transformator, transmisi, bus, dan sebagainya. Data-data ini diambil pada PT. Chevron Pacific Indonesia di Duri.
I.5 Sistematika Penulisan
Tugas akhir ini disusun berdasarkan sistematika penulisan sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Bagian ini berisikan latar belakang masalah, tujuan dan manfaat penulisan, batasan masalah, metodologi penulisan, dan sistematika
penulisan.
BAB II LANDASAN TEORI STUDI ALIRAN DAYA
Bab ini memberikan penjelasan mengenai teori-teori dasar yang diperlukan dalam tugas akhir ini. Diantaranya dijelaskan mengenai
representasi sistem tenaga listrik, matriks admitansi bus, persamaan aliran daya, klasifikasi bus, tanda P dan Q, dan metode aliran daya.
Metode aliran daya yang dijelaskan adalah metode iterasi Gauss-seidel.
BAB III METODE ALIRAN DAYA SISTEM 115 KV PT. CPI DENGAN
ETAP 4.0
Bab ini menceritakan tentang metode aliran daya menggunakan ETAP 4.0 dalam bentuk flowchart, prosedur menggunakan ETAP 4.0, data
aliran daya yang digunakan yaitu : pembangkit, transformator, transmisi, bus, beban, pengaman, dan load flow case study.
Fery Jusmedy : Studi Aliran Daya Sistem 115 kv PT. Chevron Pacific Indonesia, 2007. USU Repository © 2009
BAB IV HASIL STUDI ALIRAN DAYA SISTEM 115 KV PT. CPI
DENGAN ETAP 4.0
Bab ini berisi tentang hasil studi aliran daya sistem 115 KV PT. CPI dengan menggunakan program ETAP 4.0 output ETAP 4.0 pada saat
sistem 115 KV PT. Chevron Pacific Indonesia pada keadaan normal.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bagian ini berisikan beberapa kesimpulan dan saran dari penulisan tugas akhir ini.
Fery Jusmedy : Studi Aliran Daya Sistem 115 kv PT. Chevron Pacific Indonesia, 2007. USU Repository © 2009
BAB II LANDASAN TEORI STUDI ALIRAN DAYA
II.1 Umum
Gambar 2.1 dibawah ini menunjukkan diagram segaris suatu sistem tenaga listrik yang sederhana. Gambar ini menunjukkan bahwa sistem tenaga listrik terdiri
atas lima sub-sistem utama, yaitu: pusat pembangkit, transmisi, gardu induk, jaringan distribusi, dan beban.
Gambar 2.1. Diagram Segaris Sistem Tenaga Listrik Sederhana
Pada pusat pembangkit terdapat generator dan tranformator penaik tegangan step-up transformer. Generator berfungsi untuk mengubah energi mekanis yang
dihasilkan pada poros turbin menjadi energi listrik. Lalu melalui transformator penaik tegangan energi listrik ini kemudian dikirimkan melalui saluran transmisi bertegangan
tinggi menuju pusat-pusat beban. Tegangan ini dinaikkan dengan maksud untuk mengurangi jumlah arus yang mengalir pada saluran transmisi. Dengan demikian
saluran transmisi bertegangan tinggi akan membawa aliran arus yang rendah dan berarti akan mengurangi rugi-rugi daya transmisi.
Ketika saluran transmisi mencapai pusat beban, tegangan tersebut akan kembali diturunkan melalui transformator penurun tegangan step-down transformer
yang terdapat pada gardu induk distribusi menjadi tegangan menengah maupun
Fery Jusmedy : Studi Aliran Daya Sistem 115 kv PT. Chevron Pacific Indonesia, 2007. USU Repository © 2009
tegangan rendah yang kemudian akan disalurkan melalui saluran distribusi menuju pusat-pusat beban.
II.2 Representasi Sistem Tenaga Listrik
Sebelum studi aliran daya ini dilakukan sistem yang dianalisa harus terlebih dahulu direpresentasikan dengan suatu diagram pengganti.
II.2.1 Diagram Segaris
Suatu sistem tiga fasa yang simetris selalu dipecahkan per satu fasa dengan menggambarkan diagram segaris atau single line diagram. Maksud diagram segaris
itu adalah untuk memberikan semua informasi yang perlu dan dalam bentuk yang sesuai dengan sistem itu. Diagram segaris itu berbeda-beda sesuai dengan studi yang
akan dilakukan. Persoalan-persoalan pokok dalam sistem tenaga adalah : aliran daya, operasi
ekonomik, hubung singkat, kestabilan peralihan, pengaturan-pengaturan daya aktif dan frekuensi dan pengaturan daya reaktif dan tegangan serta pelepasan beban. Dilihat
dari batasan waktu, persoalan-persoalan diatas dapat dikelompokkan dalam tiga kelompok keadaan yaitu : keadaan mantap, keadaan peralihan, dan keadaan sub-
peralihan. Pada studi aliran daya dan operesi ekonomik yang dibutuhkan adalah besaran-
besaran dalam keadaan mantap, pada studi kestabilan peralihan dibutuhkan besaran- besaran dalam keadaan peralihan dan pada studi hubung singkat dibutuhkan besaran-
besaran dalam keadaan sub-peralihan. Pada studi pengaturan dan pelepasan beban besaran-besaran yang dibutuhkan tergantung dari keadaan yang diinginkan, mantap
atau peralihan.
Fery Jusmedy : Studi Aliran Daya Sistem 115 kv PT. Chevron Pacific Indonesia, 2007. USU Repository © 2009
Oleh karena itu, representasi sistem tenaga listrik itu digambarkan sesuai dengan studi-studi yang akan dilakukan, dan banyaknya keterangan yang dimasukkan
dalam diagram tergantung pada maksud diagram tersebut dibuat. Misalnya dalam studi aliran daya beban-beban dan tahanan-tahanan harus digambarkan, tempat
pemutus tenaga dan rele tidak penting, jadi tidak perlu digambarkan, juga impedansi hubungan netral ke tanah tidak perlu digambarkan.
