TUGAS AKHIR - Studi Voltage Stability Index Pada Jaringan Distribusi Yang Terinterkoneksi Dengan Disributed Generation

TUGAS AKHIR
STUDI VOLTAGE STABILITY INDEX PADA JARINGAN
DISTRIBUSI 20 kV YANG TERINTERKONEKSI
DENGAN DISRIBUTED GENERATION
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan dalam
Menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik
Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik
Oleh:
SYAHLAN HUTAGAOL
NIM: 110402037

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK

Distributed Generation (DG) yang terinterkoneksi pada jaringan distribusi
memberikan dampak terhadap tingkat kestabilan tegangan pada jaringan
distribusi. DG didefinisikan sebagai sumber tenaga listrik yang terhubung secara
langsung pada jaringan distribusi atau pada sisi pelanggan. Pada tugas Akhir ini
membahas efek pemasangan DG terhadap kestabilan tegangan sistem distribusi
penyulang TR 5 GI Tarutung sebelum dan setelah DG existing. Besar indeks
kestabilan tegangan (VSI) pada setiap bus jurusan penyulang mengalami
perubahan setelah pemasangan DG. Bus dengan VSI terkecil adalah bus paling
rentan mengalami keruntuhan tegangan. Pada jurusan Kota, Muara, dan Lintong
VSI terkecil sebelum dan setelah DG berada pada yang bus sama yaitu KTA
Bus104 (sebelum DG 0,57553, setelah DG 0,77857), MRA Bus92 (sebelum DG
0,56606, setelah DG 0,77767), dan SPT Bus221 (sebelum DG 0,51584, setelah
DG 0,65750). Pada jurusan Lintong VSI terkecil sebelum DG adalah LTG
Bus108 (0,55755) dan setelah DG adalah LTG Bus2 (0,76887). Dalam kasus di
atas, pemasangan DG mengakibatkan VSI sepanjang penyulang lebih besar
daripada tanpa pemasangan. Oleh sebab itu, pemasangan DG harus tetap
memperhatikan batas maksimum tegangan operasi untuk mencegah terjadinya
tegangan lebih ketika VSI tinggi.

Kata kunci : DG, kestabilan sistem, indeks kestabilan tegangan (VSI)

i

Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena
atas berkat rahmat dan ridho-Nya Tugas Akhir ini dapat disusun dan diselesaikan
oleh penulis. Tidak lupa juga shalawat beriring salam penulis haturkan kepada
junjungan Nabi Besar Muhammad SAW.
Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan
untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu
di Departemen Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas
Akhir ini adalah:
“STUDI VOLTAGE STABILITY INDEX PADA JARINGAN

DISTRIBUSI 20 KV YANG TERINTERKONEKSI
DENGAN DISRIBUTED GENERATION”
Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu

Ayahanda (Arifin Hutagaol) beserta Ibunda (Julniar Sitorus) serta abang dan adikadik tersayang (Sa’ban Hutagaol, Khoirul Hutagaol, Eka Nurhidayah Hutagaol)
yang selalu memberikan semangat dan mendoakan penulis selama masa studi
hingga menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Selama masa kuliah hingga penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis juga
banyak mendapatkan dukungan, bimbingan maupun bantuan dari berbagai pihak.
Untuk itu penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang mendalam kepada :
1.

Bapak Ir. Zulkarnaen Pane, M.T., selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir
serta Kepala Laboratorium Transmisi dan Distribusi yang telah banyak
meluangkan waktu dan pikirannya untuk selalu memberikan bantuan,
bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama perkuliahan hingga
penyusunan Tugas Akhir ini.

2.

Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si., selaku Dosen Penguji Tugas Akhir
serta selaku Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik
ii

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara yang telah banyak memberikan masukan demi
perbaikan Tugas Akhir ini dan telah memberikan banyak motivasi selama
masa perkuliahan.
3.

Bapak Ir. Syahrawardi selaku Dosen Penguji Tugas Akhir yang telah
banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini dan telah
memberikan bimbingan selama masa perkuliahan.

4.

Bapak Rahmad Fauzi, S.T., M.T., selaku Dosen Wali dan Sekretaris
Departemen Teknik Elektro yang telah banyak memberikan bantuan dan
bimbingan selama perkuliahan.

5.

Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah mendidik serta memberikan

pengalaman hidup yang berharga selama masa perkuliahan kepada penulis.

6.

Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro yang telah membantu
proses administrasi penulis selama perkuliahan.

7.

Rekan sesama asisten Albert, Sakinah, Frederik, Andreas, Fikry dan juga
teman-teman se-angkatan 2011.

8.

Seluruh abang dan kakak senior serta adik-adik junior yang telah
memberikan dukungan dan bantuan.

9.

Semua pihak yang tidak dapat penulis tuliskan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa dalam penulisan Tugas Akhir ini masih belum

sempurna karena masih terdapat banyak kekurangan baik dari segi isi maupun
susunan

bahasanya.

