Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009.
STUDI PERKIRAAN UMUR TRASFORMATOR DISTRIBUSI
DENGAN METODE TINGKAT TAHUNAN
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro
Oleh
MANCON SITANGGANG
NIM : 060 422 022
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSION
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009.
STUDI PERKIRAAN UMUR TRASFORMATOR DISTRIBUSI
DENGAN METODE TINGKAT TAHUNAN
Oleh :
MANCON SITANGGANG NIM. 060422022
Disetujui Oleh Pembimbing
Ir. SYARIFUDDIN SIREGAR NIP. 19461208 197603 1 002
Diketahui Oleh
Ketua Departemen Teknik Elektro
2009
Prof.Dr.Ir.USMAN BAAFAI NIP. 19461022 197302 1 001
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSION
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. ABSTRAK
Sebagaimana kita ketahui, bahwa setiap instalasi PLN dan Industri sangat
membutuhkan Transformator sebagai alat untuk mengubah tegangan rendah
menjadi tegangan tinggi ataupun sebaliknya tegangan tinggi menjadi tegangan
rendah. Panjangnya jaringan listrik PLN sudah barang tentu memerlukan banyak
transformator dan peralatan lainnya dalam mendistribusikan tenaga listrik untuk
melayani konsumen, Oleh karena itu kita harus mengelola dan mengetahui cara
pemeliharaan transformator.
Transformator distribusi adalah suatu peralatan listrik yang bekerja untuk
menurunkan tegangan penghubung utama ( primary feeder) menjadi tegangan
rendah (sekunder) yang langsung digunakan oleh konsumen menjadi energi listrik
melalui prinsip induksi elektromagnetik. Kemampuan suatu transformator
distribusi untuk melayani beban dan dapat kita lihat dari kapasitas rating
transformator distribusi tersebut. Semakin maju suatu daerah, maka akan semakin
dibutuhkan pula energi listrik. Pada zaman sekarang energi listrik sudah menjadi
keperluan pokok yang harus dipenuhi. Pemakaian energi listrik tergantung pada
daerah yang satu dengan daerah yang lain tidaklah sama, tetapi tergantung daerah
itu sendiri. Begitu juga dengan pertambahan beban pada suatu masa akan
berubah-ubah, dimana akan mengalami peningkatan beban, sehingga
transformator distribusi tidak mampu lagi melayani beban-beban disebabkan
sudah melampaui kapasitas rating dari transformator itu.
Untuk itulah dalam hal ini dilakukan studi perkiraan umur transformator
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis sampaikan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa
karena atas berkat dan rahmat–Nya memberikan pengetahuan dan kesempatan
kepada penulis sehingga mampu menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Tugas Akhir ini dimaksudkan sebagai salah satu syarat untuk
menyelesaikan program pendidikan sarjana Ekstension Departemen Teknik
Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatra Utara, dan pada kesempatan ini
Penulis memilih Judul ” STUDI PERKIRAAN UMUR TRASFORMATOR
DISTRIBUSI DENGAN METODE TINGKAT TAHUNAN.”
Dalam pembuatan Tugas Akhir ini, penulis telah mendapatkan banyak
bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak, baik material, spritual dan informasi.
Oleh karena itu penulis menyampaikan terima kasih kepada:
1. Bapak Alm, Ir. Nasrul Abdi.MT selaku penaggung jawab dalam
penyelesaiaan Tugas Akhir ini yang selalu memberikan motivasi kepada
penulis.
2. Bapak Prof. Dr, Ir. Usman Baafai selaku Ketua Departemen Teknik
Elektro Universitas Sumatra Utara.
3. Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik
Elektro Universitas Sumatra Utara dan juga sebagai Dosen Wali penulis.
4. Bapak Ir. Syarifuddin Siregar selaku Dosen Pembimbing.
5. Bapak dan Ibu Staf Pengajar serta Pegawai Administrasi Departemen
Teknik Elektro Universitas Sumatra Utara.
6. Opung, Orang Tua, dan juga Adik-adikku yang selalu mendoakan saya.
7. Rekan-rekan serta kerabat yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh
karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membagun tulisan ini.
Medan, September 2009
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK... i
KATA PENGANTAR... ii
DAFTAR ISI... iii
DAFTAR TABEL... v
DAFTAR GAMBAR... vi
DAFTAR NOTASI... vii
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang permasalahan... 1
1.2. Tujuan Penulisan ... 3
1.3. Sistematika Penulisan... 3
1.4. Batasan Masalah... 4
BAB II TRANSFORMATOR DISTRIBUSI 2.1. Transformator... 5
2.2. Prinsip Kerja Transformator... 6
2.2.1. Peristilahan Dalam Transformator... 7
2.2.2. Cara Kerja Tanpa Beban... 7
2.2.3. Cara Kerja Dengan Beban... 10
2.3. Pengujian Transformator Distribusi... 13
2.4. Type-Type Transformator Distribusi... 16
2.4.1. Transformator Untuk Istalasi Gardu Cantol... 17
2.4.2. Transformator Untuk Istalasi Gardu Fortal... 18
2.4.3. Transformator Untuk Istalasi Gardu Beton... 20
2.5. Pembebanan Transformator Distribusi... 22
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. 3.2. Besaran-Besaran Yang Berhubungan Dengan Karakteristik
Beban... 24
3.2.1. Demand... 25
3.2.2. Maximum Demand... 26
3.2.3. Faktor Beban ( Load Factor )... 26
3.2.4. Faktor Kerugian (Loss Factor )... 27
3.2.5. Faktor Daya (Power Factor )... 28
3.2.6. Faktor Responsibility Puncak... 29
3.3. Klasifikasi Beban ... 29
3.3.1. Beban Perumahan... 31
3.3.2. Beban Pertokoan / Perdagangan... 32
3.3.3. Beban Industri / Pabrik... 33
3.4. Perkembangan Beban ... 33
BAB IV UMUR TRANSFORMATOR DISTRIBUSI 4.1. Sistem Per Unit ( p.u )... 35
4.2. Perkiraan Umur Transformator... 36
4.3. Penggantian Transformator Distribusi... 40
4.4. Contoh Perhitungan... 41
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ... 48
5.2. Saran... 49
DAFTAR PUSTAKA... 50
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. DAFTAR TABEL
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gbr 2.1.(a) Diagram dari Transformator Distribusi... 8
Gbr 2.1.(b) Kurva dari Transformator Distribusi... 8
Gbr 2.2.(a) Konfigurasi Transformator fase tunggal tipe inti... 12
Gbr 2.2.(b) Konfigurasi Transformator fase tunggal tipe selubung... 12
Gbr 2.3 Transformator Distribusi Untuk instalasi 1 Tiang... 17
Gbr 2.4 Transformator Distribusi Untuk instalasi 2 Tiang... 18
Gbr 2.5 Transformator untuk instalasi gardu Beton... 20
Gbr 4.1 Kurva Umur Transformator Yang di Harapkan... 45
Gbr 4.2 Kurva nilai operasional yang Efisien... 46
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. DAFTAR NOTASI
SIMBOL BESARAN SATUAN
Ar Umur relatife perperiode changeout dalam per
Unit rating dasar. Tahun
EL Jumlah changeout
Fls Faktor beban
Fld Faktor daya
k Perbandingan beban dengan beban Penuh Ohm
K Perbandingan Rugi-rugi beban dengan Rugi-rugi
Tanpa beban. Ohm
N Umur Transformator yang diharapkan Tahun
Nc Tahun changeout Tahun
p.u Per unit
P Beban Puncak Tahunan Ohm
Q Perbandingan antara kerugian beban dengan
Kerugian eksitansi pada beban nominal Ohm
R,r Tingkat pertumbuhan beban tahunan Ohm
Rb Faktor pertumbuhan beban tahunan dari
Transformator dasar Ohm
T Rating transformator menurut papan nama º C
t Waktu rata-rata detik
TB Temperatur tempat terpanas pada beban puncak
Changeout transformator. º C
X Beban Puncak Ohm
Y Beban minimum Ohm
Z Impedansi transformator Ohm
Qo Kenaikan temperatur minyak untuk beban
Puncak P º C
Qh Kenaikan temperatur tempat trpanas di atas
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009.
