ISSN 2549-6646 (Media Online)
Analisis Penempatan Transformator Distribusi Berdasarkan
Jatuh Tegangan
Rudi Salman
Staf Pengajar Program Studi Teknik Elektro Universitas Negeri Medan
rudisalman.unimed@gmail.com
Abstract
Distribution system is a power system that distributes electrical energy from power plants to consuments in medium to low voltage scale. In fact there is a distribution transformer far enough away from the substation, so that the voltage drop on the primary side of the distribution transformer exceeds the allowable limit. Therefore it is necessary to rearrange the length of the channel of the primary distribution system by adjusting the placement of the transformer distribution so that the transformer performance becomes better. This paper describes the solution of this problem to the Tanjung Morawa Substation through the calculation of the percentage method of voltage drop on a feeder adjusted to the calculated voltage drop allowed by PLN. From the calculation results obtained 2 large distribution transformer percentage of the voltage fell on the primary side more than 5%. Garde TM 181 is 5.15% (1030,83 Volt), and the Garde TM 258 is 5.59% (1118.59 Volt).
Keywords:Transformer, Voltage drop, Power distribution
Abstrak
Sistem distribusi adalah sistem tenaga listrik yang menyalurkan energi listrik dari pembangkit sampai kekonsumen dalam skala tegangan menengah sampai dengan tegangan rendah. Pada kenyataannya terdapat transformator distribusi yang jaraknya cukup jauh dari Gardu Induk (GI), sehingga terjadi jatuh tegangan (voltage drop) pada sisi primer transformator distribusi melebihi batas yang diijinkan. Oleh sebab itu diperlukan penataan ulang panjang saluran sistem distribusi primer dengan mengatur penempatan transformator distribusi agar kinerja transformator menjadi lebih baik.Tulisan ini menguraikan penyelesaian masalah ini pada Gardu Induk (GI) Tanjung Morawa melalui perhitungan metode persentase jatuh tegangan (voltage drop) pada suatu penyulang (feeder) yang disesuaikan dengan perhitungan jatuh tegangan yang diijinkan PLN. Dari hasil analisis perhitungan diperoleh 2 transformator distribusi yang besar persentase tegangannya jatuh pada sisi primernya lebih dari 5%. Gardu TM 181sebesar 5,15% (1030,83 Volt),dan Gardu TM 258 sebesar 5,59% (1118,59 Volt). Kata Kunci :Transformator, Jatuh tegangan, Distribusi tenaga listrik
1. Pendahuluan
Pusat-pusat pembangkit listrik berada jauh dari pusat beban, hal ini mengakibatkan rugi-rugi yang cukup besar dalam penyaluran daya listrik. Rugi-rugi tersebut disebabkan oleh saluran yang cukup panjang. Sehingga dalam penyaluran daya listrik melalui transmisi, maupun distribusi akan mengalami jatuh tegangan sepanjang saluran yang dilalui.
Ditinjau dari segi panjang saluran distribusi dari gardu induk menuju transformator distribusi maupun dari transformator distribusi kebeban dapat juga menyebabkan jatuh tegangan yang cukup besar. Selain jatuh tegangan yang semakin besar menyebabkan juga kinerja transformator distribusi kurang maksimal. Adanya kondisi tersebut diperlukan evaluasi dan perencanaan kembali yang memperhatikan kriteria-kriteria perencanaan seperti jatuh tegangan (voltage drop) yang diijinkan dan keberlangsungan pelayanan daya listrik.
Pada tulisan ini, metode yang digunakan adalah menganalisis dan menghitung nilai rugi-rugi (losses) daya dan jatuh tegangan (voltage drop) pada suatu penyulang (feeder). Selanjutnya
tegangan yang kecil dan sesuai dengan yang diijinkan PLN, diperlukan suatu jarak yang sesuai dalam penempatan transformator distibusi.
2. Transformator
2.1. Pengertian Transformator
Transformator adalah suatu komponen dalam sistem tenaga listrik yang berfungsi untuk mengubah tegangan dari satu tingkat ketingkat yang lain melalui gandengan magnet berdasarkan prinsip induksi elektromagnet. Transformator digunakan secara luas, baik dalam bidang tenaga listrik maupun elektronika. Penggunaannya dalam sistem tenaga memungkinkan dipilihnya tegangan yang sesuai dan ekonomis untuk tiap-tiap keperluan, misalnya untuk kebutuhan tegangan tinggi dalam pengiriman daya listrik jarak jauh. 2.2 Sistem Distribusi Tenaga Listrik
Secara umum sistem tenaga listrik tersusun atas tiga subsistem pokok yaitu:
ISSN 2549-6646 (Media Online) 1. Transformator daya, berfungsi utnuk
menurunkan tegangan dari tegangan tinggi ke
tegangan menegah atau sebaliknya. 2. Pemutus tegangan, berfungsi sebagai
pengaman yaitu pemutus daya
3. Penghantar, berfungsi sebagai penghubung daya
4. Gardu Hubung, berfungsi menyalurkan daya ke gardu-gardu distribusi tanpa mengubah tegangan
5. Gardu Distribusi, berfungsi untuk menurunkan tegangan menegah menjadi tegangan rendah.
2.4 Sistem Distribusi Sekunder
Distribusi sekunder mempergunakan tegangan rendah.Sebagaimana halnya dengan distribusi primer, terdapat pula pertimbangan-pertimbangan perihal kehandalan pelayanan dan regulasi tegangan. Sistem sekunder dapat terdiri atas empat jenis umum :
1. Pelayanan Dengan Transformator tersendiri
2. Penggunaan Satu Transformator Untuk Sejumlah Pemakai 3. Bangking Sekunder 4. Jaringan Sekunder 2.5 Daya Listrik
Ada beberapa jenis daya listrik yang dibahas pada bab ini, yaitu :
2.5.1 Daya Semu
Daya semu adalah daya yang melewati suatu saluran penghantar pada jaringan transmisi maupun jaringan distribusi. Dimana untuk daya semu ini dibentuk oleh besaran tegangan yang dikalikan dengan besaran arus.
Untuk 1 fasa yaitu :
S = V×I
Untuk 3 fasa yaitu :
S = 3×V×I dipakai untuk menggerakkan berbagai macam peralatan listrik seperti : motor listrik. Daya aktif ini dihasilkan dari besar tegangan yang kemudian dikalikan dengan besaran arus dan faktor dayanya. Untuk 1 fasa yaitu :
P = V×I×Cosφ Untuk 3 fasa yaitu :
P = 3×V×I×Cosφ
Daya reaktif untuk 1 fasa yaitu :
Q = V×I×Sinφ
Daya reaktif untuk 3 fasa yaitu :
Q = 3×V×I×Sinφ
Faktor daya adalah perbandingan antara daya nyata dalam satuan watt dan daya reaktif dalam satuan VoltAmpere Reaktif (VAR) dari daya yang disalurkan oleh pusat-pusat pembangkit kebeban. Nilai faktor daya ini mempengaruhi besar arus yang mengalir pada saluran untuk suatu beban yang sama.
Faktor daya salah satunya disebabkan oleh penggunaan peralatan pada pelanggan yang menyimpang dari syarat-syarat penyambungan yang telah di tetapkan, dapat mengakibatkan pengaruh balik terhadap saluran, antara lain faktor daya yang rendah dan ketidakseimbangan beban. Rendahnya faktor daya disebabkan karena melebarnya sudut fasa antara arus dan tegangan.Faktor daya yang terlalu rendah mengakibatkan rugi yang sangat besar pada saluran.Pergeseran sudut fasa antara arus dan tegangan di tentukan oleh sifat impedansi beban (resistif, induktif, kapasitif) yang dihubungkan dengan sumber arus bolakbalik tersebut. Apabila beban mempunyai impedansi yang bersifat resistif, maka arus dan tegangan sefasa atau besarnya pergeseran sudut fasa sama dengan nol. Dengan demikian faktor daya sama dengan satu (unity power factor).
Rumus Faktor Daya Tertinggal yaitu :
Faktor Daya (Power Faktor) P
S=
× ×
× =
Rumus Faktor Daya Tertinggal yaitu :
Faktor Daya (Power Faktor) P
S=
× ×
× =
2.6 Transformator Distribusi
ISSN 2549-6646 (Media Online) Transformator distribusi dapat berfasa tunggal
atau tiga fasa dan kapasitasnya kira-kira 5 kVA. Impedansi transformator distribusi pada umumnya sangat rendah, kira-kira 2% untuk unit-unit yang kurang dari dari 50kVA dan sampai 4% untuk unit-unit yang lebih besar dari 100 KVA.
