Analisa Dampak Harmonisa Terhadap Transformator Distribusi Dan Kerugian Finansial

ANALISA DAMPAK HARMONISA TERHADAP TRANSFORMATOR DISTRIBUSI DAN KERUGIAN FINANSIAL

TESIS

Oleh

TOHAR SUHARTONO 087034009/TE

FAKULTAS TEKNIK

ANALISA DAMPAK HARMONISA TERHADAP TRANSFORMATOR DISTRIBUSI DAN KERUGIAN FINANSIAL

TESIS

Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Magister Teknik Elektro Pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

Oleh Tohar Suhartono

087034009/TE

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

Judul Tesis : ANALISIS DAMPAK HARMONIK TERHADAP TRANSFORMATOR DISTRIBUSI DAN KERUGIAN FINANSIAL

Nama Mahasiswa : Tohar Suhartono Nomor Induk : 087034009

Program Studi : Magister Teknik Elektro

Menyetujui Komisi Pembimbing:

(Prof.Dr. Ir. Usman Baafai) (Ir. Refdinal Nazir, M.S. Ph.D Ketua Anggota

)

Ketua Program Studi Dekan,

(Prof.Dr.Ir.Usman Baafai) (Prof.Dr.Ir.Bustami Syam,MSME)

ABSTRAK

Meningkatnya perkembangan teknologi saat ini, membawa perubahan pola kehidupan manusia dalam melakukan aktivitas sehari-hari, termasuk dalam hal menyelesaikan tugas-tugasnya yang semuanya itu tidak terlepas dari penggunaan alat bantu. Alat bantu yang digunakan diantaranya seperti komputer serta peralatan kantor lainnya yang umumnya terbentuk dari komponen elektronika daya. Berbagai peralatan aplikasi hampir seluruhnya menggunakan komponen elektronika daya. Seperti peralatan-peralatan yang digunakan di perkantoran; industri maupun rumah tinggal. Di sisi lain, krisis energi menjadi pemicu meningkatnya penggunaan Lampu Hemat Energi (LHE). Padahal komputer; LHE dan peralatan-peralatan yang menggunakan komponen elektronika daya adalah merupakan jenis beban non-linier, yang menjadi penyebab terjadinya harmonisa yang dapat mengganggu sistem distribusi termasuk transformator distribusi. Untuk mengetahui seberapa besar pengaruh beban non linier terhadap nilai total distorsi harmonisa dan kerugian finansial yang disebabkannya diperlukan data. Melalui metode pengukuran langsung pada sekunder transformator di kompleks Bisnis Multatuli Medan (BMM), diperoleh data yang menunjukkan bahwa baik tegangan maupun arus akibat beban terdapat harmonisa. Setelah dianalisa, diperoleh bahwa semakin besar pembebanan pada transformator memberi dampak meningkatnya distorsi harmonisa total (THDi), dan rugi-rugi energi. Rugi-rugi energi yang terjadi akibat harmonisa dalam satu tahun diperkirakan mencapai 52.925,91 kWh, yang menyebabkan terjadinya rugi-rugi finansial akibat harmonisa yang tidak terbaca oleh kWh meter dalam satu tahun diperkirakan mencapai Rp 58.218.502,62 atau berkisar 15,127% dari nilai tagihan total per tahun.

ABSTRACT

The increasing development of technology today, bringing the changing pattern of human life in performing daily activities, including in terms of completing tasks that they were not separated from the use of assistive devices. Tools used such as computers and other office equipment which is generally formed from the components of power electronics. A variety of application equipment almost entirely using power electronics components, such as equipment used in offices; industrial and residential. On the other hand, the energy crisis triggered increased use of Energy Saving Lamps (ESL). Though the computer; Bulb Low Energy and equipment that uses power electronics components is a type of non-linear loads, which became the cause of harmonics that can interfere with the distribution system including distribution transformer. To find out how big the influence of non-linear loads on the value of total harmonic distortion and financial losses caused by it required data. Through the method of direct measurement on the secondary transformer in the complex field Multatuli Business (BMM), obtained data showing that both the voltage and current harmonics due to load there. Once analyzed, found that the greater the impact loading on the transformer increased the total harmonic distortion (THDi), and energy losses. Energy losses that occur due to harmonics in one year is estimated at 52,925.91 kWh, which led to financial losses due to harmonics that are not readable by the kWh meter in one year is estimated to reach Rp 58,218,502.62 or about 15.127% of the value total bill per year.

KATA PENGANTAR

Dengan mengucapkan syukur kepada ALLAH SWT, penulis dapat

menyelesaikan tesis ini yang berjudul: ANALISA DAMPAK HARMONIK

TERHADAP TRANSFORMATOR DISTRIBUSI DAN KERUGIAN FINANSIAL

yang merupakan salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan

Pascasarjana di Program Studi Magister Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara.

Pada kesempatan ini penulis mengucapkan banyak terima kasih yang

sebesar-besarnya kepada : Prof. Dr. Ir. Usman Baafai dan Ir. Refdinal Nazir, MS. PhD selaku

komisi pembimbing yang telah memberikan banyak arahan, petunjuk dan nasehat

yang bermanfaat dalam menentukan langkah-langkah penelitian dan penulisan,

sehingga dapat selesainya usulan penelitian ini, Prof. Dr. Ir. Usman Baafai selaku

ketua Program Studi yang telah memberikan tanggapan serta saran-saran perbaikan

demi kesempurnaan tulisan usulan tesis ini, Bapak-bapak dosen serta rekan-rekan

yang telah membantu dan berpartisipasi dalam seminar usulan tesis ini dan semua

pihak yang telah membantu sehingga dapat selesainya tulisan ini, Istri, anak-anak

penulis yang telah banyak memberikan dorongan dan semangat yang telah diberikan

kepada penulis serta semua pihak yang tidak dapat disebut disini yang telah

memberikan bantuan dan petunjuk yang sebesar-besarnya kepada penulis.

Semoga tulisan ini dapat memberikan manfaat yang berguna bagi penulis dan

bagi kita semua.

Medan, Juni 2011

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

Saya yang bertanda tangan di bawah ini :

Nama : Tohar Suhartono

Tempat/Tanggal Lahir : Silau Dunia/22 September 1952

Jenis Kelamin : Laki-laki

Agama : Islam

Bangsa : Indonesia

Alamat : Jl. Karya II No. 53, Medan

Menerangkan dengan sesungguhnya, bahwa:

PENDIDIKAN

1. Tamatan SDN II Silau Dunia Kabupaten Simalungun Tahun 1964

:

2. Tamatan SMP Taman Siswa, Tebing Tinggi Tahun 1967

3. Tamatan STM Jurusan Listrik Taman Siswa, Tebing Tinggi Tahun 1970

4. Universitas Darma Agung Jurusan Teknik Elektro Tahun 1989

5. Institut Mitra management Indonesia (IMMI) Tahun 1994

PEKERJAAN

1. Wira Swasta di PT. Sibrama Sakti :

Demikian riwayat hidup ini saya buat dengan sebenarnya untuk dapat dipergunakan

sebagaimana mestinya.

