50
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1. Pengukuran AMR Automatic Meter Reading
Untuk studi rugi-rugi energi pada jaringan tegangan menengah, penyulang yang dipilih adalah satu buah penyulang, yaitu penyulang KI.4-Mawas milik PT.
PLN Wilayah Sumut. Untuk studi rugi-rugi energi ini, data energi yang digunakan adalah data dari tanggal 1 Oktober 2013 sampai dengan 1 November 2013. Data
energi pada penyulang KI.4-Mawas diperlihatkan pada Tabel 4.1. Tabel 4.1 Data energi penyulang KI.4-Mawas
Nama Penyulang Stand kWh
Akhir Stand kWh
Awal Faktor
kali Energi
kWh KI.4 Mawas
310.193.601 306.162.600 1
4.031.001
Sedangkan pada Tabel 4.2 dapat dilihat data energi dari gardu-gardu pada penyulang KI.4-Mawas.
Tabel 4.2 Data energi gardu-gardu penyulang KI.4-Mawas No
Gardu ID AMR Gardu
Faktor kali
Stand kWh akhir
– awal Energi
kWh 1
ML.89 120130053894
1600 335,721
537.153,6 2
ML.94 120130054391
800 314,080
251.264,0 3
ML.445 120130499180
400 137,231
54.829,4 4
ML.135 120130079299
60 146,000
8.760,0 5
ML.136 120130005791
800 56,813
45.450,4 6
ML.242 120130113015
7000 378,403 2.648.821,0
7 ML.307
120130178478 400
8 ML.174
120130011562 2000
219,836 439.672
9 ML.146
120130011555 1
140,000 140,0
Universitas Sumatera Utara
51 Pada data No. 6 dari Tabel 4.2 tercatat bahwa hasil pembacaan AMR untuk
pelanggan ML.307 adalah nol. Hal ini dikarenakan pabrik ini tidak lagi beroperasi.
Besarnya rugi-rugi energi dan persentase rugi-rugi energi pada jaringan tegangan menengah dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :
∑ ∑
Maka, besarnya rugi-rugi energi pada jaringan tegangan menengah untuk penyulang KI.4-Mawas diperlihatkan pada Tabel 4.3 :
Tabel 4.3 Data rugi-rugi energi pada penyulang KI.4-Mawas Energi penyulang
kWh Σ Energi
gardu kWh
Rugi-rugi energi
kWh Rugi-rugi
energi 4.031.001
3.986.090,4 44.910,6
1,11 3.1
3.2
Universitas Sumatera Utara
52
4.2. Estimasi Rugi-rugi Energi
Dari kurva beban harian di bulan Oktober kita dapat melihat perubahan beban dalam waktu 24 jam dalam 1 hari. Gambar 4.1 adalah gambar kurva beban
harian pada hari Selasa, 1 Oktober 2013 penyulang KI.4-Mawas. Sumbu X adalah waktu dalam jam dan sumbu Y adalah beban dalam kW.
Gambar 4.1 Kurva Beban Harian Penyulang KI.4-Mawas Kurva beban harian ini digambarkan melalui pencatatan data real time dari
peralatan pengukuran di sisi incoming penyulang distribusi. Data yang dicatat melalui alat ukur meliputi data arus, cos phi, tegangan, dan beban setiap 1 jam
selama 24 jam. Pada Tabel 4.4 kita dapat melihat bahwa nilai cos phi dan tegangan hampir konstan, sedangkan nilai arus dan beban berubah-ubah dalam
fungsi waktu.
Dengan menggunakan data Load Profile penyulang KI.4-Mawas pada bulan Oktober 2013 dapat dilakukan estimasi rugi-rugi energi.
