STUDI ALIRAN DAYA LISTRIK DI PT. SHOWA INDONESIA MANUFACTURING Tugas Akhir Oleh: Kamil Rusdi Program studi teknik elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Islam Indonesia Jalan Kaliurang km. 14,5 Sleman, Yogjakarta 55501 Telp. (0274) 895007, 895287 faks. (0274) 895007 Ext 147 E-mail : [email protected] Abstrak Sektor industri merupakan sektor yang salah satu menunjukkan tren peningkatan penggunaan listrik setiap tahun. Sejalan dengan kemajuan industri dan sektor ekonomi negara, serta kapasitas pembebanan unit transformator dan saluran penghantar yang terbatas menjadi latar belakang perlu dilakukannya studi aliran daya. Penelitian ini dilakukan untuk menghasilkan output berupa rekomendasi mengenai kinerja sistem kelistrikan PT. Showa Indonesia Manufacturing hari ini. Studi aliran daya pada penelitian ini menggunakan bantuan perangkat lunak ETAP (Electrical Transient and Analysis Program) Power Station versi 12.6.0 bertujuan untuk melakukan evaluasi terhadap kondisi sistem kelistrikan di PT. Showa Indonesia Manufacturing (PT.SIM). selain itu, studi aliran daya juga diperlukan sebagai dasar utama untuk meninjau pengaruh implementasi pengembangan industri saat terjadi pembebanan penuh. Hasil simulasi menunjukan rata-rata unit transformator maupun saluran penghantar terpasang masih memiliki kapasitas yang cukup untuk menerima tambahan beban, dengan pembebanan tertinggi pada unit transformator dan penghantar masing-masing sebesar 57,7% dan 63,5%. nilai pembebanan ini ideal untuk unit transformator sesuai standar yang berlaku adalah 60% dari total kapasitas transformator. Nilai jatuh tegangan dibawah batas maksimum penurunan tegangan sistem yang ditetapkan yakni -10% dengan nilai jatuh tegangan paling tinggi sebesar -3,62%. Dan terjadi rugi-rugi atau rugi-rugi pada keseluruhan sistem kelistrikan sebesar 127.2 kW atau 2.2% dari total keseluruhan daya aktif sebesar 5658 kW. Hal ini berarti pada sistem kelistrikan dari PT. Showa Indonesia Manufacturing masih memenuhi syarat untuk melakukan operasional dari unit-unit beban listrik, untuk beban listrik industri secara kontinu. Kata kunci : Studi aliran beban, ETAP 12.6.0, industri, kinerja sistem, jatuh tegangan, rugi-rugi. 1. PENDAHULUAN Kebutuhan akan energi listrik sudah tidak Melihat belum terdapat pihak yang mengkaji dapat Kebutuhan akan energi listrik sudah tidak tentang keandalan sistem kelistrikan PT. Showa dapat dipungkiri lagi di era modern sekarang ini Indonesia Manufacturing (PT. SIM) menjadikan memegang peranan yang sangat vital dalam hal ini sebagai dasar penulisan tugas akhir. kehidupan sehari–hari baik di sektor sosial, Melalui tugas akhir ini diharapkan dapat menjadi ekonomi, teknologi dan industri. Pada bidang bahan rekomendasi bagi PT. Showa Indonesia industri listrik berperan sangat penting karena Manufacturing dalam mengevaluasi sekaligus harus memastikan penyedia listrik yang mengoptimalkan penggunaan energi listrik dalam kontinuitas agar produksi pada industri berjalan kegiatan operasional maupun dalam proses dengan baik dan tidak merugi. pengembangan kedepannya. Dalam pemenuhan akan ketersediaan listrik yang kontiunitas dan berjalan dengan baik maka 2. TINJAUAN PUSTAKA perlu diadakannya studi aliran daya. Studi aliran 2.1 Dari penelitian yang telah ada beban sangat penting untuk pengembangan sistem Pada penelitian ini yang berjudul untuk masa yang akan datang, karena Perbandingan Analisa Aliran Daya dengan pengoperasian yang baik dari sistem tersebut Menggunakan Metode Algoritma Genetika dan banyak bergantung pada diketahuinya efek Metode Newton-Raphson. Dari hasil interkoneksi dengan sistem tenaga lain, beban perbandingan dua metode diatas didapatkan untuk yang baru, sistem pembangkit baru, serta saluran metode Newton-Raphson memerlukan transmisi baru, sebelum semuanya itu dipasang. penggunaan matrik Jacobian untuk koreksi tegangan sedangkan pada metode Algoritma 1 Genetika penggunaan matrik Jacobian tidak Secara umum tujuan dari analisis aliran diperlukan. Waktu komputasi pada perhitungan daya adalah dimaksudkan untuk dengan metode Newton-Raphson jauh lebih mendapatkan[11]: cepat dibanding pada penggunaan metode 1. Besar tegangan masing-masing bus sehingga Algoritma Genetika[2]. bisa diketahui tingkat pemenuhan batas- Dalam penelitian yang berjudul Studi Aliran batas operasi yang diperbolehkan. Daya Sistem 115 kV PT. Chevron Pacific 2. Besar arus dan daya yang dialirkan lewat Indonesia. melakukan penelitian dengan jaringan, sehingga bisa diidentifikasi tingkat menggunakan metode iterasi gauss seidel. pembebanannya. Permasalahan aliran daya yang ditinjau adalah 3. Kondisi awal bagi studi-studi selanjutnya, sistem dalam keadaan normal, hasil yang didapat seperti studi kontingensi yang sedang adalah tegangan terrendah bus, nilai losses dibahas dalam penelitian ini. tertinggi, daya nyata dan daya aktif yang disaluran terbesar[3]. 