ANALISIS PENGARUH KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN TERHADAP ARUS NETRAL DAN RUGI – RUGI (LOSSES) PADA TRANSFORMATOR
DISTRIBUSI PT. PLN CABANG MEDAN
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkap tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar sarjana sains
NIROYANA RINANDA 040801046
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2009
PERSETUJUAN
Judul : ANALISIS PENGARUH KETIDAKSEIMBANGAN
BEBAN TERHADAP ARUS NETRAL DAN RUGI- RUGI (LOSSES) PADA TRANSFORMATOR
DISTRIBUSI DI PT. PLN (PERSERO) CABANG MEDAN
Kategori : SKRIPSI
Nama : NIROYANA RINANDA
Nomor Induk Mahasiswa : 040801046
Program Studi : SARJANA (S1) FISIKA
Departemen : FISIKA
Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
ALAM (FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Diluluskan di
Medan, Maret 2009
Diketahui
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua, Pembimbing
Dr.MARHAPOSAN SITUMORANG Drs. MESTER SITEPU M.Sc,M.Phill NIP 131 570 434 NIP 131126698
PERNYATAAN
ANALISIS PENGARUH KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN TERHADAP ARUS NETRAL DAN RUGI-RUGI (LOSSES) PADA TRANSFORMATOR
DISTIBUSI DI PT. PLN (PERSERO) CABANG MEDAN SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing – masing disebutkan sumbernya.
Medan, Maret 2009
NIROYANA RINANDA 040801046
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala berkat, kasih karunia dan penyertaanNya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini sesuai dengan waktu yang telah ditetapkan.
Ucapan terimakasih saya sampaikan kepada Bapak Mester Sitepu M.Sc,M.Phill selaku dosen pembimbing yang telah banyak memberikan perhatian, arahan, dan kepercayaan penuh kepada saya sehingga terselesaikannya tugas akhir ini, terimakasih juga saya ucapkan kepada Ketua Departemen Fisika Bapak Dr.
Marhaposan Situmorang dan kepada Sekretaris Jurusan Fisika Ibu Dra. Justinon MS dan kepada Bapak Drs. Kerista Sebayang selaku dosen wali yang selalu memperhatikan kemajuan studi saya, terimakasih juga kepada seluruh Dosen dan Staff Pegawai di Departemen Fisika atas pengabdiannya di Departemen Fisika.Ucapan terimakasih juga penulis tujukan kepada PT. PLN (Persero) Cabang Medan atas izin yang diberikan kepada penulis untuk dapat melakukan penelitian terkait dengan tugas akhir ini, khususnya kepada Bapak Fery, Bapak Deddy dan Bapak Habibie yang dengan rendah hati telah banyak membantu penulis dalam pengukuran kelapangan.
Akhirnya ucapan terimakasih tidak terlupakan kepada kedua orang tua yang sangat saya cintai dan banggakan Ayahanda G. Sihaloho dan Ibunda saya S. Turnip yang selama ini senantiasa memberikan dukungan baik dana, daya dan upaya serta doa yang tiada hentinya untuk saya. Terimakasih kepada Abang Hendri, Abang Erwin yang telah banyak memberikan bantuan berupa dana, motivasi dan semangatnya dan kepada Adek Sudianto terimakasih buat dukungannya, dan tidak lupa pula kepada teman-teman mahasiswa Fisika angkatan 2004 terkhusus buat sahabat-sahabat sejatiku Henni, Yusni, Tetti dan Hotminarni, terimakasih buat persahabatan yang telah kalian berikan selama ini, semoga persahabatan ini tetap terjalin.
ABSTRAK
Setiap sistem distibusi tenaga listrik selalu mengalami ketidakseimbangan beban.
Ketidakseimbangan beban ini biasanya terjadi pada sistem distribusi tenaga listrik yang menggunakan jaringan listrik tegangan rendah. Hal ini disebabkan karena waktu penyalaan beban-beban listrik yang tidak serempak oleh pelanggan (konsumen) tenaga listrik. Ketidakseimbangan beban disetiap fasa (R,S,T) mengakibatkan arus mengalir di penghantar netral transformator. Arus yang mengalir di penghantar netral transformator ini mengakibatkan rugi-rugi (losses) yang akan merugikan PLN sebagai penyuplai tenaga listrik.
Dari hasil pengamatan, dapat disimpulkan bahwa semakin besar ketidakseimbangan beban disetiap fasa (R,S,T) maka semakin besar arus yang mengalir di penghantar netral transformator sehingga rugi-rugi (losses) pada transformator akan meningkat.
ANALYSIS OF UNBALANCED LOAD EFFECT TO NEUTRAL CURRENT AND LOSSES ON TRANSFORMER DISTRIBUTION AT PT.PLN
(PERSERO) UNIT MEDAN
ABSTRACT
Each electrical power distribution system to experience unbalanced load. Usually this happen on electrical power distribution system to apply electrical circuitry low voltage. That is caused of the time of comsumption electrical loads by electrical power consumer not suddenly. The effect of unbalanced load on each phase (R,S,T) caused electrical current flow on neutral transformer. The current flow on neutral transformer caused power losses to inflict losses a supplier of electrical power that is PLN.
From result observation, to concluded that the more large unbalanced load each phase (R,S,T) the more large electrical current that flow on electrical on neutral transformer so that losses on transformer will be increased.
DAFTAR ISI
Halaman
Persetujuan ii
Pernyataan iii
Penghargaan iv
Abstrak v
Abstract vi
Daftar isi vii
Daftar tabel ix
Daftar gambar x
Bab 1 Pendahuluan 1
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Batasan Masalah 2
1.3 Tujuan 2
1.4 Manfaat 2
1.5 Metode Pelaksanaan 2
1.6 Sistematika Penulisan 3
Bab 2 Tinjauan Pustaka 5
2.1 Transformator 5
2.1.1 Prinsip Kerja Transformator 6
2.1.2 Keadaan Transformator Tanpa Beban 7
2.1.3 Keadaan Transformator Berbeban 9
2.1.4 Jenis Transformator 10
2.1.5 Rugi – Rugi Pada Transformator 11
2.1.6 Efisiensi Transformator 13
2.1.7 Transformator Tiga Fasa 13
2.2 Jaringan Distribusi Tenaga Listrik 20
2.2.1 Distribusi Primer 21
2.2.2 Distribusi Sekunder 24
2.2.3 Rak Tegangan Rendah 26
2.2.4 Komponen Jaringan Teganan Rendah 26
2.2.5 Sistem Tenaga Listrik Tiga Fasa 27
2.2.6 Transformator Distribusi 31
2.2.7 Perhitungan Arus Beban Penuh Transformator 32 2.2.8 Rugi-Rugi (losses) Akibat Adanya Arus Netral Pada
Penghantar Netral Transformator 32
2.2.9 Ketidakseimbangan Beban 33
2.2.10 Penyaluran Dan Susut Daya Pada Transformator 33
2.2.11 Faktor Daya 35
Bab 3 Pengukuran dan Pengumpulan Data 36
3.1 Data Teknis Alat Ukur 36
3.1.1 Data Teknis Power Quality Analyzer 36 3.1.2 Rangkaian Pembebanan Transformator Distribusi 41
3.2 Data Teknis Transformator Distribusi 42
3.3 Data Pengukuran Pembebanan Pada Transformator Distribusi 43 3.4 Data Tahanan Kawat Penghantar Netral Transformator Distribusi 46 3.5 Foto-Foto Pengukuran Pada Transformator Distribusi 47
Bab 4 Analisa dan Pembahasan 48
4.1 Menentukan Persentase Pembebanan Transformator 48 4.2 Analisa Ketidakseimbangan Beban Pada Transformator 53 4.3 Analisa Rugi-Rugi (losses) Akibat Adanya Arus Netral Pada
Penghantar Netral Transformator 60
