STUDI PENEMPATAN TRANSFORMATOR DISTRIBUSI BERDASARKAN JATUH TEGANGAN PADA PT. PLN (PERSERO) RAYON MEDAN KOTA
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar sarjana sains
ELFRIDA SIANIPAR
060801033
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PERSETUJUAN
Judul : STUDI PENEMPATAN TRANSFORMATOR DISTRIBUSI BERDASARKAN JATUH TEGANGAN PADA PT. PLN (PERSERO) RAYON MEDAN KOTA
Kategori : SKRIPSI
Nama : ELFRIDA SIANIPAR
Nomor Induk Mahasiswa : 060801033
Program Studi : SARJANA (S1) FISIKA Program Studi : FISIKA
Departemen : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Diluluskan di Medan, Juni 2011
Diketahui
Departemen Fisika FMIPA USU Pembimbing
Dr. MARHAPOSAN SITUMORANG Dr. BISMAN P, M.ENG,Sc
STUDI PENEMPATAN TRANSFORMATOR DISTRIBUSI BERDASARKAN JATUH TEGANGAN PADA PT. PLN (PERSERO) RAYON MEDAN KOTA
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dari ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juni 2011
PENGHARGAAN
Segala Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala berkat, kasih karunia dan penyertaanNya selama penulis melaksanakan studi hingga terselesaikannya skripsi ini sesuai dengan waktu yang telah ditetapkan.
Selama kuliah sampai penyelesain Skripsi ini, penulis mendapatkan banyak bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak, oleh karena itu dengan sepenuh hati, penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Dr. Bisman Perangin–angin M.Eng,Sc selaku Dosen Pembimbing pada penyelesaian skripsi ini yang telah meluangkan waktu untuk membimbing, mengarahkan dan memberikan kepercayaan kepada penulis dalam menyempurnakan skripsi ini.
2. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika, dan Ibu Drs. Justinon MS selaku Sekretaris Departemen Fisika, FMIPA USU, Kak Tini dan Kak Yuspa selaku staf Departemen Fisika yang telah membantu penulis dalam urusan administrasi.
3. Orang Tua tercinta, baik kepada ibunda yang telah dipanggil Bapa ke surga yaitu Ibunda saya N. Butar-butar (alm) maupun yang sedang bersama saya saat ini ayahanda AP Sianipar dan Ibunda L. Manurung yang telah menjadi sumber inspirasi dan kekuatan penulis dan yang selalu memberikan dorongan spritual, dukungan daya, dana, perhatian dan doa yang tak henti-hentinya selama penulis hidup.
4. Kakakku tercinta, Rini Sianipar, Nenti M Sianipar, Susanti Tiodora Sianipar, dan abang Tumpal Riado Sianipar, Orlando Sianipar, dan adik-adikku Benni Sianipar, Mega Sianipar, Veronica Sianipar, Daniel Sianipar, dan Amelia Priskila Sianipar yang begitu mengasihi penulis dan yang telah memberikan dukungan Doa, dana, dan perhatian dengan setulus hati, yang mengajari tentang arti ketekunan.
5. Teman Terdekat yang terkasih, Ramli Sitorus yang telah menjadi sahabat Doa, yang telah memberikan arahan, motivasi, semangat dan perhatian yang begitu besar selama perkuliahan dan pengerjaan skripsi.
6. Bapak Haji Selamat selaku Pengurus Bag.Distribusi PT. PLN (Persero) Cabang Medan yang mengizinkan saya untuk melakukan Riset di PT.PLN Rayon Kota Medan, Bapak Budi Aritonang selaku Pejabat Harian Sementara di PT. PLN (Persero) Rayon Kota Medan yang telah banyak memberikan masukan berupa analisa data dan data-data yang dibutuhkan selama pengerjaan skripsi berlangsung dan kepada Bapak Mushin selaku mentor pembimbing lapangan penulis di PT. PLN (Persero) Rayon Kota Medan yang telah banyak mengajari penulis tentang kesabaran dalam studi, dan mengarahkan serta membimbing penulis selama pengerjaan penelitian berlangsung.
7. Sahabat Segerakan GMKI FMIPA-USU, Doddi Tampubolon, Chandra Napitupulu, Espol siburian, Pengurus Komisariat GMKI Masa Bakti 2008-2009, PK GMKI FMIPA-USU Masa Bakti 2009-2010 dan teman-teman GMKI Komisariat FMIPA-USU yang telah memberikan masukan, arahan serta semangat kepada penulis selama keperiodean dalam melayani dan selama perkuliahan.
tahun 2009 - 2011 (Posma Silitonga, Chandra Napitupulu, Masro Damaiyanti Ambarita, Leothamrin Gultom, Deddi Sagala, Ita Pasaribu, Irma Girsang) yang saling mendukung didalam laboratorium, dan yang membantu penulis untuk menyelesaikan skripsi ini.
9. Sahabat terdekat Novriana Sianipar, Masro Damaiyanti Ambarita, Elisda Siboro, dan teman-teman Fisika stambuk 2006, Laosmaria Nababan, Rianto Nadapdap, , Kiki simamora, Erini afza dan teman-teman yang tidak bisa saya sebutkan namanya satu persatu, yang selalu memberikan masukan dan semangat kepada penulis selama perkuliahan, semoga persahabatan ini tidak sampai disini.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi penyempurnaan isi dan analisa yang disajikan. Akhir kata, semoga tulisan ini bermanfaat bagi Pembaca.
Medan, Juni 2011
ABSTRAK
Sistem distribusi adalah sistem tenaga listrik yang menyalurkan energi listrik dari pembangkit sampai ke konsumen dalam sekala tegangan menengah sampai dengan tegangan rendah. Dimana dalam penyaluran energi listrik diperlukan jarak yang cukup jauh dari GI (Gardu Induk) untuk sampai pada konsumen atau pelanggan, ditambah dengan dalam penyalurannya diperlukan arus yang cukup besar, sehingga terdapat regulasi tegangan yang cukup besar sepanjang saluran sampai menuju konsumen.
Pada kenyataannya terdapat transformator distribusi yang jaraknya cukup jauh dari GI (Gardu Induk) sehingga terjadi tegangan jatuh (drop voltage) yang sampai pada sisi primer transformator distribusi lebih dari yang diijinkan. Oleh sebab itu diperlukan penataan ulang dari segi panjang saluran sistem distribusi primer dengan mengatur penempatan transformator distribusi agar kinerja transformator menjadi lebih baik. Pada tugas akhir ini metode yang dipakai adalah dengan menganalisa dan menghitung persentase jatuh tegangan (drop voltage) pada suatu feeder yang disesuaikan dengan perhitungan jatuh tegangan yang diijinkan PLN.
