PENENTUAN KAPASITAS DAN PENEMPATANBANYAK KAPASITOR PARALEL

PADA PENYULANG BADAI DI GI TELUK BETUNGMENGGUNAKAN PERHITUNGAN ARUS REAKTIF

(Skripsi)

Oleh

BRILLIAN UNGGUL WICAKSONO

FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG2016

ABSTRAK

PENENTUAN KAPASITAS DAN PENEMPATAN BANYAK KAPASITORPARALEL PADA PENYULANG BADAI DI GI TELUK BETUNG

MENGGUNAKAN PERHITUNGAN ARUS REAKTIF

Oleh

Brillian Unggul Wicaksono

Kapasitor adalah peralatan listrik yang dapat menghasilkan daya reaktif yangdiperlukan oleh beban sehingga aliran daya reaktif di saluran dapat berkurangdengan kata lain kapasitor bermanfaat menaikkan faktor daya, memperbaiki profiltegangan serta mengurangi rugi-rugi. Penempatan kapasitor dengan kapasitaskapasitor yang berdasarkan arus beban dapat memimisasi rugi-rugi dan perbaikanprofil tegangan.

Skripsi ini bertujuan menentukankapasitas dan penempatan lokasi banyakkapasitor paralel dengan menggunakan perhitungan arus reaktif.Studi kasus inidilakukan pada penyulang Badai GI Teluk Betung dan analisis aliran dayamenggunakan software MATPOWER 4.2.

Dari hasil simulasi dapat disimpulkan bahwa dengan pemasangan kapasitorparalel pada sistem distribusi di penyulang Badai di GI Teluk Betung dapatmengurangi rugi-rugi total daya aktif dan reaktif. Sebelum pemasangan kapasitordidapat rugi-rugi daya aktif total sebesar 211,690 kW dan daya reaktif totalsebesar 190,457 kVAR. Hasil simulasi menunjukkan bahwa penempatan optimalbanyak kapasitor paralel adalah pada bus 43 dan 2. Setelah penempatan duakapasitor diperoleh rugi-rugi daya aktif sebesar 163,025 kW dengan presentasepengurangan 22,99% dan rugi-rugi daya reaktif total sebesar 146,873 kVARdengan presentase sebesar 22,88%.

Kata kunci : kapasitor paralel, perhitungan arus reaktif, rugi-rugi daya, GI TelukBetung.

ABSTRACT

DETERMINATION OF CAPACITY AND PLACEMENT OF PARALLELCAPACITORS ON BADAI FEEDER IN TELUK BETUNG SUBSTATION

USINGREACTIVE CURRENT CALCULATION

By

Brillian Unggul Wicaksono

Capacitors are electrical equipment that can generate reactive power required bythe load so that the reactive power flow in the line can be reduced, in other wordscapacitors are useful to increase power factor, improve voltage profile andreduce losses. Placement of the capacitors with its capacity based on the currentload can minimize losses and improve voltage profile.

This thesis aims to determine the capacity and the placement location of manycapacitor parallel by using reactive current calculation. This case study isconducted on Badai feeder in Teluk Betung substation and power flow analysis isperformed using MATPOWER 4.2 software.

From the simulation results can be concluded that with the placement of parallelcapasitors on distribution system in Badai feeder in Teluk Betung substation canreduce the total active power losses and total reactive power losses. Beforeplacement the capacitors, the active power losses obtained is 211,690 kW and thetotal reactive power losses is 190,457 kVAR. The simulation results showed thatthe optimal placements of many parallel capacitors are on bus 43 and bus 2. Afterplacing two capacitors the total active power losses obtained is 163,025 kW orpercentage of reduction is 22,99% and a reduction of the total reactive powerlosses is 146,873 kVAR with a percentage of 22,88%.

Keywords : parallel capacitor, reactive current calculation, power losses, GITeluk Betung.

PENENTUAN KAPASITAS DAN PENEMPATAN

BANYAK KAPASITOR PARALEL

PADA PENYULANG BADAI DI GI TELUK BETUNG

MENGGUNAKAN PERHITUNGAN ARUS REAKTIF

Oleh

BRILLIAN UNGGUL WICAKSONO

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar

SARJANA TEKNIK

Pada

Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Teknik Universitas Lampung

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2016

RIWAYAT HIDUP

Brillian Unggul Wicaksono adalah nama penulis skripsi ini.

Penulis lahir dari orang tua bernama Ir. Istiyono Susianto

dan Triningrum, Skm sebagai anak pertama dari tiga

bersaudara. Penulis dilahirkan di Kota Bandar Lampung,

Provinsi Lampung pada tanggal 24 September 1991.

Penulis menempuh pendidikan dimulai dari TK Xaverius 1 Tanjungkarang,

melajutkan ke SD Fransiskus 1 Tanjungkarang (lulus tahun 2003), melanjutkan ke

SMP Fransiskus 1 Tanjungkarang (lulus tahun 2006), SMA Negeri 3 Bandar

Lampung (lulus tahun 2009), hingga akhirnya pada tahun 2009 menempuh masa

kuliah di Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro, Universitas Lampung melalui

jalur Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN).

Dalam menempuh pendidikan di Universitas Lampung penulis juga aktif dalam

organisasi kerohanian universitas yaitu Unit Kegiatan Mahasiswa Kristen

(UKMK) dan juga Fakultas Teknik yaitu Forum Komunikasi Mahasiswa Kristen

- Fakultas Teknik (FKMK-FT). Selain kegiatan kerohanian penulis juga menjabat

sebagai asisten Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi selama dua semester.

Penulis melaksanakan Kerja Praktik (KP) di Unit PLTD Teluk Betung dengan

judul “Sistem Eksitasi Generator Smerslikker Verr Di PT. PLN (Persero)

Pembangkitan Sumbagsel Unit PLTD Teluk Betung”

Dengan tekad serta motivasi yang besar untuk terus belajar dan berusaha penulis

telah berhasil menyelesaikan penulisan tugas akhir skripsi ini. Penulis berharap

dengan penulisan tugas akhir skripsi ini memberikan kontribusi positif bagi dunia

pendidikan.

Akhir kata penulis mengucapkan rasa syukur kepada Tuhan atas terselesaikannya

skripsi yang berjudul “Penentuan Kapasitas dan Penempatan Banyak

Kapasitor Paralel pada Penyulang Badai di GI Teluk Betung Menggunakan

Perhitungan Arus Reaktif”

I Dedicate to

Papa dan Mama Tercinta

Istiyono Susianto dan Triningrum

Adik-adikku Tersayang

Yossafat Galang Rakasiwi

Sarah Amanda Kartika R

Keluarga Besar, Dosen, Teman, dan Almamater.

MOTTO

“Takut akan TUHAN adalah permulaan pengetahuan,

tetapi orang bodoh menghina hikmat dan didikan.” ~ Amsal 1 : 4

“Berbahagialah orang yang mendapat hikmat,

orang yang memperoleh kepandaian, karena keuntungannya melebihi

perak,

dan hasilnya melebihi emas.” ~ Amsal 3 : 11 – 12

“Karena hikmat lebih berharga dari emas dan permata,

apapun yang diinginkan orang, tidak dapat menyamainya.” ~ Amsal 8 : 11

“Tangan yang lamban membuat miskin,

tetapi tangan orang rajin menjadikan kaya”

“Siapa mengindahkan didikan, menuju jalan kehidupan,

tetapi siapa mengabaikan teguran tersesat.” ~ Amsal 10 : 4, 17

“Dengarkanlah nasihat dan terimalah didikan,

supaya engkau menjadi bijak di masa depan.

