BB-GIPMT

PBO

GDGD GDJTM JTM JTM JTM

JTRJTRJTR

ANALISIS PENENTUAN PELETAKAN KAPASITOR OPTIMUM UNTUK MEMPERBAIKI JATUH TEGANGAN DAN MEMINIMALKAN RUGI-RUGI DAYA

PADA SISTEM DISTRIBUSI MENGGUNAKAN PROGRAM ELECTRIC TRANSIENT ANALISYS PROGRAM

Abrar Tanjung

Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lancang Kuning

E-mail : abrartanjung_1970@yahoo.co.id

Dalam penyaluran tenaga listrik dari sumber tenaga listrik ke konsumen yang letaknya berjauhan selalu mengalami terjadinya kerugian berupa rugi-rugi daya dan rugi tegangan sehingga menyebabkan terjadinya jatuh tegangan yang cukup besar yang mengakibatkan rendahnya tegangan terima terutama yang berada diujung saluran. Untuk mengurangi drop tegangan dan rugi daya adalah dengan memasang kapasitor. Dengan memasang kapasitor rugi-rugi daya bisa diminimalkan sehingga dapat melakukan penghematan energi listrik, peningkatan kualitas tegangan dan kualitas daya (power quality).

Dalam penelitian untuk meminimalkan drop tegangan dan rugi-rugi daya dengan melakukan optimasi penentuan lokasi pemasangan optimum kapasitor menggunakan analisa aliran daya dengan program ETAP versi 6.0. sehingga diperoleh tegangan terima dapat diperbaiki untuk kondisi seimbang pada trafo nomor BLT089 sebesar 17,242 kV dengan rugi-rugi daya sebesar 367 kW dan 748 kVAr. Keyword : Sistem distribusi, Rugi-rugi daya, jatuh tegangan, kapasitor

1. Pendahuluan Perkiraan kebutuhan tenaga

listrik dihitung berdasarkan besarnya aktivitas dan intensitas penggunaan tenaga listrik. Aktivitas penggunaan tenaga listrik berkaitan dengan tingkat perekonomian dan jumlah penduduk. Dalam penyaluran tenaga listrik dari sumber tenaga listrik ke konsumen yang letaknya berjauhan selalu mengalami terjadinya kerugian berupa rugi-rugi daya dan rugi tegangan. Besarnya rugi-rugi daya dan rugi tegangan pada saluran distribusi tergantung pada jenis dan panjang saluran penghantar, tipe jaringan distribusi, kapasitas trafo, tipe beban, faktor daya, dan besarnya jumlah daya terpasang serta banyaknya pemakaian beban-beban yang bersifat induktif yang menyebabkan meningkatnya kebutuhan daya reaktif.

Pemasangan kapasitor dapat mengurangi rugi tegangan dan rugi-rugi daya dengan menentukan jumlah pemakaian dan menentukan lokasi yang optimum pada saluran distribusi sehingga nantinya akan diperoleh profil tegangan sesuai dengan standar yang diijinkan

2. Sistem Distribusi Sistem tenaga listrik merupakan kumpulan peralatan/mesin listrik seperti generator, transformator, saluran transmisi, saluran distribusi dan beban yang merupakan satu kesatuan sehingga membentuk suatu sistem yang disebut sistem distribusi tenaga listrik yang berfungsi untuk mensuplai tenaga dan mengalirkan listrik dari sumber tenaga listrik (pembangkit, gardu induk, dan gardu distribusi) ke beban atau konsumen. Saluran tegangan menengah 6 kV sampai 20 kV merupakan saluran udara atau kabel tanah, sedangkan gardu distribusi tegangan menengah terdiri dari panel-panel pengatur tegangan menengah dan trafo sampai ke panel-panel distribusi tegangan rendah (380 V/220 V) yang menghasilkan tegangan kerja untuk industri dan konsumen perumahan.

