generator sinkron
DESCRIPTION
KuliahTRANSCRIPT
MODUL 3
KARAKTERISTIK BEBAN
A.Tujuan
Setelah mempelajari modul ini diharapkan mahasiswa :
Mendeskripsikan hubungan konsep ekonomi dalam Sistem tenaga Listrik
Menguraikan beberapa Karakteristik Beban Pada Sistem Pembangkit Tegangan Tinggi
Listrik
B.Materi
Pendahuluan
Karakteristik Beban
C. Manfaat Pembelajaran
Pemahaman dalam karakteristik beban ini diharapkan mendapatkan gambaran luas
tentang bagaimana suatu beban mengalami perubahan dan mengerti wilayah kurva beban yang
menunjukkan jumlah energi total yang dibangkitkan setiap tahunnya, setiap bulannya atau
setiap harinya. Sehingga ini menjadikan tolak ukur dalam mengoptimalkan kinerja dari sistem
pembebanan sehingga menjadi referensi untuk pembebanan selanjutnya yang lebih baik dan
ekonomis.
D. Uraian Materi
1. Karakteristik Beban
Di dalam Ekonomi Pembangkit Tenaga listrik sangat penting diketahui karakteristik-
karakteristik tertentu dari suatu beban. Bagaimana suatu beban berubah setiap waktunya? Apa
yang menjadi beban maksimum dan waktunya jam berapa? Semua informasi ini diperlukan di
dalam ekonomi tenaga listrik. Karakteristik-karakteristik beban berikut di bawah ini dapat
memberikan pemahaman kita lebih luas :
a. Suatu kurva beban
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Bambang Trisno EKONOMI TEGANGAN TINGGI 1
b. Permintaan maksimum (maximum demand)
c. Faktor permintaan (Demand Factor)
d. Permintaan maksimum paa satu pembangkit listrik
e. Permintaan Rata-Rata
f. Diversitas (Keaneka ragaman) beban
g. Faktor Diversitas (Keaneka ragaman)
h. Faktor Beban
i. Faktor Pusat Pembangkit
j. Faktor kapasitas
k. Faktor Beban Tersambung
l. Kurva Lamanya beban
m. Kurva Beban terpadu
n. Kurva massa
o. Beban tersambung
p. Daya Industri
q. Cadangan pada musim dingin
r. Cadangan pada Mesin Pintal
s. Faktor beban pabrik
t. Faktor beban Pusat Pembangkit
u. Cadangan Energi panas
a. Kurva Beban
Suatu beban dalam kW dapat dinyatakan menurut ukuran waktu jam, harian, bulanan
atau tahunan. Satu kurva beban dapat disebut sebagai kurva beban harian, kurva beban tiap
jam, kurva beban bulanan atau kurva beban tahunan. Satu kurva beban dapat menggambarkan
berbagai jenis beban seperti beban individu, beban publik, beban bioskop, beban toko dan
beban hotel, beban rumah sakit, beban jalan kereta api, beban ledeng, beban industri, beban
penerangan jalan, beban pabrik tepung terigu, beban alat pompa air, beban alat pemanas dan
beban lain. Suatu kurva beban bisa menyatakan semua jenis beban. Untuk menggambar Kurva
Beban diperlukan survei beban sebelum dibangun pembangkit daya listrik atau gardu
pelayanan kebutuhan energi listrik. Gambaran luas wilayah kurva beban menunjukkan jumlah
energi total yang dibangkitkan setiap tahunnya, setiap bulannya atau setiap harinya. Namun
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Bambang Trisno EKONOMI TEGANGAN TINGGI 2
yang paling penting disini adalah menentukan jumlah total unit yang dihasilkan setiap
tahunnya, oleh karena suatu kurva beban tahunan akan menyatakan gambaran kerja dari
pembangkit tersebut. Berikut ini satu kurva beban dinyatakankan dalam gambar 1.
