PENGARUH PERUBAHAN IMPEDANSI SALURAN TERHADAP ALIRAN DAYA DAN RUGI-RUGI SALURAN DENGAN METODE NEWTON RAPHSON

  PENGARUH PERUBAHAN IMPEDANSI SALURAN

TERHADAP ALIRAN DAYA DAN RUGI-RUGI SALURAN

DENGAN METODE NEWTON RAPHSON

  SKRIPSI

  Diajukan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan Pendidikan Program Studi Strata I Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Widya Dharma Klaten Disusun oleh : Nama : PRISTIWANTO HARYONO NIM : 1242100457

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS WIDYA DHARMA KLATEN 2016

HALAMAN MOTTO 1.

  Allah tidak akan merubah nasib suatu kaum (seseorang) jika bukan kaum itu (seseorang) itu yang merubah nasibnya sendiri.

2. Keberhasilan tidak akan di nikmati tanpa adanya usaha dan pengorbanan.

  (Q.S Al- An’am: 3) 3.

  Barang siapa menempuh suatu jalan untuk mencari ilmu maka Allah akan memudahkan kepadanya jalan yang baik/ surga. (HR Muslim)

  4. Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan, maka apabila kamu telah selesai (dari suatu masalah), kerjakanlah dengan sungguh-sungguh (urusan) yang lain dan hanya kepada Tuhanlah hendaknya kamu berharap. (Q.S Al Insyirakh).

  

PRAKATA

  Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas terselesainya skripsi sebagai salah satu syarat guna menyelesaikan studi.

  Skripsi ini penulis buat berdasarkan teori yang telah didapat di bangku kuliah dan pengalaman, dengan tujuan selain bermanfaat bagi penulis juga diharapkan bermanfaat juga bagi para pembaca, khususnya para mahasiswa.

  Harapan dari penulis semoga skripsi ini bisa dimanfaatkan dan bisa berguna bagi kita semua. Tak lupa penulis harapkan kritik dan saran dari para pembaca yang sifatnya membangun demi kemajuan ilmu pengetahuan dan kesempurnaan skripsi ini.

  Pada kesempatan ini, perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih kepada:

  1. Prof. Dr. Triyono, M.Pd, selaku Rektor Universitas Widya Dharma Klaten yang telah memberikan fasilitas di Jurusan Teknik Elektro, sehingga dapat memperlancar dalam penyelesaian skripsi ini.

  2. Ir. Darupratomo, MT. selaku Dekan Fakultas Teknik yang telah memberikan izin kepada penulis untuk melaksanakan skripsi ini.

  3. Sugeng Santosa, ST, M.Eng.. selaku Pembimbing I dan Ketua Jurusan Teknik Elektro yang telah memberikan arahan-arahan sehingga dapat memperlancar skripsi ini.

  4. Harri Purnomo, ST, MT selaku Pembimbing II yang telah membantu dalam menyelesaikan skripsi ini.

  5. Seluruh Dosen Teknik Elektro yang selalu memberikan dorongan dan masukkan sehingga terselesaikan skripsi ini.

  6. Semua pihak yang tidak mungkin penulis sebutkan satu persatu yang telah banyak membantu dalam penyelesaian skripsi ini.

  Semoga amal kebaikan yang telah diberikan mendapat imbalan pahala dari Allah SWT. Akhir kata, dengan segenap kerendahan hati penulis menyampaikan harapan sederhana semoga skripsi ini dapat bermanfaat sebagaimana mestinya.

  Klaten, Juni 2016 Penulis

  DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL .............................................................................. i HALAMAN PENGESAHAN ................................................................ ii PRAKATA ............................................................................................ iv HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN .................................... vi DAFTAR ISI .......................................................................................... viii DAFTAR GAMBAR .............................................................................. x DAFTAR TABEL ................................................................................. xi ABSTRAKSI ......................................................................................... xii

  BAB I PENDAHULUAN 1.1.

  1 Latar Belakang Masalah ....................................................................

  1.2.

  3 Perumusan Masalah ..........................................................................

  1.3.

  3 Pembatasan Masalah .........................................................................

  1.4.

  4 Tujuan Penelitian ..............................................................................

  1.5.

