SKRIPSI

ANALISIS PENGARUH INTERKONEKSI DISTRIBUTED

GENERATION (PLTSA SUWUNG) TERHADAP RUGI-RUGI

DAYA DAN KEANDALAN PADA PENYULANG SERANGAN

I MADE GUSMARA NUSAMAN

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA

BUKIT JIMBARAN

2015

i

SKRIPSI

ANALISIS PENGARUH INTERKONEKSI DISTRIBUTED

GENERATION (PLTSA SUWUNG) TERHADAP RUGI-RUGI

DAYA DAN KEANDALAN PADA PENYULANG SERANGAN

I MADE GUSMARA NUSAMAN

NIM. 1104405005

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA

BUKIT JIMBARAN

2015

ii

ANALISIS PENGARUH INTERKONEKSI DISTRIBUTED GENERATION

(PLTSA SUWUNG) TERHADAP RUGI-RUGI DAYA DAN KEANDALAN

PADA PENYULANG SERANGAN

Skripsi Diajukan Sebagai Prasyarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana S1 (Strata 1)

pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana

I MADE GUSMARA NUSAMAN

NIM. 1104405005

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA

BUKIT JIMBARAN

2015

Scanned by CamScanner

Scanned by CamScanner

v

UCAPAN TERIMAKASIH

Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa /

Tuhan Yang Maha Esa, karena atas rahmat-Nya penyusunan tugas akhir / skripsi

dengan judul “Analisis Pengaruh Interkoneksi Distributed Generation (PLTSa

Suwung) Terhadap Rugi-Rugi Daya dan Keandalan pada Penyulang

Serangan” ini akhirnya dapat terselesaikan. Berbagai tantangan dan hambatan

yang sulit telah dihadapi penulis selama proses penyusunan tugas akhir / skripsi

ini, namun semua itu berhasil dilewati berkat adanya dukungan dan bimbingan

dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini izinkan penulis

menyampaikan banyak terima kasih kepada:

1. Bapak Prof. Ir. Ngk. Putu Gede Suardana, MT., Ph.D. selaku Dekan

Fakultas Teknik Universitas Udayana.

2. Bapak Ir. I Nyoman Setiawan, MT. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Teknik Universitas Udayana.

3. Bapak Ir. I Wayan Sukerayasa, MT. sebagai Dosen Pembimbing I yang

telah memberikan banyak petunjuk, bimbingan dan dukungan moral

kepada penulis selama penyusunan tugas akhir / skripsi ini.

4. Ibu Prof. Ir. Rukmi Sari Hartati, MT., Ph.D sebagai Dosen Pembimbing

Akademik sekaligus sebagai Dosen Pembimbing II yang telah banyak

memberikan tuntunan dalam penyusunan tugas akhir / skripsi dan tuntunan

selama menjalankan perkuliahan di Jurusan Teknik Elektro, Fakultas

Teknik Universitas Udayana.

5. Segenap dosen dan staf pegawai Teknik Elektro Universitas Udayana yang

telah banyak membantu selama proses perkuliahan.

6. PT. PLN (Persero) Area Bali Selatan yang telah membantu dalam

memberikan informasi dan data-data dalam penyusunan tugas akhir /

skripsi ini.

vi

7. Yang tercinta Orang Tua, saudara dan semua keluarga besar yang telah

memberikan banyak kasih sayang, dukungan moral, semangat dan

motivasi yang tak terhingga.

8. Rekan-rekan Elektro angkatan 2011 yang senantiasa memberikan

semangat, motivasi dan dukungan selama penyusunan tugas akhir / skripsi

ini.

9. Semua pihak yang terlibat dalam pengerjaan tugas akhir / skripsi ini

namun tidak bisa disebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa tugas akhir / skripsi ini masih jauh dari

sempurna. Oleh karena itu segala kritik dan saran yang bersifat membangun

sangat diharapkan demi kesempurnaan penulisan di masa yang akan datang.

Semoga Ida Sang Hyang Widhi Wasa / Tuhan Yang Maha Esa selalu

melimpahkan rahmat-Nya kepada semua pihak yang telah membantu pelaksanaan

dan penyelesaian tugas akhir / skripsi ini.

