Seminar Nasional Ketenagalistrikan dan Aplikasinya SENKA 2015 Perbaikan Drop Tegangan & Rugi-Rugi Daya Penyulang SUTM Panjang dengan Pembangkitan Terdistribusi, Kapasitor Shunt dan Uprating Konduktor Ade Rahmat PT PLN (Persero) Wilayah Suluttenggo Manado, Indonesia e-mail : [email protected]Muchtar Djafar PT PLN (Persero) Wilayah Suluttenggo Manado, Indonesia e-mail : [email protected]Abstrak—. Makalah ini mengangkat studi perbaikan kualitas tegangan dan rugi-rugi daya pada penyulang sistem distribusi PLN Area Kotamobagu yang melistriki daerah Kabupaten Bolaang Mongondow, Sulawesi Utara. Penyulang OK-4 bersifat radial murni yang terbentang sepanjang 127,01 kms. Profil Tegangan menengah pada daerah-daerah yang dilalui tersebut dapat menurun hingga lebih buruk 80% dari tegangan nominal pada perioda beban puncak, dan akan menaik mendekati tegangan normal pada perioda di luar waktu beban puncak. Adapun alternatif solusi yang ditawarkan untuk mengatasi permasalahan diatas dapat dilakukan dengan melakukan Injeksi Pembangkit terdistribusi dengan memanfaatkan potensi pembangkit terbarukan setempat. Selain itu sebagai perbandingan dilakukan juga simulasi unjuk kerja tegangan dengan menggunakan Kapasitor Shunt atau Uprating penampang konduktor. Kata kunci-Pembangkitan Terdistribusi; Drop Tegangan; Rugi-rugi daya; SUTM Panjang Abstract— This paper raised the voltage quality improvement studies and losses in the feeder distribution systems that provide electricity Bolaang Mongondow Area, North Sulawesi. Feeder OK-4 is a pure radial stretching 127.01 kms. Medium voltage profile on the areas through which it can be dropped to worse 80% of the nominal voltage at peak load periods, and will be ascending closer to the normal voltage on the outside of the time period of peak load. There are alternative solutions offered to overcome the above problems can be done by injection plant distributed by exploiting the potential of local renewable generation. In addition, as a comparison done also simulated the performance of voltage by using a shunt capacitor or Uprating conductor cross-section. Keywords- Distributed Generation;Voltage Drop; Losses; Radial feeder lenght I. PENDAHULUAN Dalam rangka meningkatkan rasio elektrifikasi, PLN melaksanakan elektrifikasi daerah terpencil dan jauh dengan memperpanjang Saluran udara Tegangan Menengah(SUTM), karena membangun transmisi tegangan tinggi ataupun pembangkit belum layak secara ekonomi. Untuk menjangkau daerah-daerah yang terpencil dan jauh dari gardu induk atau pembangkit dalam rangka melistriki pedesaan terutama di luar Jawa, PT PLN (Persero) terkadang terpaksa harus memperpanjang jaringan tegangan menengah 20 kV untuk menyuplai daerah-daerah tersebut. Hal ini tentu saja berdampak pada persoalaan drop tegangan dan losses yang mengakibatkan rendahnya mutu pelayanan terhadap konsumen terutama di daerah ujung penyulang dan kerugian yang ditimbulkan akibat losses penyulang. Sistem distribusi PLN Area Kotamobagu yang melayani wilayah Kabupaten Bolaang Mongondow, Sulawesi Utara terdiri dari beberapa penyulang SUTM panjang salah satunya Penyualang OK4 disuplai dari PLTD Kotamobagu yang terinterkoneksi dengan grid sistem Minahasa membentang sampai dengan desa Mamalia di Kabupaten Bolaang Mongondow Selatan dengan panjang jaringan sekitar 127,01 kms, sehingga tegangan di ujung penyulang mengalami drop tegangan dan rugi-rugi daya yang besar. Gambar 1. Peta Kelistrikan Sulawesi Utara
8
Embed
Perbaikan Drop Tegangan & Rugi-Rugi Daya Penyulang SUTM Panjang dengan Pembangkitan Terdistribusi, Kapasitor Shunt dan Uprating Konduktor
Makalah ini mengangkat studi perbaikan kualitas tegangan dan rugi-rugi daya pada penyulang sistem distribusi PLN Area Kotamobagu yang melistriki daerah Kabupaten Bolaang Mongondow, Sulawesi Utara. Penyulang OK-4 bersifat radial murni yang terbentang sepanjang 127,01 kms. Profil Tegangan menengah pada daerah-daerah yang dilalui tersebut dapat menurun hingga lebih buruk 80% dari tegangan nominal pada perioda beban puncak, dan akan menaik mendekati tegangan normal pada perioda di luar waktu beban puncak. Adapun alternatif solusi yang ditawarkan untuk mengatasi permasalahan diatas dapat dilakukan dengan melakukan Injeksi Pembangkit terdistribusi dengan memanfaatkan potensi pembangkit terbarukan setempat. Selain itu sebagai perbandingan dilakukan juga simulasi unjuk kerja tegangan dengan menggunakan Kapasitor Shunt atau Uprating penampang konduktor.
