Studi Pengaruh Ketidakseimbangan Beban Terhadap Arus Netral Dan Losses Pada Trafo Distribusi PLN Ranting Lubuk Pakam

(1)

STUDI PENGARUH KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN

TERHADAP ARUS NETRAL DAN LOSSES PADA TRAFO DISTRIBUSI PLN RANTING LUBUK PAKAM

O

L

E

H

JULIANA SITEPU NIM : 04 0402 044

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas

berkat dan rahmatNya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul

STUDI PENGARUH KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN TERHADAP ARUS NETRAL DAN LOSSES PADA TRAFO DISTRIBUSI PLN RANTING LUBUK PAKAM. Tugas akhir ini disusun untuk melengkapi tugas-tugas dan merupakan salah

satu syarat untuk mengikuti ujian sarjana pada Departemen Teknik Elektro, Fakultas

Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Dalam menyelesaikan tugas akhir ini penulis banyak menerima bantuan,

bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak, oleh karena itu penulis mengucapkan

terima kasih kepada :

1. Bapak Prof. Dr. Ir. Usman S. Baafai, selaku dosen pembimbing dalam penyusunan tugas akhir ini

2. Bapak Ir. Tarmizi Kasim, MSc, Ketua Jurusan Departemen Teknik Elektro,

Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara

3. Bapak Ir. Rahmad fauzi, MT, Sekretaris Jurusan Departemen Teknik Elektro,

Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara

4. Bapak Ir. Rahman Hasibuan, Koordinator Tugas Akhir Departemen Teknik

Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara

5. Bapak dan Ibu dosen serta pegawai Program Studi Teknik Elektro, Fakultas

Teknik, Universitas Sumatera Utara

6. Orangtua Penulis, yang telah banyak memberikan dukungan moril dan materil

kepada penulis

Dalam penyusunan tugas akhir ini, penulis menyadari masih banyak terdapat

kekurangan. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik dari

pembaca yang bersifat konstruktif demi kesempurnaan penulisan ini. Akhir kata,

semoga tulisan ini bermanfaat bagi kita semua. Terima Kasih.

Medan, Maret 2011

Penulis,

(3)

ABSTRAK

Ketidakseimbangan baban pada suatu sistem distribusi tenaga listrik selalu

terjadi dan penyebab ketidakseimbangan itu adalah pada beban-beban satu fasa pada

pelanggan jaringan tegangan rendah.

Akibat dari ketidakseimbangan beban tersebut adalah munculnya arus di netral

trafo. Arus yang mengalir di netral trafo ini menyebabkan terjadinya losses

(rugi-rugi), yaitu losses akibat adanya arus netral pada penghantar netral trafo dan losses

akibat arus netral yang mengalir ke tanah.

Secara teori, dapat disimpulkan bahwa bila terjadi ketidakseimbangan beban

yang besar, maka arus netral yang muncul juga semakin besar, akibatnya losses yang

(4)

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

ABSTRAK ... ii

DAFTAR ISI ... iii

DAFTAR GAMBAR... vi

DAFTAR TABEL ... viii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan ... 2

1.3 Batasan Masalah ... 2

1.4 Metode Penulisan ... 2

1.5 Sistematika Penulisan... 3

BAB II TEORI DASAR 2.1 Jaringan Distribusi ... 4

2.1.1 Distribusi Primer ... 4

2.1.2 Distribusi Sekunder ... 9

2.2 Transformator ... 10

2. 2. 1 Prinsip Kerja Transformator... 10

2. 2. 2 Jenis Transformator ... 11

2. 2. 3 Hubungan Lilitan Transformator ... 12

2. 2. 4 Kelompok Hubungan Transformator ... 14

2. 2. 5 Rugi-rugi dan Efisiensi Transformator ... 16

2. 2. 6 Efisiensi Transformator ... 17

2. 3 Transformator Distribusi ... 18

2. 3. 1 Perhitungan Arus Beban Penuh dan Arus Hubung Singkat ... 18

2. 3. 2 Losses Akibat Adanya Arus Netral pada Penghantar Netral transformator ... 19

2. 4 Ketidakseimbangan Beban ... 20

2. 4. 1 Pengertian Beban Tidak Seimbang ... 20

2. 4. 2 Penyaluran dan Susut Daya pada Keadaan Arus Seimbang ... 21

(5)

2. 5 Faktor Daya ... 23

2. 6 Listrik Arus Bolak-balik 3 Fasa ... 24

2. 6. 1 Pengertian ... 24

2. 6. 2 Listrik Arus Bolak-balik 3 Fasa ... 24

2. 7 Tegangan dan Arus ... 24

2. 7. 1 Hubungan Bintang ... 24

2. 7. 2 Hubungan Delta ... 25

2. 8 Daya Listrik 3 Fasa Hubungan Bintang ... 25

2. 9 Daya Listrik 3 Fasa Hubungan Segitiga ... 26

BAB III SISTEM PENGUKURAN DAN PENGAMBILAN DATA 3. 1 Data Teknis Alat Ukur ... 28

3. 1. 1 Pengukuran Beban di Gardu Distribusi ... 29

3. 2 Data Teknis Trafo Distribusi ... 30

3. 3 Data Pembebanan Trafo Distribusi... 31

3. 3. 1 Trafo Distribusi 250 kVA di Jl. Medan – L. Pakam SP. DLLAJ ... 31

3. 3. 2 Trafo Distribusi 250 kVA di Jl. Batang Kuis ... 33

3. 3. 3 Trafo Distribusi 100 kVA di Jl. Pendidikan... 36

3. 3. 4 Trafo Distribusi 200 kVA di Jl. Bakaran Batu ... 38

3. 4 Foto-foto Pengukuran ... 41

BAB IV ANALISIS HASIL PENGUKURAN ... 43

4. 1 Analisa Pembebanan Trafo Distribusi ... 45

4. 1. 1 Menentukan Persentase Pembebanan Trafo ... 45

4. 2 Analisa Ketidakseimbangan Beban pada Trafo Distribusi ... 49

4. 2. 3 Trafo Distribusi 100 kVA di Jl. Pendidikan... 51

4. 3 Analisa Losses Akibat Adanya Arus Netral pada Penghantar Netral Trafo dan Losses Akibat Arus Netral yang Mengalir ke Tanah ... 54

(6)

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5. 1 Kesimpulan ... 63

5. 2 Saran ... 63

(7)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1 Skema Sistem Tenaga Listrik ... 5

Gambar 2. 2 Skema Saluran Sistem Radial ... 5

Gambar 2. 3 Penggunaan Saluran Alternatif dengan Saklar Pindah ... 6

Gambar2.4 Skema Rangkaian Loop Terbuka ... 7

Gambar 2.5 Skema Rangkaian Loop Tertutup ... 7

Gambar 2.6 Skema Sistem Jaringan Primer ... 8

Gambar 2.7 Skema Prinsip Sistem Spindel ... 9

Gambar 2.8 Jenis Transformator Menurut Konstruksinya ... 10

Gambar 2.9 Rangkaian Hubungan Bintang ... 13

Gambar 2.10 Rangkaian Hubungan Delta ... 13

Gambar 2.11 Rangkaian Hubungan Zig-Zag ... 14

Gambar 2.12 Kelompok Hubungan Dy11 ... 15

Gambar 2.13 Kelompok Hubungan Menurut VDE 0532 ... 16

Gambar 2.14 Diagram Rugi-Rugi Pada Transformator ... 18

Gambar 2.15 Beberapa Macam Trafo Distribusi Tipe Kutub ... 19

Gambar 2.16 Vektor Diagram Arus ... 20

Gambar 2.17 Diagram Fasor Tegangan Saluran Daya Model Fasa Tunggal ... 21

Gambar 2.18 Segitiga Daya ... 23

Gambar 2.19 Diagram Hubungan Bintang ... 24

Gambar 2.20 Digram Hubungan Delta ... 25

Gambar 2.21 Diagram Daya Listrik 3 Fasa Hubungan Bintang ... 25

Gambar 2.22 Diagram Daya Listrik 3 Fasa Hubungan Segitiga... 26

Gambar 3.1 Rangkaian Pengukuran Tahanan Pembumian Netral Trafo ... 29

Gambar 3.2 Diagram Pengawatan Pengukuran Beban dan Tegangan Gardu Distribusi .... 29

Gambar 3.3 Single Line Trafo Distribusi 250 kVA di Jl. Medan-L.Pakam SP.DLLAJ ... 31

Gambar 3.4 Skema Aliran Arus di Sisi Sekunder Trafo Distribusi 250 kVA di Jl. Medan- L.Pakam SP.DLLAJ pada Siang Hari ... 32

Gambar 3. 5 Skema Aliran Arus di Sisi Sekunder Trafo Distribusi 250 kVA di Jl. Medan- L.Pakam SP.DLLAJ pada Malam Hari ... 33

(8)

Gambar 3. 7 Skema Aliran Arus di Sisi Sekunder Trafo Distribusi 250 kVA di Jl.