Banyaklah rancangan di hati manusia, tetapi keputusan Tuhanlah yang

terlaksana.” ~ Amsal 19 : 20 - 21

Sebab itu janganlah kamu kuatir akan hari besok,

karena hari besok mempunyai kesusahannya sendiri.

Kesusahan sehari cukuplah untuk sehari." ~ Matius 6:34

Serahkanlah segala kekuatiranmu kepada-Nya,

sebab Ia yang memelihara kamu. ~ 1 Petrus 5:7

“Maksimalkan segala talenta yang Tuhan berikan kepada anda”

( Brillian Unggul Wicaksono, S.T. )

SANWACANA

Puji syukur saya ucapkan kehadirat Tuhan Yesus Kristus atas kasih dan karunia

yang telah diberikan sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir skripsi yang

berjudul “Penentuan Kapasitas dan Penempatan Banyak Kapasitor Paralel pada

Penyulang Badai di GI Teluk Betung Menggunakan Perhitungan Arus Reaktif”.

Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk memenuhi kurikulum sarjana strata-

1(S1) pada Jurusan Teknik Elektro, Jurusan Teknik, Universitas Lampung. Dalam

penyusunan skripsi ini adapun suka maupun duka, namun laporan ini dapat

terselesaikan berkat bantuan dan dukungan dari berbagai macam pihak. Untuk itu

saya mengucapkan terimakasih kepada :

1. Bapak Prof. Suharno, M.Sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Teknik

Universitas Lampung;

2. Bapak Dr. Eng., Helmy Fitriawan, S.T., M.Sc., selaku Pembantu Dekan I

Fakultas Teknik Universitas Lampung yang sekaligus sebagai Pembimbing

Akademik;

3. Bapak Dr. Ing. Ardian Ulvan, S.T., M.Sc., selaku Ketua Jurusan Teknik

Elektro Universitas Lampung;

4. Bapak Dr. Herman H Sinaga, selaku Sekretaris Jurusan Teknik Elektro

Universitas Lampung dan juga selaku penguji skripsi yang telah memberi

bimbingan, kritik serta saran dalam penyelesaian skripsi ini;

5. Bapak Osea Zebua, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing utama skripsi yang

telah memberikan banyak ilmu, kritik dan saran, serta selalu membimbing

dalam penyelesaian skripsi ini;

6. Bapak Ir. Noer Soedjarwanto, M.T., selaku dosen pembimbing pendamping

skripsi yang telah juga memberikan banyak ilmu, kritik dan saran, serta selalu

membimbing dalam penyelesaian skripsi ini;

7. Seluruh dosen dan karyawan Fakultas Teknik dan Jurusan Teknik Elektro,

yang telah memberi ilmu, bimbingan dan bantuan hingga penulis selesai

menyusun skripsi ini;

8. Mbak Anizar selaku Teknisi Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi serta

teknisi dari laboratorium Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung;

9. Orang tua (Papa dan Mama) tercinta dan adik-adik (Galang dan Sarah)

tercinta, yang telah memberi semangat dan dukungan doa, moril serta

sukacita;

10. Sahabat-sahabat seperjuangan Kemiling Inside Ari (uwak), Albet (zuko),

Taufik (jelongop), Widi (Mas Iyat); sahabat seperjuangan dari SMA hingga

menempuh gelar sarjana Binsar Daniel Sandi Togatorop; Besbeng Crew M.

Rifqi (Mbeu botak), Dedy Irawan (Didie Botoy), Ranny, Riyo (modus),

Annora, Mardyiah (Emak), Fedryan, Nisa, Idon (Pak Lur), Robert, Flesi

(Cantik), Helmi (Nenek Ijo); sahabat Batak JS.Panjaitan, JA.Barus,

LT.Gultom, BM.Sinaga; beserta rekan-rekan angkatan Elektro 2009 lain yang

telah membantu dalam memberikan gagasan, pengetahuan, semangat, doa dan

terimakasih atas kebersamaan yang dijalin dari awal hingga akhir masa studi;

11. Teman-teman persekutuan UKMK dan FKMK-FT terimakasih untuk

kebersamaannya, bantuan, semangat dan doa-doanya;

12. Saudara seiman dalam Gereja di COOL Distrik 9 terutama COOL Beringin

Raya 2 yang telah memberi semangat, sukacita dan dukungan doa dan COOL

BKP (Ganda, Kardo, Gunawan, Aris, Mas Lukas, Purba dan yang lainnya)

yang juga turut membantu, memberi semangat dan dukungan doa;

13. Hetty Samosir sahabat yang mengajarkan aku Bahasa Inggris dengan

kemampuannya yang luar biasa, terus berjuang menuntut ilmu di negeri orang

yang jauh disana, terus menjadi guru yang baik dan bijaksana;

14. Mery Hutauruk yang juga memberikan, motivasi, semangat dan doa.

Thank You so Much;

15. Semua pihak yang membantu dan tidak bisa saya sebutkan satu persatu.

Demikian skripsi ini saya tulis, oleh sebab itu perlu kritik dan saran agar

kedepannya semakin baik lagi. Semoga skripsi ini berguna dan bermanfaat bagi

kita semua. Atas perhatiannya saya mungucapkan terimakasih.

Bandar Lampung, Agustus 2016

Brillian Unggul Wicaksono

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR ISI ..................................................................................................... v

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ viii

DAFTAR TABEL ............................................................................................. x

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang ................................................................................... 1

1.2 Tujuan Penelitian ............................................................................... 2

1.3 Rumusan Masalah ............................................................................. 2

1.4 Batasan Masalah ................................................................................ 3

1.5 Manfaat Penelitian............................................................................. 3

1.6 Kerangka Pemikiran .......................................................................... 3

1.7 Hipotesis ............................................................................................ 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sistem Tenaga Listrik ........................................................................ 5

2.2 Daya ................................................................................................. 6

2.2.1 Daya Aktif ............................................................................... 6

2.2.2 Daya Reaktif............................................................................ 6

2.2.3 Daya Semu .............................................................................. 7

2.3 Sifat Beban Listrik ............................................................................. 7

2.4 Aliran Daya........................................................................................ 9

2.5 Aliran Daya pada Sistem Distribusi Radial ....................................... 10

2.6 Rugi-rugi Daya .................................................................................. 11

2.6.1 Rugi-rugi Saluran .................................................................. 12

2.7 Kapasitor............................................................................................ 14

2.7.1 Kapasitor Seri ........................................................................ 14

2.7.2 Kapasitor Pararel (Capasitor Shunt) ..................................... 17

2.8 Rugi-rugi Pada Sistem Distribusi Radial dengan Perhitungan

Arus Reaktif ........................................................................................ 21

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ............................................................. 25

3.2 Alat dan Bahan.................................................................................... 25

3.3 Tahapan Penelitian.............................................................................. 26

3.3.1 Mengidentifikasi Masalah ........................................................ 26

3.3.2 Studi Literatur........................................................................... 26

3.3.3 Pengumpulan Data.................................................................... 26

3.3.4 Simulasi Aliran Daya pada Jaringan Distribusi Penyulang

Badai ........................................................................................ 26

3.3.5 Simulasi Penempatan Banyak Kapasitor Paralel...................... 27

3.3.6 Menganalisa Hasil yang Didapat.............................................. 29

3.3.7 Membuat Kesimpulan dari Hasil Penelitian............................. 29

3.4 Diagram Alir Penelitian ...................................................................... 30

3.5 Diagram Alir Program ........................................................................ 31

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Penyulang Badai di GI Teluk Betung........................................ 32