Dalam studi hubung singkat, tempat dan spesifikasi dari pemutus tenaga dan rele harus diberikan, sedangkan tahanan biasanya dapat diabaikan. Demikian juga
beban statik dapat diabaikan. Pengabaian ini dilakukan untuk menyederhanakan perhitungan, tetapi bila perhitungan dilakukan dengan komputer digital pengabaian ini
tidak perlu, dengan demikian diperoleh hasil yang lebih teliti. Representasi sistem untuk studi kestabilan peralihan hampir sama dengan
representasi sistem untuk studi hubung singkat. Pada studi peralihan digunakan reaktansi peralihan sedangkan pada studi hubung singkat digunakan reaktansi sub-
peralihan. Gambar 2.2 adalah diagram segaris suatu sistem tenaga yang sangat sederhana. Dua
generator, yang satu ditanahkan melalui sebuah reaktor dan yang satu lagi melalui sebuah resistor, dihubungkan kesebuah rel dan melalui sebuah transformator panaik
tegangan ke saluran transmisi. Sebuah generator yang lain, yang ditanahkan melalui sebuah reaktor, dihubungkan ke sebuah rel dan melalui sebuah transformator pada
ujung yang lain dari saluran transmisi itu. Sebuah beban dihubungkan ke masing- masing rel. Pada diagram itu keterangan mengenai beban, rating generator,
transformator, dan reaktansi bermacam-macam komponen rangkaian sering juga diberikan.
Fery Jusmedy : Studi Aliran Daya Sistem 115 kv PT. Chevron Pacific Indonesia, 2007. USU Repository © 2009
Gambar 2.2. Diagram Segaris Suatu Sistem Listrik
II.2.2 Diagram Impedansi dan Diagram Reaktansi
Untuk dapat menghitung kinerja suatu sistem dalam keadaan berbeban atau terjadinya suatu gangguan, diagram segaris digunakan untuk menggambar rangkaian
ekivalen fasa tunggal dari sistem. Gambar 2.3 menggabungkan rangkaian-rangkaian ekivalen dari berbagai komponen yang diperlihatkan pada Gambar 2.2 untuk
membentuk diagram impedansi sistem. Jika diinginkan untuk melakukan studi beban, beban tertinggal A dan B digantikan dengan resistansi dan reaktansi induktif dalam
hubungan seri. Diagram impedansi tidak memasukkan impedansi pembatas arus yang ditunjukkan pada diagram segaris diantara netral generator dan tanah karena dalam
keadaan seimbang tidak ada arus yang mengalir dalam tanah dan netral generator berada pada potensial yang sama dengan netral sistem. Karena arus magnet suatu
transformator biasanya diabaikan dalam rangkaian ekivalen transformator.
Gambar 2.3 Diagram Impedansi dari diagram segaris gambar 2.2
Fery Jusmedy : Studi Aliran Daya Sistem 115 kv PT. Chevron Pacific Indonesia, 2007. USU Repository © 2009
Seperti telah disebutkan terdahulu, resistansi sering diabaikan dalam perhitungan gangguan, juga dalam program komputer digital. Tentu saja pengabaian
resistansi akan menimbulkan sedikit kesalahan, tetapi hasilnya masih dapat diterima karena reaktansi induktif suatu sistem jauh lebih besar dari resistansinya. Resistansi
dan reaktansi induktif tidak dijumlahkan secara langsung, dan impedansi tidak akan jauh berbeda dengan resistansi induktif jika resistansinya kecil. Beban-beban yang
tidak menyangkut mesin-mesin yang berputar sangat kecil pengaruhnya terhadap arus saluran total pada waktu terjadi gangguan oleh karena itu biasanya diabaikan. Tetapi
beban yang berupa motor serempak selalu dimasukkan dalam perhitungan gangguan karena e.m.f yang dibangkitkan besar sumbangannya pada arus hubung singkat.
Diagram itu harus memperhitungkan motor induksi sebagai sebuah e.m.f yang dibangkitkan dalam hubungan seri dengan suatu reaktansi induktif jika diagram
tersebut dimaksudkan untuk menentukan arus yang timbul segera sesudah terjadinya gangguan. Motor induksi diabaikan dalam perhitungan arus beberapa periode setelah
terjadinya gangguan karena arus yang diberikan oleh sebuah motor induksi hilang dengan cepat setelah motor tersebut dihubung singkat.
Jika ingin menyederhanakan perhitungan arus gangguan dengan mengabaikan semua beban statis, semua resistansi, arus magnet masing-masing transformator, dan
kapasitansi saluran transmisi, diagram impedansi itu menjadi diagram reaktansi seperti ditunjukkan gambar 2.4. Penyederhanaan ini hanya berlaku untuk perhitungan-
perhitungan gangguan dan tidak berlaku untuk studi aliran daya, yang merupakan pokok permasalahan tugas akhir ini.
Gambar 2.4 Diagram reaktansi yang disesuaikan dari gambar 2.3
Fery Jusmedy : Studi Aliran Daya Sistem 115 kv PT. Chevron Pacific Indonesia, 2007. USU Repository © 2009
II.2.3 Representasi Generator Sinkron
Generator sinkron biasanya dihubungkan langsung pada rel atau sering juga melalui transformator daya. Karena tujuan dari analisa ini adalah untuk mengetahui
besar tegangan rel dan aliran daya, maka generator sinkron direpresentasikan sebagai suatu sumber daya, dan tegangan yang diperoleh dari analisa ini adalah tegangan rel
dimana generator itu terhubung.
II.2.4 Representasi Transformator
Transformator direpresentasikan sebagai reaktansi X saja dengan mengabaikan sirkuit eksitasi dari transformator itu.
