Pengaruh Pemasangan Reaktor Shunt Terhadap Tegangan Transien Akibat Pelepasan Beban di Gardu Induk 275 Kv Pangkalan Susu-Binjai

DAFTAR PUSTAKA

[1] Arismunandar, Artono, “BukuPegangan Teknik Tenaga Listrik”, PT Pradnya Paramita, Jakarta, 2001.

[2] Stevenson, William, “Analisis Sistem Tenaga Listrik”, Erlangga, Jakarta, 2000.

[3] Kundu, Prabha,”Power System Stability and Control”, McGraw-Hill, Palo Alto California, 1993.

[4] Tobing, Bonggas L,”Dasar-dasar Teknik Pengujian Tegangan Tinggi”, Erlangga, Jakarta, 2012.

[5] Yuniarto, “Profil Surja Hubung Karena Proses Energized Pada Saluran Transmisi 500kV”, Universitas Diponegoro, Semarang, 2014.

[6] Uiyana, Alanmores, “Studi Pemasangan Reaktor Shunt di Gardu Induk Krian, Universitas Kristen Petra, Surabaya, 1999.

[7] Sin Fa, Lie, “Studi Mengenail Ferranti Effect pada Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi 500 kV Unggaran-Krian”, Universitas Kristen Petra, Surabaya, 1991.

[8] Wisnu, Pribadi, “Permodelan Transient Reaktor Shunt pada Sistem

Transmisi 500 kV Akibat dari Gangguan Fasa ke Tanah”, Institut Teknologi Sepuluh November, Surabaya, 2012.

[9] Modul Pelatihan ETAP dan Powerplot Integrasi Kelistrikan PT KDM – PT PKT Bontang”, Surabaya, 2008.

34

Universitas Sumatera Utara

BAB 3

PENGARUH PEMASANGAN REAKTOR SHUNT PADA SALURAN TRANSMISI

3.1 Kompensasi Saluran Transmisi

Peralatan kompensasi pada saluran transmisi dibutuhkan untuk mengontrol tegnagn kerja disepanjang saluran, memperkecil sudut karakteristik ldari saluran sehingga stabilitas sistem lebih terjamin dan untuk menaikkan kapasitas penyaluran.

Alat-alat kompensasi yang digunakan adalah reaktor shunt, kapasitor seri dan kapasitor shunt. Penggunaan alat-alat kompensasi ini dapat berdiri sendiri atau merupakan kombinasi dari dua alat, tergantung pada kebutuhan sistem.

Reaktor shunt digunakan untuk mengkompensasi akibat sifat kapasitif saluran, khususnya untuk membatasi kenaikan tegangan saat open circuit atau beban ringan. Reaktor shunt cenderung menurunkan daya natural.

Kapasitor shunt digunakan untuk menambah kapasitansi saluran pada saat saliran mendapat beban berat. Kapasitor shunt mengbangkitkan daya reaktif yang cenderung untuk menaikkan tegangan. Penggunaan kapasitor shunt akan dapat menaikkan daya natural.

Kapasitor seri digunakan untuk mengkompensasi panjang saluran atau mengurangi sudut  sehingga dapat menjaga kestabilan sistem dan menaikkan transfer daya. Untuk saluran yang tidak terlalu panjang



500Km



hanya diperlukan kompensasi dengan reaktor shunt, sedangkan kombinasi reaktor shunt dan kapasitor seri digunakan pada saluran yang lebih panjang.

35

Universitas Sumatera Utara

3.2 Pengaruh Pemasangan Reaktor Shunt Terhadap Daya Reaktif

Pada saat beban ringan terjadi kelebihan daya reaktir kapasitif sebesar [7]:

2

V Y

Q_C _C (3.1)

Dimana Y adalah admitansi saluran. _C

Pemasangan reaktor shunt akan memberikan daya induktif sebesar [5]:

2

V Y

Q_i  _i (3.2)

Dimana Yiadalah admitansi shunt.

Dengan demikian daya reaktif setelah pemasangan reaktor shunt besarnya akan menjadi [5]:





2

V Y Y

Q_L  _C _i (3.3)

Dari Persamaan (3.5) dapat dilihat bahwa pemasangan reaktor shunt pada saluran akan mengurangi daya reaktif kapasitif yang berlebihan.

3.3 Profil Tegangan Sepanjang Saluran dengan Kompensator Reaktor Shunt Profil tegangan merupakan besar tegangan pada titik-titik tertentu saluran mulai dari ujung pengirim sampai ujung penerima, pada saat saluran transmisi mendapat beban yang tertentu besarnya.

Pengaruh dari kompensasi reaktor shunt terhadap tegangan dapat dilihat pada Gambar 3.1 [7].

Keterangan gambar :

a. Saluran transmisi pada beban nol dengan kompensasi di tengah dan di ujung-ujungnya.

b. Saluran transmisi pada beban natural dengan kompensasi di tengah dan di ujung-ujungnya.

36

Universitas Sumatera Utara

Dari Gambar 3.1 dapat dilihat bahwa pemsangan reaktor shunt diperlukan pada saat beban ringan.

0,8 1,0 1,2 1,4

800

0 200 400 600

(a)

(b)

V (pu)

Jarak dari ujung pengirim (Km)

(a) Saluran transmisi pada beban nol dengan kompensasi di tengah dan di ujung-ujungnya. (b) Saluran transmisi pada beban natural dengan kompensasi di tengah dan di ujung-ujungnya.

Gambar 3.1 Profil Tegangan Sepanjang Saluran dengan Kompesasi Reaktor

Shunt

3.4 Persamaan untuk Menentukan rating Reaktor Shunt

Dari Gambar 3.2 maka besar dari LP (reaktor shunt) dirumuskan dengan persamaan berikut [8]:



CE CC



k Lp

3 .

. 1

2

 

 (3.4)

Dimana :

Lp : reaktor shunt

k : konstanta bernilai 0,8

C

C : kapasitansi antar kabel fasa

E

C : kapasitansi kabel fasa ke tanah

37

Universitas Sumatera Utara

AC

T

AC

S

AC

R

CC

CC CC

CE CE CE

LP LP LP

CB

CB

CB

Gambar 3.2 Rangkaian Pengganti Saluran Transmisi Setelah Dipasang Reaktor

Shunt

38

Universitas Sumatera Utara

BAB 4

PERANCANGAN SIMULASI PELEPASAN BEBAN

4.1 ETAP (Electrical Transient Analysis Program)

ETAP merupakan salah satu perangkat lunak yang dapat melakukan penggambaran Single Line Diagram (SLD) secara grafis dan mengadakan bebarapa analisis/studi yakni load flow (aliran daya), short circuit analysis (hubung singkat), motor starting, harmonisa, transient stability, protective device

coordination, dan lain-lain. Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam bekerja

dengan ETAP adalah [9]:

 One Line Diagram, menunjukkan hubungan antar komponen/peralatan listrik sehingga membentuk suatu sistem kelistrikan.

 Library, informasi mengenai semua peralatan yang akan dipakai dalam sistem kelistrikan. Data elektris maupun mekanis dari peralatan yang detai/lengkap dapat mempermudah dan memperbaiki hasil simulasi/analisis.  Standar yang dipakai, biasanya mengacu pada standar IEC atau ANSII,

frekuensi sistem dan metode-metode yang dipakai.

 Study Case, berisikan parameter-parameter yang berhubungan dengan metode studi yang akan dilakukan dan format hasil analisis.

Pada skripsi ini fitur ETAP yang digunakan untuk simulasi adalah fitur

Transient Stability Analysis . Program Transient Stability Analysis digunakan

untuk menyelidiki batas kestabilan sistem tenaga sebelum, selama dan setelah terdapat perubahan sistem atau terdapat gangguan [9]. Program ini memodelkan karakteristik dinamis sistem tenaga, menerapkan events dan tindakan yang

39

Universitas Sumatera Utara

diinginkan user, menyelesaikan persamaan sistem dan persamaan turunan mesin untuk mengetahui respon sistem dan mesin dalam daerah waktu.

Untuk dapat menggunakan fitur ini dibutuhkan beberapa data, yaitu :  Generator, berupa rating, impedansi, konstanta inersia

 Data parameter saluran transmisi, berupa jenis konduktor, impedansi  Data beban

 Transformator, berupa rating, impedansi

4.2 Sistem Tenaga Listrik GI Binjai PT PLN (Persero)

Simulai dilakukan pada saluran GI (GI Binjai, yaitu GI 275 kV dan GI 150 kV. GI 275 kV mendapat suplai daya dari PLTU (Pembangkit Listrik Tenaga Uap) Pangkalan Susu 4x220 MW (sampai September 2015 yang beroperasi masih 2x220 MW) dengan tegangan transmisi 275 kV. Kemudian di GI 275 kV tegangan ekstra tinggi ini diturunkan menjadi 150 kV dengan IBT (InterBus

Transformer) dan dialirkan ke GI 150 kV. GI 275 kV belum digunakan untuk

melayani beban penyulang, seluruh dayanya dialirkan ke GI 150 kV. GI 150 kV memiliki 3 (tiga) buah transformator, yaitu TD1 UNINDO, TD2 PASTI, dan TD3 UNINDO yang masing-masing berkapasitas 60 MVA. Single Line Diagram sistem tenaga listrik GI Binjai dapat dilihat pada Gambar 4.1.

Keterangan gambar :

