ESTIMASI RUGI-RUGI ENERGI PADA SISTEM

DISTRIBUSI RADIAL 20 kV STUDI KASUS : SISTEM

DISTRIBUSI JAWA TIMUR APJ MALANG PENYULANG

DINOYO

PROPOSAL SKRIPSI KONSENTRASI TEKNIK ENERGI ELEKTRIK

Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Disusun oleh:

ANASTASIA INDAH L.S

NIM. 105060300111024 63

KEMENTERIAN PENDIDIKAN NASIONAL

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

FAKULTAS TEKNIK

MALANG

2014

2

I. Judul

ESTIMASI RUGI-RUGI ENERGI

PADA SISTEM DISTRIBUSI RADIAL 20 kV

STUDI KASUS : SISTEM DISTRIBUSI JAWA TIMUR

PENYULANG DINOYO G.I. SENGKALING

II. Bidang Skripsi

Tugas Akhir ini meliputi bidang Teknik Energi Elektrik.

III. Latar Belakang Masalah

Pada umumnya rugi-rugi teknis pada tingkat pembangkit dan saluran transmisi

pemantauannya tidak menjadi masalah karena adanya fasilitas pengukuran yang dapat

dipantau dengan baik. Hal yang sama juga terdapat pada gardu induk (GI), sehingga rugi-

rugi teknis dari GI tidak menjadi masalah besar karena disinipun pengukuran dan

pemantauan berjalan baik.

Lain halnya pada sisi distribusi, rugi-rugi teknis lebih kompleks dan sulit diketahui

besarannya. Pada GI setiap penyulang yang keluar dari GI ini dilengkapi dengan alat

pengukuran, begitu pula pada sisi primer trafo tenaganya. Selepas ini tidak terdapat lagi

alat pengukuran kecuali pada meteran pelanggan. Oleh karena itu, sangatlah sulit

menentukan rugi-rugi energi secara tepat pada sistem distribusi.

Metode estimasi rugi-rugi energi yang ada saat ini banyak menggunakan asumsi-

asumsi akibat keterbatasan sumber daya yang tersedia. Tugas akhir ini menawarkan

metode baru untuk memperkirakan rugi-rugi energi pada penyulang distribusi. Nilai-nilai

pengukuran digunakan untuk menyoroti keandalan metode estimasi baru.

3

IV. Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dari skripsi ini adalah sebagai berikut: Dari latar

belakang di atas, maka dapat dirumuskan beberapa permasalahan antara lain :

1. Bagaimana memperkirakan rugi-rugi energi listrik pada salah satu penyulang

distribusi?

2. Bagaimana perbandingan rugi-rugi energi hasil pengukuran (aktual) terhadap hasil

perkiraan dengan metode yang diusulkan?

V. Tujuan Penulisan

Tujuan yang ingin dicapai adalah untuk mengetahui besarnya rugi-rugi energi dari

penyulang distribusi radial 20 kV.

VI. Batasan Masalah

Untuk membatasi materi yang akan dibicarakan pada skripsi ini, maka penulis perlu

membuat batasan cakupan masalah yang akan dibahas. Hal ini diperbuat supaya isi dan

pembahasan dari tugas akhir ini menjadi lebih terarah dan dapat mencapai hasil yang

diharapkan. Maka penulis membatasi penulisan ini dengan hal-hal sebagai berikut :

a) Studi kasus diterapkan dengan cara menganalisa salah satu penyulang yang terdapat

pada sistem distribusi 20 kV G.I. Sengkaling. Penyulang yang dianalisa adalah

Penyulang Dinoyo, Area Pelayanan dan Jaringan Malang.

b) Data yang akan dianalisa merupakan data-data yang berhubungan dengan sistem

distribusi, single line diagram, beserta gardu-gardu distribusi.

VII. Metodologi Penelitian

Untuk dapat menyelesaikan skripsi ini maka penulis menerapkan beberapa metode

studi diantaranya adalah sebagai berikut.

a) Studi literatur

Mempelajari literatur yang berhubungan dengan sistem distribusi dan rugi-rugi

energi.

4

b) Pengumpulan Data

Melakukan pengumpulan data di lapangan berupa data penyulang Dinoyo, Sistem

distribusi 20 kV G.I. Sengkaling.

c) Analisis Data

Dari data-data yang diperoleh selanjutnya dihitung besarnya rugi-rugi energi dengan

menggunakan metode yang diusulkan.

d) Kesimpulan

Menentukan besarnya rugi-rugi yang terjadi serta menarik kesimpulan akan

penggunaan metode yang diusulkan .

VIII. Sistematika Penulisan

Untuk memudahkan pemahaman terhadap Tugas Akhir ini maka penulis

menyusun sistematika penulisan sebagai berikut.

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini berisi latar belakang, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan

masalah, metodologi penelitian, dan sistematika penulisan.

BAB II DASAR TEORI

Bab ini membahas tentang pandangan umum sistem tenaga listrik, sistem

distribusi, rugi-rugi pada sistem tenaga listrik, permasalahan dalam

menentukan rugi-rugi energi, serta metode estimasi rugi-rugi energi listrik.