Tertanda,

Tohar Suhartono

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

ABSTRACT ... v

KATA PENGANTAR ... vi

DAFTAR RIWAYAT HIDUP ... vii

DAFTAR ISI ... viii

DAFTAR TABEL ... x

DAFTAR GAMBAR ... xi

DAFTAR LAMPIRAN ... xii

BAB 1 PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 3

1.3 Batasan Masalah ... 4

1.4 Tujuan Penelitian ... 4

1.5 Manfaat Penelitian ... 5

BAB 2 TEORI UMUM ... 6

2.1 Transformator Distribusi ... 6

2.1.1 Tegangan Umum Primer Transformator Distribusi ... 8

2.1.2 Tingkatan Daya Transformator Distribusi ... 9

2.1.3 Hubungan Belitan Transformator Tiga Fasa ... 9

2.2 Rugi-rugi dan Pemanasan Pada Transformator Distribusi ... 12

2.2.2 Rugi-rugi akibat Harmonisa pada Transformator ... 12

2.3 Beban Listrik Pada Transformator Distribusi ... 15

2.4 Efek Harmonisa Pada Transformator Distribusi ... 17

2.4.1 Definisi dan Standar Harmonisa yang umum digunakan ... 20

2.5 Sistem Distribusi dan Transformator Distribusi di Kompleks BMM ... 28

2.5.1 Spesifikasi Transformator Distribusi di Kompleks BMM ... 29

2.5.2 Komposisi Beban Terpasang di Kompleks BMM ... 29

2.5.3 Sejarah Perkembangan Transformator Distribusi di Kompleks BMM ... 30

BAB 3 METODE PENELITIAN ... 31

3.1 Tahapan Penelitian ... 31

3.2 Data Penelitian ... 32

3.2.1 Data Spesifikasi Transformator Distribusi di Kompleks BMM ... Error! Bookmark not defined. 3.2.2 Alat Ukur ... 32

3.3 Teknik Analisa data ... 32

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN... 34

4.1 Hasil Pengukuran ... 34

4.1.1 Hasil Pengukuran Arus ... 34

4.1.2 Hasil Pengukuran Daya ... 37

4.2 Perhitungan Rugi-rugi akibat Harmonisa ... 38

4.3 Pembahasan ... 42

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ... 44

5.1 Kesimpulan ... 44

5.2 Saran ... 45

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

1.1 Beberapa penelitian yang dilakukan sebelumnya [5] [6] [7]. ... 3

2.1 Nilai Rugi-rugi Transformator Distribusi ... 14

2.2 Batas Harmonisa Tegangan Pada Frekuensi Fundamental ... 24

2.3 Standard Distorsi Arus untuk Sistem Distribusi ... 24

2.4 Polaritas dari komponen harmonisa ... 25

2.5 Akibat dari polaritas komponen harmonisa ... 26

2.6 Nilai khusus PEC-R ... 28

2.7 Data beban pelanggan komplek BMM ... 29

2.8 Data penggantian transformator distribusi di Kompleks BMM ... 30

3.1 Spesifikasi Teknis Transformator Distribusi Tiga Fasa ... 33

4.1(a) Hasil perhitungan arus harmonisa untuk fasa-R ... 38

4.2(a) Hasil perhitungan arus harmonisa untuk fasa-R ... 39

4.3 Hasil perhitungan rugi-rugi daya akibat harmonisa ... 40

4.4 Hasil perhitungan rugi-rugi daya akibat harmonisa ... 40

4.5 Hasil perhitungan rugi-rugi daya akibat harmonisa tiap jam ... 41

4.6 Hasil perhitungan rugi-rugi daya akibat harmonisa tiap jam ... 41

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

2.1 Diagram satu garis Sistem Distribusi Tenaga Listrik ... 7

2. 2 Transformator Hubungan Y ... 10

2. 3 Transformator Hubungan Bintang-Zigzag (Yzn5)... 11

2.4 Rangkaian Listrik Beban Linier ... 15

2.5 Rangkaian Listrik Beban Non Linier ... 16

2.6 Gelombang tegangan fundamental dan harmonisa ke-3 ... 19

2.7 Gelombang non linier dengan menjumlahkan ... 20

2.8 Gambar spektrum arus harmonisa ... 21

3.1 Diagram alir penelitian ... Error! Bookmark not defined. 4.1 Gelombang arus per fasa hasil pengukuran pada hari libur ... 34

4.2 Gelombang arus per fasa hasil pengukuran pada hari kerja ... 35

4.3 Fluktuasi THDi per fasa hasil pengukuran pada hari libur ... 35

4.4 Fluktuasi THDi per fasa hasil pengukuran pada hari kerja ... 36

4.5 Fluktuasi arus per fasa hasil pengukuran pada hari libur ... 36

4.6 Fluktuasi arus per fasa hasil pengukuran pada hari kerja ... 37

4.7 Fluktuasi daya per fasa hasil pengukuran pada hari libur ... 37

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Judul Halaman

1 Denah Lokasi Penelitian ... 48

2 Transformator 160 kVA sebagai objek penelitian ... 49

3 Genius Energy Meter Mk6N ... 51

ABSTRAK

Meningkatnya perkembangan teknologi saat ini, membawa perubahan pola kehidupan manusia dalam melakukan aktivitas sehari-hari, termasuk dalam hal menyelesaikan tugas-tugasnya yang semuanya itu tidak terlepas dari penggunaan alat bantu. Alat bantu yang digunakan diantaranya seperti komputer serta peralatan kantor lainnya yang umumnya terbentuk dari komponen elektronika daya. Berbagai peralatan aplikasi hampir seluruhnya menggunakan komponen elektronika daya. Seperti peralatan-peralatan yang digunakan di perkantoran; industri maupun rumah tinggal. Di sisi lain, krisis energi menjadi pemicu meningkatnya penggunaan Lampu Hemat Energi (LHE). Padahal komputer; LHE dan peralatan-peralatan yang menggunakan komponen elektronika daya adalah merupakan jenis beban non-linier, yang menjadi penyebab terjadinya harmonisa yang dapat mengganggu sistem distribusi termasuk transformator distribusi. Untuk mengetahui seberapa besar pengaruh beban non linier terhadap nilai total distorsi harmonisa dan kerugian finansial yang disebabkannya diperlukan data. Melalui metode pengukuran langsung pada sekunder transformator di kompleks Bisnis Multatuli Medan (BMM), diperoleh data yang menunjukkan bahwa baik tegangan maupun arus akibat beban terdapat harmonisa. Setelah dianalisa, diperoleh bahwa semakin besar pembebanan pada transformator memberi dampak meningkatnya distorsi harmonisa total (THDi), dan rugi-rugi energi. Rugi-rugi energi yang terjadi akibat harmonisa dalam satu tahun diperkirakan mencapai 52.925,91 kWh, yang menyebabkan terjadinya rugi-rugi finansial akibat harmonisa yang tidak terbaca oleh kWh meter dalam satu tahun diperkirakan mencapai Rp 58.218.502,62 atau berkisar 15,127% dari nilai tagihan total per tahun.

ABSTRACT

The increasing development of technology today, bringing the changing pattern of human life in performing daily activities, including in terms of completing tasks that they were not separated from the use of assistive devices. Tools used such as computers and other office equipment which is generally formed from the components of power electronics. A variety of application equipment almost entirely using power electronics components, such as equipment used in offices; industrial and residential. On the other hand, the energy crisis triggered increased use of Energy Saving Lamps (ESL). Though the computer; Bulb Low Energy and equipment that uses power electronics components is a type of non-linear loads, which became the cause of harmonics that can interfere with the distribution system including distribution transformer. To find out how big the influence of non-linear loads on the value of total harmonic distortion and financial losses caused by it required data. Through the method of direct measurement on the secondary transformer in the complex field Multatuli Business (BMM), obtained data showing that both the voltage and current harmonics due to load there. Once analyzed, found that the greater the impact loading on the transformer increased the total harmonic distortion (THDi), and energy losses. Energy losses that occur due to harmonics in one year is estimated at 52,925.91 kWh, which led to financial losses due to harmonics that are not readable by the kWh meter in one year is estimated to reach Rp 58,218,502.62 or about 15.127% of the value total bill per year.

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam proses penyaluran energi listrik dari pembangkit ke beban akan terjadi

rugi-rugi daya saluran yang besar jika daya disalurkan pada level tegangan rendah.

Untuk memperkecil rugi-rugi daya penyaluran dan memaksimalkan daya yang

ditransmisikan, tegangan dinaikkan pada level yang sesuai dengan daya yang

disalurkan. Kemudian tegangan diturunkan lagi dengan menggunakan transformator

distribusi. Oleh karena itu, transformator distribusi mempunyai peranan yang sangat

penting dalam penyaluran daya listrik dari pembangkit ke beban.

Pertumbuhan beban listrik pada masa sekarang ini merupakan dampak dan

pengaruh dari pertumbuhan ekonomi. Dengan pertumbuhan ekonomi yang semakin

meningkat maka kebutuhan atau daya beli masyarakat terhadap beban listrik semakin

meningkat pula, hal ini dapat dilihat dari semakin meningkatnya pemakaian peralatan

yang menggunakan tenaga listrik. Umumnya peralatan listrik yang menggunakan

komponen semikonduktor dan operasi kerjanya model pensaklaran (switching) atau yang dikenal sebagai beban non linier, jenis beban ini akan membangkitkan

harmonisa pada sistem penyaluran daya listrik.

Harmonisa merupakan suatu fenomena yang timbul dari pengoperasian beban

listrik yang sebagian besar diakibatkan oleh beban non linier, dimana akan terbentuk

fundamentalnya, sehingga bentuk gelombang arus dan tegangan yang idealnya

sinusoidal akan cacat akibat distorsi harmonisa yang terjadi pada proses

pendistribusian energi listrik ke konsumen [1] [2] [3] [4].

Kajian tentang permasalahan harmonisa pada transformator distribusi

terhadap kualitas penyediaan energi listrik di kompleks Bisnis Multatuli Medan

(BMM) perlu dilakukan, karena kompleks ini adalah sebuah tempat yang dilengkapi

dengan berbagai jenis bentuk fasilitas modern, seperti: perkantoran, tempat usaha,

perumahan dan tempat hiburan. Berbagai jenis beban non linier yang dapat

menimbulkan harmonisa, terdapat hampir di seluruh kompleks BMM dan akan

berpengaruh besar terhadap kinerja transformator distribusi yang ada.

Akibat harmonisa yang terdapat pada penyedia energi listrik di komplek

BMM menyebabkan turunnya kinerja transformator, seperti: terjadi panas yang

berlebihan dan akan memperpendek usia transformator distribusi, yang akibatnya PT.