  4 Manfaat Penelitian ............................................................................

  1.6. Metode Penelitian........................................................ ...................... 4 1.7.

  5 Sistematika Penelitian .......................................................................

  BAB II LANDASAN TEORI 2.1.

  7 .Daya Kompleks ………………………………………………

  2.2 .Arah a 8 liran Daya ……………………………………………….

  2.3.

  13 Kuantitas Per Unit ……………………………………………

  2.4. Diagram

  18 Segaris ……………………………………………… 2.5.

  25 Data Untuk Studi Aliran Daya ……………………………….

  2.6.

  29 Matriks Admitansi Bus ……………………………………….

  2.7.

  33 Persamaan Aliran Daya ………………………………………..

  2.8. Studi Aliran Daya Sistem Tenaga Listrik Dengan Metode

  35 Newton Raphson ……………………………………………….

  2.9. Aliran Daya dan Rugi- 38 rugi Daya Pada Saluran ……………..

  BAB III METODOLOGI PENELITIAN

  3.1. Perhitungan Aliran Daya Sistem Tenaga Listrik Dengan

  41 Metode Newton Raphson…………...…………………………

  3.2 44 .Diagram Alir ………………………………………………….

  3.3.

  46 Program Bantu MATLAB ……………………………………

  BAB IV ANALISA HASIL PERHITUNGAN

  4.1.Hasil Perhitungan Aliran Daya Sistem Tenaga Listrik Dengan

  57 Metode Newton Raphson ……………………………………...

  4.2.Analisis Hasil Perhitungan Aliran Daya Dengan Metode

  59 Newton Raphson ………………………………………

  4.3.Analisa Hasil Perhitungan Aliran Daya Dengan Metode Newton Raphson yang Dipengaruhi Perubahan Impedansi Saluran.

  62 …………………………………………………… BAB V PENUTUP

  5.1 62 . Kesimpulan…………………………………………………….

  5.2.

  63 Saran…………………………………………………………… DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

  

DAFTAR GAMBAR

  Halaman

Gambar 2.1 Diagram segaris sistem tenaga listrik sederhana .............................. 6Gambar 2.2. Hubungan arus dan tegangan pada DC .......................................... 9Gambar 2.3. Representasi rangkaian AC dari sebuah emf dan arus ................ 10Gambar 2.4. Emf AC yang dihubungkan pada (a) elemen induktif murni

  (b) elemen kapasitif murni ................................................................................ 11

Gambar 2.5. Diagram segaris suatu sistem listrik .............................................. 20Gambar 2.6. Diagram impedansi dari diagram segaris gambar 2.5 .................. 21Gambar 2.7. Diagram admitansi untuk sistem tenaga listrik ............................ 29Gambar 2.9. Tipikal bus dari sistem tenaga listrik ............................................ 31Gambar 2.10. Model saluran transmisi untuk perhitungan aliran daya

  Dan rugi-rugi daya pada saluran .......................................................... 34

Gambar 3.1. Diagram segaris sistem tenaga listrik lima bus ............................ 41Gambar 3.2. Diagram alir .................................................................................. 45Gambar 4.1. Diagram aliran daya pada perhitungan ......................................... 61

  

DAFTAR TABEL

  Halaman

Tabel 2.1. Hubungan aliran daya pada sistem AC ............................................ 12Tabel 4.1 Perubahan Impedansi Saluran (reaktansi tetap) terhadap alira

  n daya pada saluran ………………………………………………………. 63

Tabel 4.2 Perubahan Impedansi Saluran (resistansi tetap) terhadap aliran daya pada saluran ………………………………………………………. 63Tabel 4.3 Perubahan Impedansi Saluran (reaktansi tetap) terhadap rugi daya pada saluran ……………………………………………………… . 64Tabel 4.4 Perubahan Impedansi Saluran (resistansi tetap) terhadap rugi daya pada saluran ……………………………………………………… . 64

  

ABSTRAKSI

  PRISTIWANTO HARYONO, NIM. 1242100457, Jurusan Teknik Elektro S-1, Fakultas Teknik, Universitas Widya Darma Klaten. Judul : PENGARUH

  

PERUBAHAN IMPEDANSI SALURAN TERHADAP ALIRAN DAYA DAN RUGI-

RUGI SALURAN DENGAN METODE NEWTON RAPHSON

  Studi aliran daya adalah studi yang dilakukan untuk mendapatkan informasi mengenai aliran daya atau tegangan sistem dalam operasi sistem tenaga listrik. Informasi ini sangat dibutuhkan guna mengevaluasi unjuk kerja sistem tenaga dan menganalisa kondisi pembangkitan maupun pembebanan. Analisis ini juga memerlukan informasi aliran daya dalam kondisi normal maupun darurat.

