Studi Sistem Distribusi Tegangan Tinggi (Hvds) Untuk Rugi-Rugi Dan Profil Tegangan Yang Lebih Baik (Studi Kasus : Jaringan Distribusi Di Kota Medan)
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Energi merupakan infrastruktur dasar untuk perkembangan ekonomi suatu
negara. Jika suplai energi berkurang atau bahkan berhenti, maka dapat berakibat
buruk pada sektor-sektor lain. Seiring perkembangan zaman, jumlah kebutuhan
terhadap energi akan meningkat. Peningkatan dalam perkembangan ekonomi
tergantung pada finansial dan komersial di sektor energi yang bisa menarik
perhatian para investor.
Dari semua bentuk energi yang ada di bumi, energi listrik merupakan bentuk
energi yang cukup penting. Sistem tenaga listrik terdiri dari 3 bagian penting, yaitu
pembangkitan, transmisi, dan distribusi. Umumnya, energi listrik dibangkitkan oleh
pembangkit yang lokasinya cukup jauh dari konsumen, yang kemudian dikirimkan
ke berbagai tempat melalui saluran transmisi, dan diberikan ke setiap individu
konsumen melalui jaringan distribusi.
Sistem distribusi merupakan bagian yang paling kritis diamati kinerjanya
dalam sistem tenaga listrik karena dekat dengan penggunanya. Tegangan AC
(Alternating Current) 3 phasa 20 kV yang diberikan dari saluran transmisi diterima
oleh sistem distribusi primer. Trafo daya pada gardu distribusi akan memberikan
tegangan 20 kV kepada beban-beban industri. Sistem distribusi juga akan
menurunkan tegangan 20 kV menjadi 220/380 V dengan menggunakan trafo
distribusi yang tersebar di berbagai titik untuk diberikan kepada beban-beban
rumah tangga.
Di beberapa daerah, terutama di daerah pedesaan, lokasi beban tersebar luas.
Saluran tegangan rendah 380 V dipasang dalam jarak yang panjang untuk melayani
beban yang kecil. Rugi-rugi pada sistem distribusi tergantung pada energi yang
diproses di sepanjang konduktor dan peralatan listrik yang digunakan. Sedangkan
rugi-rugi non-teknisnya adalah pencurian listrik atau juga kesalahan pada
pengukuran dan penagihan listrik.
Permasalahan utama dibalik banyaknya rugi-rugi teknis di sistem distribusi
ialah perencanaan dengan pengetahuan serta biaya yang tidak mencukupi, saluran
1
tegangan rendah 380 V (LT / Low Tension) yang terlalu panjang dibandingkan
dengan saluran 20 kV yang dalam hal ini dianggap tegangan tinggi (HT / High
Tension). Sistem ini penulis anggap sebagai LVDS (Low Voltage Distribution
System) karena mayoritas tegangan yang didistribusikan adalah tegangan 380 V
daripada 20 kV. Ini berakibat pada kerugian pada lokasi trafo distribusi yang tidak
optimal yang mengabaikan lokasi beban, perkembangan jaringan transmisi dan
distribusi yang tidak beraturan, dan lain sebagainya.
Pada tugas akhir ini, penulis akan memaparkan sebuah metode baru untuk
menghasilkan profil tegangan yang lebih baik dan mengurangi kerugian-kerugian
pada sistem distribusi. Penulis akan mengajukan sebuah sistem baru yaitu HVDS
(High Voltage Distribution System). Sistem HVDS ini akan menggunakan saluran
tegangan 20 kV yang lebih panjang dibandingkan saluran tegangan 380 V. Dengan
kata lain, sistem HVDS ini akan lebih banyak mendistribusikan tegangan 20 kV,
kemudian akan diturunkan menjadi 380 V hanya pada posisi-posisi tertentu. Sistem
HVDS ini pada dasarnya adalah perubahan letak dan kapasitas trafo distribusi yang
disesuaikan dengan beban. Penulis akan melakukan simulasi untuk melihat
perbandingan dari sistem yang lama (LVDS / Low Voltage Distribution System)
dengan sistem yang diajukan (HVDS / High Voltage Distribution System). Simulasi
akan dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak ETAP 12.6.0 untuk studi
kasus satu trafo distribusi berkapasitas besar dengan beban yang banyak di kota
Medan.