Gambar 1. Single line diagram saluran distribusi

Keterangan : BB-GI = Bus Bar Tegangan Menengah pada Gardu Induk PBO = Pemutus Balik Otomatis PMT = Pemutus Tenaga JTM = Jaringan Tegangan Menengah GD = Gardu Distribusi JTR = Jaringan Tegangan Rendah

3. Impedansi pada Saluran Distribusi Impedansi (Z) terdiri dari resistansi (R) dan reaktansi (X). Impedansi merupakan parameter utama pada suatu saluran transmisi/distribusi. Impedansi pada saluran transmisi/distribusi perlu diketahui untuk melakukan analisa sistem, baik untuk analisa aliran daya, hubung-singkat dan proteksi, kestabilan sistem maupun kontrol sistem. Nilai resistansi ditentukan oleh jenis dan ukuran kawat penghantar, sedangkan nilai reaktansi (induktif dan kapasitif) ditentukan oleh jarak antar saluran dan jumlah serat kawat penghantarnya. Biasanya untuk sistem bertegangan rendah dan menengah, reaktansi kapasitif dapat diabaikan, karena nilainya relatif kecil dibandingkan dengan reaktansi induktif (Gonen Turan, 1988).

jXRZ += (2.1) Keterangan : Z = Impedansi R = resistansi jX = reaktansi 4. Resistansi

Resistansi suatu kawat penghantar tergantung kepada jenis bahan kawatnya yang diwakili oleh resistivitas-jenis, luas penampang dan panjang kawat (William D. Stevensen Jr., 1984 dan F.Suryatmo, 1992),

Keterangan : R = tahanan (ohm/m) = tahanan jenis (ohm-mm/m) A = luas penampang (mm) L = panjang kawat (m)

Pabrik pembuat, biasanya

memberikan nilai resistansi-dc (Rdc) pada

temperatur 200C untuk setiap satu kilometer.

Nilai resistansi-jenis pada

temperatur 200C adalah 0,028248 ohm-mm2/m untuk aluminium dan 0,01724 ohm-mm2/m untuk tembaga. Resistansi-dc akan meningkat dengan naiknya temperatur penghantar. Bila temperatur penghantar (Temperatur lingkungan) sebesar T0C, maka resistansi-dc pada T0C untuk penghantar dengan koefisien temperatur pada 200C (20)= 0,00403 per-0C (Alluminium 61%):

Bila penghantar dialiri listrik AC, maka resistansinya akan lebih besar dari resistansi-dc disebabkan adanya efek kulit (skin effect) akibat frekuensi (f). Faktor efek kulit (mr) adalah seperti persamaan (2.5) :

5. Reaktansi Reaktansi pada saluran transmisi/distribusi terdiri dari reaktansi induktif (jX) dan reaktansi kapasitif (-jX). Namun pada saluran distribusi, reaktansi kapasitif sangat kecil sekali, sehingga biasanya diabaikan. Besar reaktansi induktif (T.S. Hutauruk, 1983): Keterangan : F = Frekuensi (Hz) L = Induktansi (Hendry) X = Reaktansi induktif 6. Kapasitor pada Saluran Distribusi Kapasitor adalah komponen/peralatan listrik yang dapat mensuplai daya reaktif (kVAr). Pemasangan kapasitor pada sistem distribusi dapat memperbaiki faktor daya, rugi daya, pada saluran dan memperbaiki tegangan pada sistem. Kapasitor Bank adalah sekumpulan beberapa kapasitor yang disambung secara paralel untuk mendapatkan kapasitas kapasitif tertentu.