II.2.5 Representasi Saluran Transmisi
Untuk keperluan analisa dan perhitungan maka diagram pengganti biasanya dibagi dalam 3 kelas, yaitu:
1. Saluran pendek 80 km
2. Saluran menengah 80-250 km
3. Saluran Panjang 250 km
Sebenarnya klasifikasi di atas sangat kabur dan sangat relatif. Klasifikasi saluran transmisi harus didasarkan atas besar kecilnya kapasitansi ke tanah. Jadi bila
kapasitansi ke tanahnya kecil, dengan demikian arus bocor ke tanah kecil terhadap arus beban, maka dalam hali ini kapasitansi ke tanah dapat diabaikan, dan dinamakan
saluran pendek. Tetapi bila kapasitansi ke tanah sudah mulai besar sehingga tidak dapat diabaikan, tetapi belum begitu besar sekali sehingga masih dapat dianggap
seperti kapasitansi terpusat lumped capacitance, dan ini dinamakan saluran menengah. Bila kapasitansi itu besar sekali sehingga tidak mungkin lagi dianggap
Fery Jusmedy : Studi Aliran Daya Sistem 115 kv PT. Chevron Pacific Indonesia, 2007. USU Repository © 2009
sebagai kapasitansi terpusat, dan harus dianggap terbagi rata sepanjang saluran, maka dalam hal ini dinamakan saluran panjang.
Diatas telah disebutkan bahwa klasifikasi berdasarkan panjang kawat sangat kabur. Seperti diketahui semakin tinggi tegangan operasi maka kemungkinan
timbulnya korona akan sangat besar. Korona ini akan memperbesar kapasitansi, dengan demikian memperbesar arus bocor. Jadi ada kalanya walaupun panjang
saluran hanya 50 km, misalnya, bila tegangan kerja sangat tinggi Tegangan Ekstra Tinggi, EHV, apalagi Tegangan Ultra Tinggi, UHV maka kapasitansi relatif besar
sehingga tidak mungkin lagi diabaikan walaupun panjang saluran hanya 50 km. Jadi untuk memperoleh hasil yang teliti, sebelum menggambarkan diagram
pengganti saluran transmisi, lebih baik bila dihitung terlebih dahulu kapasitansi termasuk korona. Dalam prakteknya klasifikasi saluran transmisi menurut panjangnya
seperti tertera di atas sudah memadai.
II.2.6 Representasi Beban-beban
Beban-beban dapat dibagi dalam dua golongan, yaitu: beban statik dan beban berputar; motor sinkron atau motor asinkron. Beban statik dan beban berputar
biasanya direpresentasikan sebagai impedansi konstan Z atau sebagai daya konstan P dan Q, tergantung dari alat hitung yang digunakan.
Perhitungan dengan tangan atau Network Analyzer dengan impedansi konstan, sedang bila dihitung dengan komputer digital direpresentasikan dengan daya P dan Q
konstan.
Fery Jusmedy : Studi Aliran Daya Sistem 115 kv PT. Chevron Pacific Indonesia, 2007. USU Repository © 2009
II.3 Matriks Admitansi Bus
Untuk memperoleh persamaan tegangan simpul node-voltage equations, dengan memperhatikan gambar 2.5 dimana besarnya impedansi dinyatakan dalam per
unit pada base dasar MVA tertentu dan untuk memudahkan perhitungan maka tahanan diabaikan. Karena untuk memperoleh persamaan tegangan itu didasarkan
pada hukum arus Kirchhoff maka besaran-besaran impedansi dirubah menjadi besaran-besaran admitansi dengan menggunakan persamaan berikut:
ij ih
ij ij
jx r
z y
1 1
Gambar 2.5 Diagram Impedansi Dari Suatu Sistem Tenaga
Gambar 2.6 Diagram Admitansi Dari Sistem Tenaga Pada gambar 2.5
Fery Jusmedy : Studi Aliran Daya Sistem 115 kv PT. Chevron Pacific Indonesia, 2007. USU Repository © 2009
Rangkaian pada gambar 2.5 telah digambar ulang pada gambar 2.6 menjadi besaran admitansi dan pengubahan menjadi sumber-sumber arus. Simpul 0 biasanya
dianggap tanah diambil sebagai referensi. Dengan menggunakan hukum arus Kirchhoff pada simpul 1 sampai simpul 4 menghasilkan:
3 4
34 4
3 34
1 3
13 2
3 23
3 2
23 1
2 12
2 20
2 3
1 13
2 1
12 1
10 1
V V
y V
V y
V V
y V
V y
V V
y V
V y
V y
I V
V y
V V
y V
y I
Dengan menyusun persamaan di atas, maka:
4 34
3 34
4 34
3 34
23 13
2 23
1 13
3 23
2 23
12 20
1 12
2 3
13 2
12 1
13 12
10 1
V y
V y
V y
V y
y y
V y
V y
V y
V y
y y
V y
I V
y V
y V
y y
y I
Dimana:
34 43
34 23
32 23
13 31
13 12
21 12
34 44
34 23
13 33
23 12
20 22
13 12
10 11
y Y
Y y
Y Y
y Y
Y y
Y Y
y Y
y y
y Y
y y
y Y
y y
y Y
Persamaan node menjadi
4 44
3 43
2 42
1 41
4 4
34 3
33 2
32 1
31 3
4 24
3 23
2 22
1 21
2 4
14 3
13 2
12 1
11 1
V Y
V Y
V Y
V Y
I V
Y V
Y V
Y V
Y I
V Y
V Y
V Y
V Y
I V
Y V
Y V
Y V
Y I
Pada rangkaian di atas, karena tidak hubungan antara bus 1 dan bus 4, maka Y
14
= Y
41
= 0; dan dengan demikian maka Y
24
= Y
42
= 0.
Fery Jusmedy : Studi Aliran Daya Sistem 115 kv PT. Chevron Pacific Indonesia, 2007. USU Repository © 2009
Dengan mengembangkan persamaan di atas untuk sistem dengan n-bus, maka persamaan tegangan simpul dalam bentuk matriks adalah:
n i
nn ni
n n
in ii
i i
n i
n i
n i
V V
V V
Y Y
Y Y
Y Y
Y Y
Y Y
Y Y
Y Y
Y Y
I I
I I
. .
. .
.
... ...
. .
. .
. .
. .
... ...
. .
. .
. .
. .
. .
. .
... ...
... ...
. .
. .
.
