Kata Kunci : Transformator Distribusi, Ketidakseimbangan Beban, Arus Netral, Rugi-rugi, Efisiensi

Transkripsi

1 Rizky Syahputra Srg., Raja Harahap, Perhitungan Arus... SSN : (Online) SSN : 50 3 (Cetak) Perhitungan Arus Netral, Rugi-Rugi, dan Efisiensi Transformator Distribusi 3 Fasa 0 KV/00V Di PT. PLN (Persero) Rayon Medan Timur Akibat Ketidakseimbangan Beban Rizky Syahputra Siregar (1), Raja Harahap () Konsentrasi Teknik Energi Listrik, Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Almamater, Kampus USU Medan 0155 NDONESA r_putra@rocketmail.com Abstrak Dalam penyaluran energi listrik sering kali dijumpai pembagian beban yang tidak merata pada setiap fasanya. Ketidakseimbangan beban ini disebabkan karena waktu penyalaan beban yang tidak serempak, pengkoneksian yang tidak seimbang pada fasa R, S, T, dan pemasangan beban yang tidak seimbang pada setiap fasanya. Ketidakseimbangan beban ini dapat mengakibatkan timbulnya arus pada kawat netral, rugi-rugi, dan turunnya efisiensi transformator distribusi tersebut. Berdasarkan hasil penelitian didapatkan bahwa ketidakseimbangan beban menyebabkan arus netral, dan rugi-rugi menjadi besar dimana nilai arus netral, rugi-rugi P Cu dan P N terbesar 9, A, 7,7 kw dan 1,157 kw pada transformator kedua di malam, sedangkan nilai arus netral terkecil sebesar,7 A pada transformator pertama di pagi hari untuk rugi-rugi P Cu dan P N terkecil sebesar 0,03 kw dan 0,00 kw pada transformator pertama di pagi hari, serta efisiensi dari ketiga transformator tiga fasa distribusi yang diteliti mengalami penerunan, walaupun penurunan efisiensi dari ketiga transformator tersebut tidak terlalu besar, dimana efisiensi tertinggi sebesar 9,13 % pada transformator pertama di pagi hari dan efisiensi terendah sebesar 9,901 % pada transformator ketiga di malam hari. Kata Kunci : Transformator Distribusi, Ketidakseimbangan Beban, Arus Netral, Rugi-rugi, Efisiensi. PENDAHULUAN Pada saat ini, kebutuhan energi listrik sangatlah banyak bagi umat manusia. Energi listrik banyak digunakan baik di dalam industri maupun rumah tangga. Oleh karena itu, penyediaan listrik yang stabil dan kontinu adalah hal paling utama yang harus selalu dijaga sehingga dapat memenuhi kebutuhan listrik. Dalam penyaluran energi listrik pada jaringan tegangan rendah, salah satu peralatan utama yang digunakan adalah Transformator Distribusi 3 Fasa. Trafo distribusi ini berfungsi untuk menurunkan tegangan sehingga tegangan tersebut dapat dipakai dengan aman oleh konsumen pada jaringan tegangan rendah seperti rumah tangga, lampu jalan, sekolah, dan lain-lain. Dalam penyaluran energi listrik sering kali dijumpai pembagian beban yang tidak merata pada setiap fasanya. Ketidakseimbangan beban ini disebabkan karena waktu penyalaan beban yang tidak serempak, pengkoneksian yang tidak seimbang pada fasa R, S, T, dan pemasangan beban yang tidak seimbang pada setiap fasanya. Ketidakseimbangan beban ini dapat mengakibatkan timbulnya arus pada kawat netral, rugi-rugi, dan turunnya efisiensi trafo distribusi tersebut. Jika ketidakseimbangan beban ini dibiarkan, maka dapat menimbulkan kerugian besar dari PLN. Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain, melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Transformator distribusi adalah transformator yang berfungsi untuk menurunkan tegangan utama dari sistem distribusi listrik dengan tujuan agar tegangan tersebut dapat digunakan konsumen dengan aman.. DASAR TEOR A. Ketidakseimbangan Beban Ketidakseimbangan beban adalah suatu keadaan dimana satu atau dua syarat dari beban seimbang tidak terpenuhi. Ada tiga kemungkinan keadaan beban tidak seimbang, yaitu: 1. Ketiga vektor sama besar tetapi tidak membentuk sudut 10 satu sama lain.. Ketiga vektor tidak sama besar tetapi membentuk sudut 10 satu sama lain. 3. Ketiga vektor tidak sama besar dan tidak membentuk sudut 10 satu sama lain. Pada Gambar 1 (a) menunjukkan bahwa penjumlahan ketiga vektor arus ( R, S, T ) adalah sama dengan nol sehingga tidak muncul arus netral ( N ). Sedangkan pada Gambar 1 (b) menunjukkan bahwa penjumlahan ketiga vektor arus ( R, S, T ) tidak sama dengan nol sehingga muncul sebuah besaran yaitu arus netral ( N ) yang besarnya Journal of Electrical Technology, Vol., No. 3, Oktober

