MANAJEMEN SISTEM DISTRIBUSI TEGANGAN 220/380 VOLT DI LABORATORIUM SISTEM TENAGA ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI MANADO

DI LABORATORIUM SISTEM TENAGA ELEKTRO

POLITEKNIK NEGERI MANADO

Benny A.P. Loegimin 1)dan Julianus Gesuri Daud 2)

Staf Pengajar Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Manado1) Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Manado1,2

Jl Raya Politeknik Kairagi, Manado, PO BOX 1256. e-mail: bennyloegimin@gmail.com1, nus_its@yahoo.com2)

ABSTRAK

Banyak kerusakan transformator distribusi yang di temui akhir-akhir ini, menyebabkan

cost pihak penyedia energi semakin besar. Belum lagi income per kwh listrik semakin

berkurang, karena terjadi pemadaman listrik. Losses distribusi karena pembebanan yang tidak teratur menjadi salah satu penyebab gangguan. Sebenarnya hal-hal tersebut dapat di minimalisir ketika diperoleh gambaran konkrit penyebab terjadi perubahan beban. Untuk melengkapi praktikum Distribusi Daya bagi mahasiswa Teknik Elektro di Laboratorium Sistem Tenaga, maka sangat dibutuhkan modul praktek yaitu: tentang beban seimbang dan tidak seimbang. Peralatan monitoring sistem distribusi TR 220/380 volt yang dirancang, dapat mendeteksi perubahan beban fasa R, S, T dan arus yang mengalir pada kawat netral. Dari hasil penelitian, diketahui bahwa sistem yang seimbang cenderung menyebabkan arus netral menjadi kecil yakni sebesar 1,23 Ampere. Akan tetapi ketika beban menjadi tidak seimbang, arus akan naik menjadi 1,48 Ampere dan sangat berbahaya bagi transformator distribusi.

Kata Kunci: Losses, Arus netral, Beban tak seimbang.

PENDAHULUAN

Akibat pertumbuhan beban listrik yang tidak merata menimbulkan permasalahan serius karena penambahan oleh konsumen melalui sambungan langsung pada jaringan distribusi tegangan rendah 220 Volt menyebabkan arus besar mengalir pada kawat netral menuju ke transformator daya. Data pada tahun 2005 di PLN Cabang Surabaya Selatan tercatat ada sebanyak 211 gangguan yang menyebabkan trafo rusak. Sebenarnya hal-hal tersebut dapat di minimalisir ketika diperoleh gambaran konkrit penyebab terjadi perubahan beban pada masing-masing fasa R, S, T dan kawat netral baik berupa : daya, tegangan, arus, besarnya kwh dan kvarh terpakai. Penelitian ini bertujuan untuk membuat monitoring sistem distribusi guna mengetahui langsung konsekuensi yang timbul akibat pemakaian beban yang bervariasi, perubahan arus beban fasa dan arus netral serta gejala listrik yang terjadi. Bagi kalangan penyedia listrik khususnya PLN sangat diperlukan agar dapat mengontrol mutu listrik yang dihasilkan sedangkan untuk kalangan pengguna listrik, konsumen dapat melakukan kontrol pemakaian sehingga besarnya biaya rekening listrik perbulan dapat diprediksi. Peralatan ini juga sangat dibutuhkan oleh para mahasiswa dalam praktikum di Laboratoium Sistem Tenaga.

Dari hasil pengukuran beban sistem distribusi yang ada di PT PLN (Persero) Area Tahuna Rayon Siau khususnya gardu Tarorane sebagaimana tercantum dalam tabel 1 diperoleh data yang menunjukkan bahwa arus netral tertinggi terjadi pada tanggal 30 Juni 2014 sebesar 122 Ampere, dengan beban pada fasa R sebanyak 220 Ampere, fasa S sebesar 128 Ampere dan fasa T sebesar 189 Ampere.