2 1
2 1
2 1
2 2
22 21
1 1
12 11
2 1
Atau
bus bus
bus
V Y
I dimana I
bus
adalah besaran vektor dari arus bus yang diinjeksikan. Arus akan positif saat mengalir menuju bus, dan negatif bila mengalir keluar dari bus. V
bus
adalah besaran vektor dari tegangan bus yang diukur dari simpul referens. Y
bus
dikenal dengan matriks admitansi bus. Komponen diagonal dari tiap simpul adalah jumlah
dari admitansi-admitansi yang terhubung padanya. Ini dikenal dengan admitansi sendiri atau driving point admittance, yaitu:
i j
y Y
n j
ij ii
Kompone diagonal mati off-diagonal element sama dengan negatif dari admitansi antara simpul-simpul. Ini dikenal dengan admitansi bersama yaitu:
ij ji
ij
y Y
Y Jika arus bus diketahui, maka besar tegangan bus ke-n dapat diperoleh dengan:
bus bus
bus
I Y
V
1
Dengan demikian matriks admitansi rangkaian pada gambar 2.6 diperoleh:
Fery Jusmedy : Studi Aliran Daya Sistem 115 kv PT. Chevron Pacific Indonesia, 2007. USU Repository © 2009
50 ,
12 50
, 12
50 ,
12 50
, 22
00 ,
5 00
, 5
00 ,
5 75
, 8
50 ,
2 00
, 5
50 ,
2 50
, 8
j j
j j
j j
j j
j j
j j
Y
bus
II.4 Persamaan Aliran Daya
Persamaan aliran daya secara sederhana dapat dilihat pada gambar 2.7 sistem yang memiliki 2 bus. Setiap bus memiliki sebuah generator dan beban, walaupun pada
kenyataannya tidak semua bus memiliki generator. Transmisi menghubungkan antara bus 1 dan bus 2. Pada setiap bus memiliki 6 besaran elektris yang terdiri dari : P
D
, P
G
, Q
D
, Q
G
, V, dan d.
1 1
V
2 2
V
1 1
1 G
G G
jQ P
S
2 2
2 G
G G
jQ P
S
1 1
1 D
D D
jQ P
S
2 2
2 D
D D
jQ P
S
Gambar 2.7 One-line diagram sistem 2 bus Pada gambar 2.7 dapat dihasilkan persamaan persamaan aliran daya dengan
menggunakan diagram impedansi. Pada gambar 2.8 merupakan diagram impedansi dimana generator sinkron direpresentasikan sebagai sumber yang memiliki reaktansi
dan transmisi model p phi. Beban diasumsikan memiliki impedansi konstan dan
daya konstan pada diagram impedansi.
Fery Jusmedy : Studi Aliran Daya Sistem 115 kv PT. Chevron Pacific Indonesia, 2007. USU Repository © 2009
1 G
I
2 G
I
1
I
2
I
S
Z
S
R
1
E
S
jX
1 G
jX
2 G
jX
2
E
1 D
I
2 D
I
2 jB
2 jB
1
V
2
V
Gambar 2.8 Diagram impedansi sistem 2 bus
Besar daya pada bus1 dan bus 2 adalah:
2 1
1 1
1 1
1 G
G D
G D
G
Q Q
j P
P S
S S
2-1
2 2
2 2
2 2
2 D
G D
G D
G
Q Q
j P
P S
S S
2-2 Gambar 2.9 merupakan penyederhanaan dari gambar 2.8 menjadi daya bus bus
power untuk masing-masing bus.
1
I
2
I
1
V
2
V
S
R
S
jX
y
p
y
p
S
1
S
2
S S
Z y
1
Gambar 2.9 Bus power dengan transmisi model untuk sistem 2 bus Besar arus yang diinjeksikan pada bus 1 dan bus 2:
1 1
1 D
G
I I
I 2-3
2 2
2 D
G
I I
I 2-4
Fery Jusmedy : Studi Aliran Daya Sistem 115 kv PT. Chevron Pacific Indonesia, 2007. USU Repository © 2009
Semua besaran adalah diasumsikan dalam sistem per-unit, sehingga:
1 1
1 1
1 1
1
I V
jQ P
jQ P
I V
S 2-5
2 2
2 2
2 1
2
I V
jQ P
jQ P
I V
S
2-6
1
I
2
I
1
V
2
V
S
R
S
jX
S S
Z y
1
1
I
1
I
2
I
2
I
Gambar 2.10 Aliran arus pada rangkaian ekivalen
Aliran arus dapat dilihat pada gambar 2.10, dimana arus pada bus 1 adalah:
s p
y V
V y
V I
I I
I
2 1
1 1
1 1
2 1
1
V y
V y
y I
s s
p
2-7
2 12
1 11
V Y
V Y
I 2-8
Dimana : Y
11
adalah jumlah admitansi terhubung pada bus 1 = y
p
+ y
s
2-9 Y
12
adalah admitansi negatif antara bus 1 dengan bus 2 = -y
s
2-10 Untuk aliran arus pada bus 2 adalah :
S P
y V
V y
V I
I I
I
1 2
2 2
2 2
2
.
Fery Jusmedy : Studi Aliran Daya Sistem 115 kv PT. Chevron Pacific Indonesia, 2007. USU Repository © 2009
2 1
2
V y
y V
y I
S P
S
2-11
2 22
1 21
1
V Y
V Y
I 2-12
Dimana : Y
22
adalah jumlah admitansi terhubung pada bus 2 = y
P
+ y
S
2-13 Y
21
adalah admitansi negative antara bus 2 dengan bus 1 = -y
S
= Y
12
2-14 Dari persamaan 2-8 dan 2-12 dapat dihasilkan persamaan dalam bentuk matrik,
yaitu:
2 1
22 21
12 11
2 1
V V
Y Y
Y Y
I I
2-15
Notasi matriks dari persamaan 2-15 adalah :
bus bus
bus
V Y
I 2-16
Persamaan 2.5 hingga 2-16 yang diberikan untuk sistem 2 bus dapat dijadikan sebagai dasar untuk penyelesaian persamaan aliran daya sistem n-bus.
Gambar 2.11 menunjukkan sistem dengan jumlah n-bus dimana bus 1 terhubung dengan bus lainnya.Gambar 2.12 menunjukkan model transmisi untuk sistem n-bus.