: Tegangan kerja 275 kV : Tegangan kerja 150 kV : Tegangan kerja 20 kV

40

Universitas Sumatera Utara GALANG 1

PMT 6A.1 3150 A, 40 KA PMS 6A1.1 2000 A, 31,5 KA

PMS 6A1.2 2000 A, 31,5 KA PMS 6AB1.1 2000 A, 31,5 KA

PMT 6AB1 3150 A, 40 KA

PMS 6AB.1.2 2000 A, 31,5 KA PMS 6B.1.1 2000 A, 31,5 KA PMT 6B.1 3150 A, 40 KA

PMS 6B.1.2 2000 A, 31,5 KA CT 2000/1 A CT 2000/1 A CT=2000/1 A

BUS B BUS A

TO INCOMING 1 150 KV

IBT I 3x1 Phase 275/150/20 KV

250 MVA

LA 275 kV 20 kA

CT=2000/1 A

PMS 6A1.3 2000 A-31.5 kA

CT 2000/1 A PMS LINE 2000 A-31.5 kA

LA 275 kV 20 kA

CVT 275 KV/0,1 KV

1 LINE TRAP 1mH, 2000A-31.5 kA

GALANG 2

PMT A.2 3150 A, 40 KA PMS 6A.2.1 2000 A, 31,5 KA

PMS 6A.2.2 2000 A, 31,5 KA PMS 6AB.2.1 2000 A, 31,5 KA

PMT AB.2 3150 A, 40 KA

PMS.6AB.2.2 2000 A, 31,5 KA PMS 6B.2.1 2000 A, 31,5 KA PMT 6B.2 3150 A, 40 KA

PMS 6B.2.2 2000 A, 31,5 KA CT 2000/1 A CT 2000/1 A CT=2000/1 A TO INCOMING 2

150 KV

IBT II 3x1 Phase 275/150/20 KV

250 MVA

LA 275 kV 20 kA

CT=2000/1 A

PMS 6A2.3 2000 A-31.5 kA

CT 2000/1 A PMS LINE 2000 A-31.5 kA

LA 275 kV 20 kA

CVT 275 KV/0,1 KV

1 LINE TRAP 1mH, 2000A-31.5 kA

PLTU SUMUT 1

PMT 6A.4 3150 A, 40 KA PMS 6A.4.1 2000 A, 31,5 KA

PMS 6A.4.2 2000 A, 31,5 KA PMS 6AB.4.1 2000 A, 31,5 KA

PMT 6AB.4 3150 A, 40 KA

PMS.6AB.4.2 2000 A, 31,5 KA PMS 6B.4.1 2000 A, 31,5 KA PMT 6B.4 3150 A, 40 KA

PMS 6B.4.2 2000 A, 31,5 KA CT 2000/1 A CT 2000/1 A CT=2000/1 A

REACTOR 275 KV 275 kV 20 kA CT=2000/1 A

PMS 6A4.3 2000 A-31.5 kA

CT 2000/1 A PMS 6B4.3 2000 A-31.5 kA

1 LINE TRAP 1mH, 2000A-31.5 kA

150-300/1A CCX 150-300/1A CCX REACTOR 50

MVar LA 275 kV

20 kA CVT 275 KV/0,1 KV

LA 275 kV 20 kA

PLTU SUMUT 2

PMT 6A.3 3150 A, 40 KA PMS 6A.3.1 2000 A, 31,5 KA

PMS 6A.3.2 2000 A, 31,5 KA PMS 6AB.3.1 2000 A, 31,5 KA

PMT 6AB.3 3150 A, 40 KA

PMS.6AB.3.2 2000 A, 31,5 KA CT 2000/1 A CT=2000/1 A 275 kV

20 kA CT=2000/1 A

PMS 6A3.3 2000 A-31.5 kA

1 LINE TRAP 1mH, 2000A-31.5 kA CVT 275 KV/0,1 KV

LA 275 kV 20 kA

PMS.6B.3.1 2000 A, 31,5 KA

PMS6B.3.2 2000 A, 31,5 KA

Gambar 4.1a Single Line Diagram GI 275 kV Binjai

41

Universitas Sumatera Utara

PMT 3150 A 40 kA CT: M=P= 300/1 A

LA : 10 kA

CT: M=P= 300/5 A

PASTI TD2 60 MVA

PMT 3150 A 40 kA

NGR: 40 ohm 300 A

BUS II BUS I UNINDO TD3 60 MVA PT 20 kV/√3/100V/√3

NGR: 40 ohm 300 A

IMP 12,67 % IMP 11,82

CT = P = M 2000/5 A

PT 20 kV/√3/100V/√3 CT = P = M 2000/5 A PMS 1250 A,

31,5 kA

PMS 1250 A, 25 kA CT: 150-300/5 A CT: 150-300/5 A PMT 20kV, 2000 A, 25 kA

PMT 20kV, 2000A, 25 kA

LA : 10 kA Kopel BUS PMT 3150 A 40 kA PT BUS 150 kV/√3/100V/√3

600/5 A

BG1 BG2 600/5 A 600/5 A

BG4 BG3

BUS 20 kV, 2000A, SCHNEIDER

CT: M=P= 300/1 A

PMT 3150 A 40 kA

PT 20 kV/√3/100V/√3 CT = P = M 2000/5 A

PMS 1600 A, 31,5 kA

PMT 20kV, 2000A, 25 kA

LA : 20 kA

PT 150 kV/√3/100V/√3

PT 150 kV/√3/100V/√3

LA : 10 kA LA : 10 kA PAYA GELI 1 PAYA GELI 2

ACCC 2 × 310 mm2

LINE TRAP 2500 A

LINE TRAP 2500 A

ES ES

CT: 2000-4000/5 A

M=P 2000/5 A

PMS 2000 A, 40 kA

CT: 800-1600-2000-4000/1 A

M=P 1600/1 A

PMT 3150 A 40 kA

PMS 1600 A, 40 kA PT

150 kV/√3/100V/√3 PT 150 kV/√3/100V/√3

LA : 10 kA LA : 10 kA BELAWAN 2 BELAWAN 1

ACSR 2 × 429 mm2

LINE TRAP

LINE TRAP

ES ES

CT: 500-2500/1 A

M=P=2000/1

PMS 2000 A, 40 kA

PMS 1250 A, 20 kA PT

150 kV/√3/100V/√3 PT150 kV/√3/100V/√3

LA : 10 kA LA : 10 kA P BRANDAN 1 P BRANDAN 2

ACSR 1 × 240 mm2

LINE TRAP

LINE TRAP

ES ES

CT: 800/1 A

M=P 800/1 A

CT: 800/1 A

M=P 800/1 A

PMS 1250 A, 31,5 kA PMT 3150 A

40 kA PMT 3150 A

40 kA

PMS 2000 A, 40 kA

2000/5 A 600/5 A PMT 2000 A 25 kA PMT 1250 A 25 kA PMT 1250 A 25 kA PMT 1250 A 25 kA PMT 1250 A 25 kA

ACSR 2 × 429 mm2 _{ACSR 1}

× 240 mm2 ACCC 2 × 310 mm2

PMT 3150 A

40 kA PMT 3150 A 40 kA

PMT 3150 A 40 kA

600/5 A

BN1 600/5 A

BN2

BUS 20 kV, 2000A, AREVA

PMT 630 A 25 kA 600/5 A PMT 630 A 25 kA MG3 600/5 A MG4 MG5 600/5 A 600/5 A

TRAFO

PS2 MG6

BUS 20 kV, 2000A MERLIN GERIN + SCHNEIDER

600/5 A PMT 630 A 25 kA PMT 630 A 25 kA PMT 1250 A 25 kA PMT 1250 A 25 kA PMT 630 A 25 kA 600/5 A BN3 PMT 630 A 25 kA 600/5 A BN4 PMT 630 A 25 kA 600/5 A BN5 PMT 630 A 25 kA 600/5 A PMT 630 A 25 kA NGR:

12 ohm 1000 A UNINDO TD1 60 MVA MG2 600/5 A PMT 630 A 25 kA BBVT 20 kV/√3/ 100V/√3

2000/5 A PMT 630 A 25 kA

BN6 VCC 20 kV/√3/ 100V/√3 TRAFO

PS1

CT: 500-2500/1 A

M=P=2000/1 PMS 2000 A,

40 kA

PMS 2000 A, 40 kA

PMS 1250 A, 20 kA

PMS 1250 A, 31,5 kA

PMS 2000 A, 40 kA

PMS 1600 A, 40 kA

PMS 2000 A,

40 kA PMS 2000 A,40 kA CT: 2000/1 A

600/5 A PMT 630 A 25 kA 800/5 A PMT 1250 A 25 kA 800/5 A PMT 1250 A 25 kA MG7 BUS SECTION BUSTIE BG-MG PMS 2000 A 31,5 kA PMS 2000 A 31,5 kA BUSTIE BN-BG BUS RISER BG -BN BUSRISER MG-BG FUSE

IMP 11,91 % CT:1000/5 A

NA2XSY 5 x 3 x 400 mm2

NA2XSY 4 x 3 x 400 mm2 NA2XSY 4 x 3 x 400 mm2

PMS 2000 A, 40 kA

PMS 2000 A, 40 kA

PMS 1600 A, 40 kA

PMS 1250 A,

31,5 kA PMS 1600 A,40 kA PMS 2000 A,40 kA

PMS 1600 A, 40 kA PMS 1250 A,

31,5 kA

PMS 1600 A, 31,5 kA

INCOMING 150 KV IBT 2

PMS 1250 A, 31,5 kA

PMS 1250 A, 31,5 kA PMT 3150 A 40 kA

PMS 1250 A,

31,5 kA PMS 1250 A,31,5 kA

INCOMING 150 KV IBT 1

PMT 3150 A 40 kA

CT: 2000/1 A CT: 2000/1 A

TAL 2 × 850 mm2

Gambar 4.1b Single Line Diagram GI 150 kV Binjai

42

Universitas Sumatera Utara

4.3 Variabel Masukan dan Keluaran Simulasi

Transient Stability yang merupakan fitur ETAP 11.0 yang digunakan dalam

menjalankan simulasi pelepasan beban ini dapat berkerja (run) setelah menerima masukan berupa data-data parameter sistem tenaga listik, mulai dari pembangkitan, penyaluran sampai ke beban. Fitur ini juga menyediakan sistem

Typical Data, yaitu sistem generalisasi data masukan dengan data parameter

standar sehingga data yang dimasukkan pada simulasi tidak harus data real. Karena ETAP 11.0 mengacu pada standar IEC atau ANSII, maka Typical Data peralatan dapat dipertanggungjawabkan keabsahannya. Data yang diinput dalam skripsi ini terdiri dari data real dari PT PLN (Persero) dan juga Typical Data yang dimuat dalam library ETAP 11.0.

4.3.1 Varibel Masukan Peralatan

Nilai-nilai peralatan yang dimasukkan pada simulasi Transient Stability ETAP 11.0 merupakan data real yang diperoleh dari UIP (Unit Induk Pembangunan), UPT (Unit Pelayanan Transmisi), UPB (Unit Pengaturan Beban) PT PLN (Persero) Sumatera Bagian Utara.

Tabel 4.1 Nilai Parameter Generator di PLTU Pangkalan Susu

No. Parameter Satuan Nilai

1 Kapasitas MVA 258,8

2 Daya aktif MW 220

3 Tegangan nominal kV 15,75

4 Power factor % 85

5 Jumlah kutub 4

6 Konstanta inersia 1,1

* Data ini diperoleh dari UIP Sumbagut PT PLN (Persero) Tahun 2015, Lampiran 1

43

Universitas Sumatera Utara

Tabel 4.2 Data Kapasitas Transformator yang Terpasang pada Sistem Tenaga Listrik Pangkalan Susu-Binjai

No. Transformator

Kapasitas Primer Seconder

MVA (kV) (kV)

1 _{Pangkalan Susu 15,75 275 260}

2 _{GI Binjai 275 kV 275 150 250}

3 _{GI Binjai 150 kV :}

- TD1 UNINDO 150 20 60

- TD2 PASTI 150 20 60

- TD3 UNINDO 150 20 60

* Data ini diperoleh dari UPT Sumbagut PT PLN (Persero) Tahun 2015, Lampiran 1

Tabel 4.3 Saluran Transmisi SUTET 275 kV Pangkalan Susu-Binjai Tipe Konduktor ACSR Zebra

Jumlah Al/St 54/7

KHA 943 A

Resistansi 0,06494 Ω/km

Tipe saluran Double Circuit

Jarak antar berkas 26 cm

Diameter 2,86 cm

Luas Al 543,4 mm2

Luas St 56,3 mm2

Andongan 7,5 m

* Data ini diperoleh dari UPT Sumbagut PT PLN (Persero) Tahun 2015

Reaktor shunt yang terpasang di Tragi (Transmisi dan Gardu Induk) Binjai berkapasitas 59,5 MVA dengan tegangan nominal 275 kV 50 Hz yang merupakan produksi CHINA XD ELECTRIC CO.LTD. Reaktor ini memiliki impedansi 1.512,5 Ω/fasa. Data ini diperoleh dari UPT Sumbagut PT PLN (Persero) Tahun 2015.

Menara transmisi yang digunankan dapat dilihat pada Gambar 4.2 berikut.

44

Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.2 Menara SUTET 275kV Pangkalan Susu-Binjai 4.3.2 Perhitungan Jumlah Beban

Data beban yang digunakan pada simulasi ini adalah data beban nyata pada penyulang 20 kV di GI Binjai. Tabel 4.3 menunjukkan jumlah beban yang terpasang pada penyulang 20 kV di GI Binjai. Data pada Tabel 4.3 ini diperoleh dari pengolahan data beban harian penyulang GI Binjai tanggal 1 – 7 Juli 2015,

45

Universitas Sumatera Utara

Lampiran 2. Pengolahan dilakukan dengan menghitung nilai rata-rata beban harian penyulang dalam waktu satu minggu. Data inilah (Tabel 4.1) yang akan

di-input kedalam simulasi.

