Pengaruh Beban Tak Seimbang

Zona Teknik ISSN 1978 Zona Teknik ISSN 1978 Zona Teknik ISSN 1978 Zona Teknik ISSN 1978 1741 1741 1741 1741 Volume 3 No. 2: 143Volume 3 No. 2: 143Volume 3 No. 2: 143Volume 3 No. 2: 143----150150150150

191

PENGARUH BEBAN TAK SEIMBANG TERHADAP PEMBANGKITAN DAN PERMINTAAN DAYA

DALAM SISTEM TENAGA LISTRIK

Jumadril

Abstrak

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh beban tak seimbang terhadap pembangkitan dan permintaan daya dalam sistem tenaga listrik. Sering kali pada konsumen tidak dapat diharapkan memberi beban yang sama. Pemintaan beban sewaktu-waktu harus ditanggapi oleh pihak penyedia daya (pembangkit). Penambahan beban tersebut menyebabkan besarnya beban pada masing-masing fasa tidak sama . Beban yang tidak seimbang akan mengakibatkan mengalirnya arus pada penghantar netral sehingga akan berpengaruh pada konsumen yaitu akan terjadi penurunan tegangan yang diterima oleh konsumen. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah membuat suatu simulasi aliran daya tiga fasa yang dikerjakan dengan menggunakan software aplikasi EDSA (Electrical Distribution and Transmission System Analysis) yaitu dengan menjalankan object oriented load flow dan object oriented unbalanced 3 phase load flow. Studi kasus dalam penelitian ini dilakukan pada sistem IEEE 14 bus dengan batasan bahwa saluran yang digunakan adalah saluran simetris.

Kata-kata kunci: Beban Takseimbang, Pembangkitan, Daya, EDSA

1. Pendahuluan

Proses penyaluran tenaga listrik terdiri dari tiga komponen utama yaitu pembangkit, penghantar dan beban. Besarnya beban yang harus dilayani oleh pembangkit tidaklah konstan, melainkan selalu berubah sepanjang waktu tergantung kepada keperluan para pemakai tenaga listrik (Marsudi, 1990). Pemintaan beban yang terjadi sewaktu-waktu harus ditanggapi oleh pusat-pusat pembangkit listrik untuk memproduksi tenaga listrik sesuai dengan kebutuhan. Penambahan beban tersebut menyebabkan besarnya beban pada masing-masing fasa tidak sama besar (tidak seimbang).

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh dari beban tak seimbang

terhadap permintaan dan pembangkitan daya aktif dan daya reaktif. Beban yang tidak seimbang akan berpengaruh pada konsumen yaitu akan terjadi penurunan tegangan yang diterima oleh konsumen.

Studi kasus penelitian ini dilakukan pada sistem IEEE 14 bus dengan batasan bahwa saluran yang digunakan adalah saluran simetris. Simulasi dikerjakan dengan menggunakan software aplikasi EDSA (Electrical Distribution and Transmission System Analysis) yaitu dengan menjalankan object oriented load flow dan object oriented unbalanced 3 phase load flow.

Metode penyelesaian yang digunakan dalam penelitian ini adalah membuat suatu simulasi aliran daya tiga fasa untuk kondisi beban yang tidak seimbang.

Staff Pengajar Teknik Elektro, Universitas Batam


192

2. Metode Penelitian

Adapun langkah-langkah dalam melakukan penelitian ini dapat dibuat dalam bentuk diagram alir seperti terlihat pada Gambar 3 berikut ini:

Gambar 3 Diagram alir penelitian

3. Tinjauan Pustaka

Keseimbangan Beban

Beban dari fasa banyak seimbang adalah beban dimana arus yang mengalir pada beban-beban simetris dan beban tersebut dihubungkan pada tegangan yang simetris pula. Dalam menganalisa beban- seperti ini biasanya diasumsikan disuplai oleh tegangan simetris pula. Dengan demikian analisa dapat dilakukan secara per fasa saja. Jadi dalam hal ini beban selalu diasumsikan seimbang pada pada setiap fasa, sedangkan pada kenyataannya beban-beban tersebut tidak seimbang. Dalam hal ini penyelesaiannya menggunakan komponen simetris.