Batang Kuis DP. Pabrik Sahabat pada Siang Hari ... 35

Gambar 3. 8 Skema Aliran Arus di Sisi Sekunder Trafo Distribusi 250 kVA di Jl. Batang Kuis DP. Pabrik Sahabat pada Malam Hari ... 35

Gambar 3. 9 Single Line Trafo Distribusi 100 kVA di Jl. Pendidikan ... 36

Gambar 3. 10 Skema Aliran Arus di Sisi Sekunder Trafo Distribusi 100 kVA di Jl. Pendidikan pada Siang Hari ... 37

Gambar 3. 11 Skema Aliran Arus di Sisi Sekunder Trafo Distribusi 100 kVA di Jl. Pendidikan pada Malam Hari ... 38

Gambar 3. 12 Single Line Trafo Distribusi 200 kVA di Jl. Bakaran Batu ... 38

Gambar 3. 13 Skema Aliran Arus di Sisi Sekunder Trafo Distribusi 200 kVA di Jl. Bakaran Batu pada Siang Hari... 40

Gambar 3. 14 Skema Aliran Arus di Sisi Sekunder Trafo Distribusi 200 kVA di Jl. Bakaran Batu pada Malam Hari ... 41

Gambar 3. 15 Trafo Distribusi 250 kVA ... 41

Gambar 3. 16 Panel Trafo Distribusi 250 kVA ... 41

Gambar 3. 17 Pengukuran di Panel Trafo Distribusi 250 kVA ... 42

(9)

DAFTAR TABEL

Tabel 3. 1 Data Spesifikasi Transformator ... 30

Tabel 3. 2 Hasil Pengukuran Arus pada Siang Hari dan Malam Hari di Jl. Medan- L.Pakam SP.DLLAJ ... 31

Tabel 3. 3 Hasil Pengukuran Arus pada Siang Hari dan Malam Hari di Jl. Batang Kuis DP. Pabrik Sahabat ... 34

Tabel 3. 4 Hasil Pengukuran Arus pada Siang Hari dan Malam Hari di Jl. Pendidikan ... 36

Tabel 3. 5 Hasil Pengukuran Arus pada Siang Hari dan Malam Hari di Jl. Bakaran Batu ... 39

Tabel 4. 1 Persentase Pembebanan Trafo Distribusi ... 48

Tabel 4. 2 Ketidakseimbangan Beban Trafo Distribusi ... 53

(10)

ABSTRAK

Ketidakseimbangan baban pada suatu sistem distribusi tenaga listrik selalu

terjadi dan penyebab ketidakseimbangan itu adalah pada beban-beban satu fasa pada

pelanggan jaringan tegangan rendah.

Akibat dari ketidakseimbangan beban tersebut adalah munculnya arus di netral

trafo. Arus yang mengalir di netral trafo ini menyebabkan terjadinya losses

(rugi-rugi), yaitu losses akibat adanya arus netral pada penghantar netral trafo dan losses

akibat arus netral yang mengalir ke tanah.

Secara teori, dapat disimpulkan bahwa bila terjadi ketidakseimbangan beban

yang besar, maka arus netral yang muncul juga semakin besar, akibatnya losses yang

(11)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Pertumbuhan listrik di suatu negara adalah dua kali pertumbuhan

ekonominya.Dengan adanya pertumbuhan ekonomi, maka daya beli

masyarakat juga meningkat.Pertumbuhan ekonomi ditandai dengan

pembangunan di segala bidang. Salah satunya adalah pembangunan di sektor

industri. Hal ini merupakan langkah penting yang harus ditempuh dalam

menghadapi era globalisasi dan perdagangan bebas yang telah kita hadapi.

Dalam era globalisasi ini, bangsa Indonesia dituntut untuk dapat bersaing

dengan bangsa lain, termasuk bersaing dalam bidang industri yang pada

akhirnya akan berdampak pada peningkatan devisa negara. Peningkatan di

sektor industri ini menuntut adanya kesiapan sumber daya yang memadai, baik

dari teknologi ataupun sumber daya alam, sehingga pembangunan dapat

berjalan dengan baik tanpa mengalami hambatan yang berarti.

Seiring dengan laju pertumbuhan pembangunan, maka dituntut adanya

sarana dan prasarana yang mendukung tercapainya tujuan pembangunan

tersebut. Salah satu sarananya adalah dengan adanya penyediaan tenaga listrik.

Saat ini tenaga listrik merupakan kebutuhan yang utama, baik untuk kebutuhan

sehari-hari maupun untuk kebutuhan industri. Hal ini disebabkan karena

tenaga listrik mudah untuk ditransportasikan dan dikonversikan ke dalam

bentuk tenaga yang lain. Penyediaan tenaga listrik yang stabil dan kontinu

merupakan syarat mutlak yang harus dipenuhi dalam memenuhi kebutuhan

tenaga listrik di sektor industri.

Perkembangan pembangunan di segala bidang menuntut PLN agar

dapat menyediakan tenaga listrik sesuai dengan kebutuhan konsumen. Namun

dalam memenuhi kebutuhan tenaga listrik tersebut terjadi pembagian

beban-beban yang tidak merata sehingga menimbulkan suatu ketidakseimbangan

beban yang dampaknya dapat merugikan PLN. Agar terjadi penyuplaian

tenaga listrik secara seimbang meskipun hal tersebut tidak mudah dilakukan ,

tetapi demi kestabilan dan kontinuitas penyuplaian tenaga listrik ke konsumen

(12)

1.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan

Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini adalah untuk mempelajari dan

memahami tentang pengaruh ketidakseimbangan beban terhadap arus netral

dan losses pada trafo distribusi.

Manfaat penulisan tugas akhir ini adalah mengetahui tentang losses

dan ketidakseimbangan beban antara tiap-tiap fasa yang menyebabkan

mengalirnya arus netral pada trafo distribusi, sehingga dapat di

1.3Batasan Masalah

Agar tujuan penulisan tugas akhir ini sesuai dengan yang diharapkan

serta terfokus pada judul dan bidang yang telah disebutkan di atas, maka

penulis membatasi permasalahan yang akan dibahas, yaitu :

1. Hanya membahas tentang studi data pengukuran pembebanan trafo

distribusi

2. Mempelajari tentang ketidakseimbangan beban trafo distribusi

3. Mempelajari tentang arus netral dan losses pada trafo distribusi

4. Menganalisa pengaruh ketidakseimbangan beban terhadap arus netral dan

losses pada trafo distribusi

1.4Metode Penulisan

Untuk dapat menyelesaikan tugas akhir ini maka penulis menerapkan beberapa

metode studi diantaranya :

1. Studi literatur yaitu dengan membaca teori-teori yang berkaitan dengan

topik tugas akhir ini dari buku-buku referensi baik yang dimiliki oleh

penulis atau di perpustakaan dan juga dari artikel-artikel, jurnal, internet

dan lain-lain

2. Studi lapangan yaitu dengan melaksanakan percobaan di PLN Ranting

Lubuk Pakam

3. Studi bimbingan yaitu dengan melakukan diskusi tentang topik tugas akhir

ini dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh pihak departemen

(13)

Listrik, asisten Laboratorium Sistem Tenaga, dan teman-teman sesama

mahasiswa.

1.5Sistematika Penulisan

Tugas akhir ini disusun berdasarkan sistematika penulisan sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini merupakan pendahuluan yang berisi tentang latar belakang

masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, manfaat penulisan,

metode dan sistematika penulisan.

BAB II TEORI DASAR

Bab ini berisi mengenai teori tentang jaringan distribusi, trafo

distribusi, dan ketidakseimbangan beban.

BAB III PENGUMPULAN DATA

Pada bab ini berisi mengenai data teknis alat ukur yang digunakan,

data teknis trafo distribusi, data pengukuran pembebanan trafo

distribusi pada siang dan malam hari.

BAB IVANALISA DATA

Bab ini berisi tentang analisa pembebanan pada trafo distribusi,

analisa ketidakseimbangan beban pada trafo distribusi dan analisa

losses sebagai akibat dari arus netral pada penghantar netral trafo dan

juga losses akibat arus netral yang mengalir ke tanah.

BAB V PENUTUP

Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran dari hasil penyusunan

(14)

BAB II TEORI DASAR

2.1 Jaringan Distribusi

Secara garis besar, suatu sistem tenaga listrik yang lengkap

mengandung empat unsur. Pertama, adanya suatu unsur pembangkit tenaga

listrik. Tegangan yang dihasilkan oleh pusat tenaga listrik ini biasanya merupakan

tegangan menengah. Kedua, suatu sistem transmisi, lengkap dengan gardu induk.