BAB III PENGUMPULAN DATA

Ban ini berisi tentang data-data yang diperlukan, antara lain :

a. Single line penyulang Dinoyo

b. Kurva beban penyulang Dinoyo

c. Data gardu distribusi penyulang Dinoyo beserta karakteristik beban

penyulang Dinoyo

d. Data pelanggan penyulang Dinoyo

e. Data saluran penyulang Dinoyo

5

BAB IV ANALISIS DATA

Dengan data-data yang diperoleh selanjutnya dihitung besarnya rugi-rugi

energi dengan menggunakan metode yang diusulkan.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini merupakan bab penutup yang berisi kesimpulan dari skripsi dan

saran penulis kepada pembaca.

IX. Tinjauan Pustaka

A. PANDANGAN UMUM SISTEM TENAGA LISTRIK

Pada umumnya sistem tenaga listrik terdiri atas kumpulan komponen peralatan

listrik atau mesin listrik, seperti generator, transformator, beban, dan berikut alat-alat

pengaman dan pengaturan yang saling dihubungkan dan membentuk suatu sistem yang

digunakan untuk membangkitkan, menyalurkan, dan menggunakan energi. Secara umum

sistem kelistrikan dapat dibagi menjadi 3 (tiga) bagian utama, yaitu : Pembangkit tenaga

listrik, sistem transmisi, dan yang terakhir adalah sistem distribusi.

Gambar 1.1 Skema umum sistem tenaga listrik

Sumber : Kadir, Abdul. Distribusi dan utilisasi Tenaga Listrik. Jakarta : Universitas

Indonesia Press, 2000, p.5.

6

Gambar 1.1 memperlihatkan skema suatu sistem tenaga listrik. Dalam suatu sistem

tenaga listrik dapat terdiri atas beberapa subsistem yang saling berhubungan, atau yang

biasa disebut sebagai sistem interkoneksi (Gambar 1.2).

Gambar 1. 2 Sebagian dari sistem interkoneksi, yaitu :sebuah pusat listrik, dua buah

GI beserta subsistem distribusinya

Sumber : Marsudi, Djiteng. Pembangkitan Energi Listrik. Jakarta : Erlangga, 2011,

p.5.

Arah mengalirnya energi listrik berawal dari Pusat Tenaga Listrik melalui saluran-

saluran transmisi dan distribusi dan sampai pada instalasi pemakai yang merupakan unsur

utilisasi.

Energi listrik dibangkitkan pada pembangkit tenaga listrik (PTL) yang dapat

merupakan suatu pusat listrik tenaga uap (PLTU), pusat listrik tenaga air (PLTA), pusat

listrik tenaga gas (PLTG), pusat listrik tenaga diesel (PLTD), ataupun pusat listrik tenaga

nuklir (PLTN). PTL biasanya membangkitkan energi listrik pada tegangan menengah

(TM), yaitu pada umumnya antara 6-20 kV.

Pada sistem tenaga listrik yang besar, atau bilamana PTL terletak jauh dari

pemakai, maka energi listrik itu perlu diangkut melalui saluran transmisi, dan tegangannya

harus dinaikkan dari TM menjadi tegangan tinggi (TT). Pada jarak yang sangat jauh

malah diperlukan tegangan ekstra tinggi (TET). Menaikkan tegangan itu dilakukan di

7

gardu induk (GI) dengan menggunakan transformator penaik (step-up transformer).

Tegangan tinggi di Indonesia adalah 70 kV, 150 kV, dan 275 kV. Sedangkan tegangan

ekstra tinggi 500 kV.

Mendekati pusat pemakaian tenaga listrik, yang dapat merupakan suatu industri

atau suatu kota, tegangan tinggi diturunkan menjadi tegangan menengah (TM). Hal ini

juga dilakukan pada suatu GI dengan menggunakan transformator penurun (step-down

transformer). Di indonesia tegangan menengah adalah 20 kV. Saluran 20 kV ini

menelusuri jalan-jalan di seluruh kota, dan merupakan sistem distribusi primer. Bilamana

transmisi tenaga listrik dilakukan dengan mempergunakan saluran-saluran udara dengan

menara-menara transmisi, sistem distribusi primer di kota biasanya terdiri atas kabel-kabel

tanah yang tertanam di tepi jalan, sehingga tidak terlihat.

Di tepi-tepi jalan biasanya berdekatan dengan persimpangan, terdapat gardu-gardu

distribusi (GD), yang mengubah tegangan menengah menjadi tegangan rendah (TR)

melalui transformator distribusi (distribution tansformer). Melalui tiang-tiang listrik yang

terlihat di tepi jalanan, energi listrik tegangan rendah disalurkan kepada pemakai. Di

indonesia tegangan rendah adalah 220/380 volt, dan merupakan sistem distribusi

sekunder.

Energi diterima pemakai dari tiang TR melalui konduktor atau kawat yang

dinamakan sambungan rumah (SR) dan berakhir pada alat pengukur listrik yang sekaligus

merupakan titik akhir pemilikan PLN.

B. SISTEM DISTRIBUSI

Sistem jaringan distribusi tenaga listrik dapat diklasifikasikan dari berbagai segi,

antara lain adalah berdasarkan ukuran tegangan dan bentuk jaringan.

1. Berdasarkan ukuran tegangan

Berdasarkan ukuran tegangan, jaringan distribusi tenaga listrik dapat

dibedakan pada dua sistem, yaitu sistem jaringan distribusi primer dan sistem

jaringan distribusi sekunder.

a. Sistem jaringan distribusi primer

Sistem jaringan distribusi primer atau sering disebut jaringan

distribusi tegangan tinggi (JDTT) ini terletak antara gardu induk dengan

8

gardu pembagi, yang memiliki tegangan sistem lebih tinggi dari tegangan

terpakai untuk konsumen. Standar tegangan untuk jaringan distribusi

primer ini adalah 6 kV, 10 kV, dan 20 kV (sesuai standar PLN).

