4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Tinjauan Mutakhir

Acuan sebagai bahan untuk menyusun tugas akhir diambil dari berbagai sumber

yang sudah pernah diteliti mengenai sistem penyaluran transmisi di Subsistem Bali

atau yang berkaitan dengan penyaluran transmisi 150 kV. Berikut ini beberapa contoh

penelitian yang sebelumnya sudah pernah ada, berdasarkan tinjauan mutakhir ini

penulis mendapatkan bahan referensi untuk menyelesaikan tugas akhir ini.

Penelitian yang berjudul “Studi Rugi Daya Sistem Kelistrikan Bali Akibat

Perubahan Kapasitas Pembangkitan di Pesanggaran” (I Putu Agus Edi Pramana,

2015). Dalam penelitian tersebut menunjukkan bahwa peningkatan maupun

pengurangan kapasitas pembangkit pada sistem kelistrikan Bali akan menimbulkan

perubahan-perubahan yang signifikan terhadap aliran daya, rugi daya dan rugi energi

pada saluran transmisi sistem kelistrikan Bali.

Jurnal yang berjudul “Analisa Aliran Daya Optimal Pada Sistem Kelistrikan

Bali” (E D Meilandari 2012). Dalam penelitian ini membahas tentang optimasi yang

digunakan adalah metode optimasi aliran daya dengan menggunakan Interior Point

Optimal Power Flow (IP OPF) A Primal Dual Algorithms with Barrier Function.

Optimasi dilakukan dengan tujuan meminimumkan fungsi biaya pembangkitan (Fuel

Cost) dengan tetap memenuhi keseimbangan beban dan tidak melanggar kendala

yang ditentukan diantaranya batas atas dan bawah daya aktif, daya reaktif serta

tegangan.

Ditinjau dari State of The Art diatas, sama – sama meneliti tentang analisis

aliran daya pada saluran transmisi. Sedangkan perbedaan penelitian yang saya

lakukan adalah Pertama membahas kajian yang terjadi pada saat SUTT 150 KV

Celukan Bawang – Kapal saat re-route. Kedua mengunakan tools PSSE 33 (Power

System Simulation Engineering) sebagai alat simulasi. Dan ketiga mengevaluasi dan

5

melakukan rekonfigurasi sigle line diagram pada PSS/E untuk menjadikan

penghantar yang kritikal menjadi aman

2.2 Representasi Sistem Tenaga Listrik

2.2.1 Gambaran Umum Kondisi Sistem Tenaga Listrik 150 kV Subsistem Bali

Subsistem Bali merupakan bagian dari sistem Jawa Timur. Kondisi kelistrikan

sistem Bali saat ini sudah mencapai beban puncak sebesar 860.2 MW (Sumber: PT.

PLN (Persero) Area Pengatur Beban Bali). Ada pertumbuhan beban sebesar 6.11%

dari beban puncak Subsistem Bali tahun 2015 sebesar 807.6 MW. Bila di bandingkan

dengan beban puncak Subsistem Bali 2016 sesuai Rencana Operasi Tahunan (ROT)

2016 akan ada kemungkinan pertumbuhan beban sebesar 5.7% lagi dari 912 MW

beban yang sudah diperkirakan.

Gambar 2.1 Sistem Ketenagalistrikan Pulau Bali

Sumber: PT PLN (Persero) APB Bali

6

Berikut ini murupakan kondisi pertumbuhan beban puncak di sistem Bali

sepanjang tahun 2010 – 2016.

Gambar 2.2 Grafik Beban Puncak Subsistem Bali Periode 2010 – 2016

Sumber: PT PLN (Persero) APB Bali

2.3 Sistem Tenaga Listrik

Untuk kepeluan penyediaan tenaga listrik bagi para pelanggan, diperlukan

berbagai peralatan listrik. Berbagai peralatan ini dihubungkan satu sama lain

mempunyai inter relasi dan secara keseluruhan membentuk suatu sistem tenaga

listrik.

Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul Agu Sep Okt Nov Des

2010 504.7 486.4 533.9 530.4 533.4 522.4 514.8 520.3 541.4 548.5 547.2 542

2011 530.7 547.5 543.3 557.3 554.9 530 540.7 540.4 546.1 591.6 597.2 596.7

2012 590.4 596.4 583.1 596.7 603.9 586.4 560.5 556.8 602.7 650.3 662.1 658.1

2013 636 663 664 674 679 684 671 645 656 701 722 711

2014 683 684 708 735 730 729 680 700 720 759 781 770

2015 743.7 748.9 769.6 777.2 761.2 741.1 682.2 714.1 736.4 780 807.6 806.3

2016 822.7 803.4 821 816.5 834.4 807.6 781.8 818.7 825.7 860.2 855.1 843.8

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

Beb

an (

MW

)

Beban Puncak Sub SIstem Bali

7

Yang dimaksud dengan sistem tenaga listrik adalah sekumpulan pusat listrik

dan gardu Induk (pusat beban) yang satu sama lain dihubugkan oleh jaringan

transmisi sehingga merupakan sebuah kesatuan interkoneksi (Marsudi, 2006).

