Rugi/Susut Teknis Pada Sistem Distribusi Tenaga Listrik

Dalam proses penyaluran tenaga listrik ke para pelanggan (dimulai dari pembangkit, transmisi dan distribusi) terjadi rugi-rugi teknis (losses) yaitu rugi daya dan rugi energi. Rugi teknis adalah pada penghantar saluran, adanya tahanan dari penghantar yang dialiri arus sehinggga timbullah rugi teknis (I²R) pada jaringan tersebut. Misalnya pada mesin-mesin listrik seperti generator, trafo dan sebagainya, adanya histerisis dan arus pusar pada besi dan belitan yang dialiri arus sehinggga menimbulkann rugi teknis pada peralatan tersebut. Rugi teknis pada pembangkit dapat diperbaiki dengan meningkatkan efisiensi dan mengurangi pemakain sendiri.

Rugi teknis pada sistem distribusi merupakan penjumlahan dari I²R atau rugi tahanan dan dapat dengan mudah diketahui bila arus puncaknya diketahui. Rugi taknis dari jaringan tenaga listrik tergantung dari macam pembebanan pada saluran tersebut (beban merata, terpusat). Rugi teknis pada transformator terdiri dari rugi beban nol dan rugi pada waktu pembebanan. Rugi pada beban nol dikenal dengan rugi besi, dan tidak tergantung dari arus beban, sedangkan rugi pada waktu pembebanan dikenal dengan rugi tembaga yang nilainya bervariasi sesuai dengan kuadrat arus bebannya.

Rugi energi (rugi kWh) biasanya dinyatakan dalam bentuk rupiah. Biaya untuk mencatu kerugian ini dapat dibagi dalam 2 bagian yang utama :

1. Komponen energi atau biaya produksi untuk membangkitkan kehilangan kWh.
2. Komponen demand/beban atau biaya tahunan yang tercakup di dalam sistem investasinya yang diperlukan mencatu rugi beban rugi beban puncak.

Kedua komponen tersebut biasaya digabungkan menjadi satu, baik dalam bentuk Rp/kWh untuk rugi energi maupun dalam Rp/kW rugi daya puncak.Biasanya rugi teknis itu tergantung pada titik yang diamati dari sistem tersebut, titik yang terjauh dari sumber, sudah tentu biayanya lebih besar.

Ada beberapa permasalahan dalam menentukan rugi daya dan susut energi :

1. Rugi daya

Rugi daya lebih mudah dihitung daripada rugi energi karena pada rugi energi perlu diketahui kurva pembebanannya dan kondisi pengoperasiannya pada selang waktu pembebanan tersebut.

Perhitungan rugi daya dilakukan pertama-tama pada bagian sistem yang datanya sudah diketahui dengan pasti seperti saluran transmisi dan distribusi. Untuk bagian lainnya seperti transformator dan generator yang dikarenakan tidak adanya data pengujian, rugi daya dapat dihitung dengan teliti hanya oleh perancangnya saja, karena ia yang mengetahui seluk beluk mengenai komponen tersebut yang mencakup berat, kualitas, rugi besi, rapat fluks, dan sebagainya dan juga penghantara tembaganya yang meliputi penampang, kerapatan arus, dan sebagainya.

Rugi daya dari turbin, turbin hidrolik,dan sebagainya tidak dapat dihitung secara teliti, bahkan oleh siperancangpun menghitung berdasarkan rumus emperis yang didapat dari hasil-hasil pengujian dari jenis yang serupa.

Setelah generator, transformator atau turbin dibuat oleh pabrik, biasanya pengujian effesiensi dapat dilakukan di pabrik maupun di lapangan dimana alat tersebut dipasang. Sesudah dilakukan pengukuran effesiensi atau rugi daya menurut persyaratan pengujiannya, secara umum dapat dihitung effesiensi atau rugi dayanya pada setiap kondisi pembebanan dengan menggunakan beberapa karakteristik rugi-rugi yang ada dari berbagai komponennya. Inilah metoda yang paling banyak dipakai oleh para insinyur untuk menghitung rugi daya.