2 SSN : (Online) SSN : 50 3 (Cetak) bergantung pada besar faktor ketidakseimbangannya. Rizky Syahputra Srg., Raja Harahap, Perhitungan Arus.... METODE PENELTAN A. Studi Literatur Studi literatur berkaitan dengan studi kepustakaan dan kajian dari berbagai sumber pustaka yang relevan dan mendukung serta membaca teori teori yang berkaitan. (a) (b) Gambar 1 (a) Vektor diagram arus dalam keadaan seimbang (b) Vektor diagram arus dalam keadaan tidak seimbang Pada Gambar 1 (a) menunjukkan bahwa penjumlahan ketiga vektor arus ( R, S, T ) adalah sama dengan nol sehingga tidak muncul arus netral ( N ). Sedangkan pada Gambar 1 (b) menunjukkan bahwa penjumlahan ketiga vektor arus ( R, S, T ) tidak sama dengan nol sehingga muncul sebuah besaran yaitu arus netral ( N ) yang besarnya bergantung pada besar faktor ketidakseimbangannya. Arus yang mengalir pada kawat netral yang merupakan arus bolak-balik untuk sistem distribusi tiga fasa empat kawat adalah penjumlahan vektor dari ketiga arus fasa dalam komponen simetris. Dalam sistem tiga fasa empat kawat ini jumlah arus saluran sama dengan arus netral yang kembali lewat kawat netral, menjadi : N = a + b + c (1) B. Studi Lapangan Studi lapangan berkaitan dengan melaksanakan pengambilan data ukur yang dibutuhkan pada beberapa transformator distribusi di sisi tegangan rendah (sisi sekunder) di PT. PLN (Persero) Rayon Medan Timur. D. Bahan Dan Peralatan Dalam penelitian ini bahan dan peralatan yang digunakan untuk penelitian adalah sebagai berikut: 1. Transformator distribusi 3 fasa 100 kva, 0 kv/ 00 V. Transformator distribusi 3 fasa 10 kva, 0 kv/ 00 V 3. Transformator distribusi 3 fasa 50 kva, 0 kv/ 00V. Tang ampere meter E. Variabel yang diamati Variabel-variabel yang diamati dalam penelitian ini meliputi: 1. Arus full load. Arus rata-rata 3. persen (%) pembebanan pada trafo distribusi 3 fasa. ketidakseimbangan beban dan rata-rata ketidakseimbangan beban dalam (%) 5. Rugi-rugi tembaga, dan rugi-rugi akibat adanya arus netral pada transformator. Efisiensi B. Penyaluran dan Susut Daya Pada Transformator Daya sebesar P daya sebesar P disalurkan melalui suatu saluran dengan penghantar netral. Apabila pada penyaluran daya ini arus-arus fasa dalam keadaan seimbang, maka besarnya daya V. HASL DAN PEMBAHASAN dapat dinyatakan sebagai berikut : P = 3.V..cos φ () A. Data Percobaan Jika () adalah besaran arus fasa dalam Dalam melakukan penelitian di PT. PLN penyaluran daya sebesar P pada keadaan seimbang, (Persero) Rayon Medan Timur ada tiga buah maka pada penyaluran daya yang sama tetapi transformator distribusi 3 fasa yang dianalisis yang dengan keadaan tak seimbang besarnya arus-arus mana lokasi ketiga transformator tersebut berada di fasa dapat dinyatakan dengan koefisien a, b dan c dekat kantor wilayah PT. PLN (Persero) Rayon sebagai berikut : Medan Timur itu sendiri. Waktu penelitian R = a. (3) dilakukan pada pagi hari (pukul ) dan S = b. () malam hari (pukul ). Berikut ini adalah T = c. (5) data-data dari ketiga transformator distribusi 3 fasa. Bila faktor daya di ketiga fasa dianggap sama tersebut. walaupun besarnya arus berbeda, besarnya daya yang disalurkan dapat dinyatakan sebagai: P = a + b + c V.. cos φ () Data transformator pertama SNTRA Apabila persamaan () dan persamaan (7) Kode gardu distribusi : MT 07 menyatakan daya yang besarnya sama, maka dari Daya : 50 kva kedua persamaan itu dapat diperoleh persyaratan Rating tegangan : 0 kv / 00 V untuk koefisien a, b, dan c yaitu : Jenis kabel ketiga fasa: NYY 95 mm a + b + c = 3 () dengan R = 0,193 Ω/Km Dimana pada keadaan seimbang, nilai a = b = c = 1 0 Journal of Electrical Technology, Vol., No. 3, Oktober 017