2.1.1 Perhitungan Aliran Daya Pada penelitian yang berjudul Evaluasi a. Persamaan Aliran Daya Aliran Beban Pada Jaringan Sistem Tenaga Persamaan-persamaan yang digunakan dalam Listrik Tegangan Menengah di Universitas perhitungan aliran daya secara umum yakni [12]: Gadjah Mada. Melakukan penelitian simulasi b. Persamaan Karakteristik Jaringan dengan software ETAP dan menganalisis Bentuk persamaan ini menggunakan kelayakan kapasitas transformator dan kelayakan karakteristik suatu jaringan tenaga listrik dapat saluran penghantar pada sistem tenaga listrik dinyatakan dalam bentuk: tegangan menengah gedung UGM, hasil yang 1. Konsep Simpul (Node) didapat rekomendasi untuk mempertimbangkan [E ]=[Z ][I ] atau BUS BUS BUS perbaikan kualitas jaringan[4]. [I ]=[Y ][E ] (1) BUS BUS BUS Pada penelitian yang berjudul Analisis Aliran dengan : Daya Optimal di Sistem Kelistrikan 115 kV PT. E = Vektor tegangan bus yang diukur BUS Chevron Pasific Indonesia. Melakukan penelitian terhadap bus referensi dengan analisis sistem kelistrikan dan hasil I = Vektor arus yang diserap BUS simulasi numeris menunjukan biaya penggunaan (injeksi) pada bus bahan bakar dapat dioptimalkan tanpa melanggar Z = Matriks impedansi bus BUS batas keamanan dan keandalan sistem. Akhirnya Y = Matriks admitans bus BUS berupa penerapan aliran daya optimal dapat 2. Konsep Cincin (Loop) peningkatan keamanan tegangan dan [E ] = [Z ] [I ] atau LOOP LOOP LOOP penghematan biaya bahan bakar[5]. [I ]=[Y ][E ] (2) LOOP LOOP LOOP Pada penelitian yang berjudul Evaluasi Serta tiap-tiap besaran dinyatakan dalam Sistem Kelistrikan pada Gedung Eksisting RS. bentuk loop. Akademik Universitas Gadjah Mada. Studi aliran c. Persamaan Arus Bus daya pada penelitian ini menggunakan bantuan Dalam pembentukan matriks parameter, software ETAP 11.0. Hasil analisis menunjukan makan besar arus setiap bus dibedakan menjadi : rata-rata unit sistem kelistrikan di RS Akademik 1. Dengan element shunt UGM masih memiliki kapasitas yang cukup – (3) untuk menerima tambahan beban[6]. Atau, Pada penelitian ini penulis untuk (4) menganalisis aliran daya di PT. Showa Indonesia Manufacturing menggunakan Metode Newton- dengan : Raphson dan menggunakan perangkat lunak P = Daya aktif pada bus p p yakni Microsoft Office dan ETAP seri 12.6.0. Q = Daya reaktif pada bus p p Ip = Arus pada bus p 2.1 Studi Aliran Daya E*p = Konjugat Ep Studi Aliran daya ialah penentuan 2. Tanpa element shunt perhitungan tegangan, arus, daya, dan factor daya – (5) atau daya reaktif yang terdapat pada beberapa dengan : titik pada jaringan listrik dalam keadaan operasi Y = Jumlah total admitans shunt bus normal. Baik yang sedang berjalan maupun pada p Y E = Arus shunt yang mengalir dari tahap perencanaan atau pengembangan sistem p p bus p ke tanah pada masa yang akan datang. 2 Nilai Ip yang positif menunjukkan arus merupakan rangkaian linier, terdapat hubungan mengalir menuju/masuk ke bus atau ditentukan linier antara tegangan, arus dan impedansi, bahwa bus yang bersangkutan adalah sumber sehingga dalam melakukan analisis menghadapi arus. Sebaliknya, bila nilai Ip negative, maka arus persamaan-persamaan linier. Perubah-perubah meninggalkan/keluar bus, atau bus yang rangkaian yang dilibatkan langsung dalam bersangkutan dianggap sebagai bus beban. perhitungan adalah tegangan dan arus, sedangkan daya dihitung sebagai perkalian d. Daya Pada Sistem Tiga Fasa tegangan dan arus. Tegangan dan arus Proporsi daya tiga fase yang dibangkitkan memberikan relasi-relasi linier sedangkan relasi oleh generator maupun daya yang diserap oleh daya tidak lah linier. beban tiga fase dapat dihitung secara matematis Analisis aliran daya pada sistem tenaga, melalui penjumlahan daya pada masing–masing bertujuan untuk melihat bagaimana aliran daya fasa. Pada kondisi beban yang seimbang, daya dalam sistem. Perubahan yang terlibat dalam total yang tersalurkan dari sistem ke beban sama perhitungan adalah daya. Dengan dengan tiga kali nilai daya per fasa karena nilai menggunakan daya sebagai perubah sebagai daya tiap fasa yang identik. perubah dalam perhitungan, maka persamaan Menggunakan asumsi seluruh beban yang hadapi menjadi bukan persamaan linier. terhubung –Y, maka besar daya total yang Sumber, merupakan sumber daya yang hanya tersalur beban yakni. boleh beroperasi pada batas daya dan tegangan (6) t e r t e n t u . S e m e n t a r a i t u beban adalah bagian (7) r a n g k a i a n y a n g m e n y erap daya, sehingga dapat (8) d i n y a t a k a n s ebagai besar daya yang Dengan adalah sudut dari impedansi pada diminta/diperlukan, pada tegangan tertentu. masing-masing fasa serta V dan I berturut- Suatu permintaan daya hanya