Adapun susunan pada sistem tenaga listrik biasanya terdiri dan 3 (tiga) bagian

utama, yaitu :

a. Sistem Pembangkit

b. Sistem Transmisi

c. Beban

Pada umumnya daya listrik yang dihasilkan oleh pusat-pusat pembangkit

(electric power stations) letaknya tidak selalu dekat dengan pusat-pusat beban (load

center) yang akan dilayani. Daya listrik yang dihasilkan tersebut akan disalurkan ke

pusat-pusat beban melalui jaringan transmisi dan jaringan distribusi. Biasanya

masing-masing bagian sistem diatas dibentuk oleh beberapa komponen atau peralatan

yang saling berhubungan. Contohnya suatu sistem pembangkit terdiri dari generator

serempak, penguat (exiter), sistem pengatur tegangan (voltage regulator), dan

komponen-komponen lainnya. Pada sistem transmisi terdiri dari saluran transmisi,

transformator, peralatan rele pengaman dan pemutus rangkaian, kapasitor, reaktor,

dan lain sebagainya. Sedangkan pada sistem beban biasanya terdiri dari beban yang

berupa motor-motor induksi, motor-motor sinkron, penerangan, pemanas, dan

bebanbeban yang lain.

2.4 Tujuan Operasi Sistem Tenaga Listrik

Secara umum sistem tenaga listrik dapat dikatakan terdiri dari tiga bagian

utama, yaitu

– Pembangkitan tenaga listrik,

– Penyaluran tenaga listrik dan

– Distribusi tenaga listrik.

8

Sistem tenaga listrik sering pula hanya disebut dengan sistem tenaga, bahkan

kadangkala cukup disebut dengan sistem. Penamaan suatu sistem tenaga biasanya

menggunakan daerah cakupan yang dilistriki, misalnya Sistem Jawa Bali berarti

sistem tenaga listrik yang mencakup Pulau Jawa, Madura dan Bali. Bab ini akan

memperkenalkan elemen-elemen dasar sistem tenaga yang membentuk ketiga bagian

tersebut. Elemen-elemen dasar sistem tenaga adalah:

– pembangkit tenaga listrik

– saluran transmisi

– gardu induk transmisi

– gardu induk distribusi

– jaringan distribusi.

Gambar berikut ini menampilkan ilustrasi hubungan antara elemen – elemen

dasar sistem tenaga.

Gambar 2.3 Elemen-elemen sistem tenaga listrik

Gambar di atas merupakan bagian – bagian dari sistem tenaga listrik yang sudah

disederhanakan.. Pada sistem tenaga yang sesungguhnya dapat terdiri dari banyak

pusat listrik, gardu induk, saluran transmisi, gardu distribusi dan penyulang-

penyulang distribusi yang terhubung secara kompleks.

9

Tujuan operasi sistem tenaga listrik yaitu ekonomi, keandalan dan kualitas

seperti terlihat pada gambar di bawah ini.

Gambar 2.4 Tujuan Pengendalian Operasi Sistem Tenaga Listrik

Ekonomi berarti listrik harus dioperasikan seekonomis mungkin, tetapi dengan

tetap memperhatikan keandalan dan kualitasnya.

Keandalan tenaga listrik adalah kekuatan sistem tenaga listrik dalam

menghadapai gangguan. Sedapat mungkin gangguan di pembangkit maupun

transmisi dapat diatasi tanpa mengakibatkan pemadaman di sisi konsumen.

Sedang mutu tenaga listrik adalah kualitas tegangan dan frekuensi sesuai

dengan range yang diijinkan. Mutu tegangan adalah +5% hingga –5% untuk sistem

500 kV dan +5% hingga –10% untuk sistem tegangan lainnya (150kV, 70kV, 20kV).

Efisiensi produksi tenaga listrik diukur dari tingkat biaya yang digunakan untuk

membangkitkan tenaga listrik. Hal yang paling mudah dalam optimasi biaya produksi

tenaga listrik adalah dengan sistem merit order. Merit order adalah suatu metoda

dimana pembangkit dengan biaya yang paling murah akan diprioritaskan untuk

beroperasi dibandingkan dengan yang lebih mahal, sampai beban tenaga listrik

tercukupi.

Dalam operasi sistem tenaga listrik harus memenuhi kriteria tujuan operasi

mutu, ekonomis, sekuriti namun kondisi ini sulit untuk dipenuhi sehingga

prioritas/urutan bisa berubah tergantung kondisi sistem. Sebagai contoh, dalam

kondisi siaga tujuan ekonomi bisa menjadi prioritas terakhir dan yang diutamakan

TUJUAN OPERASITUJUAN OPERASI

EKONOMI

MUTUSEKURITI

10

adalah keandalan. Contoh lain dalam kondisi kualitas dan keandalan terpenuhi maka

ekonomi menjadi prioritas utama.

