Penerapan Regulator Tegangan Otomatis Umpan SVR dalam Jaringan Distribusi Pedesaan

1. Pendahuluan

Dalam beberapa tahun terakhir, dengan perkembangan stabil dan cepat perekonomian nasional, permintaan listrik telah meningkat secara signifikan. Dalam jaringan listrik pedesaan, peningkatan beban yang berkelanjutan, ditambah dengan distribusi sumber daya listrik lokal yang tidak rasional dan kemampuan pengaturan tegangan utama yang terbatas, telah mengakibatkan sejumlah besar feeder 10 kV panjang—terutama di daerah pegunungan terpencil atau wilayah dengan struktur jaringan lemah—yang memiliki radius pasokan melebihi standar nasional. Akibatnya, kualitas tegangan di ujung-ujung feeder 10 kV ini sulit untuk dijamin, faktor daya tidak memenuhi persyaratan, dan kerugian garis tetap tinggi.

Karena batasan seperti dana konstruksi jaringan yang terbatas dan pertimbangan pengembalian investasi, tidak praktis untuk menyelesaikan semua masalah kualitas tegangan rendah pada feeder distribusi 10 kV hanya dengan mengerahkan banyak substasi distribusi tegangan tinggi atau memperluas jaringan secara berlebihan. Regulator tegangan otomatis 10 kV yang diperkenalkan di bawah ini menawarkan solusi teknis yang layak untuk mengatasi kualitas tegangan buruk pada garis distribusi jarak jauh dengan radius pasokan yang diperpanjang.

2. Prinsip Kerja Regulator Tegangan

Regulator tegangan otomatis SVR (Step Voltage Regulator) terdiri dari rangkaian utama dan pengontrol pengaturan tegangan. Rangkaian utama terdiri dari autotransformator tiga fasa dan on-load tap changer (OLTC) tiga fasa, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1.

Sistem gulungan regulator mencakup gulungan paralel, gulungan seri, dan gulungan tegangan kontrol:

• Gulungan seri adalah koil multi-tap yang terhubung antara input dan output melalui kontak-kontak yang berbeda dari tap changer; ia secara langsung mengatur tegangan output.

• Gulungan paralel berfungsi sebagai gulungan umum dari autotransformator, menghasilkan medan magnet yang diperlukan untuk transfer energi.

• Gulungan tegangan kontrol, yang dililit di atas gulungan paralel, bertindak sebagai sekunder dari gulungan paralel untuk menyediakan daya operasi bagi pengontrol dan motor, serta memberikan sinyal tegangan untuk pengukuran output.

Prinsip kerjanya adalah sebagai berikut: Dengan menghubungkan tap-tap dari gulungan seri ke posisi-posisi yang berbeda dari on-load tap changer, rasio putaran antara gulungan input dan output diubah melalui perubahan posisi tap yang dikendalikan, sehingga mengatur tegangan output. Bergantung pada kebutuhan aplikasi, on-load tap changers biasanya dikonfigurasi dengan 7 atau 9 posisi tap, memungkinkan pengguna untuk memilih konfigurasi yang sesuai berdasarkan kebutuhan pengaturan tegangan yang sebenarnya.

Rasio putaran antara gulungan primer dan sekunder regulator konsisten dengan transformator konvensional, yaitu:

3.Contoh Aplikasi
3.1 Kondisi Garis Saat Ini

Suatu garis distribusi 10 kV memiliki panjang feeder utama 15,138 km, dibangun dengan dua jenis konduktor: LGJ-70 mm² dan LGJ-50 mm². Kapasitas total transformator distribusi sepanjang garis adalah 7.260 kVA. Selama periode beban puncak, tegangan pada sisi 220 V dari transformator distribusi di bagian tengah hingga akhir garis turun hingga 175 V.

Konduktor LGJ-70 memiliki resistansi 0,458 Ω/km dan reaktansi 0,363 Ω/km. Oleh karena itu, resistansi total dan reaktansi dari substasi ke Tiang #97 pada feeder utama adalah:
R = 0,458 × 6,437 = 2,95 Ω
X = 0,363 × 6,437 = 2,34 Ω

Berdasarkan kapasitas transformator distribusi dan faktor beban sepanjang garis, penurunan tegangan dari substasi ke Tiang #97 pada feeder utama dapat dihitung sebagai

Simbol-simbol yang digunakan didefinisikan sebagai berikut:

• Δu — penurunan tegangan sepanjang garis (satuan: kV)

• R — resistansi garis (satuan: Ω)

• X — reaktansi garis (satuan: Ω)

• r — resistansi per satuan panjang (satuan: Ω/km)

• x — reaktansi per satuan panjang (satuan: Ω/km)

• P — daya aktif pada garis (satuan: kW)

• Q — daya reaktif pada garis (satuan: kvar)

Oleh karena itu, tegangan di Tiang #97 pada feeder utama hanya:
10,4 kV − 0,77 kV = 9,63 kV.

Demikian pula, tegangan di Tiang #178 dapat dihitung sebesar 8,42 kV, dan tegangan di ujung garis adalah 8,39 kV.