Tabel 4.4 Data Beban Penyulang di GI 150 kV Binjai Transformator Kapasitas

Penyulang Beban

terpasang Trafo Ampere MVA MW

TD1 UNINDO 60 MVA

BG1 188,97 3,82 3,25 BG2 163,88 3,31 2,82 BG3 161,95 3,27 2,78 BG4 145,37 2,94 2,49

TD2 PASTI 60 MVA

BN1 45,5 0,92 0,78 BN2 207,48 4,19 3,56 BN3 118,04 2,38 2,03 BN4 147,68 2,98 2,53 BN5 188,21 3,81 3,23

TD3 UNINDO 60 MVA

MG2 148,89 3,01 2,56 MG3 155,48 3,14 2,67

MG4

MG5 173,48 3,51 2,98 MG6 167,22 3,38 2,87 MG7 93,49 1,89 1,61

* Data ini diperoleh dari Tragi BINJAI PT PLN (Persero) Tahun 2015, Lampiran 2

4.3.3 Variabel yang Diamati

Variabel-variabel yang diamati dalam penelitian ini meliputi :

 Nilai-nilai parameter transmisi pada saluran transmisi Pangkalan Susu-Binjai.

 Besar nilai reaktor shunt yang efisien digunakan pada GI Binjai 275 kV.  Perubahan tegangan pada masing-masing fasa pada sisi primer GI 275 kV

saat pelepasan beban jika tidak terpasang reaktor shunt.

 Perubahan tegangan pada masing-masing fasa pada sisi primer GI 275 kV saat pelepasan beban jika terpasang reaktor shunt.

46

Universitas Sumatera Utara

4.3.4 Prosedur Penelitian

Mulai

Pengambilan data

Mendesain diagram satu garis model sistem tanpa reaktor shunt menggunakan ETAP 11.0.0

Menjalankan simulasi

Menambahkan reaktor shunt pada simulasi model sistem

Melakukan simulasi pelepasan beban dengan kapasitas beban yang bervariasi

Menganalisi hasi simulasi dengan membahas masalah besarnya tegangan

transient yang terjadi Memasukkan data ke dalam program

Apakah tegangan sisi penerima berada pada batas nilai yang diizinkan

sehingga tidak merusak peralatan ?

Tampilkan profil tegangan pada sisi penerima

Tampilkan hasil dan grafik simulasi

tidak

tidak

ya

ya

Berhenti Melakukan pengaturan pada

parameter reaktor shunt

Gambar 4.3 Diagram Alur Penelitian

47

Universitas Sumatera Utara

BAB 5

SIMULASI dan ANALISIS

5.1 Skenario Pelepasan Beban

Simulasi dijalankan dengan beban yang terpasang sebesar 42,55 MVA pada GI Binjai 150kV. Kemudian beban dikurangi secara bertahap dengan variasi 0 – 100% dengan kenaikan beban tiap tahap sebesar 10% dari total beban terpasang. Tahapan pelepasan beban didesain sedekat mungkin dengan nilai persentase pelepasan beban dengan nilai galat kurang dari 0,8%, sehingga dapat dipertanggungjawabkan keabsahannya. Sebagai contoh, pada pelepasan beban 10%, nilai beban yang seharusnya dilepas adalah sebesar 10% x 42,55 MVA yaitu 4,25 MVA. Berdasarkan Tabel 4.3 ditentukanlah nilai yang paling mendekati dengan nilai 4,25 MVA. Maka dipilihlah penyulang BG2 dari TD1 dan BN1 dari TD2 yang dilepas dengan total nilai beban 4,23 MVA.

Galat dari pelepasan beban 10% adalah :

% 47 , 0 % 100 25

, 4

23 , 4 25 , 4

 



Dengan nilai galat 0,47% dapat dikatakan pelepasan penyulang BG2 dari TD1 dan BN1 dari TD 2 adalah bernilai 10% dari total beban yang terpasang.

Skenario pelepasan beban dari 0% s/d 100% ditunjukkan pada Tabel 5.1, yang terdiri dari nilai beban yang dilepas, daftar penyulang yang dilepas, beban

real yang dilepas dan persentasi galat.

48

Universitas Sumatera Utara

Tabel 5.1 Skenario Pelepasan Beban Untuk Simulasi Transient Stability ETAP 11.0

BEBAN YANG PENYULANG YANG DILEPAS

TOTAL (MVA)

GALAT (%)

DILEPAS TD1 TD2 TD3

% NILAI BG1 BG2 BG3 BG4 BN1 BN2 BN3 BN4 BN5 MG2 MG3 MG4 MG5 MG6 MG7

10% 4.25

4.23 0.4706

20% 8.5

8.53 0.3529

30% 12.75

12.82 0.549

40% 17

17.09 0.5294

50% 21.25

21.33 0.3765

60% 25.5

25.67 0.6667

70% 29.75

29.97 0.7395

80% 34

34.02 0.0588

90% 38.25

38.28 0.0784

100% 42.55

42.55 0

Keterangan :

: CB Penyulang yang dilepas

49

Universitas Sumatera Utara

5.2 Menjalankan Simulasi

Untuk melakukan simulasi, study case harus diatur terlebih dahulu, pengaturan dilakukan pada kotak dialog project editor>transient

stability>TS-default. Pada tab Event pada Study Case berfungsi untuk mengatur peristiwa apa

yang terjadi pada selang waktu tertentu. Dan pada tab Actions berfungsi untuk mengatur tindakan apa yang terjadi pada setiap event (peristiwa). Pada kotak dialog ini simulasi didesain sedemikian rupa sehingga dapat menampilkan tegangan lebih yang timbul akibat adanya operasi pelepasan beban pada penyulang.

Pada skripsi ini akan dilakukan simulasi apabila sistem tidak terhubung dengan reaktor shunt dan sistem yang terhubung dengan reaktor shunt, dimana reaktor shunt dipasang pada sisi penerima saluran transmisi 275 kV Pangkalan Susu – Binjai yang terletak di Tragi Binjai. Tiap simulasi 10 tahapan pelepasan beban yaitu 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% dan 100% dari kapasitas beban terpasang

Simulasi diawali dengan sistem tidak terhubung dengan reaktor shunt, simulasi dijalankan dalam rentang waktu 0 – 0.5 detik. Pelepasan beban (penyulang) dilakukan dengan pelepasan CB penyulang, dimana tiap penyulang memiliki CB masing-masing. CB akan dilepas pada detik ke 0,2 dan akan pulih kembali (reclose) pada detik ke 0,3. Maka dalam rentang 0.1 detik akan diamati tegangan yang timbul pada setiap tahapan pelepasan beban, sesuai dengan skenario pelepasan beban pada Tabel 5.1. Tegangan akan diamati pada bus sisi penerima saluran transmisi 275 kV Pangkalan Susu – Binjai yang terletak di Tragi Binjai. Kenaikan tegangan ini harus diperhatikan jangan sampai menyebabkan

50

Universitas Sumatera Utara

kerusakan peralatan pada sistem. Tegangan lebih transien yang terjadi harus berada pada batas tegangan yang masih diperbolehkan yaitu tidak boleh lebih dari 105% dari tegangan kerja dan tidak boleh kurang dari 95% dari tegangan nominal sesuai dengan peraturan PT PLN (Persero)

Untuk mengamati pengaruh pemasangan reaktor shunt, maka simulasi dimodifikasi dengan cara, sistem akan terhubung pada reaktor shunt pada detik ke 0,15 kemudian dilanjutkan dengan CB akan dilepas pada detik ke 0,2 dan akan pulih kembali (reclose) pada detik ke 0,3.

5.3 Hasil Simulasi

Nilai keluaran hasil simulasi berupa grafik V-t yang menunjukkan nilai tegangan pada saat tertentu. Grafik V-t ditunjukkan oleh gambar – gambar berikut. Setiap gambar menunjukkan kenaikan tegangan yang terjadi akibat pelepasan beban dengan atau tanpa reaktor shunt, mulai dari pelepasan beban 10% sampai dengan 100% kapasitas terpasang.

51

Universitas Sumatera Utara

Gambar 5.1 Kurva V-t Pelepasan Beban 10% Tanpa Terpasang Reaktor Shunt

52

Universitas Sumatera Utara

Gambar 5.2 Kurva V-t Pelepasan Beban 20% Tanpa Terpasang Reaktor Shunt

53

Universitas Sumatera Utara

Gambar 5.3 Kurva V-t Pelepasan Beban 30% Tanpa Terpasang Reaktor Shunt

54

Universitas Sumatera Utara

Gambar 5.4 Kurva V-t Pelepasan Beban 40% Tanpa Terpasang Reaktor Shunt

55

Universitas Sumatera Utara

Gambar 5.5 Kurva V-t Pelepasan Beban 50% Tanpa Terpasang Reaktor Shunt

56

Universitas Sumatera Utara

Gambar 5.6 Kurva V-t Pelepasan Beban 60% Tanpa Terpasang Reaktor Shunt

57

Universitas Sumatera Utara

Gambar 5 7 Kurva V-t Pelepasan Beban 70% Tanpa Terpasang Reaktor Shunt

58

Universitas Sumatera Utara

Gambar 5.8 Kurva V-t Pelepasan Beban 80% Tanpa Terpasang Reaktor Shunt

59

Universitas Sumatera Utara

Gambar 5.9 Kurva V-t Pelepasan Beban 90% Tanpa Terpasang Reaktor Shunt

60

Universitas Sumatera Utara

Gambar 5.10 Kurva V-t Pelepasan Beban 100% Tanpa Terpasang Reaktor Shunt

61

Universitas Sumatera Utara

Gambar 5.11 Kurva V-t Pelepasan Beban 10% Dengan Terpasang Reaktor Shunt

62

Universitas Sumatera Utara

Gambar 5.12 Kurva V-t Pelepasan Beban 20% Dengan Terpasang Reaktor Shunt

63

Universitas Sumatera Utara

Gambar 5.13 Kurva V-t Pelepasan Beban 30% Dengan Terpasang Reaktor Shunt

64

Universitas Sumatera Utara

Gambar 5.14 Kurva V-t Pelepasan Beban 40% Dengan Terpasang Reaktor Shunt

65

Universitas Sumatera Utara

Gambar 5.15 Kurva V-t Pelepasan Beban 50% Dengan Terpasang Reaktor Shunt

66

Universitas Sumatera Utara

Gambar 5.16 Kurva V-t Pelepasan Beban 60% Dengan Terpasang Reaktor Shunt

67

Universitas Sumatera Utara

Gambar 5.17 Kurva V-t Pelepasan Beban 70% Dengan Terpasang Reaktor Shunt

68

Universitas Sumatera Utara

Gambar 5.18 Kurva V-t Pelepasan Beban 80% Dengan Terpasang Reaktor Shunt

69

Universitas Sumatera Utara

Gambar 5.19 Kurva V-t Pelepasan Beban 90% Dengan Terpasang Reaktor Shunt

70

Universitas Sumatera Utara

Gambar 5.20 Kurva V-t Pelepasan Beban 100% Dengan Terpasang Reaktor

Shunt

71

Universitas Sumatera Utara

Untuk mempermudah analisis data yang ditunjukkan pada kurva di atas direpresentasikan dalam bentuk tabel yang terdiri dari tahapan pelepasan beban, tegangan awal dan tegangan yang timbul akibat pelepasan beban.