Bab 5 Kesimpulan dan Saran 66
5.1 Kesimpulan 66
5.2 Saran 67
Daftar Pustaka 68
Lampiran
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1 Karakteristik twisted kabel aluminium NFA2X 25 Tabel 3.1 Spesifikasi Power Quality Analyzer Fluke 435 37 Tabel 3.2 Data pengukuran pembebanan pada transformator 44 di Jalan Gagak Hitam No. 1
Tabel 3.3 Data pengukuran pembebanan pada transformator distribusi 44 di Jalan Setia Budi No 234
Tabel 3.4 Data pengukuran pembebanan pada transformator distribusi 45 di Jalan Setia Budi blok R-R
Tabel 3.5 Data pengukuran pembebanan pada transformator distribusi 45 di Jalan Nibung Raya/Petisah tengah
Tabel 3.6 Data pengukuran pembebanan pada transformator distribusi 46 di Jalan Jemadi Permai
Tabel 4.1 Persentase pembebanan transformator 53
Tabel 4.2 Ketidakseimbangan beban transformator 59
Tabel 4.3 Hubungan ketidakseimbangan beban terhadap arus netral dan
rugi – rugi (losses) pada transformator 65
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1 Transformator tipe inti dan tipe cangkang 5 Gambar 2.2 Transformator dalam keadaan tanpa beban 7 Gambar 2.3 Transformator dalam keadaan berbeban 9 Gambar 2.4 Diagram rugi – rugi pada tranformator 13
Gambar 2.5 Hubungan bintang (Y) 14
Gambar 2.6 Hubungan Delta (∆) 15
Gambar 2.7 Transformator hubungan Y-Y 16
Gambar 2.8 Transformator hubungan Y-∆ 17
Gambar 2.9 Transformator hubungan ∆-Y 18
Gambar 2.10 Transformator hubungan ∆-∆ 19
Gambar 2.11 Skema Sistem Tenaga listrik 21
Gambar 2.12 Sistem radial 22
Gambar 2.13 Sistem Loop terbuka (open – loop) 22
Gambar 2.14 Sistem loop tertutup 23
Gambar 2.15 Sistem spindel 23
Gambar 2.16 Sistem cluster 24
Gambar 2.17 Sistem tiga fasa sebagai sistem fasa tunggal 27 Gambar 2.18 Bentuk gelombang pada sistem tiga fasa 28
Gambar 2.19 Sistem Y dan Sistem ∆ 28
Gambar 2.20 Beban tidak seimbang terhubung delta 30
Gambar 2.21 Beban tidak seimbang terhubung bintang empat kawat 31
Gambar 2.22 Vektor diagram arus 33
Gambar 2.23 Segitiga daya 35
Gambar 3.1 Power Quality Analyzer fluke 435 36
Gambar 3.2 Rangkaian pengukuran pembebanan transformator distribusi 41 Dengan menggunakan Power Quality Analyzer fluke 435
Gambar 3.3 Transformator distribusi 250 kVA di Jln. Nibung 47 Raya/Petisah tengah
Gambar 3.4 Pengukuran di panel transformator distribusi 47 250 kVA di Jln. Nibung Raya/Petisah tengah
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dewasa ini Indonesia sedang melaksanakan pembangunan disegala bidang. Seiring dengan laju pertumbuhan pembangunan maka dituntut adanya sarana dan prasarana yang mendukung tercapainya tujuan pembangunan tersebut. Salah satu sarananya adalah dengan adanya penyediaan tenaga listrik. Saat ini tenaga listrik merupakan kebutuhan utama, baik untuk kehidupan sehari-hari maupun untuk kebutuhan industri.
Hal ini disebabkan karena tenaga listrik mudah untuk ditransportasikan dan dikonversikan ke dalam bentuk energi lain. Penyediaan tenaga listrik yang stabil dan kontinyu merupakan syarat mutlak yang harus dipenuhi dalam memenuhi kebutuhan tenaga listrik.
Perkembangan pembangunan di segala bidang menuntut PLN agar dapat menyediakan tenaga listrik sesuai dengan kebutuhan konsumen. Namun dalam memenuhi kebutuhan tenaga listrik tersebut, terjadi pembagian beban-beban yang tidak merata sehingga menimbulkan suatu ketidakseimbangan beban yang dampaknya dapat merugikan PLN. Ketidakseimbangan beban pada suatu sistem tenaga listrik selalu terjadi. Beban yang tidak seimbang di setiap fasa (fasa R, fasa S, fasa T) akan mengakibatkan arus mengalir pada netral trafo (IN) yang besarnya bergantung dari seberapa besar faktor ketidakseimbangannya. Arus yang mengalir pada penghantar netral transformator ini akan menyebabkan terjadinya rugi-rugi (losses) daya disepanjang penghantar tersebut. Agar terjadi kestabilan dan konyuitas penyuplaian tenaga listrik ke konsumen , hal tersebut harus dapat diatasi.
1.2 Batasan Masalah
Permasalahan yang akan dibahas dalam tugas akhir ini dibatasi pada pengukuran pembebanan transformator, ketidakseimbangan beban trannsformator, arus netral ,rugi-rugi (losses) pada trasformator, dan menganalisa pengaruh ketidakseimbangan beban terhadap arus netral dan rugi-rugi (losses) pada transformator.
1.3 Tujuan Penelitian
1. Mengetahui besar pembebanan pada transformator.
2. Menganalisa pengaruh ketidakseimbangan beban terhadap arus netral dan rugi- rugi (losses) pada transformator.
1.4 Manfaat Penelitian
Dengan adanya penelitian dapat diketahui tentang pengaruh ketidakseimbangan beban terhadap arus netral serta rugi-rugi (losses) pada transformator distribusi dan hasil penelitian ini diharapkan dapat menjadi informasi yang penting bagi pihak PLN untuk dapat mengantisipasi kerugian tersebut.
1.5 Metode Penelitian
1. Studi Literatur
Membaca teori-teori yang berhubungan dengan judul tugas akhir dari buku-buku referensi, jurnal, artikel-artikel, dan lain-lain
2. Studi Bimbingan
Diskusi dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh pihak Departemen Fisika FMIPA USU tentang penyusunan tugas akhir ini.
3. Metode Pengukuran
Data diperoleh dengan melakukan pengukuran langsung pada transformator distribusi dan mencatat data-data lain yang diperlukan.
4. Metode pengolahan data
Data yang diperoleh dianalisa sehingga diperoleh pengaruh ketidakseimbangan beban terhadap arus netral dan rugi-rugi (losses) pada transformator.
1.6 Sistematika penulisan
Adapun sistematika dalam penyusunan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :
BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini menguraikan tentang latar belakang, batasan masalah, tujuan penelitian, , manfaat penelitian, metode penelitian dan sistematika penulisan.
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini menguraikan tentang transformator yaitu prinsip kerja transformator, keadaan transformator tanpa beban, keadaan transformator berbeban, jenis transformator, rugi- rugi transformator, efisiensi transformator, transformator tiga fasa, teori tentang jaringan distribusi tenaga listrik yaitu distribusi primer, distribusi sekunder, rak tegangan rendah, komponen jaringan tegangan rendah, sistem tenaga listrik tiga fasa, transformator distribusi, perhitungan arus beban penuh transformator, rugi- rugi (losses) akibat adanya arus netral pada penghantar netral transformator, ketidakseimbangan beban, penyaluran dan susut daya pada transformator dan faktor daya
BAB III : PENGUMPULAN DATA
Bab ini berisi tentang data-data pengukuran pembebanan transformator, data tahanan penghantar netral transformator, data teknis alat ukur yang digunakan dan data teknis transformator distribusi yang diukur.
BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini menguraikan tentang pengolahan data yaitu analisa arus beban penuh (full load) transformator, analisa pembebanan pada transformator, analisa ketidakseimbangan beban dan analisa rugi-rugi (losses) pada transformator.
BAB V : PENUTUP
Bab ini berisikan kesimpulan dan saran dalam penyusunan tugas akhir.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Transformator
Transformator adalah suatu peralatan listrik elektromagnetik statis yang berfungsi untuk memindahkan dan mengubah daya listrik dari satu rangkaian listrik ke rangkaian listrik lainnya, dengan frekuensi yang sama, melalui suatu gandengan magnet berdasarkan prinsip induksi elektromagnetis.
Pada umumnya transformator terdiri atas sebuah inti, yang terbuat dari besi berlapis dan dua buah kumparan, yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder.
Rasio perubahan tegangan akan tergantung dari rasio jumlah lilitan pada kedua kumparan itu. Biasanya kumparan terbuat dari kawat tembaga yang dibelit seputar
“kaki” inti transformator. Berdasarkan letak kumparan terhadap inti, transformator terdiri dari dua macam konstruksi, yaitu tipe inti (core type) dan tipe cangkang (shell type). Kedua tipe ini menggunakan inti berlaminasi yang terisolasi satu sama lainnya dengan tujuan untuk mengurangi rugi-rugi Eddy current.
Gambar 2.1 Transformator tipe inti dan tipe cangkang
2.1.1 Prinsip Kerja Transformator
Transformator terdiri atas dua buah kumparan (primer dan sekunder) yang bersifat induktif, yang terpisah secara elektris namun berhubungan secara magnetis melalui jalur yang memiliki reluktansi (reluctance) rendah. Apabila kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, maka fluks bolak-balik akan muncul di dalam inti (core) yang dilaminasi, karena kumparan tersebut membentuk jaringan tertutup, maka mengalirlah arus primer. Akibat adanya fluks di kumparan primer, maka di kumparan primer terjadi induksi (self induction) dan terjadi pula induksi dikumparan sekunder karena pengaruh induksi dari kumparan primer (mutual induction) yang menyebabkan timbulnya fluks magnet di kumparan sekunder, serta arus sekunder jika rangkaian sekunder dibebani, sehingga energi listrik dapat ditransfer keseluruhan (secara magnetis).
dt N d
dt N d
e e
dt N d e
dt N d e
φ φ φ φ
2 1
2 1
2 2
1 1
−
−
=
−
=
−
=
2 1 2 1
N N
EE = (2.1)
Dimana :
e1 = ggl induksi sesaat pada sisi primer e2 = ggl induksi sesaat pada sisi sekunder E1 = ggl induksi pada sisi primer (volt) efektif E2 = ggl induksi pada sisi sekunder (volt) N1= jumlah lilitan kumparan primer N2 = jumlah lilitan kumparan sekunder
Berdasarkan hukum kekekalan energi, maka bila dianggap tidak ada kerugian daya yang hilang, daya yang dilepas oleh kumparan primer sama dengan daya yang diterima oleh kumparan sekunder :
1 2 2 1
2 2 1
1.. .
N N I I
I E I E
=
=
2 2 1
1N I N
I = (2.2)
2.1.2 Keadaan Transformator Tanpa Beban
Bila kumparan primer suatu transformator dihubungkan dengan sumber tegangan V1 yang sinusoidal, akan mengalir arus primer Io (arus eksitasi) yang juga sinusoidal dan dengan menganggap belitan N1 reaktif murni, Io akan tertinggal 900 dari V1 (gambar 2.2b).
Arus primer Io menimbulkan fluks(φ)yang sefasa dan juga berbentuk sinusoidal. Fluks bolak-balik ini akan memotong kumparan primer dan kumparan sekunder dan harganya naik turun dalam arah bolak-balik sehingga menginduksikan ggl pada kedua lilitan tersebut. Ggl yang diinduksikan dalam kumparan primer akan melawan tegangan V1 yang dikenakan.
Gambar 2.2 Transformator dalam keadaan tanpa beban
Bila kumparan primer suatu transformator dihubungkan dengan sumber tegangan V1 yang sinusoidal dan kumparan sekundernya merupakan rangkaian yang tidak dibebani (no load), maka akan mengalir arus primer Io yang juga sinusoidal dan dengan mengannggap belitan N1 reaktif murni, Io akan tertinggal 90o dari V1 (Gambar 2.6b). Arus primer Io menimbulkan fluks (φ) yang sefasa dan juga berbentuk sinusoidal.
φ = φmaks sin ω t (2.3) Fluks yang sinusoidal ini akan menghasilkan tegangan induksi e1 (Hukum Faraday)
dt N d
e φ
1
1 =− (2.4)
dt t N d
e ( makssin )
1 1
ω
− φ
=
t N
e1 =− 1ωφmakscosω (2.5) Pada kondisi maksimum e1 maks = N1ω φmaks, dimanaω = 2πf, sehingga Harga efektifnya :
2
1 1
emaks
E =
2
12
1
f maks
E N πφ
= = 4,44 N1 f φmaks (2.6)
Pada rangkaian sekunder, fluks (φ) bersama tadi menimbulkan
f maks
N
E2 =4,44 2 φ (2.7) sehingga
2 1 2 1
N N
EE = (2.8)
Dengan mengabaikan rugi tahanan dan adanya fluks bocor, N k
N V V E
E = = =
2 1 2 2
1 1 (2.9)
k = perbandingan transformasi
Apabila k < 1 , maka transformator berfungsi untuk menaikkan tegangan (step up transformer )
k > 1, maka transformator berfungsi untuk menurunkan tegangan (step down transformer)
Dalam hal ini tegangan E1 mempunyai besaran yang sama tetapi berlawanan arah dengan tegangan sumber V1.
2.1.3 Keadaan Transformator Berbeban
Apabila kumparan sekunder dihubungkan dengan beban ZL, maka I2 akan mengalir pada kumparan sekunder, dimana :
ZL
I2 = V2
Gambar 2.3 Transformator dalam keadaan berbeban
Arus beban I2 ini akan menimbulkan gaya gerak magnet (ggm) N2I2 yang cenderung menentang fluks bersama yang telah ada akibat arus pemagnetan IM. Agar fluks bersama itu tidak berubah nilainya, pada kumparan primer harus mengalir arus I’2, yang menentang fluks yang dibangkitkan oleh arus beban I2, hingga keseluruhan arus yang mengalir pada primer menjadi :
I1 = I0 +I’2 (2.10)
Bila arus rugi besi diabaikan maka I0 = IM
I1 = IM +I’2 (2.11)
Untuk menjaga agar fluks tidak berubah sebesar ggm yang dihasilkan oleh arus pemagnetan IM, maka berlaku hubungan :
N1IM = N1I1 – N2I2 (2.12) N1IM = N1(IM + I’2) – N2I2 (2.13)
Sehingga
N1I’2 = N2I (2.14)
Karena nilai IM dianggap kecil maka I’2 = I1 Jadi,
N1I1 = N2I2 (2.15)
Atau
I1/I2 = N2/N1 (2.16)
2.1.4 Jenis Transformator
Menurut pasangan lilitannya, trafo dibedakan atas : 1. Trafo 1 belitan
2. Trafo 2 belitan 3. Trafo 3 belitan
Pada trafo 1 belitan, lilitan primer merupakan bagian dari lilitan sekundernya atau sebaliknya. Trafo belitan ini sering dikenal sebagi autotrafo. Trafo 2 belitan mempunyai dua belitan, yaitu sisi tegangan tinggi dan sisi tegangan rendah, dimana primer dan sekunder berdiri sendiri. Sedangkan trafo 3 belitan memiliki belitan primer, sekunder, dan tertier, masing – masing berdiri sendiri pada tegangan yang berbeda.