Bukit Jimbaran, 2015

Penulis

vii

ABSTRAK

Teknologi Distributed Generation atau dalam hal ini disingkat DG

merupakan jenis pembangkit listrik dengan skala kecil yang mengutamakan

pemanfaatan sumber energi terbarukan seperti angin, air, matahari, panas bumi,

gelombang laut (Wave Energy), arus laut (Ocean Current Energy), biomassa, dan

biogas untuk menghasilkan energi listrik dengan kisaran daya yang dihasilkan

antara 1 kW-10 MW. Salah satu DG yang ada di Bali dan saat ini masih beroperasi

adalah Pembangkit Listrik Tenaga Sampah (PLTSa) yang berada di daerah

Suwung. Kondisi eksisting dari DG (PLTSa Suwung) terinterkoneksi ke Busbar 20

kV Transformator V Gardu Induk (GI) Pesanggaran dengan kapasitas terpasang

sebesar 1 MW.

Dalam penelitian ini dilakukan pengalihan interkoneksi DG ke salah satu

penyulang terdekat dari DG yaitu Penyulang Serangan. Tujuan dari pengalihan

interkoneksi tersebut adalah untuk mengetahui pengaruh dari interkoneksi DG pada

jaringan distribusi tenaga listrik terhadap nilai rugi-rugi daya dan keandalan

jaringan. Untuk mengetahui pengaruh interkoneksi DG terhadap rugi-rugi daya

pada jaringan dilakukan analisis menggunakan load flow analysis dan untuk

mengetahui pengaruh interkoneksi DG terhadap tingkat keandalan jaringan

dilakukan analisis menggunakan reliability assessment. Kedua analisis tersebut

dijalankan dengan menggunakan software ETAP 7.5.

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan diperoleh hasil yaitu dengan

interkoneksi DG pada Penyulang Serangan terjadi penurunan rugi-rugi daya sebesar

1,9 kW atau 4,75 % dari total rugi-rugi daya sebesar 40 kW pada kondisi penyulang

tanpa interkoneksi DG dan terjadi perbaikan indeks keandalan yang terlihat dari

perolehan indeks SAIFI = 0,5959 gangguan/pelanggan/tahun; SAIDI = 1,4388

jam/pelanggan/tahun; CAIDI = 2,414 jam/gangguan; ASAI = 0,9998 pu; dan ASUI

= 0,00016 pu. Lokasi interkoneksi terbaik untuk memperoleh rugi-rugi daya

terendah adalah pada jarak 80 % dari total panjang saluran dengan penurunan rugi-

rugi daya sebesar 4,7 kW atau 11,75 % dari total rugi-rugi daya sebesar 40 kW pada

kondisi tanpa interkoneksi DG dan untuk lokasi interkoneksi terbaik dengan tingkat

keandalan tertinggi adalah pada jarak 97 % dari total panjang saluran dengan

menghasilkan nilai indeks keandalan SAIFI = 0,1 gangguan/pelanggan/tahun atau

penurunan sebesar 92,87 %; SAIDI = 1,4150 jam/pelanggan/tahun atau penurunan

sebesar 49,15 %; CAIDI = 14,1520 jam/gangguan; ASAI = 0,9998 pu; dan ASUI =

0,00016 pu. Sedangkan lokasi dengan nilai rugi-rugi daya yang rendah dan tingkat

keandalan yang tinggi adalah pada jarak 97 % dari total panjang saluran dengan

penurunan rugi-rugi daya sebesar 4,5 kW atau 11,25 % dari total rugi-rugi daya

Penyulang Serangan tanpa interkoneksi DG dan perbaikan indeks keandalan SAIFI

= 0,1 gangguan/pelanggan/tahun; SAIDI = 1,4150 jam/pelanggan/tahun; CAIDI =

14,1520 jam/gangguan; ASAI = 0,9998 pu; dan ASUI = 0,00016 pu.

Kata Kunci: Rugi-Rugi Daya, Keandalan, Load Flow Analysis, Reliability

Assessment

viii

ABSTRACT

The distributed generation technology or in this case abbreviated DG is a

kind of power plants with small scale which prioritizes the utilization of renewable

energy resources such as wind, water, solar, geothermal, ocean waves (Wave

Energy), ocean currents (Ocean Current Energy), biomass, and biogass to produce

the electrical energy with range of power generation between 1 kW-10 MW. One of

DG in Bali and it’s still in operation is the garbage power plant which located in

Suwung. The existing condition of the DG (PLTSa Suwung) is interconnected to 20

kV Busbar, transformer V of Pesanggaran Substation, with 1 MW installed

capacity.

In this research, the interconection of the DG will be transfered to the

Serangan feeder which one of the closest feeder from DG. The purpose of the

transferred interconnection is to determine the effect of DG on the power lossess

value and reliability level of the distribution network. To determine the effect of DG

interconnection to the power lossess on the network is using the Load Flow Analysis

and to determine the effect of DG interconnection to the reliabilty level on the

network is using the Reliability Assessment. Both analyzes are performed using

ETAP 7.5 software.