Saran

dan

kritik

dari

pembaca

dengan

tujuan

menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis
harapkan. Akhir kata, penulis berharap semoga penulisan Tugas Akhir ini dapat
berguna bagi kita semua.
Medan, Januari 2016
Penulis

Syahlan Hutagaol
NIM : 110402037

iii

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI
ABSTRAK ............................................................................................................... i
KATA PENGANTAR ............................................................................................ ii
DAFTAR ISI .......................................................................................................... iv
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ vii
DAFTAR TABEL .................................................................................................. xi

BAB I 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

BAB II TINJAUAN PUSTAKA............................................................................ 4
2.1

Sistem Tenaga Listrik ..............................................................................4

2.2

Sistem Distribusi Dengan Adanya Distributed Generation ....................5
2.2.1 Definisi Distributed Generation ................................................. 5
2.2.2 Teknologi dari Distributed Generation ...................................... 6
2.2.3 Dampak dari Pemasangan DG pada Jaringan ............................. 9
2.2.3.1 Arah Aliran Daya........................................................ 10
2.2.3.2 Profil Tegangan .......................................................... 12
2.2.3.3 Keandalan ................................................................... 14
2.2.4 Dampak Lokasi Pemasangan DG pada Jaringan Distribusi ..... 16

2.3

Studi Aliran Daya ..................................................................................17

2.3.1 Konsep Perhitungan Aliran Daya ............................................. 17
iv

Universitas Sumatera Utara

2.3.2 Persamaan Aliran Daya ............................................................ 19
2.3.3 Metode Newton-Raphson.......................................................... 20
2.3.4 Contoh Perhitungan Aliran Daya Menggunakan Metode
Newton-Rhapson ....................................................................... 24
2.4

Stabilitas Sistem Tenaga Listrik ............................................................28

2.5

Klasifikasi Stabilitas Sistem Tenaga Listrik..........................................31

2.6

Stabilitas Tegangan ...............................................................................32

2.7

Indeks Stabilitas Tegangan ....................................................................33

2.8

Keruntuhan Tegangan (Voltage Collapse) ............................................37

BAB III METODE PENELITIAN........................................................................ 40
3.1

Tempat dan Waktu.................................................................................40

3.2

Bahan dan Peralatan ..............................................................................40

3.3

Pelaksanaan Penelitian ..........................................................................40

3.4

Variabel yang Diamati ...........................................................................40

3.5

Prosedur Penelitian ................................................................................41

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ...................................... 46
4.1

Umum ....................................................................................................46

4.2

Profil Tegangan, Rugi-rugi dan VSI pada Jaringan pada Saat DG tidak
Diinterkoneksikan..................................................................................49
4.2.1 Penyulang Jurusan Kota ........................................................... 49
4.2.2 Penyulang Jurusan Muara ......................................................... 49
4.2.3 Penyulang Jurusan Lintong Nihuta ........................................... 49
4.2.4 Penyulang Jurusan Sipahutar .................................................... 49

4.3

Profil Tegangan, Rugi-rugi dan VSI pada Jaringan pada Saat DG
Diinterkoneksikan..................................................................................62
4.3.1 Penyulang Jurusan Kota ........................................................... 62
v

Universitas Sumatera Utara

4.3.2 Penyulang Jurusan Muara ......................................................... 62
4.3.3 Penyulang Jurusan Lintong Nihuta ........................................... 62
4.3.4 Penyulang Jurusan Sipahutar .................................................... 62
4.4

Hasil Rangkuman ..................................................................................75

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN................................................................ 83
5.1

Kesimpulan ............................................................................................83

5.2

Saran ......................................................................................................83

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 85

vi

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Single Line Diagram Sitem Tenaga Listrik ..................................... 4
Gambar 2.2 Aliran Daya Satu Arah .................................................................. 10
Gambar 2.3 Aliran Daya Dua Arah ................................................................... 11
Gambar 2.4 Diagram Aliran Daya dengan Koneksi DG ................................... 11
Gambar 2.5 Contoh

Pemasangan

Pembangkitan

Terdistribusi

Yang

Mengganggu Kerja Regulator Tegangan....................................... 13
Gambar2.6

Skema

Implementasi

Pembangkitan

Terdistribusi

Untuk

Meningkatkan Keandalan Sistem ................................................. 15
Gambar 2.7 Perbandingan Aliran Daya Saat DG Dikoneksikan di Bus yang
Berbeda .......................................................................................... 16
Gambar 2.8 Diagram Satu Garis dari N-bus Dalam Suatu Sistem Tenaga ....... 19
Gambar 2.9 One-Line Diagram Sistem Distribusi Dengan Tiga Bus ............... 24
Gambar 2.10 Klasifikasi Stabilitas Sistem Tenaga ............................................. 31
Gambar 2.11 Sistem Dua Bus Sederhana ........................................................... 34
Gambar 2.12 Hubungan Antara Tegangan, Daya Aktif, Dan Daya Reaktif Dari
Beban Terhadap Keruntuhan Tegangan ....................................... 39
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ................................................................. 42
Gambar 4.1 Nilai VSI Pada Setiap Bus Jurusan Kota Saat Tidak Terhubung
Dengan DG .................................................................................... 50
Gambar 4.2 Tegangan Pada Setiap Bus Jurusan Kota Saat Tidak Terhubung
Dengan DG .................................................................................... 51