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Seminar Nasional Ketenagalistrikan dan Aplikasinya SENKA 2015
Perbaikan Drop Tegangan & Rugi-Rugi Daya Penyulang SUTM Panjang dengan Pembangkitan Terdistribusi,
Kapasitor Shunt dan Uprating Konduktor
Ade Rahmat
PT PLN (Persero) Wilayah Suluttenggo Manado, Indonesia
Abstrak—. Makalah ini mengangkat studi perbaikan kualitas tegangan dan rugi-rugi daya pada penyulang sistem distribusi PLN Area Kotamobagu yang melistriki daerah Kabupaten Bolaang Mongondow, Sulawesi Utara. Penyulang OK-4 bersifat radial murni yang terbentang sepanjang 127,01 kms. Profil Tegangan menengah pada daerah-daerah yang dilalui tersebut dapat menurun hingga lebih buruk 80% dari tegangan nominal pada perioda beban puncak, dan akan menaik mendekati tegangan normal pada perioda di luar waktu beban puncak. Adapun alternatif solusi yang ditawarkan untuk mengatasi permasalahan diatas dapat dilakukan dengan melakukan Injeksi Pembangkit terdistribusi dengan memanfaatkan potensi pembangkit terbarukan setempat. Selain itu sebagai perbandingan dilakukan juga simulasi unjuk kerja tegangan dengan menggunakan Kapasitor Shunt atau Uprating penampang konduktor.
Kata kunci-Pembangkitan Terdistribusi; Drop Tegangan; Rugi-rugi daya; SUTM Panjang
Abstract— This paper raised the voltage quality improvement studies and losses in the feeder distribution systems that provide electricity Bolaang Mongondow Area, North Sulawesi. Feeder OK-4 is a pure radial stretching 127.01 kms. Medium voltage profile on the areas through which it can be dropped to worse 80% of the nominal voltage at peak load periods, and will be ascending closer to the normal voltage on the outside of the time period of peak load. There are alternative solutions offered to overcome the above problems can be done by injection plant distributed by exploiting the potential of local renewable generation. In addition, as a comparison done also simulated the performance of voltage by using a shunt capacitor or Uprating conductor cross-section.
I. PENDAHULUAN Dalam rangka meningkatkan rasio elektrifikasi, PLN
melaksanakan elektrifikasi daerah terpencil dan jauh dengan memperpanjang Saluran udara Tegangan Menengah(SUTM), karena membangun transmisi tegangan tinggi ataupun pembangkit belum layak secara ekonomi.
Untuk menjangkau daerah-daerah yang terpencil dan jauh dari gardu induk atau pembangkit dalam rangka melistriki pedesaan terutama di luar Jawa, PT PLN (Persero) terkadang terpaksa harus memperpanjang jaringan tegangan menengah 20 kV untuk menyuplai daerah-daerah tersebut. Hal ini tentu saja berdampak pada persoalaan drop tegangan dan losses yang mengakibatkan rendahnya mutu pelayanan terhadap konsumen terutama di daerah ujung penyulang dan kerugian yang ditimbulkan akibat losses penyulang.
Sistem distribusi PLN Area Kotamobagu yang melayani wilayah Kabupaten Bolaang Mongondow, Sulawesi Utara terdiri dari beberapa penyulang SUTM panjang salah satunya Penyualang OK4 disuplai dari PLTD Kotamobagu yang terinterkoneksi dengan grid sistem Minahasa
membentang sampai dengan desa Mamalia di Kabupaten Bolaang Mongondow Selatan dengan panjang jaringan sekitar 127,01 kms, sehingga tegangan di ujung penyulang mengalami drop tegangan dan rugi-rugi daya yang besar.
Gambar 1. Peta Kelistrikan Sulawesi Utara
Seminar Nasional Ketenagalistrikan dan Aplikasinya SENKA 2015
Sepanjang daerah yang dialui penyulang tersebut
dijumpai beberapa aliran sungai seperti di desa Milangodaa & Duminanga yang berpotensi sebagai energi Mikrohidro yang dapat dijadikan Pembangkitan Terdistribusi (DG).