dapat dilayani L-N L turut adalah besar tegangan saluran ke netral dan selama pembebanan tidak melampaui batas daya arus saluran. yang mampu disediakan oleh sumber. Jadi Jika hubungan rangkaian yang dipakai walaupun rangkaian tetap rangkaian linier, adalah hubung -∆, maka tegangan dinyatakan namun relasi daya antara sumber dan beban sebagai tegangan antar saluran (V ) dan arus tidaklah linier. Oleh karena itu jika persamaan L-L yang melewati masing-masing impedansi sama rangkaian dengan daya sebagai perubah merupakan persamaan nonlinier. Dalam dengan besar arus saluran dikalikan dengan √ , memecahkan persamaan nonlinier ini sehingga diperoleh besar total daya tiga fase memerlukan cara khusus. yakni. Studi beban sangat penting dalam √ (9) perancangan dan pengembangan suatu sistem √ (10) untuk masa yang akan datang, karena √ (11) p e n g o p e r a s i a n y a n g b a ik pada sistem tersebut Karena perhitungan total daya tiga fase banyak tergantung pada diketahuinya efek dengan menggunakan basis tegangan antar interkoneksi dengan sistem tenaga yang lain, saluran memiliki besar yang identik apabila beban yang baru stasiun pembangkit baru, serta diterapkan pada rangkaian hubung –Y, maka saluran transmisi baru, sebelum semuanya itu persamaan 2.11 berlaku tanpa memandang dipasang[1]. Studi aliran daya ini dilakukan untuk hubungan rangkaian. menentukan:  Aliran daya aktif dan reaktif pada cabang– e. Analisis Aliran Daya cabang rangkaian Dalam analisis rangkaian listrik, dilakukan  Tidak ada rangkaian yang mempunyai beban idealisasi. Sumber dinyatakan sebagai sumber lebih dan tegangan busbar dalam batas–batas tegangan ideal atau sumber arus ideal, dan beban yang dapat diterima. dinyatakan sebagai impedansi dengan  Pengaruh penambahan atau perubahan pada karakteristik linier. Sumber tegangan ideal suatu sistem. memberikan daya ke rangkaian pada tegangan tertentu, berapapun besar arus yang dibutuhkan 2.2.1 Rugi-rugi pada cabang antar bus oleh rangkaian sumber arus ideal memberikan Rugi-rugi atau losses daya cabang antara bus daya ke rangkaian pada arus tertentu, p dan q adalah jumlah aljabar aliran daya dari bus berapapun tegangan yang diperlukan oleh p ke bus q ke bus pada cabang yang rangkaian. Oleh karena itu apabila rangkaian 3 bersangkutan, dan dapat dinyatakan dengan Nilai jatuh tegangan melalui persamaan 2.14 persamaan: pada kenyataan di lapangan memiliki error atau (12) k e s a l a h a n s e b e s a r 1 % . D alam aturan mengenai (13) f a k t o r d a y a a t a u cos phi, arus aktif dan reaktif Berdasarkan aliran daya setiap cabang saluran dapat dijabarkan sebagai perkalian antara saluran dari sistem kelistrikan yang ditinjau, nilai magnitude dari arus saluran dengan faktor dapat diketahui rugi–rugi daya yang terjadi daya, seperti yang dapat dijelaskan pada selama operasi untuk keadaan beban tertentu dan persamaan 2.15 dan 2.16 berikut. pembebanan saluran yang terpakai, apakah nilai kemampuan hantar arus (current carrying (2.15) capacity) masih memenuhi syarat batas-batas keamanan dalam mengalirkan arus untuk beban 2.16) tersebut ataukah harus diganti dengan saluran Dengan: dengan ukuran penampang yang lebih besar I = Magnitude dari arus beban (A) untuk menyempurnakan operasi dari sistem yang pf = Faktor daya beban terpasang. qf = Faktor daya reaktif beban = sin(cos-1(pf)) 2.2.2 Jatuh Tegangan Pada Saluran Sesuai dengan peraturan yang telah dibuat Penghantar SPLN 1:1995 pasal 4, batasan variasi tegangan Penurunan nilai tegangan atau voltage drop untuk sistem tiga fasa dengan penggunaan 4 ini sangat tergantung pada nilai impedansi yang kawat (termasuk rangkaian fase tunggal) terdapat pada masing–masing penghantar. sebagai bertegangan antara 100 V hingga 1000 V dapat contoh, pada tipe penghantar yang berukuran 300 dijelaskan melalui tabel 1 mm2 akan memiliki potensi jatuh tegangan lebih Tabel 1 Nilai batas tegangan sistem kecil bila dibandingkan dengan apabila diterapkan tipe panghantar dengan diameter Tegangan Kondisi hanya 50 mm2 pada frekuensi kerja 50 Hz. Energi Nominal (V) Normal terbuang yang terjadi dalam penyaluran tenaga 230/400 +5%, -10% listrik bermula dari adanya penurunan nilai tegangan pada sisi ujung penerima dari tiap kabel 400/690 +5%, -10% penghantar yang terpasang[12]. 