Berdasarkan fungsinya, trafo dibedakan atas : 1. Trafo daya
2. Trafo distribusi 3. Trafo pengukuran
Berdasarkan jumlah fasa, trafo dibedakan atas:
1. Trafo 1 fasa 2. Trafo 3 fasa
Berdasarkan konstruksinya, trafo dibedakan atas:
1. Trafo tipe inti 2. Trafo tipe cangkang
2.1.5 Rugi-rugi Pada Transformator
Rugi – rugi pada transformator ada dua macam, yaitu rugi tembaga (Pt) dan rugi besi (Pi). Dimana rugi besi terdiri atas rugi hysteresis dan rugi Eddy current.
2.1.5.1 Rugi Tembaga (Pt)
Rugi tembaga adalah rugi yang disebabkan oleh arus beban yang mengalir pada kawat tembaga. Besarnya adalah :
R I
Pt = 2 (2.17) Dengan :
PCu = rugi tembaga (watt)
I = arus beban yang mengalir pada kawat tembaga (ampere) R = tahanan kawat tembaga (ohm)
Karena arus pada beban berubah-ubah, rugi tembaga juga tidak tetap tergantung pada beban.
2.1.5.2 Rugi Besi (Pi)
Rugi inti atau rugi besi pada transformator juga adalah rugi dalam watt. Rugi inti pada transformator terdiri atas dua bagian, yaitu rugi hysteresis dan eddy current.
2.1.5.2.1 Rugi Histerisis (p ) h
Rugi histeresis adalah rugi yang disebabkan fluks bolak-balik pada inti besi. yang dinyatakan sebagai:
(2.18) Dengan :
p h = rugi histeresis (watt) f = frekuensi (HZ)
= konstanta histeresis = fluks maksimum (weber).
2.1.5.2.2 Rugi Eddy current (Pe)
Rugi Eddy current adalah rugi yang disebabkan oleh arus pusar pada inti besi.
Dinyatakan sebagai :
(2.19) Dengan :
Pe = rugi eddy current (watt) Ke = konstanta eddy current
Jadi , rugi besi (rugi inti) adalah:
(2.20)
2.1.6 Efisiensi Transformator
Efisiensi tranformator adalah perbandingan antara daya output dengan daya input.
Secara matematis dapat dituliskan :
η = x100% P
P
in out
(2.21) atau,
η = x100% P
P
rugi out
out
∑
+ (2.22)
Dengan :
Pin = daya input transformator (Watt) Pout = daya output transformator (Watt)
∑ rugi = PCu + Pi
Gambar 2.4 Diagram rugi-rugi pada transformator
2.1.6 Transformator Tiga Fasa
Pada prinsipnya transformator tiga fasa sama dengan transformator satu fasa, perbedaannya adalah seperti perbedaan sistem listrik satu fasa dengan listrik tiga fasa, yaitu mengenal sistem bintang (Y) dan segitiga (Δ), serta sistem zig-zag, dan juga sistem bilangan jam yang sangat menentukan untuk kerja paralel transformator tiga fasa. Untuk menganalisa transformator daya tiga fasa dilakukan dengan
memandang/menganggap transformator 3 fasa sebagai transformator 1 fasa, teknik perhitungannya pun sama, hanya untuk nilai akhir biasanya parameter tertentu (arus, tegangan, dan daya) transformator 3 fasa dikaitkan dengan nilai √3.
Transformator tiga fasa ini dikembangkan dengan alasan ekonomis, biaya lebih murah karena bahan yang digunakan lebih sedikit dibandingkan tiga buah transformator satu fasa dengan jumlah daya yang sama dengan satu buah transformator daya tiga fasa, lebih ringan dan lebih kecil sehingga mempermudah pengangkutan (menekan biaya pengiriman), serta untuk menangani operasinya hanya satu buah transformator yang perlu mendapat perhatian (meringankan pekerjaan perawatan/maintenance).
2.1.7.1 Hubungan tiga fasa pada transformator
Secara umum hubungan belitan tiga fasa terbagi atas dua jenis, yaitu hubungan bintang (Y) dan hubungan delta (Δ). Masing-masing hubungan belitan ini memiliki karakteristik arus dan tegangan yang berbeda-beda. Baik sisi primer maupun sekunder masing-masing dapat dihubungkan bintang ataupun delta.
2.1.7.1.1 Hubungan bintang (Y)
Hubungan bintang (Y) dapat dilakukan dengan menggabungkan ketiga belitan transformator yang memiliki rating yang sama.
Z01
E1
E1
E1
Z01 Z01
IR
IN
IS
S
T R
N
Gambar 2.5 Hubungan bintang (Y)
Dari gambar di atas dapat diketahui sebagai berikut :
IL = IR = IS = IT (Ampere) (2.23) IL = IΦ (Ampere) (2.24) Dengan :
IL = arus line to line (Ampere) IΦ = arus line to netral (Ampere)
VRS = VST = VTR = VL (Volt) (2.25) VL = 3 VΦ = 3 E1 (Volt) (2.26) Dengan :
VL = tegangan line to line (Volt) VΦ = tegangan line to neutral (Volt)
2.1.7.1.2 Hubungan Delta (Δ)
Hubungan Delta (Δ) mempunyai tiga buah belitan dan masing-masing memiliki rating yang sama.
IT
Z01
Z01
Z01 E1
E1
E1
IR
IS
R
S
T
Gambar 2.6 Hubungan delta Dari gambar di atas dapat diketahui sebagai berikut :
IR = IS = IT = IL (Ampere) (2.27) IL = 3 IΦ (Ampere) (2.28) Dengan :
IL = arus line to line (Ampere) IΦ = arus line to netral (Ampere)
VRS = VST = VTR = VL (Volt) (2.29)
VL = V Φ = E1 (Volt) (2.30) Dengan :
VL = tegangan line to line (Volt) VΦ = tegangan line to neutral (Volt)
2.1.7.2 Macam Hubungan Belitan Transformator Tiga Fasa
Di dalam pelaksanaannya, tiga buah belitan fasa pada sisi primer dan sisi sekunder dapat dihubungkan dalam bermacam-macam hubungan, seperti hubungan bintang (Y) dan Delta (Δ), dengan kombinasi hubungan Bintang-bintang (Y-Y), hubungan Bintang-Delta(Y-Δ), hubungan delta-bintang (Δ-Y) dan hubungan delta-delta (Δ-Δ), bahkan untuk kasus-kasus tertentu belitan sekunder dapat dihubungkan secara berliku- liku (zig-zag) sehingga diperoleh kombinasi Δ-Z dan (Y-Z).
Hubungan zig-zag meupakan hubungan bintang ”istimewa”. Hubungan ini untuk mengantisipasi kejadian yang mungkin terjadi apabila dihubungkan secara bintang dengan beban setiap phasanya tidak seimbang.
2.1.7.2.1 Hubungan Bintang-bintang (Y-Y)
Hubungan Y-Y pada transformator tiga fasa dapat dilihat pada gambar dibawah ini :
r
N1R N2r
N1S N2s
N1T N2t
V1ph V2ph
- -
+ +
T
s
t V1L
R
V2L
+ S
- +
Gambar 2.7 Transformator hubungan Y-Y
Pada hubungan Y-Y, tegangan primer pada masing-masing fasa adalah :
3
1 1
L ph
V =V (2.31)
Tegangan fasa primer sebanding dengan tegangan fasa sekunder dan perbandingan belitan transformator. Maka diperoleh perbandingan tegangan pada transformator adalah :
k V V V
V
ph ph L
L = =
2 1
2 1
3
3 (2.32)
Dimana :
ph ph
V k V
2
= 1
Pada hubungan Y-Y ini jika beban transformator tidak seimbang maka tegangan pada fasa transformator menjadi tidak seimbang.