4.1.1 Permodelan Saluran .............................................................. 36

4.2 Hasil Simulasi.................................................................................... 41

4.3 Hasil Perhitungan Sebelum Diberikan Kapasitor.............................. 43

4.4 Hasil Perhitungan Setelah Diberikan Satu Kapasitor ........................ 46

4.5 Hasil Perhitungan Setelah Diberikan Kapasitor Kedua..................... 49

4.6 Analisis .............................................................................................. 53

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ......................................................................................... 53

5.2 Saran ................................................................................................... 54

DAFTAR PUSTAKA........................................................................................ xi

LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR

Halaman

1. Gambar 2.1 Segitiga Daya......................................................................... 7

2. Gambar 2.2 Gelombang dengan beban resistif tegangan dan arus sefasa . 8

3. Gambar 2.3 Gelombang dengan beban induktif dengan arus lagging....... 8

4. Gambar 2.4 Gelombang dengan beban kapasitif arus leading .................. 9

5. Gambar 2.5 Rangkaian Seri....................................................................... 15

6. Gambar 2.6 Diagram fasor pada kapasitor seri ......................................... 16

7. Gambar 2.7 Rangkaian Paralel .................................................................. 18

8. Gambar 2.8 Diagram fasor pada kapasitor paralel .................................... 19

9. Gambar 2.9 Penempatan Kapasitor dengan Perhitungan Arus Reaktif pada

Sistem Distribusi Radial ........................................................................... 23

10. Gambar 3.1 Contoh Penempatan Banyak Kapasitor dengan Perhitungan

Arus Reaktif pada Sistem Distribusi........................................................ 28

11. Gambar 3.2 Diagram Alir Penelitian....................................................... 30

12. Gambar 3.4 Diagram Alir Penentuan Kapasitas dan Lokasi Optimal

Banyak Kapasitor Paralel....................................................................... 31

13. Gambar 4.1 Saluran Penyulang Badai...................................................... 34

14. Gambar 4.2 Single Line Diagram Penyulang Badai ............................... 35

15. Gambar 4.3 Perbandingan Profil Tegangan ............................................. 56

DAFTAR TABEL

1. Tabel 4.1 Data Saluran.............................................................................. 36

2. Tabel 4.2 Parameter Total Kabel Tiap Saluran ..........................................38

3. Tabel 4.3 Data Beban Setiap Bus...............................................................38

4. Tabel 4.4 Data Beban Setiap Bus pada Command Window

MATLAB...................................................................................................41

5. Tabel 4.5 Rugi-rugi daya Aktif dan Rugi-rugi Daya Reaktif pada Saluran

Sebelum Diberikan Kapasitor ....................................................................43

6. Tabel 4.6 Branch Data................................................................................45

7. Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Kompensasi dengan Satu Kapasitor Paralel

pada Setiap Bus ..........................................................................................46

8. Tabel 4.8 Rugi-rugi Daya Aktif dan Rugi-rugi Daya Reaktif pada

Saluran Setelah Diberikan Satu Kapasitor .................................................48

9. Tabel 4.9 Hasil Perhitungan Kompensasi Kapasitor Paralel pada Setiap

Bus Setelah Diberikan Kapasitor Kedua....................................................50

10. Tabel 4.10 Rugi-rugi Tiap Saluran Ketika Sudah Diberi Dua Kapasitor

Paralel.........................................................................................................52

11. Tabel 4.11 Persentase Pengurangan Rugi-rugi Total.................................53

12. Tabel 4.12 Tegangan Tiap Bus ..................................................................54

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pada masa sekarang listrik merupakan salah satu energi yang di perlukan

bahkan menjadi suatu kebutuhan pokok bagi setiap masyarakat dalam

kehidupan sehari-hari. Listrik juga merupakan salah satu unsur untuk

meningkatkan perekonomian dan kesejahteraan masyarakat. Pada era

modern ini dan dalam kurun waktu kedepan penggunaan listrik akan

semakin meningkat dikarenakan bertambahnya penduduk dan penggunaan

elektronik disetiap rumah tangga juga munculnya industri-industri baru.

Dalam rumah tangga maupun industri, listrik sangat diperlukan untuk

penerangan, komunikasi, dan lain lain. Berbagai beban listrik jenis induktif

membutuhkan daya reaktif dari sumber, sehingga bila beban listrik induktif

ini semakin meningkat, maka rugi-rugi akibat arus reaktif juga semakin

meningkat dan berkontribusi pada peningkatan rugi-rugi secara keseluruhan.

Salah satu cara yang dilakukan untuk mengurangi rugi-rugi daya reaktif

adalah dengan kompensasi daya reaktif. Menempatkan kapasitor paralel

pada saluran distribusi adalah salah satu hal yang dilakukan untuk

kompensasi daya reaktif.

2

Dalam melakukan penempatan kapasitor paralel perlu mempertimbangkan

rugi-rugi daya aktif total sistem distribusi, sehingga perbaikan tegangan

pada semua bus dan dapat menghemat energi. Kapasitas kapasitor yang

akan dipasang dan beban yang terhubung juga mempengaruhi penempatan

optimal kapasitor pararel. Menempatan kapasitor berdasakan besar arus

beban pada setiap bus hanya memperbaiki kondisi pada bus tersebut, tetapi

tidak memaksimalkan pengurangan rugi-rugi dan perbaikan profil tegangan

dari seluruh sistem.

Dalam skripsi ini, masalah penempatan banyak kapasitor pararel untuk

meminimalkan kerugian optimal sistem distribusi diselesaikan dengan

menggunakan pehitungan arus reaktif. Arus reaktif antara sumber dan bus

sebagai lokasi penempatan kapasitor dijadikan sebagai acuan untuk

menentukan kapasitas kapasitor. Studi kasus yang digunakan adalah

penyulang Badai di Gardu Induk Teluk Betung, Bandar Lampung.

1.2 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah

1. Memperbaiki faktor daya untuk menaikkan tegangan dan dapat

meminimalisir rugi-rugi pada saluran.

1.3 Rumusan Masalah

Secara garis besar rumusan permasalahan tujuan penelitian ini adalah :

1. Adanya beban bersifat induktif yang akan menyerap daya reaktif, yang

kemudian akan dapat menimbulkan jatuh tegangan pada sisi penerima.

3

1.4 Batasan Masalah

Berdasarkan latar belakang maka batasan masalah pada penulisan skripsi ini

yaitu :

1. Analisis dilakukan dengan menggunakan perhitungan arus reaktif.

2. Jaringan yang digunakan adalah penyulang Badai.

3. Peneitian ini hanya membahas masalah teknis, tidak membahas dari

segi ekonomis.

1.5 Manfaat Penelitian

Dari penelitian ini dapat diperoleh manfaat sebagai berikut :

1. Memperbaiki faktor daya untuk memperbaiki jatuh tegangan dan rugi-

rugi arus beban reaktif dapat diminimalisir.

1.6 Kerangka Pemikiran

Dalam kerangka pemikiran skripsi ini penempatan optimal banyak kapasitor

paralel untuk mengurangi total rugi-rugi daya aktif dan total rugi-rugi energi

yang minimum pada sistem distribusi daya listrik dapat dilakukan dengan

pemasangan kapasitor paralel untuk meminimalkan kerugian daya aktif

yang terjadi pada sistem distribusi daya listrik.