Gambar. 1 Kurva
Beban Daya Listrik
suatu konsumen
b. Permintaan Maksimum
Permintaan maksimum dinyatakan oleh ordinat kurva beban maksimum. Maksimum beban
kurva pada jam 0 pagi. Di Bulan Agustus ditunjukkan kurva beban. Permintaan maksimum bisa
terjadi diwaktu –waktu tertentu seperti di dalam suatu kurva beban setiap jam atau kurva beban
harian atau dalam suatu kurva beban tahunan.
c. Faktor Permintaan
Perbandingan beban maksimum dengan beban rata-rata merupakan kebalikan dari
faktor permintaan (Demand faktor). Faktor Permintaan adalah perbandingan beban rata-rata
dengan beban maksimum yang dihubungkan.
d. Permintaan Maksimum pada suatu Stasiun Pembangkit
Permintaan maksimum pada suatu pembangkit listrik adalah beban maksimum untuk
suatu stasiun pembangkit yang dinyatakan pada masa periode tertentu. Kurva Beban
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Bambang Trisno EKONOMI TEGANGAN TINGGI 3
maksimum terletak pada suatu kurva dan satuan waktu yang dinyatakan dalam waktu 15 menit
atau ½ jam atau 1 jam yang dipilih berdasarkan nilai terdekat, dan pada akhirnya akan diketahui
besaran nilai rata-rata kurva tersebut. Besaran nilai rata-rata selama periode tersebut disebut
sebagai besaran permintaan maksimum pada stasiun pembangkit listrik sebagaimana
ditunjukkan oleh titik-titik A dan B. Luas rata-rata kurva XYZ akan menghasikan besaran
permintaan maksimum pada satu stasiun pembangkit listrik.
e. Permintaan Rata-Rata
Ordinat kurva beban rata-rata untuk satu waktu tahunan, harian, bulanan, atau satu jam
dikenal sebagai permintaan rata-rata. Untuk semua ini kita sering menyebutnya sebagai
permintaan rata-rata tahunan, permintaan rata-rata bulanan, permintaan rata-rata harian atau
permintaan rata-rata setiap jam.
f. Diversitas (Keanekaragaman) Beban atau Faktor Diversitas
(Keanekaragaman)
Diversitas (Keanekaragaman beban = Diversity of load) atau faktor diversitas adalah
perbandingan antara jumlah permintaan maksimum konsumen individu dengan permintaan
maksimum pada satu pembangkit daya listrik.
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Bambang Trisno EKONOMI TEGANGAN TINGGI 4
Keaneka-ragaman beban berarti semua beban tidak akan mengkonsumsi tenaga pada
satu waktu yang sama namun diantaranya ada beberapa konsumen yang akan terhubung
dengan daya listrik (switched on), pada waktu yang berbeda. Umpamanya kita mempunyai lima
jenis beban: Sebuah pabrik, stasiun kereta api, beban pribadi (perumahan), pabrik tepung terigu
dan bioskop, Jika mereka memerlukan suatu beban terdiri dari ; 6 MW, 8 MW, 1,5 MW, 1 MW
dan 1 MW, sehingga jumlah total beban adalah 17.5 MW. Stasiun pembangkit listrik harus
mampu menyediakan daya listrik sebanyak ini. Apabila semua beban tersebut dihubungkan
secara serempak pada satu periode jangka pendek, maka dalam prakteknya semua beban ini
tidak mungkin dihubungkan secara serempak oleh karena beban-beban tersebut beroperasi
pada jam-jam tertentu. Operasi beban yang berlangsung pada jam-jam yang berbeda ini
disebut diversitas( keaneka ragaman) beban.
g. Faktor Diversitas (Keaneka ragaman)
Sebagaimana kita ketahui seperti di atas, selain itu juga faktor keaneka-ragaman
kadang-kadang ditentukan sedemikian rupa sehingga
nilainya selalu kurang dari kesatuan. Oleh karena itu, kita nyatakan :
D.F = Faktor Keanekaragaman
Ini memberikan beberapa arti dalam satu persentase ketimbang persamaan di atas tidak
dinyatakan dalam persentase. Kedua Metode tersebut digunakan praktek sehari-hari.