PLACEMENT STUDY OF TRANSFORMER DISTRIBUTION BASED DROP VOLTAGE AT PT. PLN (PERSERO) KOTA MEDAN
ABSTRACT
DAFTAR ISI
Halaman
Persetujuan ii
Pernyataan iii
Penghargaan iv
Abstrak vi
2.1.1 Jenis Transformator 6
2.1.2 Rugi-rugi Transformator 8
2.1.3 Efisiensi Transformator Distribusi 10 2.2 Sistem Distribusi Tenaga Listrik 10
2.3 Sistem Distribusi Primer 14
2.3.1 Macam-macam Konfigurasi Distribusi Primer 15 2.3.1.1 Jaringan Distribusi Primer
Menurut Susunan Rangkaian 15 2.3.1.2 Jaringan Distribusi Primer
Menurut Bahan Konduktornya 19 2.3.1.3 Jaringan Distribusi Primer
Berdasarkan Susunan Peletakkannya 20 2.3.1.3.1 Korelasi Jatuh Tegangan dan Losses
Terhadap Standar Distribusi Primer 22 2. 4 Sistem Distribusi Sekunder 25 2.4.1 Pelayanan Dengan Transformator Sendiri 26 2.4.2 Penggunaan Satu Transformator
Untuk Sejumlah Pemakai 26
2.4.3 Jaringan Sekunder 27
2.7 Persamaan-persamaan yang digunakan untuk menganalisa kualitas kinerja transformator
2.7.2 Perhitungan Resistansi Dan Induktansi Keseluruhan
Dari Saluran Primer Menuju Transformator 33 2. 8 Rugi-Rugi Jaringan Distribusi 34
2.8.1 Rugi-Rugi Saluran 34
2.8.2 Rugi-Rugi Pada Penghantar Phasa 36 2.8.3 Rugi-rugi Akibat Beban Tak Seimbang 36 2.8.4 Rugi-Rugi Pada Sambungan Tidak Baik 37
2.9 Sifat Beban Listrik 38
2.9.1 Beban Resitif 38
2.9.2 Beban Induktif 38
2.9.3 Beban Kapasitif 39
Bab III Peninjauan Transformator Distribusi Pada Sistem Distribusi
3. 1 Peralatan dan Perlengkapan Pada Gardu Induk Denai 41
3.1.1 Transformtor Daya 42
3.1.2 Peralatan Pengaman 36
3.2 Data Hasil Ukur KVA Dan Dimensi Saluran Distribusi Primer yang Disalurkan Dari
Gardu Induk Denai Menuju PT.PLN Rayon Medan Kota 36 3.3 Rangkaian Pengukuran Tranformator Distribusi 44 Bab IV Analisa Penempatan Transformator Distribusi Berdasarkan
Jatuh Tegangan Pada Sisi 20 KV 45
4.1 Analisa Data Tegangan Jatuh Pada Sisi Primer Transformator
Pada Saat Beban Puncak 41
4.2 Data Tegangan Jatuh Pada Sisi Primer Transformator
Yang Lebih Dari 5% Sebelum Mengalami Perbaikan 48 4.3 Analisa Data Tegangan Jatuh Pada Sisi Primer Transformator
Setelah Mengalami Perbaikan 49
Bab V Penutup
5.1 Kesimpulan 54
5.2 Saran 55
Daftar Pustaka 56
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 3. 1
Konstanta Jaringan / SPLN 64 Tahun 1985
Yang digunakan pada Penyulang Denai 42 Tabel 3. 2 Data Saluran Penyulang Gardu Induk Denai 42 Tabel 3. 3 Data Hasil Ukur Transformator Distribusi
Pada Gardu Induk Denai 43
Tabel 4.1 Analisa Data Tegangan Jatuh Pada Saluran Distribusi Primer Dari Gardu Induk Denai Sampai Pada
Transformator Distribusi (Rayon Medan Kota)
Pada Saat Beban Puncak 47
Tabel 4. 2 Analisa Data Tegangan Jatuh Pada Sisi Primer
Transformator Yang Lebih Dari 5% Sebelum Mengalami Perbaikan 48
Tabel 4.3 Data Panjang Saluran Transformator
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1 Prinsip Kerja Transformator dengan Kumparan
Primer (N1) dan Kumparan Sekunder (N2) 6 Gambar 2.2 Blok Diagram Rugi-rugi Pada Transformator 8
Gambar 2.3 Sistem Tenaga Listrik 13
Gambar 2.4 Bagian-bagian Sistem Distribusi Primer 14 Gambar 2.5 Jaringan Distribusi Sistem Radial 15 Gambar 2.6 Jaringan Distribusi Sistem Loop 16 Gambar 2.7 Jaringan Distribusi Sitem Tertutup/Ring 17 Gambar 2.8 Jaringan Sistem Distribusi Spindle 17 Gambar 2.9 Jaringan Distribusi Sistem Cluster 18 Gambar 2.10 Bentuk Gelomang pada Sistem Tiga Phasa 20 Gambar 2.11 Sistem Y dan Sistem Delta 21 Gambar 2.12 Diagram Saluran Distribusi Tenaga Listrik 23
Gambar 2.13 Diagram Vektor 24
Gambar 2.14 Sambungan Pemakai Besar Dengan
Gardu Distribusi Tersendiri 26
Gambar 2.15 Penggunaan Satu Distribusi Untuk Sejumlah Pemakai 26 Gambar 2.16 Jaringan Sekunder Tegangan Rendah 27
Gambar 2.17 Faktor Daya Tertinggal 31
Gambar 2.18 Faktor Daya Mendahului 31
Gambar 2. 18 Sambungan Kabel 37
Gambar 2.20 Arus dan Tegangan Pada Beban Resistif 38 Gambar 2.21 Arus, Tegangan dan GGL Induksi-diri
Pada Beban Induktif 39
Gambar 2.22 Arus, Tegangan dan GGL Induksi-diri
ABSTRAK
Sistem distribusi adalah sistem tenaga listrik yang menyalurkan energi listrik dari pembangkit sampai ke konsumen dalam sekala tegangan menengah sampai dengan tegangan rendah. Dimana dalam penyaluran energi listrik diperlukan jarak yang cukup jauh dari GI (Gardu Induk) untuk sampai pada konsumen atau pelanggan, ditambah dengan dalam penyalurannya diperlukan arus yang cukup besar, sehingga terdapat regulasi tegangan yang cukup besar sepanjang saluran sampai menuju konsumen.
Pada kenyataannya terdapat transformator distribusi yang jaraknya cukup jauh dari GI (Gardu Induk) sehingga terjadi tegangan jatuh (drop voltage) yang sampai pada sisi primer transformator distribusi lebih dari yang diijinkan. Oleh sebab itu diperlukan penataan ulang dari segi panjang saluran sistem distribusi primer dengan mengatur penempatan transformator distribusi agar kinerja transformator menjadi lebih baik. Pada tugas akhir ini metode yang dipakai adalah dengan menganalisa dan menghitung persentase jatuh tegangan (drop voltage) pada suatu feeder yang disesuaikan dengan perhitungan jatuh tegangan yang diijinkan PLN.
PLACEMENT STUDY OF TRANSFORMER DISTRIBUTION BASED DROP VOLTAGE AT PT. PLN (PERSERO) KOTA MEDAN
ABSTRACT
BAB I
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Pusat-pusat pembangkit listrik berada jauh dari pusat beban, hal ini mengakibatkan kerugian yang cukup besar dalam penyaluran daya listrik. Kerugian tersebut disebabkan oleh saluran yang cukup panjang. Sehingga dalam penyaluran daya listrik melalui transmisi, subtransmisi, maupun distribusi akan mengalami tegangan jatuh sepanjang saluran yang dilalui.
Ditinjau dari segi panjang saluran distribusi dari gardu induk menuju transformator distribusi maupun dari transformator distribusi ke beban dapat juga menyebabkan tegangan jatuh yang cukup besar. Selain tegangan jatuh yang seakin besar menyebabkan juga kinerja transformator distribusi kurang maksimal. Dengan adanya kondisi tersebut diperlukan evaluasi dan perencanaan kembali yang memperhatikan kriteria-kriteria perencanaan seperti jatuh tegangan (drop voltage) yang diijinkan dan kelangsungan pelayanan listrik sehingga muncul optimasi pada jaringan yang dipakai.
Pada tugas akhir ini metode yang dipakai adalah dengan menganalisa dan menghitung nilai losses (rugi-rugi ) daya dan jatuh tegangan (drop voltage) pada suatu feeder. Lalu disesuaikan dengan perhitungan jatuh tegangan yang diijinkan PLN. Maka untuk mendapatkan tegangan jatuh yang cukup kecil dan sesuai dengan yang diijinkan PLN, diperlukan suatu jarak yang sesuai dalam penempatan transformator distribusi.
1.2 Tujuan Penelitian
Adapun Tujuan dari penulisan tugas akhir adalah :
1. Untuk mengetahui Presentase Tegangan Jatuh (Drop Voltage) pada sisi primer transformator pada saat beban puncak
1.3 Batasan Masalah
Agar tujuan penulisan tugas akhir ini sesuai dengan yang diharapkan serta terarah pada judul, maka penulis membatasi masalah yang akan dibahas sebgai berikut :
1. Menganalisa tegangan jatuh pada saluran sistem distribusi primer hanya dilihat panjang saluran distribusi primer dari gardu induk sampai pada transformator distribusi.
2. Membahas tegangan jatuh pada sisi primer transformator distribusi 3. Transformator yang digunakan adalah transformator tiga phasa
1.4 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yanga dapat diambil dari penelitian ini adalah : 1. Mengetahui penyebab terjadinya jatuh tegangan (drop voltage)
2. Mengetahui pengaruh panjang saluran transformator dengan tegangan jatuh pada saluran distribusi
3. Mengetahui cara untuk mengurangi tegangan jatuh pada saluran ditribusi primer.
1.5 Metode Penelitian 1. Studi Literatur
Membaca teori-teori yang berhubungan dengan judul tugas akhir dari buku-buku, refrensi, jurnal, artikel-artikel, dan lain-lain.
2. Studi Bimbingan
Diskusi dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh pihak Departemen Fisika FMIPA-USU mengenai tugas akhir ini.
3. Metode Pengukuran
Data diperoleh dengan melakukan pengukuran langsung pada transformator distribusi dan mencatat data-data lain yang diperlukan.
4. Metode Pengolahan Data
Data yang diperoleh dianalisis sehingga diperoleh Presentase Tegangan Jatuh (Drop Voltage) pada sisi primer transformator pada saat beban puncak dan
1.6 Sistematikan Penulisan BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini menguraikan tentang latar belakang, tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah, metode penelitian dan sistematika penulisan.