1
I
Gambar 2.11 Sistem n-bus
Fery Jusmedy : Studi Aliran Daya Sistem 115 kv PT. Chevron Pacific Indonesia, 2007. USU Repository © 2009
1
I
Gambar 2.12 Model transmisi untuk sistem n-bus
Persamaan yang dihasilkan dari gambar 2.12 adalah :
n S
n S
S n
P P
P
y V
V y
V V
y V
V y
V y
V y
V I
1 1
13 3
1 12
2 2
1 1
1 13
1 12
1 1
... ...
3 13
2 12
13 12
1 13
12 1
... ...
...
n Sn
S S
n Sn
S S
n P
P P
V y
V y
V y
V y
y y
y y
y I
.........2-17
n n
V Y
V Y
V Y
V Y
I
1 3
13 2
12 1
11 1
...
2-18 Dimana :
n S
S S
n P
P P
y y
y y
y y
Y
1 13
12 1
13 12
11
... ...
2-19 = jumlah semua admitansi yang dihubungkan dengan bus 1
n S
n S
S
y Y
y Y
y Y
1 1
13 13
12 12
; ;
2-20
j n
j ij
V Y
I
1 1
2-21
Persamaan 2-21 dapat disubstitusikan ke Persamaan 2-5 menjadi persamaan 2-22, yaitu :
Fery Jusmedy : Studi Aliran Daya Sistem 115 kv PT. Chevron Pacific Indonesia, 2007. USU Repository © 2009
n j
j j
V Y
V I
V jQ
P
1 1
1 1
1 1
2-22
n j
j ij
n i
V Y
V jQ
P
1 1
1 1
,...., 2
, 1
2-23
Persamaan 2-23 merupakan representasi persamaan aliran daya yang nonlinear. Untuk sistem n-bus, seperti persamaan 2-15 dapat dihasilkan persamaan
2-24, yaitu:
. .
.
... .
... .
. .
... .
. .
... .
. ...
...
. .
2 1
2 1
2 22
21 1
12 11
2 1
n nn
n n
n n
n
V V
V
Y Y
Y Y
Y Y
Y Y
Y
I I
I
2-24
Notasi matriks dari persamaan 2-24 adalah:
bus bus
bus
V Y
I 2-25
Dimana:
si admi
bus matriks
Y Y
Y Y
Y Y
Y Y
Y Y
nn n
n n
n bus
tan ...
. ...
. .
. ...
. .
... ...
2 1
2 22
21 1
12 11
2-26
II.5 Klasifikasi Bus
Jenis bus pada sistem tenaga, yaitu 1. Load bus bus beban
Setiap bus yang tidak memiliki generator disebut dengan load bus. Pada bus ini daya aktif P dan daya reaktif Q diketahui sehingga sering juga disebut bus PQ.
Daya aktif dan reaktif yang disuplai ke dalam sistem tenaga adalah mempunyai
Fery Jusmedy : Studi Aliran Daya Sistem 115 kv PT. Chevron Pacific Indonesia, 2007. USU Repository © 2009
nilai positif, sementara daya aktif dan reaktif yang dikonsumsi bernilai negatif. Besaran yang dapat dihitung pada bus ini adalah V dan d.
2. Generator bus bus generator Generator bus dapat disebut dengan voltage controlled bus karena tegangan pada
bus dibuat selalu konstan. Setiap bus generator dimana memiliki daya megawatt yang dapat diatur melalui prime mover penggerak mula dan besaran tegangan
yang dapat diatur melalui arus eksitasi generator sehingga bus ini sering juga disebut dengan PV bus. Besaran yang dapat dihitung dari bus ini adalah Q dan d.
3. Slack bus Slack bus sering juga disebut dengan Swing bus atau rel berayun. Adapun besaran
yang diketahui dari bus ini adalah tegangan V dan sudut beband. Suatu sistem tenaga biasanya didesign memiliki bus ini yang dijadikan referensi yaitu besaran d
= 0 . Besaran yang dapat dihitung dari bus ini adalah daya aktif dan reaktif.
Secara singkat klasifikasi bus dalam sistem tenaga terdapat pada tabel 2.1 yaitu besaran yang dapat diketahui dan tidak dapat diketahui pada bus tersebut.
Tabel 2.1 Klasifikasi Bus Pada Sistem Tenaga Tipe Bus
Besaran yang Diketahui Besaran Yang Tidak
Diketahui Slack
[V] = 1.0 ; = 0 P, Q
Generator PV Bus
P, [V] Q,
Load PQ Bus P, Q
[V],
Fery Jusmedy : Studi Aliran Daya Sistem 115 kv PT. Chevron Pacific Indonesia, 2007. USU Repository © 2009
II.6 Tanda P dan Q
Salah satu yang harus diingat dalam analisa aliran daya adalah tanda daya nyata P dan daya reaktif Q. Daya reaktif lagging adalah daya reaktif positif
menunjukkan arusnya bersifat induktif dan daya reaktif leading adalah daya negatif menunjukkan arusnya bersifat kapasitif dan arus bus positif adalah arus yang arahnya
menuju bus. Dikarenakan aliran arus generator menuju bus dan aliran arus beban meninggalkan bus, sehingga tanda daya adalah positif untuk bus generator dan negatif
untuk bus beban. Oleh karena itu, dapat mengikuti ketentuan yang telah dibuat, yaitu:
1. P dan Q dengan bus beban bersifat induktif bus beban dengan faktor daya
lagging adalah kedua nilai negative .
jQ P
S 2.
P dan Q dengan bus beban bersifat kapasitif bus beban dengan faktor daya leading adalah negative dan positif berturut-turut
Q P
S .
3. P dan Q bus generator bersifat induktif bus dengan generator sedang beroperasi
pada faktor daya lagging adalah kedua bernilai positif
jQ P
S
. 4.
P dan Q bus generator bersifat kapasitif bus dengan generator sedang beroperasi faktro daya leading.