1.000 2.000
3.000 4.000
5.000 6.000
7.000
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Be ban
[KW ]
Waktu [Pukul]
Kurva Beban Harian Selasa, 1 Oktober 2013
Universitas Sumatera Utara
53 4.2.1. Perhitungan faktor beban
∑
Tabel 4.4 Nilai Rasio terhadap
JAM KI 4-Mawas
AMPER Cos
Ø V L-L
P Li
R S
T Avg
kV kW
01:00 170
170 170
0,87 20,0
5123,406289 0,772727
02:00 170
170 170
0,87 20,0
5123,406289 0,772727
03:00 170
170 170
0,87 20,0
5123,406289 0,772727
04:00 170
170 170
0,87 20,0
5123,406289 0,772727
05:00 180
180 180
0,87 20,0
5424,783129 0,818182
06:00 180
180 180
0,87 20,0
5424,783129 0,818182
07.00 190
190 190
0,87 20,0
5726,159970 0,863636
08.00 200
200 200
0,87 20,0
6027,536810 0,909091
09:00 220
220 220
0,87 19,7
6530,836134 0,985000
10:00 220
220 220
0,87 19,7
6530,836134 0,985000
11:00 220
220 220
0,87 19,7
6530,836134 0,985000
12:00 220
220 220
0,87 20,0
6630,290491 1,000000
13:00 220
220 220
0,87 19,8
6563,987586 0,990000
14:00 220
220 220
0,87 19,7
6530,836134 0,985000
15:00 220
220 220
0,87 19,5
6464,533229 0,975000
16:00 220
220 220
0,87 19,5
6464,533229 0,975000
17:00 210
210 210
0,87 19,8
6265,624514 0,945000
18:00 210
210 210
0,87 19,8
6265,624514 0,945000
19:00 160
160 160
0,87 20
4822,029448 0,727273
20:00 160
160 160
0,87 20
4822,029448 0,727273
21:00 170
170 170
0,87 20
5123,406289 0,772727
22:00 180
180 180
0,87 20
5424,783129 0,818182
23:00 180
180 180
0,87 20
5424,783129 0,818182
24:00 180
180 180
0,87 20
5424,783129 0,818182
2.12
Universitas Sumatera Utara
54 Maka, diperoleh :
0,872992
4.2.2. Perhitungan faktor rugi-rugi aktual ∑
Data nilai kuadrat rasio terhadap
hari 1 ditunjukkan pada Tabel 4.5.
Tabel 4.5 Nilai Kuadrat Rasio terhadap
JAM KI 4-Mawas
AMPER Cos Ø
V
L-L P
Li
Li²
R S
T Avg
kV kW
01:00
170 170 170
0,87
20,0
5123,406289 0,772727
0,597107 02:00
170 170 170
0,87
20,0
5123,406289 0,772727
0,597107 03:00
170 170 170
0,87
20,0
5123,406289 0,772727
0,597107 04:00
170 170 170
0,87
20,0
5123,406289 0,772727
0,597107 05:00
180 180 180
0,87
20,0
5424,783129 0,818182
0,669421 06:00
180 180 180
0,87
20,0
5424,783129 0,818182
0,669421
07.00
190 190 190
0,87
20,0
5726,159970 0,863636
0,745868
08.00
200 200 200
0,87
20,0
6027,536810 0,909091
0,826446 09:00
220 220 220
0,87
19,7
6530,836134 0,985000
0,970225 10:00
220 220 220
0,87
19,7
6530,836134 0,985000
0,970225 11:00
220 220 220
0,87
19,7
6530,836134 0,985000
0,970225 12:00
220 220 220
0,87
20,0
6630,290491 1,000000
1,000000 13:00
220 220 220
0,87
19,8
6563,987586 0,990000
0,980100 14:00
220 220 220
0,87
19,7
6530,836134 0,985000
0,970225 15:00
220 220 220
0,87
19,5
6464,533229 0,975000
0,950625 16:00
220 220 220
0,87
19,5
6464,533229 0,975000
0,950625 17:00
210 210 210
0,87
19,8
6265,624514 0,945000
0,893025 18:00
210 210 210
0,87
19,8
6265,624514 0,945000
0,893025 19:00
160 160 160
0,87 20
4822,029448 0,727273
0,528926 20:00
160 160 160
0,87 20
4822,029448 0,727273
0,528926 21:00
170 170 170
0,87 20
5123,406289 0,772727
0,597107 22:00
180 180 180
0,87 20
5424,783129 0,818182
0,669421 23:00
180 180 180
0,87 20
5424,783129 0,818182
0,669421 24:00
180 180 180
0,87 20
5424,783129 0,818182