PLN (Persero) Cabang Medan sering melakukan penggantian transformator yang

berdaya lebih besar dari kapasitas semula. Berdasarkan uraian di atas, penulis

melakukan penelitian untuk mendapat jawaban tentang seberapa besar pengaruh

harmonisa terhadap kinerja transformator distribusi dan seberapa besar kerugian

finansial yang diakibatkan oleh harmonisa tersebut. Sementara itu, sudah ada

beberapa penelitian yang dilakukan oleh peneliti terdahulu diantaranya seperti yang

Tabel 1.1 Beberapa penelitian yang dilakukan sebelumnya [5] [6] [7].

NO Item Hasyim Asy’Ari Julius Sentosa S Roy Hakim P Yang Akan Penulis Teliti 1 Lokasi

Penelitian

PT.PLN (Persero) Cabang Bekasi

PT.PLN (Persero) Distribusi Jawa Timur

PT. PLN (Persero) Rayon Medan Kota

Komplek Bisnis Multatuli

2 Jenis Beban

Beban Non linier Beban Non linier Beban Linier & Beban Non Linier secara menyeluruh

Beban Linier & Beban Non Linier di kompleks bisnis multatuli Medan

3 Metode Analisa

Pengumpulan Data Analisa Data Derating factor Pengumpulan Data Menganalisa Data Studi Literatur Bimbingan Pengukuran Data Analisa Data Pengumpulan Data Analisa Data Menghitung Kerugian Finansial Akibat Beban Harmonisa

4 Tahun Penelitian

2002 2009 2010

1.2 Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, permasalahan yang timbul

untuk dapat mengetahui pengaruh harmonisa terhadap kinerja transformator dan

kerugian finansial yang diakibatkannya adalah:

a. Seberapa besar distorsi harmonisa total (THD) yang timbul akibat sistem

dan jenis beban yang terdapat pada penyedia energi listrik di kompleks

BMM?

b. Berapa besar biaya yang tidak tertagih yang diakibatkan oleh pengaruh

1.3 Batasan Masalah

Dalam hal analisis pengaruh harmonisa terhadap peralatan listrik baik di sisi

sumber maupun di sisi beban begitu luas, agar pembahasan tidak meluas, maka tesis

ini hanya akan membahas tentang:

a. Transformator distribusi yang dijadikan objek penelitian adalah

transformator yang mencatu daya ke Komplek BMM yang memiliki

kapasitas daya 160 kVA, 20 kV/400 V.

b. Data diperoleh dari hasil pengukuran pada panel hubung bagi transformator

distribusi yang melayani beban.

c. Waktu pengukuran dilakukan pada hari libur (Minggu) dan hari kerja

(Senin), dimulai dari pukul 00:00 s/d 23:30 yang diharapkan dapat mewakili

hari-hari lainnya selama satu bulan.

d. Rugi-rugi tetap transformator diambil dari standarisasi PLN.

1.4 Tujuan Penelitian

Penelitian yang penulis lakukan bertujuan disamping untuk memenuhi

keingintahuan penulis tentang pengaruh harmonisa terhadap kinerja transformator

dan kerugian finansial akibat harmonisa, juga bertujuan untuk dapat memberikan

masukan kepada penyedia energi listrik.

Sedangkan untuk merealisasikan tujuan sebagaimana uraian di atas, maka

a. Mengobservasi kandungan harmonisa arus dan tegangan pada transformator

distribusi di Kompleks BMM dengan melakukan pengukuran langsung.

b. Mengolah data hasil pengukuran harmonisa, hingga diperoleh rugi-rugi daya

pada transformator distribusi di kompleks BMM.

c. Menghitung kerugian finansial akibat harmonisa mulai dari durasi jam, hari,

hingga bulan dan tahun.

1.5 Manfaat Penelitian

Sedangkan manfaat penelitian yang dilakukan diantaranya adalah:

a. Sebagai acuan dalam perencanaan filter guna meningkatkan kualitas

penyaluran daya dari transformator distribusi ke kompleks BMM.

b. Mengetahui dampak harmonisa pada kerugian finansial.

c. Mengurangi biaya operasi penataan (manajemen transformator).

d. Menambah umur transformator dan peralatan pendukung lainnya.

e. Kesinambungan pasokan daya listrik terjamin, sehingga kWh jual menjadi

BAB 2 TEORI UMUM

2.1 Transformator Distribusi

Transformator merupakan suatu alat listrik statis yang mampu mengubah

maupun menyalurkan energi listrik arus bolak balik dari satu atau lebih rangkaian

listrik ke rangkaian listrik arus bolak balik yang lain, melalui suatu gandengan

magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Pada penyaluran tenaga

listrik arus bolak-balik, penggunaan transformator untuk menaikan tegangan sistem

dapat mengurangi rugi-rugi daya saluran [8] [9].

Dalam bidang tenaga listrik pada umumnya pemakaian transformator dapat

dibagi mejadi tiga bagian yaitu:

1. Transformator Distribusi;

2. Transformator Transmisi;

3. Transformator Instrument.

Pada penelitian ini penulis hanya memfokuskan materi transformator khususnya pada

transformator distribusi, dimana transformator distribusi umumnya digunakan sebagai

sub distribusi tenaga listrik yang mendistribusikan energi listrik ke

transformator-transformator distribusi tegangan rendah.

Pada umumnya pusat pembangkit tenaga listrik berada jauh dari pengguna

tenaga listrik, untuk mentransmisikan tenaga listrik dari pembangkit menuju beban

500 kV. Selanjutnya setelah sampai di pusat pembebanan (pemakai) tegangan

diturunkan kembali menjadi tegangan menengah 20 kV.

Tegangan menengah dari gardu induk ini melalui saluran distribusi primer

untuk disalurkan ke gardu-gardu distribusi atau pemakai tegangan menengah. Dari

saluran distribusi primer, tegangan menengah diturunkan menjadi tegangan rendah

400/230 V melalui transformator distribusi. Tegangan rendah disalurkan melalui

saluran tegangan rendah ke konsumen. Bentuk sederhana dari sistem distribusi tenaga

listrik ditunjukan pada Gambar 2.1 berikut.

Pembangkit Listrik Transformator Penaik Transformator Penurun

Ke GD

Ke Pemakai TM GD

TM TR

kWH meter

Instalasi Pemakai TR TM

GI GI

TT/ET

Pembangkit Saluran Transmisi

Saluran Distribusi Primer Saluran Distribusi

Skunder

Utilisasi

Gambar 2.1 Diagram satu garis Sistem Distribusi Tenaga Listrik

Transformator distribusi yang umum digunakan adalah transformator

step-down 20 kV/400V. Pada kumparan primer akan mengalir arus jika kumparan primer

dihubungkan ke sumber tegangan bolak-balik, sehingga pada inti transformator yang

terbuat dari bahan ferromagnet akan terbentuk sejumlah garis-garis gaya magnet

Karena arus yang mengalir merupakan arus bolak balik, maka fluks yang

terbentuk pada inti akan mempunyai arah dan jumlah yang berubah-ubah pula. Fluks

yang dibangkitkan mengalir melalui inti, dan 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 primer sekunder

adalah sama. Hubungan transformasi tegangan adalah sebagai berikut:

a N N E E

= =

2 1

2

1

... (2.1)

dimana:

E1

E

= ggl Induksi di sisi primer (volt)

2

N

= ggl Induksi di sisi sekunder (volt)

1

N

= jumlah belitan di sisi primer (lilit)

2

a = perbandingan transformasi

= jumlah belitan di sisi sekunder (lilit)

2.1.1 Tegangan Umum Primer Transformator Distribusi

Tegangan primer sesuai dengan tegangan nominal pada Jaringan Tegangan

Menengah (JTM) yang terdapat pada ketenaga listrikan di Indonesia 6 kV dan 20 kV.

Pada Jaringan Tegangan Menengah (JTM) maka tegangan fasa ke netral adalah:

2.1.2 Tingkatan Daya Transformator Distribusi

Tegangan Sekunder sesuai dengan tegangan nominal pada Jaringan Tegangan

Rendah (JTR) yang terdapat pada ketenaga listrikan di Indonesia 220V/380V pada

beban tiga fasa. Tingkatan daya transformator distribusi secara umum berdasarkan

SPLN (Standarisasi Perusahaan Listrik Negara tahun 1978) yang digunakan adalah

160 kVA

2.1.3 Hubungan Belitan Transformator Tiga Fasa

[10].

Pada transformator tiga fasa besar tegangan antar fasa (VL-L) dan daya

transformator (kVA) tidak tergantung dari hubungan belitannya. Akan tetapi

tergantung pada tegangan fasa netral (VL-N), dan arus dari masing-masing

transformator tergantung pada hubungan belitannya[8] [9].

