TUGAS AKHIR
PENGARUH PEMERATAAN BEBAN TERHADAP RUGI-RUGI
JARINGAN TEGANGAN RENDAH TRANSFORMATOR
DISTRIBUSI
(Aplikasi Pada PT. PLN (Persero) Rayon Medan Kota)
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana ( S-1 ) pada
Departemen Teknik Elektro
Oleh
DAVID E. SIBARANI NIM : 040402048
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
PENGARUH PEMERATAAN BEBAN TERHADAP RUGI-RUGI
JARINGAN TEGANGAN RENDAH TRANSFORMATOR
DISTRIBUSI
(Aplikasi Pada PT. PLN (Persero) Rayon Medan Kota)
Oleh :
DAVID E. SIBARANI NIM : 04 0402 048
Disetujui oleh : Pembimbing
Ir. SYARIFUDDIN SIREGAR NIP : 130 535 826
Diketahui oleh :
Ketua Departemen Teknik Elektro FT-USU
Ir. NASRUL ABDI, MT NIP. 131 459 554
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ABSTRAK
Sistem distribusi tenaga listrik pada dasarnya adalah suatu proses untuk menyalurkan tenaga listrik dari sistem transmisi tenaga listrik 150 kV ke pelanggan-pelanggan listrik (konsumen), baik konsumen 20 kV maupun konsumen 380/220 V. Sistem distribusi yang lebih kompleks jaringannya adalah sistem distribusi tegangan rendah (380/220 V), karena jaringan distribusi tegangan rendah mempunyai cakupan jaringan yang sangat luas.
Hal ini sering kali menyebabkan sistem distribusi tegangan rendah menjadi tidak seimbang/ merata, karena pada umumnya pelanggan jaringan tegangan rendah memanfaatkan tenaga listrik satu fasa. Apabila wiring/ penyambungan pelanggan ke sistem distribusi tegangan rendah tidak memperhatikan beban di masing-masing fasa, pada akhirnya sistem distribusi tegangan rendah akan mengalami kepincangan dalam pembebanannya.
Akibat dari sistem distribusi tegangan rendah yang tidak seimbang tentunya akan berpengaruh terhadap banyak hal, seperti kinerja transformator, panas berlebih pada fasa beban lebih, arus yang mengalir pada penghantar netral, drop tegangan pada fasa beban lebih dan pada akhirnya kualitas tenaga listrik di tingkat konsumen akan menurun.
Arus netral yang berlebih yang timbul akibat pembebanan yang tidak seimbang di masing-masing fasa akan menyebabkan panas berlebih pada penghantar netral. Panas ini tentunya merupakan suatu rugi-rugi yang seharusnya tidak perlu terjadi.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur Penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus, Bapa yang ada di surga atas segala kasih karunia, pengetahuan, dan tuntunannya selama Penulis melaksanakan studi hingga terselesaikannya tugas akhir ini
Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat bagi Penulis untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatra Utara.
Adapun judul tugas akhir ini adalah :
PENGARUH PEMERATAAN BEBAN TERHADAP RUGI-RUGI JARINGAN TEGANGAN RENDAH TRANSFORMATOR DISTRIBUSI
Selama masa kuliah sampai masa penyelesaian tugas akhir ini, Penulis banyak memperoleh bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dengan penuh ketulusan hati, Penulis mengucapkan banyak terimakasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Kedua Orangtua tercinta, Alm. L. Sibarani dan E. Pasaribu yang selalu memberikan dukungan, perhatian, dan doa yang tak henti-hentinya selama hidup Penulis.
2. Adekku Johannes A. Sibarani, juga seluruh keluarga yang selalu memberikan dukungan dan cinta yang tulus selalu.
3. Bapak Ir. Nasrul Abdi, MT selaku Ketua Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik , Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Rahmat Fauzi ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik , Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak Ir. Syarifuddin Siregar selaku Dosen Pembimbing Penulis yang telah meluangkan waktu dan tempat untuk membimbing dan membantu Penulis menyelesaikan Tugas akhir ini.
6. Bapak Prof. Dr. Ir. Usman S. Baafai selaku Dosen Wali Penulis selama menyelesaikan pendidikan di Universitas Sumatera Utara yang juga banyak memberi inspirasi,masukan dan dorongan spiritual kepada Penulis dalam menyelesaikan studi di Departemen Teknik Elektro FT-USU.
7. Seluruh Staff Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Elektro FT-USU 8. Bapak Suwito, selaku Supervisor Pemeliharaan Distribusi PT. PLN (Persero)
Cabang Medan.
9. Bapak Syed Radim, selaku Manajer Rayon Medan Kota dan juga Bapak Koster Nadeak, selaku Supervisor Pemeliharaan Distribusi Rayon Medan Kota
10. Seluruh Staff dan Karyawan PT. PLN (Persero) Cabang Sumetera Utara dan PT. PLN (Persero) Rayon Medan Kota yang telah membantu penulis selama penelitian.