II. PERMASALAHAN Penggunaan SUTM panjang berakibat tegangan
pasokan transformator distribusi pada saat beban puncak menjadi terlalu rendah karena jatuh tegangan yang sangat tinggi sepanjang saluran. Tegangan pasokan transformator yang rendah akan mengakibatkan tegangan keluaran di sisi sekunder juga rendah. Kondisi saluran yang panjang ini tidak sesuai dengan SPLN 72:1987 tentang Spesifikasi desain untuk Jaringan Tegangan Menengah [JTM] dan Jaringan Tegangan Rendah [JTR].
Sedangkan tegangan pelayanan yang diterima pelanggan seharusnya mempunyai kualitas tegangan yang baik, yaitu +5% dan -10% dari tegangan nominal 230/400 V, sebagaimana diatur oleh SPLN 1: 1995 atau SNI 04-227:2003 tentang tegangan standar.
III. PRA ANGGAPAN Alternatif perbaikan drop tegangan di ujung penyulang
yang sangat besar dan losses SUTM panjang dapat dilakukan dengan Melalui :
A. Pembangkitan Terdistribusi(Distributed Generation)
Tegangan di ujung suatu SUTM panjang yang buruk pada saat beban puncak dapat diperbaiki dengan sangat efektif dengan menginjeksikan daya reaktif dari sebuah generator lokal (DG) yang sengaja dipasang dengan memanfaatkan potensi sumber energi lokal setempat.
B. Kompensasi Kapasitor shunt Pemasangan kapasitor shunt pada SUTM panjang untuk mengkompensasi rugi-rugi daya reaktif yang terjadi sepanjang saluran dan menyebabkan jatuh tegangan. Rugi-rugi daya reaktif tersebut adalah terbesar pada saat beban puncak dan terkecil pada saat beban terendah. Hal itulah yang menyebabkan mengapa tegangan beban adalah terendah pada beban puncak dan tertinggi pada beban terendah, pemasangan kapasitor shunt diharapkan mampu mengatasi permasalahan jatuh tegangan yang terjadi.
C. Uprating Penampang Konduktor Jatuh tegangan pada SUTM yang panjang dapat dikurangi dengan mengganti konduktor terpasang dengan konduktor yang berpenampang lebih besar terutama pada konduktor bottle neck dibeberapa segmen jaringan. Penggantian Penghantar juga dapat dijadikan solusi untuk mengatasi permasalahan ini.
IV. DASAR TEORI Pada jaringan tegangan menengah yang bebannya terpusat
diujung jaringan atau biasa disebut ekspress feeder, besar tegangan jatuh (voltage drop) pada jaringan SUTM dapat dihitung dari rumus pendekatan berikut :
Gambar 2. One line diagram dan ilustrasi diagram phasor drop tegangan sistem distribusi
dimana P and Q adalah daya aktif dan reaktif. Pada penyulang dengan beberapa titik beban, drop tegangan pada segmen k dapat dinyatakan dalam persaman berikut :
Gambar 3. One line diagram penyulang dengan
beberapa node beban
Dimana Pk aliran daya aktif dan Qk aliran daya reaktif pada segmen k :
Dengan Rk dan Xk adalah resistansi dan reaktansi pada segmen k. Sedangkan Uk adalah tegangan pada titik k. Kuat Arus dalam persamaan diatas diperoleh dari :
Seminar Nasional Ketenagalistrikan dan Aplikasinya SENKA 2015
A. Pembangkitan Terdistribusi
Pada jaringan SUTM yang dinjeksi dengan pembangkit maka persamaan drop tegangan menjadi :
Gambar 2. One line diagram untu ilustrasi drop tegangan sistem distribusi dengan DG
B. Kompensasi Kapasitor Shunt
Pada penyulang yang dipasang kapasitor shunt persamaan tegangan drop menjadi :
Gambar 3. Ilustrasi profil tegangan
dengan pemasangan kapsitor
Selain jatuh tegangan pada penyulang, rugi-rugi daya juga dihitung yang terjadi pada transformator distribusi yang disebabkan oleh reaktansi bocor dan resistans belitan pada kondisi beban sekunder, dan dapat dinyatakan dengan rumus sebagai berikut :
%100:]).().[( 2122 qXpRU +=∆
dimana : X - reaktansi bocor [%] R - resistans belitan [%] p - faktor daya, cos φ [0 .. 1,0] q - sin φ [0.. 1,0] ΔU- Jatuh tegangan [%]
V. PEMBAHASAN
Berdasarkan kondisi eksisiting yang ada, panjang Penyulang OK 4 yang membentang dari Pusat listrik (PLTD Kotamobagu) sampai dengan ujung penyulang di desa Mamalia Ranting Molibagu adalah 127,013 kms (only mainline without lateral), dengan kapasitas trafo distribusi terpasang sebesar 6.020 kVA dan kondisi beban pada saat beban puncak berdasarkan pengukuran sebesar 3.233 kVA. Dalam menganailsa aliran daya (power flow), menggunakan simulasi ETAP v.4. Berdasarkan karakteristik sistem bersifat radial dan cukup panjang, maka metode aliran daya yang digunakan menggunakan Fast-Decoupled Method.