1000 +5%, -10% Ini dikarenakan nilai induktansi yang menurun secara logaritmik dengan diameter *sumber SPLN tahun 1995 penghantar, amat cukup sulit untuk mendapatkan nilai jatuh tegangan yang kecil dengan 2.3 Metode Newton Raphson penghantar dengan diameter yang besar. Oleh Metode Newton-Raphson merupakan metode sebab itu perhitungan jatuh sangat penting yang paling sering digunakan diantara metode- terutama pemilihan tipe dan ukuran penghantar metode pencarian akar persamaan yang dikenal. yang akan diaplikasikan pada instalasi kelistrikan. Ide dari metode ini adalah, jika diberikan satu Nilai jatuh tegangan yang terjadi dalam satu terkaan awal pada titik x , f x  maka dapat sirkuit dapat dinyatakan dalam rumusan i i berikut[13]. ditarik garis singgung hingga memotong sumbu x. | | | | (14) T i t i k p o t o n g dengan sumbu x ini biasanya Dengan: merupakan terkaan akar yang lebih baik V = Tegangan di sisi pengirim, V dibandingkan terkaan sebelumya. S V = Tegangan di sisi penerima, V R I = Arus saluran akibat aliran daya R aktif (sefasa dengan tegangan), A I = Arus saluran akibat aliran daya X reaktif (beda 90o dengan tegangan), A R = Resistansi saluran, X = Reaktansi saluran, , Gambar 1 Ilustrasi Metode Newton Raphson 4 Daya nyata pada sistem tenaga listrik 2.4.1 Single line diagram (Diagram Satu dirumuskan sebagai berikut: Garis) Single line diagram, terjemahan ke dalam (16) bahasa Indonesia adalah diagram satu garis Dengan: Single line diagram itu biasanya memuat jalur Si = daya nyata pada bus i listrik dari sumber utama (misalkan generator) P = daya aktif pada bus i sampai ke beban (user). Single line diagram i Q = daya reaktif pada bus i merupakan ringkasan dari gambar listrik 3 fasa. i V = tegangan pada bus i Listrik yang 3 fasa dalam gambar diringkas i I = arus pada bus i menjadi hanya 1 line saja, sehingga disebut single i Bila diubah menjadi bentuk kompleks line diagram. Contoh gambar single line diagram konjugat, maka persamaannya menjadi: pada gambar 2. (17) ∑ (18) Sehingga persamaan menjadi: ∑ (19) Kemudian dari persamaan (2.18) dan Gambar 2 Single Line Diagram persamaan (2.19) diperoleh rumus daya aktif dan reaktif sebagai berikut: Komponen dasar yang membentuk suatu ∑ (20) s i s t e m t e n a g a listrik adalah generator, ∑ (21) t r a n s f o r m a t o r , saluran transmisi dan beban. Atau dalam bentuk polar menjadi: Untuk keperluan analisis sistem tenaga, | | (22) d i p e r l u k a n s u a t u d i a g r a m y a n g dapat mewakili | | (23) s e t i a p k o m p o n en sistem tenaga listrik tersebut. Sehingga persamaannya menjadi: Diagram yang sering digunakan adalah diagram ∑ | | s a t u g a r i s d a n d iagram impedansi atau diagram (24) reaktansi. ∑ | | (25) 2.4.2 Transformator Dalam melakukan iterasi pada perhitungan Transformator direpresentasikan sebagai aliran datam tegangan pada bus berayun (swing reaktansi X saja dengan mengabaikan rangkaian bus) diabaikan. Karena besar tegangan dan sudut eksitasi. fasanya dtetapkan secara spesifik sebagai referensi. Pada load bus, besar daya aktif dan 2.4.3 Saluran Penghubung reaktif harus diketahui terlebih dahulu sedangkan Saluran penghantar pada sistem distribusi pada bus pengatur tegangan terlebih dahulu primer maupun sekunder memiliki rating atau diketahui besar magnitude tegangan bus-nya dan tingkatan maksimum penyaluran arus yang besar daya tetap dikeluarkan oleh generator. berasal dari sumber arus utama yang direpresentasikan sebagai Kemampuan Hantar 2.4 Representasi Kelistrikan Industri Arus (KHA). Seperti yang tercantum pada Sektor industri merupakan salah satu standart SNI 04-0225-2000, Kemampuan Hantar pelanggan di bidang ekonomi yang harus Arus (KHA) untuk saluran kabel bawah tanah. disediakan listrik secara optimal, efisien dan Baik jenis multicore maupun singlecore dibatasi harus kontinuitas atau berkelanjutan. Kestabilan oleh ketentuan sebagai berikut: sistem tenaga listrik harus dipertahankan dan  Hambatan jenis tanah meksimum 100oC, dijaga untuk menjamin keberadaan dan cm/W. menghindarkan terjadinya padam total  Suhu tanah tidak melebihi 30oC (blackout) pada suatu sistem tenaga listrik.  Suhu penghantar maksimum 90oC untuk Analisis aliran daya dapat terlaksana dengan kabel representasi sistem yang akan dikaji. Adapun  Kabel terletak 70 cm di bawah permukaan komponen kelistrikan industri atau pada tanah bangunan fungsi lain pada umumnya yang dapat  Isolasi XLPE dan 65oC untuk kabel tanah direpresentasikan sebagai berikut. berisolasi  PVC 5 Apabila keadaan lingkungan menyimpang Perhitungan dengan tangan ataupun network dari ketentuan tersebut maka harus dilakukan analyzer dengan impedansi kosntan, sedangkan koreksi terhadap kemampuan hantar kabel. bila dihitung dengan komoputer digital Informasi mengenai data KHA tegangan rendah dan direpresentasikan dengan daya P dan Q kosntan. tegangan menengah yang diterapkan pada sistem kelistrikan PT Showa Indonesia Manufacturing 3. METODE PENELITIAN dapat dilihat pada tabel. Pengambilan data dengan cara melakukan monitoring di parameter yang ada dan juga Parameter saluran penghantar melakukan pengukuran ke lapangan. Di diperhitungkan dalam studi daya khususnya untuk PT.Showa Indonesia Manufacturing terdapat 6 perhitungan jatuh tegangan, rugi-rugi daya buah trafo yang terbagi di beberapa