0,669421
2.11
Universitas Sumatera Utara
55 Maka, diperoleh :
0,771296
Dengan perhitungan yang sama terhadap data hari ke-2 sampai dengan data hari ke-31, maka akan diperoleh nilai kumpulan
dan selama 1 bulan. Data
hasil perhitungan ditunjukkan pada Tabel 4.6. Tabel 4.6 Nilai
dan bulan Oktober
Hari
1 0,872992
0,771296247
2 0,704559
0,523605013
3 0,685371
0,501284938
4 0,683391
0,500501006
5 0,766561
0,622711079
6 0,945225
0,894328896
7 0,713449
0,530980363
8 0,838889
0,709524777
9 0,746510
0,581312036
10 0,772185
0,610044642
11 0,896667
0,809421354
12 0,791381
0,63250668
13 0,758577
0,581504561
14 0,824618
0,691355058
15 0,720421
0,531277726
16 0,752585
0,618840064
17 0,870087
0,764445472
18 0,901487
0,815343054
19 0,863356
0,750148091
20 0,948092
0,899586045
21 0,920822
0,850366462
22 0,902456
0,818743946
23 0,847045
0,719869478
24 0,826604
0,68951382
25 0,650853
0,435139114
26 0,697752
0,502945439
27 0,930776
0,868953562
28 0,755268
0,60288309
29 0,676904
0,496214079
30 0,859815
0,74736987
31 0,883678
0,785812644
Universitas Sumatera Utara
56 4.2.3. Estimasi Konstanta A dan B
di mana A + B = 1
Untuk menentukan nilai estimasi konstanta A dan B dilakukan dengan bantuan software
statistika, yaitu SPSS dengan analisis regresi nonlinier. Berikut dijelaskan proses estimasi konstanta A dan B.
Masukan data dari tabel 4.6 ke dalam SPSS seperti pada Gambar 4.2 LDF sebagai X
EQF sebagai fungsi Y Dari persamaan 3, fungsi Y dituliskan sebagai
Gambar 4.2 Tampilan awal Software SPSS 2.8
2.9
Universitas Sumatera Utara
57 Jalankan analisis regresi nonlinier seperti pada Gambar 4.3
Gambar 4.3 Tampilan Analisis Regresi Nonlinier Pada Software SPSS Lakukan pemodelan seperti pada Gambar 4.4
Gambar 4.4 Pemodelan Fungsi Regresi Nonlinier Pada Software SPSS
Universitas Sumatera Utara
58 Hasil
Tabel 4.7 Hasil Estimasi Konstanta A dan B
Parameter Estimates
Parameter Estimate
Std. Error 95 Confidence Interval
Lower Bound Upper Bound
a ,146
,021 ,104
,188 b
,843 ,025
,792 ,894
Dari hasil pengolahan data pada Tabel 4.7 dengan software SPSS, maka diperoleh nilai estimasi konstanta A sebesar 0,146 dan B sebesar 0,843. Hasil
lengkap analisis regresi nonlinier dapat dilihat pada Lampiran 1.
4.2.4. Estimasi rugi-rugi saluran Untuk menentukan nilai estimasi rugi-rugi saluran
dilakukan dengan bantuan software analisis sistem tenaga listrik, yaitu ETAP dengan
analisis studi aliran daya. Berikut dijelaskan proses estimasi rugi-rugi saluran .
4.2.4.1.Metode aliran daya menggunakan ETAP 7.5.0 Software
ETAP Power Station 7.5.0 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 7.5.0
merupakan salah satu produk OTI yang dikeluarkan pada tahun 2010. Tujuan program ETAP dibuat adalah untuk mempermudah perhitungan dan analisis
sistem tenaga pada sistem menggunakan komputer [17].
Universitas Sumatera Utara
59 Program ETAP dapat digunakan untuk studi aliran daya mulai dari sistem
yang kecil sampai dengan sistem besar dengan jumlah bus yang unlimited. Gambar 4.5 merupakan flowchart metode aliran daya sehingga dapat
dijelaskan metode aliran daya sistem 20 kV PT. PLN menggunakan program ETAP 7.5.0.
