVAR pada bus 36,hasil penurunan rugi – rugi daya aktif maupun reaktif kondisi existing sebesar 0,74513 MW dan 1,1352 MVAR masing-masing menjadi 0,6454 MW dan 0,98213 MVAR dan terbukti mampu mengatasi permasalahan tegangan, khususnya tegangan kritis, sehingga level tegangan semua bus memenuhi batas tegangan yang diijinkan (0.9 ≤ 𝑉𝑉𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏 ≤ 1,05 pu). Kata kunci: Kapasitor Bank, Artificial Bee Colony (ABC) Algorithm,rugi daya, kualitas tegangan

ii Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah Tritunggal, karena atas berkat rahmat dan berkat-Nya Tugas Akhir ini dapat disusun dan diselesaikan. 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: “PENEMPATAN OPTIMAL KAPASITOR BANK PADA SISTEM DISTRIBUSI RADIAL 20 kV MENGGUNAKAN METODE ARTIFICIAL BEE COLONY (ABC) ALGORITHM” (STUDI KASUS : JARINGAN DISTRIBUSI PM1 PEMATANGSIANTAR) Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu Ayahanda S. Manurung beserta Ibunda T. Sinaga, Kakak, Abang dan Adik 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 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 Lab. 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.

iii Universitas Sumatera Utara

2. Bapak Ir. Riswan Dinzi, M.T., selaku Dosen Penguji Tugas Akhir serta yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini serta senantiasa memberikan bimbingan selama perkuliahan. 3. Ibu Siska Yana S.T., M.T., selaku Dosen Penguji Tugas Akhir, yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini dan telah memberikan banyak motivasi selama masa perkuliahan. 4. Bapak Ir. Kasmir Tanjung, M.T., selaku Dosen Wali yang selalu mengawasi, membimbing, dan menyemangati saya dalam selama masa 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 FT USU yang telah membantu penulis dalam pengurusan administrasi. 7. Santalia Rosari Ambarita, S.E., Perempuan yang bisa sebagai sahabat, teman, pacar dan kadang lawan, yang selalu memberi motivasi, semangat dan tentunya selalu mendoakan saya. 8. Rekan-rekan satu angkatan 2013 Ekstensi dan Reguler yang selalu saling memberi semangat, bantuan dan cerita selama perkuliahan. 9. Seluruh abang dan kakak senior yang telah memberikan dukungan dan bantuan. 10.

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

iv Universitas Sumatera Utara

harapkan. Akhir kata, penulis berharap semoga penulisan Tugas Akhir ini dapat berguna bagi kita semua dan hanya kepada Tuhan Yang Maha Esa penulis menyerahkan diri. Medan, Juli 2016 Penulis

Arif Kusuma Manurung NIM.130422013

v Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

ABSTRAK .............................................................................................................. i KATA PENGANTAR .......................................................................................... iii DAFTAR ISI ......................................................................................................... vi DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ ix DAFTAR TABEL ................................................................................................ xi BAB IPENDAHULUAN ........................................................................................1 1.1 Latar Belakang .............................................................................................. 1 1.2 Rumusan Masalah ......................................................................................... 3 1.3 Batasan Masalah ............................................................................................ 3 1.4 Tujuan Penelitian ........................................................................................... 4 1.5 Manfaat Penelitian ......................................................................................... 4 BAB IITINJAUAN PUSTAKA ............................................................................5 2.1 Sistem Distribusi ........................................................................................... 5 2.2 Distribusi Primer ........................................................................................... 6 2.3 Kapasitor Bank ............................................................................................ 11 2.3.1Kapasitor Terhubung Paralel (Kapasitor Shunt).................................... 12 2.4 Faktor Daya ................................................................................................. 14 2.5 Perbaikan Faktor Daya dengan Kapasitor ................................................... 15 2.5.1 Ukuran Kapasitor Untuk Perbaikan Faktor Daya ................................. 16 2.6 Penyelesaian Aliran Daya ........................................................................... 18 2.6.1 Konsep Perhitungan Aliran Daya ......................................................... 18 2.6.2 Persamaan Aliran Daya Tanpa Kapasitor Bank ................................... 20 2.6.3 Persamaan Aliran Daya Dengan Kapasitor Bank ................................. 22