Secara umum hubungan belitan transformator tiga fasa terbagi atas dua jenis,

yaitu hubungan wye (Y) dan hubungan delta (∆). Masing -masing hubungan belitan

ini memiliki karakteristik arus dan tegangan yang berbeda. Pada penelitian ini

transformator yang dijadikan objek penelitian adalah jenis Yzn5. Berikut ini disajikan

uraian singkat tentang jenis hubungan belitan Wye dan jenis hubungan Zig-Zag.

a. Hubungan Wye (Y)

Hubungan ini dapat dilakukan dengan menggabungkan ketiga belitan

transformator yang memiliki rating yang sama dengan mempertemukan

Gambar 2. 2 Transformator Hubungan Y

Dalam hubungan Y dengan memakai kawat netral dalam keadaan seimbang

dapat kita ketahui sebagai berikut:

VR = Vs = VT = Vph

VRs = VsT = VTR = √3 V (volt)

ph = VL

IR = Is = IT = IL = I

(volt)

ph

dimana : V

(amp)

L

V

= Tegangan line to line (volt)

ph

I

= Tegangan fasa (volt)

L

I

= Arus line to line (amp)

ph = Arus fasa (amp)

b. Hubungan Bintang-Zigzag

Hubungan bintang-zigzag ini mempunyai tiga buah belitan di sisi primer

terhubung bintang dan enam buah belitan di sisi sekunder masing-masing

dihubungkan zigzag, untuk kelompok hubung transformator Yzn5 diperlihatkan

seperti pada Gambar 2.3.

VTR

VST VRS IR

IN

IS

IT

VR

VS VT

R

S

T

Gambar 2. 3 Transformator Hubungan Bintang-Zigzag (Yzn5)

Besaran di sisi primer:

IR = IS = IT = Iph= IL

V

(amp); arus fasa sama dengan arus line

R = VS = VT = Vph

V

(volt); tegangan fasa

RS = VST = VTR = 3Vph = VL

Besaran di sisi sekunder:

(volt); tegangan line

ir = is = it = iph= iL

v

(amp); arus fasa sama dengan arus line

r = vs = vt = vph

v

(volt); tegangan fasa

rs = vst = vtr = 3vph = vL (volt); tegangan line

S R

T

s

r

t N

S R

T

b2 a2

c2

b1 a1

c1

b4 a4

c4

b3 a3

c3

s r

t

N

Sisi Sekunder

2.2 Rugi-rugi dan Pemanasan Pada Transformator Distribusi

Sebagai akibat dari beban non linier antara tiap fasa pada sisi sekunder

transformator (fasa R, fasa S, fasa T) mengalirlah arus di netral transformator [10]. Arus

yang mengalir pada penghantar netral transformator ini menyebabkan losses (rugi-rugi). Rugi-rugi transformator distribusi antara lain:

2.2.1 Losses (rugi-rugi) pada Penghantar Netral

Losses pada penghantar netral transformator ini dapat dirumuskan sebagai berikut:

N N

N I R

P = 2 ⋅ ... (2.2) dimana:

PN

I

= losses pada penghantar netral transformator (watt)

N

R

= arus yang mengalir pada netral transformator (A)

N

Sedangkan losses yang diakibatkan karena arus netral yang mengalir ke tanah (ground) dapat dihitung dengan perumusan sebagai berikut:

= tahanan penghantar netral transformator (Ω)

G G

G I R

P = 2⋅ ... (2.3)

dimana:

PG

I

= losses akibat arus netral yang mengalir ke tanah (watt)

G

R

= arus netral yang mengalir ke tanah (A)

G

2.2.2 Rugi-rugi akibat Harmonisa pada Transformator

= tahanan pembumian netral transformator (Ω)

dengan rugi-rugi minimum pada frekuensi fundamentalnya. Arus dan tegangan

harmonisa secara signifikan akan menyebabkan panas lebih. Ada dua pengaruh

yang ditimbulkan panas lebih pada transformator ketika arus beban mengandung

komponen harmonisa [11].

a. Harmonisa arus menyebabkan meningkatnya rugi-rugi tembaga yang

dinyatakan dengan:

∑

∞

=

⋅ =

1 2

n

n n

CU I R

P ... (2.4)

dengan: PCU

I

= rugi-rugi tembaga (watt)

n

R

= arus pada belitan trafo (A)

n

b. Harmonisa tegangan menyebabkan meningkatnya rugi-rugi besi, seperti arus

pusar dan rugi-rugi hysteresis. Eddy current (arus pusar) terjadi bila inti dari sebuah material jenis ferromagnetic (besi) secara elektrik bersifat konduktif.

Konsentrasi arus pusar lebih tinggi pada ujung-ujung belitan transformator karena

efek kerapatan medan magnet bocor pada kumparan yang menyebabkan

fenomena terjadinya arus pusar. = resistansi belitan trafo (Ω)

Bertambahnya rugi-rugi arus pusar karena harmonisa berpengaruh pada

temperatur kerja transformator yang terlihat pada besar rugi-rugi daya nyata (watt)

2 1 2 _h I P P h h R EC

EC =

∑

⋅

∞

=

− ... (2.5)

dimana:

h = bilangan bulat orde harmonisa

PEC

P

= rugi-rugi arus pusar

EC-R = faktor rugi-rugi arus pusar (ANSI/IEEE Standard C57; PEC-R

I

= 1%)

h

Menurut Standar PLN no 50 nilai rugi-rugi daya transformator distribusi dapat dilihat

pada Tabel 2.1 [10].

= arus rms harmonisa ke-h

Tabel 2.1 Nilai Rugi-rugi Transformator Distribusi Menurut Standar IEC Publ 76, SPLN 50-1997

KVA (Rating) Rugi-rugi Besi (watt) Rugi-rugi Tembaga (watt)

25 50 100 160 200 250 315 400 680 800 1000 1250 1600 115 190 320 400 550 600 770 930 1300 1950 2300 2700 3300 700 1100 1750 2000 2850 3000 3900 4600 6500 10200 12100 15000 18100

Tabel 2.1 menunjukkan standar rugi-rugi yang dikeluarkan oleh IEC Publ. 76, SPLN

50-1997, dimana transformator yang menjadi objek penelitian memiliki kapasitas 160

kVA. Oleh karena itu dari tabel 2.1 diperoleh nilai rugi-rugi besi sebesar 400 watt dan

2.3 Beban Listrik Pada Transformator Distribusi

Didalam sistem tenaga listrik dikenal 2 (dua) jenis beban listrik yaitu: Beban

listrik linier dan Beban listrik non linier.

2.3.1 Beban Listrik Linier

Beban Listrik Linier adalah beban yang tidak mempengaruhi karakteristik dari

tegangan dan arus. Beban linier merupakan beban yang mengeluarkan bentuk

gelombang yang berbentuk linier, dimana arus yang mengalir sebanding dengan

tahanan dan perubahan tegangan.

Pada beban linier ini, bentuk gelombang arus akan mengikuti bentuk

gelombang tegangan yang ditimbulkannya. Bila gelombang tegangan berbentuk

sinusoidal, bentuk gelombang arus juga membentuk sinusoidal (Gambar 2.4).

Contoh-contoh beban listrik linier:

1) Pemanasan Resistif

2) Lampu-lampu Pijar

3) Motor-motor induksi dengan putaran konstan

4) Motor-motor sinkron

Gambar 2.4 Rangkaian Listrik Beban Linier mechanic switch

2.3.2 Beban Listrik Non-Linier

Beban non-linier adalah beban yang mempengaruhi karakteristik dari

tegangan dan arus, sehingga bentuk gelombangnya berubah atau cacat [1] [12]. Beban

[image:30.612.179.440.228.323.2]

non-linier inilah yang menimbulkan atau menghasilkan harmonisa (Gambar 2.5).

Gambar 2.5 Rangkaian Listrik Beban Non Linier

Contoh-contoh Beban Listrik Non Linier:

1) Static Power Converter

2) Electronic Ballast

3) Variabel Frekuensi

4) Arc Furnace

5) Komputer, printer, semikonduktor switching

Beban non linier terbagi atas 2 (dua) beban:

1) Beban non linier yang di industri

a. Tiga fasa power converter

b. DC-Drive

c. _AC-Drive

static switch

2) Beban non linier Umum/Komersil

a. Electronic ballast

b. Lampu hemat energi (LHE)

c. Komputer

d. Alat-alat elektronik

e. Alat-alat ukur

f. Air Condition (AC)

g. Penerangan gedung pada umumnya

Fasilitas industri modern ditandai oleh beban-beban non linier. Beban ini

dapat membuat distorsi yang signifikan dari total beban fasilitas yang dapat

menimbulkan arus harmonisa ke dalam sistem daya dan menyebabkan distorsi

harmonisa pada tegangan.

Masalah harmonisa ini dipengaruhi oleh kenyataan bahwa beban non linier ini

memiliki faktor daya relatif rendah.