Qg Kenaikan temperatur tempat terpanas di atas
Minyak º C
Qg (fl) Kenaikan temperatur terpanas di atas minyak
pada beban penuh º C
Qu Batas kenaikan temperatur tertinggi minyak º C
Qfl Kenaikan temperatur bagian teratas minyak
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Pada umumnya biaya pembangunan suatu jaringan distribusi merupakan
suatu biaya yang sangat besar dalam sistem tenaga listrik. Sebagian besar biaya
untuk pembuatan gardu-gardu distribusi beserta transformasinya. Disamping
harga transformator yang mahal, pada transformator distribusi type indoor, juga
dibutuhkan bangunan rumah untuk transformator distribusi tersebut.
Mengingat bahwa sebagian besar biaya jaringan distribusi adalah biaya
gardu distribusi, termasuk harga transformatornya, maka menentukan biaya
kerugian dari transformator distribusi selama masa kerjanya merupakan suatu hal
yang perlu diperhatikan.
Transformator distribusi terdiri dari beberapa type, dimana salah satu cara
mengklasifikasikannya ialah dengan metode pendinginan dan isolasi.
Pengklasifikasian yang sering digunakan dengan cara ini adalah type kering (dry
type) dan liquid filled (berisi cairan). Transformator distribusi ini dihubungkan
dengan beban melalui jaringan sekunder, dan lokasi pemasangannya tersebar di
beberapa tempat dengan jarak tergantung pada kapasitas transformasinya dan
beban yang dilayani. Pada suatu saat, transformator distribusi di dalam kerjanya
dapat mengalami pembebanan berlebihan. Untuk menanggulangi masalah ini,
diperlukan studi tersendiri agar hasil yang dicapai menjadi seekonomis mungkin.
Untuk menentukan biaya kerugian suatu transformator distribusi,
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. yang akan diperoleh, Adapun besaran-besaran yang mempengaruhi karakteristik
beban antara lain adalah : demand, maximum demand, faktor beban, faktor
kerugian, faktor daya dan faktor responsibility puncak, dan besaran-besaran ini
tergantung dari jenis beban yang dilayani dan pertumbuhan bebannya, jenis beban
yang dilayani secara umum dapat dibedakan atas beban daerah industri, beban
daerah pusat pertokoan dan beban daerah perumahan yang mana tingkat
pertumbuhan dari masing-masing jenis beban tersebut berbeda-beda.
Seperti diketahui bahwa beban yang dilayani cenderung meningkat
sebanding dengan tingkat pertumbuhan bebannya. Hingga suatu saat
transformator tidak lagi mampu melayani beban yang ada karena besarnya beban
yang dilayani lebih besar dari transformator itu sendiri. Untuk mengatasi hal ini,
dapat juga transformator ini diganti (changeout) dengan transformator yang
kapasitasnya lebih besar. Transformator yang diganti tersebut dapat dipasang
kembali pada lokasi lain yang sesuai dengan besar kapasitasnya.
Di dalam penulisan ini, perkiraan umur transformator distribusi dilakukan
dengan metode “tingkat tahunan" (nilai keseragaman dari beban puncak tahunan
transformator). Metode ini mengevaluasi kerugian yang terdapat pada
transformator distribusi tiap tahunan selama masa kerja yang diharapkan dengan
memperhatikan kondisi pertumbuhan beban.
1.2. Tujuan Penulisan
Adapun tujuan penulisan Tugas akhir ini untuk menentukan "Perkiraan
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. dapat lebih memahami tentang transformator distribusi, terutama yang berkenaan
dengan Perkiraan Umur transformator distribusi dengan metode Tingkat Tahunan.
1.3. Sistematika Penulisan
Dalam penulisan Tugas Akhir ini penulis lebih banyak mendapatkan
masukan-masukan ilmu dari buku-buku dan literatur-literatur yang ada. Untuk itu
dalam sistematika penulisanya, penulis membatasi tulisan ini kedalam setiap bab
yang berisikan:
BAB I PENDAHULUAN
Merupakan pendahuluan yang membahas tentang latar belakang
masalah, tujuan penulisan, batasan masalah dan sistematika
penulisan.
BAB II TRANSFORMATOR DISTRIBUSI
Menjelaskan tentang teori-teori yang bersangkutan dengan pokok
pembahasan sebagai dasar penulisan tugas skripsi yaitu tentang
Transformator Distribusi yang berisikan pengertian secara umum,
type-type transformator distribusi, pembahasan trafo distribusi, dan
perkiraan umur trafo distribusi.
BAB III KARAKTERISTIK BEBAN
Menjelaskan mengenai karakteristik beban yang berisikan
karakteristik secara umum, besaran-besaran yang berkaitan dengan
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009.
BAB IV PERKIRAAN UMUR TRANSFORMATOR DISTRIBUSI
Menjelaskan tentang perkiraan umur Transformator distribusi
dengan metode tingkat tahunan, system per unit (p,u) dilakukan
untuk mengatasi system kerja yang kompleks, penggantian
transformator distribusi,
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Berisikan kesimpulan dan saran keseluruhan penulisan tugas skripsi
ini.
1.4. Batasan Masalah
Berdasarkan permasalahan yang ada, terutama yang berkenaan dengan
transformator distribusi, penulis membatasi permasalahan yang tentunya
berkenaan dengan judul tulisan ini. Penulis lebih mengutamakan pembahasan
tentang :
- Transformator distribusi
- Karakteristik serta pengujian Transformator secara umum
- Perkembangan beban
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. BAB II
TRANSFORMATOR DISTRIBUSI
2.1. Transformator
Di dalam suatu sistem distribusi tenaga listrik, transformator distribusi
dipergunakan untuk menurunkan tegangan penyulang utama (primary feeder)
menjadi tegangan rendah (sekunder) yang langsung digunakan oleh para pemakai
energi listrik (konsumen).
Transformator distribusi dihubungkan langsung dengan beban melalui
jaringan sekunder dan lokasi pemasangannya tersebar dibanyak tempat dengan
jarak sekitar beberapa ratus Meter atau juga sampai beberapa kilo meter, Ini
tergantung pada kapasitas transformatorya dan besarya beban yang dilayani.
Menurut standart NEMA (The National Electrical Manufactures
Association), transformator dengan rating 3 kVA sampai. dengan 500 kVA
diklasinkasikan
- Untuk transformator distribusi 1 : rating dari 3 kVA sid 500 kVA
- Untuk transformator distribusi 3 : rating dari 9 kVA sid 1600 kVA
- Sedangkan untuk transformator-transformator yang ratingnya lebih besar
dari 1600 kVA, diklasilikasikan sebagai transformator tenaga.
Meskipun demikian, kini di Indonesia telah banyak dijumpai transformator
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. 2.2 Prinsip Kerja Transpormator
Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan energi listrik
dari satu atau lebih rangkaian listrik kerangkaian listrik yang lain melalui suatu
gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnet. Transformator
digunakan secara luas. baik dalam bidang tenaga listrik maupun elektronika,
penggunaannya didalam sistem tenaga memungkinkan dipilihnya tegangan yang
sesuai dan ekonomis untuk tiap-tiap keperluan misalnya; kebutuhan akan
tegangan tinggi dalam pengiriman daya listrik ke konsumen dengan jarak jauh,
Transformator memberikan cara yang sederhana untuk mengubah tegangan
bolak-balik dari satu harga ke harga lainnya. Jika transformator menerima energi pada
tegangan rendah dan mengubahnya menjadi tegangan yang lebih tinggi, ia disebut
transformator penaik (step-up). Jika transformator diberi energi pada tegangan
tertentu dan mengubahnya menjadi tegangan yang lebih rendah, ia disebut
transformator penurun (step-down). Setiap transformator dapat dioperasikan baik
sebagai transformator penaik maupun penurun, tetapi transformator yang memang
dirancang untuk suatu tegangan, harus digunakan untuk tegangan tersebut.