2.7 Persamaan analisis
1. Perhitungan arus beban penuh : S = 3×V×I
Dengan :
S = daya transformator (VA)
V = Tegangan sisi primer transfomator (V) I = Arus jala-jala (A)
2. Perhitungan resistansi dan induksi
a.Tahanan total saluran distribusi primer dari gardu induk sampai pada sisi primer transformator adalah :
= ×
Dengan :
R = Resistansi penghantar (Ω )
V = Tegangan sisi primer/ tegangan jala (V)
I = Arus pada penghantar (A)
b.Induktansi total saluran distribusi primer dari GI sampai pada sisi primer transformator adalah :
= ×
Dengan :
X = Induktansipenghantar (Ω ) V = Tegangan sisi primer (V) I = Arus pada penghantar (A)
2.8 Rugi-rugi pada jaringan distribusi
Dalam proses penyaluran daya listrik, baik pada saluran transmisi maupun distribusi seringkali mengalami rugi-rugi daya (losses) yang cukup besar, yaitu rugi-rugi pada saluran dan rugi-rugi pada trafo yang digunakan. Kedua jenis rugi-rugi daya tersebut memberikan pengaruh yang besar terhadap kualitas daya serta tegangan yang dikirimkan kesisi konsumen. Nilai tegangan yang melebihi batas toleransi akan menyebabkan tidak optimalnya kerja dari peralatan listrik di sisi konsumen. Selain itu, rugi-rugi daya yang besar menimbulkan kerugian secara finansial disisi perusahaan pengelola listrik. Yang dimaksud rugi-rugi daya (losses) adalah perbedaan antara energi listrik yang disalurkan (Ps) dan energi listrik yang terpakai (Pp).
Besar rugi-rugi daya pada jaringan distribusi dapat ditulis sebagai berikut:
= 3 × R
Dimana :
Losses= rugi-rugi pada saluran (Watt)
I= arus yang mengalir per fasa (Ampere)
Nilai resistansi dari suatu penghantar merupakan penyebab utama rugi-rugi daya yang terjadi pada jaringan distribusi. Nilai resistansi dari suatu penghantar dipengaruhi oleh beberapa parameter. Berikut adalah persamaan resistansi penghantar:
=
Dimana :
R = resistansi saluran (ohm)
r = resistivitas bahan penghantar (ohm-meter)
l= panjang penghantar (meter) A = luas penampang (m2)
Jika suatu arus mengalir pada suatu penghantar, maka pada penghantar tersebut akan terjadi rugi-rugi energi menjadi energi panas karena pada penghantar tersebut terdapat resistansi. Rugi-rugi dengan beban terpusat di ujung dirumuskan:
∆ = ( + )
Sedangkan jika beban terdistribusi merata di sepanjang saluran, maka rugi-rugi energi yang timbul adalah :
∆ =
2 ( + )
Dengan :
I : Arus yang mengalir pada penghantar (Ampere)
R : Tahanan pada penghantar (Ohm/km) X : Reaktansi pada penghantar (Ohm/km) L : Panjang penghantar (Kms)
Besarnya rugi-rugi daya Aktif pada sambungan untuk tiga fasa dalam sisi primer dirumuskan :
∆ = 3 × R
Dimana :
P =lossesyang timbul pada konektor (watt) I = Arus yang mengalir melalui konektor (ampere)
R = Tahanan konektor (ohm) X = Reaktansi konektor (ohm)
2.9 Sifat beban listrik
Dalam suatu rangkaian listrik selalu dijumpai suatu sumber dan beban. Bila sumber listrik DC, maka sifat beban hanya bersifat resistif murni, karena frekuensi sumber DC adalah nol.
Reaktansi induktif (XL) akan menjadi nol yang
ISSN 2549-6646 (Media Online) akan open circuit. Jadi sumber DC akan
mengakibatkan beban beban induktif dan beban kapasitif tidak akan berpengaruh pada rangkaian. Bila sumber listrik AC maka beban dibedakan menjadi 3 sebagai berikut :
1. Beban resistif 2. Beban Induktif 3. Beban kapasitif Rumus rugi-rugi daya aktif :
∆ = 3
Rumus rugi-rugi daya reaktif
∆ = 3
Dimana :
Ifasa : Arus yang mengalir pada fasa (A) R : Resistansi (Ohm)
X : Reaktansi (Ohm)
3. Peninjauan transformator distribusi pada sistem distribusi.
Konstanta jaringan / SPLN 64 tahun 1985 yang digunakan pada penyulang Tanjung Morawa pada table 3.1
AAAC 50 0,6452+J0,3678 210
AAAC 70 0,4608+J0,3572 155
AAAC 150 0,2162+J0,3305 425
AAAC 240 0,1344+J0,3158 585
4. Analisis dan hasil
Untuk menganalisis tata letak transformator perlu diketahui seberapa besar jatuh tegangan sepanjang saluran distribusi primer melalui data-data sekunder yang diperoleh dari PT.PLN (Persero) mengenai saluran distribusi primer dan transformator yang terpasang. Begitu juga dengan dayanya yang disalurkan dari gardu induk tanjung morawa menuju PT. PLN (Persero) Rayon Tanjung Morawa.