Tabel 1. Pengukuran Arus Beban Gardu Tarorane

Kode Trafo Fasa R Fasa S Fasa T Netral

Induk 147 154 177 112 A 18 17 53 B 119 133 123 C 10 9 1 Induk 220 128 189 122 A 110 56 99 60 B 112 72 90 62

Beban Seimbang dan Tak Seimbang

Pada suatu rangkaian tiga fasa yang seimbang, maka daya adalah tiga kali daya satu fasanya, karena daya pada setiap fasa adalah sama. Suatu beban yang terhubung secara Y, maka tegangan fasa netral (tegangan fasa) adalah:

cn bn

an

p V V V

V = = = (1)

dan jika arus fasa I_puntuk beban yang terhubung Y adalah:

cn bn an

p I I I

I = = = (2)

maka daya aktif tiga fasa total adalah:

p p pI V

P=3 cosθ (3)

dengan θ adalah sudut antara tegangan dan arus fasa. _p Pada hubungan Y dimana

3

L p

V

V = dan I_p = I_L maka diperoleh:

p L LI

V

P= 3 cosθ (4)

Dengan cara yang sama juga diperoleh:

p L LI

V

Q= 3 sinθ (5)

Sehingga daya voltampere dari beban

L LI V Q P S = ( 2 + 2) = 3 (6) Pada kondisi beban seimbang (balanced load), arus ia,b,c

(7)

Tegangan

(8)

Sistem seimbang bila :

(9) (10)

METODE

Dalam penelitian ini, dirancang peralatan monitoring, yang akan mengontrol perubahan komposisi beban yang terjadi pada ketiga fasa yang ada. Seperti nampak ditunjukkan pada gambar 1 (a) yang secara sistem menjelaskan posisi peralatan tersebut pada saluran distribusi tegangan 20 kV dengan sumber utama dari suplai PLN.

(a) (b)

Gambar 1. Monitoring dalam sistem tenaga (a) dan data beban per fasa (b)

Setiap penambahan beban di masing-masing fasa R, S dan T akan di monitor seperti nampak dalam gambar 1 (b) kemudian dibandingkan antara satu dengan yang lain.

(

)

(

)

(

− − °

)

= ° − − = − = 240 cos ) ( 120 cos ) ( cos ) ( θ ω θ ω θ ω t I t i t I t i t I t i M c M b M a

( )

(

)

(

− °

)

=

(

+ °

)

= ° − = = 120 cos 240 cos ) ( 120 cos ) ( cos ) ( t V t V t v t V t v t V t v M M cn M bn M an ω ω ω ω

0

)

(

)

(

)

(

t

+

v

t

+

v

t

=

v

_{an bn cn} 0 ) ( ) ( ) (t +i t +i t = ia b c

Gambar 2. Pengukuran Sistem Distribusi 3 fasa 4 kawat

Arus yang mengalir pada kawat netral juga di amati terus menerus melalui peralatan monitoring distribusi yang dipasang sebagaimana ditunjukkan pada gambar 2. Sistem ini beroperasi pada tegangan rendah 220/380 Volt. Beban-beban yang digunakan dapat dilihat pada tabel 2 berupa beban resistif serta induktif yakni lampu pijar (LP), lampu hemat energy (LHE), lampu neon dan power supply dc.

Tabel 2. Spesifikasi Beban yang digunakan

Spesifikasi Beban Fasa R Fasa S Fasa T Jumlah

LHE 28 W Jazz _√ 1 buah

LHE 20 W Ekonomat _√ 1 buah

LHE 22 W Philips _√ 1 buah

LHE 9 W Hinomaru _√ 1 buah

LP 100 W Philips _√ 1 buah

LP 75 W Philips Clear _√ 2 buah

LP 25 W Philips Softone _√ 1 buah

LP 25 W Ekonomat _√ 1 buah

LP 15 W Philips _√ 1 buah

LP 5 W Chiyoda _√ 1 buah

LHE 28 W Jazz _√ 1 buah

Neon 10 W Chiyoda _√ 1 buah

Neon Philips _√ 1 buah

LHE 28 W Jazz _√ 1 buah

HASIL DAN PEMBAHASAN

Tabel 1 menunjukkan bahwa beban tidak seimbang di mana beban menumpuk pada phasa R kemudian phasa T dan paling kecil di phasa S sementara arus netral yang paling kecil terjadi pada tanggal 26 Pebruari 2014 jam 19.19 sebesar 112 Ampere dengan phasa R, S dan T cenderung mendekati seimbang. Data pengukuran lapangan tersebut tidak terlalu berbeda jauh dengan hasil percobaan peralatan Monitoring Sistem Distribusi di Laboratorium Sistem Tenaga Elektro Politeknik Negeri Manado pada hari Selasa, 14 Juni 2016 jam 14.50 seperti nampak pada Gambar 3 dan Gambar 4 yang tertera pada tabel 3.