2.4 Efek Harmonisa Pada Transformator Distribusi

Harmonisa adalah pembentukan gelombang-gelombang dengan frekuensi

berbeda yang merupakan perkalian bilangan bulat dengan frekuensi dasarnya. Hal ini

disebut frekuensi harmonisa yang timbul pada bentuk gelombang aslinya sedangkan

bilangan bulat pengali frekuensi dasar disebut angka urutan harmonisa. Misalnya,

frekuensi dasar suatu sistem tenaga listrik adalah 50 Hz, maka harmonisa keduanya

gelombang dengan frekuensi sebesar 150 Hz dan seterusnya.

Apabila sistem distribusi mensuplai beban non linier, dimana beban non linier

menghasilkan harmonisa. Tegangan harmonisa ini mengalir dalam sistem yang akan

menghasilkan susut tegangan pada inpedansi sistem. Harmonisa tegangan atau arus

ini akan berkombinasi dengan tegangan atau arus frekuensi fundamental dan

membentuk distorsi gelombang yang terdistorsi seperti dijelaskan pada Gambar 2.7.

Secara umum setiap fungsi periodik f(t) seperti ditunjukkan pada Gambar 2.7 dapat diuraikan menjadi deret trigonometri tak terhingga dan disebut deret Fourier [3]

[4] [13]. ... ) 3 sin( ) 2 sin( ) sin( ... ) 3 cos( ) 2 cos( ) cos( ) ( 0 3 0 2 0 1 0 3 0 2 0 1 0 + + + + + + + + = t B t B t B t A t A t A A t f ω ω ω ω ω ω

... (2.6)

atau )] sin( ) cos( [ )

( _{0 0}

1

0 A h t B h t

A t

f _{h h}

h ω ω + + =

∑

∞ =

... (2.7)

dengan h = 1, 2, 3, ... ∞

Dimana A_h dan B_hadalah koefisien dari tiap harmonisa, ditentukan sebagai berikut :

∫

= T

h f t htdt

T A 0 cos ) ( 2 / 1

... (2.8)

∫

= T

h f t htdt

T B 0 sin ) ( 2 / 1

Berdasarkan persamaan diatas gelombang tegangan atau arus yang

nonsinusoidal dapat diuraikan menjadi komponen fundamental dan

komponen-komponen harmonisa dan bila dinyatakan dalam deret Fourier adalah :

) sin( . ... ) sin(3 t) 2 ( sin t) sin( )

( _{0 1m 0 2m 0 3m 0}

t h V t V V V V t v hm ω ω ω ω + + + + + =

... (2.10)

dengan:

=

o V

komponen DC dari gelombang tegangan (konstan)

V_1m,V_2m,V_3m,....V_hm = nilai puncak gelombang tegangan

h = 1, 2, 3 ...,

∞

= orde harmonisa

Gelombang tegangan fundamental mempunyai frekuensi f0, harmonisa ke-dua

mempunyai frekuensi 2f0, harmonisa ke-tiga mempunyai frekuensi 3f0 dan

[image:33.612.174.451.441.640.2]

harmonisa ke-h mempunyai frekuensi hf0, seperti ditunjukkan Gambar 2.6 [9].

Jika gelombang tegangan fundamental dijumlahkan dengan harmonisa ke-tiga

akan diperoleh bentuk gelombang tegangan yang nonsinusoidal seperti ditunjukkan

[image:34.612.179.458.189.380.2]

dalam Gambar 2.7 [9].

Gambar 2.7 Gelombang non linier dengan menjumlahkan gelombang fundamental dan harmonisa ke-3.

2.4.1 Definisi dan Standar Harmonisa yang umum digunakan a. Orde Harmonisa

Orde dari harmonisa merupakan perbandingan antara frekuensi harmonisa

dengan frekuensi fundamental [1] [2], dimana:

1

f f

h= h _{... (2.11)}

dengan:

h = orde harmonisa

fh

f

= frekuensi harmonisa ke-h

Sesuai dengan definisi diatas, maka orde harmonisa frekuensi dasar fo adalah 1.

Artinya orde ke-1 bukan harmonisa melainkan frekuensi fundamental dan orde ke-2

sampai orde ke-h yang merupakan harmonisa.

b. Spektrum

Spektrum adalah distribusi dari semua amplitudo komponen harmonisa

sebagai fungsi dari orde harmonisa, dan diilustrasikan menggunakan histogram. Bisa

dikatakan spektrum adalah merupakan perbandingan arus atau tegangan pada

frekuensi harmonisa terhadap arus atau tegangan pada frekuensi fundamental.

Spektrum digunakan sebagai dasar perancangan filter untuk mengurangi harmonisa,

terutama bila yang digunakan adalah filter pasif. Gambar spektrum harmonisa

diperlihatkan pada Gambar 2.8 berikut.

3

1 5

0 7

Order harmonisa (h)

(%) I / Ih 1

[image:35.612.224.413.422.554.2]

50 100

Gambar 2.8 Gambar spektrum arus harmonisa

c. Harga rms Tegangan dan Arus

Harga rms tegangan [1]:

2

1 2

1

∑

∞ =

   

  =

h

h

rms V

Harga rms arus : 2 1 2 1

∑

∞ =       = h h rms I

I ... (2.13)

dengan:

=

h

V

Harga rms tegangan untuk harmonisa ke-h (volt)

=

h

I

Harga rms Arus untuk harmonisa ke-h (ampere)

d. Total Harmonic Distortion (THD)

Distorsi harmonisa total disebut dengan Total Harmonic Distortion (THD) adalah indeks yang menunjukkan total harmonisa dari gelombang tegangan atau arus

yang mengandung komponen individual harmonisa, yang dinyatakan dalam persen

terhadap komponen fundamentalnya [1] [14] [15].

THD untuk gelombang tegangan adalah:

% 100 1 2 2 × =

∑

∞ = V V THD h h

V ... (2.14)

dimana :

V1

V

= Tegangan fundamental

h

h = 2, 3, 4 , 5, ...

= Tegangan harmonisa ke-h

% 100 1 2 2 × =

∑

∞ = I I THD h h

i ... (2.15)

dengan:

=

1

I

Arus fundamental

=

h

I

Arus harmonisa ke-h

=

h

2, 3, 4 , 5, ...

e. Total Demand Distortion (TDD)

Distorsi harmonisa (harmonic distortion) paling berarti apabila dimonitor

pada Point of Common Coupling (PCC) dimana beban dihubungkan yang jauh dari pembangkit. Distorsi harmonisa pada PCC ini cenderung menunjukkan distorsi yang

lebih besar jika arus beban (demand load current) besar dan sebaliknya [1]. Oleh

karena itu total kandungan harmonisa diukur berdasarkan arus beban

I

_L yang

disebut dengan TDD ( Total Demand Distortion). Total Demand Distortion adalah :

% 100 2 2 × =

∑

∞ = L h h I I

TDD ... (2.16)

Hasil perhitungan sebaiknya tidak melebihi atau sama dengan nilai yang ditetapkan

oleh standar yang berlaku. Bila hasilnya lebih maka tingkat harmonisa sistem

membahayakan komponen-komponen sistem dan sebaiknya harus difikirkan cara

limitasi untuk distorsi arus harmonisa dan distorsi tegangan harmonisa. Standar yang

dipakai untuk limitasi tegangan harmonisa yang terdapat pada PCC adalah

IEEE-519-1992.

f. Standar Batas Distorsi Tegangan dan Batas Distorsi Arus

Standar batas harmonisa tegangan ditentukan oleh tegangan sistem yang

[image:38.612.145.494.332.450.2]

dipakai seperti Tabel 2.2 [16].

Tabel 2.2 Batas Harmonisa Tegangan Pada Frekuensi Fundamental Menurut Standar IEEE 519-1992

Tegangan Bus Pada PCC Distorsi Tegangan Individu (%) Total Distorsi Tegangan (THDV)

(%)

V ≤ 69 kV

69 kV < V ≤ 161 kV

V > 161 kV

3.0 1.5 1.0 5.0 2.5 1.5

Standar Batas Harmonisa Arus sesuai standard IEEE 519-1992 dapat dilihat pada

[image:38.612.129.513.533.649.2]

Tabel 2.3.

Tabel 2.3 Standard Distorsi Arus untuk Sistem Distribusi

Distorsi arus harmonisa maksimum dalam % dari IL Orde harmonisa individual (ODD harmonics)

Isc / IL < 11 11 ≤ h < 17 17 ≤ h < 23 23 ≤ h < 35 H ≥ 35 THD

< 20 20 – 50 50 – 100 100 – 1000

dengan:

ISC

I

: arus hubung singkat pada PCC

L

THD : Total Harmonic Distortion (%) : arus beban fundamental nominal

ISC adalah arus hubung singkat yang ada pada PCC, IL

Pada keadaan normal, arus beban setiap fasa dari beban linier yang

seimbang pada frekuensi dasarnya akan saling menghapuskan sehingga arus

netralnya menjadi nol. Sebaliknya beban non linier satu fasa akan menimbulkan

harmonisa kelipatan tiga ganjil yang disebut triplen harmonisa (harmonisa ke-3,

ke-9, ke-15 dan seterusnya) yang sering disebut zero sequence harmonisa (Tabel 2.4) [10].

adalah arus nominal

fundamental pada beban.