5. Daya reaktif dari peralatan kompensasi kapasitif shunt dilokasi bus adalah positif.
II.7 Metode Aliran Daya Iterasi Gauss-Seidel
Persamaan aliran daya 2-23 yang telah dituliskan sebelumnya, yaitu:
n j
j ij
n i
V Y
V jQ
P
1 1
1 1
,...., 2
, 1
Fery Jusmedy : Studi Aliran Daya Sistem 115 kv PT. Chevron Pacific Indonesia, 2007. USU Repository © 2009
n i
j j
j ij
i i
ii i
V Y
V V
Y V
jQ P
, 1
1 1
2-27
n i
j j
j ij
i i
i i
ii i
V Y
V jQ
P V
Y V
, 1
2-28
n i
j j
j ij
i i
i i
ii
V Y
V jQ
P V
Y
, 1
2-29
Sehingga persamaan 2-29 menjadi:
ii n
i j
j j
ij i
i i
i
Y V
Y V
jQ P
V
, 1
2-30
n i
j j
j ij
i i
i ii
i
V Y
V jQ
P Y
V
, 1
1 2-31
Dari persamaan 2-27 juga didapatkan:
n i
j j
j ij
i i
ii i
i
V Y
V V
Y V
P
, 1
Re 2-32
n i
j j
j ij
i i
ii i
i
V Y
V V
Y V
ag Q
, 1
Im
2-33
Langkah-langkah perhitungan algoritma dengan menggunakan metode Gauss-Seidel adalah sebagai berikut:
1. Perhitungan matriks admitansi bus Y
bus
dalam per unit. 2.
Tentukan bus referensi slack bus untuk besaran tegangan dan sudut phasa yang tidak diketahui, yaitu:
[V] = 1.0, d = 0 3.b Untuk bus beban load bus, tentukan
i
V dari persamaan 2-31
Fery Jusmedy : Studi Aliran Daya Sistem 115 kv PT. Chevron Pacific Indonesia, 2007. USU Repository © 2009
n i
j j
k j
ij k
i i
i ii
k i
V Y
V jQ
P Y
V
, 1
1
1
Dimana k = jumlah iterasi. Untuk bus generator voltage controlled, menentukan
i
V dengan
menggunakan persamaan 2-33 dan 2-31 secara bersama. Sehingga besar daya reaktif yang diketahui terlebih dahulu, yaitu:
n i
j j
k j
ij ii
k i
k i
k i
V Y
Y V
V ag
Q
, 1
1
Im
Kemudian setelah itu, hitung
i
V dengan:
n i
j j
k j
ij k
i i
i ii
k i
V Y
V jQ
P Y
V
, 1
1
1
Bagaimanapun,
i
V telah ditetapkan untuk bus generator. Sehingga,
1 ,
, 1
k calc
i spec
i k
i
V V
. 3.b Untuk konvergensi yang cepat, menggunakan faktor akselerasi untuk bus
beban
k acc
i k
i k
acc i
k acc
i
V V
V V
, ,
1 ,
2-34 Dimana a = faktor akselerasi
4. Konvergensi besaran nilai
k i
k i
V V
1
Re Re
2-35
Fery Jusmedy : Studi Aliran Daya Sistem 115 kv PT. Chevron Pacific Indonesia, 2007. USU Repository © 2009
Hal ini adalah perbedaan nilai absolut bagian nyata tegangan dengan hasil iterasi yang berturut-turut harus lebih kecil dari nilai toleransi e. Biasanya
= 10
-4
, dan juga
k i
k i
V V
1
Im Im
2-36
Hal ini adalah nilai absolut bagian imaginer tegangan yang dihasilkan iterasi secara berturut seharusnya lebih kecil dari nilai toleransi e.
Apabila perbedaannya lebih besar dari toleransi maka kembali ke langkah 3, dan apabila perbedaan lebih kecil dari toleransinya maka hasil solusinya
sudah konvergensi dan lanjutkan langkah 6. 5.
Menentukan daya P
G
dan Q
G
dari persamaan 2-23 6.
Menentukan aliran arus pada jaringan.
Bus i Bus j
i
V
j
V
y
pi
y
pj
ij
I
ji
I
pi
I
pj
I
s
I
Gambar 2.13 Ilustrasi aliran pada line dengan sistem 2 bus
Perhitungan besaran arus pada jaringan line merupakan langkah terakhir dari perhitungan aliran daya setelah diketahui hasil perhitungan tegangan
pada masing-masing bus. Ilustrasi perhitungan arus jaringan dapat dilihar dari gambar 2.13 yang merupakan sistem dengan 2 bus. Arus jaringan
ij
I ,
pada bus i didefenisikan sebagai positif karena mengalir dari i menuju j.
Fery Jusmedy : Studi Aliran Daya Sistem 115 kv PT. Chevron Pacific Indonesia, 2007. USU Repository © 2009
pi i
ys j
i pi
S ij
y V
V V
I I
I 2-37
Sehingga besaran daya S
ij
dan S
ji
bernilai positif pada bus i dan j secara berturut-turut.
pi i
s j
i i
ij i
ij ij
ij
y V
y V
V V
I V
Q P
S
2
2-38
pj j
s i
j j
ji j
ji ji
ji
y V
y V
V V
I V
Q P
S
2
2-39 Rugi-rugi daya pada jaringan i-j adalah penjumlahan bilangan yang telah
dihitung pada persamaan 2-38 dan 2-39.
ji ij
Lij
S S
S 2-40
Fery Jusmedy : Studi Aliran Daya Sistem 115 kv PT. Chevron Pacific Indonesia, 2007. USU Repository © 2009
BAB III METODE ALIRAN DAYA SISTEM 115 KV PT.CPI DENGAN ETAP 4.0
III.1 Umum
ETAP Electrical Transient Analyzer Program merupakan suatu program yang menampilkan secara GUI Graphical User Interface tentang analisis sistem
tenaga. Program ETAP dibuat oleh perusahaan Operation Technology, Inc OTI dari tahun 1995. ETAP versi 4.0 merupakan salah satu produk OTI yang dikeluarkan pada
tahun 2000. Tujuan program ETAP 4.0 dibuat adalah untuk memperoleh perhitungan dan analisis sistem tenaga pada sistem yang besar menggunakan komputer.