2. Susut Energi

Pada umumnya rugi-rugi teknis pada tingkat pembagkit dan saluran transmisi pemantauannya tidak menjadi masalah karena adanya fasilitas pengukuran yang dapat dipantau dengan baik. Hal yang sama juga terdapat pada gardu induk (GI), sehingga rugi-rugi teknis dari GI tidak menjadi masalah besar karena disinipun pengukuran dan pemantauan berjalan baik.

Lain halnya pada sisi distribusi, rugi-rugi tekkis lebih kompleks dan sulit diketahui besarannya. Pda GI setiap penyulang yang keluar dari GI ini dilengkapi dengan alat pengukur, begitu pula pada sisi primer trafo tenaganya. Selepas ini tidak terdapat lagi alat pengukuran kecuali pada meteran pelanggan. Oleh krena itu, sangatlah sulit menentukan rugi energi secara tepat pada sistem distribusi.

Dengan menetukan rugi/susut energi pada saluran distribusi, cara yang dilakukan oleh bebrapa perusahaan listrik adalah membandingkan energi yang disalurkan oleh gardu induk dan energi yang terjual dalam selang waktu tertentu, misalnya setahun.

Ada dua sumber kesalahan pokok dalam perhitungan susut energi :

1. Selisih kWh (energi) yang disalurkan GI dan kWh yang terjual atau energi yang dipakai oleh pelanggan tida menggambarkan keadaan sebenarnya, Karena ada energi yang tidak terukur seperti pencurian listrik, meteran rusak, kesalahan pembacaan kWh meter dan sebagainya. Dari sini jelaslah selisih energi yang sebenarnya tidak dapat diukur secara pasti.

2. Pembacaan meteran pada GI mungkin dapat dilakukan pada hari yang sama, dengan demikian kWh (energi) yang diukur bebar-benar merupakan kWh yang disalurkan, sedangkan pembacaan meteran pelanggan tidak bersamaan waktunya sehingga hal ini akan merupakan kesalahan dalam analisis selanjutnya.

Jalan terbaik dalam menyiapkan informasi agar perhitungan rugi energi menjadi sederhana, ialah membuat terlebih dahulu kurva lamanya pembebanan dari kurva beban hariannya/tahunnya.

Untuk mendapatkan kurva rugi daya versus beban, perlu diketahui hubungan antara rugi daya (P) dan beban atau rugi daya/beban hariannya. Oleh karena rugi daya (I²R) berbanding lurus dengan kuadrat beban maka, berdasarkan kurva lamanya pembebanan dapatlah dibuat kurva rugi daya versus waktu dan rugi daya rata-rata adalah harga rata-ratanya untuk suatu periode tertentu.

Dengan diketahuinya rugi daya rata-rata, rugi energi adalah seharga dengan rugi daya rata-rata untuk periode tertentu dikalikan dengan jumlah jam dari periode yang bersangkutan. Jadi rugi energi atau susut energi dapat dirumuskan sebagai berikut :

Rugi energi = rugi daya rata-rata dalam periode tertentu x jumlah jam periode tersebut

Rugi energi dalam persen adalah rugi energi yang dinyatakan dalam persentase dari energi yang dikirim/disalurkan dalam periode waktu yang sama. Energi yang dikirim atau disalurkan adalah sama dengan beban rata-rata untuk periode tertentu dikalikan jumlah jam dari periode tersebut.

energi yang disalurkan (energi output) = beban rata-rata dalam periode tertentu x jumlah jam periode tersebut.

Bila mesin atau bagian komponen dari sistem tenaga tidak beroperasi secara terus-menerus maka untuk hal seperti ini dipakai faktor operasi, yang didefenisikan sebagai perbandingan antara lamanya waktu operasi sebenarnya dan lamanya waktu dalam periode yang diambil.