Tabel 5.2 Hasil Simulasi Pelepasan Beban, Sistem Tidak Terpasang Reaktor

Shunt (1 pu = 275 kV)

Tahapan

Tegangan awal (%pu)

Tegangan yang Timbul

Pelepasan Detik ke

0,205 (%pu)

Detik ke 0,295 (%pu) Beban

10% 98,67 98,92 99,1

20% 98,67 99,18 99,53

30% 98,67 99,43 99,96

40% 98,67 99,68 100,39

50% 98,67 99,95 100,84

60% 98,67 100,19 101,25

70% 98,67 100,44 101,68

80% 98,67 100,68 102,08

90% 98,67 100,92 102,50

100% 98,67 101,17 102,91

Tabel 5.3 Hasil Simulasi Pelepasan Beban, Sistem Terpasang Reaktor

Shunt (1 pu = 275 kV)

Tahapan

Tegangan awal (%pu)

Tegangan yang Timbul

Pelepasan Detik ke

0,205 (%pu)

Detik ke 0,295 (%pu) Beban

10% 98,67 95,98 95,47

20% 98,67 96,23 95,91

30% 98,67 96,49 96,35

40% 98,67 96,74 96,79

50% 98,67 97,00 97,25

60% 98,67 97,25 97,67

70% 98,67 97,50 98,09

80% 98,67 97,74 98,52

90% 98,67 97,99 98,96

100% 98,67 98,24 99,39

72

Universitas Sumatera Utara

Nilai keluaran awal dari simulasi berupa nilai persentase dari tegangan base 275 kV. Hasil Tabel 5.2 dan Tabel 5.3 dapat juga dikonversi dalam bentuk tegangan dalam satuan volt.

Tabel 5.4 Hasil Simulasi Pelepasan Beban tanpa Reaktor Shunt Tahapan

Tegangan awal (kV)

Tegangan yang Timbul

Pelepasan Detik ke

0,205 (kV)

Detik ke 0,295 (kV) Beban

10% 271,34 272,03 272,52

20% 271,34 272,74 273,70

30% 271,34 273,43 274,89

40% 271,34 274,12 276,07

50% 271,34 274,86 277,31

60% 271,34 275,52 278,43

70% 271,34 276,21 279,62

80% 271,34 276,87 280,72

90% 271,34 277,53 281,87

100% 271,34 278,21 283,01

Tabel 5.5 Hasil Simulasi Pelepasan Beban dengan Reaktor Shunt Tahapan

Tegangan awal (kV)

Tegangan yang Timbul

Pelepasan Detik ke

0,205 (kV)

Detik ke 0,295 (kV) Beban

10% 271,34 263,94 262,54

20% 271,34 264,63 263,75

30% 271,34 265,35 264,96

40% 271,34 266,04 266,17

50% 271,34 266,75 267,45

60% 271,34 267,44 268,60

70% 271,34 268,13 269,75

80% 271,34 268,79 270,93

90% 271,34 269,47 272,14

100% 271,34 270,16 273,32

73

Universitas Sumatera Utara

5.4 Analisis Data

5.4.1 Simulasi Pelepasan Beban tanpa Reaktor Shunt

 Pelepasan beban 10%, beban yang dilepaskan sebesar 4,23 MVA dari operasi membukanya CB penyulang BG2 dari TD1 dan BN1 dari TD2 secara bersamaan. Galat simulasi ini adalah 0,4706%. Kurva pada Gambar 5.1 menunjukkan tegangan puncak mencapai 272,52 kV yaitu pada detik ke 0,295 sesaat sebelum CB kembali menutup.

 Pelepasan beban 20%, beban yang dilepaskan sebesar 8,53 MVA dari operasi membukanya CB penyulang BN3 dari TD2 dan MG2, MG3 dari TD3 secara bersamaan. Galat simulasi ini adalah 0,3529%. Kurva pada Gambar 5.2 menunjukkan tegangan puncak mencapai 273,70 kV yaitu pada detik ke 0,295 sesaat sebelum CB kembali menutup.

 Pelepasan beban 30%, beban yang dilepaskan sebesar 12,82 MVA dari operasi membukanya CB penyulang BG3 dari TD1 dan BN2, BN3, BN4 dari TD2 secara bersamaan. Galat simulasi ini adalah 0,549%. Kurva pada Gambar 5.3 menunjukkan tegangan puncak mencapai 274,89 kV yaitu pada detik ke 0,295 sesaat sebelum CB kembali menutup.

74

Universitas Sumatera Utara

 Pelepasan beban 40%, beban yang dilepaskan sebesar 17,09 MVA dari operasi membukanya CB penyulang BG1, BG4 dari TD1, BN5 dari TD2 dan MG2, MG5 dari TD3 secara bersamaan. Galat simulasi ini adalah 0,3765%. Kurva pada Gambar 5.4 menunjukkan tegangan puncak mencapai 276,07 kV yaitu pada detik ke 0,295 sesaat sebelum CB kembali menutup.

 Pelepasan beban 50%, beban yang dilepaskan sebesar 21,33 MVA dari operasi membukanya CB penyulang BG4 dari TD1, BN1, BN3, BN4, BN5 dari TD2 dan MG3, MG5, MG7 dari TD3 secara bersamaan. Galat simulasi ini adalah 0,3765%. Kurva pada Gambar 5.5 menunjukkan tegangan puncak mencapai 277,31 kV yaitu pada detik ke 0,295 sesaat sebelum CB kembali menutup.

 Pelepasan beban 60%, beban yang dilepaskan sebesar 25,67 MVA dari operasi membukanya CB penyulang BG3 dari TD1, BN2, BN4, BN5 dari TD2 dan MG2, MG3, MG6, MG7 dari TD3 secara bersamaan. Galat simulasi ini adalah 0,6667%. Kurva pada Gambar 5.6 menunjukkan tegangan puncak mencapai 278,43 kV yaitu pada detik ke 0,295 sesaat sebelum CB kembali menutup.

 Pelepasan beban 70%, beban yang dilepaskan sebesar 29,97 MVA dari operasi membukanya CB penyulang BG1, BG2, BG3, BG4 dari

75

Universitas Sumatera Utara

TD1, BN1, BN2, BN4 dari TD2 dan MG3, MG5, MG7 dari TD3 secara bersamaan. Galat simulasi ini adalah 0,7395%. Kurva pada Gambar 5.7 menunjukkan tegangan puncak mencapai 279,62 kV yaitu pada detik ke 0,295 sesaat sebelum CB kembali menutup.

 Pelepasan beban 80%, beban yang dilepaskan sebesar 34,02 MVA dari operasi membukanya CB penyulang BG1, BG2, BG3, BG4 dari TD1, BN1, BN2, BN4, BN5 dari TD2 dan MG5, MG6, MG7 dari TD3 secara bersamaan. Galat simulasi ini adalah 0,0588%. Kurva pada Gambar 5.8 menunjukkan tegangan puncak mencapai 280,72 kV yaitu pada detik ke 0,295 sesaat sebelum CB kembali menutup.

 Pelepasan beban 90%, beban yang dilepaskan sebesar 38,28 MVA dari operasi membukanya CB penyulang BG1, BG2, BG3, BG4 dari TD1, BN1, BN2, BN4, BN5 dari TD2 dan MG2, MG3, MG5, MG6 dari TD3 secara bersamaan. Galat simulasi ini adalah 0,0784%. Kurva pada Gambar 5.9 menunjukkan tegangan puncak mencapai 281,87 kV yaitu pada detik ke 0,295 sesaat sebelum CB kembali menutup.

 Pelepasan beban 100%, beban yang dilepaskan sebesar 42,55 MVA dari operasi membukanya semua CB penyulang, yaitu BG1, BG2, BG3, BG4 dari TD1, BN1, BN2, BN4, BN5 dari TD2 dan MG2, MG3, MG5, MG6, MG7 dari TD3 secara bersamaan. Galat

76

Universitas Sumatera Utara

simulasi ini adalah 0%. Kurva pada Gambar 5.10 menunjukkan tegangan puncak mencapai 283,01 kV yaitu pada detik ke 0,295 sesaat sebelum CB kembali menutup.

5.4.2 Simulasi Pelepasan Beban dengan Reaktor Shunt

 Pelepasan beban 10%, beban yang dilepaskan sebesar 4,23 MVA dari operasi membukanya CB penyulang BG2 dari TD1 dan BN1 dari TD2 secara bersamaan. Galat simulasi ini adalah 0,4706%. Pada detik ke 0,15 reaktor shunt dihubungkan pada sistem sebelum beban dilepas. Kurva pada Gambar 5.11 menunjukkan dengan pemasangan reaktor shunt , tegangan puncak dapat diturunkan menjadi 262,54 kV yaitu pada detik ke 0,295 sesaat sebelum CB kembali menutup.

 Pelepasan beban 20%, beban yang dilepaskan sebesar 8,53 MVA dari operasi membukanya CB penyulang BN3 dari TD2 dan MG2, MG3 dari TD3 secara bersamaan. Galat simulasi ini adalah 0,3529%. Pada detik ke 0,15 reaktor shunt dihubungkan pada sistem sebelum beban dilepas. Kurva pada Gambar 5.12 menunjukkan dengan pemasangan reaktor shunt, tegangan puncak dapat diturunkan menjadi 263,75 kV yaitu pada detik ke 0,295 sesaat sebelum CB kembali menutup.

 Pelepasan beban 30%, beban yang dilepaskan sebesar 12,82 MVA dari operasi membukanya CB penyulang BG3 dari TD1 dan BN2,

77

Universitas Sumatera Utara

BN3, BN4 dari TD2 secara bersamaan. Galat simulasi ini adalah 0,549%. Pada detik ke 0,15 reaktor shunt dihubungkan pada sistem sebelum beban dilepas. Kurva pada Gambar 5.13 menunjukkan dengan pemasangan reaktor shunt, tegangan puncak dapat diturunkan menjadi 264,96 kV yaitu pada detik ke 0,295 sesaat sebelum CB kembali menutup.

 Pelepasan beban 40%, beban yang dilepaskan sebesar 17,09 MVA dari operasi membukanya CB penyulang BG1, BG4 dari TD1, BN5 dari TD2 dan MG2, MG5 dari TD3 secara bersamaan. Galat simulasi ini adalah 0,3765%. Pada detik ke 0,15 reaktor shunt dihubungkan pada sistem sebelum beban dilepas. Kurva pada Gambar 5.14 menunjukkan dengan pemasangan reaktor shunt, tegangan puncak dapat diturunkan menjadi 266,17 kV yaitu pada detik ke 0,295 sesaat sebelum CB kembali menutup.

 Pelepasan beban 50%, beban yang dilepaskan sebesar 21,33 MVA dari operasi membukanya CB penyulang BG4 dari TD1, BN1, BN3, BN4, BN5 dari TD2 dan MG3, MG5, MG7 dari TD3 secara bersamaan. Galat simulasi ini adalah 0,3765%. Pada detik ke 0,15 reaktor shunt dihubungkan pada sistem sebelum beban dilepas. Kurva pada Gambar 5.15 menunjukkan dengan pemasangan reaktor shunt, tegangan puncak dapat diturunkan menjadi 267,45 kV yaitu pada detik ke 0,295 sesaat sebelum CB kembali menutup.