4

1.7 Hipotesis

Dengan penempatan kapasitor pada sistem distribusi daya listrik dan dengan

menggunakan perhitungan arus reaktif, penempatan banyak kapasitor

tersebut dapat mengurangi rugi-rugi daya aktif secara optimal dan

mengurangi rugi-rugi energi pada sistem distribusi pada penyulang Badai di

Gardu Induk Teluk Betung.

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sistem Tenaga Listrik

Sistem tenaga listrik terdiri dari tiga komponen utama, yaitu pembangkitan

tenaga listrik, transmisi dan distribusi. Pada pusat listrik dilakukan

pembangkitan tenaga listrik dengan cara memanfaatkan generator sinkron.

Tenaga listrik yang telah dihasilkan pada pusat listrik akan ditransmisikan

ke beban melaui saluran transmisi. Sebelum disalurkan, tegangan dinaikkan

dengan menggunakan transformator penaik tegangan (step-up) pada pusat

listrik. Tegangan tersebut dinaikkan ke level tegangan tinggi (antara 70 kV

sampai 150 kV). Saluran transmisi yang digunakan bisa berupa saluran

udara maupun kabel tanah.

Daya listrik pada saluran transmisi disalurkan ke Gardu Induk kemudian

tegangannya diturunkan menggunakan transformator penurun tegangan

(stepdown) menjadi tegangan menengah. Besar tegangan menengah yang

digunakan PLN adalah sebesar 20 kV. Tegangan menengah ini dapat

digunakan langsung oleh konsumen yang mempunyai daya terhubung besar

seperti industri. [11]

Daya listrik tegangan menengah belum dapat digunakan oleh konsumen

rumahan. Untuk dapat menggunakannya tengangan menengah tersebut

6

kemudian diturunkan melalui gardugardu distribusi menjadi tegangan

rendah sebesar 380/220 V.

2.2 Daya

Daya adalah laju energi yang dihantarkan selama melakukan usaha dalam

waktu tertentu. Daya merupakan besaran skalar, karena daya hanya

memiliki nilai, tetapi tidak memiliki arah. Daya memiliki satuan watt (W),

dimana tegangan dikalikan dengan arus. Dimana P adalah daya, V adalah

tegangan (volt), dan I adalah arus (ampere), sehingga besarnya daya

dinyatakan dalam persamaan :

P = V x I (2.1)

2.2.1 Daya Aktif

Daya aktif adalah daya yang terpakai dibutuhkan oleh beban resistif.

Satuan daya aktif adalah watt. Adapun persamaannya adalah sebagai

berikut:

Untuk satu fasa : P = V.I.Cos φ (2.2)

Untuk tiga fasa : P = √3.V.I.Cos φ (2.3)

2.2.2 Daya Reaktif

Daya reaktif adalah daya yang digunakan untuk membangkitkan flux

magnetik sehingga timbul magnetisasi, daya ini dikembalikan ke

sistem karena ada efek induksi elektromagnetik itu sendiri, dengan

kata lain daya ini merupakan beban pada suatu sistem tenaga listrik.

Satuan dari daya reaktif adalah VAR. Daya reaktif dinyatakan dalam

persamaan :

7

Untuk satu fasa : Q = V.I.Sin φ (2.4)

Untuk tiga fasa : Q = √3.V.I.Sin φ (2.5)

2.2.3 Daya Semu

Daya semu adalah daya yang dihasilkan oleh perkalian antara

tegangan dan arus dalam satu jaringan. Satuan daya semu adalah VA.

Segitiga daya merupakan segitiga yang menggambarkan hubungan

antara daya semu, daya aktif dan daya reaktif ditunjukkan pada

gambar 2.1 berikut.

Gambar 2.1. Segitiga daya

Dimana secara umum persamaanya dituliskan sebagai berikut :

S = V.I (2.6)

P = S x Cos φ (2.7)

Q = S x Sin φ (2.8)

2.3 Sifat Beban Listrik

Ada tiga jenis beban yang harus ditopang oleh pembangkit listrik. Berikut

adalah tiga jenis beban tersebut :

8

2.3.1 Beban Resistif (R)

Beban listrik yang dihasilkan oleh alat-alat listrik yang bersifat murni

tahan (resistor) contohnya pada elemen pemanas dan lampu pijar.

Beban jenis ini hanya mengkonsumsi beban aktif dan mempunyai

faktor daya sama dengan satu. Tegangan dan arus sefasa.

Gambar 2.2. Gelombang dengan beban resistif tegangan dan arus

sefasa

2.3.2 Beban Induktif (L)

Beban induktif yaitu beban yang terdiri dari kumparan kawat yang

dililitkan pada suatu inti, contohnya seperti transformator, coil, motor

listrik, dan lain-lain. Beban induktif menyerap daya aktif dan daya

reaktif. Beban induktif dapat mengakibatkan pergeseran fasa pada arus

sehingga bersifat lagging.

Gambar 2.3. Gelombang dengan beban induktif dengan arus lagging

9

2.3.3 Beban Kapasitif (C)

Beban kapasitif yaitu beban yang memiliki kemampuan untuk

menyimpan energi yang berasal dari pengisian elektrik. Beban ini

menyebabkan arus leading terhadap tegangan. Beban ini menyerap

daya aktif dan mengeluarkan daya reaktif.

Gambar 2.4. Gelombang dengan beban kapasitif arus leading

2.4 Aliran Daya

Aliran daya adalah solusi dari kondisi operasi sistem tenaga listrik pada

keadaan steady-state, yang memberikan gambaran dan dapat dijadikan

batasan mengenai operasi sistem tenaga listrik yang dinamis. Studi aliran

daya pada sistem tenaga listrik akan memberikan informasi tentang daya

nyata (real power), daya reaktif (reactive power), tegangan dan sudut fasa

pada sistem.

Dalam sistem tenaga bus dapat diklarifikasikan menjadi tiga jenis, yaitu :

1. Bus PQ

Tipe bus ini digunakan untuk bus beban, pada bus ini daya aktif (P) dan

reaktif (Q) diketahui dan besaran yang dapat dihitung pada bus ini adalah

tegangan (V) dan sudut (δ).

10

2. Bus PV

Pada bus ini daya aktif (P) dana tegangan (V) ditentukan sebagai variabel

yang diketahui. Secara umum bus dari pembangkit listrik dapat diketahui

sebagai bus PV, karena tegangan pada bus ini dapat dikontrol dengan

kapasitas daya reaktif yang dibangkitkan. Besaran yang dihitung pada bus

ini adalah daya reaktif yang dibangkitkan. Besaran yang dihitung pada bus

ini adalah daya reaktif (Q) dan sudut tegangan (δ).

3. Slack Bus

Slack Bus sering disebut Swing Bus. Besaran yang diketahui dari bus ini

adalah tegangan (V) dan sudut (δ). Suatu sistem tenaga biasanya didesain

memiliki bus ini yang dijadikan sebagai referensi, secara umum besaran dari

sudut ini adalah nol (δ = 0o) .

2.5 Aliran Daya pada Sistem Distribusi Radial

Persamaan aliran daya pada sistem distribusi radial dapat diperoleh dari

hubungan antara daya kompleks dan tegangan bus. Misalkan Sij adalah daya

kompleks yang mengalir dari bus i dan bus j, maka,= + = ( ∗ − ∗) ∗ (2.9)

Daya pada bus i dinyatakan sebagai,

+ = +( )= ( ∗ − ∗) ∗( ) (2.10)

dimana k(i) adalah himpunan bus-bus yang terhubung ke bus i.