2.1.7.2.2 Hubungan Bintang-Delta (Y-Δ)
Hubungan (Y-Δ) pada transformator tiga fasa dapat dilihat pada gambar dibawah ini :
R r
N1R N2r
N1S N2s
N1T N2t
S
T
t s V1L V1ph V2ph V2L
+
- -
- - + + +
Gambar 2.8 Transformator hubungan Y-Δ
Pada hubungan ini tegangan kawat ke kawat primer sebanding dengan tegangan fasa primer V1L = 3V1ph dan tegangan kawat ke kawat sekunder sama dengan tegangan fasa V2L =V2ph. Sehingga diperoleh perbandingan tegangan pada hubungan ini adalah sebagai berikut :
=
=
ph ph L
L
V V V
V
2 1
2
1 3
k
3 (2.33)
Dengan :
ph ph
V k V
2
= 1
Hubungan ini lebih stabil dan tidak ada masalah dengan beban tidak seimbang dan harmonisa.
2.1.7.2.3 Hubungan Delta- Bintang (Δ-Y)
Hubungan Δ-Y pada transformator tiga fasa dapat dilihat pada gambar dibawah ini :
R r
N1R N2r
N1S N2s
N1T N2t
S
T
t s
V1L V1ph V2ph
+
- -
- - + + +
V2L
Gambar 2.9 Transformator hubungan Δ-Y
Pada hubungan ini tegangan kawat ke kawat primer sama dengan tegangan fasa primer V1L =V1ph dan tegangan sisi sekunder V2L = 3V2ph. Maka perbandingan tegangan pada hubungan ini adalah :
3 3 2
1
2
1 k
V V V
V
ph ph L
L = = (2.34)
Dengan:
ph ph
V k V
2
= 1
Hubungan ini memberikan keuntungan yang sama dan beda fasa yang sama seperti hubungan Y-Δ.
2.1.7.2.4 Hubungan Delta-Delta (Δ-Δ)
Hubungan delta-delta Δ-Δ pada transformator tiga fasa dapat dilihat pada gambar dibawah ini :
R r
N1R N2r
N1S N2s
N1T N2t
S
T
t s
V1L V1ph V2ph V2L
+
- -
- - + + +
Gambar 2.10 Transformator hubungan Δ-Δ
Pada hubungan ini tegangan kawat ke kawat dan tegangan fasa sama untuk primer dan sekunder transformator V1L =V1ph dan V2L =V2ph. Maka hubungan teganan primer dan sekunder transformator adalah sebagai berikut :
V k V V V
ph ph L
L = =
2 1
2
1 (2.35)
Perbedaan fasa pada hubungan ini tidak ada dan stabil terhadap beban tidak seimbang dan harmonisa.
2.2. Jaringan Distribusi Tenaga Listrik
Secara garis besar, suatu sistem tenaga listrik yang lengkap mengandung empat unsur.
Pertama, adanya suatu unsur pembangkit tenaga listrik. Tegangan yang dihasilkan oleh pusat tenaga listrik ini biasanya merupakan tegangan menengah (TM). Kedua, suatu sistem transmisi, lengkap dengan gardu induk. Karena jaraknya yang biasanya jauh, maka diperlukan penggunaan tegangan tinggi (TT), atau tegangan ekstra tinggi (TET). Ketiga, adanya saluran distribusi yang biasanya terdiri atas saluran distribusi primer dengan tegangan menengah (TM) dan saluran distribusi sekunder dengan tegangan rendah (TR). Keempat, adanya unsur pemakaian atau utilisasi, yang terdiri atas instalasi pemakaian tenaga listrik. Instalasi rumah tangga biasanya memakai tegangan rendah, sedangkan pemakai besar seperti industri mempergunakan tegangan menengah ataupun tegangan tinggi. Gambar 2.1 dibawah ini memperlihatkan skema suatu sistem tenaga listrik
Gambar 2.11 Skema Sistem Tenaga Listrik
Sebagaimana diketahui, sistem distribusi tenaga lisrik terdapat dua bagian, yaitu distribusi primer, yang mempergunakan tegangan menengah, dan distribusi sekunder, yang mempergunakan tegangan rendah.
2.2.1 Distribusi Primer
Sistem distribusi primer ini menggunakan tegangan menengah. Jaringan tegangan menengah adalah jaringan tenaga listrik yang berfungsi untuk menghubungkan gardu induk sebagai suplay tenaga listrik dengan gardu-gardu distribusi. Sistem tegangan menengah yang digunakan pada umumnya adalah 20 kV. Jaringan ini mempunyai strukur/ pola sedemikian rupa sehingga dalam pengoperasiannya mudah dan handal.
2.2.1.1 Sistem Radial
Sistem ini merupakan sistem yang paling sederhana dan umumnya banyak digunakan di daerah pedesaan / sistem yang kecil. Umumnya menggunakan SUTM (Saluran Udara Tegangan Menengah), sistem radial tidak terlalu rumit, tetapi memiliki tingkat keandalan yang rendah. Gambar 2.12 memperlihatkan sistem radial.
Gambar 2.12. Sistem radial
2.2.1.2 Sistem lup terbuka (open loop)
Merupakan pengembangan dari sistem radial, sebagai akibat dari diperlukannya kehandalan yang lebih tinggi dan umumnya sistem ini dapat dipasok dalam satu gardu induk. Dimungkinkan juga dari gardu induk lain tetapi harus dalam satu sistem di sisi tegangan tinggi, karena hal ini diperlukan untuk manufer beban pada saat terjadi gangguan.
Gambar 2.13 Sistem lup terbuka (open loop)
2.2.1.3 Sistem lup tertutup (close-loop)
Sistem close loop ini layak digunakan untuk jaringan yang dipasok dari satu gardu induk, memerlukan sistem proteksi yang lebih rumit biasanya menggunakan rele arah (bidirectional). Sistem ini mempunyai kehandalan yang lebih tinggi dibandingkab sistem yang lain.
Gambar 2.14 Sistem lup tertutup (close loop)
2.2.1.4 Sistem spindel.
Sistem ini memiliki kehandalan yang relatif tinggi karena disediakan satu express feeder / penyulang tanpa beban dari gardu induk sampai gardu hubung. Biasanya pada tiap penyulang terdapat gardu tengah (middle point) yang berfungsi untuk titik manufer apabila terjadi gangguan pada jaringan tersebut.
Gambar 2.15 Sistem spindel
2.2.1.5 Sistem cluster
Sistem cluster sangat mirip dengan sistem spindel, juga disediakan satu feeder khusus tanpa beban (feeder expres).
Gambar 2.16 Sistem Cluster
2.2.2 Distribusi Sekunder
Distribusi sekunder menggunakan jaringan tegangan rendah. Berdasarkan penempatan jaringan, jaringan tegangan rendah dibedakan menjadi dua, yaitu :
2.2.2.1 Saluran Udara Tegangan Rendah (SUTR)
Saluran ini merupakan penghantar yang ditempatkan diatas tiang. Ada dua jenis penghantar yang digunakan, yaitu penghantar tidak berisolasi (kawat) dan penghantar berisolasi (kabel).
Penghantar tidak berisolasi mempunyai kelemahan, seperti rawan pencurian dan rawan terjadi gangguan fasa ke fasa maupun fasa ke netral. Tetapi memiliki keunggulan harga yang relative murah dan mudah dalam pengusutan gangguan.
Sdangkan penghantar berisolasi memiliki keuntungan dan kerugian yang saling berlawanan dengan penghantar tidak berisolasi.
Pada umumnya PT. PLN (Persero) menggunakan SUTR dengan isolasi (kabel pilin) dengan inti aluminium. Standar ukuran kabel yang digunakan adalah 3 × 70 + 1
× 50 mm2 .Dengan karakteristik elektris seperti terlihat pada tabel 2.1.
