Analisis Ketidakseimbangan Beban Transformator Distribusi Untuk Identifikasi Beban Lebih dan Estimasi Rugi-Rugi Pada Jaringan Tegangan Rendah

(1)

TUGAS AKHIR

ANALISIS KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN

TRANSFORMATOR DISTRIBUSI UNTUK IDENTIFIKASI

BEBAN LEBIH DAN ESTIMASI RUGI-RUGI PADA

JARINGAN TEGANGAN RENDAH

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Konsentrasi Energi Elektrik

O l e h

YOAKIM SIMAMORA

NIM. 070402059

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

ANALISIS KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN TRANSFORMATOR DISTRIBUSI UNTUK IDENTIFIKASI BEBAN LEBIH DAN ESTIMASI

RUGI-RUGI PADA JARINGAN TEGANGAN RENDAH

Oleh :

YOAKIM SIMAMORA NIM : 070402059

Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelarSarjana Teknik

pada

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

Sidang pada tanggal 18 bulan Desember tahun 2013 di depan penguji :

1) Ir. M. Zulfin, MT : Ketua Penguji : ……… 2) Naemah Mubarakah, ST. MT : Anggota Penguji : ………

Disetujui Oleh : Pembimbing Tugas Akhir

(Ir. Panusur S.M.L. Tobing) NIP : 19491123 197603 1 001

Diketahui oleh :

Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU (Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si)

(3)

ANALISIS KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN TRANSFORMATOR DISTRIBUSI UNTUK IDENTIFIKASI BEBAN LEBIH DAN ESTIMASI

RUGI-RUGI PADA JARINGAN TEGANGAN RENDAH Oleh :

YOAKIM SIMAMORA NIM : 070402059

Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelarSarjana Teknik

pada

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

Sidang pada tanggal 18 bulan Desember tahun 2013 di depan penguji

1) Ir. M. Zulfin, MT : Ketua Penguji 2) Naemah Mubarakah, ST. MT : Anggota Penguji

Disetujui Oleh : Pembimbing Tugas Akhir (Ir. Panusur S.M.L. Tobing) NIP : 19491123 197603 1001

Diketahui oleh :

Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU (Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si)

(4)

ABSTRAK

Pada saat sekarang ini tenaga listrik menjadi salah satu kebutuhan utama bagi manusia. Baik untuk kebutuhan rumah tangga maupun untuk kebutuhan industri. Tenaga listrik dihasilkan dari pembangkit-pembangkit seperti PLTA, PLTU, dan PLTD. Kemudian listrik yang dihasilkan tersebut didistribusikan ke konsumen-konsumen melalui jaringan distribusi.

Ketidakseimbangan beban pada suatu sistem distribusi tenaga listrik selalu terjadi dan penyebab ketidakseimbangan tersebut adalah pada beban-beban satu fasa pada pelanggan jaringan tegangan rendah.

(5)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan rahmat yang telah diberikan-Nya kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “Analisis Ketidakseimbangan Beban Transformator Distribusi Untuk Identifikasi Beban Lebih dan Estimasi Rugi-Rugi Pada Jaringan Tegangan Rendah”. Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan untuk menyelesaikan studi dan memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Tugas Akhir ini penulis persembahkan untuk kedua orang tua yang telah membesarkan penulis dengan kasih sayang yang tak ternilai harganya, yaitu Tarinson dan Dameara, saudara kandung penulis, Lolo, Berry, Riston, dan Welly, atas seluruh perhatian dan dukungannya hingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.

Selama masa kuliah sampai masa penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis mendapat dukungan, bimbingan, dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan setulus hati penulis hendak menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Ir. Panusur S.M.L. Tobing selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk memberikan bantuan, bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama penyusunan Tugas Akhir ini. Terima kasih sebesar-besarnya penulis ucapkan untuk Beliau. 2. Bapak Ir. Zulkarnaen Pane selaku Dosen Wali penulis sekaligus Sekretaris

Departemen Teknik Elektro FT USU.

3. Bapak Ir. Suraya Tarmizi Kasim, M.Si dan selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU.

(6)

5. Bapak Tarinson, selaku ayah penulis yang telah memberikan data yang cukup bagi penulis untuk melakukan riset beserta waktu luangnya bagi penulis untuk berdiskusi.

6. Teman-teman stambuk 2007: Asyer, Leonardo Siregar, Hotbe, Lamhot, Fuad, dan teman-teman 2007 lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu. Nama-nama kalian akan selalu tertanam dalam hati ini.

7. Semua abang-kakak senior dan adik-adik junior yang telah mau berbagi pengalaman dan motivasi kepada penulis.

8. Semua orang yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, penulis ucapkan terima kasih banyak.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini tidak luput dari kesalahan-kesalahan, baik dari segi tata bahasa maupun dari segi ilmiah. Untuk itu, penulis akan menerima dengan terbuka segala saran dan kritik yang ditujukan untuk memperbaiki Tugas Akhir ini. Akhir kata, semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi penulis dan pembaca.

Medan, Desember 2013

Penulis,

(7)

DAFTAR ISI

ABSTRAK...i

KATA PENGANTAR...ii

DAFTAR ISI...iv

DAFTAR GAMBAR...vi

DAFTAR TABEL...viii

BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang...1

I.2. Tujuan dan Manfaat Penulisan...2

I.3. Batasan Masalah...2

I.4. Metode Penulisan...2

I.5. Sistematika Penulisan...3

BAB II TRANSFORMATOR II.1. Umum...5

II.2. Prinsip Kerja Transformator...5

II.2.1.Keadaan Transformator Tanpa Beban...6

II.2.2.Keadaan Transformator Berbeban...9

II.3. Rugi-Rugi Pada Transformator...10

(8)

II.4.1.Konstryksi Transformator Tiga

Phasa...11

II.4.2.Hubungan Transformator Tiga Phasa...12

II.4.2.1.Hubungan Bintang...12

II.4.2.2.Hubungan Delta...13

II.4.2.3.Hubungan Zigzag...14

II.4.3.Jenis-Jenis Hubungan Transformator Tiga 14 II.4.3.1.Hubung Wye-Wye...15

II.4.3.2.Hubung Wye-Delta...16

II.4.3.3.Hubung Delta-Wye...17

II.4.3.4.Hubung Delta-Delta...17

II.5. Transformator Distribusi...18

II.6. Spesifikasi Umum Tegangan Transformator Distribusi...19

II.7. Spesifikasi Teganfan Sekunder Transformator Distribusi...19

II.8. Spesifikasi Umum Penyadapan Transformator Distribusi...20

II.9. Spesifikasi Umum Rugi-Rugi Transformator...20

II.10. Regulasi Tegangan Transformator Distribusi...21

(9)

BAB III KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN

III.1. Sistem Distribusi...25

III.2. Sistem Tiga Phasa...27

III.2.1Sistem Y dan Delta...28

III.3. Ketidakseimbangan Beban...29

III.3.1.Pengertian Beban Tidak Seimbang...29

III.4. Arus Netral akibat Beban Tidak Seimbang...31

III.5. Penyaluran Daya Pada Keadaan Arus Seimbang...32

III.6. Penyaluran Daya Pada Keadaan Arus Tidak Seimbang...33

III.7. Rugi-Rugi Pada Sistem Distribusi...33

BAB IV ANALISIS KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN UNTUK IDENTIFIKASI BEBAN LEBIH ESTIMASI RUGI-RUGI JARINGAN TEGANGAN RENDAH IV.1. Umum...35

IV.2. Persamaan Yang Digunakan Dalam Perhitungan...35

IV.2.1.Perhitungan Arus Beban Penuh dan Arus Hubung Singkat...35

(10)

IV.3. Data Teknis Trafo Distribusi...38

IV.3.1.Data Teknis...38

IV.3.2.Data Pembebanan Trafo Distribusi...46

IV.4. Analisa

Data...54

IV.4.1.Analisa Pembebanan Trafo Distribusi...54

IV.4.2.Analisa Ketidakseimbangan Beban Pada Transformator Distribusi...66

IV.4.3.Identifikasi Adanya Beban Lebih...79

IV.4.4.Analisa Rugi-Rugi Pada Jaringan Tegangan Rendah...83

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan...91

5.2. Saran...91

(11)

ABSTRAK

Pada saat sekarang ini tenaga listrik menjadi salah satu kebutuhan utama bagi manusia. Baik untuk kebutuhan rumah tangga maupun untuk kebutuhan industri. Tenaga listrik dihasilkan dari pembangkit-pembangkit seperti PLTA, PLTU, dan PLTD. Kemudian listrik yang dihasilkan tersebut didistribusikan ke konsumen-konsumen melalui jaringan distribusi.