2.5 Peran Pembangkit Dalam Operasi Sistem

Berdasarkan peran untuk memenuhi pasokan bagi sistem tenaga listrik, unit

pembangkit biasanya dapat dikategorikan sebagai salah satu dari tiga jenis

pembangkit yaitu pembangkit pemikul beban-dasar (baseload power plant),

pembangkit pemikul beban menengah (intermediate plant) atau pembangkit pemikul

beban puncak (peaking unit).

Pemikul Beban Dasar

Pembangkit dengan 5000 jam operasi rata-rata per tahun (capacity factor > 57

%) disebut pembangkit pemik ul beban-dasar. Pembangkit dalam kategori ini

memiliki daya keluaran besar, biaya kapital tinggi dan biaya operasi rendah.

Pembangkit tenaga nuklir dan pembangkit tenaga uap berbahan-bakar batubara

biasanya igunakan sebagai pemikul beban dasar.

Pemikul Beban Menengah

Pembangkit dengan jam operasi lebih besar dari 2000 jam per tahun dan lebih

kecil dari 5000 jam rata-rata pertahun (23%> capacity factor > 57 %) disebut

pembangkit pemikul beban menengah. Pembangkit combined cycled, pembangkit

berbahan-bakar minyak dan pembangkit tua yang kurang efisien digunakan untuk

pemikul beban menengah.

Pemikul Beban Puncak

Pembangkit pemikul beban puncak dioperasikan untuk memenuhi beban pada

waktu beban maksimum (beban puncak). Periode bebanpuncak tidak selalu sama.

Jam operasi pembangkit ini kurang dari 2000 jam rata-rata per tahun (capacity factor

< 23 %), sehingga pembangkityang dipilih biasanya yang berbiaya kapital rendah.

Biaya operasi jenispembangkit ini biasanya tinggi, menyebabkan biaya keseluruhan

11

pembangkitan menjadi tinggi. Pembangkit tenaga (turbin) gas, air, pumped-storage

dan mesin Diesel digunakan sebagai pemikulbeban puncak.

2.6 Sistem Transmisi Tenaga Listrik

Saluran transmisi merupakan koridor yang harus dilalui dalam penyaluran

energi listrik. Saluran transmisi biasanya dinyatakan menggunakan rangkaian

ekivalen (Sudirham, 2012). Walaupun rangkaian ekivalen saluran transmisi cukup

sederhana, ada empat hal yang perlu kita perhatikan yaitu:

• Resistansi konduktor,

• Imbas tegangan di satu konduktor oleh arus yang mengalir di konduktor yang

lain,

• Arus kapasitif karena adanya medan listrik antar konduktor,

• Arus bocor pada isolator (Sudirham, 2012).

Transmisi tenaga listrik merupakan proses penyaluaran tenaga listrik dari

tempat pembangkit tenaga listrik (Power Plant) hingga Saluran distribusi listrik

(substation distribution) sehingga dapat disalurkan sampai pada konsumen pengguna

listrik.

Peningkatan tegangan pada saluran transmisi mempunyai nilai ekonomis yang

sangat penting, mengingat keuntungan-keuntungan sebagai berikut:

a. Untuk penyaluran daya yang sama, arus yang dialirkan menjadi berkurang. Ini

berarti penggunaan bahan tembaga pada kawat penghantar akan berkurang

dengan bertambah tingginya tegangan transmisi.

b. Luas penampang konduktor yang digunakan berkurang, karena itu struktur

penyangga konduktor menjadi lebih kecil.

c. Oleh karena arus yang mengalir di saluran transmisi menjadi lebih kecil, maka

jatuh tegangan juga semakin kecil.

Pembangunan pusat Pembangkit dengan kapasitas produksi energi listrik yang

besar memerlukan banyak persyaratan, terutama masalah lokasi yang tidak selalu bisa

12

dekat dengan pusat beban seperti kota, kawasan industri dan lainnya. Akibatnya

tenaga listrik tersebut harus disalurkan melalui sistem transmisi yaitu :

Saluran Transmisi

Gardu Induk

Saluran Distribusi

Apabila salah satu bagian sistem transmisi mengalami gangguan maka akan

berdampak terhadap bagian transmisi yang lainnya, sehingga Saluran transmisi,

Gardu induk dan Saluran distribusi merupakan satu kesatuan yang harus dikelola

dengan baik.

2.6.1 Saluran Udara

SUTT/SUTET merupakan jenis Saluran Transmisi Tenaga Listrik yang banyak

digunakan di PLN daerah Jawa dan Bali karena harganya yang lebih murah dibanding

jenis lainnya serta pemeliharaannya mudah.