Gambar 4. bus beban Penyulang OK 4
Analisa untuk percabangan (lateral) penyulang di representasikan menjadi satu bus dan beban tiap gardu pada mainline diwakili oleh masing-masing bus. Berdasarkan data yang ada, maka untuk penyulang OK 4 diperoleh 93 bus beban (lampiran Tabel 2). Gambar diatas merupakan representasi beban penyulang sistem penyulang OK 4 yang disederhanakan untuk mempermudah analisa.
Gambar 5. Simulasi Penambahan DG dan atau Kapasitor pada program ETAP
Seminar Nasional Ketenagalistrikan dan Aplikasinya SENKA 2015
Gambar 6. Hasil running tegangan drop
pada program ETAP A. Pemasangan Distributed Generation Pada Bus 71
(rencana PLTM Duminanga).
Sebagaimana diketahui bersama, perkembangan sistem tenaga listrik ke depan mengalami perubahan dari sistem vertikal (vertically operated power system), yang mana jaringan disuplai oleh pembangkit skala besar/pembangkitan terpusat (Centralized Generation) menjadi sistem horizontal (horizontally-operated power system) pembangkitan tersebar (Distributed Generation), yang mana pembangkit skala kecil yang memanfaatkan potensi energi terbarukan seperti mikrohidro, surya, angin,biomassa dan lainya terhubung ke sistem jaringan distribusi 20 kV (distribution grid). B. Pemasangan Kapasitor Shunt pada Bus 66 (di PMT
Dudepo). Penggunaan kapasitor daya bermanfaat untuk : 1. Pengurangan susut yang dapat dihindari yang
disebabkan oleh arus beban reaktif. 2. Menurunkan kebutuhan kVA 3. Memperbaiki profil tegangan 4. Menaikan revenue atau menurunkan konsumsi energi
pelanggan. Persamaan jatuh tegangan (voltage drop) pemasangan
Kapasitor :
dimana Qc, daya reaktif yang dinjeksikan oleh kapasitor dalam Mvar dalam simulasi digunakan kapasitas Qc = 2 MVAR.
Dengan menggunakan kaidah Kaidah dua-pertiga Fisher Pierce : memberikan penurunan demand dan susut yang optimum :
1. Ukuran bank kapasitor harus 2/3 beban kVAr maksimum.
2. Ukuran bank kapasitor harus terletak 2/3 panjang penyulang dari GI.
3. Kontrol harus disetel dekat bank kapasitor pada saluran ketika arus saluran mengikuti mencapai 2/3 arus kapasitor
C. Penggantiang Penghantar dengan Penampang A3C 150
mm2 Resistansi suatu konduktor berbanding lurus dengan panjang penghantar dan berbanding terbalik dengan penampang, sehingga semakin besar penampang maka semakin kecil resisansinya. Berdasarkan persamaan R=ρ x (l/A), dimana l = panjang penghantar
A= luas penampang Penghantar ρ = tahanan jenis
Tabel 1. Resistansi Konduktor AAAC Luas penampang Jumlah /
Shunt, DG & Uprating Berdasarkan hasil simulasi dengan ETAP (lampiran
Tabel 3) untuk kondisi Eksisting diperoleh hasil tegangan terendah dicapai oleh Bus 93 (ujung Penyulang) yakni sebesar 11,789 kV (terjadi pada Gardu Mayambanga) :
Seminar Nasional Ketenagalistrikan dan Aplikasinya SENKA 2015
Gambar 7. Grafik Profil Tegangan eksisting, DG, Capasitor shunt dan Uprating Konduktor
Gambar 8 Grafik Profil Tegangan eksisting, DG, Capasitor shunt dan Uprating Konduktor
Pada skenario pemasangan kapasitor shunt sebesar 2
MVAR di bus 66 maka diperoleh tegangan terendah terjadi pada bus 93 (ujung penyulang) sebesar 15,59 kV.