Karena jaraknya yang biasanya jauh, maka diperlukan penggunaan Tegangan

Tinggi (TT) dan/atau Tegangan Ekstra Tinggi (TET). Ketiga, adanya saluran

distribusi, yang biasanya terdiri atas saluran distribusi primer dengan Tegangan

Menengah (TM) dan saluran distribusi sekunder dengan Tegangan Rendah (TR).

Keempat, adanya unsur pemakaian atau utilisasi, yang terdiri atas instalasi

pemakaian tenaga listrik. Instalasi rumah tangga biasanya memakai tegangan

rendah, sedangkan pemakai besar seperti industri menggunakan tegangan

menengah atau tegangan tinggi. Gambar 2.1 memperlihatkan skema suatu sistem

tenaga listrik. Perlu dikemukakan bahwa suatu sistem dapat terdiri atas beberapa

subsistem yang saling berhubungan, atau yang biasa disebut sebagai sistem

terinterkoneksi.

Sebagaimana diketahui, pada sistem distribusi terdapat dua bagian,

yaitu distribusi primer, yang menggunakan tegangan menengah, dan distribusi

sekunder, yang menggunakan tegangan rendah.

2.1.1 Distribusi Primer

Pada distribusi primer terdapat tiga jenis sistem, yaitu (i) sistem radial,

(ii) sistem lup (loop), dan (iii) sistem jaringan primer.

2.1.1.1 Sistem Radial

Sistem radial adalah sistem yang paling sederhana dan paling banyak

dipakai, terdiri atas saluran (feeders) atau rangkaian tersendiri yang seolah-olah

keluar dari suatu sumber atau wilayah tertentu secara radial. Fider itu terdiri atas

suatu bagian utama dari saluran samping atau literal lain bersumber dan

dihubungkan dengan transformator distribusi sebagaimana terlihat pada Gambar

2.2. Saluran samping sering disambung pada fider dengan sekring (fuse). Dengan

(15)

fider. Pemasok pada rumah sakit atau pemakai vital lain tidak boleh mengalami

gangguan yang berlangsung lama. Dalam hal demikian, satu fider tambahan

disediakan, yang menyediakan suatu sumber penyedia energi alternatif. Hal ini

dilakukan dengan suatu saklar pindah, seperti terlihat pada Gambar 2.3

Gambar 2.1 Skema Sistem Tenaga Listrik

Catatan :

PTL : Pembangkit Tenaga Listrik

GI : Gardu Induk

TT : Tegangan Tinggi

TET : Tegangan Ekstra Tinggi

TM : Tegangan Menengah

GD : Gardu Distribusi

TR : Tegangan Rendah

(16)

Gambar 2.3 Penggunaan Saluran Alternatif dengan

Saklar Pindah

2.1.1.2 Sistem Lup

Suatu cara lain guna mengurangi lama interupsi daya yang disebabkan

gangguan adalah dengan mendesain fider sebagai lup (loop) dengan menyambung

kedua ujung saluran. Hal ini mengakibatkan suatu pemakai dapat memperoleh

pasokan energi dari dua arah. Jika pasokan dari salah satu arah terganggu,

pemakai tu akan disambung pada pasokan arah lainnya. Kapasitas cadangan yang

cukup besar harus tersedia pada tiap fider. Sistem lup dapat dioperasikan secara

terbuka ataupun tertutup.

Pada sistem lup terbuka, bagian-bagian fider tersambung melalui alat

pemisah (disconnectors), dan kedua ujung fider, alat pemisah sengaja dibiarkan

dalam keadaan terbuka. Pada dasarnya sistem ini terdiri dari dua fider yang

dipisahkan oleh suatu pemisah yang dapat berupa sekring (Gambar 2.4). Bila

terjadi gangguang, 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-jaringan yang relatif kecil.

Pada sistem lup tertutup (Gambar2.5) diperoleh suatu tingkat

keandalan yang lebih tinggi. Pada sistem ini alat-alat pemisah biasanya berupa

saklar daya yang lebih mahal. Saklar-saklar daya itu digerakkan oleh relay yang

membuka saklar daya pada tiap ujung dari bagian saluran yang terganggu,

sehingga bagian fider yang tersisa tetap berada dalam keadaan berenergi.

(17)

menghubungkan semua saklar daya. Kawat pilot ini cukup mahal untuk dipasang

dan dioperasikan. Kadang-kadang rangkaian telepon yang disewa dapat dipakai

sebagai pengganti kawat pilot.

Catatan :

SD1 : Saklar Daya, normaly closed SD2 : Saklar Daya, normaly open

Gambar 2.4 Skema Rangkaian Lup Terbuka

Gambar 2.5 Skema Rangkaian Lup Tertutup 2.1.1.3 Sistem Jaringan Primer

Walaupun beberapa studi memberi indikasi bahwa pada

kondisi-kondisi tertentu sistem jaringan primer lebih murah dan lebih andal daripada sistem

radial, namun secara relatif tidak banyak sistem jaringan primer yang kini

dioperasikan. Sistem ini terbentuk dengan menyambung saluran-saluran utama

atau fider yang terdapat pada sistem radial sehingga menjadi suatu kisi-kisi atau

jaringan (Gambar 2.6). Kisi-kisi ini diisi dari beberapa sumber atau gardu induk.

Sebuah saklar daya antara transformator dan jaringan yang dikendalikan oleh

relay-relay arus balik (reverse current relay) dan relay-relay penutupan kembali

(18)

arus-arus gangguan bila hal ini terjadi pada sisi pengisian dari gardu induk.

Bagian-bagian jaringan yang terganggu akan dipisahkan oleh saklar daya dan sekring.

2.1.1.4 Sistem Spindel

Terutama di kota yang besar, terdapat suatu jenis gardu tertentu yang

tidak terdapat transformator daya. Gardu demikian diinamakan Gardu Hubung

(GH). GH pada umumnya menghubungkan dua atau lebih bagian jaringan primer

kota itu. Dapat pula terjadi bahwa pada suatu GH terdapat sebuah transformator

pengatur tegangan. Karena besar kota itu, kabel-kabel Tegangan Menengah (TM)

mengalami turun tegangan. Tegangan yang agak rendah ini dinaikkan kembali

dengan bantuan transformator pengatur tegangan. Dapat juga terjadi bahwa pada

GH ditumpangi sebuah Gardu Distribusi (GD). Gambar 2.7 merupakan skema

prinsip dari sistem spindel.

Catatan :

GI : Gardu Induk

SD : Saklar Daya

(19)

Catatan :

GI : Gardu Induk

GH : Gardu Hubung

S : Saklar

A : Pengisi khusus tanpa beban GD B : Pengisi biasa dengan beban GD

Gambar 2.7 Skema Prinsip Sistem Spindel 2.1.2 Distribusi Sekunder

Distribusi sekunder menggunakan tegangan rendah. Seperti halnya

distribusi primer, terdapat pula pertimbangan-pertimbangan perihal keandalan

pelayanan dan regulasi tegangan. Sistem sekunder dapat terdiri atas empat jenis

umum, yaitu :

a. Sebuah transformator tersendiri untuk tiap pemakai

b. Penggunaan satu transformator dengan saluran tegangan rendah untuk

sejumlah pemakai

c. Penggunaan satu saluran tegangan rendah yang tersambung pada beberapa

transformator secara paralel. Sejumlah pemakai dilayani dari saluran

tegangan rendah ini. Transformator-transformator diisi dari satu sumber

energi. Hal ini disebut banking sekunder transformator

d. Suatu jaringan tegangan rendah yang agak besar diisi oleh beberapa

transformator, yang pada akhirnya diisi oleh dua sumber energi atau lebih.

(20)

besar. Hal ini dikenal sebagai jaringan sekunder atau jaringan tegangan

rendah.

2.2 Transformator

Transformator (trafo) merupakan suatu alat magnetoelektrik yang

sederhana, handal, dan efisien untuk mengubah tegangan arus bolak-balik dari

satu tingkat ke tingkat yang lain. Pada umumnya terdiri atas sebuah inti yang

terbuat dari besi berlapis dan dua buah kumparan, yaitu kumparan primer dan

kumparan skunder. Rasio perubahan tegangan akan tergantung dari rasio jumlah

lilitan pada kedua kumparan itu. Biasanya kumparan terbuat dari kawat tembaga

yang dibelit seputar ‘kaki’ inti transformator. Secara umum dapat dibedakan dua

jenis transformator menurut konstruksinya, yaitu tipe inti dan tipe cangkang. Pada

tipe inti terdapat dua kaki, dan masing-masing kaki dibelit oleh satu kumparan.

Sedangkan tipe cangkang mempunyai tiga buah kaki, dan hanya kaki yang

tengah-tengah dibelit oleh kedua kumparan. Kedua kumparan dalam tipe

cangkang ini tidak tergabung secara elektrik, melainkan saling tergabung secara

magnetik melalui inti. Bagian datar dari inti dinamakan ‘pemikul’.