From the research that has been done shows that the interconnection of DG

on the Serangan feeder decreased the power lossess as big as 1,9 kW or 4,75 % of

total power lossess from the feeders without DG interconnection and improvements

reliability index that is visible from the acquisition of the index SAIFI = 0,5959

interuption /customer/ year; SAIDI = 1,4388 hours / customer/year; CAIDI = 2,449

hours / interuption; ASAI = 0,9998 pu; and ASUI = 0,00016 pu. The best

interconnecting location to obtain the lowest power lossess is at 80 % of the total

length of the line with a reduced power lossess as big as 4.7 kW or 11.75 % of total

power lossess without DG interconnection and the best interconecting location with

the highest level of reliability index is at 97% of the total length of the line with

SAIFI = 0,1 interuption /customer/ year or a decreased 92,87 %; SAIDI = 1,4150

hours/customer/year or a decreased 49,15%; CAIDI = 14,1520 hours / interuption;

ASAI = 0,9998 pu; and ASUI = 0,00016 pu. While the location of the lowest power

lossess values and the high reliability level is at 97% of the total length of the line

and produce a reduction in power lossess as big as 4,5 kW or 11,25 % of total

power lossess without DG interconnection on Serangan feeder and improvement of

reliability index with SAIFI = 0,1 interuption/customer/year; SAIDI = 1,4150 hours

/customer/ year; CAIDI = 14,1520 hours/interuption; ASAI = 0,9998 pu; and ASUI

= 0,00016 pu.

Keywords: Power Losses, Reliability, Load Flow Analysis, Reliability Assessment

ix

DAFTAR ISI

LEMBAR JUDUL ..............................................................................................i

LEMBAR PRASYARAT ...................................................................................ii

LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS ...................................................iii

LEMBAR PENGESAHAN ...............................................................................iv

UCAPAN TERIMAKASIH ................................................................................v

ABSTRAK ..........................................................................................................vii

ABSTRACT ........................................................................................................viii

DAFTAR ISI .......................................................................................................ix

DAFTAR GAMBAR ..........................................................................................xii

DAFTAR TABEL ...............................................................................................xiv

DAFTAR SINGKATAN ...................................................................................xv

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ............................................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah .......................................................................................... 3

1.3 Tujuan ............................................................................................................ 3

1.4 Manfaat .......................................................................................................... 3

1.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah ............................................................ 4

BAB II KAJIAN PUSTAKA

2.1 Tinjauan Mutakhir ......................................................................................... 5

2.2 Distributed Generation (DG) ......................................................................... 7

2.2.1 Interkoneksi DG Pada Sistem Distribusi Tenaga Listrik...................... 8

2.2.2 Perkembangan Teknologi Distributed Generation di Indonesia .......... 9

2.3 Sistem Distribusi Tenaga Listrik ................................................................... 11

2.3.1 Sistem Distribusi Primer ....................................................................... 11

2.3.2 Sistem Distribusi Sekunder ................................................................... 12

2.3.3 Sistem Distribusi Radial........................................................................ 12

x

2.3.4 Sistem Distribusi Ring/Loop ................................................................. 13

2.3.5 Sistem Distribusi Spindel ...................................................................... 14

2.4 Saluran Distribusi Tenaga Listrik .................................................................. 14

2.4.1 Saluran Udara Tegangan Menengah (SUTM) ...................................... 15

2.4.2 Saluran Kabel Udara Tegangan Menengah (SKUTM) ........................ 16

2.4.3 Saluran Kabel Tanah Tegangan Menengah (SKTM) ........................... 17

2.4.4 Impedansi Saluran ................................................................................ 18

2.4.5 Resistansi Saluran ................................................................................. 18

2.4.6 Reaktansi Penghantar (Reaktansi Induktif)........................................... 19

2.5 Analisis Rugi-Rugi Daya Menggunakan Load Flow Analysis ...................... 20

2.5.1 Klasifikasi Bus ...................................................................................... 21

2.5.2 Persamaan Aliran Daya ........................................................................ 22

2.5.3 Penerapan Metode Newton Raphson Pada Analisis Aliran Daya......... 24

2.6 Keandalan Sistem Distribusi Tenaga Listrik ................................................. 27

2.6.1 Indeks Keandalan ................................................................................. 28

2.6.1.1 SAIFI (system average interruption frequency index) ............. 29

2.6.1.2 SAIDI (system average interruption duration index)............... 29

2.6.1.3 CAIDI (customer average interruption duration index) .......... 30

2.6.1.4 ASAI (average service availability index) ............................... 30

2.6.1.5 ASUI (average service unavailability index) ........................... 30

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ........................................................................ 32