Ketidakseimbangan beban pada suatu sistem distribusi tenaga listrik selalu terjadi dan penyebab ketidakseimbangan tersebut adalah pada beban-beban satu fasa pada pelanggan jaringan tegangan rendah.

(12)

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 LATAR BELAKANG MASALAH

Pada zaman sekarang ini salah satu sumber tenaga yang paling diperlukan adalah tenaga listrik. Tenaga listrik pada saat ini menjadi salah satu dari kebutuhan pokok manusia. Dan juga semakin berkembangnya teknologi yang menggunakan tenaga listrik maka secara tidak langsung manusia tergantung terhadap tenaga listrik, baik untuk rumah tangga maupun untuk industri. Jadi manusia memerlukan tenaga listrik baik untuk kebutuhan sehari-hari maupun untuk bekerja.

Di dalam suatu industri tentunya sangat bergantung pada kehandalan dan efisiensi sistem kelistrikan pada industri tersebut. Salah satu persyaratan keandalan sistem penyaluran tenaga listrik yang harus dipenuhi untuk pelayanan kepada konsumen adalah kualitas tegangan yang baik dan stabil, karena meskipun kelangsungan catu daya dapat diandalkan, namun belum mungkin untuk mempertahankan tegangan tetap pada sistem distribusi karena tegangan jatuh akan terjadi di semua bagian sistem dan akan berubah dengan adanya perubahan beban.

Dalam menjaga stabilitas sistem tenaga listrik, kualitas daya merupakan hal yang penting. Untuk menjaga stabilitas tersebut perlu diperhatikan pembebanan pada transformator distribusi. Dimana dalam analisa pembebanan tersebut bertujuan untuk mengidentifikasi beban lebih akibat beban tidak seimbang.

I.2 TUJUAN DAN MANFAAT PENULISAN

Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini adalah

Memberikan uraian tentang analisis ketidakseimbangan beban transformator distribusi untuk identifikasi beban lebih

(13)

Memberikan informasi kepada penulis dan pembaca mengenai analisis pembebanan transformator distribusi untuk identifikasi beban lebih akibat beban tidak seimbang.

I.3 BATASAN MASALAH

Agar tujuan penulisan tugas akhir ini sesuai yang diharapkan, serta terarah pada judul dan bidang yang telah disebutkan di atas, maka penulis membatasi masalah yang akan dibahas,

1. Tidak membahas arus netral akibat ketidakseimbangan beban. 2. Tidak membahas jenis pembebanan.

3. Membahas tentang ketidakseimbangan beban transformator distribusi 4. Menganalisa pembebanan pada trafo distribusi dan identifikasi beban

lebih akibat beban tidak seimbang

5. Menganalisa rugi-rugi pada jaringan tegangan rendah menggunakan ETAP 4.0

I.4 METODE PENULISAN

Metode yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah: 1. Studi Literatur

Yaitu dengan mempelajari buku literature, buku manual, referensi dari internet, dan bahan kuliah yang mendukung dan berkaitan dengan Tugas Akhir ini.

2. Studi Bimbingan

Berupa Tanya jawab dengan dosen pembimbing yang telah di tunjuk oleh pihak Departemen Teknik Elektro USU mengenai masalah-masalah yang timbul selama Tugas Akhir ini berlagsung.

3. Studi Lapangan

(14)

I.5 SISTEMATIKA PENULISAN

Penulisan Tugas Akhir ini disajikan dengan sistematika penulisan sebagai berikut :

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar belakang masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metode penulisan, dan sistematika penulisan dari Tugas akhir ini.

BAB II : TRANSFORMATOR

Bab ini membahas Transformator secara umum, prinsip kerja transformator, rugi-rugi pada transformator, konstruksi transformator, transformator, perhitungan arus beban penuh, dan arus hubung singkat

BAB III : KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN

Bab ini membahas mengenai sistem distribusi secara umum, sistem tiga phasa, ketidakseimbangan beban dan losses pada jaringan distribusi

BAB IV : ANALISIS KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN UNTUK IDENTIFIKASI BEBAN LEBIH DAN ESTIMASI RUGI-RUGI JARINGAN TEGANGAN RENDAH.

Bab ini membahas mengenai parameter-parameter yang digunakan dalam analisa, data teknis dan pembebanan trafo distribusi, analisa pembebanan trafo distribusi, besarnya ketidakseimbangan beban,dan mengidentifikasi beban lebih, serta memperkirakan rugi-rugi yang terjadi pada jaringan tegangan rendah dengan simulasi ETAP 4.0

(15)

(16)

BAB II

TRANSFORMATOR

II.1 UMUM

Transformator merupakan suatu peralatan listrik elektromagnetik statis yang berfungsi untuk memindahkan dan mengubah daya listrik dari suatu rangkaian listrik ke rangkaian listrik lainnya dengan frekuensi dan perbandingan transformasi tertentu melalui suatu gandengan magnet dan bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik, dimana perbandingan tegangan antara sisi primer dan sisi sekunder berbanding lurus dengan perbandingan jumlah lilitan dan berbanding terbalik dengan perbandingan arusnya.

Dalam bidang teknik listrik pemakaian transformator dikelompokkan menjadi : 1. Transformator daya

2. Transformator distribusi

3. Transformator pengukuran; yang terdiri dari transformator arus dan transformator tegangan.

II. 2 PRINSIP KERJA TRANSFORMATOR

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 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 rangkaian 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 yang menyebabkan timbulnya fluks magnet di kumparan sekunder, maka mengalirlah arus sekunder jika rangkaian sekunder di bebani, sehingga energy listrik dapat ditransfer keseluruhan (secara magnetisasi)

(17)

Dimana ; e = gaya gerak listrik N = Jumlah lilitan (turn)

∅

= 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 rangkaian.

Tujuan utama menggunakan inti pada transformator adalah untuk mengurangi reluktansi (tahanan magnetis) dari rangkaian magnetis

II.2.1 Keadaan Transformator Tanpa Beban

Bila kumparan primer suatu transformator dihubungkan dengan sumber tegangan V1 yang sinusoidal, akan mengalirkan arus primer I0 yang juga sinusoidal dan dengan menganggap belitan N1reaktif murni. I0akan tertinggal 90° dari V1. Arus primer I0 menimbulkan fluks yang sefasa dan juga berbentuk sinusoidal.

Gambar 2.1 Transformator Dalam Keadaan Tanpa Beban

(18)

Gambar 2.3 Gambar Vektor Transformator Dalam Keadaan Tanpa Beban

Gambar 2.4 Gambar Gelombang IOtertinggal 90°Dari V1

∅=∅maxsin t (weber)……….2.2

Fluks yang sinusoidal ini akan menghasilkan tegangan induksi e1 (Hukum faraday):

e1= - N1

∅

………..……..……….2.3

e1= -N1

( ∅ . )

(19)

Dimana : e1= gaya gerak listrik ( Volt) N1= jumlah belitan sisi primer (turn)

= kecepatan sudut putar (rad/sec)

∅= fluks magnetic (weber) N1 ∅maks

Gambar 2.5 Gambar Gelombang e1Tertinggal 90°dari∅

Harga efektif : E1=

∅

√ ...2.7

E1=

√ ………...2.8

E1=

,

√ ………...2.9

E1=

, ∅

√ ………..2.10

E1= 4,44 N1f∅max(Volt)………2.11 Pada rangkaian sekunder, fluks bersama tadi juga menimbulkan :

e2= - N2

∅

………...………2.12

(20)

E2= 4,44 N2f ∅maks(Volt)………..2.13 Sehingga perbandingan antara rangkaian primer dan sekunder adalah :

= = a………..2.14

Dimana : E1= ggl induksi sisi primer (Volt) E2= ggl induksi sisi sekunder (Volt) N1= Junlah belitan sisi primer (turn) N2= Jumlah belitan sisi primer (Volt) a = factor transformasi

II.2.2 Keadaan Transformator Berbeban

Apabila kumparan sekunder dihubungkan dengan beban ZL, I2mengalir

pada kumparan sekunder, dimana I2=

Gambar 2.6 Transformator Dalam Keadaan Berbeban

(21)

Agar fluks bersama itu tidak berubah nilainya, pada kumparan primer harus mengalir arus I2', yang menentang fluks yang dibangkitkan oleh arus beban I2, hingga keseluruhan arus yang mengalir pada kumparan primer menjadi:

I1= I0+ I2’ (Ampere)...2.15 Bila komponen arus rugi inti (Ic) diabaikan, maka I0 = Im , sehingga :

I1= Im + I2’ (Ampere) ...2.16

Dimana:

I1= arus pada sisi primer (Ampere) I'2= arus yg menghasilkan Φ'2 (Ampere) I0= arus penguat (Ampere)

Im = arus pemagnetan (Ampere)

Ic = arus rugi-rugi inti (Ampere)

Untuk menjaga agar fluks tetap tidak berubah sebesar ggm yang dihasilkan oleh arus pemagnetan IM, maka berlaku hubungan :

N1IM= N1I1– N2I2...2.17 N1IM= N1(IM+ I2’) – N2I2...2.18 N1I2’ = N2I2...2.19

Karena IMdianggap kecil, maka I2’ = I1. Sehingga :

N1I1= N2I2...2.20

= =………..………..2.21

II.3 RUGI-RUGI PADA TRANSFORMATOR

(22)

II.3.1 Rugi Tembaga (Pcu)

Rugi yang disebabkan arus mengalir pada kawat tembaga yang terjadi pada kumparan sekunder dapat ditulis sebagai berikut :

Pcu = I2_{R (}_Watt_{) ...2.22} 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.

II.3.2 Rugi Besi (Pi) Rugi besi terdiri atas :

a) Rugi histerisis (Ph), yaitu rugi yang disebabkan fluks bolak – balik pada inti besi yang dinyatakan sebagai :

Ph = kh f Bmaks1.6(watt)...2.23

Kh = konstanta

Bmaks = Fluks maksimum (weber)

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

Pe = ke f2 B2maks (Watt) ...2.24

Kh = konstanta

Bmaks = Fluks maksimum ( weber ) Jadi, rugi besi ( rugi inti ) adalah :

Pi = Ph + Pe (Watt) ...2.25

II.4 KONSTRUKSI TRANSFORMATOR

II.4.1 Konstruksi Transformator Tiga Phasa

(23)

Gambar 2.9 Konstruksi Transformator Tiga Fasa

Salah satu jenis konstruksi yang biasa dipergunakan yaitu tipe cangkang diperlihatkan pada Gambar 2.10 :

Gambar 2.10 Transformator Tiga Fasa Tipe Cangkang

Dalam jenis inti (core type) kumparan dililitkan disekitar dua kaki inti

magnetik persegi. Dalam jenis cangkang (shell type) kumparan dililitkan sekitar

kaki tengah dari inti berkaki tiga dengan laminasi silikon-steel. Umumnya digunakan untuk transformator yang bekerja pada frekuensi dibawah beberapa ratus Hz. Silikon-steel memiliki sifat-sifat yang dikehendaki yaitu murah, rugi inti rendah dan permeabilitas tinggi pada rapat fluks tinggi. Inti transformator yang dipergunakan dalam rangkaian komunikasi pada frekuensi tinggi dan tingkat energi rendah, kadang-kadang dibuat dari campuran tepung ferromagnetik yang dimanfaatkan sebagai permalloy.

II.4.2 Hubungan Trabsformator Tiga Phasa

Secara umum ada tiga macam jenis hubungan pada transformator tiga phasa yaitu :

1. Hubungan Bintang (Y)

(24)

ujung-ujung lilitan merupakan titik netral. Arus transformator tiga phasa dengan kumparan yang dihubungkan bintang yaitu; IA, IB, IC masing-masing berbeda 120°.

Gambar 2.11 Transformator Tiga Phasa Hubungan Bintang Dari gambar 2.11 diperoleh bahwa :

IA= IB= IC= IL...2.26 IL= Iph...2.27 VAB= VBC= VCA= VL-L...2.28 VL-L=√ 3Vph...2.29 Dimana :

VL-L = tegangan line to line (Volt) Vph = tegangan phasa (Volt)

IL = arus line (Ampere)

Iph = arus phasa (Ampere)

2. Hubungan Segitiga/ Delta (Δ)

Hubungan segitiga adalah suatu hubungan transformator tiga fasa, dimana cara penyambungannya ialah ujung akhir lilitan fasa pertama disambung dengan ujung mula lilitan fasa kedua, akhir fasa kedua dengan ujung mula fasa ketiga dan akhir fasa ketiga dengan ujung mula fasa pertama. Tegangan transformator tiga phasa dengan kumparan yang dihubungkan segitiga yaitu; VA, VB, VC masing-masing berbeda 120°.

(25)

Dari gambar 2.12 diperoleh bahwa :

IA= IB= IC= IL...2.30 IL=√ 3Iph...2.31 VAB= VBC= VCA = VL-L...2.32 VL-L= Vph...2.33

Dimana :

VL-L = tegangan line to line (Volt) Vph = tegangan phasa (Volt)

IL = arus line(Ampere) Iph = arus phasa (Ampere)

3. Hubungan Zigzag

Transformator zig–zag merupakan transformator dengan tujuan khusus.

Salah satu aplikasinya adalah menyediakan titik netral untuk sistem listrik yang tidak memiliki titik netral. Pada transformatorzig–zag masing–masing lilitan tiga

fasa dibagi menjadi dua bagian dan masing–masing dihubungkan pada kaki yang berlainan.

Gambar 2.13 Transformator Tiga Phasa Hubungan Zig-Zag

(26)

Dalam pelaksanaanya, tiga buah lilitan phasa pada sisi primer dan sisi sekunder dapat dihubungkan dalam bermacam-macam hubungan, seperti bintang dan segitiga, dengan kombinasi Y-Y, Y-Δ, Δ-Y, Δ-Δ, bahkan untuk kasus tertentu liltan sekunder dapat dihubungakan secara berliku-liku (zig-zag), sehingga diperoleh kombinasi Δ-Z, dan Y-Z. Hubungan zig-zag merupakan sambungan bintang istimewa, hubungan ini digunakan untuk mengantisipasi kejadian yang mungkin terjadi apabila dihubungkan secara bintang dengan beban phasanya tidak seimbang. Di bawah ini pembahasan hubungan transformator tiga phasa secara umum :

1. Hubungan Wye-wye (Y-Y)

Pada hubungan bintang-bintang, rasio tegangan fasa-fasa (L-L) pada primer dan sekunder adalah sama dengan rasio setiap trafo. Sehingga, tejadi pergeseran fasa sebesar 30° antara tegangan netral (L-N) dan tegangan fasa-fasa (L-L) pada sisi primer dan sekundernya.

Hubungan bintang-bintang ini akan sangat baik hanya jika pada kondisi beban seimbang. Karena, pada kondisi beban seimbang menyebabkan arus netral (IN) akan sama dengan nol. Dan apabila terjadi kondisi tidak seimbang maka akan ada arus netral yang kemudian dapat menyebabkan timbulnya rugi-rugi.

Hubungan Y-Y pada transformator tiga phasa dapat dilihat pada Gambar 2.14. Pada hubungan Y-Y, tegangan masing-masing primer phasa adalah :

Vphp =

√ ………...2.34

Tegangan phasa primer sebanding dengan tegangan phasa sekunder dan perbandingan belitan transformator maka, perbandingan antara tegangan primer dengan tegangan sekunder pada transformator hubungan Y-Y adalah :

=√

(27)

Gambar 2.14 Transformator 3 phasa hubungan Y-Y

2. Hubungan Wye-delta (Y-Δ)

Transformator hubungan Y-Δ, digunakan pada saluran transmisi sebagai penaik tegangan. Rasio antara sekunder dan primer tegangan fasa-fasa adalah 1/√3 kali rasio setiap trafo. Terjadi sudut 30° antara tegangan fasa-fasa antara primer dan sekunder yang berarti bahwa trafo Y-Δ tidak bisa diparalelkan dengan trafo Y-Y atau trafo Δ-Δ. Hubungan transformator Y-Δ dapat dilihat pada Gambar 2.15. Pada hubungan ini tegangan kawat ke kawat primer sebanding dengan tegangan phasa primer (VLP=√ 3 Vphp), dan tegangan kawat ke kawat sekunder sama dengan tegangan phasa (VLS = Vphs) sehingga di peroleh perbandingan tegangan pada hubungan Y-Δ adalah:

(28)

Gambar2.15 Transformator 3 phasa hubungan Y-Δ.