  Studi aliran daya sangat penting dalam perencanaan pengembangan suatu sistem untuk masa yang akan datang, karena pengoperasian yang baik dari sistem tersebut banyak tergantung pada diketahuinya efek interkoneksi dengan sistem tenaga yang lain, beban yang baru, stasiun pembangkit baru, serta saluran transmisi baru, sebelum semuanya terpasang.

  Pada skripsi ini akan dilakukan studi aliran daya sistem tenaga listrik dengan penyelesaian mengunakan metode Newton Raphson. Penyelesaian menggunakan metode Newton Raphson dilakukan dengan bantuan program MATLAB untuk memudahkan dan mempercepat perhitungan.

  Hasil simulasi didapatkan pada iterasi ke tiga, tanda positif (+) maka arah aliran daya searah dengan bus, sedangkan apabila tanda negatif (-) maka arah aliran terbalik (tidak searah) dengan bus Perubahan impedansi saluran akan mempengaruhi slack bus yang terhubung dengan saluran tersebut. Semakin besar impedansi terlihat semakin besar daya pada slack bus yang bersangkutan. Semakin besar impedansi semakin kecil aliran daya pada saluran pada saluran tersebut. Perubahan impedansi saluran tidak berpengaruh pada rugi-rugi daya saluran. Perubahan impedansi hanya mempengaruhi saluran yang terhubung impedansi tersebut.

  Kata Kunci : impedansi, aliran, rugi daya

BAB I PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang Masalah

  Studi aliran daya adalah studi yang dilakukan untuk mendapatkan informasi mengenai aliran daya atau tegangan sistem dalam operasi tunak.

  Informasi ini sangat dibutuhkan guna mengevaluasi unjuk kerja sistem tenaga dan menganalisa kondisi pembangkitan maupun pembebanan. Analisis ini juga memerlukan informasi aliran daya dalam kondisi normal maupun darurat.

  Studi aliran daya ialah penentuan atau perhitungan tegangan, arus, daya, dan faktor daya atau daya reaktif yang terdapat pada berbagai titik dalam suatu jaringan listrik pada keadaan pengoperasian normal, baik yang sedang berjalan maupun yang diharapkan akan terjadi dimasa yang akan datang. Studi aliran daya sangat penting dalam perencanaan pengembangan suatu sistem untuk masa yang akan datang, karena pengoperasian yang baik dari sistem tersebut banyak tergantung pada diketahuinya efek interkoneksi dengan sistem tenaga yang lain, beban yang baru, stasiun pembangkit baru, serta saluran transmisi baru, sebelum semuanya terpasang.

  Sebelum komputer dikembangkan, studi aliran beban dilakukan pada papan hitungan AC yang memberikan model berfasa tunggal dalam skala kecil dari sistem yang sebenarnya, yaitu dengan saling menghubungkan beberapa elemen rangkaian dan sumber tegangan. Pekerjaan melaksanakan hubungan, pengaturannya, serta pembacaan data-data yang didapat sangat melelahkan dan memerlukan banyak waktu. Pada masa kini komputer dapat dengan cepat memberikan jawaban atas studi aliran-beban untuk sistem yang kompleks sekalipun. Misalnya, suatu program komputer dapat dengan mudah menangani lebih dari 1500 buah rel, 2500 saluran transmisi, 500 buah transformator penggeser-fasa (phase-shifting transformers). Hasil-hasil yang lengkap dicetak dengan cepat dan ekonomis.