1.2 Perumusan Masalah
Adapun rumusan masalah dari tugas akhir ini adalah :
1. Bagaimana profil tegangan yang dihasilkan oleh LVDS dan HVDS ?
2. Bagaimana rugi-rugi daya dan rugi-rugi transformator untuk LVDS dan
HVDS ?
3. Bagaimana penghematan tahunan dan
waktu pengembalian modal
untuk HVDS ?
4. Apakah HVDS benar-benar lebih baik diterapkan pada jaringan
distribusi dibandingkan dengan LVDS ?
2
1.3 Tujuan
Adapun tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah :
1. Mengetahui perbandingan profil tegangan yang dihasilkan oleh LVDS
dan HVDS.
2. Mengetahui perbandingan besar rugi-rugi daya dan rugi-rugi
transformator untuk LVDS dan HVDS.
3. Menentukan penghematan tahunan dan waktu pengembalian modal
untuk HVDS.
4. Membuktikan bahwa HVDS benar-benar lebih baik diterapkan pada
jaringan distribusi dibandingkan dengan LVDS.
5. Membandingkan perbedaan penggunaan transformator distribusi
setelah dikonversi menjadi HVDS pada kasus dengan tingkat variasi
kapasitas beban yang berbeda.
1.4 Batasan Masalah
Adapun batasan masalah yang dilakukan pada penulisan tugas akhir ini
adalah :
1. Ada dua konfigurasi jaringan distribusi yang digunakan berdasarkan
tingkat variasi kapasitas beban. Konfigurasi pertama (tingkat variasi
kapasitas beban besar) adalah pada jaringan satu transformator distribusi
dengan kode MK053 yang terpasang di Jalan Kartini (Kantor PTPN IV),
Kota Medan. Konfigurasi kedua (tingkat variasi kapasitas beban kecil
atau hampir merata) adalah pada jaringan satu transformator distribusi
dengan kode MK098 yang terpasang di persimpangan antara Jalan
Diponegoro dengan Jalan Sudirman, Kota Medan.
2. Simulasi studi profil tegangan dan rugi daya menggunakan perangkat
lunak ETAP 12.6.0
3. Simulasi dilakukan dalam keadaan beban statis dengan besar 80% dari
batas daya beban yang diberikan oleh PLN (Perusahaan Listrik Negara)
4. Faktor daya di ujung beban dianggap 0.85
5. Tidak membahas gangguan dan proteksi pada sistem distribusi
6. Tidak membahas sisi non-teknis pada LVDS
3
7. Beban disuplai selama 360 hari dalam setahun
8. Segi non-teknis hanya dibahas secara umum.
1.5 Manfaat
Dari penulisan tugas akhir ini, diharapkan hasilnya dapat menunjukkan
bahwa HVDS memang lebih baik diterapkan pada jaringan distribusi dibandingkan
dengan sistem distribusi yang digunakan saat ini (LVDS). Adapun hasil dari tugas
akhir ini dapat digunakan sebagai bahan referensi agar HVDS lebih semakin
digunakan pada jaringan distribusi ke depannya.
1.6 Metodologi Penulisan
Metodologi yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah:
Metodologi yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah :
1. Studi Literatur
Yaitu dengan mempelajari buku referensi, buku manual, artikel dari media
cetak dan internet, dan bahan kuliah yang mendukung dan berkaitan dengan
topik tugas akhir ini.
2. Studi Bimbingan
Berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh
pihak Departemen Teknik Elektro USU mengenai masalah-masalah yang
timbul selama penulisan Tugas Akhir berlangsung.