Pembangunan SUTT/SUTET sudah melalui proses rancang bangun yang aman

bagi lingkungan serta sesuai dengan standar keamanan internasional, diantaranya:

- Ketinggian kawat penghantar

- Penampang kawat penghantar

- Daya isolasi

- Medan listrik dan Medan magnet

- Desis corona

Macam – macam Saluran Udara yang ada di Sistem Ketenagalistrikan antara

lain :

a. Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT) 70 kV

b. Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT) 150 kV

c. Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi (SUTET) 500 kV

13

Gambar 2.5 SUTT 150 kV

2.6.2 Saluran Kabel

Pada daerah tertentu (umumnya perkotaan) yang mempertimbangkan masalah

estetika, lingkungan yang sulit mendapatkan ruang bebas, keandalan yang tinggi,

serta jaringan antar pulau, dipasang Saluran Kabel. Jenis – jenis saluran kabel

diantaranya adalah:

a. Saluran Kabel Tegangan Tinggi (SKTT) 70 kV

b.Saluran Kabel Tegangan Tinggi (SKTT) 150 kV

c. Saluran Kabel Laut Tegangan Tinggi (SKLT) 150 kV

Mengingat bahwa Saluran kabel biaya pembangunannya mahal dan

pemeliharaannya sulit , maka jarang digunakan.

Gambar 2.6 Kabel Tanah Isolasi Minyak Kertas (Oil Filled Cable Paper Insulation) 150 kV

Sukolilo – Ngagel – Simpang (Surabaya)

14

Gambar 2.7 Kabel Laut 150 kV Jawa – Bali

2.6.3 Saluran Gas

Saluran Isolasi Gas (Gas Insulated Line/GIL) adalah Saluran yang diisolasi

dengan gas, misalnya: gas SF6. Karena mahal dan resiko terhadap lingkungan sangat

tinggi maka saluran ini jarang digunakan.

Gambar 2.8 Saluran Isolasi Gas

2.6.4 Interkoneksi Transmisi

Dengan semakin berkembangnya pusat-pusat pembangkit dan lokasinya yang

tersebar maka sistem penyaluran tenaga listrik dibuat saling berhubungan antara satu

Subsistem dengan Subsistem lainnya (interkoneksi). Sistem interkoneksi

15

memungkinkan untuk saling memenuhi kebutuhan energi listrik antara satu

Subsistem dengan Subsistem lainnya, sehingga defisit energi pada satu Subsistem

dapat dihindari selain itu akan memperbaiki stabilitas sistem secara keseluruhan.

Berikut ini adalah contoh dua subsistem A dan B yang terinterkoneksi oleh

suatu jaringan transmisi.

Gambar 2.9 Aliran Daya Antara Dua Subsistem

Arah aliran daya tersebut dapat diubah arahnya dengan melakukan pengaturan

tegangan di kedua subsistem tersebut atau dengan cara memaksanya dengan

mengubah sudut fase diantara kedua subsistem menggunakan phase sift

autotransformer apa salah satu ujung saluran transmisi.

2.6.5 Batas Operasi Transmisi

Dalam menyalurkan arus listrik, saluran transmisi dibatasi oleh kemampuan

hantar arus konduktornya. Kapasitas Hantar Arus Konduktor (KHA) adalah

kemampuan konduktor untuk menghantarkan arus. Secara teoretis arus yang dapat

mengalir dalam konduktor akan bertambah sampai konduktor mencapai batas

temperatur leburnya.

Beberapa faktor yang menentukan KHA konduktor antara lain:

a) Ukuran konduktor, makin besar ukuran penampang konduktor maka makin

besar kapasitas arusnya

X

Ea Eb P

16

b) Insulation, panas yang ditimbulkan seharusnya tidak melampaui kemampuan

maksimum temperatur insulation

c) Temperatur ambient, makin tinggi temperatur ambient maka lebih sedikit panas

yang diperlukan untuk mencapai temperatur maksimum insulation

d) Jumlah konduktor, panas yang didisipasi oleh single konduktor lebih kecil

dibanding bundled konduktor

e) Kondisi instalasi, untuk konduktor dalam conduit, duct, trays KHA-nya lebih

rendah, hal tersebut dapat diatasi dengan sistem pendinginan yang baik.

2.6.6 Gardu Induk

a Gardu Induk Transmisi

Gardu induk transmisi merupakan fasilitas dimana saluran transmisi berakhir

atau terhubung dengan saluran transmisi lain. Gardu induk transmisi memiliki

peralatan untuk memisahkan sistem tenaga dan untuk melepaskan peralatan yang

terganggu atau peralatan yang akan dipelihara dari sistem tenaga.

Tegangan perlu diturunkan sebelum sampai di konsumen. Oleh sebab itu

hampir semua gardu induk transmisi memiliki transformator tenaga untuk

menurunkan tegangan transmisi ke tegangan yang lebih rendah.

b Gardu Induk Switching

Gardu induk yang tidak memiliki transformator tenaga disebut gardu induk

switching, hanya memiliki peralatan yang diperlukan untuk memisahkan saluran

transmisi untuk pemeliharaan peralatan atau untuk mengisolir daerah yang terganggu.

2.6.7 Beban

Dalam menganalisa suatu sistem tenaga listrik, beban tidak diberikansecara

lengkap. Untuk merepresentasikan suatu beban dari suatu sistem tenaga listrik, sangat

penting untuk mengetahui variasi daya aktif (P) dan daya reaktif (Q) terhadap variasi

tegangannya.