78

Universitas Sumatera Utara

 Pelepasan beban 60%, beban yang dilepaskan sebesar 25,67 MVA dari operasi membukanya CB penyulang BG3 dari TD1, BN2, BN4, BN5 dari TD2 dan MG2, MG3, MG6, MG7 dari TD3 secara bersamaan. Galat simulasi ini adalah 0,6667%. Pada detik ke 0,15 reaktor shunt dihubungkan pada sistem sebelum beban dilepas. Kurva pada Gambar 5.16 menunjukkan dengan pemasangan reaktor shunt, tegangan puncak dapat diturunkan menjadi 268,60 kV yaitu pada detik ke 0,295 sesaat sebelum CB kembali menutup.

 Pelepasan beban 70%, beban yang dilepaskan sebesar 29,97 MVA dari operasi membukanya CB penyulang BG1, BG2, BG3, BG4 dari TD1, BN1, BN2, BN4 dari TD2 dan MG3, MG5, MG7 dari TD3 secara bersamaan. Galat simulasi ini adalah 0,7395%. Pada detik ke 0,15 reaktor shunt dihubungkan pada sistem sebelum beban dilepas. Kurva pada Gambar 5.17 menunjukkan dengan pemasangan reaktor shunt, tegangan puncak dapat diturunkan menjadi 269,75 kV yaitu pada detik ke 0,295 sesaat sebelum CB kembali menutup.

 Pelepasan beban 80%, beban yang dilepaskan sebesar 34,02 MVA dari operasi membukanya CB penyulang BG1, BG2, BG3, BG4 dari TD1, BN1, BN2, BN4, BN5 dari TD2 dan MG5, MG6, MG7 dari TD3 secara bersamaan. Galat simulasi ini adalah 0,0588%. Pada detik ke 0,15 reaktor shunt dihubungkan pada sistem sebelum beban dilepas. Kurva pada Gambar 5.18 menunjukkan dengan pemasangan

79

Universitas Sumatera Utara

reaktor shunt, tegangan puncak dapat diturunkan menjadi 270,93 kV yaitu pada detik ke 0,295 sesaat sebelum CB kembali menutup.

 Pelepasan beban 90%, beban yang dilepaskan sebesar 38,28 MVA dari operasi membukanya CB penyulang BG1, BG2, BG3, BG4 dari TD1, BN1, BN2, BN4, BN5 dari TD2 dan MG2, MG3, MG5, MG6 dari TD3 secara bersamaan. Galat simulasi ini adalah 0,0784%. Pada detik ke 0,15 reaktor shunt dihubungkan pada sistem sebelum beban dilepas. Kurva pada Gambar 5.19 menunjukkan dengan pemasangan reaktor shunt, tegangan puncak dapat diturunkan menjadi 272,14 kV yaitu pada detik ke 0,295 sesaat sebelum CB kembali menutup.

 Pelepasan beban 100%, beban yang dilepaskan sebesar 42,55 MVA dari operasi membukanya semua CB penyulang, yaitu BG1, BG2, BG3, BG4 dari TD1, BN1, BN2, BN4, BN5 dari TD2 dan MG2, MG3, MG5, MG6, MG7 dari TD3 secara bersamaan. Galat simulasi ini adalah 0%. Pada detik ke 0,15 reaktor shunt dihubungkan pada sistem sebelum beban dilepas. Kurva pada Gambar 5.20 menunjukkan dengan pemasangan reaktor shunt, tegangan puncak dapat diturunkan menjadi 273,32 kV yaitu pada detik ke 0,295 sesaat sebelum CB kembali menutup.

Berdasarkan hasil analisis di atas, dapat dilihat bahwa profil tegangan pada sisi penerima SUTET 275 kV Pangkalan Susu-Binjai, yaitu pada GI 275 kV

80

Universitas Sumatera Utara

Binjai berbeda sebelum dan sesudah dipasang reaktor shunt. Sebelum dipasang reaktor shunt tegangan yang muncul melebihi tegangan kerja. Sedangkan ketika sudah dipasang reaktor shunt tegangan berada di bawah tegangan kerja. Tegangan yang timbul melebihi tegangan kerja hanya terjadi pada saat pelepasan beban 100%. Hal ini menunjukkan bahwa pengaruh pemasangan reaktor shunt mengurangi kelebihan daya reaktif kapasitif yang timbul akibat beban ringan sehingga mengurangi tegangan lebih transien yang terjadi.

Setiap tahapan pelepasan beban terdapat kenaikan tegangan pada sisi penerima saluran transmisi Pangkalan Susu – Binjai 275 kV. Persentase kenaikan tengan dapat dilihat pada Tabel 5.6 berikut.

Tabel 5.6 Besar Tegangan Lebih Transien pada Saat Pelepasan Beban di Tragi Binjai Tanpa Reaktor Shunt

Tahapan

Tegangan kerja (kV)

Tegangan lebih yang timbul (kV)

Persentase kenaikan tegangan Pelepasan

Beban

10% 271,34 272,52 100,43%

20% 271,34 273,70 100,87%

30% 271,34 274,89 101,31%

40% 271,34 276,07 101,74%

50% 271,34 277,31 102,20%

60% 271,34 278,43 102,61%

70% 271,34 279,62 103,05%

80% 271,34 280,72 103,46%

90% 271,34 281,87 103,88%

100% 271,34 283,01 104,30%

Dengan pemasangan reaktor shunt dapat menurunkan tegangan lebih yang terjadi pada setiap tahapan pelepasan beban. Besar persentasi penurunan tegangan dapat dilihat pada Tabel 5.7.

81

Universitas Sumatera Utara

Tabel 5.7 Besar Tegangan Lebih Transien pada Saat Pelepasan Beban di Tragi Binjai dengan Terpasang Reaktor Shunt

Tahapan

Tegangan awal (kV)

Tegangan lebih yang timbul (kV)

Persentase kenaikan tegangan Pelepasan

Beban

10% 271,34 262,54 96,76%

20% 271,34 263,75 97,20%

30% 271,34 264,96 97,65%

40% 271,34 266,17 98,09%

50% 271,34 267,45 98,57%

60% 271,34 268,06 98,99%

70% 271,34 269,75 99,41%

80% 271,34 270,93 99,85%

90% 271,34 272,14 100,29%

100% 271,34 273,32 100,73%

Dengan pemasangan reaktor shunt, nilai persentase kenaikan tegangan juga masih berada pada nilai yang diizinkan PT PLN (Persero) yaitu di bawah 105% dan di atas 95% dari tegangan kerja. Namun dari simulasi ini dapat dilihat pengaruh pemsangan reaktor shunt pada sistem, yaitu untuk menurunkan tegangan. Dari Tabel 5.6 dan 5.7 dapat dihitung nilai kompensasi akibat pemsangan reaktor shunt.

Pada pelepasan beban 10%, yaitu 4,23 MVA persentase kenaikan tegangan yang timbul sebelum dipasang reaktor shunt adalah 100,43% dan setelah dipasang reaktor shunt menjadi 96,76%, terjadi penurunan persentase kenaikan tegangan. Dapat dirumuskan bahwa “Persentase penurunan tegangan akibat pemasangan reaktor shunt adalah nilai kenaikan sebelum pemasangan reaktor shunt dikurang nilai kenaikan sesudah tegangan sesudah pemasangan reaktor shunt”. Penurunan

persentase kenaikan tegangan akibat pemasangan reaktor shunt dapat dilihat pada tabel berikut.

82

Universitas Sumatera Utara

Tabel 5.8 Persentase Penurunan Kenaikan Tegangan Lebih Akibat Pemasangan Reaktor Shunt

Tahapan Persentase kenaikan tegangan Besar Penurunan

Tegangan Pelepasan Tanpa Reaktor

Shunt

Dengan Reaktor Shunt Beban

10% 100.43% 96.76% 3.67%

20% 100.87% 97.20% 3.67%

30% 101.31% 97.65% 3.66%

40% 101.74% 98.09% 3.65%

50% 102.20% 98.57% 3.63%

60% 102.61% 98.99% 3.62%

70% 103.05% 99.41% 3.64%

80% 103.46% 99.85% 3.61%

90% 103.88% 100.29% 3.59%

100% 104.30% 100.73% 3.57%

Berdasarkan Tabel 5.8 nilai penurunan kenaikan tegangan lebih akibat pemasangan reaktor shunt pada operasi pelepasan beban di Tragi Binjai dapat ditentukan dengan mencari nilai rata-rata dari besar penurunan tegangan, yaitu :





_{% 3,631%} 10 31 , 36 % 10 % 10 % 100                    

_

_V

(5.1)

5.5 Menentukan Cara Menghitung Rating Reaktor Shunt yang Efisien Sesuai dengan Parameter Transmisi

Pemilihan rating (MVAR) reaktor shunt sangat menentukan dalam menjaga kualitas dari sistem tenaga listrik. Rating reaktor shunt tidak boleh terlalu besar, karena dapat mengakibatkan penurunan nilai tegangan yang timbul pada saat beban yang dilepas tidak terlalu besar (pada simulasi ini ditunjukkan dengan pelepasan beban 10%) dan rating reaktor shunt juga tidak boleh terlalu kecil,

83

Universitas Sumatera Utara

karena apabila terlalu kecil, maka tidak mampu menurunkan tegangan pada saat beban ringan (pada simulasi ini ditunjukkan dengan pelepasan beban 100%).

Persamaan 3.4 akan digunakan untuk menentukan rating reaktor shunt yang tepat (efisien) sesuai dengan parameter saluran transmisi.

Terlebih dahulu dihitung nilai ekivalen saluran transmisi.

 Nilai ekivelen untuk penghantar SUTET 275 kV Pangkalan Susu-Binjai adalah :



7,45 20,22



12,267

4  2 

  p ST p RS D D m



14,9 18,8



16,73

4  2 

 p RT D m 603 , 13 73 , 16 267 , 12 267 , 12

3   

 eq D m 3 T S R

eq H H H

H   

3 _31,5_38,95_46,4

 eq H 469 , 38  eq H m

 Maka nilai GMD adalah [9] :

2 2 4 1 1 eq eq eq H D D GMD  









2

2 469 , 38 4 603 , 13 1 1 603 , 13   GMD 39 , 13  GMD m

 Nilai GMR dapat dihitung dengan persamaan berikut [9] :

84

Universitas Sumatera Utara

N N N S r N GMR 1 1 sin 2 . .                            Dimana : 

N jumlah penghantar tiap berkas 

r jari-jari penghantar 

S jarak antar subkonduktor, nilainya 0,45 m

4 1 1 4 2 4 180 sin 2 45 , 0 . 10 43 , 1 . 4                             GMR 207 , 0  GMR m

Berdasarkan nilai GMD dan GMR di atas maka dapat dihitung nilai kapasitansi antar fasa

 

CC dan kapasitansi fasa ke tanah

 

CE .