Proses metode aliran daya sesuai Gambar 4.5 adalah : 1. Membuat one-line diagram sistem yang akan dibahas, dalam tulisan
ini adalah sistem 20 kV pada penyulang KI.4-Mawas milik PT. PLN Wilayah Sumut.
2. Data power grid, bus, transmisi, kabel, transformator, lumped load, dan static load dapat dimasukan ke dalam program setelah one-line
diagram dibuat.
3. Menentukan mode swing pada power grid sebagai suplai yang diambil oleh sistem sebagai sumber tegangan. Dalam hal ini adalah PT. PLN.
4. Masukan data studi kasus yang ditinjau. 5. Jalankan program ETAP 7.5.0 dengan memilih icon load flow
analysis pada toolbar. Program tidak jalan error apabila terdapat
kesalahan, data yang kurang, dan tentukan mode swing pada power grid 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.
Universitas Sumatera Utara
60 Gambar 4.5 Flowchart Studi Aliran Daya Menggunakan ETAP 7.5.0
Universitas Sumatera Utara
61 4.2.4.2.Prosedur menggunakan ETAP 7.5.0
Membuat one-line diagram sistem pembangkitan seperti langkah-langkah di bawah ini.
1. Jalankan program ETAP 7.5.0 Program ETAP 7.5.0 dapat digunakan setelah di-install kedalam
komputer, setelah itu program dapat digunakan dengan cara mengklik program ETAP. Setelah program dijalankan maka akan tampak
tampilan seperti Gambar 4.6 yang merupakan tampilan pertama program ETAP 7.5.0.
Gambar 4.6 Tampilan Pertama ETAP 7.5.0 2. Membuat studi kasus yang baru
Untuk membuat studi kasus yang baru maka pada Gambar 4.7 klik menu file new project akan muncul seperti Gambar 4.8, setelah itu
tulis name project, dan pilih unit system dan required password sesuai dengan kebutuhan.
Universitas Sumatera Utara
62 Gambar 4.7 Tampilan Menu File
Gambar 4.8 Tampilan Create New Project File Setelah pada Gambar 4.8 diklik ok maka akan tampil seperti
Gambar 4.9.
Universitas Sumatera Utara
63 Gambar 4.9 Tampilan User Information ETAP 7.5.0
Masukan user name full name description password ok
sesuai dengan kebutuhan maka akan tampil Gambar 4.10. 3. Membuat one-line diagram
Gambar 4.10 Tampilan Utama Program ETAP 7.5.0
Universitas Sumatera Utara
64 Pada Gambar 4.10 terdapat ruang untuk menggambar one-line
diagram dengan menggunakan template yang terdapat pada toolbar
terletak di sebelah kanan. One line diagram yang telah dibuat seperti pada Gambar 4.11 di bawah ini.
Gambar 4.11 One-line Diagram Dalam ETAP 7.5.0 One-line diagram
sistem 20 kV penyulang KI.4-Mawas PT. PLN yang lengkap dapat dilihat pada Lampiran 2.
4.2.4.3.Data load flow Data dimasukan setelah one-line diagram sistem 20 kV penyulang KI.4-
Mawas PT. PLN direpresentasikan ke dalam program ETAP 7.5.0. Data yang dibutuhkan adalah data power grid, bus, kabel, transmisi, transformator, lumped
load , dan static load.
Universitas Sumatera Utara
65 a. Data power grid
Data power grid yang dibutuhkan untuk analisis aliran daya adalah : Nominal kV
MVAsc XR
Tampilan gambar data power grid pada program ETAP 7.5.0 dapat dilihat pada Gambar 4.12 di bawah ini.
Gambar 4.12 Tampilan Data Power Grid Pada Program ETAP 7.5.0 b. Data bus
Data bus yang dibutuhkan untuk analisis aliran daya menggunakan program ETAP 7.5.0 adalah :
Nominal kV V
Vangle LDF
Universitas Sumatera Utara
66 Tampilan data bus pada program ETAP 7.5.0 seperti pada Gambar 4.13 di bawah
ini.