gedung. maupun saat diperlukan rekonfigurasi pada Trafo 1 berada pada gedung A, trafo 2 berada jaringan kelistrikan. Gabungan nilai resistansi dan pada gedung E, trafo 3 berada pada gedung F dan reaktansi kemudian dalam digunakan sebai acuan trafo 4,5,6, berada pada 1 ruangan Power House. untuk menentukan nilai impedansi (dinyatakan dalam Ohm) saluran penghantar yang dapat ditunjukan melalui rumus berikut[6]. Z = R + jX (ohm) (26) I’ = F x I (27) dengan: I’ = Total ampasitas (Ampere) Gambar 3 Skema Gedung F = Total faktor koreksi Pengambilan pada setiap data trafo sampai I = Ampasitas dasar (Ampere) dengan Sub Distribution Panel (SDP). Yang Nilai total faktor koreksi (F) yang turut dilakukan pada pukul 10.00 WIB tanggal 27 mempengaruhi perhitungan total ampasitas kabel Oktober 2015. Untuk pengukuran mengambil dari tersusun oleh beberapa faktor antara lain faktor parameter nilai-nilai yang diperlukan yaitu koreksi resistivitas termal tanah yang tegangan (V), arus (I), daya aktif (P), daya reaktif didefinisikan sebagai Fth, faktor koreksi suhu (Q), daya nyata (S) dan faktor daya. keliling kabel penghantar (Ft), dan faktor koreksi instalasi kabel (Fg). Selain hal tersebut, nilai total 3.1 Bahan dan Alat Penelitian ampasitas kabel juga turut dipengaruhu oleh Adapun alat dan bahan yang digunakan jumlah kabel yang digunakan. Maka dari itu untuk pengambilan data dan penelitian adalah perhitungan nilai ampasitas pada persamaan 27 sebagai berikut: dapat disesuaikan dengan pemakaian jumlah 1. Laptop Asus A43SM core i5 2.5 GHz. kabel yang ada. Perhitungan mengenai faktor 2. Circutor TP -816 koreksi ini dapat dijelaskan sebagai berikut. 3. Software VNS SCADA 4. Jaringan Wireless F = Ft.Fth.Fg (28) 5. Diagram satu garis (Single Line Diagram) Dengan F = Total faktor koreksi. Ft = Koreksi suhu keliling kabel penghantar. Fth = Faktor koreksi resistivitas termal tanah. Fg = Faktor koreksi instalasi kabel. 2.4.4 Beban Gambar 4 Laptop Beban dapat di bagi menjadi 2 bagian yaitu beban dinamis dan beban statis. Beban dinamis yaitu beban bergerak contohnya motor sinkron dan motor asinkron. Sedangkan beban statis yaitu beban yang tidak bergerak seperti lampu. Beban static dan beban dinamis biasanya di representasikan sebagai impedansi kosntan Z atau Gambar 5 Circutor TP -816 sebagai daya kosntan P dan Q. 6 3.2 Parameter Pengukuran phase yang banyak digunakan sistem kelistrikan 3.2.1 Pengukuran Load SDP pada industri. Pengambilan data dilakukan pada bagian Sub 3.4 Prosedur Penelitian Distribution Panel (SDP). Parameter yang diukur Tahapan dari penelitian ini mengenai studi yaitu: aliran data sistem kelistrikan dijalankan sesuai a. Tegangan (Volt) skema yang seluruhnya tercantum dalam flow b. Arus (Ampere) chart atau diagram alir. Detail dari penelitian c. Daya Aktif (Watt) direpresentasikan dalam diagram alir pada d. Daya Reaktif (VAR) gambar 6 e. Daya Nyata (VA) f. Faktor Daya 3.2.2 Transformator Pengambilan data dilakukan pada bagian transformator. Parameter yang diambil yaitu: a. Jenis Trafo b. Kapasitas (kVA) c. Nominal Tegangan d. Impedansi e. Frekuensi f. Rated tegangan 3.2.3 Saluran Penghantar Pengambilan data dilakukan pada bagian Gambar 6 Diagram alir (flow chart) penelitian. Saluran Penghantar. Parameter yang diambil 3.5 Program Bantu Studi yaitu: Agar dapat melakukan analisis sekaligus a. Jenis Saluran evaluasi terhadap kondisi sistem kelistrikan di b. Diameter Penampang PT.Showa Indonesia Manufacturing, maka c. Jumlah Inti (Core) diperlukan studi aliran daya. Sistem kelistrikan d. Jumlah Saluran PT. Showa Indonesia Manufacturing termasuk e. KHA (Kekuatan Hantar Arus) kedalam sistem kompleks karena cakupan penggunaan beban yang sangat besar dan variatif, 3.3 Batasan Kajian Aliran maka untuk dapat hasil komputasi yang akurat Penelitian tentang aliran daya ini digunakan program bantu perangkat ETAP menitikberatkan pada kondisi jaringan yang 12.6.0. terpasang. Sebelum dilakukan analisis dari 3.5.1 ETAP penelitian tugas akhir ini, perlu ditentukan Pada penelitian studi aliran daya ini batasan–batasan objek dari kajian tugas kahir ini. menggunakan software ETAP (Electrical Beberapa batasan objek penelitian tugas Transient and Analysis Program) Power Station akhir ini terdiri dari 2 jenis simulasi berbasis pada versi 12.06 sebagai software bantu untuk data pembebanan yang berhasil dihimpun melalui menganalisis penelitian ini. Perangkat ini mampu pengukuran menyeluruh pada panel SDP yang bekerja dalam keadaan offline dan mampu terdapat pada PT. Showa Indonesia melakukan pengolahan data secara real time. Manufacturing. Pengambilan data parameter ETAP 12.6.0 memliki fiture data editor yang dilaksanakan pada tanggal 27 oktober 2015 mulai dilengkapi dengan adanya kumpulan data tipikal dari pukul 08.00 sampai