3. Hubungan Delta-wye (Δ-Y)

Transformator hubungan Δ-Y, digunakan untuk menurunkan tegangan dari tegangan transmisi ke tegangan rendah. Transformator hubungan Δ-Y dapat dilihat pada Gambar 2.16. Pada hubungan Δ-Y, tegangan kawat ke kawat primer sama dengan tegangan phasa primer (VLP= Vphp), dan tegangan sisi sekundernya (VLS=√ 3Vphs), maka perbandingan hubungan Δ-Y adalah :

=

√ =√ ……….……2.37

Gambar 2.16 Transformator 3 phasa hubungan Δ-Y.

4. Hubungan Delta - delta (Δ-Δ)

Pada transformator hubungan Δ-Δ, tegangan kawat ke kawat dan tegangan phasa sama untuk sisi primer dan sekunder transformator (VRS = VST= VTR= VLN), maka perbandingan tegangannya adalah :

= = a ………..………2.38

Sedangkan arus pada transformator hubungan Δ-Δ adalah :

(29)

IL = arus line to line IP = arus phasa

Gambar 2.17 Transformator 3 phasa hubungan Δ-Δ.

II.5 TRANSFORMATOR DISTRIBUSI

Transformator distribusi merupakan alat yang memegang peran penting dalam sistem distribusi.Transformator distribusi mengubah tegangan menengah menjadi tegangan rendah. Transformator distribusi yang umum digunakan adalah transformator step-down 20KV/400V. Tegangan fasa ke fasa sistem jaringan

tegangan rendah adalah 380V. Karena terjadi drop tegangan, maka pada rak tegangan rendah dibuat di atas 380V agar tegangan pada ujung penerima tidak lebih kecil dari 380V.

(30)

berbentuk sinusoidal pula. Karena fluks tersebut mengalir melalui inti yang mana pada inti tersebut terdapat belitan primer dan sekunder, maka pada belitan primer dan sekunder tersebut akan timbul ggl (gaya gerak listrik) induksi, tetapi arah ggl induksi primer berlawanan dengan arah ggl induksi sekunder. Sedangkan frekuensi masing-masing tegangan sama dengan frekuensi sumbernya.

II.6 SPESIFIKASI UMUM TEGANGAN PRIMER TRANSFORMATOR DISTRIBUSI

Tegangan primer sesuai dengan tegangan nominal sistem pada jaringan tegangan menengah (JTM) yang berlaku di lingkungan ketenagalistrikan yaitu 6 KV dan 20 KV. Dengan demikian ada dua macam transformator distribusi yang dibedakan oleh tegangan primernya, yaitu :

a. Transformator distribusi bertegangan primer 6 KV b. Transformator distribusi bertegangan primer 20 KV Catatan:

Pada sistem distribusi tiga phasa, 4 kawat, maka pada transformator phasa tunggal yang dipasang tentunya mempunyai tegangan pengenal, misalnya untuk 20 KV yaitu :

√ =12 kV.

II. 7 SPESIFIKASI TEGANGAN SEKUNDER TRANSFORMATOR DISTRIBUSI

Tegangan sekunder ditetapkan tanpa disesuaikan dengan tegangan nominal sistem jaringan tegangan rendah (JTR) yang berlaku dilingkungan PLN (127 V & 220 V) untuk sitem phasa tunggal dan 127/220 V dan 220/380 V untuk sistem tiga phasa, yaitu 133/231 V dan 231/ 400 V (pada keadaan tanpa beban). Dengan demikian ada empat macam transformator distribusi yang dibedakan oleh tegangan sekundernya, yaitu :

a. Transformator distribusi bertegangan sekunder 133/231 V b. Transformator distribusi bertegangan sekunder 231/400 V

c. Transformator distribusi bertegangan sekumder 133/231 V dan 231/400 V yang dapat digunakan secara serentak

(31)

Bilamana dipakai tidak serentak maka dengan bertegangan sekunder 231/400 V daya transformator tetap 100% daya pengenal, sedang tegangan sekunder 133/231 V dayanya hanya 75% daya pengenal d. Transformator distribusi bertegangan sekunder 133/231 V yang

digunakan terpisah.

II. 8 SPESIFIKASI UMUM PENYADAPAN (TAPING) TRANSFORMATOR DISTRIBUSI

Ada tiga macam penyadapan tanpa beban (STB), yaitu : a. Sadapan tanpa beban tiga langkah : 21 ; 20 ; 19 kV

b. Sadapan tanpa beban lima langkah : 22 ; 21 ; 20 ; 19 ; 18 kV c. Sadapan tanpa beban lima langkah : 21 ; 20,5 ; 20 ; 19,5 ; 19 kV

Penyadapan dilakukan dengan pengubah sadapan (komutator) pada keadan tanpa beban pada sisi primer

Catatan :

Nilai-nilai tegangan sadapan, khususnya penyadapan utama (principle tapping), adalah nilai-nilai yang bersesuaian dengan besaran-besaran pengenal.

II. 9 SPESIFIKASI UMUM RUGI-RUGI TRANSFORMATOR DISTRIBUSI

Berbagai nilai dari rugi-rugi transformator distribusi menurut SPLN 50 tahun 1997 dapat dilihat pada table 3.1 berikut ini :

KVA Rating Rugi Besi (Watt) Rugi Tembaga (Watt)

25 115 700

50 190 1100

100 320 1750

160 400 2000

200 550 2850

315 770 3900

(32)

680 1300 6500

Table 3.1 Spesifikasi Umum Rugi_rugi Transformator Distribusi

II.10 REGULASI TEGANGAN TRANSFORMATOR DISTRIBUSI

Regulasi tegangan transformator didefenisikan sebagai perubahan pada tegangan terminal sekunder transformator yang dinyatakan dalam persentase (atau dalam per unit) terhadap tegangan nominal sekunder pada saat berbeban dengan factor daya yang dapat berkurang hingga nol.

Jika V2adalah tegangan terminal sekunder untuk setiap beban E2adalah tegangan terminal sekunder pada saat tanpa beban. Dan dengan beban tertentu dan factor daya tertentu, maka regulasi tegangan transformator dapat dirumuskan sebagai berikut :

VR= ………2.40

Tegangan nominal sekunder transformator adalah sama dengan tegangan terminal transformator pada saat berbeban yaitu V2jadi persamaan di atas dapat dituliskan sebagai berikut :

VR= ( ) ( )

( ) dalam per unit……….2.41

VR= ( ) ( )

( ) x 100%...2.42 Dimana :

Vs(NL)= Tegangan terminal sekunder pada saat tanpa beban (Volt)

Vs(FL)= Tegangan terminal sekunder untuk setiap beban (Volt)

(33)

II.11 EFISIENSI TRANSFORMATOR DISTRIBUSI

Efisiensi dinyatakan sebagai :

η = = _∑ ……….………2.43

atau:

η = x 100%...2.44

dimana : Pout = Daya keluaran (Watt)

Pin = Daya masukan (Watt)

∑ − = Pcu + Pci

Pcu = Rugi tembaga (Watt)

Pi = Rugi inti (Watt)

1. Perubahan efisiensi terhadap beban

Perubahab efisiensi terhadap beban dinyatakan sebagai

η = ………2.45

agar η maksimum, maka

(I2R2ek+ ) = 0

Jadi,

R2ek=

Pi = 2 R2ek= Pcu……….…………2.46

(34)

2. Perubahan efisiensi terhadap factor daya (Cos ) beban

Perubahan efisiensi terhadap factor daya (Cos ) beban dapat dinyatakan

Sebagai : η = 1− ∑

∑ …………...….………2.47

η = 1 ̶ ∑ ⁄

∑ ⁄ ………..2.48 Bila∑ ⁄ 2 2 = X = konstan

Maka, η = 1 ̶ = 1 ̶ ⁄

(35)

BAB III

KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN

III.1 SISTEM DISTRIBUSI

Awalnya tenaga listrik dihasilkan di pusat-pusat pembangkit listrik sepeti PLTA, PLTU, PLTG, PLTGU, PLTP, dan PLTD dan yang lainnya, dengan tegangan yang pada umumnya merupakan tegangan menengah (TM) 6, 11, 20 kV. Pada umumnya pusat pembangkit tenaga listrik berada jauh dari pengguna tenaga listrik, untuk menyalurkan tenaga listrik dari pembangkit , maka diperlukan penggunaan tegangan tinggi (TT) yaitu 70 kV, 150 kV, atau tegangan ekstra tinggi (TET) yaitu 500 kV untuk Jawa dan 275 kV untuk Sumut. Tegangan yang lebih tinggi diperoleh dengan transformator penaik tegangan (step up transformator) akan menjadi lebih kecil, ketika tegangan tinggi diterapkan

(36)

Gambar 3.1 Sistem Tenaga Listrik

Pada gambar 3.1 terlihat jelas bahwa arah mengalirnya energy listrik berawal dari pusat tenaga listrik melalui saluran-saluran transmisi dan distribusi dan sampai pada instalasi pemakai yang merupakan unsure utilasi.