Gambar 2.8 Jenis Transformator Menurut Konstruksinya 2.2.1 Prinsip Kerja Transformator

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.

Jika salah satu kumparan pada trafo diberi arus bolak-balik, maka

(21)

terjadi induksi. Kumparan sekunder menerima garis gaya magnet dari kumparan

primer yang jumlahnya juga berubah-ubah. Maka pada kumparan sekunder akan

timbul induksi juga, akibatnya antara dua ujung terdapat beda tegangan. Jumlah

garis gaya (φ) yang masuk kumparan sekunder akan sama dengan jumlah aris

gaya (φ) yang keluar dari kumparan primer.

dt d N

e₁=− ₁ φ dan

dt d N e₂ =− ₂ φ

dt d N dt d N

e e

φ φ

2 1

− −

= atau

2 1

N N E E

=

Dimana :

e1 : GGL induksi sesaat pada sisi primer

e2 : GGL induksi sesaat pada sisi skunder

E1 : GGL induksi pada sisi primer (Volt) efektif

E2 : GGL induksi pada sisi skunder (Volt) efektif

N1 : Jumlah lilitan kumparan primer

N2 : Jumlah lilitan kumparan skunder

Berdasarkan hukum kekekalan energi, maka bila dianggap tidak ada kerugian

daya yang hilang, daya yang dilepas oleh primer sama dengan daya yang diterima

oleh sekunder.

2 2 1

1 I E I

E ⋅ = ⋅

1 2

2 1

E E I I

= karena

2 1

N N E E

= maka :

1 2

2 1

N N I I

= atau

2 2 1

1 I N I

N ⋅ = ⋅

Jadi GGL induksi di masing-masing kumparan berbanding lurus dengan jumlah

lilitan. Kuat arus di masing-masing kumparan berbanding dengan jumlah lilitan.

2.2.2 Jenis Transformator

Menurut pasangan lilitanya, trafo dibedakan atas :

(22)

Pada trafo 1 belitan, lilitan primer merupakan bagian dari lilitan sekunder

atau sebaliknya, trafo 1 belitan ini lebih dikenal sebagai autotrafo

b. Trafo 2 belitan

Trafo 2 belitan mempunyai 2 belitan, yaitu sisi tegangan tinggi dan sisi

tegangan rendah, dimana primer dan sekunder berdiri sendiri

c. Trafo 3 belitan

Padatrafo 3 belitan mempunyai belitan primer, sekunder, dan tertier,

masing-masing berdiri sendiri pada tegangan yang berbeda.

Menurut fungsinya, transformator dikelompokkan menjadi 3 jenis, yaitu :

a. Transformator Daya

b. Transformator Distribusi

c. Transformator Pengukuran

Sedangkan menurut jumlah fasanya dibedakan menjadi trafo 1 fasa dan trafo 3

fasa.

2.2.3 Hubungan Lilitan Transformator

Secara umum dikenal tiga macam hubungan lilitan untuk sebuah

transformator tiga fasa, yaitu: hubungan bintang, hubungan delta, dan hubungan

zig-zag.

2.2.3.1 Hubungan Bintang (Y)

Arus transformator 3 fasa dengan kumparan yang dihubungkan secara

bintang yaitu IA, IB, danIC masing-masing berbeda fasa 120°.

Gambar 2.9(a) Rangkaian hubungan bintang dan (b) Diagram fasor rangkaian

(23)

Untuk beban yang seimbang :

0

= + +

= A B C

N I I I

I

CN AN BN AN

AB V V V V

V = + = −

CN BN

BC V V

V = −

AN CN

CA V V

V = −

Dari vektordiagram pada Gambar 2.9 (b) diketahui bahwa untuk hubungan

bintang berlaku :

AN

AB V

V = 3 atau V_L = 3V_P

L

P I

I =

Jadi besarnya daya pada hubungan bintang (VA) :

=3V_PI_P

=3(V_L/ 3)I_L

= 3V_LI_L ………..(2.1)

2.2.3.2 Hubungan Delta (∆)

Tegangan transformator 3 fasa dengan kumparan yang dihubungkan

secara delta, yaitu VAB, VBC, dan VCA masing-masing berbeda 120°

0

= +

+ BC CA

AB V V

V

Gambar 2.10 (a) Rangkaian hubungan delta dan (b) Diagram fasor rangkaian

hubungan delta

Untuk beban yang seimbang :

CA AB

A I I

(24)

AB BC

B I I

I = −

BC CA

C I I

I = −

Dari vektor diagram pada Gambar 2.10 (b) diketahui arus IA(arus jala-jala) adalah

AB

I

×

3 (arus fasa). Tegangan jala-jala dalam hubungan delta sama dengan

tegangan fasanya.

Besarnya daya pada hubungan delta (VA) =3V_PI_P

=3(V_L/ 3)I_L

= 3V_LI_L ………..(2.2)

2.2.3.3 Hubungan Zig-zag

Pada hubungan zig-zag, di mana masing-masing lilitan 3 fasa pada sisi

tegangan rendah, dibagi menjadi 2 bagian dan masing-masing dihubungkan pada

kaki yang berlainan. Hubungan zig-zag dapat digambarkan seperti terlihat pada

Gambar 2.11.

Hubungan silang atau zig-zag digunakan untuk keperluan khusus

seperti pada transformator distribusi dan transformator converter.

Gambar 2.11(a)Rangkaian Hubungan Zig-zag dan (b) Diagram vektor hubungan

zig-zag

2.2.4 Kelompok Hubungan

Vektor tegangan primer dan sekunder suatu transformator dapat dibuat

searah atau berlawanan dengan mengubah cara melilit kumparan. Untuk

transformator 3 fasa, arah tegangan akan menimbulkan perbedaan fasa. Arah dan

besar fasa tersebut mengakibatkan adanya berbagai kelompok hubungan pada

(25)

Dalam menentukan kelompok hubungan diambil beberapa pedoman

sebagai berikut :

a. Notasi untuk hubungan delta, bintang, dan hubungan zig-zag, masing-masing

adalah D, Y, dan Z untuk sisi tegangan tinggi, sedangkan d, y, dan z untuk sisi

tegangan rendah

b. Untuk urutan fasa dipakai notasi U, V, dan W untuk tegangan tinggi, dan u, v,

dan w sebagai tegangan rendah

c. Angka jam menyatakan bagaimana letak sisi kumparan tegangan tinggi

terhadap sisi tegangan rendah

d. Jarum jam panjang selalu dibuat menunjuk angka 12 dan dibuat berhimpit

(dicocokkan) dengan vektor fasa VL tegangan tinggi line to line

e. Bergantung dari perbedaan fasanya, vektor fasa tegangan rendah (u, v, w)

dapat dilukiskan ; letak vektor fasa v1 tegangan rendah line to line

menunjukkan arah jarum jam pendek

f. Sudut antara jarumjam panjang dan pendek adalah pergeseran antara vektor

fasa V dan v.

Sedangkan kelompok hubungan tansformator yang lazim digunakan sesuai

dengan normalisasi pabrik seperti yang terlihat pada Gambar 2.13 (VDE 0532)

adalah :

• Angka jam 0 atau grup A, kelompok hubungan Dd0, Yy0, Dz0

• Angka jam 6 atau grup B, kelompok hubungan Dd6, Yy6, Dz6

• Angka jam 5 atau grup C, kelompok hubungan Dy5, Yd5, Yz5

• Angka jam 11 atau grup D, kelompok hubungan Dy11, Yd11, Yz11

Dengan melihat contoh pada Gambar 2.12 dan memperhatikan pedoman yang

telah diberikan di atas, dapat diketahui bahwa perbedaan fasa pada transformator

(26)

Gambar 2.12 Kelompok Hubungan Dy11

Gambar 2.13 Kelompok Hubungan Menurut VDE 0532 2.2.5 Rugi-rugi dan Efisiensi Transformator

Rugi-rugi pada transformator ada 2 macam, yaitu rugi tembaga (PCu).

(27)

2.2.5.1 Rugi Tembaga (PCu)

Rugi tembaga adalah rugi yang disebabkan oleh arus beban yang mengalir pada

kawat tembaga. Besarnya adalah :

R I

P_Cu = 2⋅ ………..(2.3)

Dimana :

PCu : rugi tembaga (Watt)

I : arus beban yang mengalir pada kawat tembaga (Ampere)

R : tahanan kawat tembaga (Ω)

Karena arus beban berubah-ubah, rugi tembaga juga tidak tetap tergantung pada

beban.