3.2 Solusi yang Diusulkan

Untuk memastikan kualitas tegangan, metode pengaturan tegangan utama dalam jaringan distribusi tegangan menengah dan rendah termasuk:

• Membangun substation baru 35 kV untuk mempersingkat radius pasokan 10 kV.

• Mengganti konduktor dengan area penampang yang lebih besar untuk mengurangi beban garis.

• Memasang kompensasi reaktif berbasis garis—namun, metode ini kurang efektif untuk garis panjang dengan beban berat.

• Memasang pengatur tegangan otomatis feeder SVR, yang menawarkan otomatisasi tinggi, kinerja pengaturan tegangan yang luar biasa, dan penyebaran yang fleksibel.

Di bawah ini, tiga solusi alternatif untuk meningkatkan kualitas tegangan di ujung garis pada feeder 10 kV "Fakuai" dibandingkan.

3.2.1 Pembangunan Substation Baru 35 kV

Hasil yang diharapkan: Substation baru akan secara signifikan mempersingkat radius pasokan, meningkatkan tegangan di ujung garis, dan meningkatkan kualitas daya secara keseluruhan. Meskipun sangat efektif, solusi ini memerlukan investasi yang besar.

3.2.2 Peningkatan Feeder Utama 10 kV

Modifikasi parameter garis terutama melibatkan peningkatan penampang konduktor. Untuk daerah yang jarang penduduknya dengan garis konduktor kecil, kerugian resistif mendominasi total penurunan tegangan; oleh karena itu, mengurangi resistansi konduktor memberikan peningkatan tegangan yang signifikan. Dengan pembaruan ini, tegangan di ujung garis dapat ditingkatkan dari 8.39 kV menjadi 9.5 kV.

3.2.3 Pemasangan Pengatur Tegangan Otomatis Feeder SVR

Satu pengatur tegangan otomatis 10 kV dipasang untuk mengatasi masalah tegangan rendah di hilir tiang #161.
Hasil yang diharapkan: Tegangan di ujung garis dapat ditingkatkan dari 8.39 kV menjadi 10.3 kV.

Analisis perbandingan menunjukkan bahwa Opsi 3 adalah yang paling ekonomis dan praktis.

Sistem pengaturan tegangan otomatis feeder SVR menstabilkan tegangan keluaran dengan menyesuaikan rasio putaran transformator autotransformator tiga fase, menawarkan beberapa keuntungan utama:

• Pengaturan tegangan otomatis penuh, di bawah beban.

• Menggunakan transformator autotransformator tiga fase dengan sambungan bintang—ukuran kompak dan kapasitas tinggi (≤2000 kVA), cocok untuk pemasangan antar tiang.

• Rentang pengaturan tipikal: −10% hingga +20%, cukup untuk memenuhi persyaratan tegangan.

Berdasarkan perhitungan teoretis, disarankan untuk memasang satu pengatur tegangan otomatis SVR-5000/10-7 (0 hingga +20%) pada feeder utama. Setelah pemasangan, tegangan di tiang #141 dapat ditingkatkan menjadi:

U₁₆₁ = U × (10/8) = 10.5 kV

di mana:

• U₁₆₁ = tegangan di titik pemasangan pengatur setelah operasional

• 10/8 = rasio putaran maksimum pengatur dengan rentang penyesuaian 0 hingga +20%

Operasi lapangan telah mengkonfirmasi bahwa sistem SVR secara andal melacak variasi tegangan input dan mempertahankan tegangan output yang stabil, menunjukkan efektivitas yang terbukti dalam mitigasi tegangan rendah.

3.2.4 Analisis Manfaat

Dibandingkan dengan membangun substation baru atau mengganti konduktor, penyebaran pengatur tegangan SVR secara signifikan mengurangi pengeluaran modal. Tidak hanya meningkatkan tegangan garis untuk memenuhi standar nasional—memberikan manfaat sosial yang kuat—tetapi juga, di bawah kondisi beban konstan, mengurangi arus garis dengan meningkatkan tegangan, sehingga mengurangi kerugian garis dan mencapai penghematan energi. Ini meningkatkan efisiensi ekonomi perusahaan utilitas.

4. Kesimpulan

Untuk jaringan distribusi pedesaan di daerah dengan pertumbuhan beban masa depan yang terbatas—terutama yang tidak memiliki sumber daya listrik dekat, memiliki radius pasokan yang panjang, kerugian garis tinggi, beban berat, dan tidak ada rencana pembangunan substation 35 kV dalam waktu dekat—penggunaan pengatur tegangan otomatis feeder SVR menawarkan alternatif yang menarik. Ini memungkinkan penundaan atau penghapusan pembangunan substation 35 kV sambil secara efektif menyelesaikan kualitas tegangan rendah dan mengurangi kerugian energi. Mengingat biaya investasinya kurang dari sepuluh persen dari substation 35 kV baru, solusi SVR memberikan manfaat sosial dan ekonomi yang signifikan dan sangat direkomendasikan untuk adopsi luas di jaringan listrik pedesaan.