Keterangan Gambar 3.1

TR = Tegangan Rendah

(37)

TT = Tegangan Tinggi

TET = Tegangan Ekstra Tinggi

GI = Gardu Induk

GD = Gardu Distribusi

III.2. SISTEM TIGA PHASA

Kebanyakan sistem listrik dibangun dengan sistem tiga phasa. Hal tersebut didasarkan pada alasan-alasan ekonomi dan kestabilan daya pada beban. Alasan ekonomi dikarenakan dengan sistem tiga phasa, penggunaan penghantar untuk transmisi menjadi lebih sedikit. Sedangkan alasan kestabilan dikarenakan pada sistem tiga fase daya mengalir sebagai layaknya tiga buah sistem phasa tunggal, sehingga untuk peralatan dengan catu tiga phasa, daya sistem akan lebih stabil bila dibandingkan dengan peralatan dengan sistem satu phasa. Sistem tiga phasa atau sistem banyak phasa lainnya, secara umum akan memunculkan sistem yang lebih kompleks, akan tetapi secara prinsip untuk analisa, sistem tetap mudah dilaksanakan.

Sedangkan bentuk gelombang dari sistem tiga phasa yang merupakan fungsi waktu ditunjukkan pada Gambar 3.2 dibawah ini :

Vp

Vr Vs Vt

-Vp

(38)

Vr = V cos t (Volt)………..…..….3.1

Vs = V cos (ωt - ) (Volt)………...3.2 Vt = V cos ( t + ) (Volt)…………..………...3.3

Pada gambar 3.2 Terlihat bahwa antara tegangan phasa satu dengan yang lainnya mempunyai perbedaan phasa sebesar 2/3 atau sebesar 120°. Pada umumnya phasa dengan sudut phasa 0° disebut dengan phasa R, phasa dengan sudut 120° disebut dengan phasa S dan phasa dengan sudut 240° disebut dengan phasa T. Perbedaan sudut phasa tersebut pada pembangkit dimulai dari adanya kumparan yang masing-masing tersebar secara terpisah dengan jarak 120°

III.2.1 Sistem Y dan Delta

Sistem Y merupakan sistem sambungan pada sistem tiga phasa yang menggunakan empat kawat, yaitu fase R, S, T dan N. Sistem sambungan tersebut akan menyerupai huruf Y, yang memiliki empat titik sambungan yaitu pada ujung-ujung huruf dan pada titik pertemuan antara tiga garis pembentuk huruf. Sistem Y dapat digambarkan dengan skema pada gambar 3.3.

(a) (b)

(39)

Sistem hubungan atau sambungan Y sering juga disebut sebagai hubungan bintang, sedangkan pada sistem yang lain yang disebut delta, hanya menggunakan phasa R, S dan T untuk hubungan dari sumber ke beban terlihat pada Gambar 3.3. tegangan efektif antar phasa umumnya 380 V dan tegangan efektif fasa netral adalah 220 V.

Pada sistem Delta, bila tiga buah beban dengan impedansi yang sama disambungkan pada sumber tiga phasa, maka arus di dalam ketiga impedansi akan sama besar tetapi terpisah dengan sudut sebesar°, dan dikenal dengan arus phasa atau arus beban. Untuk keadaan yang demikian, maka dalam rangkaian akan berlaku,

Vph = VL(Volt)………..…………3.4

Iph=

√ (Ampere)………...3.5

Untuk sumber dan beban yang tersambung bintang atau Y, hubungan antara besaran listriknya adalah sebagai berikut :

Vph=_√ (Volt)………..………3.6

Iph= IL (Ampere)……….………..3.7

III.3. KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN

III.3.1 Pengertian Beban Tidak Seimbang

Yang dimaksud dengan keadaan seimbang adalah suatu keadaan dimana a. Ketiga veltor arus/tegangan adalah sama besar

(40)

Gambar 3.4 Vektor Diagram Arus Keadaan Seimbang

Dari gambar diatas menunjukkan vector diagram dalam keadaan setimbang. Disini terlihat bahwa penjumlahan ketiga vector arusnya (IR IS IT) adalah sama dengan nol sehingga tidak muncul arus netral.

Sedangkan yang dimaksud dengan keadaan tidak seimbang adalah keadaan dimana salah satu atau kedua syarat keadaan seimbang tidak terpenuhi Seperti yang terlihat pada Gambar 3.5 di bawah ini :

Gambar 3.5 Vektor Diagram Arus Keadaan Tidak Seimbang

Dari gambar diatas menunjukkan vector diagram arus dalam keadaan tidak seimbang. Disini terlihat bahwa penjumlahan ketiga vector arusnya (IRISIT)adalah tidak sama dengan nol sehingga muncul suatu besaran yaitu arus netral (IT) yang besarnya bergantung pada seberapa besar factor ketidakseimbangannya.

III.4. 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:

(41)

Gambar 3.6 Diagram Fasor Tegangan Saluran Daya Model Fasa Tunggal Model ini dibuat dengan asumsi 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 faktor daya pada ujung terima berturut-turut adalah V’ dan φ’,maka besarnya daya pada ujung terima adalah:

P’= 3 [V’] [I] Cos φ’………..………..……….3.9 Selisih antara P pada persamaan (3.8) dan P’ pada persamaan (3.9) memberikan susut daya saluran ,yaitu:

Pl = P – P’………...3.10

= 3.[I] Cos φ - 3 [V’] [I] Cos ………...…...………3.11 = 3 [I] { [V]Cos φ - 3 [V’] [I] Cos φ’}………..………...3.12 Sementara itu dari gambar 3.6 memperlihatkan bahwa :

{ [V]Cos φ - 3 [V’] [I] Cos φ’} = [I] R……….3.13 Dengan R adalah tahanan kawat penghantar tiap fasa.Oleh karena itu persamaan 3.12 berubah menjadi:

Pl = 3 [I]2R……….3.14

III.5. PENYALURAN DAN SUSUT DAYA PADA KEADAAN ARUS TIDAK SEIMBANG

Jika [I] adalah besaran arus fasa dalam penyaluran daya sebesar P pada keadaan seimbang, maka pada penyaluran daya yang sama tetapi tidak seimbang besarnya arus-arus fasa dapat dinyatakan dengan koefsien a,b dan c adalah sebagai berikut :

[IR] = a [I]………..………...3.15

(42)

[IT] = c [I]………3.17

Dengan IR, IS, dan IT berturut-turut adalah arus fasa R, S dan T. telah disebutkan diatas bahwa factor daya ketiga fasa dianggap sama walaupun besarnya arus berbeda. Dengan anggapan seperti ini, besarnya daya yang disalurkan dapat dinyatakan sebagai :

P = 3 (a + b + c) [I] cos ………3.18

Apabila persamaan 3.20 dan persamaan IN= 3Iao menyatakan daya yang besarnya sama, maka dari kedua persamaan tersebut dapat diperoleh persyratan koefisien a,b, dan c adalah

a + b + c = 3………3.19

dengan anggapan yang sama, arus yang mengalir di penghantar netral dapat dinyatakan sebagai :

IN= IS+ IR + IT……….3.20

= [I] { a + b cos (-120) + j.bsin(-120) + c cos(-120) + j.csin(120)…3.21

= [I] {a – (b + c) / 2 + j.(c - b)/ 2}……..………..3.22

Susut daya saluran adalah jumlah susut pada penghantar fasa dan penghantar netral adalah :

Pl‘ = { [IR]2 + [IS]2+[IT]2} + [IN]2.RN………...……..……….………..…3.23

= (a2+b2+c2) [I]2R + (a2+b2+c2-ab-ac-bc) [IN]2.RN………..3.24

Dengan RNadalah adalah tahanan penghantar netral.

Apabila persamaan 3.11 disubsitusikan ke persamaan 3.17 maka akan diperoleh

Pl‘= {9-2(ab + ac + bc)}. [I]2R + {9-3(ab + ac + bc)}.[IN]2.R………...3.25

(43)

Pl‘= {9-2(ab + ac + bc)}. [I]2R………..…..3.26

III.6. RUGI-RUGI PADA SISTEM DISTRIBUSI

Rugi-rugi daya listrik pada sistem distribusi dipengaruhi beberapa faktor yang antara lain faktor konfigurasi dari sistem jaringan distribusi, transformator, kapasitor, isolasi dan rugi – rugi daya listrik dikategorikan 2 (dua ) bagian yaitu rugi-rugi daya aktif dan daya reaktif seperti Persamaan di bawah ini.

