Studi Perbaikan Kualitas Tegangan & Rugi-Rugi Daya Pada Penyulang OK-4 dgn Menggunakan Kapasitor Shunt, Distributed Generation, Penggantian Penghantar

Telaahan StafExecutive Education IVAngkatan I Thn 2011

ADE RAHMATPT. PLN Cabang Kotamobagu

Electricity for Better Life

Latar Belakang

• Untuk memenuhi persyaratan di dalam On The Job Traning (OJT) yang telah ditetapkan oleh Diklat Executive Education IV yang dilaksanakan oleh PT. PLN (Persero) Pusdiklat.

• Untuk melakukan kajian Perbaikan Kualitas Tegangan dan Rugi-rugi Daya Penyulang OK-4 Menggunakan Kapasitor Bank, Distributed Generation (DG) & Penggantian Penghantar.

• Untuk mengimplementasikan SPLN 1: 1995 atau SNI 04-227:2003 tentang tegangan standar dan SPLN D5.001 : 2007 tentang pengaturan SUTM panjang.

 

Permasalahan

• Voltage Drop In a Distribution System

Acuan Normatif:

SPLN 72 : 1987 – “Spesifikasi Desain JTM & JTR” Drop Tegangan SKTM Maksimum 2% Drop Tegangan SUTM Maksimum 5%SPLN 50 : 1997 – “Spesifikasi Transformator Distribusi” STB tiga langkah : 21, 20, 19 kV STB lima langkah : 22, 21, 20, 19, 18 kVSPLN 1 : 1985 / SNI 04-0227 : 2003 – “Standar Tegangan” Tegangan Nominal : 230/400 V Toleransi tegangan : +5% & -10%

PERSOALAN SUTM PANJANG : Drop tegangan diujung saluran sangat besar Tegangan masukan transformator distribusi terlalu rendah, dan Tegangan pelayanan yg diterima konsumen diluar batas yg dipersyaratan.

Data Beban waktu beban puncak (WBP)

Flow chart Voltage controlSTART

Y

Y

END

N

PENGUMPULAN DATA

TEGANGAN VARIASI

TEGANGAN SESUAI

CEK SADAPAN

BISA DIUBAH

PENGATURAN TEGANGAN

TEGANGAN BAIK

PENURUNAN IMPEDANSI SALURAN

TEGANGAN BAIK

Y

Y

N

N

Fusecutout

Surgearrester

20 kVLine

Transformer

S

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25

49 47 45 43 41 39 37 35 33 31 29 27

51 53 55 57 59 61 63 65 67 69 75

83 81 79 7793 91 89 87

Alternatif Pemecahan Masalah – Feeder radial dgn Kapasitor shunt switch & Distributed Generation (PLTMH)

DG

Cs

Kenapa Kapasitor Shunt

alasan untuk penggunaan kapasitor daya :

• Pengurangan susut yang tak dapat dihindari yang disebabkan oleh arus beban reaktif.

• Menurunkan kebutuhan kVA• Memperbaiki profil tegangan• Menaikan revenue atau menurunkan

konsumsi energi pelanggan.

Voltage Drop-with capacitor shunt

- Mengurangi Losses Transmisi & Distribusi (T&D Losses)

- Memperbaiki profil tegangan (voltage profil improvement)

- Meningkatkan stabilitas keandalan (stability & reliability system)

- Memperbaiki power Quality

Kenapa Distributed Generation

Alasan Penggunaan Distributed Generation (DG) :

Kenapa Distributed Generation (PLTMH)

• DG Impact on Voltage Drop

Voltage Drop-with DG

Simulasi Load Flow dengan ETAP V.4.

Capasitor shunt

DISTRIBUTED GENERATION

Profil Tegangan Hasil Simulasi

Grafik Profil Tegangan

Voltage Drop-Eksisting

Voltage Drop-with capacitor shunt

Voltage Drop-with DG

Analisa ekonomi pemasangan Kapasitor Shunt (1)

• Biaya investasi pemasangan kapasitor dapat ditentukan sebagai berikut, berdasarkan data bahwa 900 KVAR harganya 170 juta rupiah, berarti 1 KVAR sebesar Rp 188.888,88. Untuk pemasangan kapasitor 2 MVAR maka biaya yang harus diinvestasikan sebesar :

Biaya I = Rp 188.888,88 x 2000 KVAR = Rp 377.777.778 ,00

maka rupiah yang terselamatkan dengan pemasangan kapasitor

Selama setahun : = 453 kW x 1440 jam /thn x Rp 600 /kwh = Rp

391.392.000 /thnSelama 15 tahun (asumsi umur kapasitor shunt 15 thn)

= Rp 391.392.000 /tahun x 15 tahun = Rp 5.870.880.000Biaya saving

= Rupiah terselamatkan – Biaya investasi kapasitor= Rp 5.870.880.000,00 – Rp 377.777.778,00= Rp 5.493.102.222,00