Untuk transformator dengan kode TM 181 besar arus fasa pada sisi primer transformator distribusi :
=
√
= 3180kVA
√3(20kV)= 86,329 A
Tahanan total per fasa saluran distribusi primer dari GI Tanjung Morawa sampai pada sisi primer transformator distribusi :
(Ω ) = × = 0,4608 Ω
× 20,75 kms= 4,48Ω
/fasa
Reaktansi total per fasa saluran distribusi primer dari GI Tanjung Morawa sampai pada sisi primer transformator distribusi :
(Ω ) = ( Ω
) × (kms)
= 0,3572 Ω
× 20,75kms = 6,85Ω /fasa
Jatuh tegangan pada saluran distribusi primer dari GI Tanjung Morawa sampai pada sisi primer transformator distribusi:
VD = √3 × × ( + )
=√3 × 86,329 Ampere × (4,48 × 0,90Ω +6,85×0,44Ω
= 1030,83 Volt
Perhitungan besar rugi-rugi daya aktif perfasa (P) :
P (Watt) =I ×
P =(86,329)Ampere × (4,48) Ω = 1737,43(W)
Perhitungan besar rugi–rugi daya Reaktif perfasa(Q ) :
Q =I ×
Q =(86,329) Ampere × (6,85) = 4060,11 VAR
Persentase jatuh tegangan pada saluran distribusi dari GI Tanjung Morawa sampai kesisi primer transformator distribusi :
%VD= × 100%
%VD= , × 100% = 5,15%
Dengan metode analisis yang sama didapat dua transformator yang jatuh tegangannya melebihi 5% dari batas yang diijinkan oleh PLN yaitu transformator dengan kode TM 181 (5,15%) dan TM 258 (5,59%)
Dari perhitungan diatas terlihat bahwa persentase jatuh tegangan melebihi 5%. Cara yang dapat dilakukan untuk memperbaiki jatuh tegangan pada sisi primer transformator distribusi ini adalah dengan penempatan ulang lokasi atau letak transformator tersebut.
VD = 5% ×V
= 5% × 20000 = 1000 Volt
VD = 1030.83
Selisisih Voltage Drop yang harus di kurangi adalah :
VD =VD -VD = 1030.83 - 1000 Volt = 30,83 Volt
Oleh karena itu, jarak transformator setelah mengalami perubahan adalah :
L2 = ×
= ×, ,
ISSN 2549-6646 (Media Online) Begitu juga dengan transformator dengan
kode TM 258
VD = 5% ×V
= 5% × 20000 = 1000 Volt
VD = 1118,59 Volt
Selisisih Voltage Drop yang harus di kurangi adalah :
VD =VD -VD = 1118,59 - 1000 Volt = 118,59 Volt
Oleh karena itu, jarak transformator setelah mengalami perubahan adalah :
L2 = ×
= ×, ,
= 20,93 Kms
5. Kesimpulan
Berdasarkan hasil analisis data-data yang ada, maka dapat diambil beberapa kesimpulan, yaitu :
1. Berdasarkan hasil perhitungan diperoleh bahwa semakin panjang saluran transformator distribusi Primer dari GI sampai pada penempatan transformator maka semakin besar pula persentase penurunan tegangan yang dihasilkan.
2. Dari hasil perhitungan Pada Gardu Tanjung Morawa terdapat transformator distribusi yang besar persentase jatuh tegangan pada sisi saluran distribusi primernya lebih dari 5 %. Yaitu Gardu TM 181 sebesar 5,15%, dan Gardu TM 258 sebesar 5,59%.
3. Dari hasil analisis perhitungan, terdapat dua transformator yang mengalami perubahan lokasi atau letak yaitu gardu dengan kode dan nomor sebagai berikut: TM 181 dari jarak 20,75 Kms menjadi 20,12 Kms dan TM 258 dari jarak 23,41 Kms menjadi 20,93 Kms.
6. Daftar Pustaka
[1]
Arismunandar, A.,1993,“Teknik Tenaga Listrik”. Cetakan Ketujuh, Jilid III, PT. Pramadnya Paramita : Jakarta[2]
Berahim, Hamzah,1991,”Pengantar TekhnikTenaga Listrik”, Edisi Pertama, Andi Offset: Yogyakarta.
[3]
Diklat Profesi Distribusi,2009,”Kriteria Perencanaan Jaringan Distribusi”, PT.PLN Pusat Pendidikan dan Pelatihan : Jakarta Selatan.[4]
Edminister, Joseph. 2004,”Rangkaian Listrik”, Edisi Keempat. Erlangga : Jakarta.[
5]
Erlayas, Bastanna, 2009 ” AnalisisPerhitungan Jatuh Tegangan”, Medan.
[6]
Hutauruk, T.S., 2000, ”Distribusi dan UtilasiTenaga Listrik,. penerbit Universitas Indonesia (UIPress) : Jakarta.