S = P ± jQ (VA) ………...………...3.27

Dimana :

P = Rugi-rugi daya aktif (watt)

Q = Rugi-rugi daya reaktif (VAR)

S = Daya semu (VA)

Rugi-rugi daya listrik tersebut di atas ( VA ) akan mempengaruhi tegangan kerja sistem dan besarnya rugi-rugi daya dinyatakankan dengan:

Ploss =





br

n

i

i i r I

1

2_. _{………...3.28}

Qkoss =





br

n

i

i i x I

1

2_. _{……….………...3.29}

III.7. ANALISA ALIRAN DAYA PADA SISTEM TENAGA

Untuk analisa aliran daya pada sistem tenaga ada beberapa hal yang perlu diperhatikan, sebagai berikut:

a. Persamaan Aliran Daya b. Metode Aliran Daya III.7.1. Persamaan aliran daya

(44)

tidak semua rel memiliki generator. Penghantar menghubungkan antara rel 1 dengan rel 2. Pada setiap rel memiliki 6 besaran elektris yang terdiri dari : PD, PG, QD, QG, V, dan δ.

1 1 V

1 1

1 G G

G P jQ

S  

1 1

1 D D

D P jQ

S  

2 2 V 2 2

2 G G

G P jQ

S  

2 2

2 D D

D P jQ

S  

Gambar 3.7. Diagram Satu Garis sistem 2 rel

Pada Gambar 3.7 dapat dihasilkan Persamaan aliran daya dengan menggunakan diagram impedansi. Pada Gambar 3.8 merupakan diagram impedansi dimana generator sinkron direpresentasikan sebagai sumber yang memiliki reaktansi dan transmisi model π (phi). Beban diasumsikan memiliki impedansi konstan dan daya konstan pada diagram impedansi.

Gambar 3.8.Diagram impedansi sistem 2 rel

Besar daya pada rel 1 dan rel 2 adalah



1 1

 

1 1



1 1

1 SG SD PG PD j QG QD

S       ... 3.30



2 2

 

2 2



2 2

2 SG SD PG PD jQG QD

S       ... 3.31

G1 G2 B e b a 1 B e b a 2 1 ˆ E 1 G jX 1 ˆ G I 1 ˆ D I 1 ˆ I S Z p y jB   

2 yp

jB    2 S

R jX_S

2 ˆ E 2 G jX 2 ˆ G I 2 ˆ D I 2 ˆ I 1 ˆ

V Vˆ2

(45)

Pada Gambar 3.9 merupakan penyederhanaan dari Gambar 3.7 menjadi daya rel (rel daya) untuk masing-masing rel dimana dalam hal ini tujuannya

adalah untuk memudahkan analisa perhitungan aliran daya pada sistem tenaga listrik seperti yang dinyatakan pada gambar dibawah ini.

1 S 1 ˆ I S S Z

y  1

p y 2 ˆ I 1 ˆ

V Vˆ₂

p y 2 S S jX S R

Gambar 3.9.rel dayadengan transmisi model π untuk sistem 2 rel

Besarnya arus yang diinjeksikan pada rel 1 dan rel 2 adalah :

1 1

1 ˆ ˆ

ˆ

D

G I

I

I   ... 3.32

2 2

2 ˆ ˆ

ˆ

D

G I

I

I   ...3.33

Semua besaran adalah diasumsikan dalam sistem per-unit, sehingga :





1

* 1 1 1 1 1 * 1 1

1 VˆIˆ P jQ P jQ Vˆ Iˆ

S       ………….……….. 3.34





2

* 2 2 2 2 2 * 2 2

2 Vˆ Iˆ P jQ P jQ Vˆ Iˆ

S       ……… ………… 3.35

1

ˆ

I S

S

Z y  1

p y 2 ˆ I 1 ˆ

V _Vˆ₂

p y S jX S R " ˆ 1 I ' ˆ 1 I " ˆ 2 I ' ˆ 2 I

Gambar 3.10.Aliran arus pada rangkaian ekivalen

(46)

1 1 1 ˆ ˆ

ˆ _I _I

I   





S

p V V y

y V

Iˆ₁ ˆ₁  ˆ₁ ˆ₂





1





2

1 ˆ ˆ

ˆ _y _y _V _y _V

I  _p  _S   _S ………...……… 3.36

2 12 1 11

1 ˆ ˆ

ˆ _Y _V _Y _V

I   ……….……… 3.37

Dimana:

Y11adalah jumlah admitansi terhubung pada rel 1 = yP yS….… 3.38

Y12adalah admitansi negatif antara rel 1 dengan rel 2 = yS…… 3.39

Untuk aliran arus pada rel 2 adalah :

2 2 2 ˆ ˆ

ˆ _I _I

I    





S

p V V y

y V

Iˆ₂  ˆ₂  ˆ₂  ˆ₁





1





2

2 ˆ ˆ

ˆ _y _V _y _y _V

I   _S  _p _S ………...………. 3.40

2 22 1 21

1 ˆ ˆ

ˆ _Y _V _Y _V

I   ………...………. 3.41

Dimana:

Y22adalah jumlah admitansi terhubung pada rel 2 = yP yS…….. 3.42

Y21adalah admitansi negatif antara rel 2 dengan rel 1 = yS Y12...3.43

Dari Persamaan (3.40) dan (3.41) dapat dihasilkan Persamaan dalam bentuk matrik, yaitu:                    2 1 22 21 12 11 2 1 ˆ ˆ ˆ ˆ V V Y Y Y Y I I ... 3.44

(47)

bus bus

bus Y V

Iˆ  ˆ ... 3.45

Persamaan (3.34) hingga (3.45) yang diberikan untuk sistem 2 rel dapat dijadikan sebagai dasar untuk penyelesaian Persamaan aliran daya sistem n-rel.

Gambar 3.11.a menunjukkan sistem dengan jumlah n-rel dimana rel 1 terhubung dengan rel lainya. Gambar 311.b menunjukkan model transmisi untuk sistem n-rel.

1

ˆ

I

Gambar 3.11.a.sistem n-rel

1

ˆ

I

12

p

y yp21

12

s

y ys21

13

p

y yp31

13

s

y ys₃₁

1 pn y n p y₁ n s

y1 ysn1

Gambar 3.11.b.model transmisi π untuk sistem n-rel

Persamaan yang dihasilkan dari Gambar 3.11.b adalah:



 

S



S



n



Sn

n P P

P Vy Vy V V y V V y V V y

y V

(48)



yP yP yPn yS yS ySn



Vn yS V yS V ySnVn

Iˆ1 12 13... 1  12 13... 1 ˆ  12ˆ2 13ˆ3... 1 ˆ.3.46

n nV Y V Y V Y V Y

Iˆ1 11ˆ1 12 ˆ2 13ˆ3... 1 ˆ ... 3.47

Dimana: n S S S n P P

P y y y y y

y

Y11 12 13... 1  12 13... 1 ... 3.48

= jumlah semua admitansi yang dihubungkan dengan rel 1

n S n S

S Y y Y y

y

Y12 12; 13 13; 1  1 ...3.49

Persamaan (3.49) dapat disubstitusikan ke Persamaan (3.37) menjadi Persamaan (3.50), yaitu:



  n j j ijV Y I 1 1 ˆ

ˆ _{... 3.50}



    n j j jV Y V I V jQ P 1 1 * 1 1 * 1 1

1 ˆ ˆ ˆ ... 3.51

n

i1,2,..., ... 3.52

Persamaan (3.52) merupakan representasi Persamaan aliran daya yang

nonlinear. Untuk sistem n-rel, seperti Persamaan (3.44) dapat dihasilkan dari

Persamaan (3.53), yaitu:

                                         n nn n n n n n V V V Y Y Y Y Y Y Y Y Y I I I ˆ : ˆ ˆ ... : ... : : ... ... ˆ : ˆ ˆ 2 1 2 1 2 22 21 1 12 11 2 1

... 3.53

Notasi matrik dari Persamaan (3.53) adalah :

bus bus

bus Y V

I  ... 3.54

Dimana:



   n j j ij i i

i jQ V YV

P

1 * ˆ

(49)

              nn n n n n bus Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y ... : ... : : ... ... 2 1 2 22 21 1 12 11

matrik rel admitansi... 3.55

III.7.2. Metode aliran daya

Pada sistem multi-rel, penyelesaian aliran daya adalah dengan membentuk Persamaan aliran daya pada sistem. Metode yang digunakan pada umumnya dalam penyelesaian aliran daya, yaitu metode : Newton-Raphson, Gauss-Seidel,

dan Fast Decoupled. Tetapi metode yang dibahas pada Tesis ini adalah dengan

metode “Newton-Raphson”.