Sedangkan di Amerika Serikat standar tegangan untuk jaringan distribusi

primer ini adalah 2,4 kV, 4,16 kV, dan 13,8 kV.

b. Sistem jaringan distribusi sekunder

Sistem jaringan distribusi sekunder atau sering disebut jaringan

distribusi tegangan rendah (JDTR), merupakan jaringan yang berfungsi

sebagai penyalur tenaga listrik dari gardu-gardu pembagi (gardu

distribusi) ke pusat-pusat beban (konsumen tenaga listrik). Besarnya

standar tegangan untuk jaringan ditribusi sekunder ini adalah 127/220 V

untuk sistem lama, dan 220/380 V untuk sistem baru, serta 440/550 V

untuk keperluam industri. Besarnya tegangan maksimum yang diizinkan

adalah 3 sampai 4 % lebih besar dari tegangan nominalnya. Penetapan ini

sebanding dengan besarnya nilai tegangan jatuh (voltage drop) yang telah

ditetapkan berdasarkan PUIL 661 F.1, bahwa rugi-rugi daya pada suatu

jaringan adalah 15 %. Dengan adanya pembatasan tersebut stabilitas

penyaluran daya ke pusat-pusat beban tidak terganggu.

2. Berdasarkan bentuk jaringan

a. Sistem Radial Terbuka

Keuntungannya :

Konstruksinya lebih sederhana

Material yang digunakan lebih sedikit, sehingga lebih murah

Sistem pemeliharaannya lebih murah

Untuk penyaluran jarak pendek akan lebih murah

Kelemahannya :

o Keterandalan sistem ini lebih rendah

o Faktor penggunaan konduktor 100 %

9

o Makin panjang jaringan (dari Gardu Induk atau Gardu Hubung) kondisi

tegangan tidak dapat diandalkan

o Rugi-rugi tegangan lebih besar

o Kapasitas pelayanan terbatas

o Bila terjadi gangguan penyaluran daya terhenti.

Sistem radial pada jaringan distribusi merupakan sistem terbuka, dimana

tenaga listrik yang disalurkan secara radial melalui gardu induk ke konsumen-

konsumen dilakukan secara terpisah satu sama lainnya. Sistem ini merupakan

sistem yang paling sederhana diantara sistem yang lain dan paling murah,

sebab sesuai konstruksinya sistem ini menghendaki sedikit sekali penggunaan

material listrik, apalagi jika jarak penyaluran antara gardu induk ke konsumen

tidak terlalu jauh.

Gambar 1.3 Sistem Jaringan Radial Terbuka

Sumber : Suswanto, Daman. Sistem Distribusi Tenaga Listrik Untuk

Mahasiswa Teknik Elektro, Ed. I, Padang : Universitas Negeri Padang Press,

2009, p.20.

10

Sistem radial terbuka ini paling tidak dapat diandalkan, karena penyaluran

tenaga kistrik hanya dilakukan dengan menggunakan satu saluran saja.

Jaringan model ini sewaktu mendapat gangguan akan menghentikan

penyaluran tenaga listrik cukup lama sebelum gangguan tersebut diperbaiki

kembali. Oleh sebab itu kontinuitas pelayanan pada sistem radial terbuka ini

kurang bisa diandalkan. Selain itu makin panjang jarak saluran dari gardu

induk ke konsumen, kondisi tegangan makin tidak bisa diandalkan, justru

bertambah buruk karena rugi-rugi tegangan akan lebih besar. Berarti kapasitas

pelayanan untuk sistem radial terbuka ini sangat terbatas.

b. Sistem Radial Paralel

Keuntungannya :

Kontinuitas pelayanan lebih terjamin, karena menggunakan dua sumber

Kapasitas pelayanan lebih baik dan dapat melayani beban maksimum

Kedua saluran dapat melayani titik beban secara bersama

Bila salah satu saluran mengalami gangguan, maka saluran yang satu lagi

dapat menggantikannya, sehingga pemadaman tak perlu terjadi.

Dapat menyalurkan daya listrik melalui dua saluran yang diparalelkan

Kelemahannya :

o Peralatan yang digunakan lebih banyak terutama peralatan proteksi

o Biaya pembangunan lebih mahal

11

Gambar 1.4 Sistem Jaringan Radial Paralel

Sumber : Suswanto, Daman. Sistem Distribusi Tenaga Listrik Untuk

Mahasiswa Teknik Elektro, Ed. I, Padang : Universitas Negeri Padang Press,

2009, p.21.

Untuk memperbaiki kekurangan dari sistem radial terbuka diatas maka

dipakai konfigurasi sistem radial paralel, yang menyalurkan tenaga listrik

melalui dua saluran yang diparalelkan. Pada sistem ini titik beban dilayani oleh

dua saluran, sehingga bila salah satu saluran mengalami gangguan, maka

saluran yang satu lagi dapat menggantikan melayani, dengan demikian

pemadaman tak perlu terjadi. Kontinuitas pelayanan sistem radial paralel ini

lebih terjamin dan kapasitas pelayanan bisa lebih besar dan sanggup melayani

beban maksimum (peak load) dalam batas yang diinginkan. Kedua saluran

dapat dikerjakan untuk melayani titik beban bersama-sama. Biasanya titik

beban hanya dilayani oleh salah satu saluran saja. Hal ini dilakukan untuk

menjaga kontinuitas pelayanan pada konsumen.