h. Faktor Beban
Satu permintaan maksimum dapat diperoleh dari suatu kurva beban. Jika kita
mengalikan permintaan maksimum dengan 8760 jam dalam satu tahun kita mendapatkan kWh
(unit) yang dihasilkan dalam satu tahun, apabila generator beroperasi pada saat permintaan
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Bambang Trisno EKONOMI TEGANGAN TINGGI 5
maksimum. Akan tetapi kWh yang dihasilkan dinyatakan oleh luas area kurva beban. Adapun
energi aktual yang dihasilkan dan permintaan maksimum x 8760 diasumsikan sebagai energi
yang telah dibangkitkan. Oleh karena itu, perbandingan antara energi yang aktual dengan
energi yang diasumsikan disebut Faktor beban (L.F.) atau
Faktor beban (tahunan) = L.F.
Faktor beban bisa dalam satuan jam, harian, bulanan atau tahunan
i. Faktor Pusat Pembangkit
Faktor Pabrik dikenal sebagai perbandingan permintaan rata-rata dengan nilai
kapasitas. Jika permintaan maksimum sama dengan kapasitas terpasang, maka faktor pabrik
sama dengan faktor beban.
Out Put kWh Pusat Pembangkit Listrik
Faktor Pusat Pembangkit =
∑ (kW1)h1 + (kW2)h2 + (kW3)h3 +……….
kW1, kW2, kW3... adalah nilai dari alternator dan h1, h2, h3 adalah jumlah jam operasi masing-
masing alternator. Faktor Pusat pembangkit menunjukkan besaran kapasitas pembangkit
tenaga yang digunakan dan besaran yang tidak digunakan namun tidak pernah menunjukkan
waktu operasi yang terputus atau terhenti.
j. Faktor Kapasitas
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Bambang Trisno EKONOMI TEGANGAN TINGGI 6
Faktor Kapasitas adalah perbandingan permintaan rata-rata dengan kapasitas
maksimum terpasang. Kapasitas Pembangkit listrik dibagi menurut pertumbuhan permintaan di
masa yang akan datang. Faktor kapasitas (C.F) dinyatakan oleh :
Kapasitas cadangan daya listrik ditentukan oleh besaran kapasitas cadangan pusat
pembangkit listrik.
k. Faktor Beban Tersambung ( C.L.F.)
Faktor Beban Tersambung (C.L.F.) adalah perbandingan daya rata-rata dengan beban
yang tersambung x 8760. Perhitungan ini bisa juga diperoleh dengan mengalikan faktor beban
dan faktor permintaan. Hal ini berhubungan dengan yang diterima oleh peralatan pembangkit
dan ini menunjukkan adanya perbandingan daya input rata-rata dengan beban yang
tersambung.
CLF = (L.F x D.F)
Atau
l. Kurva Lamanya Beban ( L.D.C.)
Satu Ordinat yang menggambarkan beban maksimum ditunjukkan pada sisi kiri dan
penurunan besaran beban ditunjukkan pada sisi kanan dan semuanya menurun sesuai dengan
kebutuhan lima generator. Generator mensuplai beban OX yang mempunyai L.F. 80%. daya
OX akan selalu disuplai dan dinyatakan pensuplai beban dasar. Generator lain akan
dihubungkan untuk memenuhi permintaan beban OY pada L.F = 60%. Untuk beban OZ akan
dihubungkan dengan generator ketiga dan L.F nya. akan jadi 50%. Permintaan Daya OW akan
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Bambang Trisno EKONOMI TEGANGAN TINGGI 7
membutuhkan sambungan dari generator yang keempat dan L.F-nya akan menjadi 30%.
Permintaan Daya OF akan memerlukan generator ke lima dengan L.F. 10%. Suatu kurva
lamanya beban adalah hubungan antara waktu dan beban namun dalam cara yang berbeda
dibandingkan dengan kurva beban semata. Luas kurva lamanya beban ( L.D.C.) adalah jumlah
total unit yang dikonsumsi waktu tertentu, T sama dengan OA. Faktor pembebanan suatu
pembangkit bisa diketahui melalui bantuan kurva ini. Dengan urutaan nomor generator dapat
diketahui pembagian beban. Berikut ini merupakan Kurva Lamanya beban perhatikan gambar
2.3.