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini memberikan penjelasan mengenai gambaran sistem disribusi secara umum. Jenis – jenis saluran distribusi baik saluran primer maupun saluran sekunder. Serta losses yang terjadi pada saluran distribusi.
BAB III : PENINJAUAN TRANSFORMATOR DISTRIBUSI PADA SISTEM DISTRIBUSI
Bab ini menjelaskan data-data yang digunakan dalam penelitian, peralatan transformator, dan data transformator yang diukur dan pengukur pada transformator distribusi.
BAB IV : ANALISA PENEMPATAN TRANSFORMATOR DISTRIBUSI
BERDASARKAN JATUH TEGANGAN PADA SISI 20 KV.
Bab ini menjelaskan pengolahan data yaitu menentukan presentase tegangan jatuh pada sisi primer transformator pada saat beban puncak dan menentukan panjang saluran tegangan jatuh yang sebenarnya pada saluran distribusi dari Gardu Induk Denai sampai transformator distribusi yang menjadi kawasan PT.PLN Rayon Medan
BAB V : PENUTUP
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Transformator
Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah tegangan
arus bolak-balik dari satu tingk ketingkat at yang lain melalui gandengan magnet dan
berdasarkan prinsip induksi elektromagnet. Transformator digunakan secara luas, baik
dalam bidang tenaga listrik maupun elektronika. Penggunaannya dalam sistem tenaga
memungkinkan dipilihnya tegangan yang sesuai dan ekonomis untuk tiap-tiap keperluan,
misalnya untuk kebutuhan tegangan tinggi dalam pengiriman daya listrik jarak jauh.
Prinsip kerja transformator adalah berdasarkan Hukum Ampere dan Hukum Faraday,
yaitu Arus listrik dapat menimbulkan medan magnet dan sebaliknya medan magnet dapat
menimbulkan arus listrik. Transformator terdiri atas dua buah kumparan (primer dan
sekunder) yang bersifat induktif. Kedua kumparan ini terpisah secara elektris namun
berhubungan secara magnetis melalui jalur yang memiliki reluktansi (reluctance) rendah.
Apabila kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik maka fluks
bolak-balik akan muncul di dalam inti yang dilaminasi, karena kumparan tersebut
membentuk jaringan tertutup maka mengalirlah arus primer.
Akibat adanya fluks di kumparan primer maka di kumparan primer terjadi induksi (self
induction) dan terjadi pula induksi di kumparan sekunder karena pengaruh induksi dari
kumparan primer atau disebut sebagai induksi bersama (mutual induction) yang
menyebabkan timbulnya fluks magnet di kumparan sekunder, maka mengalirlah arus
sekunder jika rangkaian sekunder di bebani, sehingga energi listrik dapat ditransfer
Gambar 2.1 Pinsip Kerja Transformator dengan Kumparan - kumparan Primer (N1)dan
Kumparan Sekunder (N2).
dt d N
e=− Φ (Volt) (2.1)
Dimana :
e = gaya gerak listrik (Volt)
N = jumlah lilitan (turn)
dt dΦ
= perubahan fluks magnet (weber/sec)
Perlu diingat bahwa hanya tegangan listrik arus bolak-balik yang dapat ditransformasikan oleh transformator, sedangkan dalam bidang elektronika, transformator digunakan sebagai gandengan impedansi antara sumber dan beban untuk menghambat arus searah sambil tetap melakukan arus bolak-balik antara rangkaian. Tujuan utama menggunakan inti pada transformator adalah untuk mengurangi reluktansi (tahanan magnetis) dari rangkaian magnetis (common magnetic circuit).
2.1.1 Jenis Transformator
Berdasarkan pasangan lilitannya, trafo dibedakan atas: a. Trafo 1 belitan
Pada trafo 1 belitan, lilitan primer merupakan bagian dari lilitan sekundernya atau sebaliknya. Trafo belitan ini sering dikenal sebagai autotrafo. Trafo 2 belitan mempunyai dua belitan, yaitu sisi tegangan tinggi dan sisi tegangan rendah, dimana primer dan sekunder berdiri sendiri. Sedangkan trafo 3 belitan memiliki belitan primer, sekunder, dan tertier, masing-masing berdiri sendiri pada tegangan yang berbeda.
Berdasarkan fungsinya, trafo dibedakan atas 3, yaitu: a. Trafo Daya
b. Trafo Distribusi
c. Trafo Pengukuran, yang terdiri dari transformator arus dan transformator tegangan
Berdasarkan jumlah fasa, trafo dibedakan atas 2, yakni : a. Trafo 1 Fasa
b. Trafo 3 fasa
Berdasarkan kontruksinya, trafo dibedakan atas 2 jenis, yakni : a. Trafo tipe inti oleh satu kumparan.
b. Trafo tipe Cangkang
2.1.2 Rugi-rugi Transformator
Gambar 2.2 Blok Diagram Rugi-rugi Pada Transformator
Dalam untuk kerjanya, trafo memiliki rugi-rugi yang harus diperhatikan. Rugi-rugi tersebut adalah:
a. Rugi-rugi Tembaga (Pcu)
Rugi-rugi tembaga merupakan rugi-rugi yang diakibatkan oleh adanya tahanan resistif yang dimiliki oleh tembaga yang digunakan pada bagian lilitan trafo, baik pada bagian primer maupun sekunder.
R
Pcu =Ι2 (Watt) (2.2)
Formula ini merupakan perhitungan untuk pendekatan. Karena arus beban berubah–
ubah, rugi tembaga juga tidak konstan bergantung pada beban. Dan perlu diperhatikan pula
resistansi disini merupakan resistansi AC.
b. Eddy Current (Arus Eddy)
yang bersifat resistif. Arus eddy akan mendisipasikan energi ke dalam inti besi trafo yang kemudian akan menimbulkan panas.
maks B f k Pe e
2 2
= (Watt) (2.3)
Dimana:
Kh = konstanta
Bmaks = Fluks maksimum ( weber )
Jadi, rugi besi ( rugi inti ) adalah :
Pi = Ph + Pe (Watt) (2.4)
c. Rugi-rugi Hysteresis
Rugi-rugi hysteresis merupakan rugi-rugi yang berhubungan dengan pengaturan daerah magnetik pada bagian inti trafo. Dalam pengaturan daerah magnetik tersebut dibutuhkan energi. Akibatnya akan menimbulkan rugi-rugi terhadap daya yang melalui trafo. Rugi-rugi tersebut menimbulkan panas pada bagian inti trafo.
Ph = kh f Bmaks1.6 Watt (2.5)
Dimana : Kh = konstanta
Bmaks = Fluks maksimum (weber)
d. Fluks Bocor
2.1.3 Efisiensi Transformator Distribusi
Efisiensi transformator distribusi dinyatakan sebagai :
rugi
2.2 Sistem Distribusi Tenaga Listrik
Secara umum sistem tenaga listrik tersusun atas tiga subsistem pokok yaitu: 1. Subsistem pembangkit,
2. Subsistem transmisi, 3. Subsistem distribusi.
Dalam perencanaan sistem tenaga listrik, sistem pembangkit dan sistem transmisi saling berhubungan secara ekonomis dalam pemilihan lokasi, desain, dan hubungan skala ekonomi. Namun sistem distribusi berdiri sendiri. Penyaluran daya dalam sistem distribusi dapat melalui saluran udara atau saluran bawah tanah. Pemilihan saluran udara dan saluran bawah tanah tergantung pada beberapa faktor yang berlainan. Yaitu faktor kontinuitas pelayanan, arah perkembangan daerah, biaya pemeliharaan tahunan, biaya modal, segi estetis, dan umur manfaat sistem tersebut. Gabungan kedua saluran ini sering kali diperlukan.
Sistem Distribusi tenaga listrik merupakan bagian dari sistem tenaga listrik yang menghubungkan energi listrik dari gardu induk bertegangan menengah ke konsumen. Fungsi utama sistem distribusi adalah menyalurkan tenaga listrik dari sumber daya ke konsumen. Sumber daya tersebut dapat berupa :
a. Pusat pembangkit listrik yang langsung berhubungan dengan jaringan distribusi. b. Gardu induk, yaitu gardu yang disuplai melalui pembangkit listrik melalui
jaringan transmisi dan sub transmisi. Salah satu fungsi dari gardu induk adalah mensuplai tenga listrik kekonsumen yang terletak jauh dari pusat pembangkit tenaga listrik.
