BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A. Umum

Menurut Stevenson (1996:1) “Suatu sistem tenaga listrik terdiri dari tiga

bagian utama: pusat pembangkit listrik, saluran transmisi, dan sistem distribusi”.

Gambar 1. Diagram satu garis sistem tenaga listrik

Tenaga listrik yang dibangkitkan oleh pusat-pusat pembangkit listrik

disalurkan melalui saluran transmisi setelah terlebih dahulu dinaikkan

tegangannya oleh transformator step-up yang ada pada pusat pembangkit. Dari

saluran transmisi kemudian disalurkan ke Gardu Induk (GI) untuk diturunkan

tegangannya melalui transformator step-down. Tenaga listrik diturukan lagi

tegangannya dalam gardu-gardu distribusi yang selanjutnya akan disalurkan ke

konsumen melalui Jaringan Tegangan Rendah (JTR).

Menurut Marsudi (2005:151) “Sistem interkoneksi adalah sistem tenaga listrik

yang terdiri dari beberapa pusat listrik dan gardu induk (GI) yang

diinterkoneksikan (dihubungkan satu sama lain) melalui saluran transmisi dan

melayani beban yang ada pada seluruh Gardu Induk (GI)”.

6

Berdasarkan pengertian sistem interkoneksi di atas, tentu diperlukan

koordinasi yang baik untuk mencapai biaya pembangkitan minimum, dengan tetap

memperhatikan keandalan dan mutu. Sebab unsur-unsur yang terkait dalam suatu

sistem interkoneksi yaitu pusat listrik dan Gardu Induk (GI), akan mempengaruhi

sistem secara keseluruhan. Koordinasi yang baik dalam sistem interkoneksi,

dilakukan oleh Pusat Pengatur Beban (P2B).

Marsudi (2005:152) menyatakan bahwa:

Pembangkitan dalam sistem interkoneksi merupakan pembangkitan terpadu dari semua pusat listrik yang ada dalam sistem pembagian beban antara pusat-pusat listrik pada sistem interkoneksi yang menghasilkan aliran daya dalam saluran transmisi dan juga menghasilkan profil tegangan dalam sistem. Keseluruhan sistem harus dijaga agar tegangan, arus, dan dayanya masih terdapat dalam batas-batas yang diizinkan.

Karena salah satu parameter keandalan dan stabilitas sistem kelistrikan adalah

kestabilan tegangan, maka perlu dilakukan pengaturan yang baik. Tegangan

diatur dengan pengaturan daya reaktif. Pada setiap bagian sistem, tegangan tidak

memiliki nilai yang sama. Sehingga dalam hal mempertahankan kualitas dan mutu

tegangan, pembangkitan daya reaktif harus memperhatikan tempat. Daya reaktif

tidak hanya dapat dibangkitkan oleh generator, tetapi juga dapat dibangkitkan oleh

kapasitor atau reaktor. Pemasangan kapasitor di daerah pusat beban dapat

mencegah penarikan daya reaktif dari pusat pembangkit dengan jarak yang jauh.

B. Representasi Sistem Tenaga Listrik

Untuk mengakaji aliran daya dari suatu sistem maka terlebih dahulu

direpresentasikan melalui diagram satu garis (single line diagram). Menurut

7

Harun (2011), “Diagram satu garis adalah diagram elektrik yang disederhanakan

untuk menggambarkan sebuah sistem tenaga listrik.” Untuk itu di butuhkan data-

data yang berkaitan dengan komponen-komponen yang terdapat pada diagram

satu garis. Data-data yang dibutuhkan untuk menganalisa aliran daya adalah

sebagai berikut:

1. Pembangkit (Generator Sinkron)

Generator sinkron umumnya dihubungkan langsung pada rel atau melalui

transformator daya. Data generator berupa kapasitas daya aktif (P) dalam

satuan Megawatt (MW) dan reaktif (Q) dalam satuan Megavolt Ampere

(MVA) , tegangan terminal (V) dalam satuan Kilovolt (KV) dan reaktansi

sinkron (X) dalam satuan Ohm (Ω).

2. Transformator Daya

Data ini berupa kapasitas tiap trafo dalam satuan Megavolt Ampere

(MVA), tegangan (V) dalam satuan Kilovolt (KV) dan reaktansi bocor (X)

dalam satuan Ohm (Ω).