Delta susut = Susut Kondisi Eksisting – Susut Kondisi dgn Kapasitor = 453 kW 

Analisa ekonomi pemasangan Kapasitor Shunt (2)

• Pay Back Period pemasangan kapasitor:PB = I/Laba Tahunan

= 377.777.778 ,00/391.392.000,00 = 0,965 tahun

Artinya, investasi yang ditanamkan sebesar Rp.377.777.778,00 kembali kurang darisatu tahun

• ROR (rate of return) pemasangan Kapasitor shunt:ROR = Laba Tahunan/Investasi Awal * 100%

= 391.392.000/377.777.778 *100% = 103,6 % (>8 %)

Berdasarkan data dari Bank Dunia yang menetapkan batas minimum harga ROR sebesar 8,0% dianggap layak (feasible).

Analisa Ekonomi PLTMH (1)

Apabila PLTMH direncanakan dengan kapasitas 2x 800 kVA, cos phi 0.91, harga jual listrik sebesar Rp.600,00 per kWh dan mesin dioperasikan dengan Capacity Factor sebesar 70%, maka besarnya pendapatan kotor selama 1 tahun adalah: Jual      = 2* (0.7 x 0.91 x 800 kVA x 8760 jam/tahun x Rp.600/kWh) =  Rp. 5.356.915.200,00 per tahunBiaya operasional

Upah     = 12 x ((2 x Rp. 1.500.000,00) + (6 x Rp. 1.000.000,00)) = Rp. 108.000.000,00 per tahun

Biaya pemeliharaanasumsi besarnya ongkos Har/mntc sebesar 20% dari pendapatan, maka:

Mntc = 0.20 x Rp. 5.356.915.200,00 = Rp. 1.071.383.040 per tahun

Sehingga total biaya operasi & har selama 1 tahun:

Biaya = Rp. 108.000.000,00 + Rp. 1.071.383.040,00

= Rp. 1.179.383.040,00 /thn

Analisa Ekonomi PLTMH (2)

• Apabila kapasitas daya rencana adalah 2x800 kVA, maka perkiraan biaya investasi adalah sebesar (asumsi dengan biaya investasi Rp. 20.000.000,00 per kVA):

Investasi (I) = 1600 kVA x Rp. 20.000.000,00 / kVA

= Rp. 32.000.000.000,00

Perhitungan Laba Tahunan • Berikut ini diajukan 4 (empat) skema operasi PLTMH Milangodaa yang

berkapasitas 2 x 800 kVA dengan berbagai pola operasi: dengan harga Capacity Factor 40%, 50%, 60% dan 70%.

Analisa Ekonomi PLTMH (3)

Pay Back Periode (PB) = Investasi / Laba Tahunan

Artinya, sebagai contoh, investasi yang ditanamkan sebesar Rp.32.000.000.000,00 akan kembali selama 7,66 tahun untuk PLTMH berkapasitas 2x800 kVA yang dioperasikan dengan CF sebesar 70%.

ROR = Laba Tahunan/Investasi Awal * 100%

Berdasarkan data dari Bank Dunia yang menetapkan batas minimum harga ROR sebesar 8,0% dianggap layak, maka proyek PLTMH untuk scenario 2, 3 dan 4 dianggap layak/feasible

Analisa Ekonomi Penggantian Penghantar (1)

• Biaya Penggantian penghantar A3C 35 mm2/70 mm2 ke 150 mm2, dengan rincian sebagai berikut :

A3C 35 mm2 ke 150 mm2 panjang 5,427 kms Rp 190.470.500,00 A3C 70 mm2 ke 150 mm2 panjang 91,741 kms Rp 3.203.428.800,00Total Biaya investasi Penggantian konduktor Rp 3.393.899.300,00

Dengan mengasumsikan Rupiah penjualan rata-rata= Rp 600 /kwh, selisih susut selama setahun, maka rupiah yang terselamatkan dengan pemasangan kapasitor Selama setahun :

= 237 kW x 8760 jam /tahun x Rp 600 /kwh = Rp 1.245.672.000 /tahun

Delta susut = Susut Kondisi Eksisting – Susut Kondisi dgn uprating = 237 kW 

Analisa Ekonomi Penggantian Penghantar (2)

• Pay Back Period penggantian penghantar:PB = I/Laba Tahunan = 3.393.899.300,00/1.245.672.000,00 = 2,724 tahun

Artinya, investasi yang ditanamkan sebesar Rp.3.393.899.300,00 akan kembali selama 2,724 tahun

 • ROR (rate of return) penggantian penghantar:  ROR = Laba Tahunan/Investasi Awal * 100 = (1.245.672.000/3.393.899.300) *100% = 36,703 % (>8 %)

Berdasarkan data dari Bank Dunia yang menetapkan batas minimum harga ROR sebesar 8,0% dianggap layak

Summary

• Berdasarkan hasil simulasi dengan ETAP untuk kondisi Eksisting diperoleh hasil tegangan terendah dicapai oleh Bus 93 (ujung Penyulang) yakni sebesar 11,789 kV (terjadi pada Gardu Mayambanga).