  Para perencana sistem melibatkan dirinya dalam studi sistem tenaga yang akan ada dan diperlukan pada masa 10 tahun atau 20 tahun yang akan datang. Untuk membangun sebuah pusat tenaga nuklir yang baru misalnya, sejak dimulainya perencanaan hingga dialirkannya tenaga lewat saluran transmisi, orang dapat saja memerlukan waktu lebih dari 10 tahun. Suatu perusahaan pembangkit tenaga jauh-jauh sebelum memulai usahanya sudah harus mengetahui masalah-masalah yang berhubungan dengan lokasi pusat itu dan cara pengaturan saluran-saluran transmisi yang sebaik-baiknya untuk menyampaikan tenaga yang dihasilkan ke pusat-pusat beban yang memerlukannya, yang mungkin sekali belum ada pada saat perencanaan sudah harus dibuat.

  Pada skripsi ini akan dilakukan studi aliran daya sistem tenaga listrik dengan penyelesaian mengunakan metode Newton-Raphson. Penyelesaian menggunakan metode Newton-Raphson dilakukan dengan bantuan program MATLAB untuk memudahkan dan mempercepat perhitungan.

1.2.Perumusan Masalah

  Berdasarkan latar belakang di atas, maka dapat dirumuskan masalahnya :

  1. Bagaimana penyelesaian studi aliran daya pada saluran sistem tenaga listrik dengan menggunakan metode Newton-Raphson.

  2. Bagaimana arah dan besar aliran daya pada saluran sistem tenaga listrik dengan perhitungan menggunakan metode Newton-Raphson.

  3. Berapa besar rugi-rugi daya saluran sistem tenaga listrik dengan perhitungan menggunakan metode Newton Raphson.

  1.3.Pembatasan Masalah

  Untuk mendapatkan suatu bahasan yang mengarah pada maksud dan tujuan yang hendak dicapai, maka penulis akan membatasi permasalahan sebagai berikut : 1.

  Sistem tenaga listrik menggunakan tiga bus 2. Representasi fasa tunggal karena sistem dianggap seimbang 3. Perhitungan menggunakan kuantitas per unit 4. Sistem yang dianalisis dalam keadaan normal

  1.4.Tujuan Penelitian

  Tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Menyelesaikan aliran daya pada sistem tenaga listrik dengan menggunakan metode Newton-Raphson

  2. Mengetahui arah dan besar aliran daya pada saluran sistem tenaga listrik dengan menggunakan metode Newton-Raphson.

  3. Mengetahui besar rugi-rugi daya saluran sistem tenaga listrik dengan perhitungan menggunakan metode Newton Raphson.

  1.5.Manfaat Penelitian

  Manfaat dari penelitian ini adalah 1. Sebagai model perhitungan aliran daya sistem tenaga listrik 2.

  Dapat digunakan perusahaan listrik untuk melihat aliran daya listrik pada jaringan dan sebagai perhitungan untuk melakukan pengembangan jaringan listrik.

  1.6.Metode Penelitian

  Agar dapat memudahkan dalam penulisan dan pembahasan yang mengarah pada maksud dan tujuan, maka penulis menggunakan metode :

  1. Studi literatur Yaitu mencari , mengumpulkan dan mempelajari buku-buku yang berhubungan dengan penelitian yang akan dilakukan..

  2. Eksperimen Merancang program bantu sesuai dengan tujuan dan melakukakan percobaan sehingga di dapat hasil perhitungan, kemudian melakukan analisis apakah sudah sesuai dengan maksud dan tujuan yang dikehendaki.

1.7.Sistematika Skripsi

  Sistematika penulisan terdiri dari enam bab sebagai berikut: 1. Bab satu adalah pendahuluan merupakan penjelasan umum tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, pembatasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, metode penulisan, sistematika skripsi 2. Bab dua adalah landasan teori berisi tentang daya kompleks, arah aliran daya, kuantitas per unit, data untuk studi aliran daya, matriks admitansi bus, persamaan aliran daya, studi aliran daya sistem tenaga listri dengan metode Newton-Raphson, aliran daya dan rugi-rugi daya pada saluran.

  3. Bab tiga adalah studi aliran daya pada sistem tenaga listrik dengan metode Newton-Raphson berisi tentang hal-hal yang perhitungan aliran daya pada sistem tenaga listrik dengan metode Newton-Raphson, diagram alir, listing program bantu MATLAB.

  4. Bab empat adalah hasil dan pembahasan berisi tentang analisa dari hasil perhitungan aliran daya pada sistem tenaga listrik dengan metode Newton-Raphson, hasil run (eksekusi) program bantu, besar aliran daya masing-masing bus, rugi-rugi daya saluran, dan arah aliran daya.