Pada fasa tunggal dengan sistem tiga kawat beban seimbang bila arus yang mengalir pada kawat netralnya nol. Keadaan seperti ini hanya berlaku bila impendansi-impendansi yang menghubungkan fasa ke netralnya sama besar (Hasan Basri:1993)

Model sistem tiga fasa tak seimbang Gambar 1 menunjukkan jaringan tiga

fasa antara bus i dan j. Parameter jaringan dapat ditentukan berdasarkan metode yang dikembangkan oleh Carson (1926). Sebuah matriks 4x4 yang memasukkan induktansi sendiri dan induktansi bersama, dapat dituliskan sebagai berikut (Teng , 2000):

[ ]

=

nnncnbna

cncccbca

bnbcbbba

anacabaa

abcn

ZZZZZZZZZZZZZZZZ

Z

Gambar 1 Jaringan tiga fasa

Untuk sistem yang diketanahkan, VN dan Vn seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1, diasumsikan sama dengan nol. Persamaan digunakan tanpa memasukan pengaruh netral atau pengahantar diketanahkan dan digunakan untuk menghitung aliran daya tak seimbang.

[ ]

=

cccbca

bcbbba

acabaaabc

ZZZZZZZZZ

Z

Hubungan antara tegangan bus dan arus cabang dalam Gambar 1 dapat dituliskan:

=

Cc

Bb

Aa

cccbca

bcbbba

acabaa

C

B

A

c

b

a

III

ZZZZZZZZZ

VVV

VVV

Sehingga persamaan tegangan jatuh pada masing-masing penghantar fasa a, b dan c dari Gambar 1 adalah:

cccbbbaaajaiaa ZIZIZIVVV ++==


193

bccbbbabajbibb ZIZIZIVVV ++==

cccbcbcaajcicc ZIZIZIVVV ++==

Berdasarkan teori komponen simetris maka impendansi urutan dari penghantar saluran transmisi dapat ditentukan per fasanya.

abcabcabc ZIV =

abc

abcabc

IVZ =

Sehingga impedansi perfasa

012

012

AIAVZ abc =

AZAIV abc1

012

012

=

Sehingga: AZAZ abc1012 =

Persamaan dapat ditulis:

=

2

2

2

2012

11

111

11

111

31

aa

aa

ZZZZZZZZZ

aa

aaZ

cccbca

bcbbba

acabaa

Untuk merubah kembali impedansi urutan menjadi impedansi per fasa

012012012 ZIV = Subtitusikan persamaan abca VAV

1012 =

dan abcIAI 1012 = sehingga abcabc IAZVA 10121 =

1012 = AAZZ abc

Persamanaan di atas dapat di tulis:

=

aa

aa

ZZZZZZZZZ

aa

aaZabc2

2

222120

121110

020100

2

2

11

111

31

11

111

Persamaan aliran daya tiga fasa tak seimbang

Untuk menentukan arus yang mengalir antara bus i dan bus j pada masing-masing fasa pada Gambar 1, berdasarkan persamaan (1) dapat ditulis dalam bentuk:

=

Cc

Bb

Aa

cccbca

bcbbba

acabaa

ij

ij

ij

VVV

YYYYYYYYY

IcIbIa

Gambar 2 Model bus sistem tenaga tiga fasa Misalkan saluran transmisi digambarkan dalam bentuk sistem tiga fasa seperti terlihat pada Gambar 2, persamaan arus tiga fasa pada bus i dapat ditulis:

= = =

=

cbaq

n

oj

n

j

qj

qpij

qpij

pi

pi VyyVI

,, 1

.,

dengan p=a,b,c

Persamaan daya:

=p

ip

ip

i IVS


194

karena

pi

pi

pi jQPS +=

maka

=+ pip

ip

ip

i IVjQP Atau

=

)( pi

pi

pip

i VjQP

I

Dengan mensubtitusikan persamaan (13) ke persamaan (17) maka diperoleh

= = =

=

cbaq

n

oj

n

j

qj

qpij

qpij

pip

i

pi

pi VyyV

VjQP

,, 1

.,

)( , j i dengan p = a, b, c Persamaan (18) dapat diuraikan secara perfasa untuk masing-masing fasa a, b dan c.