Tabel 2.4 Polaritas dari komponen harmonisa

Harmonisa 1 2 3 4 5 6 7 8

Frekuensi 50 100 150 200 250 300 350 400

Urutan + - 0 + - 0 + -

Harmonisa ini dapat menghasilkan arus netral yang lebih tinggi dari arus fasa

karena saling menjumlah di tiap fasanya. Harmonisa pertama urutan polaritasnya

adalah positif, harmonisa kedua urutan polaritasnya adalah negatif dan harmonisa

ketiga urutan polaritasnya adalah nol, harmonisa keempat adalah positif (berulang

Akibat yang ditimbulkan oleh arus urutan nol dari komponen harmonisa (Tabel

2.5) antara lain tingginya arus netral pada sistem tiga fasa empat kawat (sisi

sekunder transformator) karena arus urutan nol (zero sequence) kawat netral 3 kali

[image:40.612.167.524.243.382.2]

arus urutan nol masing-masing fasa.

Tabel 2.5 Akibat dari polaritas komponen harmonisa

Polaritas Urutan

Dampak dari harmonisa

Pengaruh Pada Sistem Distribusi

Positif - Panas

Negatif - Panas

- Menghambat atau memperlambat putaran motor

Nol - Panas

- Menimbulkan atau menambah arus pada kawat netral

Pengaruh harmonisa pada transformator sering tanpa disadari keberadaannya sampai

terjadi gangguan yang penyebabnya tidak jelas. Hal ini dapat juga terjadi bila

perubahan konfigurasi atau jenis beban yang dicatu. Transformator dan peralatan

induksi lainnya, selalu terpengaruh oleh harmonisa karena transformator itu sendiri

dirancang sesuai dengan frekuensi kerjanya, selain itu transformator juga merupakan

media utama antara pembangkit dengan beban. Frekuensi harmonisa yang lebih

tinggi dari frekuensi kerjanya akan mengakibatkan penurunan efisiensi atau

terjadi kerugian daya tambahan pada transformator.

g. Pengaruh Harmonisa terhadap rugi-rugi Daya Beban

Rugi daya beban penuh PLL diperoleh dari dua komponen, yaitu rugi-rugi I2R

EC

LL I R P

P = 2 + (watt) ... (2.17) Rugi-rugi I2

2 2

h I K

P_EC = _EC× ×

R berbanding lurus terhadap nilai rms arus. Sedangkan rugi-rugi arus pusar sebanding dengan kwadrat arus dan frekuensi, dan dapat dihitung melalui

persamaan:

... (2.18)

dengan KEC

(

)

∑

∑

× = ₂ 2 2 h h I h I K

adalah konstanta sebanding. Faktor K biasanya diperoleh dari literatur

power quality mengenai transformer derating dapat dicari melalui arus harmonisa seperti persamaan berikut,

... (2.19)

Hubungan antara faktor K dengan nilai rms total arus harmonisa dalam per unit ditunjukkan oleh persamaan,

R EC R EC h P K P I − − × + + =

∑

_{2 1}1

(pu) ... (2.20)

dengan: PEC-R

h = harmonisa ke h

= faktor rugi-rugi arus pusar

Ih

Untuk menghitung pengaruh harmonisa terhadap rugi-rugi daya transformator

per unit dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut, = arus harmonisa ke h

(

)

∑

+

∑

× −

= _{h h EC R}

LL I I h P

dengan:

PEC-R

h adalah harmonisa ke-h

adalah faktor rugi-rugi arus pusar

Ih ∑I

adalah arus harmonisa ke-h

h2 adalah merupakan komponen rugi-rugi I2

(

∑

Ih×h

)

PEC−R

2 2

R dalam p.u, sedangkan adalah merupakan komponen rugi-rugi arus pusar dalam p.u

Untuk mencari faktor eddy current losses dapat dilihat pada nilai PEC-R

Tabel 2.6 Nilai khusus P

Tabel 2.6.

EC-R

Transformer test data and the procedure in ANSI/IEEE Standard C57.110 [1]

Type MVA Voltage % PEC-R

Dry ≤ 1

≥ 1.5

≤ 1.5 15 kV HV 5 kV HV

3– 8 12 – 20

9 - 15 Oil-Filled ≤ 2.5

2.5 to 5 > 5

480 V LV 480 V LV 480 V LV

1 1 – 5 9 - 15

2.5 Sistem Distribusi dan Transformator Distribusi di Kompleks BMM

Dalam sub bab ini akan dijelaskan diagram satu garis sistem distribusi,

spesifikasi transformator, jenis komposisi beban dan data gangguan serta perawatan

[image:42.612.161.480.556.639.2]

transformator di kompleks BMM.

Gambar 2.9 Diagram satu garis sistem distribusi di Kompleks BMM 3 Restoran besar 23.100 VA

2 Restoran biasa 13.200 VA

10 Ruko dan Perkantoran 22.000 VA

4 Usaha Internet 17.600 VA

1 Usaha Cucian (Laundry)10.600 VA

TM GD

Diagram satu garis ditunjukkan pada Gambar 2.9. Sedangkan jenis dan jumlah beban

terpasang seperti ditunjukkan oleh Tabel 2.7 dengan total beban sebesar 86.500 VA.

2.5.1 Spesifikasi Transformator Distribusi di Kompleks BMM

Spesifikasi Transformator Distribusi yang terdapat di Kompleks BMM

Medan adalah seperti di bawah ini,

Pabrik Pembuat : MORAWA

Type : Outdoor

Daya : 160 KVA

Tegangan : 20 KV/400 volt

Hubungan : Yzn5

Impedansi : 4%

Transformator : 3 fasa

Pendingin : Onan

2.5.2 Komposisi Beban Terpasang di Kompleks BMM

Komposisi beban terpasang di kompleks BMM dapat dilihat pada Tabel 2.7

dibawah ini. Beban tersebut yang dianggap signifikan dan mempunyai andil dalam

[image:43.612.148.341.251.413.2]

menimbulkan distorsi harmonisa.

No Data beban Daya Jenis beban

1 3 restoran besar

VA 23100

VA

7700 Air Conditiion, lampu hemat energi, komputer, dll

2 2 restoran biasa

VA 13200

VA

6600 Air Conditiion, lampu hemat energi, komputer, dll

3 Ruko dan perkantoran

berjumlah 10 bangunan _22000VA VA

2200 Air Conditiion, lampu hemat energi, komputer, dll

4 4 usaha warung internet

VA 17600

VA

4400 Komputer, lampu hemat energi, komputer, dll

5 1 usaha cucian 10600 VA Mesin cuci, pengering, lampu hemat energi, komputer, dll

Total Beban tersambung 86.500 VA

2.5.3 Sejarah Perkembangan Transformator Distribusi di Kompleks BMM

Sejak dibangun pada tahun 2000, Kompleks BMM menggunakan kapasitas

transformator sebesar 100 kVA. Lalu dengan pesatnya pembangunan dan

meningkatnya jumlah penghuni kompleks, maka kapasitas transformator perlu

ditingkatkan. Adapun data gangguan dan penggantian transformator distribusi di

[image:44.612.114.525.472.662.2]

Kompleks BMM dapat dilihat pada Tabel 2.8.

Tabel 2.8 Data penggantian transformator distribusi di Kompleks BMM Tahun Transformator Kapasitas transformator Pergantian

Transformator lama

Transformator pengganti

2006 1 kali pergantian Dari 100 kVA menjadi 100 kVA

Unindo Jakarta Sintra Jakarta

2006 1 kali pergantian Dari 100 kVA menjadi 160 kVA

Sintra Jakarta Unindo Jakarta

2007 1 kali pergantian Dari 160 kVA menjadi 100 kVA

Unindo Jakarta Unindo Jakarta

2007 1 kali pergantian Dari 100 kVA menjadi 125 kVA

Unindo Jakarta Bambang Jaya

2007 1 kali pergantian Dari 125 kVA menjadi 100 kVA

Bambang Jaya Sintra Jakarta

2008 2 kali pergantian Dari 100 kVA menjadi 100 kVA

Sintra Jakarta Morawa Medan

Morawa Medan Bambang Jaya 2009 1 kali pergantian Dari 100 kVA

menjadi 160 kVA

BAB 3 METODE PENELITIAN

Kompleks BMM adalah salah satu kompleks bisnis dan perkantoran di kota

Medan yang menggunakan sumber listrik dari PLN. Sebagaimana telah disampaikan

pada tabel 2.7, bahwa jenis beban yang terpasang di kompleks BBM ini umumnya

penyumbang harmonisa. Sebesar apakah pengaruh harmonisa yang diakibatkan oleh

beban terhadap kinerja transformator, dan seberapa besar kerugian finansial yang

ditanggung oleh pihak PLN akibat tidak tercatatnya daya/energi akibat harmonisa.