12

c. Sistem Rangkaian Tertutup (Loop Circuit)

Gambar 1.5 Sistem Jaringan Tertutup

Sumber : Suswanto, Daman. Sistem Distribusi Tenaga Listrik Untuk

Mahasiswa Teknik Elektro, Ed. I, Padang : Universitas Negeri Padang Press,

2009, p.22.

Keuntungannya :

Dapat menyalurkan daya listrik melalui satu atau dua saluran feeder yang

saling berhubungan

Menguntungkan dari segi ekonomis

Bila terjadi gangguan pada salauran maka saluran yang lain dapat

menggantikan untuk menyalurkan daya listrik

Kontinuitas penyaluran daya listrik lebih terjamin

Bila digunakan dua sumber pembangkit, kapasitas tegangan lebih baik dan

regulasi tegangan cenderung kecil

Dalam kondisi normal beroperasi, pemutus beban dalam keadaan terbuka

Biaya konstruksi lebih murah

13

Faktor penggunaan konduktor lebih rendah, yaitu 50 %

Keandalan relatif lebih baik

Kelemahannya :

o Keterandalan sistem ini lebih rendah

o Drop tegangan makin besar

o Bila beban yang dilayani bertambah, maka kapasitas pelayanan akan lebih

jelek

Sistem rangkaian tertutup pada jaringan distribusi merupakan suatu sistem

penyaluran melalui dua atau lebih saluran feeder yang saling berhubungan

membentuk rangkaian berbentuk cincin.

Sistem ini secara ekonomis menguntungkan, karena gangguan pada

jaringan terbatas hanya pada saluran yang terganggu saja. Sedangkan pada

saluran yang lain masih dapat menyalurkan tenaga listrik dari sumber lain

dalam rangkaian yang tidak terganggu. Sehingga kontinuitas pelayanan sumber

tenaga listrik dapat terjamin dengan baik. Yang perlu diperhatikan pada sistem

ini apabila beban yang dilayani bertambah, maka kapasitas pelayanan untuk

sistem rangkaian tertutup ini kondisinya akan lebih jelek. Tetapi jika digunakan

titik sumber (Pembangkit Tenaga Listrik) lebih dari satu di dalam sistem

jaringan ini maka sistem ini akan benyak dipakai, dan akan menghasilkan

kualitas tegangan lebih baik, serta regulasi tegangannya cenderung kecil.

d. Sistem Network/Mesh

Sistem network/mesh ini merupakan sistem penyaluran tenaga listrik yang

dilakukan secara terus-menerus oleh dua atau lebih feeder pada gardu-gardu

induk dari beberapa Pusat Pembangkit Tenaga Listrik yang bekerja secara

paralel. Sistem ini merupakan pengembangan dari sistem-sistem yang

terdahulu dan merupakan sistem yang paling baik serta dapat diandalkan,

mengingat sistem ini dilayani oleh dua atau lebih sumber tenaga listrik. Selain

itu junlah cabang lebih banyak dari jumlah titik feeder.

14

Keuntungannya :

Penyaluran tenaga listrik dapat dilakukan secara terus-menerus (selama 24

jam) dengan menggunakan dua atau lebih feeder

Merupakan pengembangan dari sistem-sistem yang terdahulu

Tingkat keterandalannya lebih tinggi

Jumlah cabang lebih banyak dari jumlah titik feeder

Dapat digunakan pada daerah-daerah yang memiliki tingkat kepadatan

yang tinggi

Memiliki kapasitas dan kontinuitas pelayanan sangat baik

Gangguan yang terjadi pada salah satu saluran tidak akan mengganggu

kontinuitas pelayanan

Kelemahannya :

o Biaya konstruksi dan pembangunan lebih tinggi

o Pengaturan alat proteksi lebih sukar

15

Gambar 1.6 Sistem Jaringan Network/mesh

Sumber : Suswanto, Daman. Sistem Distribusi Tenaga Listrik Untuk

Mahasiswa Teknik Elektro, Ed. I, Padang : Universitas Negeri Padang Press,

2009, p.24.

Sistem ini dapat digunakan pada daerah-daerah yang memiliki kepadatan

tinggi dan mempunyai kapasitas dan kontinuitas pelayanan yang sangat baik.

Gangguan yang terjadi pada salah satu saluran tidak akan mengganggu

kontinuitas pelayanan. Sebab semua titik beban terhubung paralel dengan

beberapa sumber tenaga listrik.

e. Sistem Interkoneksi

Keuntungannya :

Merupakan pengembangan sistem network / mesh

Dapat menyalurkan tenaga listrik dari beberapa Pusat Pembangkit Tenaga

Listrik

16

Penyaluran tenaga listrik dapat berlangsung terus-menerus (tanpa putus),

walaupun daerah kepadatan beban cukup tinggi dan luas

Memiliki keterandalan dan kualitas sistem yang tinggi

Apabila salah satu Pembangkit mengalami kerusakan, maka penyaluran

tenaga listrik dapat dialihkan ke Pusat Pembangkit lainnya.