vii

Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.3 Besar Rugi-Rugi Pada Setiap Bus Jurusan Kota Saat Tidak
Terhubung Dengan DG ................................................................. 52
Gambar 4.4 Nilai VSI Pada Setiap Bus Jurusan Muara Saat Tidak Terhubung
Dengan DG .................................................................................... 53
Gambar 4.5 Tegangan Pada Setiap Bus Jurusan Muara Saat Tidak Terhubung
Dengan DG .................................................................................... 54
Gambar 4.6 Besar Rugi-Rugi Pada Setiap Bus Jurusan Muara Saat Tidak
Terhubung Dengan DG ................................................................. 55
Gambar 4.7 Nilai VSI Pada Setiap Bus Jurusan Lintong Nihuta Saat Tidak
Terhubung Dengan DG ................................................................. 56
Gambar 4.8 Tegangan Pada Setiap Bus Jurusan Lintong Nihuta Saat Tidak
Terhubung Dengan DG ................................................................. 57
Gambar 4.9 Besar Rugi-Rugi Pada Setiap Bus Jurusan Lintong Nihuta Saat
Tidak Terhubung Dengan DG ....................................................... 58
Gambar 4.10 Nilai VSI Pada Setiap Bus Jurusan Sipahutar Saat Tidak Terhubung
Dengan DG .................................................................................... 59
Gambar 4.11 Tegangan Pada Setiap Bus Jurusan Sipahutar Saat Tidak
Terhubung Dengan DG ................................................................. 60
Gambar 4.12 Besar Rugi-Rugi Pada Setiap Bus Jurusan Sipahutar Saat Tidak
Terhubung Dengan DG ................................................................. 61
Gambar 4.13 Nilai VSI Pada Setiap Bus Jurusan Kota Saat Terhubung Dengan
DG ................................................................................................. 63

viii

Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.14 Tegangan Pada Setiap Bus Jurusan Kota Saat Terhubung Dengan
DG ................................................................................................. 64
Gambar 4.15 Besar Rugi-Rugi Pada Setiap Bus Jurusan Kota Saat Terhubung
Dengan DG .................................................................................... 65
Gambar 4.16 Nilai VSI Pada Setiap Bus Jurusan Muara Saat Terhubung Dengan
DG ................................................................................................. 66
Gambar 4.17 Tegangan Pada Setiap Bus Jurusan Muara Saat Terhubung Dengan
DG ................................................................................................. 67
Gambar 4.18 Besar Rugi-Rugi Pada Setiap Bus Jurusan Muara Saat Terhubung
Dengan DG .................................................................................... 68
Gambar 4.19 Nilai VSI Pada Setiap Bus Jurusan Lintong Nihuta Saat Terhubung
Dengan DG .................................................................................... 69
Gambar 4.20 Tegangan pada Setiap Bus Jurusan Lintong Nihuta Saat Terhubung
dengan DG ..................................................................................... 70
Gambar 4.21 Besar Rugi-Rugi Pada Setiap Bus Jurusan Lintong Nihuta Saat
Terhubung Dengan DG ................................................................. 71
Gambar 4.22 Nilai VSI Pada Setiap Bus Jurusan Sipahutar Saat Terhubung
Dengan DG .................................................................................... 72
Gambar 4.23 Tegangan Pada Setiap Bus Jurusan Sipahutar Saat Terhubung
Dengan DG .................................................................................... 73
Gambar 4.24 Besar Rugi-Rugi Pada Setiap Bus Jurusan Sipahutar Saat
Terhubung Dengan DG ................................................................. 74
Gambar 4.25 Perbandingan Nilai Tegangan pada Penyulang Jurusan Kota ....... 75
ix

Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.26 Perbandingan Nilai VSI pada Penyulang Jurusan Kota ................ 76
Gambar 4.27 Perbandingan Nilai Tegangan pada Penyulang Jurusan Muara .... 77
Gambar 4.28 Perbandingan Nilai VSI pada Penyulang Jurusan Muara.............. 78
Gambar 4.29 Perbandingan Nilai Tegangan pada Penyulang Jurusan Lintong .. 79
Gambar 4.30 Perbandingan Nilai VSI pada Penyulang Jurusan Lintong ........... 80
Gambar 4.31 Perbandingan

Nilai

Tegangan

pada

Penyulang

Jurusan

Sipahutar ........................................................................................ 81
Gambar 4.32 Perbandingan Nilai VSI pada Penyulang Jurusan Sipahutar ......... 82

x

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Tipe Bus Dalam Sistem Tenaga Listrik ............................................... 18

xi

Universitas Sumatera Utara