17

Di dalam menganalisa suatu sistem tenaga listrik, terdapat 3 cara untuk

merepresentasikan suatu beban, antara lain:

a. Representasi beban dengan daya tetap. Dalam hal ini daya aktif P (MW),

maupun daya reaktif Q (MVAR) dianggap konstan. Representasi beban ini

digunakan untuk merepresentasikan beban untuk studi aliran daya.

b. Representasi beban dengan arus tetap. Dalam hal ini arus dihitung sebagai;

𝐼 =𝑠−𝑗𝑄

𝑣∗= 𝐼∠(θ − φ), ................................................................................(2.1)

Dimana: V = V∠ θ, dan φ = tan-1 𝑄

𝑃 = sudut daya (power factor angle).

c. Representasi beban dengan impedansi tetap. Untuk merepresentasikan suatu

beban dengan impedansi tetap, daya yang diserap oleh beban dikonversikan ke

dalam bentuk impedansi seri atau parallel. Representasi beban dengan

impedansi tetap ini biasanya digunakan pada studi stabilitas suatu sistem tenaga

listrik

2.7 Diagram Segaris (Single Line Diagram)

Langkah pertama dalam analisis adalah memindahkan rangkaian sistem tenaga

ke atas kertas dalam bentuk diagram rangkaian. Diagram rangkaian untuk sistem

tenaga berupa diagram satu garis (single line diagram). Diagram ini sederhana namun

menunjukkan secara lengkap interkoneksi berbagai piranti. Walaupun hanya satu

garis, ia menggambarkan sistem multifasa (Sudirham, 2012)

Dengan mengasumsikan bahwa sistem tiga fasa dalam keadaan seimbang,

penyelesaian rangkaian dapat dikerjakan dengan menggunakan rangkaian 1 fasa

dengan sebuah jalur netral sebagai jalan balik. Seringkali dengan diagram semacam

itu disederhanakan dengan mengabaikan jalur netralnya dan menunjukkan bagian-

bagian komponen dengan lambang standar sebagai ganti rangkaian ekuivalennya.

Diagram sistem tenaga listrik secara sederhana ini disebut diagram satu garis (one

line diagram). Pembuatan diagram segaris ini dimaksudkan untuk memberikan

gambaran yang ringkas dari suatu sistem tenaga listrik. Lambang peralatan-peralatan

18

yang biasa digunakan untuk membuat diagram segaris dapat dilihat pada standar yang

berlaku.

Keterangan mengenai beberapa sifat yang penting dari suatu sistem akan

berbeda-beda, hal ini tergantung pada masalah yang akan ditinjau sesuai dengan

maksud diagram tersebut dibuat. Misalnya lokasi dari pemutus rangkaian dan rele

tidak penting apabila diagram tersebut digunakan untuk studi aliran daya, keterangan

tentang pemutus rangkaian dan rele akan menjadi sangat penting untuk studi tentang

kestabilan suatu sistem tenaga listrik dalam keadaan peralihan karena adanya

gangguan. Untuk menghitung besarnya arus yang mengalir pada saat terjadi

gangguan yang menyebabkan ketidakseimbangan pada sistem tiga fasa, harus

diketahui letak dari titik dimana sistem tersebut dihubungkan dengan tanah.

Pada umumnya titik netral transformator pada sistem transmisi selalu

ditanahkan secara langsung (solidly grounded). Netral generator biasanya ditanahkan

melalui resistansi yang cukup tinggi atau melalui reaktansi induktif yang ditala

(tuned) terhadap resonansi paralel dengan kapasitansi terhadap tanah yang tersebar

dalam generator, kumparan transformator tegangan rendah dan dalam saluran antara

generator dengan transformator. Kumparan semacam ini disebut penetral gangguan

tanah (ground fault neutralizer), kumparan ini juga dapat digunakan pada

transformator.

Gambar 2.10 menunjukkan contoh diagram segaris suatu sistem tenaga listrik

yang sederhana.

Gambar 2.10 Diagram Segaris Suatu Sistem Tenaga Listrik

19

2.8 Besaran Per-Unit

Sistem per-unit sesungguhnya merupakan cara penskalaan atau normalisasi.

Besaran-besaran sistem dalam satuan masing-masing, tegangan dalam volt – arus

dalam ampere – impedansi dalam ohm, ditransformasikan ke dalam besaran tak

berdimensi yaitu per-unit (disingkat pu) (Sudirham, 2012).

Pada mulanya transformasi ke dalam per-unit dimaksudkan untuk

mempermudah perhitungan, namun dengan perkembangan penggunaan computer

maksud penyederhanaan itu sudah kurang berarti lagi.

Nilai per-unit dari suatu besaran merupakan rasio dari besaran tersebut dengan

suatu besaran basis. Besaran basis ini berdimensi sama dengan dimensi besaran

aslinya sehingga nilai per-unit besaran itu menjadi tidak berdimensi

Nilai Per Satuan = Nilai Sesungguhnya

Nilai Basis ......................................................................... (2.2)

Nilai sesungguhnya mungkin berupa bilangan kompleks, namun nilai basis

yang ditetapkan adalah bilangan nyata. Oleh karena itu sudut fasa nilai dalam per-unit

sama dengan sudut fasa sesungguhnya.