dengan 16.00 yaitu untuk berbagai macam situasi ataupun kondisi riil waktu kerja shift 1 pada PT. Showa Indonesia dari sistem yang akan diteliti. Selain itu, Manufacturing. keberadaan fitur library sangat membantu dalam Simulasi pada penelitian ini merupakan hasil melakukan pemilihan data rating komponen load flow dari data yang telah diambil dengan kelistrikan yang sesuai. asumsi operasi beban saat kondisi normal. Rencana yang diterapkan yakni pada saat kondisi 4. ANALISIS DAN PEMBAHASAN penyaluran dari cikarang listrindo. Beban 4.1.1 Pembebanan Transformator direprsentasikan sebagai beban terpusat atau lumped load dapat mengakomodir beban pencahayaan dan beban pada motor listrik 3 7 kapasitas maksimal transformator. Nilai ini masih Batas Unit Nilai K apasitas Beban pembebanan Ideal tingkat aman dalam tingkat transformator Trafo (kV) (kVA) kVA % (kVA) distribusi dikarenakan masih memiliki alokasi Trafo 1 20/0.4 2500 960 38.4 1500 Trafo 2 20/0.4 2500 860 34.4 1500 179 kVA atau 6% sebelum mencapai tingkat Trafo 3 20/0.4 2500 1442 57.7 1500 Trafo 4 20/0.4 3000 1293 43.1 1800 batas pembebanan ideal 1800 kVA dan 46% Trafo 5 20/0.4 3000 1621 54.0 1800 sebelum mencapai batas maksimal kapasitas dari Trafo 6 20/0.4 630 60.48 9.6 378 transformator 3000 kVA. Tabel 2 Pembebanan transformator hasil Sedangkan presentase yang terendah terdapat simualasi aliran daya pada transformator 6 dengan kapasitas daya Pada transformator 1 dengan kapasitas daya maksimal sebesar 630 kVA dengan nilai maksimal sebesar 2500 kVA dengan nilai pembebanan sebesar 60.48 kVA atau 9.6% dari pembebanan sebesar 960 kVA atau 38.4% dari kapasitas maksimal transformator. Nilai ini masih kapasitas maksimal transformator. Nilai ini masih tingkat aman dalam tingkat transformator tingkat aman dalam tingkat transformator distribusi dikarenakan masih memiliki alokasi distribusi dikarenakan masih memiliki alokasi 317.51 kVA atau 50.4% sebelum mencapai 540 kVA atau 21.6% sebelum mencapai tingkat tingkat batas pembebanan ideal 378 kVA dan batas pembebanan ideal 1500 kVA dan 61.6% 90.4% sebelum mencapai batas maksimal sebelum mencapai batas maksimal kapasitas dari kapasitas dari transformator 630 kVA. transformator 2500 kVA. Dari hasil simulasi ini pada pembebanan Pada transformator 2 dengan kapasitas daya transformator dari mulai tranformator 1 sampai maksimal sebesar 2500 kVA dengan nilai dengan transformator 6 masih dapat pembebanan sebesar 860 kVA atau 34.4% dari dikategorikan ideal dan aman. Terdapat juga yang kapasitas maksimal transformator. Nilai ini masih pembebanannya sangat kecil yakni pada tingkat aman dalam tingkat transformator transformator 6 yang pembebanannya 60.48 kVA distribusi dikarenakan masih memiliki alokasi atau 9.6% dari batas kapasitas maksimal 630 640 kVA atau 25.6% sebelum mencapai tingkat kVA. batas pembebanan ideal 1500 kVA dan 65.6% Tabel 3 Data Perbandingan Pembebanan dan sebelum mencapai batas maksimal kapasitas dari efisiensi transformator transformator 2500 kVA. Terlihat pada tabel 2 persentase pembebanan tertinggi terdapat pada transformator 3 dengan Unit Nilai Beban (input) Beban (output) Efisiensi Kapasitas (kVA) kapasitas daya transformator 3000 kVA dengan Trafo (kV) kVA % kVA % (%) nilai pembebanan yaitu sebesar 1442 kVA atau Trafo 1 20/0.4 2500 960 38.40 946 37.84 98.54 Trafo 2 20/0.4 2500 860 34.40 851 34.04 98.95 57.7% dari kapasitas maksimal transformator. Trafo 3 20/0.4 2500 1442 57.68 1411 56.44 97.85 Trafo 4 20/0.4 3000 1293 43.10 1266 42.20 97.91 Nilai pembebanan ini hampir mendekati tingkat Trafo 5 20/0.4 3000 1621 54.03 1586 52.87 97.84 pembebanan ideal unit transformator distribusi Trafo 6 20/0.4 630 60.48 9.60 60.33 9.58 99.76 dikarenakan memliki alokasi sebesar 58 kVA Melalui data yang ditunjukan pada tabel 3 atau 2.3% sebelum mencapai tingkat terlihat nilai efisiensi dari unit transformator yang pembebanan ideal dan transformator ini dapat didapat melalui perbandingan daya keluaran dikategorikan pada tingkat pembebanan (output) dengan daya masukan (input) transformator masih aman karena masih 42.3% transformator. Faktor rugi-rugi daya yang terdiri dari nilai kapasitas maksimal transformator dari rugi tembaga dan rugi inti cukup sebesar 2500 kVA. berpengaruh bagi penentuan nilai efisiensi Pada transformator 4 dengan kapasitas daya transformator. maksimal sebesar 3000 kVA dengan nilai Terlihat juga pada tabel 3 Pada transformator pembebanan sebesar 1293 kVA atau 43.1% dari 1 dengan kapasitas maksimal 2500 kVA dengan kapasitas maksimal transformator. Nilai ini masih pembebanan input 960 kVA atau sebesar 38.40% tingkat aman dalam tingkat transformator distribusi dikarenakan masih memiliki alokasi dan pembebanan output sebesar 946 kVA atau sebesar 37.84% dari kapasitas dari batas 507 kVA atau 