Program ETAP 4.0 dapat digunakan untuk studi aliran daya pada sistem yang besar dengan jumlah bus yang unlimited. Sistem 115 KV PT.Chevron Pacific
Indonesia CPI merupakan sistem yang cukup besar dan memiliki sekitar 34 bus, oleh karena itu program ETAP 4.0 dapat digunakan untuk analisis aliran daya sistem
115 KV PT. Chevron Pacific Indonesia.
Fery Jusmedy : Studi Aliran Daya Sistem 115 kv PT. Chevron Pacific Indonesia, 2007. USU Repository © 2009
III.2 Metode Aliran Daya Menggunakan ETAP 4.0
Pada gambar 3.1 merupakan flowchart metode aliran daya sehingga dapat dijelaskan metode aliran daya sistem 115 KV PT. Chevron Pacific Indonesia
menggunakan program ETAP 4.0.
Gambar 3.1 Flowchart studi aliran daya menggunakan ETAP 4.0
Mulai Buat One-Line
Diagram
Masukan Data: GeneratorKV, MW, MVAR
TransformatorKV, MVA, Z, XR Transmisipanjang, R, X, Y
Pengamanrating dari library BusKV, V, angle, LDF
Tentukan Swing Bus
Run Program
Output Load Flow
Selesai Masukan data Studi Kasus:
Metode, Max. Iterasi, Precision, loading category,
Charger loading, Load Diversity factor, initial
Condition, update. Tidak
Tidak
Ya
Fery Jusmedy : Studi Aliran Daya Sistem 115 kv PT. Chevron Pacific Indonesia, 2007. USU Repository © 2009
Gambar 3.1 merupakan diagram alir flowchart studi aliran daya menggunakan ETAP 4.0, dimana proses pertama dimulai hingga keluaran program.
Proses metode aliran daya sesuai gambar 3.1 adalah: 1.
Membuat one-line diagram sistem yang akan dibahas, dalam tulisan ini adalah sistem 115 KV PT. Chevron Pacific Indonesia.
2. Data generator, transformator, transmisi, pengaman, dan bus dapat dimasukan
ke dalam program setelah one-line diagram dibuat. 3.
Menentukan sebuah atau beberapa swing generator, setelah data generator, transformator, transmisi, pengaman, dan bus dimasukan.
4. Masukan data studi kasus yang ditinjau.
5. Jalankan program ETAP 4.0 dengan memilih icon load flow analysis pada
toolbar. Program tidak jalan error apabila terdapat kesalahan, data yang kurang, dan swing generator sehingga data dapat dimasukan kembali.
6. Keluaran studi aliran daya dapat diketahui setelah program dapat dijalankan.
Untuk melihat hasil keluaran aliran daya di load flow report manager yang terdapat di toolbar sebelah kanan program.
III.3 Prosedur Menggunakan ETAP 4.0
Membuat one-line diagram sistem pembangkitan seperti langkah-langkah di bawah ini.
1. Jalankan program ETAP 4.0.
Program ETAP 4.0 dapat digunakan setelah diinstall kedalam komputer, setelah itu program dapat digunakan dengan cara mengklik program ETAP.
Fery Jusmedy : Studi Aliran Daya Sistem 115 kv PT. Chevron Pacific Indonesia, 2007. USU Repository © 2009
Setelah program dijalankan maka akan tampak tampilan seperti gambar 3.2 yang merupakan tampilan pertama program ETAP 4.0.
Gambar 3.2 Tampilan pertama ETAP 4.0 2.
Membuat studi kasus yang baru Untuk membuat studi kasus yang baru maka pada gambar 3.2 klik file
new project akan muncul seperti gambar 3.3, setelah itu tulis name project, dan pilih
unit system dan required password sesuai dengan kebutuhan.
Gambar 3.3 Tampilan create new project file
Fery Jusmedy : Studi Aliran Daya Sistem 115 kv PT. Chevron Pacific Indonesia, 2007. USU Repository © 2009
Setelah pada gambar 3.3 diklik ok maka akan tampil seperti gambar 3.4.
Gambar 3.4 Tampilan user information ETAP 4.0 Masukan user name
full name description
password ok sesuai dengan
kebutuhan maka akan tampil gambar 3.5. 3.
Membuat one-line diagram
Gambar 3.5 Tampilan utama program ETAP 4.0
Fery Jusmedy : Studi Aliran Daya Sistem 115 kv PT. Chevron Pacific Indonesia, 2007. USU Repository © 2009
Pada gambar 3.5 terdapat ruang untuk menggambar one-line diagram dengan menggunakan template yang terdapat pada toolbar terletak di sebelah kanan. One-
line diagram yang telah dibuat sperti pada gambar 3.6 di bawah ini.
Gambar 3.6 One-line diagram dalam ETAP 4.0 One-line diagram sistem 115 KV PT. Chevron Pacific Indonesia yang lengkap
dapat dilihat pada lampiran 1.
III.4 Data Load Flow
Sistem 115 KV PT. Chevron Pacific Indonesia dapat dilihat pada one-line diagram PT.CPI. Data dimasukan setelah one-line diagram sistem 115 KV PT. CPI
direpresentasikan ke dalam program ETAP 4.0. Data yang dibutuhkan adalah data pada generator, bus, transmisi, transformator, pengaman, dan beban sistem 115 KV
PT. CPI.
Fery Jusmedy : Studi Aliran Daya Sistem 115 kv PT. Chevron Pacific Indonesia, 2007. USU Repository © 2009
III.4.1 Data Pembangkit Generator
Data generator yang dibutuhkan untuk analisis aliran daya adalah:
ID Generator Generator type turbo, hydro wo damping
Operating mode Swing, Voltage Control, dan Mvar Control Rated KV
V dan Angle untuk swing mode of operation
V, MW loading, dan Mvar limits Qmax dan Qmin untuk Voltage Control
mode of operation MW dan Mvar loading untuk Mvar control mode of operation.
Data generator yang digunakan untuk analisis aliran daya sistem 115 KV PT. Chevron Pacific Indonesia terdapat pada lampiran 2.
Tampilan gambar data program ETAP 4.0 dapat dilihat pada gambar 3.7 di bawah ini.
Gambar 3.7 Tampilan data generator pada program ETAP 4.0
Fery Jusmedy : Studi Aliran Daya Sistem 115 kv PT. Chevron Pacific Indonesia, 2007. USU Repository © 2009
Gambar 3.7 merupakan data generator CGN-G1 pada Nort duri Switchyard. Kapasitas generatornya adalah 120 MW. Pada gambar terlihat data Var limits,
effisiensi, dan kutub dan kecepatan generator.