Untuk mentransmisikan sejumlah energi tertentu, diperlukan arus yang lebih
kecil pada tegangan tinggi dibandingkan pada tegangan rendah. Hal ini berarti
bahwa energi dapat ditransmisikan dengan I2 R atau kerugian saluran yang lebih
kecil bila digunakan tegangan transmisi yang lebih tinggi. Untuk mendapatkan
tegangan transmisi tinggi, misalnya 345.000 atau 765.000 V, digunakan
transformator penaik pada stasiun pembangkit, karena tidak mungkin
membangkitkan tegangan setinggi ini, maka pada tempat di mana energi akan
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. transmisi tinggi hingga menjadi harga tegangan yang aman dan dapat digunakan.
Dengan demikian transformator distribusi memungkinkan pengiriman energi
listrik jarak jauh secara ekonomis.
Karena transformator tidak mempunyai bagian yang bergerak, maka ia
hanya memerlukan sedikit perhatian dan biaya pemeliharaannya rendah. Efisiensi
transformator cukup tinggi dan dapat mencapai 98% atau 99% pada beban penuh
dalam ukuran yang lebih besar.
2.2.1. Peristilahan dalam Transformator
Transformator sederhana terdiri dari dua kumparan yang dililitkan pada inti
besi tertutup seperti yang digambarkan pada Gambar 2-1. Energi disatukan pada
satu lilitan yang disebut lilitan primer, dan diberikan pada beban dari lilitan
lainnya, yang disebut lilitan sekunder. Jika transformator digunakan sebagai
transformator penaik lilitan tegangan rendah merupakan primernya. Dalam
transformator penurun, lilitan tegangan tinggi merupakan sekundernya.
2.2.2. Cara Kerja Tanpa Beban
Bila kumparan primer suatu transformator dihubungkan dengan sumber
tegangan V1 yang sinusoid, dan mengalirlah arus primer Io yang juga sinusoid dan
dengan menganggap belitan N1 reaktif murni, A akan tertinggal 900 dari V1
(gambar 2.1 ). arus primer lo menimbulkan flukus ( ) yang sefasa dan juga
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. Bila tegangan bolak-balik V digunakan pada lilitan primer (N1) dari
transformator penurun yang disajikan dalam Gambar 1-1 dengan sakelar beban
terbuka, mengalir arus kecil yang disebut arus-eksifast (exciting current). Karena
dalam setiap rangkaian induktif arusnya dibatasi oleh ggl-lawan dari induksi diri
yang diinduksikan dalam lilitan, maka lilitan transformator direncanakan
mempunyai induktansi yang cukup tinggi agar ggl-lawan pada keadaan tanpa
beban praktis sama dengan tegangan yang dikenakan. Hal ini membatasi arus
tanpa beban atau arus eksitasi, sehingga harganya sangat rendah.
Arus eksitasi menyebabkan terbentuknya fluksi bolak-balik dalam inti,
Fluksi bolak-balik ini memotong lilitan primer dan lilitan sekunder sehingga
harganya naik turun dalam arah bolak-balik, sehingga menginduksikan ggl pada
kedua lilitan tersebut. Seperti telah dikemukakan, ggl yang diinduksikan dalam
lilitan primer akan melawan tegangan V yang dikenakan.
Karena kedua lilitan dipotong oleh fluksi yang sama, maka ggl yang
diinduksikan dalam setiap lilitan dari kedua lilitannya adalah sama. Jika V adalah
ggl yang diinduksikan dalam lilitan primer dan E adalah ggl yang diinduksikan
dalam lilitan sekunder. Jika tahanan lilitan primerya kecil, dan memang biasanya
demikian, maka E akan hampir sama dengan tegangan F yang digunakan. Dengan
mengabaikan perbedaan yang kecil dan memperhatikan bahwa tegangan terminal
sekunder V akan sama dengan E karena di sana tidak ada arus yang mengalir,
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. Persamaan ini menunjukkan bahwa tegangan pada setiap lilitan
transformator berbanding lurus dengan jumlah lilitan dalam masing-masing lilitan
tersebut.
2.2.3. Cara Kerja Dengan Beban
Jika sakelar beban dalam rangkaian sekunder dari transformator dalam
gambar 2.1 ditutup, akan mengalir arus yang besarnya sama dengan V dibagi
dengan impedansi beban. Hukum Lenz menyatakan, bahwa setiap aliran arus yang
disebabkan oleh ggl induksi akan mengalir sedemikian rupa sehingga arahnya
berlawanan yang menyebabkan terjadinya ggl induksi pada transformator, hal ini
berarti bahwa Ip akan selalu mengalir dalam arah sedemikian sehingga aksi
pemagnetannya akan melawan aksi pemagnetan lilitan primer. Jadi arus IS akan
mengurangi fluksi dalam inti transformator. Tetapi jika fluksi berkurang, ggl
lawan E berkurang, sehingga menambah aliran arus primer Ip, yang akan
mengembalikan besarnya fluksi ke harga semula,
Jika bebannya ditambah akan menyebabkan Ip bertambah, aksi pemagnetan
ini akan mengurangi fluksi, yang menambah besarnya aliran arus primer. Maka
aksi pemagnetan lilitan primer akan menyesuaikan diri dengan setiap perubahan
arus sekunder. Aksi ini serupa dengan kondisi dalam motor DC di mana besarnya
arus yang ditarik oleh jangkar tergantung pada besarnya ggl lawan yang
dibangkitkan. Bertambahnya beban meter menyebabkan ggl-lawan turun. yang
mengakibatkan bertambahnya aliran arus jangkar. Demikian pula dalam
transformator, pertambahan beban pada sekunder menyebabkan berkurangnya
ggl-lawan primer.
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. Lilitan-amper primer = lilitan-amper sekunder
atau Ip = Is ……….(2)
Sehingga perbandingan arus dalam transformator berbanding terbalik
dengan perbandingan lilitan.
Jika arus beban mengalir dan lilitan sekunder suatu transformator, terjadi
jatuh tegangan yang kecil dalam transformator akibat impedansinya. Maka
tegangan terminal lebih rendah sedikit dari ggl induksi. Tetapi perbedaan ini
sering kali diabaikan dan V dianggap sama dengan E, Maka Persamaan (1) tetap
berlaku, Dengan dihasilkan:
Persamaan (3) menunjukkan bahwa voltamper masukan dari suatu
transformator sama dengan voltamper keluaran.
Haruslah diingat bahwa Persamaan (1) sampai (3) hanyalah merupakan
persamaan pendekatan. Persamaan tersebut hanya benar untuk transformator ideal
yaitu transformator tanpa kerugian. Tetapi persamaan tersebut cukup teliti di
hampir semua pemakaian praktis karena kerugian dalam transformator sangat
kecil.
Ada dua perbedaan bentuk inti transformator yang biasa digunakan yang
dinamakan tipe-inti (core type) dan tipe-selubung (shell type) seperti ditunjukkan
dalam Gambar 2.2. Inti dari kedua tipe ini dibuat dari baja khusus yang
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. Gambar 2-2 inti transformator fase-tunggal : (a) tipe inti (b) tipe selubung
Pada konstruksi tipe-inti yang ditunjukkan dalam Gambar 2-2a lilitan
mengelilingi inti besi yang berlaminasi, lilitan primer transformator ditunjukkan
pada satu kaki inti dan sekundernya pada satu kaki inti yang lain. Transformator
komersial tidak dibentuk secara demikian karena sebagian besar fluksi yang
dihasilkan lilitan primer tidak memotong lilitan sekunder, atau dikatakan bahwa
transformator mempunyai kebocoran fluksi yang besar.
