TUGAS AKHIR PENGARUH PEMASANGAN REAKTOR SHUNT TERHADAP TEGANGAN TRANSIEN AKIBAT PELEPASAN BEBAN DI GARDU INDUK 275 KV PANGKALAN SUSU-BINJAI

TUGAS AKHIR

PENGARUH PEMASANGAN REAKTOR SHUNT TERHADAP TEGANGAN TRANSIEN AKIBAT PELEPASAN BEBAN DI GARDU INDUK 275 KV PANGKALAN SUSU-BINJAI

Diajukan untuk memenuhi persyaratan Menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Tenaga Listrik

Oleh : DEDY WIDYA SITINDAON NIM : 110402024

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015

Universitas Sumatera Utara

FEF{GA}AUg FE&{ASASSA}T REAKTOR,Sg{r/Afir T'SRKA5.}AP T'KSAA{#AN T.R.&ftSgE.N AKISAT PSLEPASAFI ESEAN &F GAKF$ XH*T]]K 3?5 KV FASGKAT"AIq SUS{I-EIF{JAI

Gleh:

g$e*ryIp?'e*wglp&$?S S&3:11S4S?S24

?ugas Akhir ini dia.!rit<*n untuk mei**gkapi saiah satu qyarat untuk memperaletr gelar $arja*a Tek$ifu Fada

PEFARTSIbfEFT TH,KFfiK ELAKTRO

FAK{IT,TAS TSKNK {JF{TVERSTTAS SUMAT$RA TITAR{ Bffi$_4,Iq sidang pada t*nggal 2 lrulan Desemb*r tahun z0l5 di depan pengnji

l. In Zarlknmaaen F*nq fuF"€"

: Ke€Eea

2.

: Amggofa Pengrrji

trn $yahruwnrdi

:

P*nguji

Disetnjui oleh : Pernbirnbing T*gas Akhtr,

%

Lz-.

Er Riswsr! Diryri.Ih€.T _____

IrtIP: 19S1{}484t9ffi

€.

e

(

SWI

f;{f l--dl# \"i\.i{*,n \t *\i--

\3>D;' : 1954S5.11l9S60i1#l?

Universitas Sumatera Utara

PENGARTII{ PEMASANGAI{ REAKTOR SHTINT TERHADAP TEGAFIGAN TRANSXEN AKMAT PELEPASAI\I BEBA}I DI GARI}U INDUK 275 KV PAITGK.4.I.AIV SUSU.BINJAI

*{ch: DEDY lVnpYA SITTnmIAON NIhf:110402S24 Tugas Akhir ini diajukan untuk rnelengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarj*na Teknik pada

NruTARTEMEN TEKNIK SLEKTRO

FAK{'LTAS TEKNIK UNTVSRSTTAS STJMAT]ERA UTAITA

MEE}A}{ Sidang pada tanggal2 bulan Oktober tahun 20lS di depan penguji

:

1. Ketua Fengnji ; Ir. Zulkamaea pane, M.T. 2. Anggota Penguji : trr. Syahrawardi Disettliui oleh

:

Pennbimbing Tugas Akhir,

.-1-'q€r^"*.--fV Ir. Riswan Dinzi,ftd"T.

(

FIIP : 196104{M1988111@1

%ry r=8"L-

DEf

- \ ru'rtr ={

w Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK

Salah satu permasalahan yang timbul pada saluran

transmisi

tegangan

ekstra tinggi (200-500kV) adalah tegangan lebih transien yang terjadi pada saat operasi hubung buka atau biasa disebut pelepasan beban. Tegangan lebih ini perlu diperhatikan dalam perencanaan sistem transmisi agar tidak merusak peralatan. Salah satu upaya untuk mengontrol tegangan lebih ini adalah dengan menggunakan salah satu kompensator saluran, yaitu reaktor shunt. Reaktor shunt dipasang pada sisi penerima saluran transmisi. Pada Tugas Akhir ini, akan mempelajari pengaruh pemasangan reaktor shunt terhadap kenaikan tegangan yang terjadi pada ujung penerima saluran transmisi akibat pelepasan beban pada penyulang. Penelitian dilakukan di SUTET 275 kV Pangkalan Susu-Binjai. Tegangan lebih diamati pada bus sisi penerima 275 kV yang berada di GI 275 kV Binjai dan pelepasan beban dilakukan pada penyulang 20 kV di GI 150 kV Binjai dengan tahapan 10% - 100%, dengan kenaikan 10% tiap tahapannya. Simulasi dilakukan pada perangkat lunak ETAP 11.0 dengan memanfaatkan fitur Tansient Stability Analysis. Hasil simulasi menunjukkan bahwa pemasangan reaktor shunt pada Tragi Binjai mampu menurunkan tegangan lebih sebesar  3,613% .