Bagi Pusat Pembangkit yang memiliki kapasitas lebih kecil, dapat

dipergunakan sebagai cadangan atau pembantu bagi Pusat Pembangkit

Utama (yang memiliki kapasitas tenaga listrik yang lebih besar)

Ongkos pembangkitan dapat diperkecil

Sistem ini dapat bekerja secara bergantian sesuai dengan jadwal yang telah

ditentukan

Dapat memperpanjang umur Pusat Pembangkit

Dapat menjaga kestabilan sistem Pembangkitan

Keterandalannya lebih baik

Dapat di capai penghematan-penghematan di dalam investasi

Kelemahannya :

o Memerlukan biaya yang cukup mahal

o Memerlukan perencanaan yang lebih matang

o Saat terjadi gangguan hubung singkat pada penghantar jaringan, maka

semua Pusat Pembangkit akan tergabung di dalam sistem dan akan ikut

menyumbang arus hubung singkat ke tempat gangguan tersebut.

o Jika terjadi unit-unit mesin pada Pusat Pembangkit terganggu, maka akan

mengakibatkan jatuhnya sebagian atau seluruh sistem.

o Perlu menjaga keseimbangan antara produksi dengan pemakaian

o Merepotkan saat terjadi gangguan petir

17

Gambar 1.7 Sistem Jaringan Interkoneksi

Sumber : Suswanto, Daman. Sistem Distribusi Tenaga Listrik Untuk

Mahasiswa Teknik Elektro, Ed. I, Padang : Universitas Negeri Padang Press,

2009, p.25.

Sistem interkoneksi ini merupakan perkembangan dari sistem

network/mesh. Sistem ini menyalurkan tenaga listrik dari beberapa Pusat

Pembangkit Tenaga Listrik yang dikehendaki bekerja secara paralel. Sehingga

penyaluran tenaga listrik dapat berlangsung terusmenerus (tak terputus),

walaupun daerah kepadatan beban cukup tinggi dan luas. Hanya saja sistem ini

memerlukan biaya yang cukup mahal dan perencanaan yang cukup matang.

Untuk perkembangan dikemudian hari, sistem interkoneksi ini sangat baik, bisa

diandalkan dan merupakan sistem yang mempunyai kualitas yang cukup tinggi.

Pada sistem interkoneksi ini apabila salah satu Pusat Pembangkit Tenaga

Listrik mengalami kerusakan, maka penyaluran tenaga listrik dapat dialihkan

ke Pusat Pembangkit lain. Untuk Pusat Pembangkit yang mempunyai kapasitas

18

kecil dapat dipergunakan sebagai pembantu dari Pusat Pembangkit Utama

(yang mempunyai kapasitas tenaga listrik yang besar). Apabila beban normal

sehari-hari dapat diberikan oleh Pusat Pembangkit Tenaga listrik tersebut,

sehingga ongkos pembangkitan dapat diperkecil. Pada sistem interkoneksi ini

Pusat Pembangkit Tenaga Listrik bekerja bergantian secara teratur sesuai

dengan jadwal yang telah ditentukan. Sehingga tidak ada Pusat Pembangkit

yang bekerja terus-menerus. Cara ini akan dapat memperpanjang umur Pusat

Pembangkit dan dapat menjaga kestabilan sistem pembangkitan.

C. RUGI-RUGI PADA SISTEM TENAGA LISTRIK

Setiap peralatan listrik yang digunakan tidak selamanya bekerja dengan sempurna.

Semakin lama waktu pemakaian, maka akan berkurang efisiensi dari peralatan tersebut

sehingga akan mengakibatkan rugi-rugi yang semakin besar pula (Hadi, Abdul, 1994 :3).

Rugi-rugi pada sistem tenaga listrik dibagi menjadi dua, yaitu :

1. Rugi-rugi sistem transmisi, yaitu rugi-rugi transformator step-up (trafo tegangan

tinggi), saluran transmisi, dan transformator di gardu induk.

2. Rugi-rugi pada sistem distribusi, yaitu rugi-rugi pada penyulang utama serta

jaringan, transformator distribusi, peralatan distribusi, dan pengukuran.

Rugi-rugi pada sistem tenaga listrik menurut sumber, dibagi menjadi :

1. Rugi-rugi teknis

Rugi-rugi teknis (susut teknis) muncul akibat sifat daya hantar material/

peralatan listrik itu sendiri yang sangat bergantung pada kualitas bahan dari

material/peralatan listrik tersebut, jika pada jaringan maka akan sangat

bergantung pada konfigurasi jaringannya.

2. Rugi-rugi non teknis

Rugi-rugi non teknis muncul akibat adanya masalah pada penyaluran sistem

tenaga listrik. Rugi-rugi non teknis yang sering terjadi antara lain, pencurian

listrik, penyambungan listrik secara ilegal, kurangnya akurasi pencatatan kWh

meter pada pelanggan, dll.

19

Dalam proses penyaluran tenaga listrik ke para pelanggan (dimulai dari

pembangkit, transmisi dan distribusi) terjadi rugi-rugi teknis (losses) yaitu rugi daya dan

rugi energi. Rugi teknis adalah pada penghantar saluran, adanya tahanan dari penghantar

yang dialiri arus sehinggga timbullah rugi teknis (I2R) pada jaringan tersebut. Misalnya

pada mesin-mesin listrik seperti generator, trafo, dan sebagainya, adanya histerisis dan

arus pusar pada besi dan belitan yang dialiri arus sehinggga menimbulkann rugi teknis

pada peralatan tersebut. Rugi teknis pada pembangkit dapat diperbaiki dengan

meningkatkan efisiensi dan mengurangi pemakaian sendiri.