2.8.1 Besaran Per-Unit Untuk Sistem Satu Fasa

Rumus-rumus yang digunakan untuk menentukan nilai dasar dan berbagai

besaran khususnya untuk sistem satu fasa adalah sebagai berikut:

Arus dasar, 𝐴 = 𝑑𝑎𝑠𝑎𝑟 𝑘𝑉𝐴1ɸ

𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑑𝑎𝑠𝑎𝑟 𝑘𝑉𝐿𝑁 ...................................................... (2.3)

Impedansi dasar = 𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑑𝑎𝑠𝑎𝑟,𝑉𝐿𝑁

𝑎𝑟𝑢𝑠 𝑑𝑎𝑠𝑎𝑟,𝐴 ..................................................... (2.4)

20

Impedansi dasar =(𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑑𝑎𝑠𝑎𝑟𝑘𝑉𝐿𝑁)2×1000

𝑑𝑎𝑠𝑎𝑟,𝑘𝑉𝐴1ɸ ....................................... (2.5)

Impedansi dasar =(𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑑𝑎𝑠𝑎𝑟𝑘𝑉𝐿𝑁)2

𝑑𝑎𝑠𝑎𝑟,𝑘𝑉𝐴1ɸ ................................................ (2.6)

𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑑𝑎𝑠𝑎𝑟, 𝑘𝑊1ɸ = 𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑑𝑎𝑠𝑎𝑟, 𝑘𝑉𝐴1ɸ ............................................ (2.7)

𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑑𝑎𝑠𝑎𝑟, 𝑀𝑊1ɸ = 𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑑𝑎𝑠𝑎𝑟, 𝑀𝑉𝐴1ɸ .......................................... (2.8)

Impedansi per − unit = 𝑖𝑚𝑝𝑒𝑑𝑎𝑛𝑠𝑖 𝑠𝑒𝑏𝑒𝑛𝑎𝑟𝑛𝑦𝑎,Ὠ

𝑖𝑚𝑝𝑒𝑑𝑎𝑛𝑠𝑖 𝑑𝑎𝑠𝑎𝑟,Ὠ ..................................... (2.9)

2.8.2 Besaran Per-Unit Untuk Sistem Tiga Fasa

Untuk memperoleh nilai dasar untuk sistem tiga fasa pada prinsipnya sama

dengan sistem satu fasa. Tegangan dasar untuk sistem tiga fasa adalah √3 tegangan

satu fasa (tegangan dasar antar saluran) sedangkan daya dasarnya adalah daya dasar

untuk total tiga fasa.

Rumus-rumus yang dapat digunakan untuk memperoleh nilai dasar dari

berbagai besaran untuk sistem tiga fasa adalah sebagai berikut:

Arus dasar, 𝐴 = 𝑘𝑉𝐴3ɸ𝑑𝑎𝑠𝑎𝑟

√3×𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑑𝑎𝑠𝑎𝑟 𝑘𝑉𝐿𝐿 ................................................... (2.10)

Impedansi dasar = (𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑑𝑎𝑠𝑎𝑟,𝑘𝑉𝐿𝐿/√3)2×1000

𝑘𝑉𝐴3ɸ

3 𝑑𝑎𝑠𝑎𝑟

................................. (2.11)

Impedansi dasar =(𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑑𝑎𝑠𝑎𝑟,𝑘𝑉𝐿𝐿)2×1000

𝑘𝑉𝐴3ɸ𝑑𝑎𝑠𝑎𝑟 ........................................ (2.12)

21

Impedansi dasar =(𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑑𝑎𝑠𝑎𝑟,𝑘𝑉𝐿𝐿)2

𝑀𝑉𝐴3ɸ𝑑𝑎𝑠𝑎𝑟 ................................................ (2.13)

2.8.3 Mengubah Dasar Besaran Per-Unit

Impedansi per-unit untuk suatu komponen dari suatu sistem biasanya

dinyatakan dengan dasar yang berbeda dari yang telah dipilih sebagai dasar untuk

bagian dari suatu sistem dimana komponen tersebut dihubungkan. Seluruh impedansi

dari suatu sistem dinyatakan dengan dasar impedansi yang sama. Diperlukan suatu

cara untuk mengubah impedansi per-unit (pu) dari suatu nilai dasar ke nilai dasar

yang baru dengan persamaan berikut:

𝑍𝑏𝑎𝑟𝑢 (𝑝𝑢) = 𝑍𝑙𝑎𝑚𝑎(𝑝𝑢) [𝑘𝑉𝑙𝑎𝑚𝑎𝑑𝑎𝑠𝑎𝑟

𝑘𝑉𝑏𝑎𝑟𝑢𝑑𝑎𝑠𝑎𝑟]

2

× [𝑘𝑉𝑏𝑎𝑟𝑢𝑑𝑎𝑠𝑎𝑟

𝑘𝑉𝑙𝑎𝑚𝑎𝑑𝑎𝑠𝑎𝑟] ......................... (2.14)