Rugi daya rata-rata dari suatu mesin yang beroperasi dikalikan dengan faktor operasi akan menghansilkan rugi daya untuk periode tersebut, dan bila dikalikan lagi dengan jumlah jam dari periode tersebut maka didapat rugi energi.

Rugi energi dalam periode tertentu = Rugi daya rata-rata selama periode operasi x faktor operasi x jumlah jam dari periode itu.

3. Rugi tembaga dan rugi kuadrat beban

Rugi tembaga atau rugi-rugi lainnya berbanding lurus dengan kuadrat beban dan dengan adanya kurva beban versus waktu atau kurva lamanya pembebanan, maka dapatlah dibuat kurva rugi daya/waktu atau kurva lamanya rugi daya dimana setiap ordinatnya berbanding lurus dengan kuadrat setiap ordinat.kurva bebannya. Dari kurva lamnya rugi daya, dapat pula ditentukan rugi daya rata-ratanya selama periode tersebut. Luas dari kurva lamanya rugi daya merupakan rugi energi selama periode tersebut. Jadi rugi daya rata-rata = rugi energi selama periode tersebut/lamnya periode tersebut.

Dalam perhitungan rugi energi sebaiknya dipakai faktor rugi yaitu perbandingan antara rugi daya rata-rata dan rugi daya pada beban puncak dalam periode tertentu.

Rugi energi = rugi daya pada beban puncak x faktor rugi x jumlah jam dari periode tersebut

Sebagai contoh, bila rugi tembaga 1200kW, faktor rugi 0,33 dan selang waktu 1 tahun maka rugi energi selama setahun = 1200 x 0,33 x 8760 kWh.

Faktor rugi energi adalah sama dengan faktor rugi dibagi dengan faktor beban dalam periode yang sama dan untuk suatu bentuk kurva beban yang umum, terdapat hubungan antara faktor rugi energi ednga faktor beban.

Faktor rugi energi adalah sama denga faktor rugi dibagi dengan faktor beban dalam periode yang sama dan untuk suatu bentuk kurva beban yang umum, terdapat hubungan antara faktor rugi energi dengan faktor beban.

Jadi faktor rugi energi dapat dinyatakan sebagai :

Faktor rugi energi =faktor rugi daya / faktor beban

Bila faktor rugi energi sudah diketahui atau sudah diasumsikan, persentase rugi (tembaga) pada beban puncak untuk periode tersebut didapat dari persamaan :

Rugi energi (%) = rugi daya pada bebanpuncak x faktor rugi energi

Sebagai contoh, bila rugi daya pada beban puncak 12 % dan faktor rugi energi sama dengan 0,66, maka rugi energi dalam persen untuk periode tersebut adalah 12% x 0,66 = 8% dari energi keluarannya/yang disalurkan.

Rugi energi dalam persen = Rugi daya dalam persen pada beban nominalnya x faktor rugi energi x faktor kapasitas/faktor beban.

Sebagai contoh, bial rugi daya pada beban nominalnya 2 %, faktor beban 0,6 dan faktor kapasitas 0,5 dan faktor rugi energi 0,73, persentase rugi energi untuk periode tersebut adalah 2 x 0,73 x 0,5/0,6 atau 1,22% dari energi keluarannya.

4. Rugi-rugi yang konstan, rugi besi dan sebagainya

Besaran dari rugi daya konstan seperti rugi besi, rugi bantalan, gesekan dan gesekan anginpada ujung belitan dan sebagainya untuk bermacam bagian dari system tenaga biasanya diketahui dari hasil pengujian maupun pengujian di lapangan. Rugi energi yang konstan ini dapat dihitung dengan mengalikan konstanta rugi dayannya dengan jumlah jam dari selang yang diamati. Bila nilainya akan ditentukan dalam persen, maka konstanta rugi daya harus dalam persen dari nilai beban nominalnya, konstanta rugi energi dapat diturunkandari pernyataan berikut ini :

Rugi energi (%) = Rugi daya dalam persen pada beban nominalnya / factor kapasitas

Sebagai contoh, bila rugi besi pad beban nominalnya 1 % dan faktor kapasitas 0,4 maka rugi besi dalam persen untuk periode tersebut adalah 1/0,4 = 2,5 % dari energi keluarannya.