Rugi teknis pada sistem distribusi merupakan penjumlahan dari I2R atau rugi

tahanan dan dapat dengan mudah diketahui bila arus puncaknya diketahui. Rugi teknis

dari jaringan tenaga listrik tergantung dari macam pembebanan pada saluran tersebut

(beban merata, terpusat). Rugi teknis pada transformator terdiri dari rugi beban nol dan

rugi pada waktu pembebanan. Rugi pada beban nol dikenal dengan rugi besi, dan tidak

tergantung dari arus beban, sedangkan rugi pada waktu pembebanan dikenal dengan rugi

tembaga yang nilainya bervariasi sesuai dengan kuadrat arus bebannya.

Rugi energi (rugi kWh) biasanya dinyatakan dalam bentuk rupiah. Biaya untuk

mencatu kerugian ini dapat dibagi dalam 2 bagian yang utama :

a. Komponen energi atau biaya produksi untuk membangkitkan kehilangan kWh.

b. Komponen demand/beban atau biaya tahunan yang tercakup di dalam sistem

investasinya yang diperlukan mencatu rugi beban rugi beban puncak.

Kedua komponen tersebut biasaya digabungkan menjadi satu, baik dalam bentuk

Rp/kWh untuk rugi energi maupun dalam Rp/kW rugi daya puncak. Biasanya rugi teknis

itu tergantung pada titik yang diamati dari sistem tersebut, titik yang terjauh dari sumber,

sudah tentu biayanya lebih besar.

D. PERMASALAHAN DALAM MENENTUKAN RUGI-RUGI ENERGI

Pada umumnya rugi-rugi teknis pada tingkat pembangkit dan saluran transmisi

pemantauannya tidak menjadi masalah karena adanya fasilitas pengukuran yang dapat

dipantau dengan baik. Hal yang sama juga terdapat pada gardu induk (GI), sehingga rugi-

20

rugi teknis dari GI tidak menjadi masalah besar karena disinipun pengukuran dan

pemantauan berjalan baik.

Lain halnya pada sisi distribusi, rugi-rugi teknis lebih kompleks dan sulit

diketahui besarannya. Pada GI setiap penyulang yang keluar dari GI ini dilengkapi

dengan alat pengukur, begitu pula pada sisi primer trafo tenaganya. Selepas ini tidak

terdapat lagi alat pengukuran kecuali pada meteran pelanggan. Oleh karena itu, sangatlah

sulit menentukan rugi energi secara tepat pada sistem distribusi.

Dengan menentukan rugi/susut energi pada saluran distribusi, cara yang dilakukan

oleh bebrapa perusahaan listrik adalah membandingkan energi yang disalurkan oleh

gardu induk dan energi yang terjual dalam selang waktu tertentu, misalnya setahun.

Ada dua sumber kesalahan pokok dalam perhitungan susut energi :

1. Selisih kWh (energi) yang disalurkan GI dan kWh yang terjual atau energi

yang dipakai oleh pelanggan tidak menggambarkan keadaan sebenarnya,

Karena ada energi yang tidak terukur seperti pencurian listrik, meteran rusak,

kesalahan pembacaan kWh meter dan sebagainya. Dari sini jelaslah selisih

energi yang sebenarnya tidak dapat diukur secara pasti.

2. Pembacaan meteran pada GI mungkin dapat dilakukan pada hari yang sama,

dengan demikian kWh (energi) yang diukur bebar-benar merupakan kWh yang

disalurkan, sedangkan pembacaan meteran pelanggan tidak bersamaan

waktunya sehingga hal ini akan merupakan kesalahan dalam analisis

selanjutnya.

21

E. METODE ESTIMASI RUGI-RUGI ENERGI LISTRIK

Gambar 1. 8 Saluran yang diberi beban

Gambar 1.2 adalah model di mana terdapat rugi-rugi energi pada penghantar

(saluran). Di mana I adalah besarnya arus yang mengalir dan R adalah tahanan pada

penghantar, maka rugi-rugi daya pada saluran adalah :

................................................ (1)

Pada periode T, energi yang terbuang pada saluran adalah :

................................................ (2)

Pada sistem tiga fasa yang terdiri dari N segmen terdapat tahanan konduktor

sebesar R /km, maka total rugi-rugi yang timbul pada penyulang adalah jumlah dari

rugi-rugi di tiap fasa.

Rugi-rugi daya yang timbul di fasa-a, pada waktu t dituliskan dengan :

{[ ] }

............................... (3)

Di mana :

: arus yang mengalir di fasa-a pada segmen dalam

waktu singkat t.

: panjang dari konduktor pada segmen .

22

Gambar 1.9 Diagram rangkaian listrik dari gardu distribusi

Gambar 1.10 Diagram satu garis dari gardu distribusi

Jika panjang saluran dibagi menjadi N segmen, maka dapat dibuat

perbandingan antara arus yang mengalir di saluran pada segmen dalam waktu

singkat t dengan arus total yang mengalir di sepanjang saluran fasa-a sebagai

berikut :

............................................ (4)

Ia

I1 I2

x l

segmen 1 segmen N

I1 I2 x km l km

segmen 1 segmen N

GD

23

Dengan mensubstitusi persamaan (4) ke persamaan (3), diperoleh :

{[ ] }

....................... (5)

Persamaan (5) dapat disederhanakan menjadi :

{

} ....................... (6)

Rugi-rugi energi yang; timbul di fasa-a selama periode waktu-T dapat diperoleh

dengan mengintegralkan persamaan (6) :

{ {

} } ...................... (7)

Kita dapat menyederhanakan estimasi rugi-rugi dengan mengasumsikan bentuk

variasi beban. Dengan asumsi ini , kita dapat menjadikannya konstanta. Sebagai

contoh :

Di sini,

: rating daya yang terpasang pada beban motor-motor di segmen .

