## STUDI PERBAIKAN KUALITAS TEGANGAN DAN RUGI-RUGI DAYA PADA PENYULANG KULIM DAN JELUTUNG DENGAN MENGGUNAKAN
APLIKASI  ETAP 12.6
R.M. Edy Suherman 1 , Marliyus Sunarhati 2
Redisuherman67@gmail.com
1&2 Dosen Tetap Yayasan pada Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Palembang

## ABSTRAK
Suatu sistem tenaga listrik yang baik harus memiliki nilai tegangan yang tidak melebihi batas toleransi  serta  rugi-rugi  daya  yang  kecil.  Batas  toleransi  yang  diperbolehkan  untuk  suatu  nilai tegangan ± 5% dari nilai nominalnya. Nilai tegangan yang konstan akan mengoptimalkan unjuk kerja dari  peralatan  listrik  yang  digunakan  oleh  konsumen.  Sedangkan  rugi-rugi  daya  yang  kecil  akan menjaga  pasokan  daya  listrik  sesuai  dengan  kebutuhan  konsumen,  serta  dapat  mengurangi  kerugian financial yang terjadi selama proses transmisi dan distribusi.Perbaikan dengan penggantian kabel pada penyulang  Kulim  dan  Jelutung  menghasilkan  pengurangan  rugi-rugi  daya  paling  besar  yaitu  sebesar 0,133%  dan  0,014Metode  penggantian  kabel  tersebut  juga  memperbaiki  tegangan  pada  kedua penyulang.  Dimana  tegangan  terendah  di  sisi  tegangan  menengah  dan  rendah  dari  penyulang  Kulim setelah  penggantian  kabel  adalah  0,83%  dan  0,008%  dari  tegangan  nominal.  Sedangkan  tegangan terendah di sisi tegangan menengah dan rendah dari penyulang Jelutung adalah 0,1333%  dan 3,43% dari tegangan nominal.

## Kata Kunci :Program ETAP, Kabel, Daya, Tegangan

## I. PENDAHULUAN

## 1.1. Latar belakang
Suatu sistem tenaga listrik yang baik harus memiliki nilai tegangan yang tidak melebihi batas toleransi  serta  rugi-rugi  daya  yang  kecil.  Batas  toleransi  yang  diperbolehkan  untuk  suatu  nilai tegangan ± 5% dari nilai nominalnya. Nilai tegangan yang konstan akan mengoptimalkan unjuk kerja dari  peralatan  listrik  yang  digunakan  oleh  konsumen.  Sedangkan  rugi-rugi  daya  yang  kecil  akan menjaga  pasokan  daya  listrik  sesuai  dengan  kebutuhan  konsumen,  serta  dapat  mengurangi  kerugian financial yang terjadi selama proses transmisi dan distribusi.

## 1.2. Tujuan Penelitian
Penelitian    ini  bertujuan  untuk  memberikan  solusi  terbaik  dalam  proses  perbaikan  tegangan dan  rugi-rugi  daya  pada  jaringan  distribusi.  Sehingga  dengan  melakukan  proses  perbaikan  tersebut akan  dapat  menjaga  tegangan  tetap  bernilai  konstan  serta  dapat  mengurangi  rugi-rugi  daya  yang terjadi..

## 1.3. Manfaat Penelitian
Perbaikan kualitas tegangan pada jaringan distribusi dilakukan dengan melakukan penggantian kabel penyulang pada jaringan distribusi

## 1.4. Ruang Lingkup
Ruang lingkup pada penelitian ini, sebagai berikut:
1. Proses perbaikan tegangan hanya dilakukan pada sisi tegangan menegah dan rendah jaringan distribusi penyulang Kulim dan Jelutung.
2. Proses perbaikan disimulasikan menggunakan perangkat lunak ETAP 12.6

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1. Sistem tenaga listrik
Sistem  tenaga  listrik  terdiri  dari  tiga  komponen  utama,  yaitu  pembangkitan  tenaga  listrik, transmisi  dan  distribusi.  Pada  pusat  listrik  dilakukan  pembangkitan  tenaga  listrik  dengan  cara memanfaatkan generator.
Tenaga  listrik  yang  telah  dihasilkan  pada  pusat  listrik  akan  ditransmisikan  ke  beban  melalui saluran  transmisi.  Sebelum  ditransmisikan,  tegangan  dinaikan  dengan  menggunakan  transformator penaik  tegangan  ( step-up )  pada  pusat  listrik.  Tegangan  tersebut  dinaikan  ke  level  tegangan  tinggi (antara  70  KV  sampai  150  KV)  atau  tegangan  ekstra  tinggi  (diatas  150  KV).  Tegangan  menengah yang  digunakan  oleh  PLN  sebesar  20  KV.  Pada  level  tegangan  menengah  ini,  tenaga  listrik  dapat langsung digunakan oleh konsumen yang mempunyai daya tersambung besar seperti industri besar.
Setelah  tenaga  listrik  disalurkan  melalui  jaringan  distribusi  primer,  kemudian  tegangan diturunkan pada gardu-gardu distribusi menjadi tegangan rendah 380/220 V yang kemudian disalurkan ke  rumah-rumah  pelanggan  dengan  menggunakan  jaringan  tegangan  rendah,  Gambar  2.1 menunjukkan diagram satu garis sistem tenaga listrik.
Gambar 2.1. Diagram satu garis sistem tenaga listrik

## 2.2. Jatuh tegangan
Penurunan  persamaan  jatuh  tegangan  dapat  ditentukan  dari  gambar  diagram  fasor  transmisi daya pada gambar 2.5
Gambar 2.5 diagram fasor transmisi daya ke beban seri
Umumnya  beban  yang  terdapat  pada  sistem  tenaga  listrik  bersifat  resistif-induktif.  Beban tersebut akan menyerap daya aktif dan daya reaktif yang dihasilkan oleh generator. Penyerapan daya reaktif  yang  diakibatkan  oleh  beban  induktif  akan  menyebabkan  timbulnya  jatuh  tegangan  pada
G1 G2 G3 TRAFO STEP UP REL TEGANGAN TINGGI SALURAN TRANSMISI TRAFO STEP DOWN REL TEGANGAN MENENGAH GARDU INDUK JARINGAN DISTRIBUSI Iq Ip I Õ Ǿ Vr Vs a b c g d IX ∆ Vq IR ∆ Vp
tegangan yang disuplai generator. Akibatnya nilai tegangan di sisi penerima akan berbeda dengan nilai tegangan di sisi pengirim. Persamaan jatuh tegangan dapat dilihat pada persamaan berikut : VS 2 = (Vr + ∆V p ) 2 + (∆V q ) 2
(2.1)
Keterangan : VS = tegangan di sisi pengirim
Vr = tegangan di sisi penerima
∆V p = jatuh tegangan Dimana: ∆V p = IR cos  + IX sin 
(2.2)
Dan ∆V p = IX cos  - IR sin 
(2.3)
Sehingga persamaan tegangan di sisi pengirim (VS) menjadi : Vs 2 = (Vr + IRcos  + IX sin  ) 2 + (IX cos  - IRsin  ) 2 (2.4)
Karena  nilai  ∆V q =  IX  cos  -  IR  sin  sangat  kecil,  maka  nilai  tersebut  dapat  diabaikan.  Sehingga persamaan Vs 2 menjadi : Vs 2 = (Vr + ∆V q ) 2 (2.5)
∆Vq = IRcos  + IX sin  (2.6)
∆Vq =
(2.7)
Keterangan :   R = Resistansi saluran
X = Reaktansi saluran P = Daya aktif yang dikirim ke beban Q = Daya reaktif yang dikirim ke beban
Dari persamaan (2.7) terlihat, nilai jauh tegangan ditentukan oleh beberapa faktor, yaitu daya aktif  (P),  resistansi  dan  reaktansi  saluran  (RdanX)  serta  daya  reaktif  (Q).  Pengaturan  daya  aktif  erat kaitannya  dengan  pengaturan  frekuensi  sistem.  Sedangkan  pengaturan  daya  reaktif  akan mempengaruhi  nilai  tegangan.  Oleh  karena  itu  dengan  melakukan  pengaturan  nilai  daya  reaktif  kita dapat mengatur nilai tegangan.

## 2.3. Rugi-rugi saluran
Pemilihan jenis kabel yang akan digunakan pada jaringan distribusi merupakan faktor penting yang harus diperhatikan dalam perencanaan dari suatu sistem tenaga listrik. Jenis kabel dengan nilai resistansi  yang  kecil  akan  dapat  memperkecil  rugi-rugi  daya.  Besar  rugi-rugi  daya  pada  jaringan distribusi dapat ditulis dengan persamaan berikut:
Loss = 3 X I 2 R (2.8) Dimana: Loss = rugi-rugi pada saluran (Watt) R= resistansi saluran per fasa (Ohm)
I = arus yang mengalir per fasa (Ampere)
Nilai  resistansi  dari  suatu  penghantar  merupakan  penyebab  utama  rugi-rugi  daya  yang  terjadi  pada jaringang  distribusi.  Nilai  resistansi  dari  suatu  penghantar  dipengaruhi  oleh  beberapa  parameter. Berikut adalah persamaan resistansi penghantar :
(2.9) Dimana: R = Resistansi saluran (Ohm) P = resistivitas bahan penghantar (Ohm-meter) l = panjang penghantar
A= luas penampang (m 2 )
P              Q
R            + X
Vr              Vr
pl R = A

## 3. METODOLOGI PENELITIAN

## 3.1. Data jaringan
Jaringan yang digunakan pada penelitian ini merupakan jaringan distribusi 20 kV pada gardu induk  (GI)  Auduri  Telanaipura  Cabang  Jambi.    Dimana  penyulang  yang  disimulasikan  adalah Penyulang  Kulim  dan  Penyulang  Jelutung.  Beban  trafo  pada  masing-masing  gardu  distribusi  (GD) diasumsikan sebesar 65% dari kapasitas trafo.
Tabel 3.1 Kapasitas dan beban pada penyulang Kulim
P. Kulim No Gardu Kapasitas Trafo (kVA) Beban Trafo Load kVA 1 JA 600 100 65% 65 2 JA 818 160 65% 104 3 JA 343 160 65% 104 4 JAX 073 200 65% 130 5 JAX 170 200 65% 130 6 JAX 074 200 65% 130 7 JA 165 200 65% 130 8 JA 785 50 65% 32,5 9 JA 543 50 65% 32,5 10 JA 846 100 65% 65 11 JA 743 100 65% 65 12 JA 590 100 65% 65 13 JA 542 100 65% 65 14 JA 786 100 65% 65 15 JA 735 50 65% 32,5 16 JAX 139 25 65% 16,25 17 JA 184 50 65% 32,5 18 JA 672 160 65% 104 19 JA 125 160 65% 104 20 JA 172 100 65% 65 21 JA 548 160 65% 104 22 JA 140 50 65% 32,5 23 JA 132 160 65% 104 24 JA 141 200 65% 130 25 JA 178 100 65% 65 26 JA 551 160 65% 104 27 JA 321 200 65% 130 28 JA 653 100 65% 65 29 JA 169 200 65% 130 30 JA 540 100 65% 65 31 JA 183 100 65% 65 32 JA 139 160 65% 104 33 JA 844 100 65% 65

## Tabel 3.2 Kapasitas dan beban pada penyulang Jelutung
P. Jelutung No Gardu Kapasitas Trafo (kVA) Beban Trafo Load kVA 1 JA 803 200 65% 130 2 JA 223 100 65% 65 3 JA 234 100 65% 65 4 JA 245 200 65% 130 5 JAX 143 200 65% 130 6 JAX 142 160 65% 104 7 JA 929 200 65% 130 8 JA 932 50 65% 32,5 9 JA 467 160 65% 104 10 JA 233 100 65% 65 11 JA 210 100 65% 65 12 JA 636 100 65% 65 13 JA 557 100 65% 65 14 JA 040 100 65% 65 15 JA 859 100 65% 65 16 JA 847 100 65% 65
Studi Perbaikan Kualitas Tegangan dan Rugi-Rugi Daya Pada Penyulang Kulim dan Jelutung Dengan Menggunakan Aplikasi  Etap 12.6 (R.M. Eddy Suherman, Marliyus Sunarhati)
17 JA 733 160 65% 104 18 JA 438 100 65% 65 19 JA 623 100 65% 65 20 JA 729 200 65% 130 21 JA 684 100 65% 65 22 JA 726 160 65% 104 23 JA 123 200 65% 130 24 JA 404 100 65% 65 25 JA 845 100 65% 65 26 JA 116 160 65% 104 27 JA 654 160 65% 104
Total  panjang  penyulang  Kulim  sebesar  40.010  m,  sedangkan  Penyulang  Jelutung  sebesar 9.142 m.

## 3.2. Perbaikan dengan penggantian kabel penyulang 20 kv
Pada    metode  ini  perbaikan  kualitas  tegangan  dilakukan  dengan  mengganti  kabel  penyulang yang  telah  ada  dengan  kabel  penyulang  baru.  Kabel  penyulang  yang  akan  digunakan  untuk menggantikan  kabel  lama  merupakan  kabel  penyulang  yang  nilai  impedansinya  lebih  kecil.  Kabel yang  akan  digunakan  sebagai  kabel  pengganti  merupakan  kabel  tipe  XLPE  (N2XSYBY/NA2SEBY) dengan luas penampang 300 mm 2 .

## 3.2.1.  Langkah-langkah perbaikan dengan penggantian kabel 20 kV
Proses perbaikan akan dilakukan dengan dua langkah pengantian kabel, yaitu: Pada percobaan yang pertama, penggantian kabel hanya dilakukan pada satu penyulang saja. Dimana kabel  yang  telah  ada  dingganti  dengan  kabel  tipe  XLPE  300  mm 2 .  Setelah  dilakukan  penggantian kabel  sepanjang  satu  penyulang,  barulah  dilakukan  simulasi  menggunakan  perangkat  lunak  ETAP 12.6. Dari hasil simulasi tersebut akan didapatkan data berupa nilai tegangan pada masing-masing bus dan rugi-rugi daya yang terjadi pada system.
Untuk    percobaan  yang  kedua,  penggantian  kabel  dilakukan  pada  dua  buah  penyulang. Dimana  kabel  yang  telah  ada  pada  kedua  penyulang  tersebut  diganti  dengan  kabel  tipe  EXLPE  300 mm 2 . Setelah dilakukan penggantian kabel pada kedua buah penyulang tersebut, kemudian dilakukan simulasi  menggunakan  perangkat  lunak  ETAP  12.6. Dari  hasil  simulasi  inipun akan  didapatkan  data berupa  nilai  tegangan  pada  masing-masing  bus  dan  juga  rugi-rugi  daya  yang  terjadi  pada  jaringan distribusi.
Dengan  membandingkan  data  hasil  simulasi  dari  kedua  metode  tersebut,  akan  diketahui metode  yang  paling  optimal  dalam  memperbaiki  kualitas  tegangan  pada  jaringan  distribusi.  Metode yang  paling  optimal  yang  dapat  memperbaiki  nilai  tegangan  pada  masing-masing  bus  semaksimal mungkin, serta dapat meminimalkan rugi-rugi daya yang terjadi pada jaringan distribusi.

## 3.2.2.   Uji keandalan penggantian kabel penyulang 20 kV
Metode  perbaikan  yang  paling  optimal  harus  diuji  keandalannya  pada  berbagai  tingkat pembebanan. Tingkat pembebanan yang akan diberikan pada metode tersebut nilainya bervariasi, 65% dan 100% dari beban puncak, sebelum dilakukan simulasi dalam perangkat lunak ETAP 12.6, masing- masing beban pada jaringan distribusi harus diatur terlebih dahulu sesuai dengan tingkat pembebanan yang diinginkan.
Dari hasil simulasi tersebut akan didapatkan data berupa nilai tegangan pada masing-masing bus  pada  berbagai  tingkat  pembebanan.  Metode  perbaikan  yang  tidak  mengalami  tegangan  berlebih pada  saat  kondisi  beban  ringan  (65%)  serta  memberikan  perbaikan  tegangan  yang  optimal  pada saat beban tinggi (100%) merupakan metode perbaikan yang akan dipilih.
Studi Perbaikan Kualitas Tegangan dan Rugi-Rugi Daya Pada Penyulang Kulim dan Jelutung Dengan Menggunakan Aplikasi  Etap 12.6 (R.M. Eddy Suherman, Marliyus Sunarhati)

## Gambar Diagram Satu Garis Penyulang Jelutung
Studi Perbaikan Kualitas Tegangan dan Rugi-Rugi Daya Pada Penyulang Kulim dan Jelutung Dengan Menggunakan Aplikasi  Etap 12.6 (R.M. Eddy Suherman, Marliyus Sunarhati)
Gambar Program ETAP 12.6 untuk simulasi pada perhitungan pengantian kabel XLPE 300 mm 2 Program ETAP 12.6

## IV. ANALISA DAN PERHITUNGAN
Hasil analisa perbaikan dengan penggantian kabel XLPE 300 mm 2
Pada  tabel  tersebut  diatas dapat  dilihat,  perbaikan  menggunakan  kabel  ELPE  300  mm 2 pada penyulang Kulim dan Jelutung menghasilkan pengurangan rugi-rugi daya dan rata-rata jatuh tegangan yang paling besar. Dimana rugi-rugi daya yang terjadi pada jaringang adalah 207,5 kW ( 5,51 % lebih kecil  dibandingkan  kondisi  awal  jaringan).  Rata-rata  jatuh  tegangan  disisi  tegangan  menegah  dan rendah penyulang Kulim adalah 0,129 % dan 3,408 %. Dan pada sisi tegangan menengah dan rendah pada penyulang Jelutung adalah 0,013 % dan 3,53 %.
Tegangan  terendah  di  sisi  tegangan  menengah  dan  rendah  dari  penyulang  Kulim  setelah perbaikan adalah 0% dan 2,7% dari tegangan nominal. Sedangkan tegangan terendah di sisi tegangan menengah dan rendah dari penyulang Jelutung adalah 0% dan 0,01% dari tegangan nominal.
Tabel 4.9 Perbandingan Hasil Perbaikan
Metode perbaikan Rugi-rugi daya P. Kulim (kW) Rata-rata V Jatuh  di  TM P. Kulim (%) Rata-rata V Jatuh di TR P. Kulim (%) Rugi-rugi daya P. Jelutung (kW) Rata-rata V Jatuh di TM P. Jelutung (%) Rata-rata V Jatuh di TR P. Jelutung (%) Nominal XLPE 240 mm2 Beban 65 % 63,4 0,086 2,28 33,4 0,008 2,32 XLPE 300 mm2 Beban 65 % 57,4 0,083 2,25 33,1 0,008 2,32 XLPE 240 mm2 Beban 100 % 142,2 0,133 3,43 77,4 0,014 3,53 XLPE 300 mm2 Beban 100 % 130,9 0,129 3,4 76,6 0,013 3,53

## V. PENUTUP
Dari hasil simulasi dan analisa yang telah dilakukan, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Perbaikan  penggantian  kabel  XLPE  300  mm 2 pada  penyulang  Kulim  dan  Jelutung  merupakan metode perbaikan optimal dan handal dalam memperbaiki jatuh tegangan dan rugi-rugi daya yang terjadi pada kedua penyulang tersebut.
2. Perbaikan  dengan  penggantian  kabel  pada  penyulang  Kulim  dan  Jelutung  menghasilkan pengurangan rugi-rugi daya paling besar yaitu sebesar 0,133% dan 0,014
3. Metode  penggantian  kabel  tersebut  juga  memperbaiki  tegangan  pada  kedua  penyulang.  Dimana tegangan  terendah  di  sisi  tegangan  menengah  dan  rendah  dari  penyulang  Kulim  setelah penggantian  kabel  adalah  0,83%  dan  0,008%  dari  tegangan  nominal.  Sedangkan  tegangan terendah  di  sisi  tegangan  menengah  dan  rendah  dari  penyulang  Jelutung  adalah  0,1333%    dan 3,43% dari tegangan nominal.

## DAFTAR PUSTAKA
1) JR, William D. Stevenson, “Elements of Power System Analysis, 4 TH Edition”, McGraw-Hill, 1982
2) Weedy, B, M., Cory, B. J.,” Electric Power system, 4 th Edition, John Wiley & Sons, 1967.
3) Marsudi,  Djiteng,”  Operasi  sistem  Tenaga  Listrik”,  Edisi  kedua,  Graha  Ilmu,  Yogyakarta, 2006.
4) Chapman, Stephen J., “Electric Machinery and Power system Fundamental”, McGraw=Hill, New York, 2002.
5) Murty,  P,  S,  R,  “Power  system  Operation  and  control”,  TATA  McGraw-Hill,  New  Delhi, 1984.
6) Kundur, Prabha, “Power system Stability and Control”, McGraw-Hill, California, 1993.
7) Taylor, Carson W.,”Power system Voltage Stability”, McGraw-Hill, Singapore, 1994.