2.2.2.2 Saluaran Kabel Tegangan Rendah (SKTR)
Saluran ini menempatkan kabel di bawah tanah. Tujuan utama penempatan di bawah tanah pada umumnya karena alas an estetika, sehingga penggunaan SKTR umumnnya adalah pada daerah perindustrian dan kompleks perumahan.
Keuntungan penggunaan kabel ini adalah estetika yang lebih indah dan tidak terganggu oleh pengaruh cuaca. Sedangkan kelemahan penggunaan kabel ini adalah jika terjadi gangguan sulit untuk menemukan lokasinya dan jika terjadi pencurian sangat sulit untuk mengungkapnya.
Tabel 2.1 Karakteristik Twisted Kabel Aluminium (NFA2X)
Sumber : Overhead Transmission And Distribution Line Conductor PT. Jembo Cable Compan
2.2.3 Rak Tegangan Rendah
Merupakan Perangkat Hubung Bagi (PHB) tegangan rendah gardu distribusi. Rak tegangan rendah terpasang pada gardu distribusi pada sisi tegangan rendah atau sisi hulu dari instalasi tenaga listrik. Fungsinya adalah sebagai alat penghubung sekaligus sebagai pembagi tenaga listrik ke instalasi pengguna tenaga listrik (konsumen).
Kapasitas rak tegangan rendah yang digunakan harus disesuaikan dengan besarnya kapasitas transformator yang digunakan.
Rak tegangan rendah terdiri dari beberapa jurusan yang akan dibagi-bagi ke pelanggan. Rak tegangan rendah terhubung dengan transformator pada sisi sekunder menggunakan kabel single core tegangan rendah dengan diameter 240 mm2.
2.2.4 Komponen Jaringan Tegangan Rendah
Adalah peralatan yang digunakan pada jaringan tegangan rendah sehingga dapat menjalankan fungsinya sebagai penyalur energi listrik ke pelanggan.
Komponen pada jaringan tegangan rendah antara lain :
1. Kabel Schoen
Kabel Schoen digunakan untuk menghubungkan rel pada panel hubung bagi dengan penghantar kabel tegangan rendah (kabel obstyg). Kabel Schoen dipres pada kabel obstyg dan dibuat pada rel hubung bagi.
2. Konektor
Adalah peralatan yang digunakan untuk menghubungkan penghantar dengan penghantar. Misalnya antara kabel obstyg dengan TIC-Al, TIC-Al dengan sambungan rumah. Jenis konektor yang umum digunakan oleh PT. PLN (Persero) ada dua jenis, yaitu : Konektor kedap air (Piercing connector) dan Konektor Pres
2.2.5 Sistem Tenaga Listrik Tiga Fasa
Kebanyakan sistem tenaga listrik dibangun dengan sistem tiga fasa. Hal tersebut didasarkan pada alasan-alasan ekonomi dan kestabilan aliran daya pada beban. Alasan ekonomi dikarenakan dengan sistem tiga fasa, penggunaan penghantar untuk transmisi menjadi lebih sedikit. Sedangkan alasan kestabilan dikarenakan pada sistem tiga fasa daya mengalir sebagai layaknya tiga buah sistem fasa tunggal, sehingga untuk peralatan dengan catu tiga fasa, daya sistem akan lebih stabil bila dibandingkan dengan peralatan sistem satu fasa.
Sistem tiga fasa dapat digambarkan dengan suatu sistem yang terdiri dari tiga sistem fasa tunggal, seperti tampak pada gambar 2.17. Sedangkan bentuk gelombang dari sistem tiga fasa yang merupakan fungsi waktu ditunjukkan pada gambar 2.18.
Gambar 2.17 Sistem tiga fasa sebagai sistem fasa tunggal t
V
VR = cosω (2.36 )
+
= 3
cos ωt 2π V
VS (2.37)
−
= 3
cos ωt 2π V
VT (2.38)
Gambar 2.18 Bentuk gelombang pada sistem tiga fasa
2.2.5.1 Sistem Wye (Y) dan Delta (Δ)
Sistem Y merupakan sistem sambungan pada sistem tiga fasa yang menggunakan empat kawat, yaitu fasa R, S, T dan N. Sistem sambungan tersebut akan menyerupai huruf Y yang memiliki empat titik sambungan, yaitu pada ujung-ujung huruf dan pada titik pertemuan antara garis pembentuk huruf. Sistem Y dapat dilihat seperti pada gambar 2.38 a
Gambar 2.19. Sistem Y dan sistem Δ
Sistem hubungan atau sambungan Y sering juga disebut sebagai hubungan bintang. Sedangkan pada sistem yang lain yang disebut sebagai sistem Δ, hanya menggunakan fasa R, S dan T untuk hubungan dari sumber ke beban, sebagaimana gambar 2.7b diatas. Tegangan efektif antara fasa umumnya adalah 380 V dan tegangan efektif fasa dengan netral adalah 220 V.
2.2.5.2 Beban Seimbang Terhubung Delta (Δ)
Pada sistem delta, bila tiga buah beban dengan impedansi yang sama disambungkan pada sumber tiga fase,maka arus didalam ketiga impedansi akan sama besar tetapi terpisah dengan sudut120o, dan dikenal dengan arus fase atau arus beban. Untuk keadaan yang demikian, maka dalam rangkaian akan berlaku :
Vdelta = Vline (2.39)
3
line delta
I = I
line line delta
delta delta
I V I
Z V 3
=
=
delta line
delta line line
line delta
delta
delta I Z
Z I V
V I
V
S = × × = × = × = 2 ×
2
3 3
3 (2.40)
P = S cos φ (2.41) Q = S sin φ (2.42)
2.2.5.3 Beban Seimbang Terhubung Wye (Y)
Untuk sumber beban yang tersambung bintang atau Y, hubungan antara besaran listriknya adalah sebagai berikut :
int 3
line ang b
V =V (2.43)
Ibintang = Iline (2.44)
line line ang
b ang b ang
b I
V I
Z V
3
int int
int = = (2.45)
ang b line ang
b line line
line ang
b ang b ang
b I Z
Z I V V I
V
S 2 int
int 2 int
int
int =3× × = 3 × = =3× × (2.46)
P = S cos φ (2.47) Q = S sin φ (2.48)
2.2.5.4 Beban tidak seimbang terhubung delta (Δ)
Penyelesaian beban tidak seimbang tidaklah dapat disamakan dengan beban yang seimbang sebagaimana dijelaskan diatas. Penyelesaiannya akan menyangkut perhitungan arus-arus fasa dan selanjutnya dengan hukum arus kirchoff akan didapatkan arus-arus saluran pada masing-masing fasa.
ES RS
RS Z
I =V (2.49)
TR TR
TR Z
I = V (2.50)
ST ST
ST Z
I =V (2.51)
IR = IRS - ITR (2.52)
IS = IST - IRS (2.53)
IT = ITR - IST (2.54)
Gambar 2.20 beban tidak seimbang terhubung delta
2.2.5.5 Beban Tidak Seimbang Terhubung Wye (Y)
Pada sistem ini masing-masing fasa akan mengalirkan arus yang tidak seimbang menuju netral (pada sistem empat kawat). Sehingga arus netral merupakan penjumlahan secara vektor arus yang mengalir masing-masing fasa.
Gambar 2.21 beban tidak seimbang terhubung bintang empat kawat
R RN
R Z
I =V (2.55)
S SN
S Z
I =V (2.56)
T TN
T Z
I =V (2.57)
T S R
N I I I
I = + + (2.58)
2.2.6 Transformator Distribusi
Transformator distribusi merupakan salah satu alat yang memegang peranan penting dalam sistem distribusi. Transformator distribusi digunakan untuk membagi / menyalurkan arus atau energi listrik dengan tegangan distribusi supaya jumlah energi yang tercecer dan hilang sia-sia diperjalanan tidak terlalu banyak.