2.8.4 Keuntungan Perhitungan Per-Unit

Menganalisa atau membuat perhitungan sistem tenaga listrik dalam nilai per-

unit akan sangat menyederhanakan pekerjaan. Beberapa keuntungan yang dapat

diperoleh dari perhitungan per-unit antara lain:

a. Pabrik biasanya memberikan harga impedansi peralatan dalam persen atau per-

unit dengan rating yang tercantum pada name plate sebagai dasar.

b. Impedansi per-unit mesin yang sejenis tetapi dengan rating yang jauh berbeda

biasanya terletak dalam batas-batas nilai yang sempit, meskipun nilainya dalam

ohm berbeda besar untuk mesin-mesin dengan rating yang berbeda. Oleh karena

itu, apabila impedansi mesin tidak diketahui dengan pasti, pada umumnya

masih mungkin untuk memilih sebuah impedansi per-unit dari daftar nilai rata-

rata yang tersedia, dan hasilnya tidak jauh menyimpang dari kebenaran.

Pengalaman kerja dengan nilai perunit akan membiasakan kita bekerja dengan

nilai impedansi per-unit yang tepat untuk berbagai macam peralatan.

22

c. Apabila diberikan nilai impedansi dalam ohm pada rangkaian ekivalen, setiap

impedansi harus didasarkan pada rangkaian yang sama dengan mengalikan nilai

itu dengan kuadrat perbandingan tegangan rating pada kedua sisi transformator

yang menghubungkan rangkaian pedoman dengan rangkaian yang mengandung

impedansi tersebut. Jika impedansi per-unit sudah dinyatakan dalam dasar yang

benar, maka adalah sama menurut sisi yang manapun dari transformator.

d. Cara menghubungkan transformator dalam rangkaian tiga fasa tidak

mempengaruhi impedansi per-unit rangkaian ekivalennya, meskipun hubungan

transformator memang menentukan hubungan antara dasar tegangan pada kedua

sisi transformator tersebut.

2.9 Studi Aliran Daya

Studi aliran daya di dalam sistem tenaga merupakan studi yang penting. Studi

aliran daya mengungkapkan kinerja dan aliran daya (nyata dan reaktif) untuk keadaan

tertentu tatkala sistem bekerja saat tunak (steady state). Studi aliran daya juga

memberikan informasi mengenai beban saluran transmisi di sistem, tegangan di

setiap lokasi untuk evaluasi regulasi kinerja sistem tenaga dan bertujuan untuk

menentukan besarnya daya nyata (real power), daya reaktif (reactive power) di

berbagai titik pada sistem daya yang dalam keadaan berlangsung atau diharapkan

untuk operasi normal.

Studi aliran daya merupakan studi yang penting dalam perencanaan dan desain

perluasan sistem tenaga listrik dan menentukan operasi terbaik pada jaringan yang

sudah ada. Studi aliran daya sangat diperlukan dalam perencanaan serta

pengembangan sistem di masa-masa yang akan datang. Karena seiring dengan

bertambahnya konsumen akan kebutuhan tenaga listrik, maka akan selalu terjadi

perubahan beban, perubahan unit-unit pembangkit, dan perubahan saluran transmisi.

Secara umum, simulasi aliran daya pada sebuah jaringan sistem tenaga listrik

dapat digambarkan sebagai berikut :

1. Masukan daya/beban yang diperlukan/dikonsumsi pada semua bus

23

2. Masukan daya keluaran/output dari semua pembangkit

3. Amati dan analisa daya yang mengalir pada masing-masing transmisi dan trafo,

perhatikan pula tegangan di masing-masing bus pada sistem tersebut.

Simulasi aliran daya harus dilakukan dengan memperhatikan beberapa

persyaratan sebagai berikut :

1. Sistem tenaga listrik yang disimulasikan harus beroperasi tanpa pembebanan

berlebih (overload) pada peralatan-peralatan transmisi, trafo dan generator.

2. Tegangan pada masing-masing bus berada pada batas/kriteria keandalan sistem

(untuk sistem 150 kV : 90% < Vn < 105% dan untuk sistem 500 kV : 95% < Vn

< 105%)

3. Menjaga keluaran daya aktif dan reaktif pada tiap-tiap generator pada batas-

batas yang sesuai dengan curva capabilities masing-masing generator.

2.9.1 Input dan Output dari Perhitungan Aliran Daya

Pada simulasi aliran daya menggunakan PSS/E 31 ini gardu induk

direpresentasikan dengan nama bus, berikut ini adalah tipe-tipe bus pada simulasi

aliran daya :

a. Slack Bus/Swing Bus merupakan bus pembangkit yang keluaran daya aktifnya

dapat bebas berubah untuk menjaga kesetimbangan antara beban dan

pembangkitan.

b. PV Bus (Voltage controled Bus) merupakan bus yang terhubung ke generator.