11

Untuk elemen saluran ij yang terhubung antara bus i dan bus j, arus pada

bus j dapat dinyatakan dengan persamaan,= − ( ( )) (2.11)atau,

( ) = − (2.12)dimana k(j) adalah himpunan bus-bus yang terhubung ke bus j. Menyatakan

jumlah arus saluran antara bus i dan bus j. ∑ ( ( )) menyatakan jumlah

arus saluran antara bus i dan bus j. Hubungan antara arus setiap Ibus dan arus

setiap saluran Isaluran secara umum dapat dinyatakan dengan,

Ibus = K . Isaluran (2.13)

dimana K adalah elemen matriks insiden yang menyatakan hubungan antar

bus. Matriks K adalah matriks bujursangkar yang tidak singular dengan orde

N, dimana N menyatakan jumlah bus. Bila l menytakan elemen matriks

dimana l = 1, 2, 3, ...., N, maka elemen diagonal dari matriks K adalah 1,

atau K(l,l) = 1. Bila p adalah elemen ke-l yang menyatakan bus pengirim

K(p,l) =1, sebaliknya jika r menyatakan bus penerima, maka K(l,r) = -1

2.6 Rugi-rugi Daya

Dalam poses transmisi dan distrbusi tenaga listrik sering kali mengalami

rugi-rugi daya yang cukup besar yang diakibatkan oleh rugi-rugi pada

saluran dan juga rugi-rugi pada trafo yang digunakan. Kedua jenis rugi-rugi

daya tersebut memberikan pengaruh yang besar terhadap kualitas daya serta

tegangan yang dikirimkan kesisi pelanggan. Nilai tegangan yang melebihi

12

batas toleransi akan dapat menyebabkan tidak optimalnya kerja dari

peralatan listrik disisi konsumen. Selain itu, rugi-rugi daya yang besar akan

menimbulkan kerugian finansial disisi perusahaan pengelola listrik. Rugi-

rugi yang terjadi pada jaringan distribusi dijelaskan sebagai berikut [12] :

2.6.1 Rugi-rugi Saluran

Pemilihan jenis kabel yang akan digunakan pada jaringan distribusi

merupakan faktor penting yang harus diperhatikan dalam perencanaan dari

suatu sistem tenaga listrik. Jenis kabel dengan nilai resistansi yang kecil

akan dapat memperkecil rugi-rugi pada salur an distribusi. Untuk

mengetahui rugi-rugi saluran dapat ditulis dengan persamaan sebagai

berikut [13]:

Pt = 3 x I2R (2.14)

dimana : Pt = rugi-rugi pada saluran (watt)

R = resistansi pada saluran per fasa (ohm)

I = arus yang mengalir per fasa (ampere)

Arus yang mengalir pasa saluran tiga fasa adalah

I = √ . . (2.15)

Dimana : P = Daya beban pada ujung penerima (watt)

Vr = Tegangan fasa ke fasa pada ujung penerima transmisi (volt)

Cos φ = Faktor daya beban

13

Nilai resistansi dari suatu penghantar merupakan penyebab utama rugi-rugi

daya yang terjadi pada jaringan distribusi. Nilai resistansi dari suatu

penghantar dipengaruhi oleh beberapa parameter. Berikut adalah resistansi

penghantar :

= ℓ (2.16)dimana, R = resistansi saluran (ohm)

ρ = resistivitas bahan penghantar (ohm-meter)

ℓ = panjang penghantar (meter)

A = luas penampang (mm2)

Dari persamaan (2.16) di atas terdapat tiga variabel yang mempengaruhi

nilai resistansi dari suatu saluran, yaitu panjang, resistivitas bahan, dan luas

penampang dari penghantar.

Berbagai upaya dilakukan untuk memperkecil nilai jatuh tegangan dan rugi-

rugi daya yang terjadi pada saluran distribusi. Selain merugikan perusahaan

hal tersebut juga merugikan pihak pelanggan yang menuntut jasa layanan

dengan kualitas yang baik. Berikut adalah beberapa upaya untuk

mengurangi jatuh tegangan dan memperkecil rugi-rugi saluran:

Membangun pembangkit pembantu

Membangun gardu induk dan jaringan baru yang lebih handal

Pemindahan beban ke penyulang lain yang bisa mencukupi kebutuhan

beban

14

Pengaturan tegangan penyulang menggunakan alat pengatur tegangan

Penyeimbangan beban

Pemasangan kapasitor

2.7 Kapasitor

Kapasitor adalah peralatan listrik yang bisa menghasilkan daya reaktif yang

diperlukan oleh beban sehingga aliran daya reaktif disaluran bisa berkurang,

dengan kata lain kapasitor bemanfaat untuk menaikkan faktor daya.

Semakin tinggi faktor daya semakin efisien pula penyaluran daya-nya.

Secara teoritis sistem dengan faktor daya rendah tentunya akan

menyebabkan arus yang dibutuhkan dari pensuplai menjadi besar. Hal ini

akan menyebabkan rugi rugi daya (daya reaktif) dan jatuh tegangan menjadi

lebih besar.

Untuk memperbesar harga cos φ (faktor daya) yang rendah hal yang mudah

dilakukan adalah memperkecil sudut φ sehingga menjadi φ1. Sedang untuk

memperkecil sudut φ itu hal yang mungkin dilakukan adalah memperkecil

komponen daya reaktif. Berarti komponen daya reaktif yang bersifat

induktif harus dikurangi dan pengurangan itu bisa dilakukan dengan

menambah suatu sumber daya reaktif yaitu berupa kapasitor.

2.7.1 Kapasitor Seri

Kapasitor seri adalah rangkaian dari beberapa kapasitor (dua ataupun lebih)

yang dihubungkan secara seri atau berantai. Untuk mengetahui total nilai

beberapa kapasitor yang dihubungkan secara seri dapat menggunakan rumus

15

VRVs

IS

Z = R +J XL

VRVs

I

Z = R - J (XL – XC)

XC

yang mirip dengan resistor paralel.

Misalkan beberapa kapasitor dirangkai secara seri dengan kapasitas masing

masing kapasitor sebesar C1, C2, C3 dan Cn. Maka beberapa kapasitor

tersebut dirangkai seperti gambar 2.5 berikut.

Gambar 2.5. Rangkaian seri

Maka untuk menghitung besarnya nilai total kapasitor adalah

1Ctotal= 1C1+ 1C2+ 1C3+ 1Cn (2.17)

Apabila kapasitor dipasang seri pada saluran, maka kapasitor akan

mengkompensasi reaktansi induktif. Sehingga kapasitor memiliki reaktansi

negatif dalam hubungan seri dengan rangkaian reaktansi positif, dimana

memberikan efek kompensasi dan akan meminimalkan jatuh tegangan yang

disebabkan sifat induktif pada jaringan.

(a) Rangkaian seri sebelumdipasang kapasitor

(b) Rangkaian seri setelahdipasang kapasitor

16

(c) Diagram fasor sebelumdipasang kapasitor

(d) Diagram fasor setelahdipasang kapasitor

Gambar 2.6 Rangkaian dan diagram fasor pada kapasitor seri

Untuk pemakaian pada saluran distribusi, ukuran kapasitor dipilih

sedemikian rupa sehingga resultan reaktansi akan mengecil dengan

penambahan reaktansi kapasitif. Pada gambar diagram fasor 2.6 (a) dan (c)

adalah jatuh tegangan pada saluran dapat dinyatakan dengan persamaan

berikut :

VD = IR cos + IXL sin (2.18)

dimana R = resistansi saluran

XL = reaktansi induktif saluran

Cos = faktor daya sisi penerima

Sin = sinus sudut fase sisi penerima

Seperti ditunjukkan pada gambar 2.6 terlihat bahwa pemasangan kapasitor

mengurangi rugi-rugi akibat adanya reaktansi induktif dan tidak mengubah

besar sudut fase dari sisi penerima.