)2.2(ohm/meter,.AlR =

)3.2(1000.)20(A

Rdc =

)4.2()]20-CT.(1[)20()CT( 00200 CCRR dcdc +=

)5.2(.0118,0 fmr =

)6.2(.2 LfX =

SinIVSinIZI

SinZIXIQ

===

=

)(

2

2

CosIVCosIZI

CosZI

RIP

=

=

=

=

)()(2

2

IVIZI

ZIS

===

)(

2

Besaran dipakai adalah kVAR meskipun di dalamnya tercantum besaran kapasitansi yaitu Farad atau micro farad. Kapasitor ini mempunyai sifat listrik yang kapasitif (leading), sehingga mempunyai sifat mengurangi terhadap sifat induktif (lagging) dengan dasar nilai faktor daya diperbaiki. Kapasitansi adalah kemampuan kapasitor dalam menyimpan muatan listrik, dinyatakan dengan simbol C dan satuan Farad, muatan listrik dengan simbol Q dengan satuan Coulomb, tegangan diantara dua plat bersimbol V dengan satuan Volt. Kapasitas sebuah kapasitor adalah perbandingan antara banyak muatan listrik dengan tegangan kapasitor (Sudaryatno Sudirhan, 2002). a) Daya Aktif

Daya aktif adalah daya rata-rata yang diserap komponen resistif yang dinyatakan dengan P dalam satuan Watt dan ditulis dengan persamaan :

(2.7)

Keterangan : Z = Impedansi, dengan satuan Ohm V = Tegangan, dengan satuan Volt I = Arus, dengan satuan Amper b) Daya Reaktif

Daya reaktif adalah daya yang diserap oleh komponen reaktif yang dinyatakan dengan Q dalam satuan VAR. Didefinisikan sebagai perkalian antara tegangan, arus dan sinus dari sudut faktor daya dan ditulis dengan persamaan :

(2.8)

Daya reaktif dibedakan menjadi

dua, yaitu: (1) daya reaktif kapasitif dan (2) daya reaktif induktif.

Antara daya reaktif kapasitif dan daya reaktif induktif mempunyai arah yang berlawanan. Daya reaktif induktif daya listrik yang dibutuhkan untuk menghasilkan medan magnet yang dibutuhkan oleh alat-alat induksi seperti motor listrik, transformator, dan lain-lain. Tanpa daya reaktif induktif daya listrik tidak dapat ditransfer ke sisi sekunder dalam suatu trafo atau melalui celah udara pada motor-motor listrik.

Daya reaktif kapasitif adalah daya yang dibutuhkan kapasitor, kapasitansi tegangan tinggi dan sebagainya. Pada prinsipnya suatu beban induktif bila digambarkan arus dan tegangannya, diperoleh arus (I) tertinggal di belakang tegangan (V) dengan sudut () derajat.

c) Daya Semu

Daya semu adalah hasil perkalian antara tegangan dan arus yang dinyatakan dengan S atau dapat ditulis dengan persamaan :

(2.9)

Keterangan :

S = Daya semu, dengan satuan VA Z = Impedansi, dengan satuan Ohm V = Tegangan, dengan satuan Volt I = Arus, dengan satuan Amper

Selanjutnya S dan P dapat

dinyatakan secara geometris sebagai sisi miring dan sisi horizontal dari sebuah segi tiga daya siku-siku seperti terlihat pada gambar 2 dan 3.

jXLR

S

P

Q

Gambar 2. Segitiga daya dengan beban induktif

)(...3

)(...3

)(...3

kVAIVS

kVARSinIVQ

kWCosIVP

=

=

=

21

211 QP

PSPCos

+==

( )2122

22

222

CQQP

PQP

PSPCos

+=

+==

jQPSTanPQCosSP

+===

S

P

Q

Gambar 3. Segitiga daya dengan beban kapasitif

(2.10)

Keterangan : P = Daya aktif, dengan satuan Watt Q = Daya reaktif, dengan satuan VAR S = Daya semu, dengan satuan VA Hubungan tersebut dapat ditunjukan dengan gambar dibawah ini :

Gambar 4. Segitiga Daya

Untuk sistem tiga fasa perhitungan daya adalah sebagai berikut :

(2.11)

Dimana V adalah tegangan antar saluran (line to line) Jika ja