3. Diskusi dan Tanya Jawab
Yaitu dengan mengadakan diskusi dan tanya jawab dengan staf dan
karyawan PT. PLN serta dengan rekan-rekan mahasiswa yang memahami
masalah yang berhubungan dengan analisis aliran daya.
4. Menggunakan Perangkat Lunak ETAP 12.6.0
Perangkat lunak ETAP12.6.0 digunakan untuk melakukan simulasi.
5. Data
Data-data yang diambil adalah parameter-parameter yang dibutuhkan untuk
menggunakan program ETAP 12.6.0 dan menentukan beberapa hal nonteknis. Adapun data-data yang dibutuhkan adalah parameter-parameter pada
peralatan tenaga listrik seperti : transformator, transmisi, distribusi, bus, dan
4
sebagainya. Data-data ini diambil pada PT. PLN (PERSERO) AREA
MEDAN.
1.7 Sistematika Penulisan
Tugas akhir ini disusun berdasarkan sistematika penulisan sebagai berikut :
BAB I
PENDAHULUAN
Bagian ini berisikan latar belakang masalah, perumusan masalah,
batasana masalah, tujuan, manfaat, metodologi penulisan, dan
sistematika penulisan.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini memberikan penjelasan mengenai teori-teori dasar yang
diperlukan dalam tugas akhir ini. Diantaranya dijelaskan mengenai
sistem distribusi, transformator distribusi, rugi-rugi, biaya, low
voltage distribution system, high voltage distribution system, dan
ETAP.
BAB III
METODE PENELITIAN
Bab ini berisikan tempat dan waktu, bahan dan peralatan, variabel
yang diamati, pelaksanaan penelitian, dan prosedur penelitian.
BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Bab ini berisi tentang hasil simulasi aliran daya LVDS dan HVDS
dengan menggunakan perangkat lunak ETAP 12.6.0, pembahasan
sisi teknis LVDS dan HVDS, serta sisi non-teknis HVDS.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
Bagian ini berisikan beberapa kesimpulan dan saran dari penulisan
tugas akhir ini.
5
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Energi merupakan infrastruktur dasar untuk perkembangan ekonomi suatu
negara. Jika suplai energi berkurang atau bahkan berhenti, maka dapat berakibat
buruk pada sektor-sektor lain. Seiring perkembangan zaman, jumlah kebutuhan
terhadap energi akan meningkat. Peningkatan dalam perkembangan ekonomi
tergantung pada finansial dan komersial di sektor energi yang bisa menarik
perhatian para investor.
Dari semua bentuk energi yang ada di bumi, energi listrik merupakan bentuk
energi yang cukup penting. Sistem tenaga listrik terdiri dari 3 bagian penting, yaitu
pembangkitan, transmisi, dan distribusi. Umumnya, energi listrik dibangkitkan oleh
pembangkit yang lokasinya cukup jauh dari konsumen, yang kemudian dikirimkan
ke berbagai tempat melalui saluran transmisi, dan diberikan ke setiap individu
konsumen melalui jaringan distribusi.
Sistem distribusi merupakan bagian yang paling kritis diamati kinerjanya
dalam sistem tenaga listrik karena dekat dengan penggunanya. Tegangan AC
(Alternating Current) 3 phasa 20 kV yang diberikan dari saluran transmisi diterima
oleh sistem distribusi primer. Trafo daya pada gardu distribusi akan memberikan
tegangan 20 kV kepada beban-beban industri. Sistem distribusi juga akan
menurunkan tegangan 20 kV menjadi 220/380 V dengan menggunakan trafo
distribusi yang tersebar di berbagai titik untuk diberikan kepada beban-beban
rumah tangga.
Di beberapa daerah, terutama di daerah pedesaan, lokasi beban tersebar luas.