17

Ketika rangkaian kapasitor ditempatkan, seperti ditunjukkan pada gambar

2.6 (b) dan (d), tegangan jauh semakin rendah, dengan persamaan berikut :

VD = IR cos + I (XC –XL) sin (2.19)

dimana XC adalah reaktansi kapasitif dari kapasitor seri.

Biasanya untuk kompensasi reaktansi induktif, ukuran kapasitor seri yang

dipilih untuk aplikasi pada sistem distribusi memperhatikan besarnya

reaktansi induktif dari sistem distribusi. Sehingga jatuh tegangan yang

dihasilkan pada persamaan berikut:

VD = IR cos – I (XC – XL) sin (2.20)

Penggunaan kapasitor dengan nilai kapasitas yang terlalu besar

menyebabkan resultan reaktansi membesarAdapun kelebihan dari kapasitor

seri, praktis dan daya stabil tinggi, jika ada kerusakan mudah dalam

mengidentifikasikannya, tidak memerlukan komponen yang banyak dengan

kata lain dari segi ekonomis lebih murah. Kekurangan dari kapasitor seri

yaitu konsumsi daya harus tinggi supaya daya stabil, mengganggu

komponen lain apabila salah satu komponen rusak, arus listrik yang sama

tetapi tegangan berbeda-beda.

2.7.2 Kapasitor Pararel (Capacitor Shunt)

Kapasitor paralel adalah rangkaian dari beberapa kapasitor (dua atau lebih)

yang disusun secara sejajar. Untuk mengetahui nilai total beberapa kapasitor

18

yang dihubungkan paralel dapat menggunakan rumus yang mirip dengan

resistor seri.

Misalkan beberapa kapasitor dirangkai secara paralel dengan kapasitas

kapasitor masing masing C1, C2, C3, dan Cn, maka beberapa kapasitor

tersebut dirangkai seperti gambar 2.8 berikut.

Gambar 2.7. Rangkaian paralel

Maka untuk menghitung besarnya nilai total kapasitor adalah

= + + + (2.21)

Kapasitor paralel[12], digunakan secara luas pada sistem distribusi untuk

perbaikan faktor daya. Bila rangkaian itu diberi tegangan maka muatan

elektron akan mengalir masuk ke kapasitor. Pada saat kapasitor penuh

dengan muatan elektron maka tegangan akan berubah. Kemudian elektron

akan ke luar dari kapasitor dan mengalir ke dalam rangkaian yang

memerlukannya dengan demikian pada saaat itu kapasitor membangkitkan

daya reaktif. Bila tegangan yang berubah itu kembali normal (tetap) maka

kapasitor akan menyimpan kembali elektron. Pada saat kapasitor

mengeluarkan elektron (Ic) berarti sama juga kapasitor menyuplai daya

reaktif ke beban. Beban yang bersifat induktif sudut adalah positif

19

sehingga daya reaktif Q positif. Beban yang bersifat kapasitif sudut

adalah negatif sehingga daya reaktif Q adalah negatif.

Pada saluran distribusi, kapasitor paralel berguna untuk mengkompensasi

rugi-rugi daya reaktif (I’X). Beban yang bersifat induktif akan menyerap

daya reaktif, yang kemudian akan dapat menimbulkan jatuh tegangan pada

sisi penerima. Dengan melakukan pemasangan kapasitor paralel, beban akan

mendapatkan suplai daya reaktif. Kompensasi yang dilakukan oleh kapasitor

paralel, akan dapat mengurangi penyerapan daya reaktif sistem oleh beban,

dengan demikian jatuh tegangan yang terjadi dapat dikurangi. [17]

(a) Rangkaian seri sebelumdipasang kapasitor

(b) Rangkaian seri setelahdipasang kapasitor

(c) Diagram fasor sebelumdipasang kapasitor

(d) Diagram fasor setelahdipasang kapasitor

Gambar 2.8. Rangkaian dan diagram fasor pada kapasitor paralel

Dari gambar 2.8 terlihat bahwa pemasangan kapasitor paralel mereduksi

arus sumber (I). Ic merupakan arus yang diluahkan kapasitor saat kapasitor

I2

Z = R +J XL Z = R +J(XL – XC)

XC

XC

IC

VRVSVRVS

I2

IR

VR

IXL

VS

I

IC

I

’IC

VR

IZ’

VS’

I’XL

IR

20

terisi penuh. Ic akan mengalir kesisi penerima (VR), sehingga sisi pengirim

(Vs) hanya mencukupkan arus yang dibutuhkan oleh beban sekitarnya. Oleh

karena arus yang mengalir beban dicukupkan oleh arus injeksi kapasitor

maka arus yang mengalir ke saluran jauh lebih kecil sehingga dapat

mengurangi rugi-rugi daya aktif (Plosses) maupun rugi-rugi daya reaktif

(Qlosses). Pada fasor juga menunjukkan bahwa Ic membuat garis vektor I naik

dan memperkecil sudut antara arus dan tegangan, sehingga pemasangan

kapasitor paralel akan memperbaiki faktor daya.

Jatuh tegangan pada saluran dengan faktor daya lagging dinyatakan dengan

persamaan berikut :

VD = Ir R + IX XL (2.22)

Dimana R = Resistansi total saluran ()

XL = Jumlah reaktansi induktif saluran ()

Ir = Komponen ril dari arus, (A)

Ix = Komponen reaktif dari arus, komponen arus tertinggal

90o dari tegangan

Ketika dipasang kapasitor paralel, seperti ditunjukkan pada gambar 2.8 (b)

dan (d) jatuh tegangan dihasilkan pada persamaan berikut :

VD = Ir R + IX XL – IC XL (2.23)

21

Dari persamaan (2.22) dan (2.23) dapat diketahui bahwa jatuh tegangan

akan mengecil dengan penambahan kapasitor paralel pada jaringan.

Penurunan tegangan yang terjadi sebesar :

VR = IC XL (2.24)

Adapun kelebihan dari kapasitor paralel, apabila salah satu komponen ada

yang rusak maka tidak akan mempengaruhi komponen lain, dengan kata lain

apabila salah satu dicabut maka yang lain akan tetap berfungsi. Kekurangan

dari kapasitor paralel dari segi ekonomis lebih mahal dari kapasitor seri

karena membutuhkan komponen yang banyak dan juga memiliki arus yang

berbeda-beda sesuai dengan hambatan.

2.8 Rugi-rugi Pada Sistem Distribusi Radial dengan Perhitungan Arus

Reaktif

Sistem distribusi listrik biasanya mempunyai karakteristik jaringan radial

dan kapasitas arus yang mengalir pada saluran lebih besar dari arus pada

saluran transmisi. Beban yang terhubung umumnya jenis beban induktif dan

resistif. Penyuplai daya reaktif satu satunya berasal dari sumber, sehingga

rugi-rugi total dan rugi-rugi daya aktif total dengan n saluran menjadi lebih

besar sesuai dengan persamaan:

= ( + ) (2.25)= (2.26)

22

Dimana Im dan Rm menyatakan magnitude arus dan resistansi saluran m yang

menghubungkan antar bus. Arus saluran terdiri dari komponen arus aktif (Ia)

dan komponen arus reaktif (Ir), dan rugi-rugi daya aktif yang dihasilkan oleh

masing-masing komponen ini adalah:

= (2.27)= (2.28)

Bila terdapat n saluran yang menghubungkan sumber dengan bus i, maka

besar arus reaktif saluran antar sumber dan bus i adalah:

= ∈ (2.29)Dimana k adalah himpunan saluran antar bus yang menghubungkan sumber

dengan bus i.