Pada kasus pemasangan distributed generation sebesar 2x800 kW di bus 71 maka diperoleh tegangan terendah terjadi pada bus 44 (pertengahan penyulang) sebesar 17,79 kV
Pada skenario penggantian uprating penampang konduktor yang masih berpenampang 70 mm2 dan 95 mm2 menjadi 150 mm2 diperoleh tegangan terendah pada bus 93 (ujung penyulang) sebesar 13,42 kV.
Dari beberapa alternatif yang ada maka diperoleh perbaikan profil tegangan penyulang OK 4 yang paling optimal adalah dengan injeksi Pembangkit terdistribusi (DG).
KESIMPULAN 1. Berdasarkan hasil simulasi dengan ETAP untuk kondisi
Eksisting diperoleh hasil tegangan terendah dicapai oleh Bus 93 (ujung Penyulang) yakni sebesar 11,789 kV (terjadi pada Gardu Mayambanga).
2. Setelah dilakukan simulsi skenario alternatif yang maka di peroleh hasil perbaikan profil tegangan pada masing-masing bus beban. Pada kasus pemasangan kapasitor shunt sebesar 2 MVAR di bus 66 maka diperoleh tegangan terendah pada bus 93 (ujung penyulang) sebesar 15,59 kV.
3. Pada kasus pemasangan distributed generation sebesar 2x 800 kw di bus 71 maka diperoleh tegangan terendah terjadi pada bus 44 (pertengahan penyulang) sebesar 17,79 kV.
4. Pada kasus penggantian uprating penampang konduktor yang masih berpenampang 70 mm2 dan 95 mm2 menjadi 150 mm2 diperoleh tegangan terendah pada bus 93 (ujung penyulang) sebesar 13,42 kV.
5. Dari beberapa alternatif yang ada maka diperoleh perbaikan profil tegangan penyulang OK 4 yang paling optimal adalah dengan pemasangan distributed generation
SARAN Dalam makalah ini penulis mengharapkan potensi energi terbarukan setempat berupa energi mikrohidro dapat diwujudkan melalui pembangkit PLTMH, selain bermanfaat untuk perbaikan profil tegangan dan menekan rugi rugi pada jaringan sistem distribusi juga dapat mengurangi biaya operasional PLN akibat konsumsi pemakaian BBM bangkit berbahan bakar fosil yang eksisting.
Berdasarkan Feasibility Studi yang telah dilakukan potensi mikrohidro setempat diperkirakan kurang lebih 3 MW.
Perlu dilakukan studi lanjut terhadap dampak pengoperasian pembangkit terdistribusi setempat dari aspek operasi dan kehandalan sistem distribusi.
REFERENSI [1] F.A. Viawan and A. Sannino, ”Voltage Control in LV Feeder with
Distributed Generation and Its Impact to the Losses”, in Proceedings of 2005 Power Tech Conference, St. Petersburg.
[2] F.A. Viawan, A. Sannino and J. Daalder, “Voltage Control in MV Feeder in Presence of Distributed Generation”, accepted for publication in Electric Power
[3] N. Jenkins, R. Allan, P. Crossley, D. Kirschen, G. Strbac, Embedded [4] Generation, The Institution of Electrical Engineers, London, 2000 [5] SPLN D5.001:2007 Tentang Pedoman Pengaturan SUTM Panjang [6] T.A. Short, Electric Power Distribution Handbook, CRC Press LLC,
2004.Clerk Maxwell, A Treatise on Electricity and Magnetism, 3rd ed., vol. 2. Oxford: Clarendon, 1892, pp.68–73.
[7] T. Gönen, Electric Power Distribution System, McGraw-Hill Book Company,1986.
[8] T. Ackermann, G. Andersson and L. Söder, “Distributed Generation: a definition”, Electric Power Systems Research, vol.57, 2001, pp. 195-204.
Ade Rahmat, Lahir di Bekasi 27 Desember 1981. Pendidikan S1 Teknik Elektro Universitas Diponegoro Semarang tahun 2004. Bergabung dengan PLN tahun 2005 dengan Riwayat penugasan antara lain: Operasi Distribusi, Perencanaan Distribusi, Transaksi Energi Listrik & Pelayanan Pelanggan. Muchtar Djafar, Pendidikan D3 Universitas Samratulangi. Saat ini bertugas sebagai Deputi Manajer Perencanaan Sistem PLN wilayah Suluttenggo
Seminar Nasional Ketenagalistrikan dan Aplikasinya SENKA 2015
Lampiran (Tabel 2. Data Beban Trafo)
Seminar Nasional Ketenagalistrikan dan Aplikasinya SENKA 2015
Lampiran (Tabel 3. Profil Tegangan Hasil Simulasi ETAP)