vi Universitas Sumatera Utara

2.6.4 Metode Newton-Raphson ..................................................................... 23 2.6.5 Rugi-rugi Pada Jaringan ....................................................................... 27 2.6.6 Contoh Perhitungan Aliran Daya Menggunakan Metode NewtonRaphson ................................................................................................ 28 2.7 Analisis PenempatanKapasitor Bank .......................................................... 32 2.7.1 Artificial Bee Colony (ABC) Algorithm .............................................. 32 BAB IIIMETODE PENELITIAN ......................................................................42 3.1 Tempat dan Waktu ...................................................................................... 42 3.2 Bahan, Peralatan dan Metode ...................................................................... 42 3.3 Pelaksanaan Penelitian ................................................................................ 42 3.4 Variabel yang Diamati................................................................................. 43 3.5 Prosedur Penelitian ...................................................................................... 43 3.5.1 Pengambilan dan Pengumpulan Data yang Diperlukan ....................... 49 3.5.2 Gambar satu garis, data bus jaringan dan data penyulang jaringan ...... 49 BAB IVHASIL DAN PEMBAHASAN ..............................................................57 4.1 Analisis Aliran Daya Sistem Distribusi 20 kV PM1 Kondisi Existing ....... 57 4.1.1 Analisis Aliran Daya Sistem Distribusi 20 kV PM1 Kondisi Existing Pada Pembebanan 100%....................................................................... 57 4.1.2 Analisis Aliran Daya Sistem Distribusi 20 kV PM1 Kondisi Existing Pada Pembebanan 80%......................................................................... 63 4.1.3 Analisis Aliran Daya Sistem Distribusi 20 kV PM1 Kondisi Existing Pada Pembebanan 50%......................................................................... 68 4.2 Simulasi Penggunaan Artificial Bee Colony (ABC) Algorithm Dalam Proses Optimasi ......................................................................................... 72 4.2.1 Optimasi Penempatan Kapasitor Bank Pada Kondisi Pembebanan 100% Mengguankan Metode ABC Algorithm ............................................... 73

vii Universitas Sumatera Utara

4.2.2 Analisis Aliran Daya Pada Kondisi Pembebanan 80% Setelah Optimasi .............................................................................................................. 81 4.2.3 Analisis Aliran Daya Pada Kondisi Pembebanan 50% Setelah Optimasi .............................................................................................................. 86 4.3 Perbandingan Cos phi Sebelum dan Sesudah Dipasang Kapasitor Bank ... 90 BAB VKESIMPULAN ........................................................................................92 5.1 Kesimpulan .................................................................................................. 92 5.2 Saran ............................................................................................................ 93 DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................................94 LAMPIRAN

viii Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.l Tipikal jaringan distribusi .................................................................... 5 Gambar 2.2 Konfigurasi jaringan radial.................................................................. 6 Gambar 2.3 Konfigurasi Sistem Ring ..................................................................... 7 Gambar 2.4 Jaringan Distribusi Jaring-jaring (NET).............................................. 8 Gambar 2.5 Konfigurasi Sistem Spindel................................................................. 9 Gambar 2.6 (a) Rangkaian ekivalen sebelum dipasang kapasitor bank ................ 13 Gambar 2.7 Vektor diagram segitiga daya ............................................................ 14 Gambar 2.8 Perbaikan faktor daya dengan kapasitor............................................ 15 Gambar 2.9 Diagram Satu Garis dari N-bus Dalam Suatu Sistem Tenaga ........... 21 Gambar 2.10 Diagram Satu Garis dari N-bus yang Terpasang Kapasitor Bank Dalam Suatu Sistem Tenaga ................................................................................. 22 Gambar 2.11 Model saluran transmisi untuk perhitungan aliran daya ................. 27 Gambar 2.12 One-Line Diagram Sistem Distribusi Dengan Tiga Bus ................. 28 Gambar 2.13 Perilaku lebah dalam pencarian makanan ....................................... 34 Gambar 2.14 Diagram alir algoritma ABC ........................................................... 37 Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian .................................................................... 44 Gambar 3.2 Diagram alir implementasi Algoritma ABC ..................................... 46 Gambar 3.3 Sistem 49 bus sistem kelistrikan PM1 Pematangsiantar ................... 51 Gambar 3.4 Kapasitor bank yang terpasang di jaringan 20 kV PM1 Pematangsiantar .................................................................................................... 52 Gambar 3.5 (a) Kapasitor bank (b) Name plate kapasitor bank ............................ 52