3 Rizky Syahputra Srg., Raja Harahap, Perhitungan Arus... Jenis kabel netral: NYY 95 mm R = 0,193 Ω/Km Cos phi : 0,5 dengan Tabel 1. Hasil pengukuran pada transfomator pertama pada pagi hari V R V T S T N ,1, 7,3, ,9 15,37 11,1 5, ,7 7,91,15 5, ,, 9,13, ,1,71, ,3 15,10 13,57 7, ,,0 1,1 7, , 5,3 9,11 9,39 Tabel Hasil pengukuran pada transfomator pertama pada malam hari V R V T S T N ,3 1, 9, 9, ,57 17,03 15,97, ,7 17, 1,97, , 15,1 10,0 5, ,7 13, 13,5 5, , 17,97 10,17, ,3 1,99 15,0 7, , 7,5 15,3 7,9 Data transformator kedua STARLTE Kode gardu distribusi : MT 1 Daya : 10 kva Rating tegangan : 0 kv / 00 V Jenis kabel setiap fasa : NYY 150 mm dengan R = 0,1 Ω/km Jenis kabel netral: NYY 150 mm dengan R = 0,1 Ω/km Cos phi : 0,5 Tabel 3. Hasil pengukuran pada transfomator kedua pada pagi hari V R V T S T N ,7,1 97,3 9, ,5 5 0, 30, , 91,3, 50, ,5 7,,7 5, ,9 5,5 51, ,3 57, , , 50, , 103,3 51,5 SSN : (Online) SSN : 50 3 (Cetak) Tabel. Hasil pengukuran pada transfomator kedua pada malam hari V R V T S T N , 97,5 19, 9, ,1 7, 11,3, ,1 11, 1,5 9, , 111,5 10,7 7, ,5 11, 100,, ,, 15,9 5, , 1, 1, 70, ,5 75, 11,3 70,3 Data transformator ketiga tp TRAFNDO Kode gardu distribusi : MT 51 Daya : 100 kva Rating tegangan : 0 kv / 00 V Jenis kabel setiap fasa : NYY 95 mm dengan R = 0,193 Ω/km Jenis kabel netral: NYY 95 mm dengan R = 0,193 Ω/km Cos phi : 0,5 Tabel 5. Hasil pengukuran pada transfomator ketiga pada pagi hari V R V T S T N ,9 99,, , 7,7 0, 5, ,7 50, ,7 1,5 53, 33, ,7 5, 5, , 5, 51, ,1 0, 7,, , 1, 0,5 Tabel. Hasil pengukuran pada transfomator ketiga pada malam hari V R V T S N , 73,3 53,, ,1 7,, 35, ,5 79, 7,1 5, , 90, 5, 3, ,9 75, 5, 7, ,5 71, 51,3 5, ,1 73,5 50,9, ,5 1,,1 1, B. Analisis Data Dari analisis yang dilakukan pada ketiga transformator, maka didapatkan hasil perhitungan untuk pembebanan, ketidakseimbangan beban, rugi-rugi, dan efisiensi dari setiap transformator, yang dapat dilihat pada tabel-tabel berikut : Journal of Electrical Technology, Vol., No. 3, Oktober 017 1