Rugi-rugi daya aktif total akibat arus reaktif antara sumber dan bus i adalah:= ∈ (2.30)

23

Ilustrasi pada gambar 2.9 menunjukkan bahwa jika kapasitor dihubungkan

pada bus 12, maka k = {1,2,3,4,7,8}.

Gambar 2.9. Penempatan kapasitor dengan perhitungan arus reaktif pada

sistem distribusi.

Kapasitor adalah sumber daya reaktif dan penggunanannya pada sistem

distribusi untuk menyediakan daya reaktif bagi beban-beban induktif.

Minimisasi rugi-rugi maksimum dengan menggunakan kapasitor paralel

diperoleh bila arus yang di injeksikan oleh kapasitor adalah sama dengan

arus reaktif total yang mengalir antara sumber dan bus i, sehingga,

IC = Irit (2.31)

Besar kapasitas kapasitor yang diapasang pada bus i adalah:

C = Vi IC (2.32)

24

Penempatan kapasitor pada jaringan distribusi memiliki peran yang baik.

Bila suatu jaringan tidak memiliki sumber daya reaktif cukup di daerah

sekitar beban, maka akan mengalir arus reaktif pada jaringan yang berakibat

penurunan faktor daya, semakin besarnya rugi-rugi jaringan, penurunan

tegangan khususnya pada ujung saluran dan regulasi tegangan yang

memburuk.

Pada skripsi ini membahas tentang kompensasi daya reaktif untuk

memperbaiki jatuh tegangan dan mengurangi rugi-rugi pada saluran

penyulang Badai GI Teluk Betung dengan menempatkan banyak kapasitor

paralel dengan lokasi bus yang memiliki rugi-rugi terbesar. Kompensasi

daya reaktif akan mengurangi beban arus reaktif yang mengalir pada saluran

dan kapasitor paralel mensuplai daya atau arus reaktif untuk menetralkan

komponen keluaran antar fasa dari arus yang diperlukan oleh beban

induktif. Maka dengan demikian rugi-rugi sepanjang saluran dapat

diminimalisir.

III. METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian dilakukan pada bulan November 2015 sampai dengan Juni 2016.

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Sistem Energi Elektrik Teknik

Elektro Universitas Lampung sebagai tempat perhitungan untuk menyusun

dan menaganalisa data. Pengambilan data akan dilakukan di PT. PLN

(persero).

3.2 Alat dan Bahan

Dalam mengerjakan tugas akhir adapun alat dan bahan yang digunakan

untuk adalah sebagai berikut :

1. Satu buah PC/Laptop

2. Software Matlab

3. Data dari PT. PLN (Persero)

26

3.3 Tahapan Penelitian

Penelitian ini dilakukan dengan beberapa tahapan yaitu sebagai berikut :

3.3.1 Mengidentifikasi Masalah

Pada tahapan ini penulis mengidentifikasi permasalahan yang terdapat

pada sistem tenaga listrik. Dalam tugas akhir ini penulis mengangkat

tentang penentuan kapasitas dan penempatan banyak kapasitor paralel

untuk perbaikan daya aktif dengan perhitungan arus reaktif yang

dilakukan pada sistem distribusi wilayah Lampung.

3.3.2 Studi Literatur

Ini merupakan tahapan dimana penulis mengumpulkan data dan

memperajari tentang perhitungan arus reaktif untuk perbaikan daya.

Kemudian literatur-literatur yang didapat digunakan untuk dasar

dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

3.3.3 Pengumpulan Data

Langkah selanjutnya adalah mengumpulkan data-data yang diperlukan

dalam menulis tugas akhir ini. Data-data yang dikumpulkan berasal

dari PT.PLN (Persero). Data yang dikumpulkan adalah

1. Data Jaringan Distribusi pada Penyulang Badai

2. Data Beban

3.3.4 Simulasi Aliran Daya pada Jaringan Distribusi Penyulang Badai

Penelitian selanjutnya berlanjut kepada proses simulasi. Data-data

yang telah terkumpul sebelumnya dilakukan perhitungan dengan

menggunakan software Matlab.

27

3.3.5 Simulasi Penempatan Banyak Kapasitor Paralel

Menentukan bus m sebagai lokasi penempatan kapasitor paralel

dengan kapasitas yang dihitung dengan persamaan C = Vi Ic dan rugi-

rugi yang dihasilkan. Kemudian mengulangi kembali untuk bus (m+1)

tanpa menghilangkan kapasitor yang telah dipasang. Kemudian

mencari sampai menemukan titik dimana ada beberapa kapasitor yang

mempunyai nilai efisien dari perbaikan daya aktifnya.

Penempatan kapasitor pada gambar 3.1 menunjukkan bahwa jika

kapasitor dihubungkan pada bus 10, maka k = {1, 2, 3, 5, 6} dan

menambahkan kapasitor yang dihubungkan pada bus 12, maka k =

{1,2,3,4,7,8}. dan seterusnya.

Jika menempatkan kapasitor pada bus 10 maka, menentukan arus

reaktif yang diinjeksikan oleh kapasitor pada bus 10 dengan cara

menjumlahkan arus reaktif total n saluran, maka besar arus reaktif

saluran antar sumber dan bus i adalah:

Ic = = ∑ ∈ = + + + +Diketahui misalkan tegangan pada bus 12 sebesar 0,986 p.u dan

tegangan base jaringan sebesar 20 kV atau 20000 V. Kemudian

mengalikan antara tegangan pada bus 12 dengan tegangan base maka

didapat :

0.986 x 20000 = 19720 V

28

Kemudian menentukan besar kapasitas kapasitor yang akan di pasang

pada bus 12 mengkalikan jumlah arus reaktif dengan tegangan

C = Vi IC

= 19720 * Ic

= 19720 * Ic VAr

Maka kapasitor 19720 * Ic VAr tersebut dipasang pada bus 10

Gambar 3.1 Contoh Penempatan Banyak Kapasitor dengan Perhitungan

Arus Reaktif pada Sistem Distribusi

29

3.3.6 Menganalisa Hasil yang Didapat

Pada tahapan ini penulis melakukan analisa dari hasil simulasi yang

telah dilakukan setelah penempatan banyak kapasitor paralel pada

jaringan distribusi penyulang Badai.

3.3.7 Membuat Kesimpulan dari Hasil Penelitian

Tahapan akhir dari penelitian ini adalah membuat kesimpulan

berdasarkan hasil analisis pada penempatan banyak kapasitor paralel

pada jaringan distribusi 20 kV pada penyulang Badai.

30

3.4 Diagram Alir Penelitian

Gambar 3.2. Diagram Alir Penelitian

31

3.5 Diagram Alir Program

Gambar 3.3 Diagram Alir Penentuan Kapasitas dan Lokasi Optimal

Banyak Kapasitor Pararalel

Mulai

Masukan data-data sistem

distribusi

Lakukan PerhitunganAliran Daya

Tempatkan kapasitorpada bus m selain

pada slack bus

Hitung arus reaktiftotal pada bus m

Hitung kapasitaskapasitor pada bus m

Hitung rugi-rugidengan pemasangankapasitor pada bus m

Simpan niai rugi-rugi,nilai bus m dan

kapasitas kapasitor

Nilai m < jumlah bus ?