4. Hasil Penelitian dan Pembahasan

Simulasi Beban Tak Seimbang

Hasil simulasi unbalanced 3 phase load flow analysis menunjukkan bahwa perhitungan aliran daya tak seimbang mencapai konvergensi pada iterasi ke-5. Besaran-besaran yang dihasilkan yaitu berupa tegangan, arus dan rugi-rugi daya.

Tegangan mempunyai persentase ketidakseimbangan terbesar pada bus 9 yaitu

pada fasa a dan b mengalami kenaikan dari kondisi seimbang yaitu masing-masing sebesar 0,029% dan 0,231% sedangkan fasa c mengalami penurunan yaitu sebesar 0,262%. Kenaikan dan penurunan tegangan tak seimbang dari referensi kondisi seimbang dapat dilihat dalam tabel 1 dan Gambar 4.

Tabel 1 Kenaikan dan penurunan tegangan tak seimbang

No Fasa a Fasa b Fasa c KETERANGANBus (%) (%) (%)

1 0.000 0.000 0.000 Nilai (-), tegangan mengalami 2 0.000 0.000 0.000 penurunan dari kondisi seimbang3 0.000 0.000 0.0004 -0.002 0.004 -0.001 Nilai = 0, tegangan sama dengan 5 -0.006 0.013 -0.006 kondisi seimbang6 0.000 0.000 0.0007 0.020 0.140 -0.157 Nilai (+), tegangan mengalami8 0.000 0.000 -0.001 kenaikan dari kondisi seimbang9 0.029 0.231 -0.26210 0.019 0.191 -0.21111 0.013 0.100 -0.11312 0.013 -0.014 0.00213 0.020 0.001 -0.02614 0.064 0.151 -0.217


195

-0.300

-0.200

-0.100

0.000

0.100

0.200

0.300

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Nomor Bus

Tega

nga

n (%

)

Fasa aFasa bFasa c

Gambar 4 Kondisi kenaikan dan penurunan tegangan pada tiap bus masing- masing fasa

Persentase ketidakseimbangan arus terbesar yaitu pada saluran penghubung antara bus 14 -13 sebesar 29,63%, 32,10%, dan 38,27% untuk masing-masing fasa a, b, dan c (gambar 5). Akibat ketidakseimbangan antar fasa menyebabkan mengalirnya arus netral seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 6. Arus netral maksimun terjadi pada saluran penghubung antara bus 7 -8 dan 9-7 yaitu sebesar 12 A.

Gambar 5 Kondisi arus masing-masing fasa antar bus untuk beban tak seimbang

Rugi-rugi daya aktif dan rugi-rugi daya reaktif yang dihasilkan masing-masing fasa yaitu a, b dan c untuk beban tak seimbang ditunjukkan pada saluran penghubung antara bus 9-10 yaitu sebesar 44,64%, 33,76% dan 21,60% untuk masing-masing fasa a, b dan c.

Gambar 6 Kondisi arus netral pada tiap bus

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

1-5

2-1

2-4

2-5

3-2

3-4

4-5

4-7

4-9

5-6

6-11

6-12

6-13 7-

89-

79-

109-

1410

-11

12-13

14-13

NOMOR BUS

RU

GI-R

UGI

D

AYA

(%

)

Fasa a Fasa b Fasa c

Gambar 7 Kondisi rugi-rugi daya aktif dan reaktif pada tiap bus

Besarnya pembangkitan dan permintaan daya aktif dan daya reaktif masing-masing fasa untuk kondisi beban tak seimbang dapat dilihat Tabel 2 dan 3.