 Nilai kapasitansi antar fasa dihitung dengan persamaan berikut [2] :

GMR GMD k C_C ln 

 dengan nilai 12

10 85 ,

8  

 k F/m

 





207 , 0 39 , 13 ln 10 85 , 8 14 ,

3  12

 C C 12 10 66 ,

6  



C

C F/m

 Nilai kapasitansi kawat fasa dengan tanah dihitung dengan persamaan [9] :

3 3 ln ln 2 T S R RT ST RS E H H H H H H r GMD k C       

85

Universitas Sumatera Utara

 





3 3 12 4 , 46 95 , 38 5 , 31 9 , 77 45 , 70 35 , 85 ln 0143 , 0 39 , 13 ln 10 85 , 8 14 , 3 2         E C 12 10 05 ,

9  



E

C F/m

 Maka nilai kapasitansi untuk panjang saluran transmisi 69,9 km adalah :



12



7

10 65 , 4 900 . 69 10 66 ,

6      



C

C F



12



7

10 32 , 6 900 . 69 10 05 ,

9      



E

C F

 Besar dari reaktor shunt sesuai dengan Persamaan 5.1 adalah



CE CC



k Lp 3 . . 1 2   

  

f k CE CC



Lp 3 . . 2 1 2   



  

2



7



7





10 65 , 4 3 10 32 , 6 8 , 0 50 . 14 , 3 . 2 1   _{ }     Lp 25 , 6  Lp H

 Telah diketahui bahwa X_L 2fLsehingga

   

3,14 50 6,25

2



L

X

 1962,5

L

X

Maka rating reaktor shunt yang diperlukan untuk mengkompensasi saluran transmisi Pangkalan Susu-Binjai yang tepat sebelum pengembangan jaringan transmisi adalah :

L X V Q 2 





5 , 1962 000 . 275 2  Q

86

Universitas Sumatera Utara

85 , 031 . 535 . 38



Q VAR

5 , 38



Q MVAR

Apabila kapasitas reaktor shunt digantikan nilainya dari 59,5 MVAR menjadi 38,5 MVAR pada simulasi sesuai skenario pelepasan beban yang ditunjukkan Tabel 5.1, maka tegangan lebih yang timbul pada ujung sisi penerima saluran transmisi Pangkalan Susu-Binjai ditunjukkan pada tabel berikut.

Tabel 5.9 Besar Tegangan Lebih Transien pada Saat Pelepasan Beban di Tragi Binjai dengan Terpasang Reaktor Shunt 38,5 MVAR

Tahapan pelepasan beban

Tegangan lebih yang timbul

10% 266,17 kV

20% 267,38 kV

30% 268,59 kV

40% 269,80 kV

50% 271,04 kV

60% 272,19 kV

70% 273,37 kV

80% 274,53 kV

90% 275,71 kV

100% 276,87 kV

5.6 Analisis Manfaat Pemasangan Reaktor Shunt dengan Kapasitas 59,5 MVAR di GI 275kV Binjai

Sistem Tenaga Listrik Tragi Binjai dalam tugas akhir ini disederhakan dengan suplai daya dari Pangkalan Susu hanya disalurkan ke GI 150 kV Binjai. Sedangkan pada kondisi sebenarnya suplai daya dari Pangkalan Susu disalurkan juga ke GI 150 kV Belawan, P. Brandan, dan Paya Geli, ditunjukkan pada Gambar 4.1a. Tragi Binjai juga direncanakan akan dikembangkan dengan saluran transmisi 275 kV ke Galang seperti yang ditunjukkan Gambar 4.1b. Sehingga berdasarkan simulasi dan perhitungan di atas penggunaan Reaktor Shunt dengan

87

Universitas Sumatera Utara

kapasitas 59,5 MVAR tidak diperlukan karena apabila terjadi pelepasan tiba-tiba pada penyulang 20 kV GI 150 Binjai, tegangan lebih yang terjadi masih berada pada nilai aman sesuai standar PLN, ditunjukkan pada Tabel 5.6.

Pemasangan reaktor shunt pada tugas akhir ini lebih berfungsi untuk menjaga kestabilan sistem dengan menjaga nilai tegangan yang timbul saat pelepasan beban mendekati tegangan kerja sistem. Semakin kecil selisih nilai tegangan yang timbul dengan nilai tegangan kerja sistem maka semakin tinggilah kualitas dari tegangan tersebut.

Dalam perencanaan sistem tenaga listrik tentu mempertimbangkan besar kapasitas reaktor shunt yang susuai dengan kebutuhan sistem. Nilai 59,5 MVAR yang dipilih oleh PT PLN (Persero) dipertimbangkan untuk memenuhi kebutuhan sistem karena ada rencana pengembangan transmisi kedepannya dari GI 275 kV Binjai.

Apabila kapasitas reaktor shunt digantikan nilainya dari 59,5 MVAR menjadi 38,5 MVAR pada simulasi sesuai skenario pelepasan beban yang ditunjukkan Tabel 5.1, maka tegangan lebih yang timbul pada ujung sisi penerima saluran transmisi Pangkalan Susu-Binjai pada pelepasan beban 10% tegangan yang timbul adalah 266,22 kV. Tegangan ini lebih baik daripada penggunaan reaktor shunt berkapasitas 59,5 MVAR, kapasitas yang terlalu besar sehingga mengakibatkan tegangan yang timbul adalah 262,54 kV. Kedua nilai tegangan ini memang berada pada nilai aman sesuai standar PLN namun dapat dilihat, dengan pemasangan reaktor shunt berkapasitas 38,5 MVAR, tegangan yang timbul lebih mendekati tegangan nominal (275 kV) dibandingkan apabila dipasang reaktor shunt berkapasitas 59,5 MVAR.

88

Universitas Sumatera Utara

Pemilihan nilai kapasitas reaktor shunt juga harus diperhitungkan apabila terjadi pelepasan beban dalam jumlah besar atau terjadi beban nol karena gangguan, reaktor shunt harus mampu menurunkan tegangan hingga pada nilai yang aman sesuai standar PLN. Simulasi pada skripsi ini menunjukkan keadaan ini dengan pelepasan beban 100%, apabila sistem terpasang dengan reaktor shunt berkapasitas 59,5 MVAR, tegangan lebih yang timbul berada pada nilai 273,32 kV. Sedangkan tegangan lebih yang timbul adalah 276,87 kV apabila reaktor

shunt yang terpasang berkapasitas 38,5 MVAR. Perbandingan nilai tegangan yang

timbul antara kedua reaktor shunt ini ditunjukkan oleh tabel berikut.

Tabel 5.10 Perbandingan Nilai Tegangan Lebih yang Timbul Saat Pelepasan Beban

Pelepasan beban

Tegangan lebih yang timbul saat terpasang

reaktor shunt

Selisih dengan tegangan nominal, yaitu 275 kV x V_L V_n

38,5 MVAR 59,5 MVAR 38,5 MVAR 59,5 MVAR

10 % 266,22 kV 262,54 kV 8,78 kV 12,46 kV 100% 276,87 kV 273,32 kV 1,68 kV 1,87 kV

Pada Tabel 5.10 dapat dilihat bahwa kualitas tegangan pada saat pemasangan reaktor shunt berkapasitas 38,5 MVAR lebih baik daripada pemasangan reaktor shunt berkapasitas 59,5 MVAR. Hal ini ditunjukkan dari selisih nilai tegangan lebih yang timbul dengan tegangan nominal. Semakin kecil nilai selisih maka semakin baik pula kualitas tegangan sistem tenaga listrik.

89

Universitas Sumatera Utara

BAB 6

KESIMPULAN DAN SARAN 6.1 Kesimpulan

Setelah melakukan beberapa perhitungan dan simulasi berkaitan dengan pelepasan beban pada sisi penerima Saluran Transmisi Pangkalan Susu – Binjai 275 kV dapat ditarik beberapa kesimpulan, yaitu :

1. Pemasangan reaktor shunt yang berkapasitas 59,5 MVA pada sisi penerima Saluran Transmisi Pangkalan Susu – Binjai mampu menurunkan tegangan lebih akibat pelepasan beban sebesar 3,613%.

2. Nilai tegangan pada sisi penerima Saluran Transmisi Pangkalan Susu – Binjai 275 kV masih dalam kategori aman sesuai standar PLN



95%V 105%



apabila terjadi pemadaman penuh pada penyulang 20 kV GI 150 kV, dengan tegangan 273,32 kV.

3. Untuk saat ini penggunaan Reaktor Shunt berkapasitas 59,5 MVAR tidak diperlukan, namun pemasangan reaktor ini akan berguna kedepannya mengingat rencana pengembangan sistem transmisi ke Galang dari GI 275 kV Binjai.

90

Universitas Sumatera Utara

6.2 Saran

Adapun saran dari penulis sebagai pengembangan dari skripsi ini adalah sebagai berikut :

1. Membandingan pengaruh pemasangan letak reaktor shunt, apabila dipasang di salah satu ujung saluran, tengah saluran maupun di kedua ujung saluran transmisi.

2. Menganalisis pengaruh pemasangan reaktor shunt terhadap tegangan yang timbul pada sisi pembangkitan akibat pelepasan beban pada sisi penyulang.

6

Universitas Sumatera Utara

BAB 2

SALURAN TRANSMISI SISTEM TENAGA LISTRIK

2.1 Pengertian Umum Saluran Transmisi

Pusat pembangkit tenaga listrik biasanya letaknya jauh dari tempat-tempat dimana tenaga listrik itu digunakan. Karena itu, tenaga listrik yang dibangkitkan disalurkan melaui penghantar-penghantar dari pusat pembangkit tenaga listrik ke pusat-pusat beban, baik langsung maupun melalui saluran penghubung, yaitu GI.

Saluran transimi dapat dibedakan menjadi dua kategori, yaitu : saluran udara (overhead line) dan saluran bawah tanah (underground). Sistem saluran udara menyalurkan tenaga listrik melalui penghantar-penghantar yang digantung pada tiang-tiang transmisi dengan perantaraan isolator-isolator, sedangkan sistem saluran bawah tanah meyalurkan tenaga listrik melalui kabel-kabel bawah tanah. Tenaga listrik ini dapat disalurkan dengan beberapa tegangan nominal. Berdasarkan dokumen IEC (International Electrotechnical Commission) 60038, tegangan transmisi dapat dikelompokkan menjadi : tegangan menengah (1kV-35kV), tegangan tinggi (35kV – 230 kV) dan tegangan ekstra tinggi (230kV – 800kV) dan tegangan ultra tinggi (di atas 800kV).

Menurut jenis arus yang dialirkan, saluran transmisi dapat dibedakan menjadi 2 (dua) jenis, yaitu sistem arus bolak-balik (A.C./alternating current) dan sistem arus searah (D.C./direct current). Di dalam sistem A.C. penaikan dan penurunan tegangan mudah dilakukan yaitu dengan menggunakan transforma-tor. Pada sistem ini terdapat A.C. satu fasa dan tiga fasa. Sistem tiga fasa mempunyai kelebihan dibandingkan dengan sistem satu fasa karena daya yang disalurkan lebih besar, nilai sesaatnya konstan dan medan magnet putarnya mudah

7

Universitas Sumatera Utara

diabaikan. Berhubungan dengan keuntungan-keuntugannya, sistem A.C. paling banyak digunakan. Namun, sejak beberapa tahun terakhir ini penyaluran arus seaorah mulai dikembangkan karena, isolasinya lebih sederhana, daya-guna yang tinggi serta tidak ada masalah stabilitas, sehingga dimungkinkan penyaluran jarak jauh. Penyaluran tenaga listrik dengan sistem D.C. baru dianggap ekonomis bila jarak saluran udara lebih dari 640 km atau saluran bawah tanah lebih panjang dari 50 km [1].

2.2 Karakteristik Listrik dari Saluran Transmisi

Saluran transmisi listrik mempunyai empat parameter yang mempengaruhi kemampuannya untuk berfungsi sebagai bagian dari suatu sistem tenaga, yaitu resistansi, induktansi, kapasitansi dan konduktansi [2]. Parameter-parameter ini merupakan salah satu pertimbangan utama dalam perencanaan saluran transmisi. Impedansi seri dibentuk oleh resistansi dan induktansi yang terbagi rata disepanjang saluran. Sedangkan konduktansi dan kapasitansi yang terdapat diantara penghantar-penghantar dari suatu saluran fasa-tunggal atau di antara sebuah penghantar dan netral dari suatu saluran tiga-fasa membentuk admitansi paralel. Dalam perhitungan, rangkaian saluran ekivalen yang dibentuk dari parameter-parameter dijadikan satu meskipun resistansi, induktansi dan kapasitansi tersebut terbagi merata di sepanjang saluran.

