Perbaikan Tegangan untuk Konsumen

Perbaikan Tegangan untuk Konsumen


Salah satu persyaratan keandalan sistem penyaluran tenaga listrik yang harus
dipenuhi untuk pelayanan kepada konsumen adalah kualitas tegangan yang baik dan
stabil, karena meskipun kelangsungan catu daya dapat diandalkan, namun belum
mungkin untuk mempertahankan tegangan tetap pada sistem distribusi karena
tegangan jatuh akan terjadi disemua bagian sistem dan akan berubah dengan adanya
perubahan beban. Beban sebagaian besar memiliki faktor dya tertinggal, pada
dasarnya saat beban puncak daya reaktif yang dibutuhkan beban meningkat dan
dapat lebih besar dari yang dibangkitkan oleh sistem. Kekurangan daya reaktif ini
akan menyebabkan penurunan tegangan pada ujung penerimaan dimana konsumen
terhubung. Tegangan ujung penerimaan ini akan semakin rendah apabila jarak
konsumen ke pusat pelayanan cukup jauh. Apabila penurunan tegangan yang terjadi
melebihi batas toleransi yang diijinkan, maka secara teknis akan mengakibatkan
terganggunya kinerja peraltan listrik konsumen seperti berbagai jenis lampu, alat-alat
pemanas dan motor-motor listrik. Berdasarkan hubungan tegangan dan daya rekatif
tersebut, maka tegangan dapat diperbaiki dengan mengatur aliran daya reaktif.
Kapasitor pada sistem daya listrik menimbulkan daya reaktif, sehingga
pemasangannya pada sistem distribusi menjadikan losses akibat aliran daya reaktif
pada saluran dapat dikurangi sehingga kebutuhan arus menurun dan tegangan
mengalami kenaikan. Hasil pemasangan kapasitor di area kerja PT. PLN (Persero)
Distribusi cabang Surakarta ranting Jatisrono sebagai daerah rawan jatuh tegangan
didapatkan kenaikan tegangan sebesar ± 8% pada pemasangannya di Jaringan
Distribusi Primer dan didapatkan kenaikan tegangan sampai dengan ±6% pada
pemasangannya di Jaringan Distribusi Sekunder khususnya pada transformator
distribusi yang mengalami beban lebih. Dengan membandingkan batas toleransi
tegangan yang diijinkan yaitu ± 5 % dengan kenaikan tegangan yang didapatkan dari
pemasangan kapasitor, maka dapat diasumsikan tegangan telah dapat diperbaiki.
Kata Kunci: Tegangan, Kapasitor, Beban.
1. Pendahuluan
Dalam menyalurkan daya listrik dari pusat
pembangkit kepada konsumen diperlukan suatu jaringan
tenaga listrik. Sistem jaringan ini terdiri dari jaringan
transmisi (sistem tegangan extra tinggi dan tegangan
tinggi) dan jaringan distribusi (sistem tegangan
menengah dan tegangan rendah). Dalam sistem
distribusi pokok permasalahan tegangan muncul karena
konsumen memakai peralatan dengan tegangan yang
besarnya sudah ditentukan. Jika tegangan sistem terlalu
tinggi/rendah sehingga melawati batas-batas toleransi
maka akan mengganggu dan selanjutnya merusak
peralatan konsumen.
Beban sistem bervariasi dan besarnya berubah-ubah
sepanjang waktu. Bila beban meningkat maka tegangan
diujung penerimaan menurun dan sebaliknya bila beban
berkurang maka tegangan di ujung penerimaan naik.
Faktor lain yang ikut mempengaruhi perubahan
tegangan sistem adalah rugi daya yang disebabkan oleh
adanya impedansi seri penghantar saluran, rugi daya ini
menyebabkan jatuh tegangan. Oleh karena itu
konsumen yang letaknya jauh dari titik pelayanan akan
cenderung menerima tegangan relatif lebih rendah, bila
dibandingkan dengan tegangan yang diterima konsumen
yang letaknya dekat dengan pusat pelayanan.