Baik buruknya suatu sistem distribusi dinilai dari beberapa faktor, yaitu : a. Regulasi tegangan (Jatuh Tegangan)
b. Kontinuitas pelayanan c. Efisiensi
d. Harga sistem
Suatu sistem distribusi harus memenuhi beberapa persyaratan sebagai berikut : a. Regulasi tegangan tidak terlalu besar
b. Gangguan terhadap pelayanana tidak boleh terlalu lama c. Biaya sistem tidak terlalu mahal
1. Sistem distribusi primer, yaitu sistem tenaga listrik dari gardu induk transmisi ke gardu induk subtransmisi. Jaringan ini merupakan tegangan menegah (TM) 2. Sistem distribusi sekunder, yaitu sistem tenaga listrik yang menyalurkan daya
listrik dari subtransmisi ke gardu induk distribusi. Jaringan ini merupakan tegangan rendah (TR)
Pada umumnya daya yang sampai ke titik-titik beban pada sistem distribusi primer lebih kecil dibandingkan daya yang dibangkitkan. Hal ini disebabkan karena adanya rugi-rugi daya sepanjang jaringan yang disebabkan oleh pemakaian beban oleh konsumen, panjang saluran yang dipakai, dan luas penghantar. Rugi-rugi daya ini akan berbeda pada setiap penyulang, tergantung dari besar pemakaian dan luas daerah pelayanan dari masing-masing penyulang. Dari rugi-rugi daya inilah yang akan mempengaruhi berapa nilai efisiensi penyaluran untuk menentukan berapa besar energi itu sampai kepada konsumen.
Setelah saluran transmisi mendekati pusat pemakaian tenaga listrik, yang dapat merupakan suatu daerah industri atau suatu kota. Tegangan melalui gardu induk (GI) diturunkan menjadi tegangan menengah (TM) 20kV. Setiap gardu induk (GI) sesungguhnya merupakan pusat beban untuk suatu daerah pelanggan tertentu, bebannya berubah-ubah sepanjang waktu sehingga daya yang di bangkitkan dalam pusat-pusat listrik harus selalu berubah. Perubahan daya yang dilakukan di pusat pembangkit ini bertujuan untuk mempertahankan tenaga listrik tetap pada frekuensi 50Hz. Proses perubahan ini dikoordinasikan dengan Pusat Pengaturan Beban (P3B).
Gambar 2.3 Skema Sistem Tenaga Listrik
Keterangan Gambar 2.3 : TR = Tegangan Rendah TM = Tegangan Menengah TT = Tegangan Tinggi TET = Tegangan Ekstra Tinggi GI = Gardu Induk
GD = Gardu Distribusi
2.3 Sistem Distribusi Primer
Bagian-bagian sistem distribusi primer terdiri dari :
1. Transformator daya, Berfungsi utnuk menurunkan tegangan dari tegangan tinggi ke tegangan menegah atau sebaliknya.
2. Pemutus tegangan, berfungsi sebagai pengaman yaitu pemutus daya 3. Penghantar, berfungsi sebagai penghubung daya
4. Gardu Hubung, berfungsi menyalurkan daya ke gardu-gardu distribusi tanpa mengubah tegangan
5. Gardu Distribusi, berfungsi untuk menurunkan tegangan menegah menjadi tegangan rendah.
Berikut adalah gambar bagian-bagian distribusi primer secara umum.
Gambar 2.4 Bagian-bagian Sistem Distribusi Primer
Keterangan :
2.3.1 Macam – macam Konfigurasi Distribusi Primer
Di dalam merencanakan sistem distribusi tenaga listrik sangat diperlukan adanya pedoman untuk menentapkan suatu kriteria bagi perencanaan Saluran Udara Tegangan Menegah (SUTM) dan tegangan rendah.
Jaringan tegangan menengah adalah jaringan tenaga listrik yang berfungsi untuk menghubungkan gardu induk sebagai suplai tenaga listrik dengan gardu-gardu distribusi maupun ke pelanggan yang memakai tegangan menengah seperti industri.
2.3.1.1Jaringan Distribusi Primer menurut Susunan Rangkaian
Susunan Rangakain Sistem jaringan distribusi ada beberapa macam, yaitu : a) Sistem Radial
b) Sistem Loop
c) Sistem Tertutup/Ring d) Sistem Spindel e) Sistem Cluster f) Sistem Grid/Network
Gambar 2.5 Jaringan Distribusi Sistem Radial
Sistem radial ini merupakan suatu sistem distribusi tegangan menengah yang paling sederhana, murah, banyak digunakan terutama untuk sistem yang kecil, kawasan pedesaan. Umumnya digunakan pada SUTM, proteksi yang digunakan tidak rumit dan keandalannya paling rendah.
Keuntungan / Kerugian : 1. Mudah mengoperasikannya 2. Mudah mencari tegangan
3. Cocok untuk sistem yang sederhana
4. Tidak dapat dimanipulasi bila terjadi gangguan.
B. Sistem Loop
Pada sistem lup terbuka, bagian-bagian fider tersambung melalui alat pemisah (disconnectors), dan kedua ujung fider tersambung pada sumber energi. Pada suatu
tempat tertentu pada fider, alat pemisah sengaja dibiarkan dalam keadaan terbuka. Pada asasnya, sistem ini terdiri atas dua fider yang dipisahkan oleh suatu pemisah, yang dapat berupa sekring, alat pemisah, saklar daya. Terlihat pada Gambar 2.6 bila terjadi gangguan, bagian saluran dari fider yang terganggu dapat dilepas dan menyambungnya pada fider yang tidak terganggu. Sistem demikian biasanya dioperasikan secara manual dan dipakai pada jaringan yang relatif kecil.
gangguan.
Gambar 2.6 Jaringan Distribusi Sistem Loop Keuntungan/Kerugian :
1. Secara teknis lebih baik dari sistem radial
2. Biaya sedikit lebih mahal karena harus dibangun dua feeder pada jalur yang sama 3. Bisa dimanipulasi bila terjadi gangguan
C. Sistem Tertutup/Ring
Gambar 2.7 Jaringan Distribusi Sitem Tertutup/Ring
Keuntungan/Kerugian :
1. Jumlah konsumen yang besar bisa dijangkau
2. Gangguan salah satu sisi penghantar harus sanggup menampung seluruh beban yang terpasang pada sistem, disini erat hubungannya dengan rugi tegangan.
3. Mudah operasi
Gambar 2.8 Jaringan Sistem Distribusi Spindle
Sistem Spindle merupakan sistem yang relatif handal karena disediakan satu buah express feeder yang merupakan feeder/penyulang tanpa beban dari gardu induk sampai gardu hubung / GH refleksi, banyak digunakan pada jaringan SKTM. Sistem ini relatif mahal karena biasanya dalam pembangunannya sekaligus untuk mengatasi perkembangan beban dimasa yang akan datang. Proteksinya relatif sederhana hampir sama dengan sistem open loop. Biasanya ditiap-tiap feeder dalam sistem spindel disediakan gardu tengah (middle point) yang berfungsi untuk titik manufer apabila terjadi gangguan pada jaringan tersebut.
E. Sistem Cluster
Gambar 2.9 Jaringan Distribusi Sistem Cluster
cluster tersebut. Proteksi yang diperlukan untuk sistem yang relatif sama dengan sistem open loop atau sistem spindle.
Dalam beberapa wilayah sistem jaringan distribusi tersebut juga dikontrol dari jarak jauh (remot control) oleh Unit Pengatur Distribusi (UPD).
Dengan membuat topologi jaringan yang baik akan didapat performance jaringan yang handal dan optimal dalam arti akan diperoleh kerugian energi jaringan yang lebih kecildan pelayanan kepelanggan yang lebih baik.
Dalam membuat dan menentukan topologi jaringan perlu dilakukan perhitungan-perhitungan analisa teknis pada jaringan yang meliputi :
1. Analisa airan daya 2. Analisa Hubung Singkat 3. Analisa Drop tegangan
4. Pengaturan beban agar optimal
Keuntungan / Kerugian :
1. Sistem opersai lebih mudah dibandingkan sistem spindle 2. Tidak diperlukan tempat swiching (GH) dalam satu tempat 3. Panjang jaringan bisa lebih pendek untuk kawasan yang sama 4. Swiching bisa dilakukan disepanjang express feeder.
