DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSION FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2009

(1)

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

2009

(2)

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

MEDAN

(3)

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 distribusi dengan metode tingkat tahunan.

(4)

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

Nim : 060 422 022 Mancon Sitanggang

(5)

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

BAB III KARAKTERISTIK BEBAN 3.1. Umum... 24

(6)

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

LAMPIRAN... 51

(7)

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 3.1. Klasifikasi Beban... 30

(8)

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

Gbr 4.3 Kurva Tangga Untuk Mendapatkan Batas Faktor Keuntungan dan Kerugian ... 47

(9)

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 _ºC

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

penutup Minyak º C

(10)

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

pada beban penuh. º C

(11)

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, karakteristik beban dan biaya parameter sistem sangat mempengaruhi hasil-hasil

(12)

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 Umur Transformator Distribusi dengan Metode Tingkat Tahunan", agar penulis

(13)

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 karakteristik beban, klafisikasi beban dan perkembangan beban.

(14)

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

- Perkiraan umur Transformator Distribusi dengan metode tingkat tahunan

(15)

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 θ : rating dari 3 kVA sid 500 kVA - Untuk transformator distribusi 3 θ : 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 distribusi dengan rating lebih besar dari 500 kVA.

(16)

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 digunakan, transformator penurunan digunakan untuk menurunkan tegangan

(17)

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 (θ) yang sefasa dan juga berbentuk sinusoid. θ = θ maks sin wt………..(1)

(18)

(19)

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, maka V2/N1 = V2/N1 Atau

1 2 1 2

V N

V = N (1)

(20)

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 I_S 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.

Dari pembahasan di atas terlihat hubungan sebagai berikut :

(21)

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:

H X X H

I I V V =

dan VH IH = VX IX ……….(3)

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 kerugiannya cukup rendah dan dilaminasi untuk mengurangi kerugian inti.

(22)

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 konstruksi tipe-selubung ditunjukkan pada Gambar 2-2b.

(23)

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) - Pengujian tahanan kumparan

(24)

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.

Lama pengujian tergantung pada besarnya frekwensi.

(25)

- 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 beban penuh dan 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:

• Pengujian kenaikan suhu

• Pengujian impedansi

(26)

- 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 penggunaan gardu distribusi out door.

(27)

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,

Gambar 2.3 Transformator Distribusi untuk instalasi Gardu Cantol

(28)

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 pengamannya terpisah dari pemasangan transformator.

(29)

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 untuk menggunakan 1 ∅ saja dan digunakan pada rating: 10,15,25, dan 37 kVA.

(30)

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 dilengkapi dengan circuit breaker yang dipasang pada tegangan rendah dan

(31)

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 transformator yang terlalu berat sebanding dengan kapasitas ratingnya.

(32)

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:

a. Diganti dengan transformator distribusi yang ratingnya lebih besar (changeout trasformator).

(33)

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 distribusi tersebut akan mengalami pengurangan.

(34)

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 yang berhubungan dengan karakteristik beban tersebut akan diuraikan dengan

(35)

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 dalam selang waktu dimana kebutuhan tersebut diukur.

(36)

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 rata- rata dan beban puncak sama.

(37)

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 =

2

)

2 (

2

TX

t T R Y t

X + −

……….(3-1)

= t/T+(Y)² 



 



 − T

t T

jika : Y = 0 dan X = 0 maka : FLs = FLD

Karena rugi-rugi sebanding dengan kwadrat beban maka didapatkan huhungan sebagai berikut:

Beban rata-rata =

T t T y Xt+ ( − )

...(3-2)

Rugi rata-rata =

) ( 2

2 RT t

Y Rt

X + ⁻

………...(3-3)

Faktor kerugian =

2

)

2 (

2

TX

t T R Y t

X + −

……….(3.4)

Jika : Y = 0 dan x = 0 Maka : FLS = FLD

X = beban puncak selama waktu t

(38)

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 - faktor responsibility puncak sistem

(39)

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- masing, diperihatkan dalam tabel 3.1. dibawah ini.

(40)

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 pemakaian.

(41)

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 musim panas ataupun pada waktu musim dingin/ penghujan.

(42)

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 peralatan listrik yang terdapat pada daerah perumahan / pertokoan.

(43)

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 berdasarkan persamaan

(44)

L_n = (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 suatu priode waktu tertentu.

(45)

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:

Harga asli = (harga per unit ) x ( harga pangkal)

(46)

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,

- N adalah umur Transformator yang diharapkan.

(47)

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:

Ar = log RB/ log R) x log^-1 



 



 



 



 −

T TB

1

6250 1 ……….(4-2)

(48)

8 , 2 0

1 1



 



 +

+ Q

Q P Dimana :

Ar = Umur relatif per priode changeout dalam per unit rating dasar.

T = Rating Transformator menurut papan nama.

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) k^1,6 ………( 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 beban penuh.

(49)

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

8 . 2 0

1 1

, 



 



 +

+ Q

Q p

atau

00 38,25

8 . 2 0

1 1

, 



 



 +

+ Q

Q

p ...(4-5)

dari persamaan (4-4) menjadi :

0h = 0g P^1.6 ...(4-6)

sehingga :

T = 00 + 0h = 40⁰C. + 20⁰C.

T = 00 + 0h = 60⁰C. ...(4-7)

(50)

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 berkapasitas dua tingkat lebih besar.

(51)

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 mengalikan EL dari persamaan (4.1) dengan lamanya priode changeout.

(52)

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

(1 0.03)ⁿ 200

250= +

1.25 = 1.03ⁿ n = 7,54

03 . 1

25 .

1 =

In In

Priode changeout = 7,54

Dengan mengasumsi nilai dasar yang digunakan (lihat Bab 4 pasal 2) : QB = 30 PB = 1.8

RB = 1.09 NC = 11 tahun N = 20 tahun

(53)

Maka :

Dari persamaan (4-5) didapat :

00 = 38,25

8 . 2 0

1 1



 





+ + QB

QB PB

0₀ = 38,25

8 . 2 0

1 30

1 30 . 8 ,

1 



 



 +

+

0₀ = 96,21⁰C

Dari persamaan (4-6) didapat : 0h = 0g. P^1,6

0h = 20 (1.8^1,6) = 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 R = 1,03