Gambar 4.13 Tampilan Data Bus Pada Program ETAP 7.5.0 c. Data transmisi
Data transmisi yang dibutuhkan untuk analisis aliran daya menggunakan program ETAP 7.5.0 adalah :
Panjang dan jenis saluran Impedansi urutan positif
Impedansi urutan negatif Impedansi urutan nol
Tampilan data transmisi dalam program ETAP 7.5.0 seperti pada Gambar 4.14 dan Gambar 4.15 di bawah ini.
Universitas Sumatera Utara
67 Gambar 4.14 Tampilan Data Panjang Saluran Transmisi Pada ETAP 7.5.0
Gambar 4.15 Tampilan Data Impedansi Saluran Transmisi Pada ETAP 7.5.0
Universitas Sumatera Utara
68 Untuk data saluran transmisi panjang dan impedansi saluran dapat dilihat pada
Lampiran 3. d. Data kabel
Data transmisi yang dibutuhkan untuk analisis aliran daya menggunakan program ETAP 7.5.0 adalah :
Panjang kabel Impedansi urutan positif
Impedansi urutan nol Tampilan data kabel dalam program ETAP 7.5.0 seperti pada Gambar 4.16 dan
Gambar 4.17 di bawah ini.
Gambar 4.16 Tampilan Data Panjang Kabel Pada ETAP 7.5.0
Universitas Sumatera Utara
69 Gambar 4.17 Tampilan Data Impedansi Kabel Pada ETAP 7.5.0
Untuk data kabel panjang dan impedansi kabel dapat dilihat pada Lampiran 3. e. Transformator
Data transformator yang dibutuhkan untuk analisis aliran daya menggunakan program ETAP 7.5.0 adalah :
Rating kVA Rating kV
Z XR
Tampilan data transformator pada program ETAP 7.5.0 terdapat pada Gambar 4.18 di bawah ini.
Universitas Sumatera Utara
70 Gambar 4.18 Tampilan Data Transformator Pada ETAP 7.5.0
f. Lumped load Lumped load
merupakan beban yang dominan adalah industri. Pada analisis aliran daya ini beban dianggap ter-lump dan dianggap terhubung pada bus
20 kV. Data Lumped load yang dibutuhkan untuk analisis aliran daya
menggunakan program ETAP 7.5.0 adalah : Rating kVA
Rating kV PF
Loading Tampilan data lumped load pada program ETAP 7.5.0 terdapat pada Gambar 4.19
dan Gambar 4.20 di bawah ini.
Universitas Sumatera Utara
71 Gambar 4.19 Tampilan Data Lumped Load Sebagai Beban Tersambung 3Ø Pada
ETAP 7.5.0
Gambar 4.20 Tampilan Data Name Plate Lumped Load Pada ETAP 7.5.0 Untuk data beban jenis dan daya terpasang dapat dilihat pada Lampiran 4.
Universitas Sumatera Utara
72 g. Static load
Static load merupakan beban yang dominan adalah beban rumah tangga
statis. Pada analisis aliran daya ini beban 1Ø, diturunkan dari trafo pelanggan yang terhubung pada bus 20 kV. Tampilan data static load pada program ETAP
7.5.0 terdapat pada Gambar 4.21 dan Gambar 4.22 di bawah ini. Data Static load yang dibutuhkan untuk analisis aliran daya menggunakan
program ETAP 7.5.0 adalah : Rating kVA
Rating kV
Gambar 4.21 Tampilan Data Static Load Sebagai Beban Tersambung 1Ø Pada ETAP 7.5.0
Universitas Sumatera Utara
73 Gambar 4.22 Tampilan Data pembebanan Static Load 1Ø Pada ETAP 7.5.0
Untuk data beban jenis dan daya terpasang dapat dilihat pada Lampiran 4. h. 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 20 kV Penyulang KI.4-Mawas milik PT. PLN
seperti pada Gambar 4.23 adalah : Metode aliran daya :
Newton Raphson Maximum iteration
: 99 Precision
ketepatan : 0,001
Loading categor : Design
Loading diversity factor : None Charger loading
: Loading Category
Universitas Sumatera Utara
74 Initial condition
: Use bus voltages
Gambar 4.23 Tampilan Data Load Flow Study Case
4.2.4.4.Hasil simulasi ETAP 7.5.0 Dari hasil simulasi yang dijalankan pada ETAP 7.5.0 akan diambil data-
data mengenai Branch Losses Summary Report. Di dalam report tersebut akan didapat data mengenai besarnya rugi-rugi saluran. Demi keringkasan penulisan
Tugas akhir ini, maka data yang ditampilkan langsung kepada nilai rugi-rugi saluran. Hasil dari simulasi pada penyulang KI.4-Mawas diperoleh rugi-rugi
saluran sebesar 87,5 kW. Hasil ini merupakan hasil yang ideal karena tidak memperhitungkan rugi-rugi trafo dan sambungan di sepanjang penyulang.