  5. Bab lima adalah penutup mengenai kesimpulan dan saran.

BAB V PENUTUP

5.1. Kesimpulan

  Dari uraian dan analisis yang dilakukan pada bab-bab sebelumnya, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:

1. Metode Newton Raphson dapat digunakan untuk menyelesaikan persoalan studi aliran daya pada sistem tenaga listrik.

  2. Metode Newton Raphson dapat digunakan untuk mengetahui besar aliran daya pada saluran, arah aliran dan rugi-rugi saluran daya pada sistem tenaga listrik.

  3. Dengan menggunakan program bantu MATLAB persoalan aliran daya dengan metode penyelesaian Newton Raphson perhitungan dapat diselesaikan dengan lebih mudah dan cepat.

  4. Hasil yang didapat dari simulasi menjelaskan apabila tanda positif (+) maka arah aliran daya searah dengan bus, sedangkan apabila tanda negatif (-) maka arah aliran terbalik (tidak searah) dengan bus.

  5. Hasil simulasi didapatkan pada iterasi ke tiga : daya dari slack bus (Pembangkit) S

  1 = 409,52 MW

• – j189,02 Mvar aliran daya pada saluran masing-masing bus: S = 199,5 MW + j83,965 Mvar

  12 S 21 = - 191 MW - j66,967 Mvar

  S

  13 = 210 MW + j105,05 Mvar

  S = - 204,99 MW + j90,048 Mvar

  31 S

  23 = - 65,587 MW - j43,095 Mvar

  S

  32 = 66,386 MW + j44,692 Mvar

  rugi-rugi daya pada saluran masing-masing bus : SL

  12 = 8,4987 MW + j16,997 Mvar

  SL = 5,0008 MW + j15,002 Mvar

13 SL 23 = 0,79858 MW + j1,5972 Mvar 6.

  Perubahan impedansi saluran akan mempengaruhi slack bus yang terhubung dengan saluran tersebut. Semakin besar impedansi terlihat semakin besar daya pada slack bus yang bersangkutan.

  7. Semakin besar impedansi semakin kecil aliran daya pada saluran pada saluran tersebut. Perubahan impedansi saluran tidak berpengaruh pada rugi-rugi daya saluran. Perubahan impedansi hanya mempengaruhi saluran yang terhubung impedansi tersebut.

5.2. Saran 1.

  Perlu dikembangkan untuk jumlah bus yang lebih banyak.

2. Perhitungan aliran daya dan rugi-rugi daya saluran perlu dicoba dengan penyelesaian metode yang lain.

  3. Penggunaan program bantu MATLAB tidak bisa decompile menjadi .exe dan harus menyertakan program utamanya. Sehingga perlu dibuat program dengan bahasa pemrogram yang lain agar program bantu menjadi lebih praktis.

DAFTAR PUSTAKA

  Cekdin, Cekmas, Sistem Tenaga Listrik, contoh soal dan penyelesaian, Penerbit Andi, Yogyakarta, 2007

  Gonen, Turan, Electric Power Transmission System Engineering, Weley Interscience Publication, John Wiley and Sons Inc, Canada, 1988. Graiger, John J, Power System Analysis, McGraw-Hill Inc., New York, 1994 Hutauruk, T.S, Transmisi Daya Listrik, Erlangga, Jakarta, 1993.

  Marsudi, Djiteng, Operasi Sistem Tenaga Listrik, Penerbit Graha Ilmu, Yogyakarta, 2006

  Mehta, V.K, Principles of Power System, S. Chand & Company Ltd., Ram Nagar, New Delhi, 1004

  Murty, PSR, Power System Operation and Control, Tata McGraw-Hill Company Ltd., New Delhi, 2000

  Robandi, Imam, Desain Sistem Tenaga Modern, Optimisasi, Logika Fuzzy, Algoritma Genetika, Penerbit Andi, Yogyakarta, 2006

  Stevension, William, D. Jr., Analisis Sistem Tenaga Listrik, Terjemahan, Kamal Idris, Edisi Keempat, Erlangga, Jakarta, 1993 Theraja, B.L. Electrical Technology, Nirja Construction and Development CO.

  (P) LTD, Ram Nagar, New Delhi, 1986.