2.2.1 Resistansi

Resistansi efektif (R) dari suatu penghantar adalah [2]

8

Universitas Sumatera Utara

( )

2 



I P

R (2.1)

dimana P = rugi daya pada penghantar (Watt)

I = arus yang mengalir (Ampere)

Resistansi efektif sama dengan resistansi dari saluran jika terdapat distribusi arus yang merata (uniform) di seluruh penghantar. Distribusi arus yang merata di seluruh penampang suatu penghantar hanya terdapat pada arus searah, sedangkan tidak pada arus bolak-balik (ac).

Resistansi dc dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini

) (

0  

A l

R  (2.2)

dimana  _{= resistivitas peng}hantar (Ω.m)

l _{= panjang penghantar (m)}

A = luas penampang (m2)

Dengan meningkatnya frekuensi arus bolak-balik, distribusi arus makin tidak merata (nonuniform). Peningkatan frekuensi ini juga mengakibatkan tidak meratanya kerapatan arus (current density), disebut juga efek kulit (skin effect).

Untuk penghantar dengan jari-jari yang cukup besar ada kemungkinan terjadi kerapatan arus yang berisolasi terhadap jarak radial dari titik-tengah penampang penghantar. Fluks bolak-balik mengimbaskan tegangan yang lebih tinggi pada serat-serat di bagian dalam daripada di sekitar permukaan penghantar, karena fluks yang meliputi serat dekat permukaan penghantar lebih sedikit daripada fluks yang meliputi serat di bagian dalam penghantar. Berdasarkan hukum Lenz, tegangan yang diimbaskan akan melawan perubahan arus yang menyebabkannya, dan meningkatnya tegangan imbas pada serat-serat di bagian

9

Universitas Sumatera Utara

dalam menyebabkan meningkatnya kerapatan arus pada serat-serat yang lebih dekat ke permukaan penghantar dan karena itu resistansi efektifnya meningkat. Sehingga dapat dikatakan pada arus bolak-balik arus cenderung mengalir melalui permukaan penghantar.

Perhitungan resistansi total suatu saluran transmisi ditentukan oleh jenis penghantar pabrikan, biasanya pabrikan akan memberikan tabel karakteristik listrik dari penghantar yang dibuatnya, termasuk diantaranya nilai resistansi ac

penghantar dalam satuan Ω/km (Standar Internasional) atau Ω/mi (American

Standart).

Nilai resistansi juga dipengaruhi oleh suhu, ditunjukkan oleh persamaan berikut [1]

)] (

1

[ 2 1

1

2 R T T

R  



 _(2.3)

dimana R₁ dan R₂ adalah resistansi pada suhu T₁ dan T₂, dan  adalah koefisien suhu dari resistansi, yang nilainya tergantung dari bahan konduktor.

2.2.2 Induktansi

Induktansi adalah sifat rangkaian yang menghubungkan tegangan yang diimbaskan oleh perubahan fluks dengan kecepatan perubahan arus [2]. Persamaan awal yang dapat menjelaskan induktansi adalah menghubungkan tegangan imbas dengan kecepatan perubahan fluks yang meliputi suatu rangkaian. Tegangan imbas adalah

dt d

e  (2.4)

Dimana e = tegangan imbas (volt)

10

Universitas Sumatera Utara

 = banyaknya fluks gandeng rangkaian (weber-turns)

Banyaknya weber-turns adalah hasil perkalian masing-masing weber dari fluks dan jumlah lilitan dari rangkaian yang digandengkannya.

Jika arus pada rangkaian berubah-ubah, medan magnet yang ditimbulkannya akan turut berubah-ubah. Jika dimisalkan bahwa media di mana medan magnet ditimbulkan mempunyai permeabilitas yang konstan, banyaknya fluks gandeng berbanding lurus dengan arus, dan karena itu tegangan imbasnya sebanding dengan kecepatan perubahan arus [2],

dt di L

e (2.5)

Dimana L = konstanta kesebandingan = induktansi (H)

dt di

= kecepatan perubahan arus (A/s)

Dari Persamaan 2.3 dan 2.4 maka didapat persamaan umum induktansi saluran dalam satuan Henry, yaitu [2]

i

L (2.6)

dengan i adalah arus yang mengalir pada saluran transmisi dalam satuan

ampere (A).

Induktansi timbal-balik antara dua rangkaian didefenisikan sebagai fluks gandeng pada rangkaian pertama yang disebabkan oleh arus pada rangkaian kedua per ampere arus yang mengalir di rangkaian kedua. Jika arus I2 menghasilkan fluks gandeng dengan rangkaian 1 sebanyak



12, maka induktansi timbal-baliknya adalah

11

Universitas Sumatera Utara

( )

2 12

12 H

I

M  (2.7)

Dimana



_{12 = fluks gandeng yang dihasilkan I}2 terhadap rangkaian 1 (Wbt) I₂ = arus yang mengalir pada rangkaian kedua.

Pada saluran tiga fasa induktansi rata-rata satu penghantar pada suatu saluran ditentukan dengan persamaan [2]

2 10 7 ln (H /m)

D D L s eq a  

 untuk penghantar tunggal,

2 10 7 ln (H /m)

D D L b s eq a  

 untuk penghantar berkas.

dengan 3

31 23 12D D D

Deq  dan Ds adalah GMR penghantar tunggal dan b s

D

adalah GMR penghantar berkas. Nilai b s

D akan berubah sesuai dengan jumlah lilitan dalam suatu berkas .

Untuk suatu berkas dua-lilitan

d r d

r c

D_sb 4  2  

) (

Untuk suatu berkas tiga-lilitan

3 2

9 _{(r d d)}3 _rd

c

D_sb    

Untuk suatu berkas empat-lilitan

4 3 16 4 09 , 1 ) 2 ( 2 1 rd d d d r c

Dsb      

Persamaan di atas merupakan persamaan untuk saluran yang telah ditransposisikan, yaitu suatu metode pengembalian keseimbangan ketiga fasa dengan mempertukarkan posisi-posisi penghantar pada selang jarak yang teratur

12

Universitas Sumatera Utara

di sepanjang saluran sedemikian rupa sehingga setiap penghantar akan menduduki posisi semula penghantar yang lain pada suatu jarak yang sama, lihat Gambar 2.1

Posisi 1

Posisi 2

Posisi 3 a

b

c

c

a

b

b

c

a D12

D23

D31

Gambar 2.1 Siklus Transposisi

Persamaan ini juga dapat dapat digunakan untuk saluran tiga fasa dengan jarak pemisah tidak simetris karena ketidaksimetrisan antara fasa-fasanya adalah kecil saja sehingga dapat diabaikan pada kebanyakan perhitungan induktansi [2].

2.2.3 Kapasitansi

Kapasitansi suatu saluran transmisi adalah akibat beda potensial antara penghantar, baik antara penghantar-penghantar maupun antara penghantar-tanah. Kapasitansi menyebabkan penghantar tersebut bermuatan seperti yang terjadi pada pelat kapasitor bila terjadi beda potensial di antaranya. Untuk menentukan nilai kapasitansi antara penghantar-penghantar ditentukan dengan persamaan [2]

). / ( ) ln(

m F r D k

C_ab   (2.8)

Jika saluran dicatu oleh suatu transformator yang mempunyai sadapan tengah yang ditanahkan, beda potensial antara kedua penghantar tersebut dan

13

Universitas Sumatera Utara

kapasitansi ke tanah (kapasitansi ke netral), adalah muatan pada penghantar per satuan beda potensial antara penghantar dengan tanah. Jadi kapasitansi ke netral untuk saluran dan kawat adalah dua kali kapasitansi antara penghantar-penghantar [2]. ). / ( ) ln( 2 m F r D k

C_an   (2.9)

Dimana C = kapasitansi antara penghantar a-b (F/m) _ab

an

C = kapasitansi antara penghantar-tanah (F/m)

k = permeabilitan bahan dielektrik

D = jarak antara penghantar (m)

r = jari-jari antara penghantar (m)

Persamaan (2.9) juga dapat digunakan untuk menentukakan kapasitansi saluran tiga-fasa dengan jarak pemisah yang sama. Jika penghantar pada saluran tiga-fasa tidak terpisah dengan jarak yang sama, kapasitansi masing-masing fasa ke netral tidak sama. Namun untuk susunan penghantar yang biasa, ketidaksimetrisan saluran yang tidak ditrasnposisikan adalah sangat kecil, sehingga perhitungan kapasitansi dapat dilakukakan seakan-akan semua saluran itu ditransposisikan. Untuk saluran tiga fasa yang ditransposisikan, nilai kapasitansi fasa ke netral ditentukan dengan persamaan [2]

) / ( ) ln( 2 m F r D k C eq n 

 untuk penghantar tunggal,

) / ( ) ln( 2 m F c D D k C b s eq n 

 untuk penghantar berkas.

14

Universitas Sumatera Utara

Dengan D_eq adalah GMR penghantar, r adalah jari-jari penghantar dan

c

D_sb adalah GMR penghantar berkas. Nilai D_sbc akan berubah sesuai dengan jumlah lilitan dalam suatu berkas .

Untuk suatu berkas dua-lilitan

d r d r c Db

s    

4 _{( )}2

Untuk suatu berkas tiga-lilitan

3 2

9 3

)

(r d d rd

c

D_sb    

Untuk suatu berkas empat-lilitan

4 3 16 4 09 , 1 ) 2 ( 2 1 rd d d d r c

Dsb      

Untuk menghitung kapasitansi saluran kabel ke tanah perlu menggunakan metode muatan bayangan, lihat Gambar 2.1. Pada metode ini bumi dapat diumpamakan dengan suatu penghantar khayal yang bermuatan di bawah permukaan bumi pada jarak yang sama dengan penghantar asli di atas bumi. Penghantar semacam itu mempunyai muatan yang sama tetapi berlawanan tanda dengan penghantar aslinya dan disebut penghantar bayangan. Jika ditempatkan satu penghantar bayangan untuk setiap penghantar atas-tiang, fluks antara penghantar asli dengan bayangannya adalah tegak lurus pada bidang yang menggantikan bumi, dan bidang itu adalah suatu permukaan ekipotensial. Fluks di atas bidang itu adalah sama seperti bila bumi ada tanpa adanya penghantar bayangan. Persamaan untuk menentukan kapasitansi saluran kabel ke tanah adalah [2] : ) ln( ) ln( 2 3 3 2 1 3 ' 31 ' 23 ' 12 H H H H H H c D D k C b s eq n 

  (2.10)

15

Universitas Sumatera Utara

Dimana C = kapasitansi saluran kabel ke tanah (F/m) _n

' 12

H = jarak antara penghantar 1 dengan penghantar bayangan 2 (m)

' 23

H = jarak antara penghantar 2 dengan penghantar bayangan 3 (m)

' 31

H = jarak antara penghantar 3 dengan penghantar bayangan 1 (m)

1

H = jarak antara penghantar 1 dengan permukaan bumi (m)

2

H = jarak antara penghantar 2 dengan permukaan bumi (m)

3

H = jarak antara penghantar 3 dengan permukaan bumi (m)

H

1 H2 H3

H 1

2 '

H 2

3 '

H 3 1 '

1 2 3

1' 2' 3'

Permukaan bumi

Gambar 2.2 Metode Muatan Bayangan

16

Universitas Sumatera Utara

2.3 Karakteristik Penyaluran Daya

Dalam mempelajari karakteristik penyaluran daya dalam keadaan normal, lazim diandaikan saluran transmisi dengan rangkaian yang konstantanya didistribusikan atau rangkaian yang konstantanya dikonsentrasikan, yaitu bila salurannya pendek.