2.3.1.2 Jaringan Distribusi Primer Menurut Bahan konduktornya
Jaringan distribusi SUTM 20 KV pada umumnya menggunakan jenis kawat yaitu saluran yang konduktornya tidak dilapisi isolasi sebagai pelindung luar (telanjang). Tipe demikian dipergunakan pada pasangan luar yang diharapkan terbebas dari sentuhan misalnya untuk jenis kabel yaitu saluran yang konduktornya dilindungi (dibungkus) lapisan isolasi.
aluminium karena konduktivitas dan kuat tariknya lebih tinggi. Tetapi kelemahannya ialah untuk besar tahanan yang sama, tembaga lebih berat dari aluminium, dan juga lebih mahal. Oleh karena itu kawat penghantar aluminium telah menggantikan kedudukan tembaga. Untuk memperbesar kuat tarik dari kawat aluminium digunakan campuran aluminium (aluminium alloy). Oleh karena itu ada beberapa macam jenis konduktor, yaitu :
a. AAC (All-Aluminium Conduktor)
Kawat penghantar yang seluruhnya terbuat dari aluminium b. AAAC (All-Aluminium-Alloy Conduktor)
Kawat penghantar yang terbuat dari campuran aluminium c. ACSR (All Conduktor, Stell-Reinforce)
Kawat penghantar aluminium berinti kawat baja d. ACAR (Aluminium Conduktor, Alloy- Reinforced)
Kawat penghantar aluminium yang diperkuat dengan logam campuran
2.3.1.3 Jaringan Distribusi Primer berdasarkan Susunan Peletakannya
Gambar 2.10 Bentuk Gelomang pada Sistem Tiga Phasa
Pada Gambar 2.10 nampak bahwa antara tegangan phasa satu dengan yang lainnya mempunyai perbedaan phasa sebesar 120o atau 2/3.
Pada umumnya phasa dengan sudut phasa 0o disebut dengan phasa R, phasa dengan sudut phasa 120o disebut phasa S dan phasa dengan sudut phasa 240o disebut dengan phasa T. Perbedaaan sudut phasa tersebut pada pembangkit dimulai dari adanya kumparan yang masing-masing tersebar secara terpisah dengan jarak 120o.
A. Konfigurasi Vertikal
Yaitu bila diantar tiga saluran fasa pada sistem tiga fasa (R,S,T)
saling membentuk garis vertikal (tegak lurus bidang tanah, sejajar dengan posisi tiangnya.
B. Konfigurasi Horizontal
Yaitu bila diantara tiga saluran fasanya saling membentuk garis
lurus horizontal, terbagi dalam dua macam yaitu : konfigurasi horizontal tanpa perisai pelindung dan konfigurasi horizontal dengan perisai pelindung.
C. Sistem Y dan Delta
titik pertemuan antara tiga garis pembentuk huruf. Sistem Y dapat digambarkan dengan skema pada Gambar 2.14.
Gambar 2.11 Sistem Y da Sistem Delta
Sistem hubungan atau sambungan Y, sering juga disebut sebagai hubungan bintang. Sedangkan pada sistem yang lain yang disebut sebagai sistem Delta, hanya menggunakan phasa R, S dan T untuk hubungan dari sumber ke beban terlihat pada Gambar 2.11. Tegangan efektif antar phasa umumnya adalah 380 V dan tegangan efektif phasa dengan netral adalah 220 V.
2.3.1.3.1 Korelasi Jatuh Tegangan dan Losses terhadap Standar Distribusi Primer
Panjang sebuah Jaringan Tegangan Menengah (JTM) dapat didesain dengan mempertimbangkan jatuh tegangan (Drop Voltage) dan susut teknis jaringan.
Jatuh tegangan adalah perbedaan tegangan antara tegangan kirim dan tegangan terima karena adanya impedansi pada penghantar. Maka pemilihan penghantar (penampang penghantar) untuk tegangan menengah harus diperhatikan. Berdasarkan SPLN 72:1987 sebuah jaringan Tegangan Menegah dengan kriteria Jatuh Tegangan yang diijinkan tidak boleh lebih dari 5% (ΔV ≥ 5%).
Jatuh tegangan pada sistem distribusi mencakup jatuh tegangan pada: 1. Penyulang Tegangan Menengah (TM)
3. Penyulang Jaringan Tegangan Rendah
4. Sambungan Rumah
5. Instalasi Rumah
Adapun penyebab Jatuh Tegangan (Drop Tegangan) adalah :
1. Jauhnya jaringan, jauhnya jarak transformator dari Gardu Induk
2. Rendahnya tegangan yang diberikan GI atau rendahnya tegangan transformator distribusi
3. Sambungan penghantar yang tidak baik, penjamparan disaluran distribusi tidak tepat sehingga bermasalah di sisi Tegangan Menegah dan Tegangan Rendah. 4. Jenis penghantar atau konektor yang digunakan
5. Arus yang dihasilkan terlalu besar.
Untuk mendapatkan nilai Drop tegangan dan susut yang dikehendaki perlu memasukkan parameter – parameter antara lain :
1. Ukuran (Luas Penampang) dan jenis Penghantar 2. Beban Nominal Penghantar
3. Panjang Jaringan
Perhitungan Jatuh Tegangan Pada Jaringan Distribusi Primer
Maka untuk saluran distribusi primer besar jatuh tegangan pada saluran distribusi primer adalah berdasarkan gambar dibawah ini:
Gambar 2.12 Diagram saluran distribusi tenaga listrik
Dengan :
VR = tegangan pada sisi penerima (Volt)
R = resistansi saluran (Ω)
X = reaktansi saluran (Ω)
Zsal = Impedansi saluran (Ω)
RL = resistansi beban (Ω)
XL = Reaktansi beban (Ω)
ZL = impedansi beban (Ω) I = arus beban (A)
∆V = susut tegangan (volt)
Impedansi masing-masing bagian :
Z = R + jX Ω/Km (2.11)
Dari rangkaian yang ditunjukkan dalam Gambar 2.13 diperoleh :
I = Vs /( Zsal + ZL ) atau Vs = I Zsal + I ZL (2.12)
VR = I ZL adalah susut tegangan sepanjang ZL atau tegangan beban, dan I Zsal adalah susut tegangan sepanjang Zsal atau ∆V.
Penurunan persamaan jatuh tegangan dapat ditentukan dari gambar diagram fasor transmisi daya pada gambar 2.15:
Pada Gambar 2.17 dapat diperhatikan bahwa persamaan tegangan yang mendasari diagram vector tersebut adalah :
Vs = VR + I R cosϕ + I X sinϕ (2.13) Karena faktor (I R cosϕ + I X sinϕ) pada Gambar 2.14 sama dengan IZ, maka persamaan menjadi :
Vs = VR + IZ atau Vs - VR = IZ
Maka untuk saluran distribusi primer perhitungan besar jatuh tegangan pada saluran distribusi primer untuk sistem tiga fasa adalah:
(2.15)
Besar persentase drop voltage pada saluran distribusi primer dapat dihitung dengan :
%
Dari persamaan terlihat, nilai jatuh tegangan ditentukan oleh beberapa faktor, yaitu daya aktif (P), resistansi dan reaktansi saluran (R dan X) serta daya reaktif (Q).
(
) (
)
{
cosϕ sinϕ}
3 R X
V = ×Ι× +
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.
2.4 Sistem Distribusi Sekunder
Distribusi sekunder mempergunakan tegangan rendah. Sebagaimana halnya dengan distribusi primer, terdapat pula pertimbangan-pertimbangan perihal kehandalan pelayanan dan regulasi tegangan. Sistem sekunder dapat terdiri atas empat jenis umum :
1. Pelayanan Dengan Transformator Tersendiri
2. Penggunaan Satu Transformator Untuk Sejumlah Pemakai 3. Bangking Sekunder
4. Jaringan Sekunder
2.4.1 Pelayanan dengan Tranformator Sendiri
Pelayanan dengan transformator tersendiri dilakukan untuk pemakai yang agak besar atau bila para pemakai terletak agak berjauhan terutama di daerah luar kota, sehingga saluran tegangan rendahnya akan menjadi terlampau panjang.
Gambar 2.10 Sambungan Pemakai Besar Dengan Gardu Distribusi Tersendiri Keterangan :
2.4.2 Penggunaan Satu Transformator Untuk Sejumlah Pemakai
Yang mungkin terbanyak dipakai adalah sistem yang mempergunakan satu transformator dengan saluran tegangan rendah yang melayani sejumlah pemakai. Sistem ini memperhatikan beban dan keperluan pemakai yang berbeda-beda sifatnya.
Gambar 2.14 Penggunaan Satu Distribusi untuk Sejumlah Pemakai
2.4.3 Jaringan Sekunder
Gambar 2.15 Jaringan Sekunder Tegangan Rendah
Keterangan :
GD = Gardu Distribusi PO = Proteksi Otomatik TM = Tegangan Menengah
TR = Jaringan Sekunder Tegangan Rendah
Sistem jaringan sekunder yang baik pada saat ini memberikan taraf keandalan pada jaringan tegangan rendah di daerah dengan kepadatan beban yang tinggi, sehingga biayanya yang tinggi dapat dipertanggungjawabkan dan tingkat keandalan ini dipandang diperlukan. Pada keadaan tertentu dapat terjadi bahwa satu pelanggan tunggal mendapat penyediaan tenaga listrik dengan jenis sistem ini yang dikenal dengan nama jaringan spot (spot networks).
proteksi otomatik gagal, sekring akan bekerja dan melepaskan transformator dari jaringan sekunder.