ix Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.1 Profil tegangan kondisi existing dengan setelah optimasi pada pembebanan 100%.................................................................................................77 Gambar 4.2Rugi-rugi daya aktif kondisi existing dengan setelah optimasi pada pembebanan 100%.................................................................................................80 Gambar 4.3Profil tegangan kondisi existing dengan setelah optimasi pada pembebanan 80%...................................................................................................84 Gambar 4.4 Profil tegangan kondisi existing dengan setelah optimasi pada pembebanan 50%...................................................................................................88 Gambar 4.5 Perbandingan cos phi sebelum dan sesudah penempatan kapasitor bank........................................................................................................................90

x Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Kelebihan dan kerugian tipe distribusi primer ...................................... 10 Tabel 2.2 Penentuan mengalikan kW dengan kebutuhan perhitungan kvar untuk koreksi faktor daya ................................................................................................ 17 Tabel 2.3 Tipe Bus Dalam Sistem Tenaga Listrik ................................................ 20 Tabel 3.1 Representasi Penggunaan Metode ABC ............................................... 48 Tabel 3.2 Tabel data beban PM1 Existing ............................................................ 53 Tabel 3.3 Tabel impedansi penyulang .................................................................. 55 Tabel 4.1 Hasil analisis aliran daya sistem distribusi 20 kV PM1 kondisi existing pada pembebanan 100% ........................................................................................ 57 Tabel 4.2 Rugi-rugi daya pada saluran distribusi 20 kV PM1 kondisi existing pada pembebanan 100% ................................................................................................ 59 Tabel 4.3 Bus – bus Dengan Tegangan yang Tidak Sesuai Standar Pada Kondisi Pembebanan 100% ................................................................................................ 61 Tabel 4.4 Hasil analisis aliran daya sistem distribusi 20 kV PM1 kondisi existing pada pembebanan 80% .......................................................................................... 63 Tabel 4.5 Rugi-rugi daya pada saluran distribusi 20 kV PM1 kondisi existing pada pembebanan 80% .................................................................................................. 65 Tabel 4.6 Bus – bus Dengan Tegangan yang Tidak Sesuai Standar Pada Kondisi Pembebanan 80% .................................................................................................. 66 Tabel 4.7 Hasil analisis aliran daya sistem distribusi 20 kV PM1 kondisi existing pada pembebanan 50% .......................................................................................... 68

xi Universitas Sumatera Utara

Tabel 4.8 Rugi-rugi daya pada saluran distribusi 20 kV PM1 kondisi existing pada pembebanan 50% .................................................................................................. 70 Tabel 4.9 Nilai Parameter Artificial Bee Colony Algorithm ................................ 73 Tabel 4.10 Hasil Running Load Flow Setelah Optimasi dengan Artificial Bee Colony Algorithm Pada Kondisi Pembebanan 100% ........................................... 74 Tabel 4.11 Perbaikan Tegangan Undervoltage Setelah Optimasi Pada Kondisi Pembebanan 100% ................................................................................................ 75 Tabel 4.12 Perbandingan Rugi-rugi Daya Saluran Distribusi Kondisi Existing Dengan Optimasi ABC Pada Pembebanan 100% ................................................. 78 Tabel 4.13 Perbandingan Rugi – rugi Daya Kondisi Existing dengan Setelah Optimasi Pada Pembebanan 100% ....................................................................... 80 Tabel 4.14 Hasil Running Load Flow Setelah Optimasi Pada Kondisi Pembebanan 80% ....................................................................................................................... 81 Tabel 4.15 Perbaikan Tegangan Undervoltage Setelah Optimasi Pada Kondisi Pembebanan 80% .................................................................................................. 83 Tabel 4.16 Rugi-rugi Daya Saluran Distribusi Setelah Optimasi Pada Pembebanan 80% ....................................................................................................................... 84 Tabel 4.17 Hasil Running Load Flow Setelah Optimasi Pada Kondisi Pembebanan 50% ....................................................................................................................... 86 Tabel 4.18 Rugi-rugi Daya Saluran Distribusi Setelah OptimasiPada Pembebanan 50% ....................................................................................................................... 88

xii Universitas Sumatera Utara