11. Adekku yang kusayangi Ezra M. Sinaga, SKM buat doa, waktu dan semua dukungan yang telah memberi semangat kepada penulis menyesaikan Tugas akhir ini.
12. Rekan-rekan asisten dan teman-teman di Laboratorium Elektronika Dasar Departemen Teknik Elektro FT. USU, Sutrisno Purba, ST , Jeremia Purba, ST yang banyak membarikan bantuan dan masukan kepada penulis.
13. Semua rekan – rekan di Fakultas Teknik Elektro USU terutama angkatan 2004 yang telah banyak memberi warna dalam hidup Penulis.
14. Semua teman- teman dalam team Praise & Worship GKII Pusat Medan buat semua doa dan dukungannya buat penulis terutama buat Wawa, Kak Vicky, Kak Joyce, Kak Peggy.
15. Semua orang yang tidak dapat disebutkan satu persatu, Penulis mengucapkan banyak terima kasih.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi penyempurnaan isi dan analisa yang disajikan. Akhir kata, semoga tulisan ini bermamfaat bagi Pembaca.
Medan, April 2009
David E. Sibarani NIM. 040402048
DAFTAR ISI Abstrak...i Kata Pengantar...ii Daftar Isi...v Daftar Gambar...ix Daftar Tabel...xii BAB I PENDAHULUAN I. 1 Latar Belakang...1 I. 2 Tujuan Penulisan...2 I. 3 Batasan Masalah...3 I. 4 Metode Penulisan...3 I. 5 Sistematika Penulisan...4 BAB II TRANSFORMATOR II. 1. Umum………...6
II. 2. Konstruksi Transformator………...………..7
II. 3 Prinsip Kerja Transformator...………....9
II.3.1 Keadaan Transformator Tanpa Beban...11
II.3.2 Keadaan Transformator Berbeban...15
II. 4 Rangkaian Ekivalen Transformator...……….17
II.4.1 Pengukuran Beban Nol...20
II.4.2 Pengukuran Hubung Singkat...21
II. 5 Rugi-rugi Pada Transformator...………..23
II.5.2 Rugi Besi...23
II. 6 Transformator Tiga Fasa...24
II.6.1 Umum...24
II.6.2 Konstruksi Transformator Tiga Fasa...25
II.6.3 Hubungan Tiga Fasa Pada Transformator...26
BAB III SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK III. 1 Umum……….33
III.1.1 Jaringan Tegangan Menengah...35
III.1.1.1 Sistem Radial...36
III.1.1.2 Sistem Open Loop...36
III.1.1.3 Sistem Close Loop...37
III.1.1.4 Sistem Spindel...37
III.1.1.5 Sistem Cluster...38
III. 2 Transformator Distribusi...………...38
III.2.1 Konstruksi Umum...39
III.2.2 Sistem Pendinginan Transformator...41
III.2.3 Kenaikan Suhu Trafo (Temperatur Rise)...42
III.2.4 Konstruksi dan Bahan Bushing (Tipe Indoor Dan Outdoor ).43 III.2.5 Peralatan Tambahan...44
III.2.6 Spesifikasi Umum Tegangan Primer Transformator Distribusi...46
III.2.7 Spesifikasi Umum Tegangan Sekunder Transformator Distribusi...46
III.2.8 Spesifikasi Umum Penyadapan (Taping) Transformator
Distribusi...47
III.2.9 Spesifikasi Umum Daya Pengenal Transformator Distribusi 48 III.2.10 Spesifikasi Umum Rugi-Rugi Transformator Distribusi...48
III.2.11 Klasifikasi Beban Transformator Distribusi...49
III.2.12 Sistem Tiga Fasa...51
III.2.7.1 System Hubungan Wye (Y) dan Delta (Δ)...52
III.2.7.2 System Hubungan Zig-Zag...53
III.2.7.3 Beban Seimbang Terhubung Wye (Y)...54
III.2.7.4 Beban Tidak Seimbang Terhubung Wye (Y)...55
III. 3 Jaringan Tegangan Rendah...55
III.3.1 Saluran Udara Tegangan Rendah (SUTR)...…...56
III.3.2 Saluran Kabel Tegangan Rendah (SKTR)...57
III.3.3 Komponen Pada Jaringan Tegangan Rendah...57
III.3.4 Losses Pada Jaringan Distribusi...58
III.3.4.1 Losses Pada Penghantar Fasa...59
III.3.4.2 Losses Akibat Beban Tidak Seimbang...59
III.3.4.3 Losses Pada Sambungan Tidak Baik...60
III.4 Rak Tegangan Rendah...61
BAB IV PENGARUH PEMERATAAN BEBAN TERHADAP RUGI-RUGI JARINGAN TEGANGAN RENDAH TRANSFORMATOR DISTRIBUSI IV. 1 Umum...…...62
IV.2 Metoda Pengumpulan Data...…...64 IV.3 Pembahasan Pemerataan Beban Jaringan Tegangan Rendah