Cari nilai rugi-rugiminimum, nilai bus dan

kapasitas kapasitor yangbersesuaian

Selesai

m = m + 1

Kapasitor Baru

Ya

Ya

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Penyulang Badai di GI Teluk Betung

Pada penelitian ini akan sisteam yang dianalisa adalah Penyulang Badai pada

GI Teluk Betung. Sistem Penyulang Badai terletak di Jalan P. Emir M. Noer,

Jalan Hi. Agus Salim, dan Jalan Panglima Polim dimana jalan-jalan tersebut

berada di Kota Bandarlampung. Sistem distribusi GI Teluk Betung

merupakan bagian dari sistem tenaga listrik Lampung. Pada pembahasan ini

akan dilakukan simulasi untuk penentuan kapasitas dan penempatan optimal

kapasitor banyak dengan mensimulasi kondisi sistem sebelum dan setelah

ditambahkan kapasitor.

Penyulang Badai terdiri dari 1 sumber, 54 bus, 53 saluran dan 54 beban.

Panjang penyulang Badai ini adalah 23,9 Km. Trafo daya pada GI Teluk

Betung dimodelkan sebagai bus referensi atau sebagai slack bus. Dari trafo

tersebut seluruh daya dikirimkan kepada bus-bus beban. Trafo distribusi

dimodelkan sebagai bus beban. Dari trafo distribusi terhubung ke beban-

beban listrik.

Total daya beban pada Penyulang Badai adalah beban aktif sebesar 6,05 MW

dan beban reaktif sebesar 3,75 MVAr. Total rugi-rugi untuk Penyulang Badai

adalah 211,690 kW untuk rugi-rugi daya aktif dan 190,457 kVAr untuk rugi-

rugi daya reaktif.

32

Perhitungan aliran daya menunjukan hasil berupa tegangan pada setiap bus,

arus pada saluran, sudut setiap fasa bus, daya aktif dan reaktif antar saluran

serta rugi-rugi daya aktif dan reaktif. Program perhitungan aliran daya dibuat

dengan bahasa pemrograman MATLAB.

Gambar 4.1 Saluran Penyulang Badai

33

Gambar 4.2 Single Line Diagram Penyulang Badai

V. KESIMPULAN

5.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang dapat diambil setelah melakukan penelitian tentang

penempatan optimal dan penentuan kapasitas kapasitor untuk meminimisasi

rugi-rugi pada penyulang Badai Gardu Induk Teluk Betung adalah sebagai

berikut :

1. Hasil dari simulasi pada penyulang Badai menggunakan Matlab 4.2

menyatakan bahwa kapasitor optimal ditempatkan pada bus 43 dengan

kapasitas kapasitor sebesar 1,27 MVar dan kapasitor kedua ditempatkan

pada bus 2 dengan kapasitas kapasitor sebesar 3,4 MVar.

2. Sebelum pemasangan kapasitor didapat rugi-rugi daya aktif total sebesar

211,690 kW dan daya reaktif total sebesar 190,457 kVAR. Setelah diberi

dua kapasitor yaitu pada bus 43 dan bus 2, maka didapat rugi-rugi daya

aktif total sebesar 163,025 kW dengan persentase pengurangan 22,99%

dan rugi-rugi daya reaktif total sebesar 146,873 kVar dengan persentase

sebesar 22,88%.

3. Perhitungan arus reaktif dapat digunakan untuk mengurangi rugi-rugi serta

memperbaiki profil tegangan pada bus-bus lainnya dan sangat baik untuk

menentukan lokasi dan kapasitas kapasitor paralel.

58

5.2 Saran

Perlu adanya kajian lebih lanjut untuk penempatan banyak kapasitor dengan

menggunakan perhitungan arus reaktif pada penyulang yang memiliki lateral

dan sub lateral banyak.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Yang, H.T., Huang,Y.C., and Huang, C.L., “Solution to Capacitor Placement

Problem in Radial Distribution System Using Tabu Search Method”, Proc. of

the International Conference on Energy Management and Power Delivery,

pp.388-393, 1995.

[2] Das, D., “Optimal Placement of Capacitors in Radial Distribution System

Using Fuzzy-GA Method”, Electrical Power and Energy Systems, vol.30,

pp.361-367, 2008.

[3] Rani, D.S., Subrahmanyam, N., and Sydulu, M.,

“Self adaptive harmony search algorithm for optimal capacitor placement on

radial distribution systems”, International Conference on Energy Efficient

Technologies for Sustainability (ICEETS), pp.1330-1335, 2013.

[4] Chiang, H.D., Wang, J.C., Cockings, O., and Shin, H.D., “Optimal Capacitor

Placements in Distribution Systems: Part I, Part II”, IEEE Trans. on Power

Delivery, pp.634-639, April 1990.

[5] Grainger, J.J. and Lee, S.S., “Optimum Size and Location of Shunt

Capacitors for Reduction of Losses on Distribution Feeders”, IEEE Trans.

Power Apparatus and Systems, vol.100, no.3, pp.1105-1118, March 1981.

[6] Rinker, R.E. and Rembert, D.L.,”Using the Reactive Current Profile of a

Feeder to Determine Optimal Capacitor Placement”, IEEE Trans. on Power

Delivery, vol.3, no.1, pp.411-416, 1988.

[7] Baran, M.E., and Wu, F.F., “Optimal Capacitor Placement on Radial

Distribution Systems”, IEEE Trans. on Power Delivery, vol.4, no.1, pp.411-

416, 1989.

[8] Haque, M.H., “Capacitor Placement in Radial Distribution Systems for Loss

Reduction”, IEE Proceedings on Generation, Transmission and Distribution,

vol.146, no.5, pp. 501-505, 1999.

[9] “Data Gardu dan Pengukuran Gardu Semester I 2013 Gardu Induk Teluk

Betung”, PT. PLN (Persero) Distribusi Wilayah Lampung, 2013.

[10] “MATLAB R2011a User Guide”, Mathworks Int. Ltd Co, 2011.

[11] PT PLN (Persero).1985. SPLN No.1Tahun 1985 tentang Regulasi Tegangan.

Jakarta.

[12] Saadat, Hadi. 1999. Power System Analysis. Singapore :McGrow-Hill.

[13] Wood, Allen J. and Bruce F. Wollenberg. 1996. Power Generation

Operation and Control. John Wiley & Sons Inc :Canada.

[14] Hafiz Muhammad Thoriq, “Penentuan Rugirugi Daya Jaringan Distribusi

Radial Penyulang Ragong Menggunakan Metode Fast Decoupled”, Fakultas

Teknik Universitas Lampunng 2013.

[15] Cahyanto Restu Dwi, “Studi Perbaikan Kualitas Tegangan dan Rugirugi

Daya Pada Penyulang Pupur dan Bedak Menggunakan Bank Kapasitor,

Trafo Pengubah Tap dan Penggantian Kabel Penyulang”, Fakultas Teknik

Universitas Indonesia, 2008.

[16] Hutauruk, T.S. “Transmisi Daya Listrik”, Institut Teknologi Bandung dan

Universitas Trisakti.

[17] Gonen Turan. “Electric Power Distribusion System Engineering”

McGrawHill, 1986.