Jumlah pengisi primer pada sisi tegangan menengah adalah penting. Bila misalnya ada hanya dua fider, dapat terjadi bahwa satu fider terganggu, maka akan perlu adanya kapasitas cadangan transformator yang cukup agar sistem yang masih bekerja tidak mengalami kelebihan beban. Jenis jaringan ini sering dinamakan jaringan kesiapan pertama (single-contingency network).
Jaringan sekunder tegangan rendah mendapat pengisian terbanyak dari tiga atau lebih fider, sehingga bilamana salah satu fider primer terganggu, sisa jaringan sekunder akan dapat dengan mudah menampung beban dari fider yang terganggu itu. Sistem demikian dinamakan jaringan kedua (second-contingency network). Jaringan sekunder tegangan rendah harus didesain sedemikian rupa hingga terdapat pembagian beban dan pengaturan tegangan (voltage regulation) yang baik pada semua transformator, juga dalam keadaan salah satu pengisi tegangan menengah terganggu.
2.5 Daya Listrik
Ada beberapa jenis daya listrik yang dibahas pada bab ini, yaitu :
2.5.1 Daya Semu
Untuk 1 phasa yaitu :
2.5.2 Daya aktif
Daya aktif (daya nyata) adalah daya yang dipakai untuk menggerakkan berbagai macam seperti : gerakan motor listrik atau mekanik, daya aktif ini merupakan pembentukkan dari besar tegangan yang kemudian dikalikan dengan besaran arus dan faktor dayanya. Untuk 1 phasa :
2.5.3 Daya reaktif
ϕ
2.5.1 Faktor Daya
Faktor daya adalah perbandingan antara daya nyata dalam satuan watt dan daya reaktif dalam satuan VoltAmpere Reaktif (VAR) dari daya yang disalurkan oleh pusat-pusat pembangkit ke beban. Nilai faktor daya inimempengaruhi jumlah arus yang mengalir pada saluran untuk suatu beban yang sama.
Faktor daya salah satunya disebabkan oleh penggunaan peralatan pada pelanggan yang menyimpang dari syarat-syarat penyambungan yang telah di tetapkan, dapat mengakibatkan pengaruh balik terhadap saluran, antara lain faktor daya yang rendah dan ketidakseimbangan beban. Rendahnya faktor daya disebabkan karena melebarnya sudut fasa antara arus dan tegangan. Faktor daya yang terlalu rendah mengakibatkan rugi yang sangat besar pada saluran. Pergeseran sudut fasa antara arus dan tegangan di tentukan oleh sifat impedansi beban (resistif, induktif, kapasitif) yang dihubungkan dengan sumber arus bolakbalik tersebut. Apabila beban mempunyai impedansi yang bersifat resistif, maka arus dan tegangan sefasa atau besarnya pergeseran sudut fasa sama dengan nol. Dengan demikian faktor daya sama dengan satu (unity power factor).
dinamakan faktor daya mendahului (leading power factor), seperti ditunjukkan dalam Gambar 2.17
Gambar 2.16 Faktor daya tertinggal
Rumus Faktor Daya Tertinggal yaitu :
ϕ
Gambar 2.17 Faktor daya mendahului
ϕ
2.6 Transformator Distribusi
Transformator distribusi merupakan salah satu alat yang memegan peranan penting /menyalurkan arus atau energi listrik dengan tegangan distribusi supaya jumlah energi yang tercecer dan hilang sia-sia diperjalanan tidak terlalu banyak.
Transformator distribusi dapat berfasa tunggal atau phasa tiga dan ukurannya berkisar dari kira-kira 5 kVA. Impedansi transformator distribusi ini pada umumnya sangat rendah, berkkisar dari 2% untuk unit-unit yang kurang dari dari 50kVA sampai dengan 4% untuk unit-unit yang lebih besar dari 100 KVA.
2.7 Persamaan-persamaan yang digunakan untuk menganalisa kualitas kinerja transformator distribusi dalam melayani beban adalah sebagai berikut :
2.7.1 Perhitungan Arus Beban Penuh Transformator Distribusi
Telah diketahui bahwa daya transformator distribusi bila ditinjau dari sisi tegangan tinggi ( sisi primer) maka dapat dirumuskan sebagai berikut :
I V
S =3× × (2.25)
Dengan :
S = daya transformator (Kva)
V = Tegangan sisi primer transfomator (V) I = Arus jala-jala (A)
Dengan demikian, untuk menghitung arus beban penuh (full load) dapat menggunakan rumus :
IFL = arus beban penuh transformator (A) Sin = Daya transformator saat beban (kVA)
VLL = Tegangan sisi primer transformator / Tegangan jala-jala (V)
a) Tahanan Total saluran distribusi primer dari gardu induk sampai pada sisi primer transformator adalah:
I V R
R LL
saluran = × (2.27)
Dengan :
R = Resistansi penghantar (Ω)
VLL = Tegangan sisi primer/ tegangan jala-jala(V) I = Arus pada penghantar (A)
b) Induktansi total saluran distribusi primer dari gardu induk sampai pada sisi primer transformator adalah:
I V X
X LL
saluran = × (2.28)
Dengan :
X = Reaktansi penghantar (Ω)
V = Tegangan sisi primer/ tegangan jala-jala(V)
Dimana :
∆S = Rugi daya Semu (VA)
∆P = Rugi daya Aktif (Watt)
∆Q = Rugi daya Reaktif (VAR) V = Tegangan Trafo (V) I = Arus pada Penghantar (I)
2.7 Rugi-rugi Pada Jaringan Distribusi
besar terhadap kualitas daya serta tegangan yang dikirimkan ke sisi pelanggan. Nilai tegangan yang melebihi batas toleransi akan dapat menyebabkan tidak optimalnya kerja dari peralatan listrik di sisi konsumen. Selain itu rugi-rugi daya yang besar akan menimbulkan kerugian finansial di sisi perusahaan pengelola listrik.
Yang dimaksud losses adalah perbedaan antara energi listrik yang disalurkan (Ps) dengan energi listrik yang terpakai (Pp).
%
Berikut adalah penjelasan mengenai rugi-rugi yang terjadi pada jaringan distribusi.
2.8.1 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 sebagai berikut:
R
Losses=3×Ι2 (2.33)
Dimana,
Losses = 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 jaringan distribusi. Nilai resistansi dari suatu penghantar dipengaruhi oleh beberapa parameter. Berikut adalah persamaan resistansi
penghantar:
A l
Dimana,
R = resistansi saluran (ohm)
r = resistivitas bahan penghantar (ohm-meter) l = panjang penghantar (meter)
A = luas penampang (m2)
Dari rumus di atas terlihat terdapat tiga parameter yang mempengaruhi nilai resistansi suatu penghantar, yaitu panjang penghantar, bahan penghantar dan luas permukaan penghantar.
Panjang dari suatu penghantar tergantung dari jarak distribusi ke pelanggan. Sehingga nilai tersebut tidak dapat diubah secara bebas. Sedangkan resistivitas bahan tergantung dari bahan penghantar yang digunakan. Parameter ini dapat diubah-ubah tergantung dari pemilihan bahan penghantar yang digunakan. Selain itu parameter yang dapat diubah-ubah secara bebas adalah luas penampang dari penghantar. Dimana semakin besar penampang dari suatu penghantar akan mengurangi nilai resistansi saluran.
Akan tetapi dalam pengubahan luas penampang penghantar harus memperhatikan faktor efisiensinya. Dengan demikian untuk mengurangi resistansi saluran pada jaringan distribusi, kita dapat mengganti jenis bahan penghantar yang digunakan dengan bahan yang nilai resistivitasnya rendah serta memperbesar luas permukaan penghantar.
2.8.2 Rugi Pada Penghantar Phasa
(
R X)
LSedangkan jika beban terdistribusi merata di sepanjang saluran, maka rugi-rugi energi yang timbul adalah :
(
R X)
LI : Arus yang mengalir pada penghantar (Ampere) R : Tahanan pada penghantar (Ohm / km)
X : Reaktansi pada penghantar (Ohm / km) L : Panjang penghantar (Kms)
2.8.3 Rugi-Rugi Akibat Beban Tak Seimbang
Akibat pembebanan di tiap phasa yang tidak seimbang, maka akan mengalir arus pada hantaran netral. Jika di hantaran pentanahan netral terdapat nilai tahanan dan dialiri arus, maka kawat netral akan bertegangan yang menyebabkan tegangan pada trafo tidak seimbang.