2.2.5.2 Rugi Besi (Pi) Rugi besi terdiri atas :

a. Rugi histeresis (Ph), yaitu rugi yang disebabkan fluks bolak-balik pada inti

besi. Besarnya rugi histeresis berbanding dengan luas histeresis loop, atau

dinyatakan sebagai berikut :

n m h

h K f B

P = ⋅ ⋅ ………..(2.4)

Dimana :

Ph : rugi histeresis (Watt)

Bm : fluks density maksimum (Tesla)

Kh : konstanta histeresis

f : frekuensi (Hz)

n : koefisien Steinmetz, di dapat dari data eksperimen

b. Rugi arus eddy (Pe), yaitu rugi yang disebabkan arus pusar pada inti besi.

m e

e K f B

P = 2⋅ 2⋅ ………..(2.5)

Dimana :

Pe : rugi arus eddy (Watt)

Ke : konstanta arus eddy

Jadi, rugi besi (rugi inti) Pi = Ph + Pe

2.2.6 Efisiensi (η)

Efisiensi dihitung dari perbandingan daya keluar (output) :

rugi keluar

daya

keluar daya masuk

daya keluar daya )

( efisiensi

Σ + =

=

(28)

masuk daya

rugi

1− Σ

=

Dengan Σrugi=P_Cu +P_i ………..(2.6)

Sumber Kumparan primer

Fluks bersama

Kumparan sekunder

Rugi besi: Histeris dan arus eddy Rugi fluks bocor

Rugi tembaga Rugi tembaga

Keluaran

Gambar 2.14 Diagram Rugi-rugi pada Transformator

2.3 Transformator Distribusi

Transformator distribusi merupakan salah satu alat yang memegang

peran penting dalam sistem distribusi. Trafo distribusi digunakan untuk

membagi/menyalurkan arus atau energi listrik dengan tegangan distribusi agar

jumlah energi yang tercecer dan hilang di perjalanan tidak terlalu banyak

Trafo distribusi dapat berfasa tunggal atau fasa tiga, dan ukurannya

berkisar dari kira-kira 5 – 500 kVA. Impedansi trafo distribusi ini pada umumnya

sangat rendah, berkisar dari 2% untuk unit-unit yang kurang dari 50 kVA sampai

dengan 4% untuk unit-unit yang lebih besar dari 100 kVA. Gambar 2.15

memperlihatkan beberapa macam trafo distribusi tipe kutub yang banyak

digunakan.

2.3.1Perhitungan Arus Beban Penuh dan Arus Hubung Singkat

Telah diketahui bahwa daya transformator distribusi ditinjau dari sisi

tegangan tinggi (primer) dapat dirumuskan sebagai berikut :

I V

S = 3 ……….(2.7)

Dimana :

S : daya transformator (kVA)

V : tegangan sisi primer transformator (kV)

I : arus jala-jala (A)

Dengan demikian, untuk menghitung arus beban penuh (full load) dapat

(29)

V S

I_FL

⋅ =

3 ………..(2.8)

Dimana :

IFL : arus beban penuh (A)

S : daya transformator (kVA)

V : tegangan sisi sekunder transformator (kV)

Sedangkan untuk menghitung arus hubung singkat pada transformator

digunakan rumus :

V Z

S

I_SC

⋅ ⋅ ⋅ =

3 %

100

………..(2.9)

Dimana :

ISC : arus hubung singkat (A)

S : daya transformator (kVA)

V : tegangan sisi sekunder transformator (kV)

%Z : persen impedansi transformator

Gambar 2.15 Beberapa Macam Trafo Distribusi Tipe Kutub

2.3.2 Losses (rugi-rugi) Akibat Adanya arus Netral pada Penghantar Netral Transformator

Sebagai akibat dari ketidakseimbangan beban antara tiap-tiap fasa pada

sisi sekunder trafo (fasa R, S, dan T) mengalirlah arus di netral trafo. Arus yang

mengalir pada penghantar netral trafo ini menyebabkan losses (rugi-rugi). Losses

(30)

N N

N I R

P = 2⋅ ………(2.10)

Dimana :

PN : losses pada penghantar netral trafo (Watt)

IN : arus yang mengalir pada netral trafo (A)

RN : tahanan penghantar netral trafo (Ω)

Sedangkan losses yang diakibatkan karena arus netral yang mengalir ke tanah

(ground) dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

G G

G I R

P = 2⋅ ………(2.11)

Dimana :

PG : losses akibat arus netral yang mengalir ke tanah (Watt)

IG : arus netral yang mengalir ke tanah (A)

RG : tahanan pembumian netral trafo (Ω)

2.4 Ketidakseimbangan Beban

2.4.1 Pengertian tentang Beban Tidak Seimbang

Yang dimaksud dengan keadaan seimbang adalah suatu keadaan

dimana :

• Ketiga vektor/tegangan sama besar

• Ketiga vektor saling membentuk sudut 120° satu sama lain.

Sedangkan yang dimaksud dengan keadaan tidak seimbang adalah keadaan

dimana salah satu atau kedua syarat keadaan tidak seimbang tidak terpenuhi.

Kemungkinan keadaan tidak seimbang ada 3 macam, yaitu :

1. Ketiga vektor sama besar tetapi tidak membentuk sudut 120° satu sama lain

2. Ketiga vektor tidak sama besar tetapi membentuk sudut 120° satu sama lain

3. Ketiga vektor tidak sama besar dan tidak membentuk sudut 120° satu sama

lain.

Untuk lebih jelasnya dapat digambarkan dengan vektor diagram arus pada

(31)

120o

120o ₁₂₀o

IT

IS

IR

(a)

IR

IR + IT

IT

IS

(b)

IN

135o

105o

120o

Gambar 2.16(a) Vektor Diagram Arus dalam keadaan seimbang dan (b) Vektor

[image:31.595.141.473.69.222.2]

diagram arus yang tidak seimbang

Gambar 2.16 (a) menunjukkan vektor diagram arus dalam keadaan seimbang. Di

sini terlihat bahwa penjumlahan ketiga vektor arusnya (IR,IS,dan IT) adalah sama

dengan nol sehingga tidak muncul arus netral (IN). Sedangkan pada Gambar 2.16

(b) menunjukkan vektor diagram arus yang tidak seimbang. Di sini terlihat bahwa

penjumlahan ketiga vektor arusnya (IR,IS,dan IT) tidak sama dengan nol, sehingga

muncul sebuah besaran yaitu arus netral (IN) yang besarnya tergantung dari

berapa besar faktor ketidakseimbangannya.

2.4.2 Penyaluran dan Susut Daya Pada Keadaan Arus Seimbang

Misalkan daya sebesar P disalurkan melalui suatu saluran dengan

penghantar netral. Apabila pada penyaluran daya ini arus-arus fasa dalam

keadaan seimbang, maka besarnya daya dapat dinyatakan sebagai berikut :

[ ] [ ]

cosϕ

3⋅ ⋅ ⋅

= V I

P ………(2.12)

Dengan :

P : daya pada ujung kirim

V : tegangan pada ujung kirim

cosφ : faktor daya

Daya yang sampai pada ujung terima akan lebih kecil dari P karena terjadi

penyusutan dalam saluran. Penyusutan daya ini dapat diterangkan dengan

menggunakan diagram fasor tegangan saluran model fasa tunggal seperti terlihat

(32)

V

V’cosφ’

V cosφ

φ φ’

[image:32.595.172.448.80.217.2]

I _V’ IR jIX

Gambar 2.17 Diagram Fasor Tegangan Saluran Daya Model Fasa Tunggal

Model ini dibuat dengan asumsi bahwa arus pemuatan kapasitif pada saluran

cukup kecil sehingga dapat diabaikan. Dengan demikian besarnya arus di ujung

kirim sama dengan arus di ujung terima. Apabila tegangan dan faktor daya pada

ujung terima berturut-turut adalah V’ dan cos φ’, daya pada ujung terima adalah :

[ ] [ ]

' cos '

3

'= ⋅V ⋅ I ⋅ ϕ

P ………(2.13)

Selisish antara P pada persamaan (2.12) dan P’ pada persamaan (2.13)

memberikan susut daya saluran, yaitu :

' P P

P_l = −

[ ] [ ]

[

cos

[ ]

' cos '

]

3⋅ I ⋅ V ϕ− V ϕ

= ………(2.14)

Sementara itu gambar 2.17 memperlihatkan bahwa :

[ ]

[

V cosϕ− V' cosϕ'

] [ ]

= I ⋅R

denganR adalah tahanan kawat penghantar tiap fasa. Oleh karena itu persamaan

(2.14) berubah menjadi :

R I

P_l =3⋅[ ]2⋅ ………(2.15)

2.4.3 Penyaluran dan Susut Daya pada Keadaan Arus Tak Seimbang

Jika [I] adalah besaran arus fasa dalam penyaluran daya sebesar P pada

keadaan seimbang, maka pada penyaluran daya yang sama tetapi dengan keadaan

tak seimbang besarnya arus-arus fasa dapat dinyatakan dengan koefisien a, b, dan

c sebagai berikut :

] [ ]

[I_R =a I

] [ ]

(33)

] [ ]

[I_T =c I

denganIR, IS, danIT berturut-turut adalah arus di fasa R, S, dan T.