3. Saluran Transmisi

Data saluran transmisi yaitu resistansi (R) dalam ohm (Ω) dan reaktansi

(X) dalam ohm (Ω). Untuk keperluan analisa dan perhitungan maka diagram

pengganti saluran transmisi dibagi dalam 3 kelas berdasarkan panjang saluran,

yaitu:

a. Saluran pendek (<80 km)

8

b. Saluran menengah (80-250 km)

c. Saluran Panjang (>250 km)

4. Beban

Beban dapat dibagi dalam dua golongan, yaitu: beban statik dan beban

berputar. Beban statik dan beban berputar biasanya direpresentasikan sebagai

impedansi konstan Z atau sebagai daya konstan P dan Q, tergantung dari alat

hitung yang digunakan. Data ini berupa data daya aktif (P) dalam Megawatt

(MW) dan daya reaktif (Q) dalam satuan Megavolt Ampere (MVA).

Menurut Afrianita dan Laksono (2007), ada tiga cara merepresentasikan

beban dalam sistem tenaga listrik, yaitu sebagai berikut:

a. Beban direpresentasikan sebagai daya konstan

Di sini daya nyata (MW) dan daya reaktif (MVAR) dianggap konstan.

Representasi ini dipakai untuk studi aliran beban.

b. Beban direpresentasikan sebagai arus konstan

Dalam hal ini arus beban dihitung sebagai berikut:

I=P− jQV ¿ =I< (θ−φ ) (1)

dimana:

I = Arus konstan

P = Daya aktif

Q = Daya reaktif

V = Tegangan

θ = …

9

φ = …

Besaran skalar (magnitude) dari arus I dijaga agar tetap konstan.

c. Beban direpresentasikan sebagai impedansi konstan

Kondisi ini sering dipakai untuk merepresentasikan beban dalam studi

stabilitas. Bila daya nyata (MW) dan reaktif (MVAR) diasumsikan

diketahui dan menjaga agar besarnya (magnitude) tetap konstan maka

impedansi (Z) dapat dihitung sebagai berikut:

Z=VI= V 2

P− jQ (2)

C. Aliran Daya

Menurut Sawai (2008), “Perhitungan aliran daya pada dasarnya adalah

menghitung besaran Vdan sudut fasa tegangan δ pada setiap GI pada kondisi

tunak dan ketiga fasa seimbang.” Pengkajian aliran daya akan memberikan

informasi mengenai beban saluran transmisi di sistem, tegangan di setiap lokasi,

daya aktif dan daya reaktif di berbagai titik pada sistem, serta besarnya sudut fasa

setiap bus dalam sistem. Hasil pengkajian tersebut akan sangat berguna dalam

perencanaan dan perancangan ekspansi sistem tenaga dan juga menentukan

operasi sistem yang paling efisien. Selanjutnya menurut Stevenson (1996:332),

terdapat tiga tipe bus dalam menganalisa aliran daya, yaitu:

1. Load Bus

10

Setiap rel yang tidak memiliki generator disebut dengan load bus. Pada rel

ini daya aktif (P) dan daya reaktif (Q) diketahui sehingga sering juga disebut

bus PQ. Daya aktif dan reaktif yang dicatu ke dalam sistem tenaga

mempunyai nilai positif, sementara daya aktif dan reaktif yang di konsumsi

bernilai negatif. Besaran yang dapat dihitung pada rel ini adalah magnitude

tegangan dan sudut fasa.

2. Voltage Control Bus

Voltage control bus yaitu bus dengan besar tegangan konstan, sedangkan

besaran lain yang diketahui adalah daya aktif (P) dan tegangan (V). Bus tipe

ini sering disebut PV bus.

3. Swing atau Slack bus

Swing atau Slack bus berfungsi untuk menyuplai kekurangan daya aktif

(P) dan daya reaktif (Q) dalam sistem. Ciri khas dari bus ini adalah magnitude

tegangan dan sudutnya diketahui, jadi dapat digunakan sebagai referensi.