Untuk menjaga agar kebocoran fluksi seminimum mungkin maka, lilitan
dibagi dua dan ditempatkan pada masing-masing kaki. Rakitan inti dan kumparan
transformator tipe-inti ditunjukkan dalam Gambar 2-2a. Sedangkan transformator
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. 2.3. Pengujian Transformator Distribusi
Pengujian transformator dilaksanakan menunrt SPLN'50-1982 melalui tiga
macam pengujian, sebagaimana diuraikan juga dalam IEC 76 (1976), yaitu:
- Pengujian rutin
Pengujian rutin adalah pengujian yang dilakukan terhadap setiap transformator,
meliputi:
~ Pengujian tahanan isolasi
~ Pengujian tahanan kumparan
~ Pengujian perbandingan belitan pengujian vector group
~ Pengujian rugi besi dan arus beban kosong
~ Pengujian rugi tembaga dan impedansi
~ Pengujian tegangan terapan (Withstand Test)
~ Pengujian tegangan induksi (Induce Test)
Hal diatas dapat dijelaskan dengan keterangan dibawah:
- Pengujian tahanan isolasi
Pengukuran tahanan isolasi dilakukan pada awal pengujian, bertujuan untuk
mengetahui secara dini kondisi lokasi trafo, untuk menghindari kegagalan yang
fatal pada pengujian selanjutnya, pengukuran dilakukan antara:
• Sisi HV - LV
• Sisi HV- Ground
• Sm LV - Ground
• Xl/x2-x3/x4(trafo l fasa)
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. Pengukuran tahanan kumparan bertujuan untuk mengetahui berapa nilai
tahanan listrik pada kumparan yang akan menimbulkan panas, bila kumparan
tersebut dialiri arus.
- Pengujian perbandingan belitan
Pengukuran perbandingan belitan bertujuan untuk mengetahui perbandingan
jumlah kumparan sisi tegangan tinggi dan sisi tegangan rendah pada setiap
tapping, sehingga tegangan output yang dihasilkan oleh trafo sesuai dengan yang
dikehendaki, toleransi yang di ijinkan adalah 0,5 dari rasio tegangan atau 1/10
dari persentase impedansi pada tapping.
- Pengujian tegangan terapan (Withstand Test)
Pengujian ini bertujuan untuk menguji kekuatan isolasi antara kumparan dan
body tangki. Pengujian dilakukan dengan memberi tegangan pengujian sesuai
dengan standar uji yang dilakukan pada:
• Sisi tegangan tinggi dan sisi tegangan rendah serta body yang ditanahkan
• Selang waktu pengujian 60 detik.
- Pengujian tegangan induksi
Pengujian tegangan induksi bertujuan untuk mengetahui kekuatan isolasi
antar layer dan tiap-tiap belitan dan kekuatan isolasi antar belitan trafo. Pengujian
dilakukan dengan memberi tegangan supply dua kali tegangan nominal pada salah
satu sisi dan sisi lainnya di biarkan terbuka. Untuk mengatasi kejenuhan pada inti
besi (core), maka frekwensi yang digunakan harus dinaikan sesuai kebutuhan.
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. - Pengujian kenaikan suhu
Pengujian kenaikan suhu dimaksudkan untuk mengetahui berapa kenaikan
suhu dan kumparan trafo yang disebabkan rugi-rugi trafo apabila trafo dibebani,
pengujian ini juga bertujuan untuk melihat apakah penyebab panas trafo sudah
cukup efesien atau belum.
Pengujian kenaikan suhu sama dengan pengujian beban penuh, pengujian
dilakukan dengan memberikan arus trafo sedemikian hingga membangkitkan
rugi-rugi trafo, yaitu rugi-rugi beban penuh dan rugi-rugi beban kosong, pengujian tegangan
impulse ini untuk mengetahui kemampuan dielectric dari system isolasi trafo
terhadap gangguan surja petir.
Pengujian impulse adalah pengujian dengan memberi tegangan lebih sesaat
dalam bentuk gelombang tertentu. pengujian impulse ini untuk mengetahui
kemampuan dielectric dan system isolasi trafo terhadap gangguan surja petir. Bila
trafo mengalami tegangan lebih, maka tegangan tersebut akan di distribusikan
melalui efek kapasitansi yang terjadi pada antar lilitan trafo, layer trafo coil
dengan ground
- Pengujian jenis
Pengujian jenis adalah pengujian yang dilaksanakan terhadap sebuah trafo
yang mewakili trafo lainnya yang sejenis, Pengujian jenis berguna untuk
menunjukkan bahwa semua trafo jenis ini memenuhi persyaratan yang belum
diliput oleh pengujian rutin. pengujian jenis ini meliputi:
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. - Pengujian khusus
Pengujian khusus adalah pengujian yang lain dari pengujian rutin dan jenis,
pengujian khusus meliputi;
• Pengujian dielektrik
• Pengujian impedansi urutan nol pada trafo tiga phasa
• Pengujian harmonic pada arus beban kosong
• Pengukuran daya yang diambil oleh motor-motor kipas dan pompa minyak
2.4. Type-type Transpormator Distribusi
Dalam mengklasifikasikan dan membedakan transformator distribusi, salah
satunya adalah dengan metode pendingin dan isolasi yang dipakai. Klasifikasi
yang terbesar adalah transformator distribusi type kering atau yang berisi cairan.
Pada transformator type kering, udara digunakan sebagai pendingin.
Disamping itu udara juga digunakan sebagai medium isolasi. Transformator type
ini umumnya dipakai untuk industri, daerah perdagangan dan tempat dimana
minyak sulit diperoleh.
Transformator yang berisi cairan dapat diklasifikasiksai oleh oil filled dan
inerteen filled type. Askarel adalah semacam inerteen yang tahan api, jadi
transformator yang menggunakan inerteen biasanya digunakan pada daerah yang
kemungkinan menimbulkan api cukup besar. Type transformator distribusi yang
berisi cairan umumnya digunakan pada instalasi diatas tiang, serta pada
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. Pada saat sekarang gas sudah banyak digunakan sebagai medium pendingin,
tetapi pemakaiannya belum begitu luas. Dari letak pemasangan instalasi
(kontruksi), transformator distribusi dapat dibedakan atas;
1. Transformator untuk instalasi gardu cantol
2. Transformator untuk instalasi gardu fortal
3. Transformator untuk instalasi gardu beton / kios
2.4.1. Transformator Untuk Intalasi Gardu cantol
Pengertian dari transformator untuk instalasi gardu cantol adalah
transformator yang dipasangkan diatas satu tiang, dimana metode pemasanganya
ada yang langsung dipasang pada tiang dengan bantuan besi sebagai sangkutan /
cantolan, atau yang menggunakan satu palang melintang,
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. Untuk transformator distribusi yang berukuran cukup kecil, hanya dapat
melayani beban yang relatif kecil, antara 5 s/d 20 KVA (daerah pinggiran kota
dan Pedesaan.
2.4.2 Transformator Untuk Instalasi Gardu fortal
Kontruksi untuk instalasi gardu fortal ini dipasang diatas, dengan
menggunakan dua tiang. Transformator tipe ini biasanya digunakan untuk
melayani beban di daerah pusat perdagangan, pusat pertokoan, tempat hiburan dan
rekreasi.
Gambar 2-4 Transformator Distribusi untuk instalasi Gardu Portal Transformator dengan instalasi gardu fortal ini dapat dibedakan dalam tiga
type umum yaitu:
A. Kunvensional
Transformator type ini tidak mempunyai relay pengaman terhadap sambaran
petir, ataupun perlindungan terhadap kesalahan disebabkan beban lebih yang
merupakan satu kesatuan dengan transformator itu sendiri. Pemasangan relay
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009.
B. Transformator yang dilengkapi dengan proteksi sediri (CSP)
Transformator tipe ini mempunyai perlindungan sendiri terhadap gangguan
petir, gelombang surja, beban lebih, dan hubung singkat, CSP (Completely Self
Protecting) 1 ∅ digunakan untuk tegangan primer dengan range antara 2,4- 24,9
kVA, dan range 5 kVA sampai 167 kVA. Tegangan sekunder adalah 120/240 Volt
atau 240/480 Volt, Sedangkan untuk tegangan primer range antara 2,4 sampai 11
kVA dan range dari 9kVA sampai 150 kVA, pada umumnya Tegangan Primernya
adalah 120/240 Volt, 240/480 Volt
C. Transformator yang dilengkapi dengan proteksi sendiri untuk pelayanan kedua cadangan (CSPS)
Transformator type ini di desain untuk cadangan pelayanan kedua.
Transformator ini dilengkapi dengan swicth yang diparalel dengan transformator
yang di suplay dari penyulang utama.