Telah disebutkan di atas bahwa faktor daya di ketiga fasa dianggap sama

walaupun besarnya arus berbeda. Dengan anggapan seperti itu besarnya daya

yang disalurkan dapat dinyatakan sebagai :

ϕ

cos ] [ ] [ )

( + + ⋅ ⋅ ⋅

= a b c V I

P ………(2.17)

Apabila persamaan (2.17) dan persamaan (2.12) menyatakan daya yang besarnya

sama, maka dari kedua persamaan itu dapat diperoleh persyaratan untuk koefisien

a, b, dan c yaitu :

a + b + c = 3 ………(2.18)

Dengan anggapan yang sama, arus yang mengalir di penghantar netral dapat

dinyatakan sebagai berikut :

T S R

N I I I

I = + + ………(2.19)

[

cos( 120 ) sin( 120 ) cos(120 ) sin(120 )

]

[ + − ° + − ° + ° + °

= I a b jb c jc

[

( )/2 ( )( 3)/2

]

[I a− b+c + j c−b

=

Susut daya saluran adalah jumlah susut daya pada penghantar fasa dan

penghantar netral, adalah :

(

R S T

)

N N

l I I I R I R

P'= [ ]2+[ ]2+[ ]2 ⋅ +[ ]2⋅

(

a b c

)

I R

(

a b c ab ac bc

)

IN RN

2 2

2 2 2

] [ ]

[ + + + − − −

+ +

= (2.20)

denganRN adalah tahanan penghantar netral.

Apabila persamaan (2.18) disubstitusikan ke persamaan (2.20) maka

diperoleh :

(

)

(

)

N N

l ab ac bc I R ab ac bc I R

P'= 9−2( + + )[ ]2 + 9−3( + + )[ ]2 (2.21)

Persamaan (2.21) ini adalah susut daya saluran untuk saluran dengan

penghantar netral. Apabila tidak ada penghantar netral maka persamaannya

menjadi :

(

ab ac bc

)

I R

P_l'= 9−2( + + )[ ]2 ………(2.22)

2.5 Faktor Daya

Pengertian faktor daya (cos φ) adalah perbandingan antara daya aktif

(P) dan daya semu (S). Dari pengertian tersebut, faktor daya (cos φ) dapat

(34)

Faktor Daya = ( daya aktif / daya semu )

= ( P / S )

= ( V.I.cosφ / V.I )

= cos φ

[image:34.595.195.421.180.311.2]

Untuk penjelasan tentang daya-daya dapat dilihat pada segitiga daya berikut ini :

Gambar 2.18 Segitiga Daya

Daya Semu (S) = V.I (VA) ………....(2.23)

Daya Aktif (P) = V.I.cos φ (Watt) ………(2.24)

(35)

2.6 Listrik Arus Bolak Balik 3 Fasa 2.6.1 Pengertian

Yang dimaksud dengan listrik arus bolak – balik 3 fasa adalah arus bolak-balik

yang terdiri dari 3 (tiga) keluaran yang disebut dengan fasa, dengan bentuk sinusiode

dimanan besar/nilai tegangannya sama, frekuensi sama tetapi masing – masing

berbeda 1/3 periode ( 120o )

2.6.2 Listrik Arus Bolak Balik 3 Fasa

Tiga buah belitan serupa berbeda tempat 120opada ruangan bulat timbul ggl

(gerak gaya listrik) sebagai akibat dari Induksi medan magnit penguat . Besar ggl dan

frekwensi yang timbul sama, tetapi berbeda 120o satu dengan yang lain.

2.7 Tegangan Dan Arus

Tegangan dan arus keluaran dari generator atau trafo dapat dibedakan

berdasakan hubungan antar belitannya

2.7.1. Hubungan Bintang

– Tegangan setiap belitan disebut

dengan tegangan fasa = Ef

– Tegangan antar fasa disebut

dengan tegangan line = El

– El = Ef . √3

– Arus yang keluar dari belitan

disebut arus fasa If dan arus yang

keluar dari terminal disebut arus

line Il . Arus line besarnya sama

dengan arus fasa : Il = If

EL

EF

R

N

S

If

Il

[image:35.595.95.313.381.588.2]

Il

(36)

– Tegangan line besarnya sama degan tegangan fasa : El=

Ef

– Arus line besarnya sama dengan

arus fasa dikalikan √ 3

– Il = If .√ 3

2.8 Daya Listrik 3 Fasa Hubungan Bintang

Daya 3 fasa = daya fasa 1 + daya fasa 2 + daya fasa 3

P_3Φ = P1 + P2+ P3

= ( If1 × Vf1 × Cos ϕ1 ) + (If2× Vf2× Cos ϕ2)+(If3× Vf3× Cos ϕ3)

Bila tegangan dan beban seimbang,maka:

P_3Φ = 3 × ( If × Vf × Cosϕ)

Diketahui bahwa :

EL

EF

R

N

S

T

I

l.1

I

l.3

I

l.2

I

f.3

I

f.3

2.7.2 Hubungan Delta

EF

EL

R

S

T

Il

If

[image:36.595.102.505.90.595.2]

If I f

[image:36.595.110.471.370.583.2]

Gambar 2. 20 Diagram hubungan delta

(37)

dan If = II

Maka :

Atau :

P_3Φ = × ( II × VI × Cos ϕ)

2.9 Daya Listrik 3 Fasa Hubungan Segitiga

Daya 3 fasa = daya fasa 1 + daya fasa 2 + daya fasa 3

P_3Φ = P1 + P2+ P3

= ( If1 × Vf1 × Cos ϕ1 ) + (If2× Vf2× Cos ϕ2)+(If3× Vf3× Cos ϕ3)

Bila tegangan dan beban seimbang,maka:

P_3Φ = 3 × ( If × Vf × Cos ϕ)

Diketahui bahwa :

dan Vf = VI

Maka :

Atau :

P3Φ = × ( II × VI × Cos ϕ)

I

l1

EF

EL

EL EL

I

l2

I

l3

[image:37.595.112.478.275.462.2]

I

f3

I

f2

(38)

BAB III

SISTEM PENGUKURAN DAN PENGAMBILAN DATA

Data-data yang diperlukan untuk mendukung Tugas Akhir ini adalah :

1. Data teknis alat ukur yang digunakan

2. Data teknis trafo distribusi

3. Data pembebanan trafo distribusi

4. Data tahanan penghantar netral trafo

3.1 Data Teknis Alat Ukur

Alat ukur yang digunakan untuk mendapatkan data pengukuran pembebanan

trafo distribusi tegangan rendah adalah 266 ( DT 266) 1000A AC Clamp-on Amper

Volt meter atau sering disebut Tang-amper yang dapat digunakan untuk mengukur

besaran-besaran arus, tegangan dan terkadang tahanan, Clamp-on Power meter atau

sering disebut dengan Tang-kW meter yang dapat mengukur besaran-besaran

tegangan, arus, faktor daya, daya dan urutan fasa. Adapun data teknis dari alat ini

adalah sebagai berikut :

 Size/Weight : 23cm x 7cm x 3,7cm/ 310 g

 Minimum Input Levels : 5 Vrms or 1 Arms

 Input Range ( V measurement ) : 750 Vac to 1000V

 Input Range ( A measurement ) : 200A to 1000V

 Input Range ( W measurement) : 0 W (VA) to 600 (KVA) average and 0

W to 2000 KVA peak

 Overload Protection : 250 Vrms ac

 Resistance Full Scale : 20K ohms

 Operation Temperature : 0-40 degrees Celcius

 Fuse : 250Ma @ 250V

Sedangkan alat ukur yang digunakan untuk memperoleh nilai tahanan pembumian

netral trafo adalah Tang Ground Tester Digital.Rangkaian pengukuran tahanan

(39)

[image:39.595.109.447.77.242.2]

Gambar 3. 1 Rangkaian pengukuran tahanan pembumian netral trafo

3. 1. 1 Pengukuran Beban di Gardu Distribusi

1. Menggunakan 3 ( tiga ) buah Tang-kW meter untuk mengukur setiap fasanya dan

1 ( satu ) buah Tang-amper meter untuk mengukur arus pada penghantar netral.

Untuk mengambil angka hasil ukur secara bersamaan, maka semua alat-ukur

tersebut di ”hold” secara bersamaan. Pengambilan hasil ukur dimulai dari

saluran-masuk sumber ( kabel trafo ) dilanjutkan ke saluran-keluar atau disebut dengan

kabel-jurusan ( SUTR )

2. Hasil ukur dicatat sebagai hasil ukur awal atau data pengukuran

Gambar 3.2 Diagram Pengawatan Pengukuran Beban dan Tegangan Gardu Distribusi

3. 2 Data Teknis Trafo Distribusi

R S

Tang-amper meter pengukuran aruspenghantar Netral

Tang-kW meter pengukuran beban dan tegangan penghantar Fasa R

Tang-kW meter pengukuran beban dan tegangan penghantar Fasa S

[image:39.595.145.448.494.701.2]

(40)

Transformator yang menjadi penelitian pada tugas akhir ini hanya 4 buah

transformator distribusi, yaitu :

Trafo distribusi 250 kVA di Jln. Medan – L. Pakam SP. DLLAJ, trafo distribusi 250

kVA di Jln. Batang Kuis DP Pabrik Sahabat, trafo distribusi 100 kVA di Jln.