Setiap sistem tenaga listrik hanya terdapat 1 bus referensi, yaitu bus yang

didalamnya terdapat pembangkit atau generator yang memiliki kapasitas

terbesar di antara pembangkit yang lain di dalam sistem.

D. Metode Newton-Raphson untuk Aliran Daya

Untuk memudahkan perhitungan manual yang akan memakan waktu

penyelesaian yang sangat lama, maka dalam perhitungan aliran daya dapat

dilakukan dengan komputerisasi. Salah satu metode yang digunakan dalam

perhitungan aliran daya adalah metode Newton-Raphson. Metode ini secara luas 11

digunakan dalam perhitungan masalah sistem tenaga yang tidak linear, selain itu

untuk menghitung aliran daya sistem tenaga listrik berskala besar metode ini lebih

efisien dan praktis, dimana jumlah iterasi yang dibutuhkan untuk perhitungan

lebih sedikit jika dibandingkan dengan metode lainnya.

Salah satu software yang banyak digunakan dalam sistem tenaga listrik baik

berupa perancangan maupun analisis aliran daya adalah software DIgSilent Power

Factory. Software ini menggunakan metode Newton-Raphson sebagai metode

analisisnya.

E. Susut Transmisi

1. Definisi Susut Transmisi

Menurut Surat Keputusan Menteri Keuangan Nomor : 431/KMK.06/2002,

mendefinisikan bahwa “Susut (losses) adalah sejumlah energi yang hilang dalam

proses pengaliran energi listrik mulai dari gardu induk sampai dengan konsumen.

Apabila tidak terdapat gardu induk, susut (losses) dimulai dari gardu distribusi sampai

dengan konsumen”. (Jauhari,2013:2)

Sementara itu, menurut Keputusan Direksi PT PLN (Persero)

No.217-1.K/DIR/2005 tentang Pedoman Penyusunan Laporan Neraca Energi

(Kwh) , “Jenis susut (losses) energi listrik dapat dibedakan menjadi dua, yaitu

berdasarkan sifatnya, Susut teknis dan non teknis 2. Berdasarkan tempat

terjadinya, Susut transmisi dan susut distribusi”. (Jauhari, 2013:2)

1. Berdasarkan sifatnya

12

a. Susut teknis, yaitu hilangnya energi listrik yang dibangkitkan pada saat

disalurkan karena berubah terjadi energi panas. Susut teknis ini tidak

dapat dihilangkan (fenomena alam).

b. Susut non teknis, yaitu hilang energi listrik yang dikonsumsi pelanggan

maupun non pelanggan karena tidak tercatat dalam penjualan.

2. Berdasarkan tempat terjadinya :

a. Susut transmisi, yaitu hilangnya energi listrik yang di bangkitkan pada

saat disalurkan melalui jaringan transmisi ke Gardu Induk.

b. Susut distribusi, yaitu hilangnya energi listrik yang didistribusikan dari

Gardu Induk melalui jaringan distribusi ke pelanggan.

2. Perhitungan Susut Transmisi

Gambar di bawah ini dapat membantu untuk memahami prinsip-prinsip

yang digunkan dalam menyatakan susut (losses) sebagai fungsi keluaran dari

stasiun-stasiun.

Gambar 3. Suatu sistem sederhana yang menghubungkan dua stasiun

pembangkit pada sebuah beban13

Jika resistansi saluran a, b dan c dinyatakan secara beruturut-berturut sebagai

Ra, Rb dan Rc, maka kehilangan daya total untuk sistem transmisi tiga fasa

dinyatakan sebagai berikut (sumber rumus):

PL=3¿ I 1∨¿2 Ra+3¿ I 2∨¿2 Rb+3¿ I 1+ I 2∨¿2 Rc¿¿¿ (3)

Jika diasumsikan I1 dan I2 sefasa,

|I 1+ I2|=|I 1|+¿ I 2∨¿ (4)

Maka diperolah penyederhanaan dari daya total yang hilang sebagai berikut:

PL=3|I 1|2(Ra+Rc)+3¿ I2∨¿2(R¿¿b+Rc)+3×2∨I1∨¿∨I 2∨Rc ¿¿ (5)

dimana:

PL : daya total yang hilang pada saluran transmisi

Ra : Hambatan saluran a

Rb : Hambatan saluran b

Rc : Hambatan saluran c

¿ I 1∨¿P1

√3|V 1|p f 1

(6)

dan

¿ I 2∨¿P2

√3|V 2|p f 2

(7)

14

Subtitusikan persamaan (6) dan (7) ke dalam persamaan (5) maka diperoleh

persamaan sebagai berikut:

PL=P12 Ra+Rc

|V 1|2( p f ¿¿1)2+2 P1 P2

Rc

|V 1||V 2|( p f ¿¿1)( p f ¿¿2)+P22 Rb+Rc

|V 2|2( p f ¿¿2)2 ¿

¿¿¿

¿ P12 B11+2 P1 P2 B12+P2

2 B22 (8)

dimana:

P1 dan P2 : Daya keluaran tiga fasa stasiun 1 dan stasiun 2

V1 danV2 : Tegangan rel stasiun 1 dan stasiun 2

pf1 dan pf2 : Faktor daya pada stasiun 1 dan stasiun 2

B : Koefisien kehilangan daya

PT PLN (Persero) dapat menghitung susut (losses) energi listrik dengan cara

membandingkan antara energi listrik yang tersedia dengan energi yang terjual,

sehingga rasio susut dapat dihitung secara singkat dengan formula (Statistik PLN

2013) :

Susut=BiayaTTL+PembelianTLkW h Beli

x kW h Susut (9)

dimana:

Biaya TTL : Biaya Transfer Tenaga Listrik

Pembelian TL : Pembelian Tenaga Listrik

kWh Susut : Nilai Kehilangan Energi

15

kWh Beli : Jumlah energi yang tersedia

Selain itu untuk mengetahui presentase (%) susut (losses) kWh dapat dihitung

secara singkat dengan menggunakan formula sebagai berikut (statistik PLN

2011:vi):

Susut %= ΣkWh hilang di jaringan transmisi−ΣkWh hilang di jaringan distribusiΣkWh produksinetto

x100 %

(10)

dimana:

kWh produksi netto = Jumlah kWh produksi sendiri dari pembangkit yang ada

pada satuan PLN yang bersangkutan, ditambah kWh yang diterima dari satuan

PLN lain, ditambah kWh pembelian dari luar PLN dan sewa genset (jika ada),

dikurangi pemakaian sendiri sentral.

kWh hilang di jaringan transmisi (susut transmisi) = kWh produksi netto,

dikurangi kWh pemakaian sendiri gardu induk, dikurangi kWh yang dikirimkan

ke satuan unit PLN lain dan luar PLN, dikurangi kWh yang dikirimkan ke

distribusi.

kWh hilang di jaringan distribusi (susut distribusi) =, adalah kWh yang

dikirimkan ke distribusi, dikurangi kWh pemakaian sendiri gardu distribusi,

dikurangi kWh terjual.

Apabila hasil perhitungan susut (losses) diatas 10%, maka selisih lebih susut

(losses) tersebut diperhitungkan sebagai penambahan volume penjualan tenaga

listrik dan pengurangan subsidi listrik dari pemerintah kepada PT PLN (Persero).

16

Berdasarkan perhitungan di atas, susut (losses) adalah suatu bentuk kehilangan

energi listrik yang berasal dari selisih sejumlah energi listrik yang tersedia dengan

sejumlah energi listrik yang terjual. Susut (losses) disebut juga suatu bentuk

kehilangan energi listrik, kehilangan ini disebabkan oleh dua faktor yaitu pertama

faktor administrasi sendiri yakni dengan adanya kebocoran energi dalam

perjalanan menuju konsumen sehingga energi menyusut dan berkurang dengan

tanpa penggunaan terlebih dahulu. Yang kedua adalah suatu bentuk kehilangan

yang sengaja dilakukan yaitu dalam bentuk pencurian energi listrik.

Namun secara umum energi listrik atau daya listrik yang hilang pada kawat

transmisi jarak jauh dapat dihitung dengan persamaan energi dan daya listrik

sebagai berikut ( sumber rumus):

W L=I2 R t (11)

dan

PL=I 2 R (12)

dimana:

W : Energi yang hilang (joule)

I : Kuat arus (ampere)

R : Hambatan (ohm)

t : Waktu (detik)

17