Dalam penelitian ini penulis melakukan pengukuran besaran distorsi

harmonisa total (THD) dan fluktuasi daya beban pada waktu hari libur dan hari kerja.

3.1 Tahapan Penelitian

Tahapan penelitian yang penulis lakukan adalah dengan cara mengumpulkan

data yang diperlukan dengan cara mencari informasi ke pihak PLN dan mempelajari

berbagai literatur dilanjtkan dengan observasi dan pengukuran secara langsung ke

objek penelitian. Pengukuran data, seperti tegangan, arus, daya, dan kandungan

harmonisa dilakukan selama dua puluh empat jam. Dan untuk memastikan terjadinya

perbedaan antara hari libur dengan hari kerja, peneliti melakukan pengukuran pada

3.2 Data Penelitian

Data penelitian terdiri dari data sekunder dan data primer. Data sekunder yaitu

spesifikasi transformator didapat dari katalog. Sedangkan data primer didapat dari

hasil pengukuran pada objek secara langsung dengan data yang diukur adalah:

Tegangan, Arus, Daya, dan THDi

3.2.1 Alat Ukur

(%).

Besaran-besaran yang akan diukur dalam penelitian ini diantaranya adalah

kandungan harmonisa arus yang terdapat pada PCC, nilai arus fundamental dan nilai

arus total serta daya masing-masing fasa. Sedangkan alat yang digunakan untuk

mengukur besaran-besaran tersebut adalah Genius Energy Meter (GEM) Mk6N.

Kemampuan GEM dapat mengukur besaran tegangan, harmonisa tegangan, besaran

arus, harmonisa arus, besaran daya, dan faktor daya beban. Spesifikasi lengkapnya

seperti diuraikan pada lampiran 1. Langkah dan tahapan pengukuran yang dilakukan

dalam penelitian ini seperti ditunjukkan pada diagram alir Gambar 3.1.

3.3 Teknik Analisa data

Sebelum memulai menghitung data yang diperlukan untuk bahan analisis,

terlebih dahulu data spesifikasi transformator distribusi tiga fasa perlu diketahui. Data

[image:47.612.110.533.131.304.2]

Tabel 3.1 Spesifikasi Teknis Transformator Distribusi Tiga Fasa

KVA Vektor Karakteristik Listrik Ukuran Minyak Berat Io Zsc Rugi-Rugi Efisiensi

pada 75°C

Pengaturan

Tegangan

A B C Besi Tembaga

Group (%) (%) Watt Watt pf = 1,0 pf = 1,0 mm mm mm (ltr) (kg)

beban 100%

Beban 100%

100 Yzn5 2,3 4,0 300 1600 98,13% 1,67% 1000 730 1135 125 580

160 Yzn5 2,3 4,0 400 2000 98,52% 1,32% 1180 850 1190 160 800

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Pengukuran

Pengukuran besaran dilakukan selama dua puluh empat jam pada hari libur dan hari

kerja. Hal ini dimaksudkan agar dapat menyederhanakan pekerjaan dan diharapkan

dapat hari-hari dimaksud sudah dapat mewakili hari-hari selama satu tahun. Fluktuasi

beban selama pengukuran, yaitu mulai dari pukul 00:00 hingga 23:30 ditunjukkan

dalam bentuk kurva dan dalam bentuk data. Hasil pengukuran tersebut selanjutnya

dianalisis untuk menghasilkan besaran-besaran sesuai dengan tujuan penelitian.

4.1.1 Hasil Pengukuran Arus

Pengukuran bentuk gelombang arus dengan menggunakan GEM dapat

menghasilkan gelombang arus tiga fasa seperti ditunjukkan pada Gambar 4.1 untuk

hari libur, sedangkan Gambar 4.2 hasil pengukuran untuk hari kerja.

-300 -200 -100 0 100 200 300

0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720

Arus Fasa-R Arus Fasa-S Arus Fasa-T

300 -200 -100 0 100 200 300

[image:49.612.144.502.108.300.2]

0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600

Gambar 4.2 Gelombang arus per fasa hasil pengukuran pada hari kerja

Sedangkan fluktuasi THDi akibat perubahan beban selama dua puluh empat jam baik

untuk hari libur maupun hari kerja berturut-turut ditunjukkan oleh Gambar 4.3 dan

4.4.

4

6

8

10

12

14

16

T

HDi

[

%

]

Fluktuasi THD

i

Penguku

5 Juni 201

[image:49.612.120.529.413.649.2]

Fluktuasi THDi Pengukuran Hari Senin 6 Juni 2011

0 2 4 6 8 10 12 14

0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00_10:00_11:00_12:00_13:00_14:00_15:00_16:00_17:00_18:00_19:00_20:00_21:00_22:00_23:00

Pukul

T

HDi

[

%]

[image:50.612.118.523.103.330.2]

Fasa-R Fasa-S Fasa-T

Gambar 4.4 Fluktuasi THDi per fasa hasil pengukuran pada hari kerja

Gambar 4.5 dan 4.6, masing-masing menunjukkan fluktuasi arus beban untuk

hari libur dan hari kerja selama dua puluh empat jam.

50 100 150 200 250

I [

A]

Fluktuasi Arus Fasa Pengukuran H

[image:50.612.127.519.437.682.2]

Fluktuasi Arus Fasa Pengukuran Hari Senin 6 Juni 2011

0 50 100 150 200 250 300

0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00₁₀:00₁₁:00₁₂:00₁₃:00₁₄:00₁₅:00₁₆:00₁₇:00₁₈:00₁₉:00₂₀:00₂₁:00₂₂:00₂₃:00 Pukul

I [

A

]

[image:51.612.118.523.106.306.2]

Fasa-R Fasa-S Fasa-T

Gambar 4.6 Fluktuasi arus per fasa hasil pengukuran pada hari kerja

4.1.2 Hasil Pengukuran Daya

Hasil pengukuran daya baik untuk hari libur maupun hari kerja berturut-turut

ditunjukkan oleh Gambar 4.7 dan 4.8.

Fluktuasi Daya Per Fasa Pengukuran Hari Minggu 5 Juni 2011

-5.000 10.000 15.000 20.000 25.000

0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00_10:00_11:00_12:00_13:00_14:00_15:00_16:00_17:00_18:00_19:00_20:00_21:00_22:00_23:00

Pukul

P

[w

a

tt]

Fasa-R Fasa-S Fasa-T

[image:51.612.124.518.424.634.2]

Fluktuasi Daya Per Fasa Pengukuran Hari Senin 6 Juni 2011

-5.000 10.000 15.000 20.000 25.000 30.000

0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00_10:00_11:00_12:00_13:00_14:00_15:00_16:00_17:00_18:00_19:00_20:00_21:00_22:00_23:00

Pukul

P [w

a

tt]

[image:52.612.124.518.102.329.2]

Fasa-R Fasa-S Fasa-T

Gambar 4.8 Fluktuasi daya per fasa hasil pengukuran pada hari kerja

4.2 Perhitungan Rugi-rugi akibat Harmonisa

Untuk menyederhanakan perhitungan, nilai arus harmonisa ke h yang digunakan merupakan nilai rata-rata pengukuran selama 24 jam (Lampiran 4), dan

dengan menggunakan persamaan (2.17) sampai dengan persamaan (2.21) diperoleh

hasil perhitungan rata-rata setiap jam pada hari libur untuk masing-masing fasa

seperti ditunjukkan oleh Tabel 4.1(a) sampai dengan 4.1(c). Sedangkan hasil

perhitungan untuk hari kerja ditunjukkan oleh Tabel 4.2(a) sampai 4.2(c).