Saluran tegangan rendah 380 V dipasang dalam jarak yang panjang untuk melayani
beban yang kecil. Rugi-rugi pada sistem distribusi tergantung pada energi yang
diproses di sepanjang konduktor dan peralatan listrik yang digunakan. Sedangkan
rugi-rugi non-teknisnya adalah pencurian listrik atau juga kesalahan pada
pengukuran dan penagihan listrik.
Permasalahan utama dibalik banyaknya rugi-rugi teknis di sistem distribusi
ialah perencanaan dengan pengetahuan serta biaya yang tidak mencukupi, saluran
1
tegangan rendah 380 V (LT / Low Tension) yang terlalu panjang dibandingkan
dengan saluran 20 kV yang dalam hal ini dianggap tegangan tinggi (HT / High
Tension). Sistem ini penulis anggap sebagai LVDS (Low Voltage Distribution
System) karena mayoritas tegangan yang didistribusikan adalah tegangan 380 V
daripada 20 kV. Ini berakibat pada kerugian pada lokasi trafo distribusi yang tidak
optimal yang mengabaikan lokasi beban, perkembangan jaringan transmisi dan
distribusi yang tidak beraturan, dan lain sebagainya.
Pada tugas akhir ini, penulis akan memaparkan sebuah metode baru untuk
menghasilkan profil tegangan yang lebih baik dan mengurangi kerugian-kerugian
pada sistem distribusi. Penulis akan mengajukan sebuah sistem baru yaitu HVDS
(High Voltage Distribution System). Sistem HVDS ini akan menggunakan saluran
tegangan 20 kV yang lebih panjang dibandingkan saluran tegangan 380 V. Dengan
kata lain, sistem HVDS ini akan lebih banyak mendistribusikan tegangan 20 kV,
kemudian akan diturunkan menjadi 380 V hanya pada posisi-posisi tertentu. Sistem
HVDS ini pada dasarnya adalah perubahan letak dan kapasitas trafo distribusi yang
disesuaikan dengan beban. Penulis akan melakukan simulasi untuk melihat
perbandingan dari sistem yang lama (LVDS / Low Voltage Distribution System)
dengan sistem yang diajukan (HVDS / High Voltage Distribution System). Simulasi
akan dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak ETAP 12.6.0 untuk studi
kasus satu trafo distribusi berkapasitas besar dengan beban yang banyak di kota
Medan.
1.2 Perumusan Masalah
Adapun rumusan masalah dari tugas akhir ini adalah :
1. Bagaimana profil tegangan yang dihasilkan oleh LVDS dan HVDS ?
2. Bagaimana rugi-rugi daya dan rugi-rugi transformator untuk LVDS dan
HVDS ?
3. Bagaimana penghematan tahunan dan
waktu pengembalian modal
untuk HVDS ?
4. Apakah HVDS benar-benar lebih baik diterapkan pada jaringan
distribusi dibandingkan dengan LVDS ?
2
1.3 Tujuan
Adapun tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah :
1. Mengetahui perbandingan profil tegangan yang dihasilkan oleh LVDS
dan HVDS.
2. Mengetahui perbandingan besar rugi-rugi daya dan rugi-rugi
transformator untuk LVDS dan HVDS.
3. Menentukan penghematan tahunan dan waktu pengembalian modal
untuk HVDS.
4. Membuktikan bahwa HVDS benar-benar lebih baik diterapkan pada
jaringan distribusi dibandingkan dengan LVDS.
5. Membandingkan perbedaan penggunaan transformator distribusi
setelah dikonversi menjadi HVDS pada kasus dengan tingkat variasi
kapasitas beban yang berbeda.
1.4 Batasan Masalah
Adapun batasan masalah yang dilakukan pada penulisan tugas akhir ini
adalah :
1. Ada dua konfigurasi jaringan distribusi yang digunakan berdasarkan
tingkat variasi kapasitas beban. Konfigurasi pertama (tingkat variasi
kapasitas beban besar) adalah pada jaringan satu transformator distribusi
dengan kode MK053 yang terpasang di Jalan Kartini (Kantor PTPN IV),
Kota Medan. Konfigurasi kedua (tingkat variasi kapasitas beban kecil
atau hampir merata) adalah pada jaringan satu transformator distribusi
dengan kode MK098 yang terpasang di persimpangan antara Jalan
Diponegoro dengan Jalan Sudirman, Kota Medan.