Gambar 2.3. Kurva lamanya Beban (LDC) Maksimum pada masing -masing Pembangkit
Tenaga Listrik
m.Kurva Beban yang terintegrasi (I.L.C), atau Kurva Beban Jangka
waktu terintegrasi (I. L.D.C.)
Dalam kurva ini dihubungkan antara permintaan dalam satuan kW dengan masing-
masing unit generator. Kurva ini dapat dilihat dari gambar 2.3 Kurva Lamanya Beban (LDC).
Asumsikan bahwa suatu permintaan beban diwakili oleh titik X dan dihubungkan dengan
garis XB sebagai kurva lamanya beban, jumlah unit yang dihasilkan dinyatakan oleh area
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Bambang Trisno EKONOMI TEGANGAN TINGGI 8
OABX dan ditarik garis hubung pada satu titik P1 yang terintegrasi dengan kurva lamanya
beban. Dengan cara yang sama titik P2 akan ditarik hubungan dengan permintaan beban OY
Gambar 2.4 Kurva Hubungan Permintaan Daya kW
dalam Satuan waktu-jam
dan kWh ditarik hubungan pada titik 2 sebagai kWh, dan areanya itu OACY. Titik 1, 2, 3, 4 dan
5 menunjukkan kWh1, kWh2, kWh3, kWh4, kWh5.
n. Kurva Masa
Kurva ini dapat diperoleh dari kurva beban sehari-hari. Kurva Masa menggambarkan
besaran total energi yang diperlukan oleh beban pada tiap-tiap jam dalam sehari. Kurva ini bisa
juga digunakan untuk mengetahui perubahan antara besaran air mengalir yang tersedia untuk
menghasilkan daya dan beban dalam kW. Untuk kebutuhan itu dibutuhkan tempat
penampungan air untuk Pusat Pembangkit Lisrik Tenaga Air sehingga jumlah air yang
dibutuhkan dapat diatur dan hal ini menjadi seperti hidrolika biasa.
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Bambang Trisno EKONOMI TEGANGAN TINGGI 9
o. Beban Tersambung
Beban tersambung adalah besaran dari jumlah beban yang terus menerus tersambung
dan daya yang dikonsumsi oleh peralatan listrik dengan pusat sistem suplai daya. Beban-beban
ini akan diperhitungkan apabila saklar terhubung dengan pusat suplai daya dan tidak akan
terhitung apabila terputus dengan pusat suplai daya.
q. Daya Besar
Yaitu Daya listrik yang selalu tersedia setiap saat bahkan diharapkan tersedia pada saat
kondisi darurat,.
r. Simpanan Cadangan (Cold Reserve)
Yaitu tersedia kapasitas pembangkit yang siap untuk melayani kondisi darurat, tidak
perlu penanganan khusus , namun siap dioperasikan jika diperlukan.
s. Cadangan Berputar (Spinning Reserve)
Cadangan berputar adalah kapasitas pembangkit terhubung dengan rel-rel daya listrik
dan mereka siap menanggung beban apabila saklar-nya siap dihubungkan.
t. Faktor Beban Pabrik
Yaitu faktor pabrik atau faktor beban. Ini sering dikenal sebagai Faktor Pembebanan
Pabrik. Faktor beban ini tidak akan memperhitungkan daya pada saat pabrik tersebut tidak
beroperasi. Faktor Beban Pabrik adalah menunjukkan kapasitas daya listrik yang digunakan
oleh pabrik ketika beroperasi.
u. Faktor Beban Pusat Pembangkit Daya
Faktor Beban Pusat Pembangkit ditentukan atas dasar kapasitas daya pabrik yang
terpasang tidak sama dengan Faktor Beban Pabrik. Faktor Beban Satu Pusat Pembangkit
dinyatakan oleh,
Faktor Beban satu Pembangkit ( S.L.F.)%
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Bambang Trisno EKONOMI TEGANGAN TINGGI 10
2. Cadangan Darurat
Cadangan darurat adalah cadangan kapasitas pembangkit daya listrik di dalam kondisi
operasional dan tidak dalam kondisi rusak.