3.2 Data ................................................................................................................ 32

3.2.1 Sumber Data ......................................................................................... 33

3.2.2 Jenis Data .............................................................................................. 33

3.2.3 Teknik Pengumpulan Data ................................................................... 33

3.3 Instrumen Penelitian ...................................................................................... 33

3.4 Analisa Data ................................................................................................... 34

3.5 Diagram Alur Analisa Data............................................................................ 35

xi

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Gambaran Umum Penyulang Serangan ......................................................... 36

4.2 Data Jaringan Distribusi Tenaga Listrik Penyulang Serangan....................... 38

4.2.1 Data Beban Harian Penyulang Serangan .............................................. 38

4.2.2 Data Gardu Distribusi dan Jumlah Pelanggan Penyulang Serangan .... 40

4.2.3 Data Panjang Saluran dan Jenis Penghantar Penyulang Serangan ....... 41

4.2.4 Data Output Daya PLTSa Suwung ....................................................... 42

4.3 Analisis Rugi-Rugi Daya Pada Penyulang Serangan ..................................... 43

4.3.1 Analisis Rugi-Rugi Daya Pada Penyulang Serangan Untuk Kondisi

Tidak Terinterkoneksi DG dan Terinterkoneksi DG (PLTSa

Suwung) ................................................................................................ 44

4.3.2 Analisis Lokasi Interkoneksi Distributed Generation Untuk

Memperoleh Nilai Rugi-Rugi Daya Terendah ..................................... 47

4.4 Analisis Tingkat Keandalan Penyulang Serangan ......................................... 51

4.4.1 Analisis Tingkat Keandalan Pada Penyulang Serangan Untuk

Kondisi Tidak Terinterkoneksi DG dan Terinterkoneksi DG

(PLTSa Suwung) .................................................................................. 52

4.4.2 Analisis Lokasi Interkoneksi Distributed Generation Untuk

Memperoleh Nilai Indeks Keandalan Terbaik ...................................... 56

4.5 Lokasi Interkoneksi DG Pada Penyulang Serangan dengan Nilai Rugi-

Rugi Daya Terendah dan Keandalan Tertinggi ............................................. 59

BAB V SIMPULAN DAN SARAN

5.1 Simpulan ........................................................................................................ 61

5.2 Saran .............................................................................................................. 62

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 63

LAMPIRAN-LAMPIRAN .................................................................................... 66

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Interkoneksi DG pada Jaringan Distribusi Tenaga Listrik ........................ 7

Gambar 2.2 Konfigurasi Sistem Distribusi Tipe Radial ................................................ 13

Gambar 2.3 Konfigurasi Sistem Distribusi Tipe Ring / Loop ....................................... 13

Gambar 2.4 Konfigurasi Sistem Distribusi Tipe Spindel .............................................. 14

Gambar 2.5 Saluran Udara Tegangan Menengah (SUTM) ........................................... 15

Gambar 2.6 Jenis-jenis Kawat Penghantar Tenaga Listrik ........................................... 16

Gambar 2.7 Kabel Udara Tegangan Menengah (KUTM) ............................................. 17

Gambar 2.8 Kabel Tanah Tegangan Menengah (KTM) ............................................... 18

Gambar 3.1 Diagram Alur Analisis ............................................................................... 35

Gambar 4.1 Single Line Diagram Penyulang Serangan ................................................ 37

Gambar 4.2 Grafik Karakteristik Beban Harian Penyulang Serangan .......................... 39

Gambar 4.3 Grafik Karakteristik Output Daya Rata-Rata PLTSa Suwung .................. 43

Gambar 4.4 Rugi-Rugi Daya pada Kondisi Penyulang Serangan Tanpa Interkoneksi

DG Menggunakan Software ETAP 7.5 ..................................................... 44

Gambar 4.5 Rugi-Rugi Daya pada Penyulang Serangan dengan Interkoneksi DG

Menggunakan Software ETAP 7.5 ........................................................... 45

Gambar 4.6 Lokasi Interkoneksi DG pada Penyulang Serangan .................................. 46

Gambar 4.7 Titik Lokasi Interkoneksi DG pada Penyulang Serangan ........................ 47

Gambar 4.8 Grafik Perbandingan Rugi-Rugi Daya dari Setiap Lokasi Interkoneksi

DG ............................................................................................................ 49

Gambar 4.9 Lokasi Bus 46 pada Penyulang Serangan ................................................. 50