III.7.2.1. MetodeNewton-Raphson

Dalam metode Newton-Raphson secara luas digunakan untuk permasalahan Persamaan non-linear. Penyelesaian Persamaan ini menggunakan permasalahan yang linear dengan solusi pendekatan. Metode ini dapat diaplikasikan untuk satu Persamaan atau beberapa Persamaan dengan beberapa Variabel yang tidak diketahui .

Untuk Persamaan non-linear yang diasumsikan memiliki sebuah Variabel seperti Persamaan (3.56).

) (x f

y ... 3.56

Persamaan (3.56) dapat diselesaikan dengan membuat Persamaan menjadi Persamaan (3.57) yakni sebagai berikut:

0 ) (x 

f ... 3.57

Menggunakan deret taylor Persamaan (3.57) dapat dijabarkan menjadi

Persamaan (3.58).

 

 



 



... ! 2 1 ! 1 1 )

( 2 0 2

0 2 0

0

0     

 x x

dx x df x x dx x df x f x f

 



0

! 1

0 0 _ _

 n n n x x dx x df

(50)

Turunan pertama dari Persamaan (3.58) diabaikan, dengan pendekatan linear maka menghasilkan Persamaan (3.59)

 

 



0

)

(  0  0 xx0 

dx x df x f x

f ... 3.59

Dari :

 

x dx

df x f x x 0 0 0

1  ... 3.60

Bagaimana pun, untuk mengatasi kesalahan notasi, maka Persamaan (3.60) dapat diulang seperti Persamaan (3.61).

 

x dx df

x f x

x ₍₀₎

) 0 ( ) 0 ( ) 1 ( _ _ _... 3.61

Dimana : x(0)_{= Pendekatan perkiraan}

X(1)= pendekatan pertama

Oleh karena itu, rumus dapat dikembangkan sampai iterasi terakhir (k+1), menjadi Persamaan (3.62).

 

x dx df x f x x _k k k k ) ( ) ( ) ( ) 1

(  _ _ _{... 3.62}

 

( ) ) ( ) ( ) 1 ( ' k k k k x f x f x

x    ... 3.63

Jadi,

 

( ) ) ( ' k k x f x f x

 ... 3.64

) ( ) 1 (k k

x x

x 

(51)

Metode Newton-Raphson secara grafik dapat dilihat pada Gambar 3.12 yang merupakan ilustrasi dari metodeNewton-Raphson.

Gambar 3.12. Ilustrasi metodeNewton-Raphson

Pada Gambar 3.12 dapat dilihat kurva garis melengkung diasumsikan grafik Persamaan y F(x). Nilai x0 pada garis x merupakan nilai perkiraan

(52)

BAB IV

ANALISIS PEMBEBANAN TRANSFORMATOR DISTRIBUSI DAN IDENTIFIKASI BEBAN LEBIH AKIBAT BEBAN TIDAK SEIMBANG

IV.I UMUM

Transformator distribusi merupakan suatu alat yang memegang peranan penting dalam system distribusi daya listrik. Transformator distribusi digunakan untuk membagi/menyalurkan arus atau sinergi listrik dengan tegangan distribusi supaya jumlah energy yang hilang sia-sia diperjalanan tidak terlalu banyak.

Setelah memperoleh data-data yang dibutuhkan, penulis melakukan beberapa analisa, yaitu,

1. Analisa pembebanan pada tiap-tiap transformator distribusi 2. Analisa ketidakseimbangan beban pada tiap-tiap trafo

3. Identifikasi adanya beban lebih pada tiap-tiap trafo pada penyulang KI02 4. Estimasi rugi-rugi jaringan tegangan rendah pada penyulang KI02

IV.2 PERSAMAAN-PERSAMAAN YANG DIGUNAKAN DALAM PERHITUNGAN

Persamaan-persamaan yang dugunakan untuk menganalisa pembebanan transformator distibusi untuk identifikasi beban lebih akibat beban tidak seimbang adalah sebagai berikut :

IV.2.1 Perhitungan Arus Beban Penuh dan Arus Hubung Singkat

Telah diketahui bahwa daya transformator distribusi bila ditinjau dari sisi tegangan tinggi (primer) dapat dirumuskan sebagai berikut :

S =√ 3V I………..…………..……….4.1

Dimana :

(53)

V = tegangan sisi primer trnsformator (kV)

I = arus jala-jala (A)

Dengan demikian untuk menghitung arus beban penuh (full load) dapat menggunakan rumus :

IFL =

√ ………4.2

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

ISC=

.

% √ ………...………4.3

Dimana

ISC= arus hubung singkat (A)

S = daya transformator (kVA)

V = tegangan sisi sekunder transformator (kV)

%Z = persen impedansi transformator

Dengan demikian untuk menghitung persentase pembebanan nya adalah

I% = X 100%...4.4

(54)

IFASA= arus fasa (A)

IFL= arus beban penuh (A)

IV.2.2 Perhitungan Ketidakseimbangan Beban

Irata-rata=

Dimana besarnya arus fasa dalam keadaan seimbang (I) sama dengan besarnya arus rata-rata, maka koefsien a, b dan c diperoleh dengan

a = ………...…………4.5

b = ...4.6

c = ...4.7

Pada keadaan seimbang, besarnya koefsien a, b dan c adalah 1. Dengan demikian rata-rata ketidakseimbangan beban (dalam %) adalah:

{ | | | | | |

(55)

IV.3 DATA TEKNIS TRANSFORMATOR DISTRIBUSI

IV.3.1 Data Teknis Trafo

Tabel 4.1 Trafo Distribusi 200 kVA (ML059)

Feeder KI 02

Posisi Tap 3/5

Fasa 3

Kabel Incoming NYFGBY 95 mm2 Kabel Outgoing TIC 70 mm2 Tegangan Primer L-L (KV) 20

Tegangan Sekunder L-L (Volt) 380 Arus Primer (Amp) 5,8 Arus Sekunder (Amp) 303.9 Jenis Minyak Esso 90 Vektor Group Yzn5 Impedansi (%) 4

Tabel 4.2 Trafo Distibusi 160 kVA (ML073)

Feeder KI 02

Posisi Tap 3/5

Fasa 3

(56)

Vektor Group Yzn5 Impedansi (%) 4 Temperatur 55

Feeder KI 02

Posisi Tap 3/5

Fasa 3

Tegangan Sekunder L-L (Volt) 400 Arus Primer (Amp) 4,6 Arus Sekunder (Amp) 230,9 Jenis Minyak Diala A Vektor Group Yzn5 Impedansi (%) 4 Temperatur 55

Feeder KI 02

Posisi Tap 3/5

Fasa 3

(57)

Jenis Minyak Esso 90 Vektor Group Yzn5 Impedansi (%) 4 Temperatur 55

Feeder KI 02

Posisi Tap 3/5

Fasa 3

Tegangan Sekunder L-L (Volt) 400 Arus Primer (Amp) 2,9 Arus Sekunder (Amp) 151,9 Jenis Minyak Mineral Impedansi (%) 4 Temperatur 55

Feeder KI 02

Posisi Tap 3/5

Fasa 3

(58)

Jenis Minyak Esso 90 Vektor Group Dyn5 Impedansi (%) 4

Feeder KI 02

Posisi Tap 3/5

Fasa 3

Tegangan Sekunder L-L (Volt) 400 Arus Primer (Amp) 3 Arus Sekunder (Amp) 152 Jenis Minyak Diala B Vektor Group Yzn5 Impedansi (%) 4 Temperatur 55

Feeder KI 02

Posisi Tap 2/3

Fasa 3

(59)

Arus Sekunder (Amp) 152 Jenis Minyak Diala B Vektor Group Yzn5 Impedansi (%) 4 Temperatur 55

Feeder KI 02

Posisi Tap 3/3

Fasa 3

Tegangan Sekunder L-L (Volt) 400 Arus Primer (Amp) 3 Arus Sekunder (Amp) 152 Jenis Minyak Mineral Vektor Group Yzn5 Impedansi (%) 4 Temperatur 55