Untuk hasil lengkap simulasi ETAP dapat dilihat pada Lampiran 5.
Universitas Sumatera Utara
75 4.2.5. Perhitungan rugi-rugi energi
Untuk hari 1
[ ]
[ ]
Dengan perhitungan yang sama terhadap data hari ke-2 sampai
dengan data hari ke-31, maka akan diperoleh nilai kumpulan
dengan A 0,146 dan B 0,843 selama 1 bulan. Data hasil perhitungan ditunjukkan pada Tabel
4.9. Jadi, hasil estimasi rugi-rugi energi penyulang KI.4-Mawas pada bulan
Oktober ditunjukkan pada Tabel 4.8.
∑
Tabel 4.8 Hasil estimasi rugi-rugi energi pada penyulang KI.4-Mawas Energi penyulang
kWh Rugi-rugi
energi kWh Estimasi
rugi-rugi energi
4.031.001 43.810,81811
1,08685
Universitas Sumatera Utara
76 Tabel 4.9 Hasil estimasi rugi-rugi energi menggunakan
, , dan
A = 0,146 dan B = 0,843
Hari A=0,146 B=0,843
kW jam
Rugi-rugi energi
kWh
1 0,872992
0,76992049 87,5
24 1616,833030
2 0,704559
0,521334007 87,5
24 1094,801414
3 0,685371
0,49604887 87,5
24 1041,702627
4 0,683391
0,49347558 87,5
24 1036,298718
5 0,766561
0,607277325 87,5
24 1275,282383
6 0,945225
0,891181845 87,5
24 1871,481875
7 0,713449
0,533258642 87,5
24 1119,843148
8 0,838889
0,715726865 87,5
24 1503,026416
9 0,746510
0,578775337 87,5
24 1215,428207
10 0,772185
0,615395012 87,5
24 1292,329525
11 0,896667
0,8086947 87,5
24 1698,258870
12 0,791381
0,64349905 87,5
24 1351,348006
13 0,758577
0,595847973 87,5
24 1251,280742
14 0,824618
0,693630497 87,5
24 1456,624043
15 0,720421
0,542703457 87,5
24 1139,677260
16 0,752585
0,58733981 87,5
24 1233,413601
17 0,870087
0,765226829 87,5
24 1606,976341
18 0,901487
0,816704673 87,5
24 1715,079813
19 0,863356
0,754407984 87,5
24 1584,256766
20 0,948092
0,896175415 87,5
24 1881,968372
21 0,920822
0,849231428 87,5
24 1783,385999
22 0,902456
0,818321096 87,5
24 1718,474301
23 0,847045
0,728507949 87,5
24 1529,866694
24 0,826604
0,696683866 87,5
24 1463,036119
25 0,650853
0,452126938 87,5
24 949,466571
26 0,697752
0,512293322 87,5
24 1075,815976
27 0,930776
0,866221134 87,5
24 1819,064381
28 0,755268
0,591141206 87,5
24 1241,396533
29 0,676904
0,485090024 87,5
24 1018,689051
30 0,859815
0,74874812 87,5
24 1572,371052
31 0,883678
0,787304894 87,5
24 1653,340277
Universitas Sumatera Utara
77
4.3. Perbandingan Hasil
Kategori