Kata Kunci : Tegangan lebih transien, pelepasan beban, reaktor shunt, ETAP

i Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. 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. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah: PENGARUH PEMASANGAN REAKTOR SHUNT TERHADAP TEGANGAN TRANSIEN AKIBAT PELEPASAN BEBAN DI GARDU INDUK 275 kV PANGKALAN SUSU-BINJAI Tugas Akhir ini penulis persembahkan untuk kedua orang tua yang telah membesarkan penulis dengan kasih sayang yang tak ternilai harganya dan juga kepada kedua adik penulis yang selalu memberikan semangat dan mendoakan penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini. Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas

Akhir

ini,

penulis

banyak

menerima

bantuan,

bimbingan,

dan

dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada: 1

Bapak Ir. Riswan Dinzi, M.T selaku Dosen Pembimbing, Bapak Ir. Zulkarnaen Pane, M.T dan Bapak Ir. Syahrawardi selaku Dosen Penguji penulis yang telah banyak meluangkan waktu dan memberikan bimbingan dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

ii Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara

2

Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku dosen wali penulis yang banyak memberikan masukan dan pengarahan selama perkuliahan.

3

Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si dan Bapak Rahmad Fauzi ST, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik dan seluruh staf pengajar.

4

Kedua orang tua tercinta, Ir. Bernat Tindaon dan Juniar Simanjuntak yang memberikan segenap dukungan doa, daya dan dana kepada penulis dalam menyelesaikan perkuliahan.

5

Kedua adik tersayang, Rani dan Dian yang mengisi keceriaan penulis selama perkuliahan, sahabat bercanda, sahabat bersedih, sahabat berjuang membangun keluarga tercinta bersama.

6

Sahabat-sahabat seperjuangan penulis : Youki, Sandro, Yudha, Ari, Riandi, Mian. Teman sepermainan saat memulai perkuliahan di semester awal, mengisi suka-duka perkuliahan, teman liburan bersama, teman Kerja Praktek hingga menjadi sahabat dan mengakhiri perkuliahan bersama.

7

Teman-teman satu stambuk 2011 yang banyak membantu penulis dalam perkuliahan : Memory, Winner, Anriadi, Guntur, Anry, Tony, Hans, dan teman-teman elektro semuanya.

8

Sahabat-sahabat Sion Ministry yang telah mendoakan penulis : Bg Johnris Samosir, Kak Sarah, Daniel, Bg Robert, adik-adik PA, teman sedivisi dan seluruh pekerja. Terima kasih atas pembentukan karakter penulis selama perkuliahan.

iii Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara

9

Semua pihak yang telah membantu penulis dan tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan adanya kritik dan saran yang bertujuan untuk menyempurnakan dan memperkaya kajian Tugas Akhir ini. Akhir kata penulis berharap Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.

Medan, September 2015 Penulis,

Dedy Widya Sitindaon

iv Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

Halaman ABSTRAK ..................................................................................................... i KATA PENGANTAR .................................................................................... ii DAFTAR ISI .................................................................................................. v DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... viii DAFTAR TABEL .......................................................................................... x 1. PENDAHULUAN .............................................................................. 1 1.1 Latar Belakang .............................................................................. 1 1.2 Perumusan Masalah ....................................................................... 2 1.3 Tujuan ........................................................................................... 2 1.4 Batasan Masalah ............................................................................ 3 1.5 Manfaat ......................................................................................... 3 1.6 Metode Penelitian .......................................................................... 3 1.7 Langkah-langkah Penelitian ........................................................... 4 2. SALURAN TRANSMISI SISTEM TENAGA LISTRIK ................ 6 2.1 Pengertian Umum Saluran Transmisi ............................................. 6 2.2 Karakteristik Listrik Dari Saluran Transmisi .................................. 7 2.2.1 Resistansi ............................................................................. 7 2.2.2 Induktansi ............................................................................ 9 2.2.3 Kapasitansi .......................................................................... 12 2.3 Karakteristik Penyaluran Daya....................................................... 16 2.3.1 Saluran Transmisi Jarak Pendek ........................................... 16 2.3.2 Saluran Transmisi Jarak Menengah ...................................... 17 2.3.3 Saluran Transmisi Jarak Jauh ............................................... 19 2.4 Studi Aliran Daya Sistem Tenaga Listriik ...................................... 19 2.5 Profil Arus dan Tegangan Saluran Transmisi Pada Saat Beban Nol..................................................................................... 23 2.6 Hubungan Daya Reaktif dengan Profil Tegangan ........................... 25 2.7 Tegangan Lebih Pada Sistem Tenaga Listrik .................................. 26

v Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara

2.7.1 Analisis Transien : Gelombang Berjalan .............................. 26 2.7.2 Analisi Transien : Gelombang Pantul ................................... 29 2.8 Efek Feranti Pada Saluran Transmisi ............................................. 31 2.9 Arus Pengisian ............................................................................... 33 3. PENGARUH PEMASANGAN REAKTOR SHUNT PADA SALURAN TRANSMISI .................................................................. 34 3.1 Kompensasi Saluran Transmisi ...................................................... 34 3.2 Pengaruh Pemasangan Reaktor Shunt Terhadap Daya Reaktif ....... 35 3.3 Profil Tegangan Sepanjang Saluran Dengan Kompensator Reaktor Shunt ............................................................................... 35 3.5 Persamaan untuk Menentukan Rating Reaktor Shunt ..................... 36 4. PERANCANGAN SIMULASI PELEPASAN BEBAN.................... 38 4.1 ETAP (Electrical Transient Analysis Program) ............................ 38 4.2 Sistem Tenaga Listrik Tragi Binjai PT PLN (Persero).................... 39 4.3 Variabel Masukan dan Keluaran Simulasi ...................................... 42 4.3.1 Variabel Masukan Peralatan ................................................. 42 4.3.2 Perhitungan Jumlah Beban ................................................... 44 4.3.3 Variabel yang Diamati ......................................................... 45 4.3.4 Prosedur Penelitian .............................................................. 46 5. SIMULASI DAN ANALISA ............................................................. 47 5.1 Skenario Pelepasan Beban ............................................................. 47 5.2 Menjalankan Simulasi ................................................................... 49 5.3 Hasil Simulasi ............................................................................... 50 5.4 Analisa Data .................................................................................. 73 5.4.1 Simulasi Pelepasan Beban Tanpa Reaktor Shunt .................. 73 5.4.2 Simulasi Pelepasan Beban Dengan Reaktor Shunt ............... 76 5.5 Menentukan cara menghitung Rating Reaktor Shunt yang Efisien Sesuai dengan Parameter Transmisi .................................. 82 5.6 Analisis Manfaat Pemasangan Reaktor Shunt dengan Kapasitas 59,5 MVAR di GI 275 kB Binjai ................................................... 86 6. KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................... 89 6.1 Kesimpulan ................................................................................... 89

vi Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara

6.2 Saran ............................................................................................. 90 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN 1

PLTU 2 SUMATERA UTARA 2X220 MW MEDAN INSPECTION REPORT

LAMPIRAN 2

EQUIPMENT BASIC TECHNICAL PARAMETER PLTU PANGKALAN SUSU

LAMPIRAN 3

DATA BEBAN HARIAN PENYULANG GI BINJAI TANGGAL 1-7 JULI 2015 UPT SUMABGUT, TRAGI BINJAI

vii Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 ........ Siklus Transposisi ................................................................ 12 Gambar 2.2 ........ Metode Muatan Bayangan ................................................... 15 Gambar 2.3 ........ Rangkaian Ekivalen untuk Saluran Transmisi Jarak Pendel .. 16 Gambar 2.4a ...... Rangkaian Ekivalen untuk Saluran Transmisi Jarak .......................... Menengah Rangkaian T ....................................................... 18 Gambar 2.4b ...... Rangkaian Ekivalen untuk Saluran Transmisi Jarak .......................... Menengah Rangkaian  ...................................................... 18 Gambar 2.5 ........ Fasor-fasor Persamaan (2.20) Dilukis Dalam Bidang .......................... Kompleks ............................................................................ 20 Gambar 2.6 ........ Diagram Daya yang Diperoleh dengan Menggeser Titik .......................... Asal Sumbu Koordinat pada Gambar 2.5 ............................. 22 Gambar 3.1 ........ Profil Tengangan Sepanjang Saluran dengan Kompensasi .......................... Reaktor Shunt ...................................................................... 36 Gambar 3.2 ........ Rangkaian Pengganti Saluran Transmisi Setelah Dipasang Reaktor Shunt ...................................................................... 37 Gambar 4.1a ...... Single Line Diagram GI 275 kV Binjai ................................ 40 Gambar 4.1b ...... Single Line Diagram GI 150 kV Binjai ................................ 41 Gambar 4.2 ........ Menara SUTET 275kV Pangkalan Susu-Binjai .................... 44 Gambar 4.3 ........ Diagram Alir Penelitian ....................................................... 46 Gambar 5.1 ........ Kurva V-t Pelepasan Beban 10% tanpa Reaktor Shunt ......... 51 Gambar 5.2 ........ Kurva V-t Pelepasan Beban 20% tanpa Reaktor Shunt ......... 52 Gambar 5.3 ........ Kurva V-t Pelepasan Beban 30% tanpa Reaktor Shunt ......... 53 Gambar 5.4 ........ Kurva V-t Pelepasan Beban 40% tanpa Reaktor Shunt ......... 54 Gambar 5.5 ........ Kurva V-t Pelepasan Beban 50% tanpa Reaktor Shunt ......... 55 Gambar 5.6 ........ Kurva V-t Pelepasan Beban 60% tanpa Reaktor Shunt ......... 56 Gambar 5.7 ........ Kurva V-t Pelepasan Beban 70% tanpa Reaktor Shunt ......... 57 Gambar 5.8 ........ Kurva V-t Pelepasan Beban 80% tanpa Reaktor Shunt ......... 58 Gambar 5.9 ........ Kurva V-t Pelepasan Beban 90% tanpa Reaktor Shunt ......... 59 Gambar 5.10 ...... Kurva V-t Pelepasan Beban 100% tanpa Reaktor Shunt ....... 60 Gambar 5.11 ...... Kurva V-t Pelepasan Beban 10% dengan Reaktor Shunt ..... 61 Gambar 5.12 ...... Kurva V-t Pelepasan Beban 20% dengan Reaktor Shunt ..... 62