Feeder KI 02

Posisi Tap 2/3

Fasa 3

(60)

Arus Primer (Amp) 2,9 Arus Sekunder (Amp) 151,9 Jenis Minyak Diala B Vektor Group Yzn5 Impedansi (%) 4 Temperatur 55

Feeder KI 02

Posisi Tap 2/3

Fasa 3

Feeder KI 02

Posisi Tap 2/3

Fasa 3

(61)

Feeder KI 02

Posisi Tap 3/5

Fasa 3

Kode Gardu – No Trafo ML108-1

Feeder PP04

Posisi Tap 3/5

Fasa 3

(62)

Kabel Outgoing TIC 70 mm2 Tegangan Primer L-L (KV) 20

Tegangan Sekunder L-L (Volt) 400 Arus Primer (Amp) 3 Arus Sekunder (Amp) 152 Jenis Minyak Diala A Vektor Group Yzn5 Impedansi (%) 4 Temperatur 55

Tabel 4.15 Trafo Distribusi 100 kVA (TI643)

Feeder KI 02

Posisi Tap 3/5

Fasa 3

(63)

IV.3.2 Data Pembebanan Trafo Distrbusi

1. Trafo Distribusi 200 kVA (ML059)

Tabel 4.16 Data Pembebanan Trafo Distribusi 200 kVA (ML059) Pada Siang Hari

LWBP (Siang Hari)

JURUSAN

TIMUR 1 BARAT TIMUR 2

R (Amp) 25 109 106

S (Amp) 28 66 151

T (Amp) 25 68 168

Tabel 4.17 Data Pembebanan Trafo Distribusi 200 kVA (ML059) Pada Malam Hari

WBP (Malam Hari)

JURUSAN

TIMUR 1 BARAT TIMUR 2

R (Amp) 25 165 84

S (Amp) 32 83 191

T (Amp) 49 119 167

LWBP

(Siang Hari) _UTARAJURUSAN_SELATAN

R (Amp) 7 72

S (Amp) 7 89

T (Amp) 26 81

Tabel 4.19 Data Pembebanan Trafo Distribusi 160 kVA (ML073) Malam Hari

WBP

(64)

T (Amp) 64 144

Tabel 4.20 Data Pembebanan Trafo Distribusi 160 kVA(ml238) Pada Siang Hari

LWBP (Siang Hari)

JURUSAN TIMUR BARAT

R (Amp) 65 88

S (Amp) 70 79

T (Amp) 71 93

WBP (Malam Hari)

JURUSAN TIMUR BARAT R (Amp) 172 114 S (Amp) 125 120 T (Amp) 77 125

LWBP

(Siang Hari) _TIMURJURUSAN_BARAT R (Amp) 103 100 S (Amp) 120 110 T (Amp) 101 79

WBP

(65)

S (Amp) 180 18 T (Amp) 232 8

LWBP

(Siang Hari) _TIMURJURUSAN_BARAT

R (Amp) 93 50

S (Amp) 77 41

T (Amp) 82 40

WBP (Malam Hari)

JURUSAN TIMUR BARAT R (Amp) 114 66 S (Amp) 105 74 T (Amp) 123 97

Tabel 4.26 Data Pembebanan Trafo Distribusi 100 kVA (ML425)Pada Siang Hari

LWBP

R (Amp) 38 20

S (Amp) 37 27

T (Amp) 48 34

Tabel 4.27 Data Pembebanan Trafo Distribusi 100 kVA (ML425)Pada Malam Hari

WBP

(66)

R (Amp) 90 49

S (Amp) 88 57

T (Amp) 106 65

LWBP

(Siang Hari) _BARATJURUSAN_TIMUR

R (Amp) 28 10

S (Amp) 45 19

T (Amp) 46 14

WBP

(Malam Hari) _BARATJURUSAN_TIMUR

R (Amp) 29 71

S (Amp) 36 77

T (Amp) 30 93

WBP

(Malam Hari) JURUSAN_UTARA R (Amp) 19 S (Amp) 17 T (Amp) 19

(67)

(Malam Hari) UTARA R (Amp) 41 S (Amp) 28 T (Amp) 63

LWBP (Siang Hari)

JURUSAN UTARA TIMUR

R (Amp) 2 19

S (Amp) 6 23

T (Amp) 3 27

WBP (Malam Hari)

JURUSAN UTARA TIMUR

R (Amp) 15 58

S (Amp) 20 53

T (Amp) 15 90

LWBP

R (Amp) 89 34

S (Amp) 33 66

T (Amp) 28 60

(68)

WBP (Malam Hari)

JURUSAN BARAT TIMUR

R (Amp) 85 68

S (Amp) 70 122 T (Amp) 43 107

LWBP

R (Amp) 60 9

S (Amp) 74 11

T (Amp) 73 20

WBP

(Malam Hari) _TIMURJURUSAN_BARAT

R (Amp) 83 23

S (Amp) 100 33

T (Amp) 86 46

LWBP (Siang Hari)

JURUSAN

UTARA SELATAN

R (Amp) 34 4

S (Amp) 55 6

T (Amp) 43 19

(69)

WBP (Malam Hari)

JURUSAN

UTARA SELATAN

R (Amp) 77 6

S (Amp) 93 13

T (Amp) 75 28

LWBP

R (Amp) 47 18

S (Amp) 76 13

T (Amp) 48 8

WBP

(Malam Hari) _BARATJURUSAN_TIMUR

R (Amp) 89 31

S (Amp) 144 43

T (Amp) 80 15

LWBP (Siang Hari)

JURUSAN BARAT TIMUR

R (Amp) 19 24

S (Amp) 45 17

T (Amp) 33 24

(70)

WBP (Malam Hari)

JURUSAN BARAT TIMUR

R (Amp) 70 53

S (Amp) 99 61

T (Amp) 73 52

15. Trafo Distribusi 100 kVA di Jl. Pasar I

Tabel 4.44 Data Pembebanan Trafo Distribusi 100 kVA (T643) Pada Siang Hari

LWBP (Siang Hari)

JURUSAN TIMUR BARAT

R (Amp) 4 63

S (Amp) 13 91

T (Amp) 41 108

Tabel 4.45 Data Pembebanan Trafo Distribusi 100 kVA (T643) Pada Malam Hari

WBP (Malam Hari)

JURUSAN TIMUR BARAT

R (Amp) 53 19

S (Amp) 102 30 T (Amp) 145 65

IV.4 ANALISA DATA

IV.4.1 Analisa Pembebanan Trafo Distribusi

IV.4.1.1. Menentukan Fuse Cut Out, NH Fuse dan Arus Hubung Singkat 1. Untuk menetukan besarnya Fuse Cut Out maka dihitung besarnya arus

jala-jala dengan menggunakan persamaan :

S =√ 3V.I

(71)

250 kVA =√ 320.I

I =

√ .

I = 7,22 A

Fuse Cut Out yang dipilih sesuai SPLN adalah Fuse Link Type dengan rating 8 A.

b. Untuk S = 200 kVA

200 kVA =√ 320.I

I =

√ .

I = 5,77

Fuse Cut Out yang dipilih sesuai SPLN adalah Fuse Link Type dengan rating 6 A.

c. Untuk S = 160 kVA

160 kVA =√ 320.I

I =

√ .

I = 4,62

Fuse Cut Out yang dipilih sesuai SPLN adalah Fuse Link Type dengan rating 6A

d. Untuk S = 100 kVA

100 kVA =√ 320.I

I =

(72)

I = 2,89

Fuse Cut Out yang dipilih sesuai SPLN adalah Fuse Link Type dengan rating 4 A

2. Untuk menentukan besarnya NH Fuse, maka harus dihitumg besarnya arus beban penuh (full load) dengan menggunakan persamaan :

IFL=

√

a. Untuk S = 250 kVA

IFL=

√ .

IFL= 379, 83

NH Fuse yang dipilih sesuai SPLN adalah NH Fuse dengan rating untuk jurusan utama

IFL=

√ .

IFL= 303,86

IFL=

√ .

IFL= 243,09

(73)

d. Untuk S = 100 kVA

IFL=

√ .

IFL= 151,93

3. Besarnya arus hubung singkat dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:

ISC =

% √ .

a. Untuk S = 250 kVA

ISC =

. √ .

ISC= 9,49

ISC =

. √ .

ISC= 7,59

ISC =

. √ .

ISC= 6,08

(74)

ISC=

. √ .

ISC= 3,79

4. Menetukan Persenatase Pembebanan Trafo Distribusi

4.1 Trafo