2.3.1 Saluran Transmisi Jarak Pendek

Oleh karena pengaruh kapasitansi dan konduktansi bocor dapat diabaikan pada saluran transmisi pendek (kurang dari 80 km), maka saluran tersebut dapat dianggap sebagai rangkaian impedansi yang terdiri dari tahanan dan induktansi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.3. Dengan demikian maka impedansi Z dan admitansinya Ydinyatakan oleh [1] :

jB G jb g l y Y

jX R jx r l z Z

    

    

) (

) (  

 

(2.11)

Dimana rtahanan kawat (Ω/km)



x reaktansi kawat =2fL(Ω/km) 

g konduktansi kawat (mho/km)



b suseptansi kawat = 2fC(mho/km)

Ujung Pengiriman Ujung Penerimaan

S

E ER

R X

Gambar 2.3 Rangkaian Ekivalen untuk Saluran Transmisi Jarak Pendek

17

Universitas Sumatera Utara

Bila kondisi pada ujung penerima diketahui, maka hubungan antara tegangan dan arus dinyatakan oleh persamaan berikut [1] :

r r

R r

S E I IX

E   cos   (2.12)

Dengan regulasi tegangan

) sin cos

( _{r r}

r R r r S X R E I E E E      _(2.13)

Sebaliknya bila kondisi pada titik pengirim diketahui maka )

sin cos

( _{R r r}

S

r E I IX

E      (2.14)

Dimana E_S tegangan pada ujung pengirim



r

E tegangan pada ujung penerima



R

I arus pada ujung penerima



R jumlah tahanan saluran (Ω)



X jumlah reaktansi saluran (Ω)



r 

cos faktor daya pada ujung penerima



r 

sin faktor daya-buta pada ujung penerima

2.3.2 Saluran Transmisi Jarak Mengengah

Saluran transmisi jarak-menengah dapat dianggap sebagai rangkaian T atau rangkaian  [1], perhatikan Gambar 2.4.

Dengan I merupakan arus yang mengalir pada ujung pengirim, untuk rangkaian _S

T persamaannya adalah [1] :

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR TABEL ... x

1. PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan ... 2

1.4 Batasan Masalah ... 3

1.5 Manfaat ... 3

1.6 Metode Penelitian ... 3

1.7 Langkah-langkah Penelitian ... 4

2. SALURAN TRANSMISI SISTEM TENAGA LISTRIK ... 6

2.1 Pengertian Umum Saluran Transmisi ... 6

2.2 Karakteristik Listrik Dari Saluran Transmisi ... 7

2.2.1 Resistansi ... 7

2.2.2 Induktansi ... 9

2.2.3 Kapasitansi ... 12

2.3 Karakteristik Penyaluran Daya... 16

2.3.1 Saluran Transmisi Jarak Pendek ... 16

2.3.2 Saluran Transmisi Jarak Menengah ... 17

2.3.3 Saluran Transmisi Jarak Jauh ... 19

2.4 Studi Aliran Daya Sistem Tenaga Listriik ... 19

2.5 Profil Arus dan Tegangan Saluran Transmisi Pada Saat Beban Nol... 23

2.6Hubungan Daya Reaktif dengan Profil Tegangan ... 25

vi Universitas Sumatera Utara

2.7.1 Analisis Transien : Gelombang Berjalan ... 26

2.7.2 Analisi Transien : Gelombang Pantul ... 29

2.8 Efek Feranti Pada Saluran Transmisi ... 31

2.9 Arus Pengisian ... 33

3. PENGARUH PEMASANGAN REAKTOR SHUNT PADA SALURAN TRANSMISI ... 34

3.1 Kompensasi Saluran Transmisi ... 34

3.2 Pengaruh Pemasangan Reaktor Shunt Terhadap Daya Reaktif ... 35

3.3 Profil Tegangan Sepanjang Saluran Dengan Kompensator Reaktor Shunt ... 35

3.5 Persamaan untuk Menentukan Rating Reaktor Shunt ... 36

4. PERANCANGAN SIMULASI PELEPASAN BEBAN... 38

4.1 ETAP (Electrical Transient Analysis Program) ... 38

4.2 Sistem Tenaga Listrik Tragi Binjai PT PLN (Persero)... 39

4.3 Variabel Masukan dan Keluaran Simulasi ... 42

4.3.1 Variabel Masukan Peralatan ... 42

4.3.2 Perhitungan Jumlah Beban ... 44

4.3.3 Variabel yang Diamati ... 45

4.3.4 Prosedur Penelitian ... 46

5. SIMULASI DAN ANALISA ... 47

5.1 Skenario Pelepasan Beban ... 47

5.2 Menjalankan Simulasi ... 49

5.3 Hasil Simulasi ... 50

5.4 Analisa Data ... 73

5.4.1 Simulasi Pelepasan Beban Tanpa Reaktor Shunt ... 73

5.4.2 Simulasi Pelepasan Beban Dengan Reaktor Shunt ... 76

5.5 Menentukan cara menghitung Rating Reaktor Shunt yang Efisien Sesuai dengan Parameter Transmisi ... 82

5.6Analisis Manfaat Pemasangan Reaktor Shunt dengan Kapasitas 59,5 MVAR di GI 275 kB Binjai ... 86

6. KESIMPULAN DAN SARAN ... 89

6.2 Saran ... 90 DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN 1 PLTU 2 SUMATERA UTARA 2X220 MW MEDAN

INSPECTION REPORT

LAMPIRAN 2 EQUIPMENT BASIC TECHNICAL PARAMETER

PLTU PANGKALAN SUSU

LAMPIRAN 3 DATA BEBAN HARIAN PENYULANG GI BINJAI

TANGGAL 1-7 JULI 2015 UPT SUMABGUT, TRAGI BINJAI

viii Universitas Sumatera Utara DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 ... Siklus Transposisi ... 12

Gambar 2.2 ... Metode Muatan Bayangan ... 15

Gambar 2.3 ... Rangkaian Ekivalen untuk Saluran Transmisi Jarak Pendel .. 16

Gambar 2.4a ... Rangkaian Ekivalen untuk Saluran Transmisi Jarak ... Menengah Rangkaian T ... 18

Gambar 2.4b ... Rangkaian Ekivalen untuk Saluran Transmisi Jarak ... Menengah Rangkaian  ... 18

Gambar 2.5 ... Fasor-fasor Persamaan (2.20) Dilukis Dalam Bidang ... Kompleks ... 20

Gambar 2.6 ... Diagram Daya yang Diperoleh dengan Menggeser Titik ... Asal Sumbu Koordinat pada Gambar 2.5 ... 22

Gambar 3.1 ... Profil Tengangan Sepanjang Saluran dengan Kompensasi ... Reaktor Shunt ... 36

Gambar 3.2 ... Rangkaian Pengganti Saluran Transmisi Setelah Dipasang Reaktor Shunt ... 37

Gambar 4.1a ... Single Line Diagram GI 275 kV Binjai ... 40

Gambar 4.1b ... Single Line Diagram GI 150 kV Binjai ... 41

Gambar 4.2 ... Menara SUTET 275kV Pangkalan Susu-Binjai ... 44

Gambar 4.3 ... Diagram Alir Penelitian ... 46

Gambar 5.1 ... Kurva V-t Pelepasan Beban 10% tanpa Reaktor Shunt ... 51

Gambar 5.2 ... Kurva V-t Pelepasan Beban 20% tanpa Reaktor Shunt ... 52

Gambar 5.3 ... Kurva V-t Pelepasan Beban 30% tanpa Reaktor Shunt ... 53

Gambar 5.4 ... Kurva V-t Pelepasan Beban 40% tanpa Reaktor Shunt ... 54

Gambar 5.5 ... Kurva V-t Pelepasan Beban 50% tanpa Reaktor Shunt ... 55

Gambar 5.6 ... Kurva V-t Pelepasan Beban 60% tanpa Reaktor Shunt ... 56

Gambar 5.7 ... Kurva V-t Pelepasan Beban 70% tanpa Reaktor Shunt ... 57

Gambar 5.8 ... Kurva V-t Pelepasan Beban 80% tanpa Reaktor Shunt ... 58

Gambar 5.9 ... Kurva V-t Pelepasan Beban 90% tanpa Reaktor Shunt ... 59

Gambar 5.10 ... Kurva V-t Pelepasan Beban 100% tanpa Reaktor Shunt ... 60

Gambar 5.11 ... Kurva V-t Pelepasan Beban 10% dengan Reaktor Shunt ... 61

Gambar 5.13 ... Kurva V-t Pelepasan Beban 30% dengan Reaktor Shunt ... 63

Gambar 5.14 ... Kurva V-t Pelepasan Beban 40% dengan Reaktor Shunt ... 64

Gambar 5.15 ... Kurva V-t Pelepasan Beban 50% dengan Reaktor Shunt ... 65

Gambar 5.16 ... Kurva V-t Pelepasan Beban 60% dengan Reaktor Shunt ... 66

Gambar 5.17 ... Kurva V-t Pelepasan Beban 70% dengan Reaktor Shunt ... 67

Gambar 5.18 ... Kurva V-t Pelepasan Beban 80% dengan Reaktor Shunt ... 68

Gambar 5.19 ... Kurva V-t Pelepasan Beban 90% dengan Reaktor Shunt ... 69

x Universitas Sumatera Utara DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 ... Nilai Parameter Generator di PLTU Pangkalan Susu ... 42 Tabel 4.2 ... Data Kapasitas Transformator yang Terpasang pada Sistem

... Tenaga Listrik Pangkalan Susu-Binjai ... 43 Tabel 4.3 ... Saluran Transmisi SUTET 275kV Pangkalan Susu-Binjai ... 43 Tabel 4.4 ... Data Beban Penyulang di GI 150 kV Binjai ... 45 Tabel 5.1 ... Skenario Pelepasan Beban Untuk Simulai Transient Stability

... ETAP 11.0 ... 48 Tabel 5.2 ... Hasil Simulasi Pelepasan Beban, Sistem Tidak Terpasang

... Reaktor Shunt (1 pu = 275 kV) ... 71 Tabel 5.3 ... Hasil Simulasi Pelepasan Beban, Sistem Terpasang dengan

... Reaktor Shunt (1 pu = 275 kV) ... 71 Tabel 5.4 ... Hasil Simulasi Pelepasan Beban tanpa Reaktor Shunt ... 72 Tabel 5.5 ... Hasil Simulasi Pelepasan Beban dengan Reaktor Shunt ... 72 Tabel 5.6 ... Besar Tegangan Lebih Transien pada Saat Pelepasan Beban

... Di Tragi Binjai Tanpa Reaktor Shunt ... 80 Tabel 5.7 ... Besar Tegangan Lebih Transien pada Saat Pelepasan Beban di

... Tragi Binjai dengan Terpasang Reaktor Shunt ... 81 Tabel 5.8 ... Persentase Penurunan Kenaikan Tegangan Lebih Akibat

... Pemasangan Reaktor Shunt ... 82 Tabel 5.9 ... Besar Tegangan Lebih Transien pada Saat Pelepasan Beban di

Tragi Binjai dengan Terpasang Reaktor Shunt 38,5 MVAR . 86 Tabel 5.10 ... Perbandingan Nilai Tegangan Lebih yang Timbul Saat Pelepasan