Arus yang mengalir di sepanjang kawat netral, akan menyebabkan rugi daya di sepanjang kawat netral sebesar:
N
P = losses yang timbul pada konektor (watt)
RN = tahanan pada kawat netral (ohm)
2.8.4 Rugi-rugi Pada Sambungan Tidak Baik
Losses ini terjadi karena di sepanjang jaringan tegangan rendah terdapat beberapa
sambungan, antara lain :
1. Sambungan saluran jaringan tegangan rendah dengan kabel NYFGBY.
2. Percabangan saluran jaringan tegangan rendah.
3. Percabangan untuk sambungan pelayanan.
Gambar 2.18 Sambungan Kabel
Besarnya rugi-rugi daya Aktif pada sambungan untuk tiga fasa dalam sisi primer dirumuskan :
R P= ×Ι ×
∆ 2
3 (2.40)
Dimana :
P = losses yang timbul pada konektor (watt)
I = Arus yang mengalir melalui konektor (ampere) R = Tahanan konektor (ohm)
2.9 Sifat Beban Listrik
Dalam suatu rangkaian listrik selalu dijumpai suatu sumber dan beban. Bila sumber listrik DC, maka sifat beban hanya bersifat resistif murni, karena frekuensi sumber DC adalah nol.
Reaktansi induktif (XL) akan menjadi nol yang berarti bahwa induktor tersebut akan short circuit. Reaktansi kapasitif (XC) akan menjadi tak berhingga yang berarti bahwa
kapasitif tersebut akan open circuit. Jadi sumber DC akan mengakibatkan beban beban induktif dan beban kapasitif tidak akan berpengaruh pada rangkaian. Bila sumber listrik AC maka beban dibedakan menjadi 3 sebagai berikut :
2.9.1 Beban Resistif
Beban resistif yang merupakan suatu resistor murni, contoh : lampu pijar, pemanas. Beban ini hanya menyerap daya aktif dan tidak menyerap daya reaktif sama sekali. Tegangan dan arus se-fasa. Secara matematis dinyatakan : R = V / I
Gambar 2.19 Arus dan tegangan pada beban resistif
2.9.2 Beban Induktif
Beban induktif adalah beban yang mengandung kumparan kawat yang dililitkan pada sebuah inti biasanya inti besi, contoh : motor – motor listrik, induktor dan transformator. Beban ini mempunyai faktor daya antara 0 – 1 “lagging”. Beban ini menyerap daya aktif (kW) dan daya reaktif (kVAR). Tegangan mendahului arus sebesar φo
Gambar 2.20 Arus, tegangan dan GGL induksi-diri pada beban induktif
Untuk Sistem Tiga Phasa pada sistem distribusi primer, beban ini menyebabkan rugi daya aktif yang termanfaatkan yang mengalir dari sumber arus ke sisi beban.
Adapun Rumus Rugi daya beban Aktif adalah sebagai berikut :
total phasaR P=3Ι 2
∆ (2.41)
2.9.3 Beban Kapasitif
Beban kapasitif adalah beban yang mengandung suatu rangakaian kapasitor. Beban ini mempunyai faktor daya antara 0 – 1 “leading”. Beban ini menyerap daya aktif (kW) dan mengeluarkan daya reaktif (kVAR). Arus mendahului tegangan sebesar φo
Gambar 2.21 Arus, tegangan dan GGL induksi-diri pada beban kapasitif
Untuk Sistem Tiga Phasa pada sistem distribusi primer, beban ini menyebabkan rugi daya Induktif - kapasitif yang tidak begitu terbeban.manfaatkan dari sumber ke sisi beban.
Adapun Rumus Rugi daya Beban Kapasitif adalah sebagai berikut :
2
3 phasaXtotal Q= Ι
∆ (2.42)
Dimana :
Iphasa : Arus yang mengalir pada phasa (A) R : Resistansi (Ohm)
BAB III
PENINJAUAN TRANSFORMATOR DISTRIBUSI PADA SISTEM DISTRIBUSI
Gardu Induk Denai adalah gardu induk penurun tegangan, dimana tegangan 70 KV diturunkan menjadi tegangan menengah 20 KV dan 12 KV dengan menggunakan trafo penurunan tegangan (step down). Setelah tegangan diturunkan kemudian disalurkan ke gardu hubung dan gardu distribusi dan selanjutnya ke jaringan tegangan rendah dan rumah konsumen.
3.1 Peralatan dan Perlengkapan Pada Gardu Induk Denai
Pada umumnya perlengkapan yang terdapat pada GI Denai adalah sebagai berikut : 1. Transformator Tegangan
Pada Gardu Induk Denai Rayon Medan Kota menggunakan transformator penurun tegangan ( step down ), dimana tegangan diturunkan dari 150 KV menjadi 20 KV. Khusus di daerah kota Medan tegangan ini merupakan tegangan menengah. Kapasitas transformator daya dari Gardu Induk Denai Rayon Medan Kota yaitu :
Trafo Daya 150 KV / 20 KV
• Kapasitas Trafo : 15 MVA • Frekuensi : 50 Hz • Tegangan Primer : 20 KV • Tegangan Sekunder : 400 V • Tahun Pembuatan : 1991
2. Peralatan Pengaman
3.1.2 Peralatan Pengaman
Merupakan proteksi yang berfungsi sebagai pengaman, bila terjadi gangguan hubung singkat atau arus lebih maka alat pengaman tersebut bekerja atau berfungsi. Dengan adanya sistem pengaman yang baik diharapkan dapat memberikan pelayanan dengan kehandalan yang tinggi kepada konsumen terutama pihak PLN itu sendiri. Adapun peralatan pengaman yang digunakan di Gardu Induk Denai yaitu :
3.2 DATA HASIL UKUR KVA DAN DIMENSI SALURAN DISTRIBUSI
PRIMER YANG DISALURKAN DARI GARDU INDUK DENAI MENUJU PT. PLN
RAYON MEDAN KOTA
Untuk mengetahui besar tegangan jatuh sepanjang saluran distribusi primer, maka
diperlukan data-data mengenai saluran distribusi primer dan transformator yang terpasang
dan daya nya disalurkan dari Gardu Induk Denai.
Tabel 3.1 Konstanta Jaringan / SPLN 64 Tahun 1985 Yang digunakan pada Penyulang Denai
Jenis Bahan Penghantar Luas Penampang (mm2) Impedansi (Z) Ohm/Kms Arus(A)
AAAC 35 0,6452 + j0,3678 210
AAAC 70 0,4608 + j0,3572 155
AAAC 150 0,2162 + j0,3305 425
AAAC 240 0,1344 + j0,3158 585
Tabel 3.2 Data Saluran Penyulang Gardu Induk Denai
No. Kode Nama Penyulang Panjang Total Jaringan SUTM (Kms)
1 DA.1 BELUT 25,45
2 DA.2 PANDA 18,05
Tabel 3.3 Data Hasil Ukur Transformator Distribusi Pada Gardu Induk Denai
No. No.
3.3 Rangkaian Pengukuran Tranformator Distribusi
Rangkaian Pengukuran Pembebanan transformator distribusi dengan menggunakan Power Quality Analyzer. Yang diperlihatkan dari gambar dibwah ini.
Gambar 3.1 Rangkaian Pengukuran Trafo dengan Menggunakan Fluke 435
BAB IV
ANALISA PENEMPATAN TRANSFORMATOR DISTRIBUSI BERDASARKAN JATUH TEGANGAN PADA SISI 20 KV
4.1 Analisa Data Tegangan Jatuh Pada Sisi Primer Transformator Pada Saat Beban Puncak.
Untuk Data Trafo Distribusi MK 520 / Jl. Mandala By Pass
Besar arus beban penuh pada sisi primer pada masing-masing transformator dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.26) :
LL
Tahanan Total saluran distribusi primer dari gardu induk sampai pada sisi primer transformator dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.27) adalah:
I
Perhitungan tegangan jatuh pada saluran distribusi primer dari gardu induk sampai pada sisi primer transformator dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.15) adalah :
(
cosϕ sinϕ)
menggunakan persamaan (2.41) adalah :total
Perhitungan besar Rugi-rugi Daya Reaktif – Kapasitif adalah dihitung dengan menggunakan persamaan (2.42) adalah :
2
3 phasaXtotal Q= Ι
Persentase tegangan jatuh pada saluran distribusi dari gardu induk sampai ke sisi primer transformator dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.16) adalah :
Maka peresentase jatuh tegangan pada Trafo Distribusi MK 520 / Jl. Mandala By Pass adalah sebesar 0,79% .