Hal ini dimaksud apabila terjadi beban lebih, maka beban dapat dilayani
oleh tiga transformator atau lebih untuk mereduksi beban yang tiba-tiba berubah.
Selain itu bertujuan agar pelayanan terhadap konsumen tidak terputus bila teriadi
kesalahan pada transformator,
CSPB (Completely Self Protecting Transformer For Banking) 1 ∅ didesain
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. 2.43 Transformator Untuk Instalasi Gardu beton
Transformator jenis ini dipasang dibawah yang alasnya disemen dengan
beton, dibandingkan dengan transformator instalasi tiang, dilihat dari estitika
(keindahan), transformator jenis ini lebih baik, sebab pemasangannya di dalam
ruangan/ dibawah sehingga tidak menggangu pemandangan, terutama untuk
daerah pusat perdagangan, pusat pertokoan, tempat hiburan dan rekreasi.
Gambar 2-5Transformator Untuk instalasi Gardu Beton
Sesuai dengan keperluannya pada sistem distribusi, maka transformator
distribusi dengan instalasi Gardu Beton dibagi dalam tiga type, yaitu:
a. Subway Transformator
Ada dua type subway transformator yaitu: konvensional dan current
protected (cp) atau proteksi arus/ aliran. Tipe konvensial sistem proteksinya
terpisah dari pemasangan transformatornya, sedangkan pada current protected
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. dibagian tegangan tinggi dipasang proteksi untuk jaringan. Range untuk rating 15
kVA sampai 167 kVA untuk 1 ∅ dan 15 kVA sampai 150 kVA.
b. Transformator untuk Perumahan Murah (Low cost residence transformator)
Tipe transformator ini dipasang di dalam rumah atau kotak, transformator
dapat berupa type konvensional atau rumah transformator yang setengah terkubur.
Transtormator untuk type ini, standard kVA untuk 1 ∅ adalah 25 kVA, 14,4 kV.
Sedangkan untuk 3∅ adalah 112,5 kVA, 48 kVA. Rating Transformator harus
dikurangi 10-15 % karena sirkulasi udara berkurang.
c. Transformator Jaringan (network transformator)
Transformator jaringan dibagi atas tiga tipe yang umumnya yaitu : liquid
filled, ventilasi dry type dan sealed dry type umumnya diatas 1000 kVA dengan
tegangan sekunder 480 Volt atau lebih.
- Tipe liquid filled ini paling umum digunakan dan biasanya dipakai untuk
pelayanan pada sistem jaringan sekunder di daerah pinggiran kota. Type ini
biasanya menggunakan rumah transformator.
- Ventilasi dry type digunakan dengan kemungkinan jika menggunakan
minyak dapat menimbulkan api. Tipe ini biasanya digunakan untuk
melayani daerah industri atau daerah perdagangan.
- Sealed dry type digunakan pada daerah tepi laut/ pantai atau pada daerah
dimana akan cepat menimbulkan korosi atau explosif atmosfir.
Transformator tiga fasa dengan kapasitas lebih dari 225 kVA sudah tidak
cocok lagi bila dipasang pada instalasi tiang. Hal ini disebabkan karena
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. Keadaan ini pada instalasi tiang selain konstruksi tiang yang bertambah
mahal juga pemasangannya sukar dilakukan.
Transformator dengan instalasi gardu beton banyak digunakan pada daerah
pusat pertokoan dan daerah pantai dimana ada pengaruh kontaminasi gardu,
Disamping itu banyak dipakai pada daerah perumahan untuk menghindari
kebakaran, gangguan suara dan keselarasan dengan lingkungan sekitarnya.
Pada instalasi gardu beton. transformator dipasang dalam suatu ruangan
baik terbuat dari besi ataupun beton. Demikian pula dengan peralatan lainya
seperti peralatan penghubung. Peralatan tegangan tinggi dan sebagainya terpasang
didalam ruangan tersebut Jenis transformator yang digunakan biasanya type
transfomator jaringan dan dapat juga dari type lainya.
5. Pembebanan Transformator Distribusi
Transformator distribusi merupakan suatu instalasi yang umumnya
dibangun bukan hanya untuk melayani beban yang ada sekarang ini, tetapi juga
direncanakan untuk melayani beban yang akan datang. Untuk itu perlu studi
tersendiri agar hasil yang dicapai menjadi seekonomis mungkin.
Pada suatu saat, transformator distribusi dalam kerjanya dapat mengalami
beban lebih untuk waktu yang lama, atau dapat juga dikatakan bahwa beban yang
ada melebihi kapasitas rating transformator yang melayaninya.
Untuk menanggulangi hal ini, dapat dilakukan dengan dua cara yang sering
dilakukan, yaitu:
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. Cara ini dilakukan dengan syarat : kapasitas arus pada jaringan sekunder
masih memungkinkan, demikian pula regulasi tegangan masih memenuhi, syarat
yang diperbolehkan.
b. Diperoleh dengan transformator distribusi lainnya.
Syarat untuk memperoleh hal ini adalah sebagai berikut:
- Hubungan belitan harus sedemikian rupa sehingga tidak akan terjadi
pergeseran fasa antara masing-masing ujung (terminal) kabel sekunder
transformator pertama dengan penghubung transformator kedua.
- Ratio tegangan pada seluruh tap sama.
- Perputaran fasa sama.
Dalam prakteknya, transfomator distribusi tidak terus-menerus melayani
beban pada kVA ratingnya, tetapi kadang-kadang harus melayani beban puncak
harian yang melebihi ratingnya untuk waktu yang relatif singkat,
Transfomator distribusi yang bekerja terus menerus pada ratingnya akan
menimbulkan masalah bila harus melayani beban lebih karena umur transformator
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. BAB III
KARAKTERISTIK BEBAN
3.1. Umum
Suatu sistem distribusi tenaga listrik adalah bertujuan menyalurkan tenaga
atau daya listrik dari sumber daya besar (Bulk power subtance) kepada para
pemakai (konsumen) yang membutuhkannya.
Perencanaan suatu sistem distribusi tenaga listrik dipengaruhi oleh
karakteristik dari beban yang harus dilayani. Karaktersitik beban akan efektif
jika diketahui penggunaan dari karakteristik beban itu sendiri. Bila keterangan
atau informasi yang diperlukan tidak lengkap maka dapat dilakukan pendekatan.
Hal ini harus diketahui bahwa hasil analisa hanyalah suatu pendekatan dan
pemakaiannya hanya sebagai petunjuk. Tentu saja hasil analisa tersebut tidak bisa
lebih dihandalkan bila dibandingkan dengan analisa yang menggunakan data
karakteristik beban yang lebih lengkap.
Pada umumnya suatu sistem distribusi direncanakan dengan memperhatikan
perkembangan beban dimasa-masa yang akan datang. Hal ini berhubungan
dengan penentuan kapasitas transformator distribusi yang harus dipasang dan juga
akan bermanfaat dalam pengaturan penggantian atau changeout transformator
distribusi tersebut.
3.2. Besaran-Besaran Yang Berhubungan Dengan Karakteristik Beban Untuk memudahkan pengertian diuraian berikutnya, maka besaran-besaran
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. ringkas. Adapun besaran-besaran yang berhubungan dengan karakteristik beban
itu antaralain :
1. Demand
2. Maximum demand
3. Faktor beban (load factor)
4. Faktor kerugian (loss factor)
5. Faktor daya (power factor)
6. Faktor responsibility puncak
3.2.1. Demand
Demand suatu instalasi atau sistem beban rata-rata yang diambil oleh suatu
alat dalam selang waktu tertentu. Demand dapat dinyatakan dalam satuan kW,
kVA, IcVAR atau satuan-satuan Iainya. Waktu selama beban dirata-ratakan
dinamakan interval demand (demand interval). Interval kebutuhan merupakan
periode yang dijadikan dasar untuk menghitung beban rata-rata. Pemilihan
periode ini dapat terjadi mulai dari selang 15 menit, selang 30 menit, selang 60
menit ataupun lainnya.