5. Rugi-rugi yang tidak langsung sebagai fungsi dari beban

Rugi pada turbin hidrolik, turbin uap dan bagian-bagian lainnya dari sistem tenaga ada yang berbanding lurus dengan kuadrat beban dan ada pula yang konstan. Bentuk kurva dari rugi versus beban untuk tipe pembangkit yang berlainan variasinya satu sama lain cukup besar, sehingga tidak mungkin membuat perhitungan rugi energi sederhana dengan menggunakan faktor tersebut di atas untuk rugi tembaga. Secara umum bentuk kurva dari rugi daya versus beban dapat dibuat dari kurva effesiensi versus beban dan bial kurva beban harian atau bulana diketahui, diutamakan dari kurva lamanya pembebanan, maka kurva rugi daya/waktu dapat dibuat.

Pada PLTA, rugi turbin hidrolik biasanya merupakan rugi yang terbesar dari setiap peralatan sistem. Untuk alasan itulah hal ini perlu mendapat perhatian yan sebesar-besarnya.

6. Penaggulangan susut teknis

Komputer dapat membantu dalam perhitungan pengurangan susut system. Dengan data masukan yang berbeda-beda, dibuat beberapa alternative kajian mengenai hal ini. Pengurangan susut system menghasilkan penghematan energi, juga peningkatan kapasitasnya. Berbagai cara dapat dilakukan untuk mengurangi susut system antara lain :

a. Otimalisasi kapasitas beban

1. Pemilihan kapasitas TR (kVA-km) yang dipakai, didasarkan apda pengaturan tegangan dan factor daya normal.

2. Pilih kapasitas saluran TM, kVA-km, dari penghantar standar yang ada, oleh karenanya panjang penyulang TMnya dibatasi. Pada saluran, yang kapasitasnya (kVA-km atau MVA-km) sudah dilampaui, beban penghantar dapat dikurangi dengan :

· Memindah bebannya ke penyulang lain.

· Mengganti penghantar yang ada dengan yang lebih besar

· Menambah feeder baru dan kemudian mengatur pembagian bebannya.

· Menaikkan kelas tegangan, misalnya dari 6 kv ke 20 kv.

b. Optimalisasi kapasitas transformator, lokasi, beban yang dipikul.

· Pemilihan kapasitas transformator distribusi, dikaitkan dengan macam beban (pelanggan) yang dilayaninya, dengan menjaga agar jatuh tegangan minimum.

· Pemilihan lokasi transformator distribusi, dikaitkan dengan macam beban yang dilayani dengan menjaga agar susut tegangan minimum.

· Optimalkan pendayagunaan trasformator, didasarkan pada factor beban dari beban yang dilayani.

c. Tetap menjaga tingkat tegangan yang diijinkan pada system distribusi.

d. Memasang kapasitor shunt

§ Gunakan kapasitor shunt pada beban induktif atau apda titik-titik tertentu pada saluran TRnya, dengan mempertimbangkan ekonomis tidaknya.

§ Gunakan kapasitor shunt dengan daya pengenal yang optimum atau titik/lokasi optimum pada penyulang tegangan menengahnya, guna mengurangi rugi daya, susut energi dan menjaga kondisi tegangan. Dalam menangani hal tersebut tindakan yang diambil dapat berupa :

Ø Memasang tumpuk kapasitor (bank kapasitor) tetap, guna mendapatkan factor daya 100% atau factor daya sedikit mendahului, selama diluar beban puncaknya.

Ø Memasang tumpuk kapasitor yang dapat dimasukkan dan dikeluarkan dari sistem tersebut.

Tumpuk kapasitor ini dimasukkan/dihubungkan ke sistem untuk mengkoreksi faktor dayanya selama beban puncak.