Untuk pengaturan tegangan dengan mengatur nilai daya reaktif Generator.

c. PQ Bus (Load Bus) merupakan bus yang terhubung ke Beban

d. Inactive Bus, merupakan bus yang dimatikan (switched off)

Pada masing-masing tipe bus diatas memiliki input dan output yang berbeda-

beda, selain itu, pada PSS/E kita harus menentukan tiap-tiap tipe bus ini dengan

menggunakan Code berupa nomor, dimana apabila kita salah dalam penentuan nomor

kode suatu bus, maka bus tersebut tidak dapat berfungsi dan disimulasikan dengan

benar. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada tabel dibawah ini.

24

Tabel 2.1 Tipe – tipe bus dalam simulasi aliran daya

(Sumber: buku panduan PSS/E simulator)

TIPE BUS KODE PADA

PSS/E

NILAI YANG DITENTUKAN

(INPUT)

NILAI HASIL

PERHITUNGAN

(OUTPUT)

Slack Bus 3 Tegangan bus Generator

Sudut tegangan sebagai referensi

dari sudut bus yang lain

Daya aktif dari

generator

Daya reaktif dari

generator

PV Bus 2 Tegangan bus generator

Daya aktif generator

Daya reaktif dari

generator

Sudut tegangan

bus

PQ Bus 1 Daya aktif trafo beban

Daya reaktif trafo beban

Tegangan bus

Sudut tegangan

bus

Inactive Bus 4 - -

Selain input dan output dari tipe-tipe bus pada simulasi aliran daya, beberapa

input lain yang harus dilakukan saat melakukan simulasi aliran daya antara lain :

- Impedansi and admitansi charging dari Transmisi.

- Impedansi dan tap ratio dari Transformer.

- Admitansi dari peralatan yang terhubung shunt seperti static capacitors and

reactors.

- Daya yang dibutuhkan oleh masing-masing bus dari sistem.

- Daya keluaran dari masing-masing generator.

- Daya reaktif dan besar tegangan bus dari masing-masing generator.

- Maximum and minimum kemampuan daya reaktif dari masing-masing

generator.

25

2.9.2 Penyelesaian Aliran Daya

Penyelesaian persolaan aliran daya adalah nonlinear dan memerlukan

perhitungan persamaan aliran daya dan pemrosesan error secara berulang (iterasi).

Cara Simpel tetapi Efektif secara skema iterasi adalah sebagai berikut:

- Buat estimasi awal dari tegangan untuk masing-masing bus.

- Hitung estimasi vektor arus yang mengalir titik pada masing-masing bus dari

kondisi batasan seperti berikut:

𝑷𝒌 + 𝑸𝒌 = 𝒗𝒌. 𝒊𝒌

- Perhitungan diatas menghasilkan Estimasi vektor tegangan baru untuk masing-

masing bus.

- Kembali ke tahap 2 dan ulangi tahapan sampai hal tersebut konvergen (Estimasi

tegangan yang tidak berubah dari tegangan sebelumnya).

User PSS/E dapat memilih dari ke lima skema iterasi perhitungan aliran daya,

yaitu:

- Iterasi Gauss-Seidel.

- Iterasi Modified Gauss-Seidel cocok untuk series Capacitors.

- Iterasi Fully coupled Newton-Raphson.

- Iterasi Decoupled Newton-Raphson.

- Iterasi Fixed slope Decoupled Newton-Raphson.

Tabel dibawah ini adalah menunjukan kelebihan serta kekurangan dari masing –

masing skema iterasi perhitungan aliran daya yang dikutip dari buku PSS®E-33

Advanced Power Flow (Siemens Industry, Inc : 2014)

26

Tabel 2.2 Perbandingan Antar Algoritma

(Sumber: PSS®E-33 Advanced Power Flow)

2.10 Panduan Simulasi Aliran Daya Menggunakan PSS/E 33.5

PSS/E yang merupakan singkatan dari Power System Simulator for Engineering

adalah sebuah sistem dari program-program dan struktur data-data yang didesain

untuk melakukan pekerjaan simulasi power sistem , seperti:

- Analisa Aliran Daya (Power Flow).

Operasi sistem

Perencanaan jangka panjang

- Analisa Hubung Singkat (Fault Analysis).

- Simulasi Stability (Transien dan dinamik)

- Data handling, updating, and manipulation

27

Langkah-langkah dalam simulasi PSS/E secara umum antara lain :

1. Pastikan parameter data fisik peralatan (Transmisi, generator, Load,

transformer, atau shunt) yang merupakan parameter yang tepat untuk

merepresentasikan peralatan tersebut.

2. Transfer parameter pemodelan data fisik dari peralatan sistem tenaga kedalam

format entri data PSS/E.

3. Pergunakan program PSS/E untuk memprocess the data, melakukan

perhitungan Studi aliran daya, Hubung Singkat atau simulasi Stability.

4. Pelajari dan Analisa hasil simulasi tersebut dan buat report untuk simulasi

tersebut

Gambar 2.11 Struktur dari PSS/E

28

Gambar 2.12 Tampilan muka awal PSS/E

Gambar 2.13 Tampilan aliran daya pada PSS/E