Pada kondisi-kondisi tertentu kebutuhan pada selang 15 menit sama dengan
kebutuhan pada selang 20 menit Pernyataan kebutuhan ini harus diekspresikan
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. 3.2.2. Maximum Deamand
Maximum demand adalah suatu instalasi atau sistem demand terbesar yang
terjadi dalam selang waktu tertentu Seperti halnya dengan demand, maka
maximum demand dapat juga dinyatakan dengan satuan kW, kVA, kVAR.
Maximum demand harus dinyatakan dalam interval, selain itu juga dapat
dinyatakan dengan selang waktu bila maximum demand terjadi seperti harian,
mingguan, bulanan, dan tahunan Misalnya maximum demand bulanan adalah 30
menit.
3.2.3. Faktor Beban (Load Factor)
Faktor beban adalah perbandingan antara beban rata-rata selama selang
waktu tertentu dengan beban puncak yang terjadi dalam selang waktu tersebut.
Beban rata-rata dan beban puncak harus dinyatakan dalam satuan yang sama,
sehingga faktor beban tidak memiliki satuan,
Pendefinisian dari faktor beban harus dalam batas spesifik, seperti demand
interval, selang waktu di mana maksimum demand dan beban rata-rata terjadi.
Suatu type beban tertentu memiliki kurva beban dengan selang waktu tertentu,
Jika selang waktu diperbesar, akan menghasilkan nilai faktor beban yang lebih
kecil. Kerena pemakaian energi Terdistribusi dalam waktu yang lebih lama, maka
beban rata-rata menjadi lebih kecil untuk selang waktu yang lebih besar, bila tidak
terdapat perubahan dalam maksimum demand.
Kurva beban dengan bermacam-macam bentuk dan beban puncak, ada
kemungkinan mempunyai faktor beban yang sama. Persyaratan yang diperlukan
agar mempunyai faktor beban yang sama adalah perbandingan antara beban
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. 3.2.4. Faktor Kerugian (Loss Factor)
Faktor kerugian adalah perbandingan antara kerugian daya rata-rata dengan
kerugian daya beban puncak selama selang waktu tertentu. Faktor kerugian juga
menyatakan derajat kerugian beban dalam suatu peralatan, selama beban puncak
dipertahankan dalam selang waktu dimana nilai kerugian tersebut diperhitungkan.
Faktor kerugian =
Karena rugi-rugi sebanding dengan kwadrat beban maka didapatkan
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. Y = beban minimum selama waktu (T-t)
T = perkembangan beban
t = waktu
rugi-rugi puncak = X2 R. selama waktu t rugi-rusi minimuin = Y2 R selama wakttt (T-t)
Seperti telah disebutkan sebelummya bahwa faktor kerugian tidak dapat
ditentukan secara langsung dari faktor beban, karena faktor kerugian ditentukan
rugi-rugi sebagai fungsi dari waktu.
3.2.5. Faktor Daya (Power Factor)
Pengertian Faktor daya di pakai untuk beban-beban yang terpusat,
sedangkan untuk beban yang terbesar, tidak dapat digunakan secara tepat. Jika
dipakai untuk beban yang terbesar atau kelompok beban yang setiap saat berubah,
maka nilai faktor daya harus dinyatakan untuk setiap keadaan beban seperti beban
minimum atau beban puncak. Kesulitan ini menyebabkan kita terpaksa harus
mengambil nilai rata-rata faktor daya dari suatu kelompok beban. Hal ini yang
selalu dilakukan terutama di dalam melayani beban industri dan daerah
perdagangan, hal ini dapat ditentukan dengan faktor daya rata-rata sama dengan
daya aktif rata-rata di bagi dengan daya semu rata-rata.
dapat dinyatakan dalam rumus = kWH/kVAH ……… (3-5)
3.2.6. Faktor Responsibility Puncak
Faktor responsibility puncak ini dibagi atas :
- faktor responsibility puncak sistem distribusi dan
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. Faktor responsibility puncak sistem distribusi adalah perbandingan dari
beban transformator pada saat puncak feeder distribusi atau puncak substation
dengan beban puncak transformator sesungguhnya.
Sedangkan faktor responsibility puncak sistem adalah perbandingan beban
transformator pada saat puncak sistem dengan beban puncak transformator
sesungguhnya, hal ini digunakan pada perhitungan untuk keaneka ragaman beban.
3.3. Klasifikasi Beban
Pada umumnya beban diklasifikasikan untuk maksud tertentu.
Penggolongannya yang digunakan dalam industri tidak dapat dipakai secara
umum. karena di dalam setiap kondisi klasifikasi beban diperlukan.
Beberapa cara untuk mengklasifikasikan beban dan klasifikasnya masing-
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. Tabel 3.1 Klasifikasi beban
Macam Klasifikasi Keterangan
• Lingkungan atau lokasi
• Penentuan type dari pemakaian
• Ketergantungan pada pelayanan
listrik
• Akibat kelainan pada beban serta
rancangan sistem operasi
• Tingkat jadwal pelayanan listrik
• Pertimbangan khusus
• Pusat kota, kota, kampung dan desa
• Perumahan, pertokoan (perdagangan)
dan industri pabrik
• Krisis, bahaya dan nornal
• Transient (siklus dan non siklus) stady
state (normal)
• Perumahan, lampu perkotaan, dan
industri.
• Otomatis, proses super krisis dan
tengangan pada beban
Pengklasipikasian beban yang akan diuraikan disini adalah berdasarkan type
dari pemakaian yang mana beban diklasifikasikan menjadi tiga macam yaitu:
- Perumahan
- Pertokoan/ perdagangan
- Industri/ pabrik
Berikut ini akan dijelaskan beberapa hal yang pada umumnya menjadi sifat
atau karakteristik: dari masing-masing jenis beban berdasarkan tipe dari
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. 3.3.1. Beban Perumahan
Beban perumahan adalah beban yang harus dilayani oleh transformator
distribusi yang terdiri dari seluruhnya atau sebagian besar merupakan tempat
tinggal atau rumah kediaman penduduk.
Beban perumahan umumnya terdiri dari peralatan-peralatan listrik seperti:
lampu penerangan, pesawat televisi, radio penerima, setrika listrik, kompor atau
tungku listrik, lemari es. Air Conditioning (AC) dan lain sebagainya.
Besarnya beban perumahan ini dalam satu interval waktu tertentu sangat
bervariasi, berubah-ubah dari waktu-kewaktu sesuai dengan kebiasaan atau
budaya penduduk setempat untuk menggunakan energi listrik, serta dipengaruhi
oleh keadaan geografis atau iklim/ cuaca dimana perumahan tersebut terletak,
Sehingga bila diperhatikan kurva beban maka dapat dilihat variasi atau
perubahan besarnya beban yang kadang-kadang lebih kecil dari rating
transformator distribusi yang melayani atau sebaiknya bahkan lebih besar dan
rating transformator distribusi yang melayani.
Bila beban yang harus dilayani lebih besar dari rating transformator
distribusi ini berarti transformator distribusi beroperasi melayani beban lebih.
Maka hal ini sangat mempengaruhi kemampuan transformator distribusi pada
masa yang akan datang.
Pada umumnya kurva beban harian dari suatu beban perumahan mempunyai
dua beban puncak yang terjadi yaitu pada pagi hari dan pada waktu malam hari,
Begitu juga halnya dengan kurva beban tahunan, mempunyai variasi atau
perubahan-perubahan dan terjadinya beban puncak yang tertinggi pada waktu
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. 3.3.2. Beban Pertokoan/ Perdagangan
Yang dimaksud dengan beban pertokoan/ perdagangan ialah beban yang
harus dilayani oleh transformator distribusi, beban ini terdiri dari suatu kelompok
pertokoan/ perdagangan yang terletak di pusat kota, maupun yang terletak di
pinggiran kota.
Besarnya perubahan beban pertokoan selama interval waktu tertentu,
misalnya besar perubahan beban pertokoan relatif lebih kecil jika dibandingkan
dengan beban perumahan sehingga faktor bebannya akan menjadi lebih besar.
Jenis-jenis peralatan (beban) yang harus dilayani oleh transformator
distribusi untuk beban pertokoan. Pada umumnya adalah: lampu penerangan,
mesin-mesin kecil, pengatur atau pendingin udara dan lain-lain.