Gambar 4.10 Indeks Keandalan pada Kondisi Penyulang Serangan Tanpa

Interkoneksi DG Menggunakan Software ETAP 7.5 ............................... 52

Gambar 4.11 Indeks Keandalan pada Penyulang Serangan Dengan Interkoneksi DG

Menggunakan Software ETAP 7.5 ............................................................ 53

Gambar 4.12 Lokasi Interkoneksi DGpPada Penyulang Serangan ................................. 54

Gambar 4.13 Grafik Perbandingan Nilai Indeks SAIFI .................................................. 55

Gambar 4.14 Grafik Perbandingan Nilai Indeks SAIDI ................................................. 55

xiii

Gambar 4.15 Grafik Perbandingan Nilai Indeks CAIDI ................................................. 55

Gambar 4.16 Grafik Perbandingan Nilai Indeks ASAI ................................................... 55

Gambar 4.17 Grafik Perbandingan Nilai Indeks ASUI ................................................... 55

Gambar 4.18 Grafik Perbandingan Indeks Keandalan SAIFI dari Setiap Titik Lokasi

Interkoneksi DG ........................................................................................ 57

Gambar 4.19 Grafik Perbandingan Indeks Keandalan SAIDI dari Setiap Titik Lokasi

Interkoneksi DG ........................................................................................ 57

Gambar 4.20 Grafik Perbandingan Indeks Keandalan CAIDI dari Setiap Titik Lokasi

Interkoneksi DG ........................................................................................ 58

Gambar 4.21 Grafik Perbandingan Indeks Keandalan ASAI dari Setiap Titik Lokasi

Interkoneksi DG ........................................................................................ 58

Gambar 4.22 Grafik Perbandingan Indeks Keandalan ASUI dari Setiap Titik Lokasi

Interkoneksi DG ........................................................................................ 58

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Tipe DG Berdasarkan Range Daya Yang Dihasilkan ......................... 8

Tabel 2.2 Standar Indeks Keandalan SUTM Radial ............................................. 31

Tabel 4.1 Data Beban Harian Penyulang Serangan Juli 2015 .............................. 38

Tabel 4.2 Data Gardu Distribusi Penyulang Serangan.......................................... 40

Tabel 4.3 Data Panjang Saluran dan Jenis Penghantar Penyulang Serangan ....... 41

Tabel 4.4 Data Output Daya PLTSa Suwung ....................................................... 42

Tabel 4.5 Perbandingan Nilai Rugi-Rugi Daya Penyulang Serangan................... 46

Tabel 4.6 Perbandingan Nilai Rugi-Rugi Daya dari Setiap Lokasi Interkoneksi

DG ........................................................................................................ 48

Tabel 4.7 Nilai Jatuh Tegangan Penyulang Serangan ........................................... 50

Tabel 4.8 Laju Kegagalan dan Waktu Perbaikan Komponen ............................... 52

Tabel 4.9 Nilai Indeks Keandalan Penyulang Serangan ....................................... 54

Tabel 4.10 Perbandingan Nilai Indeks Keandalan dari Setiap Lokasi Interkoneksi

DG ...................................................................................................... 56

Tabel 4.11 Nilai Rugi-Rugi Daya dan Indeks Keandalan dari Setiap Lokasi

Interkoneksi DG ................................................................................. 59

xv

DAFTAR SINGKATAN

AAAC = All Aluminium Alloy Conductor

AAC = All Aluminium Conductor

AC = Alternating Current

ACSR = Alumunium Conductor, Steel-Reinforced

ANSI = American National Standards Institute

ASAI = Average Service Availability Index

ASUI = Average Service Unvailability Index

CAIDI = Customer Average Interruption Duration Index

CIGRE = International Council on Large Electric Systems

DC = Direct Current

DG = Distributed Generation

ETAP = Electric Transient and Analysis Program

GI = Gardu Induk

IEEE = Institute of Electrical and Electronics Engineers

IPP = Independent Power Producer

kV = Kilo Volt

kW = Kilo Watt

MW = Mega Watt

NC = Normaly Close

NO = Normaly Open

PLN = Perusahaan Listrik Negara

PLTSa = Pembangkit Listrik Tenaga Sampah

PSKSK = Pembangkit Skala Kecil Swasta dan Koperasi

SAIDI = System Average Interruption Duration Index

SAIFI = System Average Interruption Frequency Index

SPLN = Standar Perusahaan Listrik Negara

SKTM = Saluran Kabel Tegangan Menengah

SKUTM = Saluran Kabel Udara Tegangan Menengah

SUTM = Saluran Udara Tegangan Menengah

XPLE = Cross-linked polyethylene