Gambar 3. Tegangan dan arus fasa R Gambar 4. Arus netral yang terukur

Tabel 3 menunjukkan bahwa arus netral cenderung semakin besar, ketika beban menjadi tidak seimbang yakni ketika Fasa R dibebani daya 405 Watt,. Fasa S dengan daya 91,4 Watt, Fasa T dengan daya 68,5 Watt arus netral terukur sebesar 1,23 Ampere. Akan tetapi ketika sistem hanya mencatu salah satu beban saja seperti fasa R dengan beban 400 Watt sedang Fasa S dan Fasa T tidak ada beban maka arus netral menjadi 1,48 Ampere atau naik lebih tinggi dari sebelumnya.

Tabel 3. Hasil pengukuran Beban Distribusi

Parameter Beban tak seimbang Mendekati Seimbang

Fasa R Fasa S Fasa T Fasa R Fasa S Fasa T Tegangan (V) 216 V 216 V 217 V 217 V 217 V 219 V Arus (I) 1,86 A 0 0 1,87 A 0,422 0,312 Daya Aktif (P) 400 W 0 0 405 91,4 68,5 Daya Nyata (S) 400 0 0 400 91,4 68,5 Daya Reaktif (Q) -28,2 0 0 -28,2 -24,8 -1,72 Faktor daya 1 0 0 1 1 1

Arus Netral (IN) 1,48 Ampere 1,23 Ampere

KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan pada penelitian adalah:

1. Peralatan monitoring sistem distribusi TR 220/380 volt yang dirancang dapat mendeteksi perubahan beban fasa R, S, T dan arus yang mengalir pada kawat netral.

2. Sistem yang seimbang cenderung menyebabkan arus netral menjadi kecil yakni sebesar 1,23 Ampere, akan tetapi ketika beban menjadi tidak seimbang arusnya naik menjadi 1,48 Ampere dan sangat berbahaya bagi transformator distribusi.

Saran pada penelitian yaitu:

3. Peralatan monitoring sistem distribusi di Laboratorium Sistem Tenaga ini bisa di kembangkan dengan penambahan judul-judul praktikum, bukan hanya untuk tegangan rendah saja tetapi untuk tegangan menengah dengan kapasitas yang lebih besar.

4. Karena pembebanan beban konsumen berubah setiap waktu maka sangat penting untuk melakukan penataan beban atau rekonfigurasi secara berkala

DAFTAR PUSTAKA

Chairul G. Irianto, Rudy S dkk. (2009), “ Pemodelan Matematik Transformator Fasa-3 dalam meminimasi Distorsi Harmonisa”, Jurnal Elektronika Universitas Trisakti, Vol. 9, No.1.

Julianus G. Daud. (2006), “ Estimasi Pengurangan Susut Energi pada Saluran Distribusi 20 kV Penyulang Barata menggunakan Filter Harmonik”. Prosiding Seminar Nasional

dan Workshop Energy Security ITS Surabaya.

Julianus G. Daud. Ontoseno Penangsang. (2007), “Estimasi Pengurangan Susut Energi Saluran Distribusi menggunakan High Pass Filter”, Prosiding Seminar Nasional XIII –

FTI ITS Surabaya.

Julianus G. Daud, Ontoseno Penangsang, Mochamad Ashari. (2008), “Estimasi Pengurangan Susut Distribusi Menggunakan Kombinasi Rekonfigurasi dengan Algoritma Ant Colony dan Pemasangan Filter Harmonik”, Tesis FTI Teknik Elektro ITS Surabaya. Murat Dilek. (2001), Integrated Design of Electrical Distribution Systems : Phase Balancing

and Phase Prediction Case Studies, Dissertation., Virginia, USA.

W. Mack Grady, Surya Santoso. (2001), Understanding Power System Harmonics. University of Texas.

Wiwied P Perdana, Rini Nur Hasanah, Harry S. Dachlan. (2009), “ Evaluasi Keandalan Sistem Tenaga Listrik pada Jaringan Distribusi Primer tipe Radial Gardu induk Blimbing”, Jurnal EECCIS Vol. III No. 1