Beban puncak pada daerah pertokoan/ perdagangan ini umumnya terjadi
pada pagi hingga siang hari, dan pada malam hari disamping juga untuk
penerangan. Untuk beban pertokoan/ perdagangan masalah kesinambungan
penyaluran daya menjadi perioritas yang harus dipertahankan mengingat faktor
keselamatan dan keamanan pada daerah tersebut.
3.3.3. Beban Industri/ Pabrik
Beban industri/ pabrik adalah beban yang terdiri dari suatu kelompok daerah
perindustrian, yang harus dilayani oleh transformator distribusi. Beban industri /
pabrik biasanya terletak terpisah dari daerah perumahan maupun pertokoan yang
padat penduduknya, Hal ini dimaksudkan untuk mencegah drop tegangan yang
sering terjadi pada daerah industri sebab hal ini akan berpengaruh terhadap
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. Beban yang harus dilayani oleh transformator distribusi di daerah
perindustrian/ pabrik pada umumnya adalah motor-motor listrik yang merupakan
peralatan utama di dalam suatu pabrik/ industri. Suatu industri/ pabrik biasanya
beroperasi selama 24 jam terus menerus selama satu hari dengan perubahan beban
yang relatif kecil. Hal ini berarti bahwa beban di daerah perindustrian/ pabrik
yang harus dilayani oleh transformator distribusi relatif tetap atau hampir sama
besar setiap harinya.
3.4. Perkembangan Beban
Pada umumnya suatu sistem distribusi di desain untuk memenuhi kebutuhan
atau melayani beban pada saat sekarang dan masa yang akan datang. Hal ini
sangat berguna untuk mengatasi terjadinya perubahan atau pertambahan beban,
maka suatu transformator distribusi didesain dengan memperhitungkan
pertumbuhan beban, seiring kemajuan teknologi dalam hitungan hari, bulan
maupun tahunan. Besarnya kemampuan suatu sistem biasanya direncanakan
sesuai dengan masalah yang timbul didalam melakukan analisa.
Disini yang menjadi pokok perhatian adalah kemampuan transformator
distribusi di dalam melayani beban bila beban mengalami perkembangan pada
tahun-tahun berikutnya, sehingga kapasitas/ rating transformator distribusi yang
harus dipasang dapat melayani suatu tipe beban tertentu dalam waktu relatif cukup
lama, guna untuk memperkecil biaya operasional dan penggantian transformator
distribusi.
Apabila tingkat pertumbuhan beban diketahui maka akan diketahui
pertambahan beban selama suatu priode waktu tertentu (tahun) dapat diperoleh
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. Ln = (1+r)n ... (3-6)
Dimana :
Ln = beban setelah n tahun, dinyatakan dalam per unit beban awal R = laju pertumbuhan beban (tahun), dinyatakan dalam per unit n = jumlah tahun
Besarnya nilai r untuk suatu nilai Ln akan diperoleh dalam jangka waktu
tertentu hal ini sangat membantu untuk mengetahui perkembangan beban dalam
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. BAB IV
PERKIRAAN UMUR TRANSFORMATOR DISTRIBUSI
4.1. Sistem per unit (p,u)
Menyatakan besar rugi reaktansi suatu mesin listrik dengan besaran tertentu,
misalnya sekian volt, tidak dapat memberikan gambaran jelas tentang besarnya
rugi reaktansi tersebut tetapi dengan menyatakan rugi reaktansi mesin tersebut
misalnya 0.08 p.u. berarti rugi reaktansi adalah 8 persen harga tegangan nominal
mesin dengan demikian diperoleh gambaran yang jelas.
Disamping itu pada persoalan sistem kerja yang kompleks, banyak
digunakan trafo dengan tingkat harga tegangan berbeda-beda, sistem per unit
dirasakan sekali manfaatnya.
Harga p,u = harga asli / harga pangkal
Biasanya tegangan dan arus dipilih sebagai dua harga pangkal, serta harga
pangkal lainnya dapat dinyatakan dengan kedua harga tersebut, tahap penggunaan
sistem per unit adalah:
• Kita pilih dua sebagai harga pangkal, biasanya harga tegangan dan arus. • Kita ubah semua harga asli menjadi harga per unit.
• Kita gunakan didalam menyelesaikan persoalan, harga per unit sebagai
besaran biasa.
• Kita ubah kembali hasil akhir perhitungan harga sistem per unit menjadi
harga aslinya, dengan mengingat bahwa:
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. 4.2. Perkiraan Umur Transformator
Didalam menentukan perkiraan umur tansformator distribusi, terdapat
beberapa hal yang sangat mempengaruhi umur dari transformator tersebut antara
lain : bahan isolasi yang digunakan, pembebanan yang diberikan, material yang
dipakai dan pemeliharaan yang rutin. ( Pemeliharaan Yang Rutin Seperti )
- Minyak trafo di Plasing (sirkulasi) di periksa minimal 3 – 5 Tahun.
- Beban per fasa harus diratakan.
- Grondding dibawah 10 ohm.
- Paking Primer / Sekunder di periksa jangan sampai ada yang bocor.
- Hasil pengukuran S-PLN 60 KV.
Sebelum perkiraan umur dilakukan pada suatu transformator yang dibebani
pada beban tertentu, harus dilakukan beberapa asumsi dalam pembebanan untuk
memberikan umur yang standard dari transformator distribusi,
Diasumsikan bahwa:
- QB adalah perbandingan antara kerugian beban dengan kerugian eksitasi
pada rated beban (beban nominal).
- PB adalah beban puncak tahunan.
- RB Transformator changeout (diganti) bila beban puncak tahunan mencapai
PB per unit rating,
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. Harga dasar yang digunakan adalah:
QB = 3.0 NC = 11 tahun
RB = 1,09 N = 20 tahun
PB = 1,8
Faktor ini dipilih sedemikian rupa sehingga umur yang diperkirakan bagi
transformator dasar selama 20 tahun adalah sama seperti transformator yang
dibebani beban puncak tahunan konstan sebesar 100 dari ratingnya selama
beroperasi (umumnya).
Bila umur relatif per priode changeout dari suatu transformator adalah Ar,
nilai relatif dari transformator dasar akan diketahui, sehingga perkiraan jumlah
periode changeout (EL) sampai pada akhir kena (umur) transformator dapat ditulis
sebagai berikut: EL =
Ar NC
N
. ………..(4-1)
Untuk menghitung umur relatif per periode changeout dalam per unit
rating dasar (Ar), diperlukan data yang akurat mengenai beban harian sampai
dengan beban tahunan. Hal ini akan memerlukan perhitungan titik yang mencakup
selurah priode changeout. Namun demikian dengan menggunakan rumus empiris
Arrhineius dan beberapa asumsi Ar secara matematis dapat ditulis sebagai berikut:
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009.
TB = Temperatur terpanas pada beban puncak changeout transformator dasar.
R = Faktor pertumbuhan beban tahunan.
RB = Faktor pertumbuhan beban tahunan dari transformator dasar.
Kenaikan temperatur minyak pada beban puncak dapat diperoleh dari
persamaan berikut:
0u = 0fl ……….( 4-3)
0g = 0g (fl) k1,6 ………( 4-4)
Dimana :
0u = batas kenaikan temperatur tertinggi minyak
0o = Kenaikan temperatur minyak pada beban puncak
0h = Kenaikan temperatur terpanas diatas penutup minyak
0fl = Kenaikan temperatur bagian teratas minyak pada beban
penuh
k = Perbandingan beban dengan beban penuh
K = Perbandingan antara rugi-rugi beban dengan rugi-rugi tanpa
beban
0g = Kenaikan temperatur tempat terpanas diatas minyak
0g (fl) = Kenaikan temperatur tempat terpanas diatas minyak pada
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. Disini diambil beberapa asumsi sebagai berikut:
- Kenaikan temperatur bagian teratas minyak pada beban nominal 45 0C.