: total rating daya yang terpasang di sepanjang saluran.

Sehingga persamaan (7) dapat dituliskan menjadi :

{

( )

}

............... (8)

Dengan mewakilkan :

{

( )

}

24

Maka diperoleh persamaan estimasi rugi-rugi energi pada fasa-a yang lebih sederhana

menjadi :

............................ (9)

Jadi, total rugi-rugi energi pada sistem tiga fasa merupakan penjumlahan rugi-rugi di

setiap fasa. Dengan demikian, rumus estimasi rugi-rugi energi pada saluran tiga fasa

dapat dituliskan sebagai berikut :

{

}

............ (10)

Faktor F dan R (besar tahannan per km) dapat dihitung konstan selama konfigurasi

saluran/penyulang (panjang, topologi, rating daya) tidak berubah.

Nilai , dan diperoleh berdasarkan rekaman setiap 30 menit setiap hari

dari metering yang terdapat pada penyulang. Data-data ini akan didefenisikan ke dalam

tabel dan digambarkan dalam kurva arus terhadap waktu.

Untuk memudahkan menghitung

, penulis menggunakan metode

simpson.

Metode Simpson

Di samping menggunakan rumus trapesium dengan interval yang lebih kecil, cara

lain untuk mendapatkan perkiraan yang lebih teliti adalah menggunakan polinomial order

lebih tinggi untuk menghubungkan titik-titik data. Misalnya, apabila terdapat satu titik

tambahan di antara f (a) dan f (b), maka ketiga titik dapat dihubungkan dengan fungsi

parabola (Gambar 1.11a). Apabila terdapat dua titik tambahan dengan jarak yang sama

antara f (a) dan f (b), maka keempat titik tersebut dapat dihubungkan dengan polinomial

order tiga (Gambar 1.11b). Rumus yang dihasilkan oleh integral di bawah polinomial

tersebut dikenal dengan metode (aturan) Simpson.

25

Gambar 1.11 Aturan Simpson

1) Aturan Simpson 1/3

Di dalam aturan Simpson 1/3 digunakan polinomial order dua (persamaan

parabola) yang melalui titik f (xi 1), f (xi) dan f (xi + 1) untuk mendekati fungsi.

Rumus Simpson dapat diturunkan berdasarkan deret Taylor. Untuk itu, dipandang

bentuk integral berikut ini.

dxxfxI x

a

)()( (1.11)

Apabila bentuk tersebut didiferensialkan terhadap x, akan menjadi:

)()(

)(' xfdx

xdIxI (1.12)

Dengan memperhatikan Gambar 1.12. dan persamaan (1.12) maka persamaan deret

Taylor adalah:

)(''!3

)('

!2

)()()()( i

3

i

2

iii1i xfx

xfx

xfxxIxxIxI

)()('''!4

5i

4

xOxfx

(1.13)

)(''!3

)('

!2

)()()()( i

3

i

2

iii1i xfx

xfx

xfxxIxxIxI

)()('''!4

5i

4

xOxfx

(1.14)

Pada Gambar 1.12, nilai I (xi + 1) adalah luasan dibawah fungsi f (x) antara

batas a dan xi + 1. Sedangkan nilai I (xi 1) adalah luasan antara batas a dan I (xi 1).

26

Dengan demikian luasan di bawah fungsi antara batas xi 1 dan xi + 1 yaitu (Ai),

adalah luasan I (xi + 1) dikurangi I (xi 1) atau persamaan (1.13) dikurangi persamaan

(1.14).

Ai = I (xi + 1) I (xi 1)

atau

)()(''3

)(2 5i

3

ii xOxfx

xfxA (1.15)

Gambar 1.12 Penurunan metode Simpson

Nilai f ''(xi) ditulis dalam bentuk diferensial terpusat:

)(

)()(2)()('' 2

2

1ii1i

i xOx

xfxfxfxf

Kemudian bentuk diatas disubstitusikan ke dalam persamaan (1.15). Untuk

memudahkan penulisan, selanjutnya notasi f (xi) ditulis dalam bentuk fi, sehingga

persamaan (1.15) menjadi:

)()(3

)2(

3

2 52

3

1ii1iii xOxOx

fffx

fxA

atau

)()4(3

51ii1ii xOfff

xA (1.16)

27

Persamaan (1.16) dikenal dengan metode Simpson 1/3. Diberi tambahan nama 1/3

karena x dibagi dengan 3. Pada pemakaian satu pias, 2

abx

, sehingga

persamaan (1.16) dapat ditulis dalam bentuk:

)()(4)(6

i bfcfafab

A

(1.17)

dengan titik c adalah titik tengah antara a dan b.

Kesalahan pemotongan yang terjadi dari metode Simpson 1/3 untuk satu pias

adalah:

)(''''90

1 5t fx

Oleh karena 2

abx

, maka:

)(''''2880

)( 5

t fab

2) Aturan Simpson 1/3 dengan banyak pias

Seperti dalam metode trapesium, metode Simpson dapat diperbaiki dengan

membagi luasan dalam sejumlah pias dengan panjang interval yang sama (Gambar

1.12):

n

abx

dengan n adalah jumlah pias.