2. Simulasi studi profil tegangan dan rugi daya menggunakan perangkat
lunak ETAP 12.6.0
3. Simulasi dilakukan dalam keadaan beban statis dengan besar 80% dari
batas daya beban yang diberikan oleh PLN (Perusahaan Listrik Negara)
4. Faktor daya di ujung beban dianggap 0.85
5. Tidak membahas gangguan dan proteksi pada sistem distribusi
6. Tidak membahas sisi non-teknis pada LVDS
3
7. Beban disuplai selama 360 hari dalam setahun
8. Segi non-teknis hanya dibahas secara umum.
1.5 Manfaat
Dari penulisan tugas akhir ini, diharapkan hasilnya dapat menunjukkan
bahwa HVDS memang lebih baik diterapkan pada jaringan distribusi dibandingkan
dengan sistem distribusi yang digunakan saat ini (LVDS). Adapun hasil dari tugas
akhir ini dapat digunakan sebagai bahan referensi agar HVDS lebih semakin
digunakan pada jaringan distribusi ke depannya.
1.6 Metodologi Penulisan
Metodologi yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah:
Metodologi yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah :
1. Studi Literatur
Yaitu dengan mempelajari buku referensi, buku manual, artikel dari media
cetak dan internet, dan bahan kuliah yang mendukung dan berkaitan dengan
topik tugas akhir ini.
2. Studi Bimbingan
Berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh
pihak Departemen Teknik Elektro USU mengenai masalah-masalah yang
timbul selama penulisan Tugas Akhir berlangsung.
3. Diskusi dan Tanya Jawab
Yaitu dengan mengadakan diskusi dan tanya jawab dengan staf dan
karyawan PT. PLN serta dengan rekan-rekan mahasiswa yang memahami
masalah yang berhubungan dengan analisis aliran daya.
4. Menggunakan Perangkat Lunak ETAP 12.6.0
Perangkat lunak ETAP12.6.0 digunakan untuk melakukan simulasi.
5. Data
Data-data yang diambil adalah parameter-parameter yang dibutuhkan untuk
menggunakan program ETAP 12.6.0 dan menentukan beberapa hal nonteknis. Adapun data-data yang dibutuhkan adalah parameter-parameter pada
peralatan tenaga listrik seperti : transformator, transmisi, distribusi, bus, dan
4
sebagainya. Data-data ini diambil pada PT. PLN (PERSERO) AREA
MEDAN.
1.7 Sistematika Penulisan
Tugas akhir ini disusun berdasarkan sistematika penulisan sebagai berikut :
BAB I
PENDAHULUAN
Bagian ini berisikan latar belakang masalah, perumusan masalah,
batasana masalah, tujuan, manfaat, metodologi penulisan, dan
sistematika penulisan.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini memberikan penjelasan mengenai teori-teori dasar yang
diperlukan dalam tugas akhir ini. Diantaranya dijelaskan mengenai
sistem distribusi, transformator distribusi, rugi-rugi, biaya, low
voltage distribution system, high voltage distribution system, dan
ETAP.
BAB III
METODE PENELITIAN
Bab ini berisikan tempat dan waktu, bahan dan peralatan, variabel
yang diamati, pelaksanaan penelitian, dan prosedur penelitian.
BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Bab ini berisi tentang hasil simulasi aliran daya LVDS dan HVDS
dengan menggunakan perangkat lunak ETAP 12.6.0, pembahasan
sisi teknis LVDS dan HVDS, serta sisi non-teknis HVDS.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
Bagian ini berisikan beberapa kesimpulan dan saran dari penulisan
tugas akhir ini.
5