16.9% sebelum mencapai tingkat batas pembebanan ideal 1800 kVA dan 56.9% maksimal pembebanan. Dari hasil tersebut didapat nilai efisiensi dari unit transformator 1 ini sebelum mencapai batas maksimal kapasitas dari sebesar 98.54%. transformator 3000 kVA. Pada transformator 2 dengan kapasitas Pada transformator 5 dengan kapasitas daya maksimal 2500 kVA dengan pembebanan input maksimal sebesar 3000 kVA dengan nilai 860 kVA atau sebesar 34.40% dan pembebanan pembebanan sebesar 1621 kVA atau 54% dari 8 output sebesar 851 kVA atau sebesar 34.04% dari pembebanan MDP 1.07 menuju ke SDP 1.09 kapasitas dari batas maksimal pembebanan. Dari yaitu sebesar 63.5% dari nilai batas kapasitas hasil tersebut didapat nilai efisiensi dari unit penghantar tersebut. transformator 2 ini sebesar 98.95%. Pada transformator 3 dengan kapasitas Tabel 4 Pembebanan saluran penghantar Hasil maksimal 2500 kVA dengan pembebanan input simulasi aliran daya. 1442 kVA atau sebesar 57.68% dan pembebanan odDuaartripi ukhtaa pssiaelsb iteteasrass re db1aur4ti 1 d1bi datkaapVsa Atm naaikltaasiui me fsaiels biepenessamir b d5eab6rai. 4nu4an%nit. DaLriokasi SaluraKne Tipe JumlahSpesifiPenampang kas(mm2)i SaluranKHA (A) Faktor Koreksi Total Ampasitas (A)Total PeArus Saluran mb(A)ebananPembebanan Saluran (%) MDP 1.04SDP 1.04 NYY 2 185 511 1 1022 642.6 62.9 transformator 3 ini sebesar 97.85%. MDP 1.07SDP 1.09 NYY 1 185 511 1 511 324.5 63.5 MDP 2.04SDP 2.04B NYY 2 300 707 1 1414 450.2 31.8 Pada transformator 4 dengan kapasitas MDP 2.07SDP 2.07 NYY 2 300 707 1 1414 31.56 2.2 MDP 3.01SDP 3.01B NYY 2 300 707 1 1414 251.7 17.8 maksimal 3000 kVA dengan pembebanan input MDP 3.04SDP 3.04 A NYY 2 185 511 1 1022 405.1 39.6 MDP 3.06SDP 3.06A NYY 1 185 511 1 511 279.7 54.7 1293 kVA atau sebesar 43.13% dan pembebanan MDP 4.02SDP 4.02C NYY 1 185 511 1 511 66.26 13 MDP 4.05SDP 4.05 NYY 3 300 707 1 2121 536.8 25.3 output sebesar 1266 kVA atau sebesar 42.2% dari MDP 5.02SDP 5.02 NYY 3 300 707 1 2121 523.7 18.5 MDP 6.03SDP 6.03A NYY 4 35 174 1 696 29.94 4.3 kapasitas dari batas maksimal pembebanan. Dari MDP 6.05SDP 6.05 NYY 4 120 386 1 1544 43.54 2.8 hasil tersebut didapat nilai efisiensi dari unit Perhitungan total ampasitas untuk saluran transformator 4 ini sebesar 97.91%. antara MDP 1.07 ke SDP 1.09 didasari adanya Pada transformator 5 dengan kapasitas faktor koreksi sistem kabel bawah tanah untuk maksimal 3000 kVA dengan pembebanan input tipe NYY yang lain dan dipengaruhi oleh faktor 1621 kVA atau sebesar 54.03% dan pembebanan instalasi kabel (jarak antar tipe kabel yakni 7 cm) output sebesar 1586 kVA atau sebesar 52.87% yang bernilai 1 didasari pengunaan kabel 1, dari kapasitas dari batas maksimal pembebanan. sehingga faktor instalasi kabel dianggap tidak Dari hasil tersebut didapat nilai efisiensi dari unit berpengaruh dan juga faktor suhu sekitar kabel transformator 5 ini sebesar 97.84%. (asumsi suhu sekeliling 30oC) yang bernilai 1. Pada transformator 6 dengan kapasitas apabila parameter faktor koreksi telah diketahui, maksimal 630 kVA dengan pembebanan input hal ini tentunya akan mempermudah untuk 60.48 kVA atau sebesar 9.60% dan pembebanan selanjutnya melakukan perhitungan total output sebesar 60.33 kVA atau sebesar 9.6% dari ampasitas saluran sebagai berikut. kapasitas dari batas maksimal pembebanan. Dari F = F.F .F t th g hasil tersebut didapat nilai efisiensi dari unit = 1 x 1 x 1 transformator 6 ini sebesar 99.76%. = 1 Sehingga didapatkan total ampasitas (I’) Terlihat bahwa efisiensi transformator saluran sebesar tertinggi yakni sebesar 99.76% dicapai pada I’ = F x I transformator 6 dengan nilai pembebanan yang = 1 x 511 relative rendah yakni 60.48 kVA atau 9.6% pada = 511 sisi input dan pada sisi output 60.33 kVA atau 4.1.3 Jatuh Tegangan Saluran 9.58% dari kapasitas pembebanan maksimal. Sisa Tabel 5 Hasil simulasi beberapa sampel jatuh kapasitas daya menuju ke batas maksimal sebesar tegangan saluran penghantar 569.52 kVA atau 90.4% Ini masih sangat jauh mtraennsuDfjruamn a ktboeer r 6db.aa staarsk amn adkastiam pala dap etmabbeelb a3n atenr sedbaurit DariLokasi SalurKean Tipe Jumlah Inti Penampang (mm2) Jarak (m) jatuh tegangan (%) Standar Jatuh Tegangan (%) didapat bahwa transformator dengan nilai MDP 1.04 SDP 1.04 NYY 1 185 54.6 1.13 10 efisiensi terendah adalah transformator 5 yakni MDP 1.13 SDP 1.13 NYY 1 240 197.6 3.62 10 MDP 2.04 SDP 2.04B NYY 1 300 126.6 1.44 10 sebesar 97.84% . MDP 2.07 SDP 2.07 NYY 1 300 199 0.15 10 MDP 3.01 SDP 3.01B NYY 1 300 280.9 1.79 10 4.1.2 Pembebanan Saluran Penghantar MDP 3.04SDP 3.04 A NYY 1 185 252 3.22 10 MDP 3.06 SDP 3.06A NYY 1 185 187 3.32 10 MDP 4.02 SDP 4.02C NYY 1 185 137 0.58 10 Tabel Pembebanan saluran penghantar MDP 4.05 SDP 4.05 NYY 1 300 180 1.61 10 Pada tabel 4 terlihat nilai persentase MDP 