28

Gambar 1.13. Metode Simpson dengan banyak pias

Luas total diperoleh dengan menjumlahkan semua pias, seperti pada Gambar 1.13.

b

a1n31 ...)( AAAdxxf (1.18)

Dalam metode Simpson ini jumlah interval adalah genap. Apabila persamaan (1.16)

disubstitusikan ke dalam persamaan (1.18) akan diperoleh:

)4(3

...)4(

3

)4(

3

)( n1n2n

b

a321210 fff

xfff

xfff

xdxxf

atau

b

a

2n

2ii

1n

1ii )(2)(4)()(

3

)( xfxfbfaf

xdxxf (1.19)

Seperti pada Gambar (1.13), dalam penggunaan metode Simpson dengan banyak

pias ini jumlah interval adalah genap. Perkiraan kesalahan yang terjadi pada aturan

Simpson untuk banyak pias adalah:

''''180

)(4

5

a fn

ab

dengan ''''f adalah rerata dari turunan keempat untuk setiap interval.

3) Metode Simpson 3/8

Metode Simpson 3/8 diturunkan dengan menggunakan persamaan

polinomial order tiga yang melalui empat titik.

dxxfdxxfI b

a3

b

a

)()(

Dengan cara yang sama pada penurunan aturan Simpson 1/3, akhirnya diperoleh:

)()(3)(3)(8

33210 xfxfxfxf

xI (1.20)

dengan:

29

3

abx

Persamaan (1.20) disebut dengan metode Simpson 3/8 karena x dikalikan dengan

3/8. Metode Simpson 3/8 dapat juga ditulis dalam bentuk:

8

)()(3)(3)()( 3210

xfxfxfxfabI

(1.21)

Metode Simpson 3/8 mempunyai kesalahan pemotongan sebesar:

)(''''80

3 3t fx (1.22a)

Mengingat 3

abx

, maka:

)(''''6480

)( 5

t fab

(1.22b)

Metode Simpson 1/3 biasanya lebih disukai karena mencapai ketelitian

order tiga dan hanya memerlukan tiga titik, dibandingkan metode Simpson 3/8 yang

membutuhkan empat titik. Dalam pemakaian banyak pias, metode Simpson 1/3

hanya berlaku untuk jumlah pias genap. Apabila dikehendaki jumlah pias ganjil,

maka dapat digunakan metode trapesium. Tetapi metode ini tidak begitu baik

karena adanya kesalahan yang cukup besar. Untuk itu kedua metode dapat

digabung, yaitu sejumlah genap pias digunakan metode Simpson 1/3 sedang 3 pias

sisanya digunakan metode Simpson 3/8.

30

X. Jadwal

No Kegiatan

Bulan

Februari

(2014)

Maret

(2014)

April

(2014)

Mei

(2014)

Juni

(2014)

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

1 Pembahasan judul skripsi kepada

KKDK

2 Pembuatan proposal

3 Pengajuan proposal kepada dosen

pembimbing

4 Seminar Proposal

5 Pengerjaan Skripsi/Bimbingan

tugas akhir

6 Penelitian

7 Seminar Hasil

8 Seminar Skripsi

31

XI. DAFTAR PUSTAKA

Ek Bien, Liem; Kasim, Ishak & Aprianti Pratiwi, Erni, Analysis of Power Losses

Calculation in Medium Voltage Network of Feeder Serimpi, PAM 1, and PAM 2 at

Network Area Gambir PT. PLN (Persero) Distribution Jakarta Raya and

Tangerang, JETri, vol. 8, no. 2, pp. 53-72, Februari 2009.

Forum Distribusi, Peningkatan Mutu dan Keandalan Sistem Distribusi melalui

Penguatan Kendali Operasi serta Kompetensi Pengelola Distribusi, PT PLN

(Persero), Jakarta, 12-13 Juli 2006.

Gunawan, Erwin, Upaya Menurunkan Susut Non Teknis Dengan Optimalisasi Penertiban

Pemakaian Tenaga Listrik (P2TL) di PT PLN (Persero) Area Kotabumi. Telaahan

Staff PT. PLN (Persero) Distribusi Lampung-Area Kotabumi, 2013.

Hadi, Abdul, Sistem Distribusi Daya Listrik, Jakarta : Erlangga, 1994.

http://garyshafer.blogspot.com/2008/03/29/Rugi/Susut Teknis Pada Sistem Distribusi

Tenaga Listrik/diakses tanggal 28 Desember 2013.

http://elista.akprind.ac.id/upload/files/9021_Bab_7.doc/diakses tanggal 30 Desember

2013.

http://kwhprodigy.blogspot.com/2012_02_01_archive.html/diakses tanggal 03 Januari

2013.

Purcell, Edwin J.; Rigdon, Steven E.; & Varberg, Dale, 2007, Kalkulus dan Geometri

Analitis Jilid 1, Edisi kesembilan, (Penerjemah : I Nyoman Susila, Bana

Kartasasmita, Rawuh) , Penerbit Erlangga, Jakarta.

Rao, P. S. Nagendra; Deekshit, Ravishankar, Energy Loss Estimation in Distribution

Feeders, IEEE Trans. On Power Delivery, vol. 21, no.3, pp. 1092-1100, July 2006.

Ramadhianto, Danang, Studi Susut Energi Pada Sistem Distribusi Tenaga Listrik Melalui

Analisis Pengukuran dan Perhitungan, Skripsi, Universitas Indonesia, 2008.