Transformator distribusi yang umum digunakan adalah transformator step- down 20/ 0,4 kV. Tegangan fasa ke fasa sistem jaringan tegangan rendah adalah 380 V. Karena terjadi drop tegangan, maka pada rak tegangan rendah dibuat 400 V agar tegangan pada ujung penerima tidak lebih kecil dari 380 V.
Transformator distribusi dapat berfasa tunggal atau fasa tiga dan ukurannya berkisar dari kira-kira 5 kVA sampai 500 kVA. Impedansi transformator distribusi ini pada umumnya ssangat rendah, berkisar dari 2 % untuk unit-unit yang kurang dari 50 kVA sampai dengan 4 % untuk unit-unit yang lebih besar daripada 100 kVA.
2.2.7 Perhitungan Arus Beban Penuh Transformator
Telah diketahui bahwa daya transformator distribusi bila ditinjau dari sisi tegangan tinggi (primer) dapat dirumuskan sebagai berikut :
I V
S = 3× × (2.59)
Dengan :
S : daya transformator (kVA)
V : tegangan sisi primer transformator (V) I : arus jala-jala (A)
Dengan demikian, untuk menghitung arus beban penuh (full load) dapat menggunakan rumus :
V IFL S
= ×
3 (2.60) Dengan :
IFL : arus beban penuh transformator (A) S : daya transformator (kVA)
V : tegangan sisi sekunder transformator (V)
2.2.8 Rugi- Rugi (losses) Akibat Adanya Arus Netral Pada Penghantar Netral Transformator.
Sebagai akibat dari ketidakseimbangan beban antara tiap-tiap phasa pada sisi sekunder transformator (phasa R, phasa S, phasa T) mengalirlah arus di netral transformator.
Arus yang mengalir pada penghantar netral transformator ini menyebabkan rugi-rugi (losses). Losses pada penghantar netral transformator ini dapat dirumuskan sebagai berikut :
N N
N I R
P = 2× (2.61) Dengan :
PN : losses pada penghantar netral transformator (watt) IN : arus yang mengalir di netral transformator (A) RN : tahanan penghantar netral transformator (ohm)
2.2.9 Ketidakseimbangan Beban
Beban dalam keadaan seimbang adalah suatu keadaan dimana : 1. Ketiga vektor arus / tegangan sama besar
2. Ketiga vektor saling membentuk sudut 1200 satu sama lain.
Sedangkan yang dimaksud dengan keadaan tidak seimbang adalah keadaan dimana salah satu atau kedua syarat keadaan seimbang tidakterpenuhi. Gambar 2.22 memperlihatkan vekktor diagram arus.
(a) (b) Gambar 2.22 Vektor Diagram Arus
2.2.10 Penyaluran dan Susut Daya pada Transformator.
Misalnya daya sebesar P disalurkan melalui suatu saluran dengan penghantar netral.
Apabila pada penyaluran daya ini, arus-arus phasa dalamkeadaan seimbang, maka bearnya daya dapat dinyatakan sebagai berikut :
P = 3 [V] [I] cos φ (2.62) Dengan :
P : daya pada ujung kirim (watt) V : tegangan pada ujung kirim (volt) I : arus phasa (ampere)
cos φ : faktor daya
Daya yang sampai pada ujung terima akan lebih kecil dari p karena terjadi penyusutan daya di sepanjang saluran.
Jika [I] adalah bear arus fasa dalam penyaluran daya sebesar P pada keadaan seimbang, maka pada penyaluran daya yang sama tetapi dengan keadaan tidak seimbang, besarnya arus-arus fasa dapat dinyatakan dengan koefisien a, b, dan c sebagai berikut :
I a
IR = × (2.63) I
b
IS = × (2.64) I
c
IT = × (2.65) Bila faktor daya di ketiga fasa dianggap sama walaupun besar arusnya berbeda, besarnya daya yang disalurkan dapat dinyatakan sebagai berikut :
P = (a + b + c) [V] [I] cos φ (2.66) Apabila persamaan (2.62) dan persamaan (2.66) menyatakan daya yang sama besar , maka dari kedua persamaan itu dapat diperoleh persyaratan untuk koefisien a, b, dan c yaitu:
a + b + c = 3 (2.67) Sehingga rata-rata ketidakseimbangan adalah :
[ ] [ ] [ ]
{ }
% 3 100
1 1
1 + − + − ×
= a− b c
Unbalanceavg (2.68) Pada keadaan seimbang, nilai a = b = c = 1
2.2.10 Faktor Daya
Pengertian faktor daya (cos φ) adalah perbandingan antara daya aktif (P) dengan daya semu (S). Faktor daya dapat dirumuskan sebagai berikut :
Faktor daya = (Daya aktif / daya semu)
ϕ
ϕ cos
cos
=
×
×
= ×
=
I V
I V
S P
S (VA)
Q (Var)
P (watt) φ
Gambar 2.23 Segitiga Daya
Daya Semu (S) = V . I (VA) (2.69) Daya Aktif (P) = V. I . cos φ (watt) (2.70)
Daya Reaktif (Q) = V . I . sin φ (Var) (2.71)
BAB 3
PENGUKURAN DAN PENGUMPULAN DATA
3.1 Data Teknis Alat Ukur
Pada penelitian ini, pengukuran dilakukan dengan menggunakan Power Quality Analyzer Fluke 435.
3.1.1 Data Teknis Power Quality Analyzer Fluke 435
Power Quality Analyzer Fluke 435 ini digunakan untuk mengukur tegangan, arus, daya, dan faktor daya pada setiap fasa pada transformator distribusi.