• Setelah dilakukan simulsi skenario alternatif yang maka di peroleh hasil perbaikan profil tegangan pada masing-masing bus beban. Pada kasus pemasangan kapasitor shunt sebesar 2 MVAR di bus 66 maka diperoleh tegangan terendah pada bus 93 (ujung penyulang) sebesar 15,59 kV.

• Pada kasus pemasangan distributed generation sebesar 2x 800 kw di bus 71 maka diperoleh tegangan terendah terjadi pada bus 44 (pertengahan penyulang) sebesar 17,786 kV.

• Pada kasus penggantian uprating penampang konduktor yang masih berpenampang 70 mm2 dan 95 mm2 menjadi 150 mm2 diperoleh tegangan terendah pada bus 93 (ujung penyulang) sebesar 13,416 kV.

• Dari beberapa alternatif yang ada maka diperoleh perbaikan profil tegangan penyulang OK 4 yang paling optimal adalah dengan pemasangan distributed generation

• Analisa ekonomi untuk pay back periode (PB) investasi pengantian penghantar 2,72 tahun, pemasangan kapasitor 0,965 tahun dan khusus PLTMH dengan asumsi CF 70% diperoleh 7,66 tahun (laba berdasarkan keuntungan penjualan kwh).

• Analisa ekonomi untuk rate of return (ROR) investasi pengantian penghantar 36,70 % tahun, pemasangan kapasitor 103,6 % dan khusus PLTMH dengan asumsi CF 70% diperoleh 13,05 % sehingga masih layak karena masih >8% (suku bunga bank

terima kasih…..

Questions?

andal, harga yang terjangkau dan

meningkatkan taraf hidup rakyat

Pengaturan tegangan

1. Pengumpulan data:

a. Pengukuran tegangan, arus & cos φ pada saat beban puncak dan beban ringan.

b. Hitung kW, kVA, kVAr.

c. Topologi jaringan SUTM.

d. Posisi sadapan trafo distribusi.

2. Pengumpulan data butir 1.a dilakukan secara periodik [misal bulanan atau tiga bulanan].

3. Menghitung jatuh tegangan pada lokasi tertentu berdasarkan data hasil ukur tegangan yang ada.

4. Mengubah posisi sadapan trafo distribusi ke posisi yang sesuai.

5. Bila tegangan pelayanan masih di luar batas persyaratan, maka perlu dilakukan pengaturan tegangan sbb.:

a. Kapasitor shunt bersaklar dapat dipasang untuk jatuh tegangan yang tidak terlalu besar [Kaidah 2/3,2/3,2/3].

b. Jika hasil pada langkah 5.a masih belum memenuhi, maka dilakukan perbaikan tegangan dengan menaikkan tegangan SUTM dengan menggunakan pengatur tegangan (VR) yang dipasang pada titik dimana jatuh tegangannya sekitar 10%.

c. Jika hasil pada langkah 5.b masih belum memenuhi, maka dilakukan pemasangan pengatur tegangan tambahan yang dipasang pada arah hilir pada titik yang jatuh tegangannya masih melampaui kriteria.

d. Optimasi perbaikan tegangan dan penurunan susut jaringan, dapat dilakukan dengan cara kombinasi langkah 5.a dan 5.b atau langkah 5.a dan 5.c.

6. Alternatif perbaikan tegangan dapat pula dilakukan dengan penurunan impedansi saluran sbb. :

a. Memperbesar konduktor

b. Mengubah penyulang cabang fase tunggal atau fase dua menjadi fase tiga

c. Pengalihan beban dari satu penyulang ke penyulang lain

d. Menambah penyulang

TEGANGAN sesuai ?

MULAI

VARIASI TEGANGAN

Ya

CEK SADAPAN?

BISA DIUBAH?

Ya

TEGANGAN BAIK?

PENURUNAN IMPEDANSI SALURAN

Tidak Ya

TEGANGAN BAIK?

Tidak

PENGATURAN TEGANGAN

STOP

PENGUMPULAN DATA

Ya

No

No

No

No

• DG is defined as supply to consumers remotely located from the central power supply system through small-scale electricity generation.

• Voltage stability is defined as the ability of a power system to maintain the voltages at all nodes within acceptable limitsafter being subjected to a disturbance [12]. Voltage instability results from the progressive collapse or rise of voltages of network nodes, which may cause the loss of some loads or transmission lines

• DG can improve the stability of power systems if suitable types and appropriate locations are selected. Regarding the oscillatory stability, the utilization of DG improves the damping of the electromechanical modes and slightly increases their frequency. This fact is confirmed through the time-domain simulation of some disturbances. The transient stability analysis shows that the maximum powerangle deviations between the generators are decreased with the increase of the penetration level of the DG units. However, the disconnection of some DG units when the voltage decreases below 80% of the nominal value represents an additional disturbance to the network