Perubahan tegangan pada dasarnya disebabkan oleh
adanya hubungan antara tegangan dan daya reaktif.
Jatuh tegangan dalam penghantar sebanding dengan
daya reaktif yang mengalir dalam penghantar tersebut.
Berdasarkan hubungan ini maka tegangan dapat
dieperbaiki dengan mengatur aliran daya reaktif.
JURNAL TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER EMITOR Vol. 3, No. 2, September 2003
46
2. Tinjauan Pustaka
Dalam teori listrik dikenal adanya besaran dan
satuan listrik yaitu: Tegangan Listrik (beda potensial
antara dua penghantar yang bermuatan listrik dalam
Volt), Arus Listrik (muatan lsitrik yang mengalir pada
suatu penghantar dari yang berpotensial tinggi ke
rendah dalam Ampere), Frekuensi (banyaknya siklus
atau periode gelombang berjalan arus listrik Bolak-balik
selama satu detik dalam Hertz), Hambatan/ tahanan
(hal-hal yang dapat menghambat proses mengalirnya
arus listrik dalam Ohm). Daya Listrik (Daya semu
dalam va, Daya nyata/aktif dalam watt, Daya reatif
dalam var), Beban Listrik (Beban Resistif contoh lampu
pijar, Beban induktif contoh transformator, motor
listrik, Beban kapasitif contoh kapasitor). dari ketiga
Daya tersebut terdapat suatu hubungan yang dapat
ditunjukkan pada gambar 1.
Perbandingan antara besar daya aktif dengan daya
semu diseut faktor daya (cos θ), θ adalah sudut yang
dibentuk antara daya aktif dan daya semu. Faktor daya
ini terjadi karena adanya pergeseran fasa yang
disebabkan oleh adanya beban induktif/kumparan dan
atau beban kapasitif. Dalam teori listrik arus bolak-balik
penjumlahan daya dilakukan secara vektoris, yang
dibentuk vektornya merupakan segitiga siku-siku, yang
dikenal dengan segitiga daya. Sudut θ merupakan sudut
pergeseran fasa, semakin besar sudutnya, semakin besar
Daya Semu (S), dan semakin besar pula Daya Reaktif
(Q), sehingga faktor dayanya (cosθ)semakin kecil. Daya
reaktif adalah daya yang hilang, atau daya rugi-rugi
sehingga semakin besar sudutnya atau semakin kecil
faktor dayanya maka rugi-ruginya semakin besar.
( ) ( )
S(VA)
fp cosθ = P Watt 1
2.1. Sistem Distribusi Daya Listrik
Sistem tenaga listrik merupakan suatu sistem yang
terpadu oleh hubungan-hubungan peralatan dan
komponen listrik seperti: generator, transformator,
jaringan tenaga listrik dan beban-beban listrik atau
pelanggan. Pendistribusian tenaga listrik adalah bagian
dari suatu proses sistem tenaga listrik yang secara garis
besar dapt dibagi menjadi tiga tahap yaitu:
1. Proses produksi di pusat-pusat pembangkit tenaga
listrik (PLTA, PLTG, PLTU)
2. Proses penyaluran daya/transmisi dengan tegangan
tinggi (30, 70, 150, 500 KV) dari pusat-pusat
pembangkit ke gardu-gardu induk
3. Proses pendistribusian tenaga listrik dengan
tegangan menengah/melalui jaringan Distribusi
primer (misal 11 atau 20 KV) dan tegangan
rendah/jaringan distribusi sekunder (110, 220, 380
Volt)
Jaringan distribusi adalah semua bagian dari suatu
sistem yang menunjang pendistribusian tenaga listrik
yang berasal dari gardu-gardu induk. Sedangkan
komponen-komponen jaringan distribusi adalah
Jaringan distribusi primer (suatu jaringan dengan sistem
20 KV), gardu distribusi (suatu sistem dengan peralatan
utama trafo untuk menurunkan tagangan), jaringan
Distribusi sekunder (suatu jaringan dengan sistem
tegangan 110V, 220V, 380V). Klasifikasikan Jaringan
distribusi menurut strukturnya
1. struktur jaringan radial
2. struktur jaringan loop
3. struktur jaringan spindel
2.2. Karakteristik Beban
Sifat umum beban, karakteristiknya ditentukan oleh
faktor kebutuhan beban maksimum (demand factor),
faktor beban (load factor) dan faktor diversitas. Dalam
praktek listrik diperjual belikan berdasarkan kebutuhan
yang dalam kenyataan kebutuhan rata-rata yang tercatat
pada periode tertentu biasanya 15, 30, 60 menit. Periode
30 menit sering disarankan karena tidak ada denda yang
besar untuk kelalaian puncak untuk waktu yang pendek
dan adanya bermacam-macam konstanta waktu
pemanasan peralatan listrik seperti misalnya motor
listrik. Selain itu kebanyakan meter peralatan
menyediakan pencatatan kebutuhan 30 menit.
Kebutuhan maksimum/beban puncak suatu instalasi/
sistem biasanya dinyatakan sebagai harga terbesar
tingkat kebutuhan 30 menit pada periode tertentu,
seperti misalnya satu bulan atau satu tahun. Faktor
Beban adalah jumlah satuan yang dipakai pada suatu
periode yang ditentukan dibagi kebutuhan maksimum
dikali jam pada periode yang sama
2.3. Sistem Regulasi Tegangan
Jatuh tegangan adalah selisih antara tegangan ujung
pengiriman dan tegangan ujung penerimaan, jatuh
tegangan disebabkan oleh hambatan dan arus, pada
saluran bolak-balik besarnya tergantung dari impedansi
dan admitansi saluran serta pada beban dan faktor daya.
Jatuh tegangan relatif dinamakan regulasi tegangan dan
dinyatakan dengan rumus:
×100%
−
=
Vr
Vreg Vs Vr 2
Vs = Tegangan ujung pengiriman (volt)
Vr = Tegangan ujung penerimaan (volt)
Saluran daya umumnya melayani beban yang
memiliki faktor daya tertinggal. Faktor-faktor yang
mendasari bervariasinya tegangan sistem distribusi
adalah:
− konsumen pada umumnya memakai peralatan yang
memerlukan tegangan tertentu
− letak konsumen tersebar, sehingga jarak tiap
konsumen dengan titik pelayanan tidak sama
Q = var
S = va
P = watt
Gambar1. Segi Tiga Daya
Hasyim Asy’ari et al, Perbaikan Tegangan untuk Konsumen
47
− pusat pelayanan tidak dapat diletakkan merata atau
tersebar
− terjadi jatuh tegangan
faktor b, c, dan d menyebabkan tegangan yang
diterima konsumen tidak selalu sama. Konsumen yang
letaknya jauh dari titik pelayanan akan cenderung
menerima tegangan relatif lebih rendah dibandingkan
dengan konsumen yang letaknya dekat dengan pusat
pelayanan. Metoda-metoda yang digunakan untuk
memperbaiki regulasi tegangan saluran distribusi
− penerapan regulator tegangan otomatis dalam gardu
induk distribusi
− pemasangan kapasitor dalam gardu induk
− penerapan regulator tegangan otomatis dalam
saluran distribusi primer
− pemasangan kapasitor paralel dan kapasitor seri
dalam saluran distribusi primer
− pemakaian transformator berpeubah sadapan (tap
changing transformer)
2.4. Kapasitor
Kapasitor adalah komponen yang hanya dapat
menyimpan dan memberikan energi yang terbatas yaitu
sesuai dengan kapasitasnya, pada dasarnya kepasitor
terdiri atas dua keping sejajar yang dipisahkan oleh
medium dielektrik. Model matematis kapasitor adalah:
⎟⎠
⎞
⎜⎝
= ⎛
dt
I C dV 3
I = arus sesaat (ampera)
V = tegangan sesaat (volt)
C = kapasitansi (F)
Arus pada gambar dibawah harganya adalah
( )
⎟⎠
⎞
⎜⎝
= ⎛
dt
I C d VmSin t
ω
I =ωCVmCosωt
karena cos ⎟⎠
⎞
⎜⎝
= ⎛ +
2
π
ωt Sin Sinωt dan
Im =ωCVm sehingga didapat
⎟⎠
⎞
⎜⎝
= ⎛ +
2
Im
π
I Sin ωt
4
2.5. Kapasitor pada Jaringan Distribusi
Kapasitor pada sistem daya listrik menimbulkan
daya reaktif untuk memperbaiki tegangan dan faktor
daya, karenanya menambah kapasitor sistem akan
mengurangi kerugian. Dalam kapasitor seri daya reaktif
sebanding dengan kuadrat arus beban, sedang pada
kapasitor paralel sebanding dengan kuadrat tegangan.
Pemasangan peralatan kapasitor seri dan paralel
pada jaringan distribusi mengakibatkan losses akibat
aliran daya reaktif pada saluran dapat dikurangi
sehingga kebutuhan arus menurun dan tegangan
mengalami kenaikan sehingga kapasitas sistem
bertambah.
Kapasitor seri tidak digunakan secara luas dalam
saluran distribusi, karena adanya berbagai permasalahan
(resonansi distribusi, resonansi fero dalam transformator
dan resonansi subsinkron selama starting motor) dan
sistem yang lebih komplek.
Biaya pemasangan kapasitor seri jauh lebih mahal
daripada kapasitor paralel, dan biasanya kapasitor seri
dirancang dengan kapasitas yang lebih besar dengan
tujuan untuk mengantisipasi perkembangan beban untuk
masa-masa yang akan datang. Hal-hal tersebut menjadi
alasan utama sehingga dalam sistem distribusi yang
dibahas banya kapasitor paralel. Manfaat penggunaan
kapasitor paralel:
− mengurangi kerugian
− memperbaiki kondisi tegangan
− mempertinggi kapasitas pembebanan jaringan
Kapasitor paralel membangkitkan daya reaktif
negatif (panah kebawah) dan beban membangkitkan
daya reaktif positif (panah keatas), jadi pengaruh dari
kapasitor adalah untuk mengurangi aliran daya reaktif di
dalam jarigan sehingga daya reaktif yang berasal dari
sistem menjadi
Q2 (total) = Q1 (beban) – Qc.
Qc adalah daya reaktif yang dibangkitkan oleh
kapasitor paralel.
keuntungan:
1. Arus I berkurang dan karenanya kerugian I2 R
berkurang
Gambar 2. Kapasitor dengan sumber tegangan
bolak-balik
Gambar 3. diagaram saluran dengan kapasitor
paralel
Gambar 4. Pengaruh kapasitor parallel terhadap
aliran daya beban
JURNAL TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER EMITOR Vol. 3, No. 2, September 2003
48
I = P2 + (Qbeb −Qkap)2 /V 5
2. % kenaikan tegangan
% kenaikan teg = 10V 2
QkapX
6
Q kap = KVAR
X = Reaktansi jaringan (ohm)
V = tegangan nominal (kv antar fasa)
3. karena arus berkurang untuk suatu daya (kw)
maka jaringan, trafo dan sebagainya agak
berkurang beban kva nya. Jadi jaringan mampu
mensuplai permintaan yang lebih tinggi.
3. Metode Penelitian
1. Metode studi kasus, yaitu dari kasus yang ada di
wilayah PT. PLN (Persero) distribusi cabang
Surakarta
2. Survei data-data jaringan yang menjadi lingkup
wilayah Surakarta
3. Menganalisa hasil data survei dengan teori yang
ada.
4. Analisa dan Perhitungan
Hasil Pengukuran
1. Pengukuran tegangan sebelum dan setelah
pemasangan kapasitor dapat dilihat pada tabel 1
2. Pengukuran Arus sebelum dan setelah dapat dilihat
dalam tabel 2
Dari hasil pengukuran tegangan didapatkan bahwa
tegangan mengalami kenaikan. Kenaikan ini disebabkan
karena beban induktif dari beban telah terkompensir
oleh kapasitor sehingga beban yang tertinggal hanya
beban resistif, dengan demikian kebutuhan konsumsi
arus akan menurun yang berakibat pula rugi-rugi pada
Tabel 1. Perbandingan hasil pengamatan dan perhitungan
Tabel 2. Perbandingan tegangan sebelum dan setelah dipasang kapasitor
Sumber : PLN Ranting Jatisrono
Tabel 3. Perbandingan arus sebelum dan sesudah dipasang kapasitor
Sumber : PLN Ranting Jatisrono
Hasyim Asy’ari et al, Perbaikan Tegangan untuk Konsumen
49
media penghubung antara sumber ke beban menjadi
berkurang dan tegangan menjadi naik.
Dari hasil pengamatan arus pada tabel diatas
terlihat bahwa pada hasil pengukuran arus terjadi
penurunan dan kenaikan hal ini dikarenakan adanya
fluktuasi beban yang berbeda antara sebelum dipasang
kapasitor dengan setelah kapasitor, tapi bila kita amati
secara keseluruhan maka pada pengukuran arus akan
cenderung menurun.
5. Kesimpulan
1. Tegangan yang rendah di PLN Wilayah Ranting
Jatisrono disebabkan karena jauhnya jarak
konsumen dari pusat pelayanan disamping itu,
seperti halnya di daerah pusat beban lainnya, di
area kerja PLN Ranting Jatisrono banyak terdapat
trafo distribusi yang mengalami beban lebih
2. Usaha yang dilakukan untuk memperbaiki tegangan
di PLN rangting Jatisrono adalah dengan
pemasangan kapasitor paralel
3. Penempatan kapasitor paralel untuk tegangan
menengah adalah feeder/penyulung utama yang
terhubung ke beban di PLN wilayah ranting
jatisrono, karena tegangan yang rendah pada
jaringan tegangan menengah akan mengakibatkan
rendahnya tegangan pada jarigan tegangan rendah
4. Dari hasil perhitungan dan pengamatan
pemasangan kapasitor untuk tegangan menengah
seperti tabel 1 dapat disimpulkan bahwa regulasi
tegangan setelah dipasang kapasitor tidak mencapai
lebih dari 2 % dalam artian tegangan mengalami
kenaikan sebesar ± 8 %, sehingga dapat
diasumsikan tegangan telah dapat diperbaiki.
Perbedaan antara hasil perhitungan dan pengamatan
tegangan dan arus terjadi karena adanya
kemungkinan fluktuasi beban yang berbeda antara
sebelum dipasang kapasitor dengan setelah
dipasang kapasitor.
5. pengukuran tegangan dan arus setelah pemasangan
kapasitor tegangan rendah seperti pada tabel 2 dan
tabel 3, terlihat bahwa tegangan mengalami
kenaikan sampai dengan 6%, dan arus mengalami
penurunan sampai dengan 59%. Penurunan arus
dan kenaikan tegangan ini disebabkan karena beban
induktif dari beban telah terkompensir oleh
kapasitor sehingga beban yang tinggal hanya beban
resistif, dengan demikian kebutuhan konsumsi arus
akan menurun yang berakibat pula rugi-rugi pada
media penghubung antara sumber ke beban menjadi
berkurang dan tegangan menjadi naik. Kenaikan
tegangan sampai dengan 6% ini memberikan hasil
yang cukup menentukan pada usaha perbaikan
tegangan yang dilakukan
6. Karena aus berkurang untuk suatu daya (Kw), maka
jaringan maupun trafo-trafo distribusi agak
berkurang beban Kva-nya. Jadi dengan demikian
perbaikan tegangan secara tidak langsung dapat
meningkatkan kemampuan suplai permintaan daya
yang lebih tinggi.