Transformator Distribusi...64 IV.3.1 Kegiatan Pemerataan Beban Jurusan C Gardu MK-294...66 IV.3.2 Perhitungan Penekanan Loses Arus Netral di Jurusan C...70
BAB V PENUTUP
Kesimpulan...78 Saran...79
DAFTAR PUSTAKA………80 LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar
Halaman
Gambar 2.1 Konstruksi transformator tipe inti (core form)...8
Gambar 2.2 Konstruksi lempengan logam inti trafo bentuk L dan U...8
Gambar 2.3 Transformator tipe cangkang (shell form)...9
Gambar 2.4 Konstruksi lempengan logam inti trafo bentuk E, I dan F...9
Gambar 2.5 Transformator dalam keadaan tanpa beban...11
Gambar 2.6 Arus Peneralan dalam rangkaian vekoris dan skematis ...15
Gambar 2.7 Transformator dalam keadaan tanpa beban...15
Gambar 2.8 Rangkaian ekivalen transformator dalam keadaan berbeban...16
Gambar 2.9 Gambar rangkaian transformator ideal ………...18
Gambar 2.10 Diagram vektor model rangkaian transformator ideal...18
Gambar 2.11 Gambar rangkaian ekivalen transformator...19
Gambar 2.12 Penyedehanaan rangkaian ekivalen transformator...20
Gambar 2.13 Diagram vektor parameter sekunder pada rangkaian primer………...20
Gambar 2.14 Hasil akhir penyederhanaan rangkaian ekivalen trafo...21
Gambar 2.15 Rangkaian pengukuran beban nol...22
Gambar 2.16 Rangkaian pengukuran hubung singkat...23
Gambar 2.17 Rangkaian ekivalen pengukuran hubung singkat...23
Gambar 2.18 Blok diagram rugi-rugi pada transformator...24
Gambar 2.19 Konstruksi trafo tiga fasa tipe inti...26
Gambar 2.20 Transformator tiga fasa tipe cangkang...27
Gambar 2.22 Transformator hubungan - ∆...29
Gambar 2.23 Transformator hubungan YY...31
Gambar 2.24 Transformator hubungan Y∆...32
Gambar 2.25 Transformator hubungan ∆Y...33
Gambar 2.26 Transformator hubungan ∆∆...34
Gambar 3.1 Gambaran umum distribusi tenaga listrik...35
Gambar 3.2 Sistem radial...36
Gambar 3.3 Sistem open loop...37
Gambar 3.4 Sistem close loop...37
Gambar 3.5 Sistem spindel...38
Gambar 3.6 Sistem cluster...39
Gambar 3.7 Ko nst ruks i U mu m Tra ns fo r ma to r Dist r ibu s i ... ...39
Gambar 3.8 Ko nst ruks i Le ngk ap Trans fo r mat o r. .. ... . ... .. ... . .. . .. . ... .. ... . 40
Gambar 3.9 B e nt u k ( Ko n s t r u k s i B u s h i n g ) . . . 4 3 Gambar 3.10 Sistem tiga fasa sebagai tiga sistem fasa tunggal...51
Gambar 3.11 Bentuk gelombang pada sistem tiga fasa...52
Gambar 3.12 Sistem Hubungan Y dan sistem Δ...53
Gambar 3.13 Sistem Hubungan Zig-Zag (Z)...………...54
Gambar 3.14 Beban tidak seimbang terhubung bintang empat kawat...55
Gambar 3.15 Sambungan kabel...60
Gambar 4.1 Vektor diagram arus……….63
Gambar 4.2 Panel CDT 16409 beban tidak merata………68
Gambar 4.4 Kurva Perbandingan Arus Netral Sebelum dan Sesudah Pemerataan Beban Jurusan C...75 Gambar 4.5 Kurva Perbandingan Losses Sebelum dan Sesudah Pemerataan Beban
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Macam sistem pendingin transformator menurut IEC………...42
Tabel 3.2 Kenaikan Suhu Trafo...42
Tabel 3.3 Nilai Daya Pengenal Transformator Distribusi...48
Tabel 3.4 Nilai Rugi-rugi Transformator Distribusi...43
Tabel 3.5 Klasifikasi Beban Pelanggan Listrik PLN...44
Tabel 3.6 Karakteristik twisted kabel aluminium (NFA2X)...52
Tabel 4.1 Pengukuran Trafo Distribusi oleh Petugas Hardis ...…………...62
Tabel 4.2 Tabel Hasil Ukur Beban Gardu Dari Survey……….63
Tabel 4.3 Hasil Ukur Beban Pelanggan……….64
Tabel 4.4 Perencanaan Permerataan Beban Jurusan C………..65
Tabel 4.5 Hasil Pengukuran Beban Setelah Pemerataan Beban……….68
Tabel 4.6 Losses Pada Hantaran Netral Sebelum Pemerataan Beban Jurusan C...73
Tabel 4.7 Losses Pada Hantaran Netral Sesudah Pemerataan Beban Jurusan C...74