Soal 2.
Suatu pusat pembangkit daya mempunyai satu permintaan maksimum 25 MVA dengan faktor
daya sama dengan satu. Diperlukan Modal untuk pembangkitan daya ini adalah Rs. 100 x 106
dan beban berjalan untuk bahan bakar , oli dan lain lain, di buat dalam beban biaya tahunan
Rs. 8 x 106. Pajak , upah dan penggajian bagi organisasi telah dihitung sebesar Rs 7 x 106.
Suku bunga yang digabungkan dengan penyusutan dalam modal biaya sebebsar 12%. Jika
faktor beban tahunan dari beban tersambung adalah 50%. Hitunglah besaran biaya energi per
unit.
Penyelesaian.
Bunga dan Penyusutan pada modal biaya akan menjadi :
= Rs. 100 x 106 x 0.12
= Rs. 12 x 106
Total biaya tiap tahun pada pembangkit energi
= Rs.(7 + 8) 106 = Rs. 15 x 106
Biaya tahunan yang ditetapkan untuk energi juga akan meliputi bunga dan penyusutan,
oleh karena itu total biaya :
= (12 + 8 + 7) 106 = Rs = 27 x 106
Sekarang factor beban :
Jumlah unit yang dibangkitkan = 250.000 x 8760 x 0.5
Biaya per unit =
Soal 3.
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Bambang Trisno EKONOMI TEGANGAN TINGGI 11
Suatu Pembangkit Daya Listrik 20 MVA mempunyai suatu biaya beban modal Rs 50 x 106 dan
pajak tahunan, pajak pendapatan, gaji dan lain lain adalah Rs. 8 x 106. Pembangkit listrik ini
beroperasi sebagai pembangkit tenaga uap panas dan mengkonsumsi batubara sebagai
sumber tenaga yang masuk. Nilai kalori Daya batubara 55 x 105 cal/kg. Ongkos batubara di
pasar adalah Rs. 550 tiap 1000 kg. Nilai panas pembangkit daya bervariasi sesuai dengan nilai
faktor kapasitas. Nilai Panas pembangkit daya bernilai 100% dengan faktor kapasitas 30 X 105
calories tiap unit dan 40 x 105 calories tiap unit pada faktor kapasitas 70%. Bunga dan
Penyusutan pada biaya modal adalah Rs. 12%.. Hitunglah biaya tiap unit energi pada faktor
kapasitas 100%dan faktor kapasitas70%. Asumsikan faktor daya sama dengan satu.
Penyelesaian.
Beban batubara yang dikonsumsi membangkitkan satu unit energi :
=
Biaya batubara yang dikonsumsi tiap unit :
Ongkos tahunan dari pajak, penghasilan, gaji dan lain-lain tiap kW :
Bunga dan Penyusutan
Maka = 400 + 60 = Rs. 460 per kW
Jumlah unit dalam tahun akan menjadi :
8760 x 1 = 8760 kWh
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Bambang Trisno EKONOMI TEGANGAN TINGGI 12
maka
Ongkos batubara yang dikonsumsi adalah 32.5 P, kemudian beban energi akan menjadi
penjumlahan dua ongkos :
= 5.3 + 32.5 = 37.8 paise
Biaya 5.3 P, tidak berubah menurut faktor kapasitas itu dan biaya batubara pun akan berubah,
oleh karena itu, batubara yang diperlukan unuk faktor kapasitas 70% akan menjadi :
Biaya dari bahan bakar = 0.73 x 0.55 x 100
= 41 Paise
Biaya energi = 41 + 5.3 = 46.3 Paise
Soal 4.