5.02 SDP 5.02 NYY 1 300 60 0.53 10 MDP 6.03 SDP 6.03A NYY 1 35 20 0.03 10 pembebanan penghantar saluran dengan MDP 6.05 SDP 6.05 NYY 1 120 50 0.04 10 tegangan nominal 0.4 kV secara keseluruhan menunjukan nilai pembebanan saluran penghantar rata-rata yakni sebesar 19.84%. Arus pembebanan terbesar terjadi pada saluran 9 Dari tabel 5 didapatkan nilai jatuh tegangan Total rugi-rugi pada sistem kelistrikan PT. terbesar terjadi pada saluran yang Showa Indonesia Manufacturing lebih didominasi menghubungkan MDP 1.13 menuju ke SDP 1.13 oleh rugi-rugi daya yang dihasilkan oleh sebesar 3.62% dari tegangan nominal 0.4 kV. Hal transformator 5 step down 20/0.4 kV dengan ini disebabkan karena jarak saluran penghantar kapasitas daya sebesar 3000 kVA. Pada 187 meter yang cukup panjang dan dipengaruhi transformator 5 3000 kVA menyerap daya reaktif juga oleh diameter kabel 240 mm2. Dengan nilai sebesar 64.87 kVAR atau 20.86% dari total daya jatuh tegangan terbesar hasil simulasi aliran daya reaktif sistem sebesar 310.9 kVAR. Rugi-rugi yang terjadi pada saluran MDP 1.13 menuju SDP daya aktif yang terjadi sebesar 10.81 kW atau 1.13 masih dikategorikan aman dikarenakan menyumbang 8.50% dari total rugi-rugi daya bernilai dibawah constaint jatuh tegangan yang aktif yang terjadi 127.2 kW. ditetapkan yakni sebesar -10%. Dari gambar 7 hasil simulasi, total rugi-rugi Karena keseluruhan jatuh tegangan pada pada sistem kelistrikan PT. Showa Indonesia simulasi aliran daya kondisi operasi normal masih Manufacturing lebih didominasi pada saluran memenuhi kriteria operasional ideal karena tidak penghantar yakni 92.17 kW atau 72.46% dari terdapat nilai persentase jatuh tegangan yang total rugi-rugi daya aktif 127.2 kW. Dan rugi-rugi melewati -10%. Hal ini berarti pada sistem pada keseluruhan transformator sebesar 35.03 kW kelistrikan dari PT. Showa Indonesia atau 27.54% dari total rugi-rugi daya aktif. Manufacturing memenuhi syarat untuk Dan untuk keseluruhan rugi-rugi yang terjadi melakukan operasional dari unit-unit beban pada sistem kelistrikan PT. Showa Indonesia listrik, terutama untuk beban listrik industri Manufacturing yaitu sebesar 127.2 kW atau 2.2% secara kontinu selama tidak menemukan terhadap dari total beban sebesar 5658 kW. Data kemungkinan adanya pelanggaran tegangan persentase total rugi-rugi daya aktif pada simulasi (voltage violation). aliran daya kondisi operasi normal dapat dilihat pada Gambar 7 berikut. 4.1.4 Rugi-rugi Total Sistem Tabel 6 Hasil simulasi beberapa sampel rugi- rugi sistem DariLokasi SaluKeran Tipe Jumlah Inti Penampang (mm2) Jarak (m) Pembebanan Arus (A) kWRugi-rukgViAR MDP 1.04 SDP 1.04 NYY 1 185 54.6 642.6 4.00 3.10 MDP 1.07 SDP 1.09 NYY 1 185 122.3 324.5 4.57 3.54 MDP 2.04SDP 2.04B NYY 1 300 126.6 450.2 2.86 3.49 MDP 2.07 SDP 2.07 NYY 1 300 199 31.56 0.02 0.03 Gambar 7 Diagram cakupan daya aktif MDP 3.01SDP 3.01B NYY 1 300 280.9 251.7 1.98 2.42 MDP 3.04SDP 3.04 A NYY 1 185 252 405.1 7.33 5.69 MDP 3.06SDP 3.06A NYY 1 185 187 279.7 5.19 4.03 4.1.5 Skenario Saat Pemakaian MDP 4.02SDP 4.02C NYY 1 185 137 66.26 0.21 0.17 MDP 4.05 SDP 4.05 NYY 1 300 180 536.8 3.85 4.70 Transformator Maksimal MDP 5.02 SDP 5.02 NYY 1 300 60 523.7 1.22 1.49 MDP 6.03SDP 6.03A NYY 1 35 20 29.94 0.008 0.001 MDP 6.05 SDP 6.05 NYY 1 120 50 43.54 0.01 0.01 - Trafo 1 - - - - 27.72 4.25 25.47 Tabel 7 Hasil pembebanan saluran saat - Trafo 2 - - - - 24.83 3.41 20.43 - Trafo 3 - - - - 41.62 9.57 57.41 kapasitas maksimal transformator - Trafo 4 - - - - 37.33 6.87 41.23 - Trafo 5 - - - - 46.82 10.81 64.87 Lokasi Saluran Arus PembebaPembeba - Trafo 6 - - - - 1.746 0.13 0.19 Dari Ke Jenis Penampang Jumlah Ampasitas Saluran nan nan Trafo (mm2) (A) (A) Saluran (%) Total rugi-rugi sistem simulasi 127.20 310.90 Trafo 1 LVMDP 1 NYY 300 8 5656 3608 63.8 100 Trafo 2 LVMDP 2 NYY 300 8 5656 3608 63.8 100 Dari tabel 6 dapat dilihat bahwa saluran Trafo 3 LVMDP 3 NYY 300 8 5656 3608 63.8 100 Trafo 4 LVMDP 4 NYY 400 3 4295 4332 100.9 100 antara MDP 3.04 menuju ke SDP 3.04A dengan Trafo 5 LVMDP 5 NYY 400 5 4295 4323 100.7 100 Trafo 6 LVMDP 6 NYY 300 2 1414 909.6 64.3 100 nilai rugi-rugi KW sebesar 7.33 kW. Rugi-rugi yang terjadi ini disebabkan nilai daya besar 271 Pada saluran penghantar dari Transformator kVA, nilai faktor daya 91% dan juga disebabkan 1 ke LVMDP 1 dengan menggunakan kabel jenis oleh panjang saluran 252 meter dan luas NYY dengan penampang 300 mm2 jumlah penampang yang kurang sesuai. Adanya jatuh konduktor 8 dengan nilai ampasitas sebesar 5656 tegangan saluran sebesar 3.22% juga turut andil A dengan pembebanan transformator 100% yakni dalam kemunculan nilai rugi-rugi saluran ini. 2500 kVA maka didapatkan arus yang mengalir di saluran 3608 A atau 63.8% dari total ampasitas maksimal penghantar tersebut. Dari data diatas 10