Gambar 3.1 Power Quality Analyzer Fluke 435
Tabel 3.1 Spesifikasi Power Quality Analyzer Fluke 435 Technical Data
Input
Number : 4 voltage and current (3 Phase + neutral)
Maximum voltage : 1000 Vrms (6 kV peak)
Maximum sampling speed : 200 ks/s on each channel simultaneously
Volt/Amp/Hert z
Vrms (AC + DC)
Measurement range : 1…1000 V Accuracy : 0,1 % of Vnom
Vpeak
Measurement range : 1…1400 V Accuracy : 5 % of Vnom
Crest factor, voltage
Measurement range : 1,0…>2,8 Accuracy : ± 0,5 %
Arms (AC + DC) :
Measurement range : 0…20 kA
Accuracy : ± 0,5 % ± 5 counts
Apeak
Measurement range : 0…5,5 kA Accuracy : 5 %
Crest factor, A
Measurement range : 1…10 Accuracy : ± 5 %
Hz 50 Hz nominal
Measurement range : 42.50…57.50 Hz Accuracy : ± 0,01 Hz
Dips and Swell Vrms (AC + DC)
Measurement range : 0.0…100 % of Vnom Accuracy : ± 0,2 % of nominal voltage
Arms (AC + DC)
Measurement range : 10…20 kA Accuracy : ± 1 % ± 5 counts Harmonics Harmonic (Interharmonic)
(n)
Measurement range : DC, 1..50; (Off, 1..49) Measured according to IEC 61000-4-7
Vrms
Measurement range : 0.0…1000 V
Accuracy : ± 0,05% of nominal voltage
rms
Measurement range : 0.0…4000 mV x clamp sampling Accuracy : ± 5 % ± 5 counts
Watts
Measurement range : Depends on clamp scaling and voltage Accuracy : ± 5 % ± n x 2 % on readings, ± 10 counts
DC voltage
Measurement range : 0.0…1000 V
Accuracy : ± 0,2 % of nominal voltage
THD
Measurement range : 0.0…100.0 %
Accuracy : ±2,5 % V an A ( ± 5 % watt)
Hz
Measurement range : 0…3500 Hz Accuracy : ± 1 Hz
Phase angle
Measurement range : -3600 … + 3600 Accuracy : ± n x 1,50
Power &
Energy
Watt, VA, VAR
Measurement range : 1.0…20.00 MVA Accuracy : ±1 % counts
kWh, kVAh, kVARh
Measurement range : 00.00…200.0 GVAh Accuracy : ± 1,5 % ± 10 counts Power Factor / cos φ / DPF
Measurement range : 0…1 Accuracy : ± 0,03 Flicker Pst (1 min), Pst, Plt, PF5
Measurement range : 0.00…20.00 Accuracy : ± 5 % Unbalance Volts
Measurement range : 0.0…5.0 % Accuracy : ± 0,5 %
Current
Measurement range : 0.0…20 % Accuracy : ± 1 %
Transient Capture
Volts
Measurement range : ± 6000 V
Accuracy : ± 2,5 % of Vrms
Minimum detected duration 5 µs (200kS/s sampling) Inrush Mode Arms (AC +DC)
Measurement range : 0.000…20.00 kA
Accuracy : ± 1 % of meas ± 5 counts
Inrush duration (selectable)
Measurement range : 7,5 s…30 min
Accuracy : ± 20 ms (Fnom = 50 Hz) Autotrend
Recording
Sampling : 5 readings / sec continuous sampling per channel
Memory : 1800 min, max and avg point for each reading
Recording time : Up to 450 days
Zoom : Up to 12x horizontal zoom
Memory Screen & : 50, shared memory divided between logging
Screens and Data : sets
Enviromental specifications
Operating temperature 0 0C to + 50 0C
Safety specifications
Safety EN61010-1 (2ND edition) pollution degree 2
; 1000 V CAT III / 600 V CAT IV Mechanical & General Specifications
Size 256 x 169 x 64 mm
Weight 1,1 kg
Battery Life Rechargeable NiMH pack (installed):>7 hours
Battery charging time : 4 hours typical
Shock & Vibration Shock : 30 g
Vibration : 3 g according to MIL-PRF- 28800F Class 2
Case Rugged, shock proof with integrated
protective holster, ID51 (drip and dust proof)
Warranty 3 years
3.1.2 Rangkaian Pembebanan Transformator Distribusi
Gambar dibawah ini memperlihatkan rangkaian pengukuran pembebanan transformator distribusi dengan menggunakan power quality Analyzer.
Fluke 435
R N S T
Gambar 3.2 Rangkaian pengukuran pembebanan tranformator distribusi dengan menggunakan Power Quality Analyzer Fluke 435
3.2 Data Teknis Transformator Distribusi
3.2.1 Data Teknis Transformator Distribusi 160 kVA di Jln. Gagak Hitam No.1
Nama Pabrik : CENTRADO
Tipe : OUTDOOR
Daya : 160 kVA
Tegangan kerja : 21/20,5/20/19,5/19kV/400V Phasa : 3 fasa
Hubungan : Yzn5 Impedansi : 4 %
3.2.2 Data Teknis Transformator Distribusi 250 kVA di Jln. Setia Budi No.234
Nama Pabrik : SINTRA
Tipe : OUTDOOR
Daya : 250 kVA
Tegangan kerja : 21/20,5/20/19,5/19kV/400V Phasa : 3 fasa
Hubungan : Yzn5 Impedansi : 4 %
3.2.3 Data Teknis Transformator Distribusi 250 kVA di Jln. Setia Budi Blok R-R
Nama Pabrik : CENTRADO
Tipe : OUTDOOR
Daya : 250 kVA
Tegangan kerja : 21/20,5/20/19,5/19kV/400V Phasa : 3 fasa
Hubungan : Yzn5 Impedansi : 4 %
3.2.4 Data Teknis Transformator Distribusi 250 kVA di Jln. Nibung Raya/Petisah Tengah
Nama Pabrik : STARLITE
Tipe : OUTDOOR
Daya : 250 kVA
Tegangan kerja : 21/20,5/20/19,5/19kV/400V Phasa : 3 fasa
Hubungan : Yzn5 Impedansi : 4 %
3.2.5 Data Teknis Transformator Distribusi 315 kVA di Jln. Jemadi Permai I Blok A No. 27
Nama Pabrik : HICO
Tipe : OUTDOOR
Daya : 250 kVA
Tegangan kerja : 21/20,5/20/19,5/19kV/400V Phasa : 3 fasa
Hubungan : Yzn5 Impedansi : 4 %
3.3 Data Pengukuran Pembebanan Pada Transformator Distribusi
Pengukuran pembebanan transformator dilakukan pada lima buah transformator distribusi dengan lokasi yang berbeda. Berikut adalah data hasil pengukuran disetiap transformator distribusi.
3.3.1 Transformator Distribusi 160 kVA di Jln. Gagak Hitam No.1
Tabel 3.2 Data Pengukuran Pembebanan Pada Transformator distribusi di Jln. Gagak Hitam No. 1
Arus (Ampere) Faktor daya (cosφ) Tegangan Sekunder Transformator
(Volt)
R S T N R S T
113 176 127 86 0,91 0,93 0,93
R-N = 215,8 S-N = 215,4 T-N = 213,2
3.3.2 Transformator Distribusi 250 kVA di Jln. Setia Budi No.234
Tabel 3.3 Data Pengukuran Pembebanan Pada Transformator distribusi di Jln. Setia budi No. 234
Arus (Ampere) Faktor daya (cosφ) Tegangan Sekunder Transformator
(Volt)
R S T N R S T
209 139 167 73 0,91 0,91 0,92
R-N = 202 S-N = 203 T-N = 204
3.3.3 Transformator Distribusi 250 kVA di Jln. Setia Budi Blok R-R
Tabel 3.4 Data Pengukuran Pembebanan Pada Transformator distribusi di Jln. Setia budi Blok R-R
Arus (Ampere) Faktor daya (cosφ) Tegangan Sekunder Transformator
(Volt)
R S T N R S T
103 141 111 36 0,91 0,91 0,93
R-N = 211 S-N = 212 T-N = 212
3.3.4 Transformator Distribusi 250 kVA di Jln. Nibung Raya/Petisah Tengah
Tabel 3.5 Data Pengukuran Pembebanan Pada Transformator distribusi di Jln. Nibung Raya/Petisah Tengah
Arus (Ampere) Faktor daya (cosφ)
Tegangan Sekunder Transformator
(Volt)
R S T N R S T
283 270 239 26 0,98 0,94 0,83
R-N = 196 S-N = 196 T-N = 197
3.3.5 Transformator Distribusi 315 kVA di Jln. Jemadi Permai I Blok A No. 27
Tabel 3.6 Data Pengukuran Pembebanan Pada Transformator distribusi di Jln. Jemadi Permai I Blok A No. 27
Arus (Ampere) Faktor daya (cosφ)
Tegangan Sekunder Transformator
(Volt)
R S T N R S T
188 238 235 32 0,91 0,93 0,93
R-N = 220,65 S-N = 218,93 T-N = 218,24
3.4 Data Tahanan Kawat Penghantar Netral Transformator Distribusi
Ukuran kawat untuk penghantar netral trafo distribusi yang digunakan oleh PLN adalah 50 mm2 dengan R = 0,6842 ohm/km, untuk ukuran kawat penghantar phasanya adalah 70 mm2 dengan R = 0,5049 ohm/km. Sedangkan panjang kawat penghantar netral trafo untuk jaringan tegangan rendah di asumsikan 1 km.
Dengan demikian RN = 0,6842 ohm/km
3.5 Foto – Foto Pengukuran Pada Transformator Distribusi
Gambar 3.3 Transformator distribusi 250 kVA di Jalan Nibung Raya/Petisah Tengah
Gambar 3.4 Pengukuran di panel transformator distribusi 250 kVA di Jalan Nibung Raya/Petisah Tengah