Tabel 4.1(a) Hasil perhitungan arus harmonisa untuk fasa-R

h Ih

[A]

I_h [pu]

I_h2 [pu]

I_h2 x h2 [pu]

1 95,3056 1,0000 1,0000 1,0000

3 5,9775 0,0627 0,0039 0,0354

5 2,7427 0,0288 0,0008 0,0207

7 2,3180 0,0243 0,0006 0,0290

1,0054 1,0851

[image:52.612.190.449.582.682.2]

Tabel 4.1(b) Hasil perhitungan arus harmonisa untuk fasa-S

h Ih

[A]

I_h [pu]

I_h2 [pu]

I_h2 x h2 [pu]

1 67,2396 1,0000 1,0000 1,0000

3 5,0587 0,0752 0,0057 0,0509

5 2,1660 0,0322 0,0010 0,0259

7 1,5997 0,0238 0,0006 0,0277

1,0073 1,1046

Jumlah

Tabel 4.1(c) Hasil perhitungan arus harmonisa untuk fasa-T

h Ih

[A] Ih [pu] Ih 2 [pu] Ih 2

x h2 [pu]

1 142,1713 1,0000 1,0000 1,0000

3 7,9422 0,0559 0,0031 0,0281

5 5,6160 0,0395 0,0016 0,0390

7 4,3501 0,0306 0,0009 0,0459

1,0056 1,1130

Jumlah

Tabel 4.2(a) Hasil perhitungan arus harmonisa untuk fasa-R

h Ih

[A]

I_h

[pu]

I_h2

[pu]

I_h2 x h2

[pu] 1 143,7410 1,0000 1,0000 1,0000 3 7,9906 0,0556 0,0031 0,0278 5 2,8251 0,0197 0,0004 0,0097 7 2,5269 0,0176 0,0003 0,0151

1,0038 1,0526

Jumlah

Tabel 4.2(b) Hasil perhitungan arus harmonisa untuk fasa-S

h Ih

[A]

I_h

[pu]

I_h2

[pu]

I_h2 x h2

[pu] 1 67,2396 1,0000 1,0000 1,0000 3 5,0587 0,0752 0,0057 0,0509 5 2,1660 0,0322 0,0010 0,0259 7 1,5997 0,0238 0,0006 0,0277

1,0073 1,1046

Jumlah

[image:53.612.195.448.133.226.2] [image:53.612.191.445.267.363.2]

h Ih

[A]

I_h

[pu]

I_h2

[pu]

I_h2 x h2

[pu] 1 161,5881 1,0000 1,0000 1,0000 3 9,8687 0,0694 0,0048 0,0434 5 3,1404 0,0221 0,0005 0,0122 7 2,2206 0,0156 0,0002 0,0120

1,0056 1,0675

Jumlah

Setelah menghitung arus harmonisa per unit per fasa, baik untuk hari libur maupun

hari kerja selanjutnya dilakukan perhitungan rugi-rugi daya akibat harmonisa dalam

satuan per unit. Hasil perhitungan yang diperoleh seperti ditunjukkan pada Tabel 4.3

untuk hari libur dan Tabel 4.4 untuk hari kerja.

Tabel 4.3 Hasil perhitungan rugi-rugi daya akibat harmonisa untuk hari libur dalam satuan per unit

Fasa ∑Ih

2

[pu]

∑Ih

2 _{x h}2

[pu] PEC-R [pu] PLL [pu] Rugi-rugi

I2R

[pu]

Rugi-rugi

Arus Pusar

[pu]

R 1,00535 1,08509161 0,01 1,0162 1,0054 0,0109

S 1,00726 1,10461786 0,01 1,01831 1,0073 0,0110

[image:54.612.188.452.118.220.2]

T 1,00562 1,11296962 0,01 1,01675 1,0056 0,0111

Tabel 4.4 Hasil perhitungan rugi-rugi daya akibat harmonisa untuk hari kerja dalam satuan per unit

Fasa ∑Ih

2

[pu]

∑Ih

2 _{x h}2

[pu] PEC-R [pu] PLL [pu] Rugi-rugi

I2R

[pu]

Rugi-rugi

Arus Pusar

[pu] R 1,00379 1,05261228 0,01 1,01431 1,0038 0,0105

S 1,00431 1,05277818 0,01 1,01484 1,0043 0,0105

T 1,00555 1,06751722 0,01 1,01623 1,0056 0,0107

Untuk merubah nilai rugi-rugi dalam satuan per unit menjadi dalam satuan watt

sesuai dengan Standard IEC Publ. 76 SPLN 50-1997, SPLN95-1994, untuk rugi-rugi

400. Hasil perhitungan tersebut seperti ditunjukkan pada Tabel 4.5 untuk hari libur

dan Tabel 4.6 untuk hari kerja.

Tabel 4.5 Hasil perhitungan rugi-rugi daya akibat harmonisa tiap jam untuk hari libur dalam satuan watt

Fasa Rugi-rugi I

2_R [watt]

Rugi-rugi Arus Pusar

[watt]

Rugi-rugi Total [watt]

R 2.010,71 4,34 2.015,05

S 2.014,53 4,42 2.018,95

T 2.011,23 4,45 2.015,69

Total 6.036,47 13,21 6.049,68

Tabel 4.6 Hasil perhitungan rugi-rugi daya akibat harmonisa tiap jam untuk hari kerja dalam satuan watt

Fasa Rugi-rugi I

2_R

[watt]

Rugi-rugi Arus Pusar

[watt]

Rugi-rugi Total [watt]

R 2.007,57 4,21 2.011,78

S 2.008,63 4,21 2.012,84

T 2.011,10 4,27 2.015,37 Total 6.027,30 12,69 6.039,99

Tarif dasar listrik untuk keperluan bisnis per kWh menurut Peraturan Menteri Energi

dan Sumber Daya Mineral No. 07 Tahun 2010, tanggal 30 Juni 2010 Ketentuan Tarif

Dasar Listrik Untuk Keperluan Binis adalah Rp 1100,00/kWh. Dari tarif dasar

tersebut selanjutnya dapat dihitung kerugian finansial akibat harmonisa yang akan

dialami oleh PT. PLN setiap bulan selama tahun 2011, dan hasilnya seperti disajikan

pada Tabel 4.7.

Tabel 4.7 Kerugian finansial tahun 2011

Bulan Jumlah hari libur Jumlah hari kerja Rugi-rugi total pada hari libur [kWh] Rugi-rugi total pada hari kerja [kWh] Rugi-rugi Total [kWh] per Bln TDL untuk Bisnis [Rp/kWh] Rugi Finansial satu bulan [Rp]

1 2 3 4 5 6 = 4 + 5 7 8 = 6 x 7

Januari 6 25 871,15 3.624,00 4.495,15 1.100 4.944.664,33 Februari 6 22 871,15 3.189,12 4.060,27 1.100 4.466.296,92 Maret 5 26 725,96 3.768,96 4.494,92 1.100 4.944.408,59 April 5 25 725,96 3.624,00 4.349,96 1.100 4.784.952,79 Mei 6 25 871,15 3.624,00 4.495,15 1.100 4.944.664,33 Juni 6 24 871,15 3.479,04 4.350,19 1.100 4.785.208,52 Juli 5 26 725,96 3.768,96 4.494,92 1.100 4.944.408,59 Agustus 8 23 1.161,54 3.334,08 4.495,61 1.100 4.945.175,80 September 6 24 871,15 3.479,04 4.350,19 1.100 4.785.208,52 Oktober 5 26 725,96 3.768,96 4.494,92 1.100 4.944.408,59 Nopember 4 26 580,77 3.768,96 4.349,72 1.100 4.784.697,05 Desember 5 26 725,96 3.768,96 4.494,92 1.100 4.944.408,59

52.925,91

58.218.502,62 Keterangan: Kolom 4 = 24 jam x rugi-rugi kWh hari libur x jumlah hari libur

Kolom 5 = 24 jam x rugi-rugi kWh hari kerja x jumlah hari kerja Perkiraan rugi-rugi selama tahun 2011

4.3 Pembahasan

Dari hasil pengukuran gelombang arus memperlihatkan bahwa, bentuk

gelombang arus tidak sinusoidal dan untuk masing-masing fasa memiliki nilai arus

yang berbeda. Hal ini dapat dinyatakan bahwa disamping arus beban mengandung

harmonisa tetapi juga terjadi sistem pembebanan tidak seimbang.

Seberapa besar fluktuasi THDi akibat perubahan beban selama dua puluh

empat jam, baik untuk hari libur maupun hari kerja yang ditunjukkan pada Gambar

4.3 dan Gambar 4.4 memperlihatkan bahwa THDi tidak dapat dipolakan. Hal ini

terlihat dari kurva bahwa setiap saat selalu berfluktuasi dan fluktuasi THDi yang

Dari hasil analisis harmonisa arus dapat dinyatakan bahwa hubungan antara

THDi dan arus beban ataupun dengan daya beban tidak linier. Artinya setiap

kenaikkan THDi tidak selalu diikuti naiknya arus beban maupun daya beban.

Diperkirakan naik-turunnya arus beban tidak selalu diakibatkan oleh beban-beban

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil pengukuran dan pembahasan, data yang diperoleh dari

menunjuk-kan bahwa rugi-rugi yang akibatmenunjuk-kan oleh adanya harmonisa jelas terlihat dan cukup

signifikan jika dilihat dari nilai finansial yang diperoleh selama satu tahun. Uraian

hasil analisis seperti yang disajikan pada Bab 4 dapat disimpulkan sebagai berikut.

Pengukuran yang dilakukan selama dua puluh empat jam diperoleh fluktuasi

arus, harmonisa arus, dan daya. Tingkat distorsi harmonisa arus untuk masing-masing

fasa selama pengukuran terjadi pada waktu yang berbeda:

a. Untuk hari libur fasa-R THDi tertinggi terjadi pada pukul 09:30 sebesar

10,06% dengan THDi rata-rata 7,3