Pendidikan , dan trafo distribusi 200 kVA di Jln. Bakaran Batu, adapun spesifikasi

[image:40.595.85.510.215.389.2]

tiap-tiap trafo adalah sebagai berikut :

Tabel 3.1 Data Spesifikasi Transformator

Data

Transformator

Jln. Medan –

L. pakam

Jln. Batang

Kuis

Jln.

Pendidikan

Jln. Bakaran

Batu

Daya (kVA) 250 250 100 200

Tegangan (kV/V) 20 /400 20/400 20/400 20/380

Arus (A) 7,2/361,3 7,2/360,8 2,19/144 5,8/303,9

Impedansi (Z) 4% 4% 4% 5%

Hubungan Dyn5 Dyn5 Yzn5 Yyn6

3. 3 Data Pembebanan Trafo Distribusi

3. 3. 1 Trafo distribusi 250 KVA di Jln. Medan – L. Pakam SP DLLAJ

Gambar 3.3 Single line trafo distribusi 250 KVA di Jln. Medan – L. Pakam SP.

[image:40.595.228.357.465.701.2]

(41)

[image:41.595.84.515.109.433.2]

3. 3. 1. 1 Pengukuran pada siang dan malam hari

Tabel 3. 2 Hasil pengukuran arus pada siang hari dan malam hari

Pengukuran

LWBP

Jurusan Outgoing Incoming

Timur Barat Amp %

R (Amp) 133 14 149 41

S (Amp) 141 22 167 46

T (Amp) 130 8 130 36

N (Amp) 40 13 54 -

Beban (%) 36 4 - -

WBP

R (Amp) 232 34 262 73

S (Amp) 294 54 348 ₉₆

T (Amp) 259 85 344 ₉₅

N (Amp) 134 38 156

Beban 86 % 215 kVA

Beban (%) 71 16

Teg. Ujung L-N (Volt)

218 213

Penghantar JTR NTFUSE 200 A

TIC 70 mm 350 mm

NTFUSE 200 A TIC 70 mm 250 mm

[image:41.595.227.359.474.693.2]

3. 3. 2 Trafo Distribusi 250 kVA di Jln. Batang Kuis DP Pabrik Sahabat

Gambar 3.4 Single line trafo distribusi 250 kVA di Jln. Batang Kuis DP Pabrik

(42)

[image:42.595.86.512.110.418.2]

3. 3. 2. 1. Pengukuran pada siang dan malam hari

Tabel 3.3 Hasil pengukuran arus pada siang dan malam hari

Pengukuran

LWBP

Timur Barat Amp %

R (Amp) 63 126 189 52

S (Amp) 57 97 154 43

T (Amp) 88 100 188 52

N (Amp) 34 4 44 -

Beban (%) 19 29 - -

WBP

R (Amp) 90 288 378 105

S (Amp) 93 288 381 106

T (Amp) 90 288 378 105

N (Amp) 29 15 40

Beban 102 % 255 kVA

Beban (%) 25 78

Teg. Ujung L-N (Volt)

210 210

TIC 70 mm 360 mm

[image:42.595.215.374.462.737.2]

3. 3. 3 Trafo distribusi 100 kVA di Jln. Pendidikan

(43)

[image:43.595.83.516.110.407.2]

3. 3. 3. 1 Pengukuran pada siang dan malam hari

Tabel 3.4 Hasil pengukuran arus pada siang dan malam hari

Pengukuran

LWBP

Timur Barat Amp %

R (Amp) 60 17 77 53

S (Amp) 38 10 48 33

T (Amp) 50 14 64 44

N (Amp) 33 10 44 -

Beban (%) 33 9 - -

WBP

R (Amp) 74 31 105 73

S (Amp) 73 21 94 65

T (Amp) 105 32 137 95

N (Amp) 61 24 83

Beban 102 % 255 kVA

Beban (%) 57 19

Teg. Ujung L-N (Volt) 216 217

TIC 50 mm 550 mm

[image:43.595.219.364.448.708.2]

3.3.4 Trafo Distribusi 200 KVA di Jl. Bakaran Batu

(44)

[image:44.595.84.515.111.388.2]

3.3.4.1Pengukuran Pada Siang Hari dan Malam Hari

Tabel 3.5 Hasil Pengukuran Pada siang hari dan Malam hari

Pengukuran

LWBP Jurusan Outgoing Incoming

R (Amp) 58 28 86 28

S (Amp) 48 33 81 27

T (Amp) 69 12 81 27

N (Amp) 35 21 40 -

Beban (%) 19 8 - -

WBP

R (Amp) 90 57 147 48

S (Amp) 131 60 191 63

T (Amp) 87 17 104 34

N (Amp) 75 45 95

Beban 48 % 96 kVA

Beban (%) 34 15

Teg. Ujung L-N (Volt) 170 165

Penghantar JTR TIC 50 mm 950

mm

(45)

[image:45.595.157.439.109.327.2]

FOTO-FOTO PENGUKURAN

Gambar 3.7 Trafo Distribusi 250 kVA

[image:45.595.156.440.371.649.2]

(46)

[image:46.595.151.443.69.455.2]

(47)

BAB IV

ANALISIS HASIL PENGUKURAN

Setelah memperoleh data-data yang diperlukan, penulis memerlukan beberapa

analisis, yaitu:

1. Analisa pada tiap-tiap Trafo Distribusi

2. Analisa ketidakseimbangan beban pada tiap-tiap Trafo Distribusi

3. Analisa Losses akibat adanya arus netral pada pengantar netral pada pengantar netral trafo dan Losses akibat arus netral yang mengalir ke tanah

Analisa Pembebanan Trafo Distribusi

Menentukan Fuse Cut Out, dan Arus hubung singkat

• Untuk menetukan besarnya fuse cut out maka harus dihitung besarnya arus jalan-jalan dengan menggunakan persamaan (2.7)

. . 200 . 20 KV.

(48)

[image:48.595.229.360.72.311.2]

Gambar 4.1 Single Line Trafo Distribusi 250 beserta rating pengamannya

4. 1 Analisa Pembebanan Trafo Distribusi

4. 1. 1 Menentukan Persentase Pembebanan Trafo

4. 1. 1. 1 Trafo Distribusi 250 KVA di Jl. Medan-Lubuk Pakam Sp. DLLAJ

Data yang diperoleh dari hasil pengukuran trafo distribusi 250 KVA pada

siang dan malam hari sebagai berikut :

• Siang hari :

IR = 149 A

IS = 167 A

IT = 130 A

• Malam hari :

IR = 262 A

IS = 348 A

IT = 344 A

Untuk menentukan besarnya persentase pembebanan trafo maka harus

dihitung besarnya arus beban penuh (full load) dengan menggunakan persamaan (2.8).

IFL =

V . 3

S

dimana : S = 250 KVA

V = 0,4 KV phasa – phasa

IFL =

00 4 . 3 250.000

(49)

Irata siang = 148,6A 3 A ) 130 167 149 ( 3 I I

I_R _S _T

= + + = + +

Irata malam = 318A

3 A ) 344 348 262 ( 3 I I

IR+ S+ T = + + =

Persentase Pembebanan Trafo adalah :

− Pada siang hari : 100% 41,18%

A 360,84 A 6 , 148 IFL

Iratasiang

= ×

=

− Pada malam hari : 100% 88,12%

A 360,84

A 318 IFL

I_rata_malam

= ×

=

4. 1. 1. 2 Trafo Distribusi 250 KVA di Jl. Batang Kuis DP. Pabrik Sahabat

Data hasil pengukuran trafo distribusi 250 KVA pada siang dan malam hari

• Siang hari :

IR = 189 A

IS = 154 A

IT = 188 A

• Malam hari :

IR = 378 A

IS = 381 A

IT = 378 A

dihitung besarnya arus beban penuh (full load) :

IFL =

V . 3 S = 00 4 . 3 250.000

= 360,84 A

Irata siang = 177A

3 A ) 188 154 189 ( 3 I I

I_R _S _T

= + + = + +

Irata malam = 379A

3 A ) 378 381 378 ( 3 I I

I_R _S _T

= + + = + +

A 360,84

A 177 IFL

I_rata_siang

= ×

=

A 360,84

A 379 IFL

I_rata_malam

= ×

(50)