viii Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara

Gambar 5.13 ...... Kurva V-t Pelepasan Beban 30% dengan Reaktor Shunt ..... 63 Gambar 5.14 ...... Kurva V-t Pelepasan Beban 40% dengan Reaktor Shunt ..... 64 Gambar 5.15 ...... Kurva V-t Pelepasan Beban 50% dengan Reaktor Shunt ..... 65 Gambar 5.16 ...... Kurva V-t Pelepasan Beban 60% dengan Reaktor Shunt ..... 66 Gambar 5.17 ...... Kurva V-t Pelepasan Beban 70% dengan Reaktor Shunt ..... 67 Gambar 5.18 ...... Kurva V-t Pelepasan Beban 80% dengan Reaktor Shunt ..... 68 Gambar 5.19 ...... Kurva V-t Pelepasan Beban 90% dengan Reaktor Shunt ..... 69 Gambar 5.20 ...... Kurva V-t Pelepasan Beban 100% dengan Reaktor Shunt .... 70

ix Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 ............ Nilai Parameter Generator di PLTU Pangkalan Susu ........... 42 Tabel 4.2 ............ Data Kapasitas Transformator yang Terpasang pada Sistem .......................... Tenaga Listrik Pangkalan Susu-Binjai ................................. 43 Tabel 4.3 ........... Saluran Transmisi SUTET 275kV Pangkalan Susu-Binjai ... 43 Tabel 4.4 ............ Data Beban Penyulang di GI 150 kV Binjai ......................... 45 Tabel 5.1 ............ Skenario Pelepasan Beban Untuk Simulai Transient Stability .......................... ETAP 11.0........................................................................... 48 Tabel 5.2 ............ Hasil Simulasi Pelepasan Beban, Sistem Tidak Terpasang .......................... Reaktor Shunt (1 pu = 275 kV) ............................................ 71 Tabel 5.3 ............ Hasil Simulasi Pelepasan Beban, Sistem Terpasang dengan ............... Reaktor Shunt (1 pu = 275 kV) ............................................ 71 Tabel 5.4 ............ Hasil Simulasi Pelepasan Beban tanpa Reaktor Shunt .......... 72 Tabel 5.5 ............ Hasil Simulasi Pelepasan Beban dengan Reaktor Shunt ....... 72 Tabel 5.6 ............ Besar Tegangan Lebih Transien pada Saat Pelepasan Beban ............... Di Tragi Binjai Tanpa Reaktor Shunt .................................. 80 Tabel 5.7 ............ Besar Tegangan Lebih Transien pada Saat Pelepasan Beban di ............... Tragi Binjai dengan Terpasang Reaktor Shunt ..................... 81 Tabel 5.8 ............ Persentase Penurunan Kenaikan Tegangan Lebih Akibat ............... Pemasangan Reaktor Shunt .................................................. 82 Tabel 5.9 ............ Besar Tegangan Lebih Transien pada Saat Pelepasan Beban di Tragi Binjai dengan Terpasang Reaktor Shunt 38,5 MVAR . 86 Tabel 5.10 .......... Perbandingan Nilai Tegangan Lebih yang Timbul Saat Pelepasan Beban .................................................................................. 88

x Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara