## JEPCA

## Analisis Aliran Daya Sistem Tenaga Listrik Pada PT. Sele Raya Merangin Dua Menggunakan Metode Newton-Raphson
Doan Yudanto 1 dan Dasrinal Tessal 2
1 Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Jambi Correspondence e-mail: doan.yuda9@gmail.com 1 , dasrinaltessal@unja.ac.id 2
Abstrak. Analisis  aliran  daya  digunakan  untuk  mengetahui  parameter-parameter  aliran  daya  yang  berguna  untuk  perencanaan sistem agar beroperasi optimal maupun adanya perubahan sistem yang sudah ada, seperti yang terjadi di PT. Sele Raya Merangin Dua, yang saat ini sedang melakukan perubahan sistem berupa penambahan beban. Adanya penambahan beban ini perlu dilakukan analisis  aliran  daya  untuk  mengetahui  pengaruh  penambahan  beban  dengan  tujuan  mengetahui  kinerja  sistem  agar  dapat  berada dalam  kondisi  optimalnya.  Metode  penelitian  yang  digunakan  yaitu  kualitatif-deskriptif  yang  dilakukan  secara  simulasi menggunakan software ETAP 12. 6 dimana hasil dari simulasi akan di tabulasikan dan digrafikan. Hasil penelitian menunjukkan penambahan beban menyebabkan adanya peningkatan daya pembangkitan dan distribusi daya, terutama pada swing-bus ke load- bus  dan  bus  percabangan.  Dari  sebelumnya  daya  pembangkitan  1069.1  kVA  meningkat  ke  1155.2  kVA  namun  tidak mempengaruhi kinerja tiap peralatan sistem tenaga PT. SRMD dan sistem tenaga listrik masih berada pada kondisi optimal.
Kata Kunci : Analisis aliran daya; Newton-Raphson dan ETAP
Abstract. Power flow analysis is used to determine the power flow parameters that are useful for planning the system to operate optimally  as  well  as  changes  to  existing  systems,  such  as  what  happened  at  PT.  Sele  Raya  Merangin  Dua,  which  is  currently making  system  changes  in  the  form  of  additional  loads.  With  the  addition  of  this  load,  it  is  necessary  to  conduct  a  power  flow analysis to determine the effect of increasing the load with the aim of knowing the system performance so that it can be in optimal condition.  The  research  method  used  is  qualitative-descriptive  which  is  carried  out  in  a  simulation  using  ETAP  12.6  software where the results of the simulation will be tabulated and graphed. The results showed that the increase in load caused an increase in  power  generation  and  power  distribution,  especially  on  swing-buses  to  load-buses  and  branch  buses.  From  the  previous generation power of 1069.1 kVA increased to 1155.2 kVA but did not affect the performance of each power system equipment PT. SRMD and the electric power system are still in optimal condition.

## Keywords: Load flow analysis; Newton-Raphson and ETAP

## PENDAHULUAN
Studi  aliran  daya  merupakan  suatu  analisa  yang berfungsi  untuk  mengetahui  nilai  tegangan,  nilai  arus dan  nilai  daya  yang  mengalir  pada  suatu  sistem kelistrikan.  Studi  aliran  daya  menyatakan  kinerja  dan aliran  daya  aktif  dan  reaktif  untuk  kondisi  tertentu  pada sistem yang bekerja saat seimbang steady state [1].
Analisis aliran daya diperlukan untuk memverifikasi  apakah  jaringan  yang  telah  beroperasi dapat  diandalkan  atau  tidak  [2].  Seperti  halnya  yang terjadi  di  PT.  Sele  Raya  Merangin  Dua  (PT.  SRMD) yang  saat  ini  sedang  melakukan  ekspansi  sistem  berupa penambahan  beban  baru  berupa  sumur  pengeboran.  PT. SRMD  merupakan  perusahaan  yang  bergerak  dibidang minyak  bumi  dan  gas  (migas)  yang  saat  ini  sudah memiliki 11 sumur pengeboran minyak. Dengan  adanya penambahan  beban  ini  diperlukan  sebuah  analisis  aliran daya  yang  berguna  untuk  mengetahui  kondisi  sistem tenaga  listrik  sebelum  dan  sesudah  adanya  penambahan beban,  berupa  besaran  aliran  daya  daya  aktif,  daya reaktif,  tegangan  dan  arus  serta  rugi  daya  yang  terjadi pada sistem [3].
Studi  aliran  daya  memiliki  kegunaan  antara  lain sebagai berikut [4]:
1. Untuk mengetahui tegangan pada setiap simpul yang ada.
2. Untuk  mengetahui  semua  peralatan  yang  digunakan apakah  memenuhi  batasan  yang  telah  ditentukan dalam menyalurkan daya.
3. Untuk  memperoleh  kondisi  awal  pada  perencanaan sistem yang baru.
4. Berguna  pada  hubung  singkat,  stabilitas  dan pembebanan ekonomis.

## METODE
Dalam  penelitian  ini  digunakan  metode  analisis Newton-raphson.  Metode  Newton-raphson  mengguna- kan  matriks  admitansi  bus  baik  pada  ekspansi  deret Taylor  pertama  atau  orde  kedua  yang  telah  dievaluasi sebagai  solusi  terbaik  untuk  keandalan  dan  konvergensi cepat.  Solusi  Newton-raphson  adalah  algoritma  pilihan untuk  persamaan  non  linier  yang  diselesaikan  pada sistem  computer  [5].  Penggunaan  aritmatika  nyata membutuhkan pengalaman sekitar dua kali lebih banyak referensi  memori  untuk  melakukan  jumlah  komputasi yang sama dengan aritmatika kompleks [6].
Doan  Yudanto dan  Dasrinal  Tessal,  Analisis  Aliran  Daya  Sistem  Tenaga  Listrik  Pada  PT.  Sele  Raya  Merangin  Dua Menggunakan Metode Newton-Raphson
Keterangan: P  = Daya aktif Q  = Daya reaktif y ij = Admitasi kawat i-j yij = Admitasi shunt kawat i-j
Elemen-elemen  matriks  jacobian  dapat  dihitung dengan  menggunakan  persamaan  aliran  daya  pada  bus  i dari persamaan x dan x yang diturunkan sebagai berikut: (i=1,  2…,  n)  elemen  –elemen  off  diagonalnya  dari  J1 sebagai berikut:
Proses iterasi kembali lagi ke proses awal dan hal ini  terus  diulangi  sampai  ∆Pik  dan  ∆Qik  untuk  semua
bus  (selain  swing  bus)  memenuhi  harga  toleransi  yang diberikan  (biasanya  diambil  ≤  0.001).  Proses  iterasi selesai jika sudah mencapai konvergen atau dapat dilihat dalam persamaan berikut ini:

## Jenis Penelitian
Penelitian ini merupakan jenis penelitian kuantitatif–deskriptif  yang  dilakukan  secara  simulasi menggunakan  Software  ETAP  12.6  dengan  metode analisis  simulasi  yang  digunakan  adalah  Newton– Raphson.  Untuk  mengetahui  besaran  tegangan,  arus, daya  aktif  dan  daya  reaktif  yang  mengalir  pada  sistem tenaga listrik di PT. Sele Raya Merangin Dua.

## Prosedur Penelitian
Penelitian  ini  mempunyai  beberapa  tahap  yang dilakukan  yakni  dimulai  dari  tahap  awal  penelitian, tahap pengumpulan, tahap pengolahan dan analisis data, terakhir tahap kesimpulan dan saran.
Data, Intrumen, dan Teknik Pengumpulan Data
Mengumpulkan berbagai informasi yang diperlukan  dimulai  dari  data  fisik  seperti  datasheet peralatan,  data  primer  dan  data  sekunder  berupa spesifikasi peralatan.

## Data Primer dan Sekunder
Tabel 1. Spesifikasi Peralatan Sistem Tenaga Listrik PT. SRMD No Nama Peralatan Spesifikasi Lengkap 1. Generator Pabrikan Base Rating (kVA) Base Rating (kW) RPM Voltage (V) P.F Excitation Voltage (V) Excitation Current (A) : STAMFORD : 1770 : 1416 : 1500 : 400 : 0, 80 : 63 : 3, 3 2. Transformator Daya Pabrikan Rated Power (kVA) Rated Voltages - HV (V)
- LV (V) Rated Current - HV (A) - LV (A) Insulation Oil Type of Cooling Voltage Impedance % Connection : SINTRA
: 1250 : 20. 000 : 400
: 3.608 : 180.4
: Mineral
: ONAN : 5. 6 : Dyn5
Doan  Yudanto dan  Dasrinal  Tessal,  Analisis  Aliran  Daya  Sistem  Tenaga  Listrik  Pada  PT.  Sele  Raya  Merangin  Dua Menggunakan Metode Newton-Raphson
3. Transformator Distribusi 1
Pabrikan Rated Power (kVA) Rated Voltages - HV (V)
- LV (V) Rated Current
- HV (A) - LV (A) Insulation Oil Type of Cooling Voltage Impedance %
Connection
: SINTRA : 100
: 20. 000
: 400 : 2. 887 : 144. 3 : Mineral : ONAN : 4 : Yzn5 4. Transformator Distribusi 2 Pabrikan Rated Power (kVA) Rated Voltages - HV (V) - LV (V)
Rated Current
- HV (A) - LV (A)
Insulation Oil Type of Cooling Voltage Impedance % : SINTRA : 200 : 20. 000 : 400
: 4. 619 : 230. 9 : Mineral : ONAN : 4 5. Cubicle Pabrikan Rated Voltage /Ur (kV) Rated Normal Current /Ir (A)
Rated Short-time /Ik (kA) Primary Current Transformer (A) Bus rated Current (A) : Schneider Electric : 24 : 630 : 16 : 25-50 : 630 6. Circuit Breaker Pabrikan Rated insulation voltage (V) Rated impuls (kV) Rated Current Network type Number of pole : Schneider Electric : 800 : 8 : 63 : AC : 4 7. Beban Motor Pabrikan Rated Horsepower Rated Power (kW) Rated Voltages (V) Rated Current (A) R.P.M Poles Power Factor : ZENER
: 100 : 75 : 220/440
: 0, 44/ 1,72 : 1400 : 4 : 0, 90 8. Beban Motor Pabrikan Rated Horsepower Rated Power (kW) Rated Voltages (V) Rated Current (A) R.P.M Poles Power Factor : AKH
: 33 : 25
: 220/440 : 0, 43/ 1,72 : 1400 : 4 : 0, 90
Doan  Yudanto dan  Dasrinal  Tessal,  Analisis  Aliran  Daya  Sistem  Tenaga  Listrik  Pada  PT.  Sele  Raya  Merangin  Dua Menggunakan Metode Newton-Raphson
9. Kabel Jenis kabel Diameter Panjang kabel - Bus 4
- Bus 5 - Bus 6 - Bus 7 - Bus 33 - WB#10 - SE#3 - SE#1 - SE#2 - WB#1 - WB#5 - WB#2 - WB#3 - WB#4 - WB#9 - WB#6 - BS : AAAC-S : 70 mm 2 : 1430 m
: 1315 m
: 1450 m
: 130 m
: 500 m : 250 m
: 2135 m
: 2305 m
: 2670 m
: 90 m
: 550 m
: 940 m : 1370 m : 1660 m : 45 m : 290 m : 280 m 10. Beban Statis Total daya lain pada sistem tenaga listrik.

## Metode Pengumpulan Data

## Wawancara
Wawancara  dilakukan  dengan  pihak  supervisor juga teknisi electrical PT. Sele Raya Merangin Dua.

## Observasi awal dan lanjutan
Kegiatan  survei  ke  lokasi  penelitian  yang bertujuan untuk mengumpulkan data secara langsung.

## Studi Pustaka
Mendapat  informasi  yang  dibutuhkan  dengan melihat  penelitian  yang  serupa  jika  terdapat  data-data yang  tidak  didapatkan  pada  saat  kegiatan  wawancara maupun observasi.

## Teknik Analisis Data
Hasil  simulasi  aliran  daya  menggunakan  software ETAP  12.  6  berupa  data  angka  akan  ditabulasi  dan  di grafikkan,  dan  akan  dideskripsikan  secara  jelas  dan padat  mengenai  aliran  daya  yang  terjadi  pada  sistem tenaga listrik di PT. Sele Raya Merangin Dua.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Berikut  merupakan  hasil  simulasi  aliran  daya menggunakan software ETAP 12.6:
Langkah-langkah  menjalankan  simulasi  aliran  daya pada ETAP
1.  Menggambar single-line diagram  pada  lembar  kerja ETAP  berdasarkan single-line sistem  tenaga  listrik PT. SRMD.
2.  Memasukan  parameter-parameter  setiap  komponen yaitu sebagai berikut:
a).Generator  (rating  kW,  kV,  %  P.F,  kVA,  % Efisiensi, Poles , RPM, impedance )
b).Transformator  (rating  kV  primer  dan  sekunder, kVA, type, sub type, class, impedance )
c). Cubicle (rating kv, arus, library )
d).  Penghantar  atau  kabel  ( length,  tolerance, library )
e). Load motor (rating kw, kva, library ) 3.  Klik toolbar load flow analysis .
4.  Pilih  metode load  flow dengan  cara  klik load  flow study  case ,  disini  terdapat  beberapa  pilihan  metode pilih Newton-Raphson.
5.  Run  load  flow  dengan  cara  klik  ikon  run load  flow pada load flow toollbar pada bagian kanan.
6.  Untuk  melihat  hasil  secara  komplit  klik report manager pilih complete .  Disini  terdapat  beberapa pilihan format dari hasil aliran daya pilih pdf.

## Single Line Diagram
Single  line  diagram disesuaikan  dengan  kondisi real  sistem  kelistrikan  PT.  Sele  Raya  Merangin  Dua dimana  terdapat  dua single  line  diagram ,  pertama  pada gambar  19  merupakan single  line  diagram sebelum penambahan  beban  dan  gambar  20  merupakan single line diagram setelah adanya penambahan beban.
Doan  Yudanto dan  Dasrinal  Tessal,  Analisis  Aliran  Daya  Sistem  Tenaga  Listrik  Pada  PT.  Sele  Raya  Merangin  Dua Menggunakan Metode Newton-Raphson
Gambar 1 Single line diagram Sebelum penambahan beban
Gambar 2 Single line diagram sesudah penambahan beban
Gambar  1  merupakan  bentuk single  line  diagram sistem  tenaga  listrik  pada  PT.  SRMD  sebelum penambahan  beban.  Peralatan  sistem  tenaga  listrik  yang digunakan  berupa  generator,  transformator,  cubicle, kabel penghantar beban berupa motor induksi dan beban statis.  sebelum  penambahan  beban  terdapat  11  lokasi sumur  pada  masing-masing  sumur  terdapat  motor induksi dan transformator stepdown. tegangan pembangkitan  sebesar  400  V  dinaikkan  menggunakan transformator  step-up  ke  20  kV  setelah  sampai  pada lokasi  sumur  tegangan  akan  diturunkan  menggunakan transformator step down ke 380V.
Gambar  2  merupakan  bentuk single  line  diagram sistem  tenaga  listrik  pada  PT.  SRMD  sesudah penambahan beban. penambahan beban terjadi pada Bus 5. setelah penambahan beban jumlah sumur menjadi 12. penambahan  beban  sejenis  dengan  beban  sebelumnya yaitu motor induksi 75Kw.
Tabel 2. Aliran daya sebelum penambahan beban
Doan  Yudanto dan  Dasrinal  Tessal,  Analisis  Aliran  Daya  Sistem  Tenaga  Listrik  Pada  PT.  Sele  Raya  Merangin  Dua Menggunakan Metode Newton-Raphson
Tabel 2 memperlihatkan besaran aliran daya aktif, daya reaktif, arus dan power factor pada masing-masing Bus  sebelum  penambahan  beban.  Dimana  jumlah  Bus sebelum  adanya  penambahan  beban  berjumlah  33  Bus dengan  3  Bus  percabangan,  yakni  Bus  4,  5  dan  6. Berdasarkan  Tabel  2  dapat  dilihat  untuk  aliran  daya terbesar diluar Bus percabangan terjadi di Bus 33 ke Bus 34.  Pada  Bus  33  ke  Bus  34  nilai  daya  aktifnya  sebesar 123. 733 kW, daya reaktif 60. 644 kVar dan arus 4. 0 A dengan power factor 89.8 %.
Hal  ini  disebabkan  oleh  total  beban  yang terhubung pada Bus 34 lebih besar dibandingkan dengan Bus  lainnya  dengan  total  beban  sebesar  110  kW  yang membuat  kebutuhan  daya  pada  Bus  34  menjadi  paling tinggi.    Adapun  untuk  Bus  yang  aliran  dayanya  terkecil terjadi di Bus 7  ke Bus 19 ke Bus 31 dengan nilai daya aktif  sebesar  15.  298  kW,  15.  298  kW  dan  15.297  kW, daya  reaktif  sebesar  9.54  Kv,  arus  0.  5  A  dan  power factor  84.  8%  dengan  total  beban  sebesar  18  kVA.  Hal ini disebabkan karena kebutuhan daya pada Bus tersebut paling  kecil  dibandingkan  dengan  Bus  lainnya  dengan total beban yaitu 18 kVA.
Tabel 3. Aliran Daya Sesudah penambahan beban
Dari  Tabel  3  dapat  dilihat  besaran  nilai  tegangan, sudut  tegangan,  aliran  daya  aktif,  daya  reaktif,  arus  dan power  factor pada  masing-masing  Bus  sesudah penambahan beban. Dimana jumlah Bus sesudah adanya
penambahan  beban  berjumlah  35  Bus  dengan  jumlah Bus percabangan masih sama yakni 3 Bus percabangan, yaitu  Bus  4,  5  dan  6.  Pada  Bus  5  terdapat  penambahan beban  berupa  motor  induksi  sehingga  Bus  5  terjadi peningkatan  aliran  daya.  Untuk  Bus  yang  memiliki aliran  daya  terbesar  pada  sistem  masih  sama  dengan sebelum  penambahan  beban  yaitu  pada  Bus  33  ke  34, dengan daya aktif sebesar 123. 779 kW dan 123. 748 kW. Dengan  daya  reaktif  sebesar  60.675  kVar  dan  60.  667 kVar,  arus  sebesar  4.  0  A  dan power  factor 89.8%. Adapun  untuk  Bus  yang  aliran  dayanya  terkecil  masih sama dengan sebelum penambahan beban yaitu pada Bus 7  ke  Bus  19  ke  31  dengan  nilai  daya  aktif  sebesar  15. 282  kW, 15.  282  kW dan  15.281  kW,  daya  reaktif  9.53 kVar arus 0. 5 A dengan power factor 84. 8%.
Tabel 4. Rugi-rugi daya
Berdasarkan  Tabel  6  dapat  dilihat  besaran  rugi daya pada tiap peralatan dan  saluran yang terdapat pada jaringan  distribusi  tenaga  listrik  di  PT.  SRMD.  Untuk rugi-rugi daya terbesar terjadi pada peralatan transformator yang berada diantara swing Bus dan Bus 2 sebesar  17.  68  kW.  dengan  selisih  rugi  sebelum penambahan beban pada Tabel 6. sebelumnya sebesar 2. 68  kW.  Untuk  saluran  yang  tidak  mengalami  rugi  daya dalam  satuan  kW  terjadi  pada  Bus  3-7  di  Kabel  Bus  7, Bus 5-12 di Kabel WB#1, Bus 6-17 di Kabel WB#9 dan Bus 7-19 di Kabel BS.
Dengan  bertambahnya  beban  mengakibatkan kenaikan  besaran  rugi-rugi  daya  yang  terjadi  pada sistem. untuk besaran kenaikan selain pada transformator dan  pada  Kabel  Bus  5  1315m  (Bus  3  -  Bus  5)  yang merupakan peralatan pembangkitan dan Bus percabangan, berkisar antara 0, 01 s/d 0, 04 kW.
Gambar 3. Grafik perbandingan daya aktif
Gambar 4. Grafik perbandingan aliran daya reaktif sebelum dan sesudah
Gambar 5. Perbandingan Arus Beban
Tabel 5. Perbandingan Penggunaan Tap transformator
Tabel  5  merupakan  tabel  penggunaan  tap transformator  baik  sebelum  adanya  penambahan  beban dan  sesudah  penambahan  beban.  Pada  bagian  sesudah penambahan beban merupakan pemilihan tap yang tepat pada  sistem  tenaga  listrik  di  PT.  SRMD  berdasarkan simulasi  dengan  rincian  %  operasi  Bus  tidak  ada  yang melebihi  tegangan  pembangkitan  ( overvoltage ).  Dengan persen  operasi  tertinggi  terjadi  pada  trafo  BS  yaitu  99, 15%.  Dan  persen  operasi  terendah  terjadi  pada  trafo WB#4  yaitu  98.  87%.  %Operasi  Bus  disini  yaitu %tegangan  yang  terkirim  atau  sampai  pada  titik  Bus setelah  trafo  atau  biasa  disebut  jatuh  tegangan (drop voltage) .

## SIMPULAN
Berdasarkan hasil simulasi menggunakan software ETAP 12. 6 dengan metode Newton-Rhapson yang telah dilakukan,  didapatkan  nilai  parameter  aliran  daya berupa:  daya  aktif,  daya  reaktif,  tegangan,  arus  dan power  factor pada  masing-masing  bus  dan  rugi-rugi (losses) pada saluran. setelah adanya penambahan beban terjadi  kenaikan  pada  nilai  parameter  aliran  daya  yang mempengaruhi  sistem  tenaga.  yaitu  peningkatan  daya pembangkitan  dan  pada  bus  percabangan  letak  beban. berdasarkan  simulasi  rugi-rugi (losses) pada  saluran
yang  terjadi  masih  batas  normal  menurut  standar  SPLN dibawah  5%  yaitu  0,01-3  %.  pada  tap-transformator sebelum penambahan beban dengan rata-rata persen (%) operasi  bus  rata-rata  berkisar  99.  29%.  dan  sesudah penambahan berkisar 99. 03%.
Penggunaan metode newton-rhapson pada simulasi  aliran  daya  ini  memperlihatkan  efisiensi  dalam hal  kecepatan  proses  komputasi  yaitu  dengan  hanya  1 (satu) iterasi untuk mencapai konvergen.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Saadat, H., Power System Analysis , Ed.3, McGraw- Hill, Inc. (1999).
[2] Zeggai, A., & Benhamida, F. Power flow and Short circuit  of  220  kV  Substation  using  ETAP . Proceedings  of  Algerian  Large  Electrical  Network Conference , CAGRE. (2019).
[3] A. Y. Dewi, A. Effendi and F. M. Syafar, "Analisis Terjadinya  Arus  Netral  Pada  Trafo  Distribusi  160 kVA,"  Journal  of  Electrical  Power  Control  and Automation, pp. 1-5, 2021.
[4] Sulasno. Analisis Sistem Tenaga Listrik , Semarang: Satya Wacana. (1993).
[5] Fikri, M., & Anggaini, D. Metode Newton Raphson Untuk Analisis Aliran Daya Jaringan. Jurnal Ilmiah SUTET . (2018).
[6] J.  Duncan  Glover,  Mulukutla  S.  Sarma,  T.  J.  O. Power  System  Analysis  and  Design (S.  Meherishi
(ed.); 5th ed.). Global Engineering. (2012).