0.005.00

10.0015.0020.0025.0030.0035.0040.0045.00

1-5

2-1

2-4

2-5

3-2

3-4

4-5

4-7

4-9

5-6

6-11

6-12

6-13 7-8

9-7

9-10

9-14

10-11

12-13

14-13

NOMOR BUS

AR

US

(%)

Fasa a Fasa b Fasa c

3

9

3

6

9

6

3

0 0 0

6

0

3

12 12

6 6 6

3

9

02468

101214

1-5 2-1 2-4 2-5 3-2 3-4 4-5 4-7 4-9 5-6 6-11

6-12

6-13

7-8 9-7 9-10

9-14

10-11

12-13

14-13

NOMOR BUS

AR

US

NET

RA

L (A

)

Arus Netral


196

Tabel 2 Pembangkitan dan permintaan daya aktif untuk beban tak seimbang

Jenis P(a) (W)

P(b) (W)

P(c) (W)

Q total (VAR)

Q(a) (%)

Q(b) (%)

Q(c) (%)

Swing 77692175 78323970 77925516 133941661 33,21 33,48 33,31 Pembangkit 12305071 11990151 15704803 40000025 30,76 29,98 39,26 Beban 85012000 86417000 88571000 259000000 32,82 32,98 34,20 Losses 98526 4897121 5059319 14941686 33,36 32,77 33,86

Tabel 3 Pembangkitan dan permintaan daya reaktif untuk beban tak seimbang

Jenis P(a) (W)

P(b) (W)

P(c) (W)

Q total (VAR)

Q(a) (%)

Q(b) (%)

Q(c) (%)

Swing -1386516 -1046209 -14501496 -42412867 32,69 33,12 34,19 Pembangkit 54406242 56206253 57207362 168819857 32,61 33,09 34,29 Beban 26361000 26758000 28181000 81300000 32,42 32,91 34,66 Losses 1180080 14402044 1422866 43104990 32,90 33,41 33,69

5.Kesimpulan

1. Hasil simulasi menunjukkan bahwa akibat besar variasi beban yang berbeda antar fasa menyebabkan pembangkitan tak seimbang antar fasa. Total Pembangkitan daya aktif yaitu sebesar 273,942 MW dengan persentase masing-masing fasa yaitu sebesar 32,85%, 32,97% dan 34,18%. Sedangkan total pembangkitan daya reaktif yaitu sebesar 124.405 MVAR dengan persentase masing-masing fasa yaitu 32,59%, 33,09% dan 34,33% untuk masing-masing fasa a, b dan c.

2. Pemakaian beban yang tidak seimbang dapat meyebabkan arus saluran antar fasa tidak seimbang. Ketidakseimbangan beban antara fasa menyebabkan adanya arus netral yaitu berkisar antara 3-12 A. Arus netral maksimun yaitu sebesar 12 A terjadi pada saluran penghubung antara bus 7-8 dan bus 9-7.

Daftar Pustaka sa Listrik. rta Gonen, T., 1988, Modern Power System

Analysis, John Wiley and Sons, USA.

Gross, C. A., 1979, Power System Analysis John Wiley and Sons, USA.

Marsudi, D., 1990, Operasi Sistem Tenaga Listrik, Balai Penerbit&Humas ISTN, Jakarta.

Nazaruddin. 2006. Analisis Aliran Daya Tak Seimbang Sistem Tenaga Listrik Berdasarkan Komponen Simetris. Thesis-UGM. Yogyakarta

Pai, M.A., 1984, Computer Techniques in Power System analysis, Tata McGraw-Hill, New Delhi.

Powell, L., 2005, Power System Load Flow Analysis, McGraw-Hill, USA.

Saadat. H., 1999, Power System Analysis, McGraw-Hill, New York.

Stevenson, Jr, W.D.,1993. Analisa Sistem Tenaga Listrik. Erlangga. Jakarta.


197


198

Documents

Pengaruh Beban Tak Seimbang