III.4.2 Data Transformator
Data transformator yang dibutuhkan untuk analisis aliran daya dengan program ETAP 4.0 adalah:
ID transformator Rated KV di sisi primer dan sekunder
Rated MW Impedansi Z dan XR
Fixed tap tap Data transformator yang digunakan untuk analisis aliran daya sistem 115 KV
PT. Chevron Pacific Indonesia terdapat pada lampiran 3. Tampilan data transformator pada program ETAP 4.0 terdapat pada gambar
3.8 di bawah ini.
Gambar 3.8 Tampilan data transformator pada ETAP 4.0
Fery Jusmedy : Studi Aliran Daya Sistem 115 kv PT. Chevron Pacific Indonesia, 2007. USU Repository © 2009
Gambar 3.8 merupakan transformator pada gardu induk Cogen. Kapasitas daya dari transformator ini adalah 150 MVA dengan tegangan primer 230 KV dan
sekunder adalah 13,8 KV. Pada gambar terlihat impedansi positif dan nol dari transformator.
III.4.3 Data Transmisi
Data saluran transmisi dalam program ETAP 4.0 seperti pada gambar 3.9 di bawah ini.
Data saluran transmisi untuk analisis aliran daya sistem 115 KV PT. Chevron Pacific Indonesia menggunakan program ETAP 4.0 terdapat pada lampiran 4.
Tampilan data transmisi dalam program ETAP 4.0 seperti pada gambar 3.9 di bawah ini.
Gambar 3.9 Tampilan data transmisi pada ETAP 4.0 Gambar 3.9 merupakan data transmisi saluran antara Cogen dengan Kotabatak
Junction 230A. Pada gambar terlihat besar impedansi dengan R sebesar 6.49751, X sebesar 37.1605, dan Y sebesar 0.0002112 dalam ohmmile.
Fery Jusmedy : Studi Aliran Daya Sistem 115 kv PT. Chevron Pacific Indonesia, 2007. USU Repository © 2009
III.4.4 Data Bus
Data bus yang dibutuhkan untuk analisis aliran daya menggunakan program ETAP 4.0 adalah:
ID bus Nominal KV
V dan Angle bila initial condition digunakan untuk bus voltages Load Diversity Factor bila loading option menggunakan diversity factor
Data bus yang digunakan untuk analisis aliran daya sistem 115 KV PT. Chevron Pacific Indonesia menggunakan program ETAP 4.0 terdapat pada lampiran
5. Tampilan data bus pada program ETAP 4.0 seperti pada gambar 3.10 di bawah
ini.
Gambar 3.10 Tampilan data bus pada program ETAP 4.0 Gambar 3.10 merupakan bus pada PLTG Cogen dengan tegangan kerja 230
KV. Pada gambar terlihat initial voltage sebesar 100 dengan sudut 0, load diversity sebesar 100 set default.
Fery Jusmedy : Studi Aliran Daya Sistem 115 kv PT. Chevron Pacific Indonesia, 2007. USU Repository © 2009
III.4.5 Data Beban
Data beban sistem 115 KV PT. Chevron Pacific Indonesia yang digunakan adalah data beban 391 MW. Ada 2 jenis beban dalam program ETAP 4.0 yaitu: static
load dan lumped load. Static load merupakan beban yang dominan adalah beban rumah tangga statis, sedangkan lumped load merupakan beban yang diminan adalah
industri. Pada analisi aliran daya ini beban dianggap ter-lump dan dianggap terhubung pada rel
115 kV.
Lumped Load
Data beban lumped load yang dibutuhkan untuk analisis aliran daya menggunakan ETAP 4.0 adalah:
Load ID Rated KV, MVA, power factor, dan motor load
Loading category ID dan Loading Data yang digunakan untuk analisis aliran daya sistem 115 KV PT. Chevron
Pacific Indonesia menggunakan program ETAP 4.0 terdapat pada lampiran 6. Tampilan data lumped load pada program ETAP 4.0 seperti pada gambar 3.11
di bawah ini.
Gambar 3.11 Tampilan data lumped load pada program ETAP 4.0
Fery Jusmedy : Studi Aliran Daya Sistem 115 kv PT. Chevron Pacific Indonesia, 2007. USU Repository © 2009
Gambar 3.11 merupakan beban Petapahan sebesar 2,562 MVA. Pada gambar terlihat faktor daya sebesar 85, arus 12.86 Ampere, persen beban static load
sebesar 5, dan loading category sebesar 100.
III.4.6 Data Pengaman
Data pengaman high voltage circuit breaker yang digunakan untuk analisis aliran daya sistem 115 KV PT. Chevron Pacific Indonesia berdasarkan data yang ada
pada library ETAP 4.0, dimana standar yang digunakan adalah ANSI. Data pengaman diambil berdasarkan besar tegangan yang terdapat pada library.
III.4.7 Data Load Flow Study Case
Load flow study case LFSC merupakan masalah yang ditinjau untuk studi aliran daya. LFSC meliputi metode aliran daya, loading category, load diversity
factor, charger loading, dan initial condition. LFSC yang digunakan untuk analisis aliran daya sistem 115 KV PT. Chevron Pacific Indonesia seperti pada gambar 3.12
adalah: 1.
Metode aliran daya : Accelerated Gauss-Seidel
Maximum iteration : 5000
Precision ketepatan : 0,000001
2. Loading category : Design
3. Loading diversity factor : None
4. Charger loading : Loading Category
5. Initial condition : Use bus voltages
Fery Jusmedy : Studi Aliran Daya Sistem 115 kv PT. Chevron Pacific Indonesia, 2007. USU Repository © 2009
Gambar 3.12 Tampilan data load flow study case Gambar 3.12 merupakan tampilan data LFSC yang digunakan untuk analisis
aliran daya sistem 115 KV PT. Chevron Pacific Indonesia.
Fery Jusmedy : Studi Aliran Daya Sistem 115 kv PT. Chevron Pacific Indonesia, 2007. USU Repository © 2009
BAB IV HASIL STUDI ALIRAN DAYA SISTEM 115 KV