Suatu konsumen mempunyai beban 500 kW pada faktor daya 0.8. Tarif diterapkan untuk
kalkulasi rekening konsumen adalah (A) KVA+ (B) kW + (C) kWh, di mana A = Rs. 100 tiap
KVA, B = 0 dan C = 30 paise per unit.
Hitunglah besaran biaya yang harus ditanggung konsumen pada faktor beban 90%. Asumsikan
semua data tersedia jika diperlukan.
Penyelesaian.
Faktor beban 0.9
Jumlah unit yang dikonsumsi oleh konsumen adalah :
= 500 x 8760 x 0.9
= 450 x 8760 = 39.5 x 105
Biaya energi pada tariff 30 P per unit
= 39.5 x 105 x 0.30
= Rs 11.85 x 105
Besaran permintaan maksimum dapat diketahui dalam KVA dan
KVA = kW/p f =
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Bambang Trisno EKONOMI TEGANGAN TINGGI 13
= 625 KVA
beban pada permintaan KVA akan menjadi = 625 x 100 = Rs. 62,500
Rekening tahunan konsumen akan menjadi penjumlahan dua beban sebagai berikut :
= Rs 11.85 x 105 + Rs. 62500
= Rs (1,185,000 + 62,500)
= 12.475 x 105
Soal 5.
Suatu konsumen mempunyai satu pilihan antara membangun pusat pembangkit sendiri dan
menggunakan jasa pelayanan publik. Konsumen mempunyai permintaan maksimum 4000 kW
pada satu faktor daya 0.8 lagging. Faktor beban konsumen 80% dalam setiap hal suplai listrik.
Modal investasi pembangunan pusat pembangkit sendiri sebesar Rs 12 x 106.
Ongkos batubara Rs 500 tiap 100 Kg dan Konsumsi batubara adalah 0.25 kg/Wh. Ongkos oli
pelumas 10 P kWh, 12 Paise pajak dan Asuransi serta 10 P tiap kWh untuk pekerjaan
perbaikan dan lain lain. Gaji tenaga kerja dan lain-lain Rs 30 x 104 tiap tahun. Nilai Suku bunga
dan Penyusutan adalah 10% yang dibebankan dari biaya beban modal. Tarif suplai listrik yang
disediakan oleh masyarakat adalah (A) KVA+ (B) kw+ (C) kWh, di mana A = Rs 1000 tiap KVA
dari permintaan maksimum dan C = 20 Paise tiap unit konsumsi.
Penyelesaian.
Pertimbangan pertama membangun pusat pembangkit sendiri. Jumlah unit yang dihasilkan
akan diperlukan :
= kW x factor beban x jumlah jam
= 4000 x 0.8 x 8760
= 280.32 x 105 kWh
Pembakaran batubara per kWh = 0.25 kg per kWh dan untuk 280.32 x 105 unit beban.
= 0.25 x 280.32 x 105 x 0.5
= Rs. 35.04 x 105
Beban ongkos berjalan lain yang diberikan dengan penjumlahan dari :
(10 + 12 + 10) Paise = 32 Paise
Beban ongkos berjalan tahunan akan menjadi
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Bambang Trisno EKONOMI TEGANGAN TINGGI 14
= 0.32 x 280.32 x 105 = Rs .90 x 105
total ongkos berjalan akan menjadi
= Rs (90 x 105 + 35.04 x 105)
= Rs. 125.04 x 105
Ongkos untuk gaji tetap Rs 300,00 total beban ongkos untuk konsumen dengan membangun
pusat pembangkit daya listrik sendiri :
300.000 + 125.04 x 105 12 x 106 x 0.1
= Rs. 140.04 x 105
sekarang biaya per unit = P
p
sekarang silahkan pertimbangkan tariff dari penyalur publik : permintaan maksimum KVA :
Beban ongkos permintaan maksimum pada nilai Rs. 1000 per
KVA = 5000 x 100 = Rs. 5 x 105
Biaya permintaan maksimum per satu unit
Biaya total per unit dari penyalur daya publik akan menjadi, seperti
20 + 17.9 = 37.9 Paise
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Bambang Trisno EKONOMI TEGANGAN TINGGI 15