4. 1. 1. 3 Trafo Distribusi 100 KVA di Jl. Pendidikan

• Siang hari :

IR = 77 A

IS = 48 A

IT = 64 A

• Malam hari :

IR = 105 A

IS = 94 A

IT = 137 A

IFL =

V . 3

S =

00 4 . 3 100.000

= 144,33 A

Irata siang = 63A

3

A ) 64 48 77 ( 3

I I

I_R _S _T

= +

+ = + +

Irata malam = 112A

3

A ) 137 94 105 ( 3

I I

I_R _S _T

= +

+ =

+ +

A 33 , 44 1

A 63 IFL

I_rata_siang

= ×

=

A 33 , 44 1

A 112 IFL

I_rata_malam

= ×

=

4. 1. 1. 4 Trafo Distribusi 200 KVA di Jl. Bakaran Batu

• Siang hari :

IR = 86 A

(51)

IT = 81 A

• Malam hari :

IR = 147 A

IS = 191 A

IT = 104 A

IFL =

V . 3

S =

00 4 . 3 200.000

= 303,86A

Irata siang = 82,66A

3 A ) 81 81 86 ( 3

I I

I_R _S _T

= +

+ = + +

Irata malam = 147,33A

3

A ) 104 191 147 ( 3

I I

I_R _S _T

= +

+ =

+ +

A 86 , 03 3

A 66 , 82 IFL

Iratasiang

= ×

=

A 86 , 03 3

A 33 , 147 IFL

I_rata_malam

= ×

[image:51.595.89.507.506.698.2]

=

Tabel 4.1 Persentase Pembebanan Trafo Distribusi

Lokasi Trafo Jenis Pelanggan Pembebanan (%)

Siang hari Malam hari

Jl. Medan- Lubuk

Pakam SP. DLLAJ

Perumahan 41,18 88,12

Jl. Batang Kuis DP.

Pabrik Sahabat

Perumahan dan

bisnis

49,05 105,03

Jl. Pendidikan Perumahan dan

bisnis

43,64 77,59

Jl. Bakaran Batu Perumahan 27,2 48,48

Pada tabel 4.1 terlihat bahwa persentase pembebanan paling tinggi pada siang

dan malam hari ialah di Jl. Batang Kuis DP. Pabrik Sahabat. Hal ini disebabkan Jalan

(52)

4. 2 Analisa Ketidakseimbangan Beban pada Trafo Distribusi

4. 2. 1 Trafo Distribusi 250 KVA di Jl. Medan – Lubuk Pakam SP. DLLAJ

• Pada siang hari :

Dengan menggunakan persamaan (2.16), koefisien a, b, dan c dapat diketahui

besarnya, dimana besarnya arus fasa dalam keadaan seimbang (I) sama dengan

besarnya arus rata-rata(Irata)

IR = a.I maka : a = 1,002A

A 6 , 148 A 149 I I_R = =

IS = b.I maka : b = 1,12A

A 6 , 148 A 167 I I_S = =

IT = c.I maka : c = 0,87A

A 6 , 148 A 130 I I_T = =

Pada keadaan seimbang, besarnya koefisien a, b, dan c adalah 1.dengan

demikian, rata-rata ketidakseimbangan beban (dalam %) adalah :

=

{

}

100%

3 1 -c 1 -b 1 -a × + +

=

{

}

100%

3 1 -87 , 0 1 -12 , 1 1 -002 , 1 × + + = 8,33%

• Pada malam hari :

besarnya arus rata-rata(Irata) .

IR = a.I maka : a = 0,82A

A 318 A 262 I I_R = =

A 318 A 348 I I_S = =

A 318 A 344 I I_T = =

=

{

}

100%

(53)

=

{

}

100% 3 1 -08 , 1 1 -09 , 1 1 -82 , 0 × + + = 11,66%

4. 2. 2 Trafo Distribusi 250 KVA di Jl. Batang Kuis DP. Pabrik Sahabat

A 177 A 189 I I_R = =

A 177 A 154 I I_S = =

A 177 A 188 I I_T = =

=

{

}

100%

3 1 -c 1 -b 1 -a × + +

=

{

}

100%

3 1 -06 , 1 1 -87 , 0 1 -06 , 1 × + + = 8,33%

A 379 78A 3 I I_R = =

A 379 A 381 I I_S = =

(54)

=

{

}

100%

3 1 -c 1 -b 1 -a × + +

=

{

}

100%

3 1 -99 , 0 1 -00 , 1 1 -99 , 0 × + + = 0,66%

4. 2. 3 Trafo Distribusi 100 KVA di Jl. Pendidikan

A 63 A 77 I I_R = =

A 63 A 48 I I_S = =

3A 6 A 64 I I_T = =

Pada keadaan seimbang, besarnya koefisien a, b, dan c adalah 1.dengan demikian,

rata-rata ketidakseimbangan beban (dalam %) adalah :

=

{

}

100%

3 1 -c 1 -b 1 -a × + +

=

{

}

100%

3 1 -02 , 1 1 -76 , 0 1 -22 , 1 × + + = 16%

IR = a.I maka : a = 0,9375A

A 112 05A 1 I I_R = =

A 112 A 94 I I_S = =

(55)

=

{

}

100%

3 1 -c 1 -b 1 -a × + +

=

{

}

100%

3 1 -22 , 1 1 -83 , 1 1 -9375 , 0 × + + = 15%

4. 2. 4 Trafo Distribusi 200 KVA di Jl. Bakaran Batu

A 66 , 82 A 86 I I_R = =

A 66 , 82 A 81 I I_S = =

2,66A 8 1A 8 I I_T = =

=

{

}

100%

3 1 -c 1 -b 1 -a × + +

=

{

}

100%

3 1 -97 , 1 1 -97 , 0 1 -04 , 1 × + + = 3,33%

A 33 , 147 47A 1 I I_R = =

(56)

A 33 , 147

A 104 I

I_T

= =

=

{

}

100%

3

1 -c 1 -b 1 -a

× + +

=

{

}

100%

3

1 -70 , 0 1 -29 , 1 1 -99 , 0

× +

+

[image:56.595.89.508.279.494.2]

= 20%

Tabel 4.2 Ketidakseimbangan Beban Trafo Distribusi

Lokasi trafo Waktu Ketidakseimbangan

beban

Jl. Medan Lubuk Pakam

SP. DLLAJ

Siang

Malam

8,33 %

11,66 %

Jl. Batang Kuis DP.

Pabrik Sahabat

Siang

Malam

8,33 %

0,66 %

Jl. Pendidikan Siang

Malam

16 %

15 %

Jl. Bakaran Batu Siang

Malam

3,33 %

20 %

Pada tabel 4.2 terlihat bahwa dari keempat trafo distribusi pada hari

ketidakseimbangan bebannya paling besar adalah pada pelanggan perumahan dan

bisnis (Jl. Batangkuis dan Jl. Pendidikan), sedangkan pada malam hari, jenis

pelanggan perumahan ( Jl. Bakaran Batu) bebannya adalah yang paling besar.

4. 3 Analisa Losses Akibat Adanya Arus Netral Pada Penghantar Netral Trafo dan Losses Akibat Arus Netral yang Mengalir Ke Tanah

4. 3. 1 Trafo Distribusi 250 KVA di Jl. Medan – Lubuk Pakam SP. DLLAJ

• Siang hari :

IN = 54 A

RN = 0,55Ω

(57)

RG = 3,7Ω

Dengan menggunakan persamaan (2.10 ), losses akibat adanya arus netral pada

penghantar netral trafo dapat dihitung besarnya yaitu :

PN = IN2 . RN

= (54)2A . 0,55Ω

= 1603,8 Watt = 1,6038 kW

Untuk menghitung persentase losses akibat adanya arus netral pada penghantar netral

trafo, harus diketahui terlebih dahulu daya aktif trafo (P) :

P = S cos x, dimana cos x yang digunakan adalah 0,55

P = 250 KVA. 0,55 = 137,5 KW

Dengan demikian, persentase losses akibat adanya arus netral pada penghantar netral

trafo adalah :

% PN = 100%

P

P_N

×

= 100%

kW 5 , 137

kW 1,6038

× = 1,16 %

Sedangkan losses akibat arus netral yang mengalir ke tanah dapat dihitung besarnya

dengan menggunakan persamaan (2.11 ) yaitu :

PG = IG2 . RG

= (32,8)2 A . 3,7Ω

= 3980,608 watt = 3,9806 kW

Dengan demikian, persentase losses adalah :

% PG = 100%

P

P_G

× = 137,5KW 100%

kW 9806 , 3

×

= 2,89 %

• Malam hari :

IN = 156 A

RN = 10 Ω

IG = 81,5 A

RG = 3,7Ω

Dengan menggunakan persamaan ( 2.10), losses akibat adanya arus netral pada

penghantar netral trafo dapat dihitung besarnya yaitu :

(58)