- Kenaikan temperatur tempat terpanas diatas minyak pada beban nominal 20 0C. - Perbandingan antara keadaan sesungguhnya dengan batas kenaikan temperatur
tertingi minyak pada beban puncak (f): 0,85.
- Kenaikan temperatur minyak untuk beban puncak 40 0C. - Kenaikan temperatur terpanas diatas penutup minyak 20 0C.
Dengan mengganti keadaan beban penuh dengan beban puncak pada
beban nominal, maka persamaan (4-3) menjadi:
00 = 0.85 x 45
dari persamaan (4-4) menjadi :
0h = 0g P1.6 ...(4-6)
sehingga :
T = 00 + 0h = 400C. + 200C.
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. Dimana :
P = Beban puncak tahunan per unit
Q = Perbandingan antara rugi beban dengan rugi eksitasi (tanpa beban)
pada beban nominal.
T = Rating transformator menurut papan nama (0C)
4.3 Penggantian Transformator Distribusi
Pada umumnya beban yang dilayani cenderung terus meningkat sebanding
dengan tingkat pertumbuhannya. Suatu saat transformator distribusi di dalam
kerjanya tidak mampu lagi melayani beban yang ada karena besarnya beban yang
dilayani lebih besar dari kapasitas transformator distribusi itu sendiri.
Untuk mengatasi hal ini, selain memparalel transformator distribusi ini
dengan transformator r lain yang identik, dapat juga transformator distribusi ini
diganti (changeout) dengan transformator distribusi lain yang kapasitasnya lebih
besar.
Di dalam melakukan changeout transformator distribusi, ada dua cara yang
dapat dilakukan yaitu:
a. Penggantian tingkat pertama
Penggantian dilakukan pada standard transformator distribusi yang
berkapasitas satu tingkat lebih besar
b. Penggantian tingkat kedua
Penggantian dilakukan pada standard transformator distribusi yang
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. Untuk lebih jelasnya, maksud dari kedua point tersebut diatas dapat
diterangkan sebagai berikut:
Standard rating transformator distribusi yang umum digunakan misalnya
diambil adalah 200,250,315,400,500 dan 630 kVA.
Dimisalkan lagi bahwa mula-mula beban dapat dilayani dengan
transformator distribusi 200 kVA. Karena beban yang dilayani terus meningkat,
maka suatu saat transformator 200 kVA ini tidak dapat lagi melayani beban yang
ada. Untuk menanggulangi hal ini, transformator distribusi tersebut diganti
dengan transformator lain yang kapasitanya lebih besar. Hal ini akan berlangsung
terus selama beban terus meningkat.
Penggantian dengan cara pertama yaitu First size changeout urutannya
adalah: 250,315,400,500 dan 630 kVA sedangkan cara kedua yaitu second size
changeout urutannya adalah: 315,500 dan seterusnya.
Dasar pertimbangan dari melakukan penggantian dengan cara pertama atau
kedua adalah:
a. Tingkat pertumbuhan beban
b. Biaya operasi dari changeout
c. Hal-hal yang menyangkut dengan pelayanan terhadap konsumen
Contoh Perhitungan:
Perkiraan umur transformator secara perhitungan dapat dicari dengan
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009.
Contoh 4-1
Dengan cara first size changeout transformator 200 kVA diganti dengan 250
kVA. ingin diketahui perkiraan umur transformator yang 200 kVA.
Data:
- Pertumbuhan beban tahunan (r)=3% = 0.03
- Beban puncak tahunan (P) = 1.8 p,u
- Kenaikan temperatur minyak pada beban puncak (0o) = 40 0C - Kenaikan temperatur terpanas diatas penutup minyak 20 0C - Kenaikan tempratur tempat terpanas diatas minyak : (0g) = 200C - Ratio kerugian beban dengan kerugian eksitasi beban nominal (Q) = 30
Contoh Perhitungan :
Priode changeout dapat di cari dengan mengunakan persamaan :
Ln = (1+r)2
Dengan mengasumsi nilai dasar yang digunakan (lihat Bab 4 pasal 2) :
QB = 30 PB = 1.8
RB = 1.09 NC = 11 tahun
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. Maka :
Dari persamaan (4-5) didapat :
00 = 38,25
Dari persamaan (4-6) didapat :
0h = 0g. P1,6 0h = 20 (1.81,6) = 51,22 0C
Dari persamaan (4-7) didapat :
T = 00 + 0h
= 400 C + 200C T = 600C
TB = 96,21 + 51,22 + 60 = 207,43 0C
Dengan persamaan harga pada data
P = 1.8 p,u
Q = 3
RB = 1.09
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009.
Dengan mengunakan harga-harga TB dan T ke dalam persamaan (4-2) didapat :
Ar =
Jadi perkiraan umur transformator menurut perhitungan = 2,42 x 7,54
= 18,24
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
1. Transformator distribusi merupakan suatu instalasi yang dibangun untuk melayani beban pada saat ini maupun yang akan datang , untuk itu perlu
study tersendiri agar hasil yang dicapai menjadi seekonomis mungkin,
dengan menggunakan metode tingkat tahunan. sangat membantu mengatasi
masalah diatas yang kompleks.
2. Besarnya biaya kerugian energi tiap tahun selama evaluasi dipengaruhi oleh
pertumbuhan beban.
3. Pertumbuhan beban harian s/d beban tahunan, merupakan salah satu faktor
yang sangat mempengaruhi dalam menentukan perkiraan umur suatu
transformator distribusi.
4. Dengan kondisi perkembangan beban yang setiap saat berubah-ubah serta
inflasi biaya energi yang meningkat, hal ini membuat semakin sulit dalam
menentukan sampai berapa lama sebuah trafo sanggup melayani beban,
dengan metode tingkat tahunan sangat membantu dalam perkiraan umur
(kesanggupan) sebuah trafo dalam melayani beban.
5. Biaya kerugian reaktif hanya dipengaruhi oleh pertumbuhan beban, ini
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. 5.2. Saran
Dari beberapa kendala yang dihadapi maupun beberapa hal yang belum dilakukan penulis, maka dengan segala kerendahan hati penulis memberikan saran
yang dapat menjadi pertimbangan bagi rekan - rekan yang ingin melakukan
penelitian, antara lain:
Bagi mahasiswa yang lain yang ingin melanjutkan penelitian, terbuka
peluang untuk mengkaji bagaimana mengevaluasi rugi - rugi Transformator
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. DAFTAR PUSTAKA
1. Abdul Kadir, ”Transformator”,P.T Pradnya Paramita, Jakarta 1979
2. Lister, “Mesin dan Rangkaian Listrik”, Erlangga Jakarta 1993
3. Muslim Marpaung, “Teknik Tenaga Listrik”, Armiko Bandung 1993
4. William D Stevenson. “Analisa Sistem Tenaga”, Erlangga Jakarta 1994
5. Zuhal, “Dasar Tenaga Listrik”, Erlangga Jakarta 1993
6. Sumanto, Edisi Pertama: Teori Transformator, Andi Offset Yogyakarta,
1991
Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009.
LAMPIRAN
Transformator Daya dan Cara Pengujiannya
Transformator tenaga adalah suatu peralatan tenaga listrik yang berfungsi untuk menyalurkan tenaga/daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya (mentransformasikan tegangan). Dalam operasi umumnya, trafo-trafo tenaga ditanahkan pada titik netralnya sesuai dengan kebutuhan untuk sistem pengamanan/proteksi, sebagai contoh transformator 150/70 kV ditanahkan secara langsung di sisi netral 150 kV, dan transformator 70/20 kV ditanahkan dengan tahanan di sisi netral 20 kV nya. Transformator yang telah diproduksi terlebih dahulu melalui pengujian sesuai standar yang telah ditetapkan.
Klasifikasi
Transformator tenaga dapat di klasifikasikan menurut:
P
P P
P
Menurut cara pendinginannya dapat dibedakan sebagai berikut: (lihat Tabel 1)
F P
* Transformator mesin * Transformator Gardu Induk * Transformato
D K T
Untuk mempermudah pengawasan dalam operasi trafo dapat dibagi menjadi: Trafo besar, Trafo sedang, Trafo kecil.
C K F T -tiap Bagian