Tabel 4.1 Analisa Data Tegangan Jatuh Pada Saluran Distribusi Primer
Dari Gardu Induk Denai Sampai Pada Transformator Distribusi (Rayon Medan Kota) Pada Saat Beban Puncak
Dari hasil analisa data diperoleh 5 (lima) transformator distribusi yang besar persentase tegangan jatuh pada sisi primernya lebih 5%. Dimana menurut SPLN 72 : 1987 penurunan tegangan maksimum pada beban penuh, yang dibolehkan dibeberapa titik jaringan distribusi adalah :
a. SUTM = 5% dari tegangan kerja bagi sistem radial
b. SKTM = 2% dari tegangan kerja pada sistem spindel dan gugus c. Trafo Distribusi = 3% dari tegangan kerja
d. Saluran tegangan rendah = 4% dari tegangan kerja tergantung kepadatan beban
e. Sambungan Rumah = 1% dari tegangan nominal
4.2Analisa Data Tegangan Jatuh Pada Sisi Primer Transformator Yang Lebih Dari 5% Sebelum Mengalami Perbaikan
Tabel 4.2 Data Transformator Tegangan Jatuh Pada Sisi Primer Sebelum Mengalami Perbaikan ( > 5% )
No No.Gardu Alamat/Lokasi Panjang Saluran IFL ∆Vtotal ∆P ∆Q
(KMS) (A) (Volt) (Watt) (VAR)
1 MK 290 JL. SERDANG 10,35 49,63 1386,64 15410 42073,00
2 MK 272 JL. SERDANG 10,45 65,08 1792,40 20207 1975,20
3 MK 282 JL. PERINTIS
KEMERDEKAAN
12,40 49,08 1405,23 15239 41067,00
4 MK 247 JL. TANAH PUTIH 9,80 10,83 1325,44 122610,43 39868,48
4.3 Analisa Data Penempatan Tranformator Berdasarkan Tegangan Jatuh Pada Sisi Primer Transformator Setelah Mengalami Perbaikan
Dari Tabel 4.2 kita dapat memperbaiki tegangan jatuh pada sisi primer transformator distribusi dengan penempatan ulang lokasi transformator distribusi tersebut. Maka pada Tugas Akhir ini sibahas satu persatu dari transformator tersebut.
1. Gardu MK 290 / JL. SERDANG
Maka selisih tegangan jatuh yang harus dikurangi adalah :
diijinkan
Maka Besar Perubahan Jarak transformator yang diinginkan adalah :
total
Maka Jarak Transformator setelah mengalami perbaikan jarak adalah :
L L L2 = 1−∆ =10,35−0,28 L2 = 10,07 Kms
2. Gardu MK 272 / JL. SERDANG
Maka selisih tegangan jatuh yang harus dikurangi adalah :
diijinkan
Maka Besar Perubahan Jarak transformator yang diinginkan adalah :
total
Maka Jarak Transformator setelah mengalami perbaikan jarak adalah :
L L L2 = 1−∆
=10,45−0,44=10,01 Kms
Seharusnya penempatan transformator distribusi berdasarkan jatuh tegangan dari hasil perhitungan adalah terletak pada jarak 10,01 Kms tegak lurus bidang tanah dan sejajar dengan posisi tiangnya.
3. Gardu MK 282 / JL. PERINTIS KEMERDEKAAN
Maka selisih tegangan jatuh yang harus dikurangi adalah :
Maka Besar Perubahan Jarak transformator yang diinginkan adalah :
total
Maka Jarak Transformator setelah mengalami perbaikan jarak adalah :
L L L2 = 1−∆
=12,40−0,29=12,11 Kms
Seharusnya penempatan transformator distribusi berdasarkan jatuh tegangan dari hasil perhitungan adalah terletak pada jarak 12,11 Kms tegak lurus bidang tanah dan sejajar dengan posisi tiangnya.
4. Gardu MK 247 / JL. TANAH PUTIH
Maka selisih tegangan jatuh yang harus dikurangi adalah :
diijinkan
Maka Besar Perubahan Jarak transformator yang diinginkan adalah :
44
Maka Jarak Transformator setelah mengalami perbaikan jarak adalah :
L L L2 = 1−∆
=9,80−0,25=9,55 Kms
Seharusnya penempatan transformator distribusi berdasarkan jatuh tegangan dari hasil perhitungan adalah terletak pada jarak 9,55 Kms tegak lurus bidang dan tanah sejajar dengan posisi tiangnya.
5. Gardu MK 262 / PDAM TIRTANADI
Maka selisih tegangan jatuh yang harus dikurangi adalah :
diijinkan
Maka Besar Perubahan Jarak transformator yang diinginkan adalah :
total
Maka Jarak Transformator setelah mengalami perbaikan jarak adalah :
L L L2 = 1−∆
Seharusnya penempatan transformator distribusi berdasarkan jatuh tegangan dari hasil perhitungan adalah terletak pada jarak 9,46 Kms dari tegak lurus bidang tanah dan sejajar dengan posisi tiangnya.
Tabel 4.3 Data Panjang Saluran Transformator Distribusi pada Sisi Primer Setelah Mengalami Perbaikan No No.Gardu Alamat/Lokasi Panjang
Saluran (KMS)
IFL (A)
%∆V (%)
Panjang Saluran (L2)
(KMS)
1 MK 290 JL. SERDANG 10,35 49,63 6,93 10,07
2 MK 272 JL. SERDANG 10,45 65,08 8,96 10,01
3 MK 282 JL. PERINTIS KEMERDEKAAN
12,40 49,08 7,02 12,11
BAB V
PENUTUP
5.1 KESIMPULAN
Berdasarkan hasil analisa data-data yang ada, maka dapat ditarik beberapa kesimpulan, yaitu :
1. Berdasarkan hasil perhitungan diperoleh bahwa semakin panjang saluran transformator distribusi Primer dari GI sampai pada penempatan transformator maka semakin besar pula persentase tegangan yang dihasilkan.
2. Dari hasil perhitungan Pada Gardu Induk Denai terdapat transformator distribusi yang besar persentase tegangan jatuh pada sisi saluran distribusi primernya lebih dari 5 %. Yaitu Gardu MK 247 sebesar 6,63%, Gardu MK 290 sebesar 6,93%, Gardu MK 282 sebesar 7,02%, Gardu MK 262 sebesar 8,93%, dan Gardu MK 272 sebesar 8,96%.
5.2 SARAN
Setelah melakukan penelitian, diperoleh beberapa hal yang dapat dijadikan saran untuk dilakukan penelitian lebih lanjut, yaitu :
1. Memperhatikan sambungan penghantar yang digunakan pada saluran distribusi primer
DAFTAR PUSTAKA
Arismunandar, A. ”Teknik Tenaga Listrik”. Cetakan Ketujuh, Jilid III, PT. Pramadnya Paramita : Jakarta, 1993.
Berahim, Hamzah, ”Pengantar Tekhnik Tenaga Listrik”, Edisi Pertama, Andi Offset: Yogyakarta, 1991.
Diklat Profesi Distribusi, ”Kriteria Perencanaan Jaringan Distribusi”, PT.PLN Pusat Pendidikan dan Pelatihan : Jakarta Selatan, 2009.
Edminister, Joseph. ”Rangkaian Listrik”, Edisi Keempat. Erlangga : Jakarta, 2004.
Erlayas, Bastanna, ” Analisis Perhitungan Jatuh Tegangan”, Medan, 2009.
Hutauruk, T.S. ”Distribusi dan Utilasi Tenaga Listrik,. penerbit Universitas Indonesia(UI-Press) : Jakarta, 2000.
J, Duncan Glover, ”Power System Analysis and Design”, Fourth Edition, Thomson Learning:Australia, 2008.
Kadir, Abdul, ”Transformator”, Elex Media Computindo : Jakarta, 1989.
Kadir, Abdul, “Transmisi Tenaga Listrik”, Universitas Indonesia : Jakarta, 1998.
Kadir, Abdul, ”Distribusi Dan Utilasi Tenaga Listrik”, Universitas Indonesia : Jakarta, 2000.
Pabla, AS, Abdul Hadi, “Sistem Distribusi Daya Listrik”, Erlangga : Jakarta, 1994.
Rinanda, Niroyana. ”Analisis Pengaruh Ketidakseimbangan Beban Terhadap Arus Netral dan Rugi-rugi(Losses) Pada Transformator Distribusi Di PT.PLN Cabang Medan”, Medan, 2009.
Stevenson, Jr.Wiliam D, ”Analisis Sistem Tegangan Listrik”, Edisi Keempat, Penerbit Erlangga : Jakarta, 1983.
Trevor, Linskey, ”Instalasi Listrik Dasar”, Edisi Ke-3, Erlangga:Jakarta, 2004.
Watkins, A, J, ”Perhitungan Instalasi Listrik”, Edisi Kelima, Erlangga : Jakarta, 2004.