4 SSN : (Online) SSN : 50 3 (Cetak) Rizky Syahputra Srg., Raja Harahap, Perhitungan Arus... Waktu Tabel 7. Hasil analisis pembebanan pada ketiga transformator Transformator pertama Transformator kedua Transformator ketiga % b % b % b Pagi 10,17 3,055 7,07 Malam 0,091 59,77 51,19 Pagi 1,55 33,0 3,59 Malam 0,5,1 5,39 Pagi 13, 3,3,911 Malam 19,3,1 7,9 Pagi 11,73 35,0 5,73 Malam 19,9 5,11 1,0 Pagi 1,93,75 55,5 Malam 1,99 5,7 5,09 Pagi 1,571 35,01 5,059 Malam,1 5, 5,0 Pagi 1,317 3,1,7 Malam 1,75, 5, Pagi 13, 31,13 50,1 Malam 19,9 50,0 9, Waktu Tabel. Hasil analisis ketidakseimbangan beban dan rugi-rugi pada ketiga transformator Transformator pertama Transformator kedua Transformator ketiga Ketidakse imbangan beban (%) PCu Tot P N Ketidakse imbangan beban (%) PCu Tot P N Ketidakse imbangan beban (%) PCu Tot P N Pagi 1,7 0,03 0,00 3,37,1 0,30 30,3,995 0,501 Malam 31,7 0,13 0,017,17 7,7 1,157 1,5 3,31 0,33 Pagi 1,9 0,0 0,00 9,9,19 0,113 10,57,31 0,1 Malam 1,73 0,19 0,00 11,,309 0, 1,73,7 0, Pagi 1,33 0,05 0,00 1,33 3,01 0,31 1,33 3,00 0,15 Malam 1 0,113 0,007 1,07,3 0,305,37 5,9 0, Pagi,733 0,05 0, ,01 0,31 0,3 3,51 0,1 Malam 0,17 0,15 0,0051 1,93,7 0,3 7,1,9 0,77 Pagi 5,1 0,071 0,009 3,1,53 0, 1,3 3,9 0,53 Malam 0,7 0,15 0,005 17,97,1 0,551 7,97,179 0, Pagi, 0,09 0,01,03,1 0,77,7 3,737 0,3 Malam.33 0,15 0,00 19,57,1 0,391,57 3,9 0,55 Pagi, 0,07 0,011,3,1 0,319 5,3,31 0,1 Malam 7,97 0,109 0, ,33,71 0,1,,010 0,57 Pagi 30,97 0,01 0,017 9,13,109 0,3 3,3,17 0,13 Malam,7 0,1311 0,01,9 5, 0,1 3,,7 0,737 Journal of Electrical Technology, Vol., No. 3, Oktober 017

5 N Rugi-rugi N N Rizky Syahputra Srg., Raja Harahap, Perhitungan Arus... SSN : (Online) SSN : 50 3 (Cetak) Tabel 9. Hasil analisis efisiensi pada ketiga transformator Waktu Transformator pertama Transformator kedua Transformator ketiga ɳ (%) ɳ (%) ɳ (%) Pagi 97,9 9,307 9,79 Malam 9,013 93,9 9,99 Pagi 9,103 9,77 9,33 Malam 9,13 95,13 9, Pagi 97,90 9,9 95, Malam 9,1 95,7 93,0 Pagi 97,71 9, 95,0 Malam 9,17 95,0 93, Pagi 97,97 9,90 9,51 Malam 9,17 9,99 9,13 Pagi 9,01 9,9 9,901 Malam 9,17 95,03 9,3 Pagi 97,9 9,1 95,093 Malam 9,09 95,77 9, Pagi 97,77 9,1 9,9 Malam 97, 95,09 9,901 Adapun pengaruh ketidakseimbangan beban terhadap arus netral, rugi-rugi, dan efisiensi pada ketiga transformator dapat dilihat pada kurvakurva berikut Ketidakseimbangan beban vs N pagi malam Ketidakseimbangan beban vs N Gambar. Kurva ketidakseimbangan beban terhadap N trafo ketiga pada pagi hari dan malam hari pagi malam Gambar Kurva ketidakseimbangan beban terhadap N trafo pertama pada pagi hari dan malam hari Ketidakseimbangan beban vs rugi-rugi Ketidakseimbangan beban vs N pagi malam Gambar 3. Kurva ketidakseimbangan beban terhadap N trafo kedua pada pagi hari dan malam hari Gambar 5. Kurva ketidakseimbangan beban terhadap rugi-rugi transformator kedua pada pagi hari dan malam hari Journal of Electrical Technology, Vol., No. 3, Oktober 017 3

6 Rugi-rugi SSN : (Online) SSN : 50 3 (Cetak) Rizky Syahputra Srg., Raja Harahap, Perhitungan Arus pagi malam Ketidakseimbangan beban vs rugi-rugi Gambar 9. Kurva ketidakseimbangan beban terhadap efisiensi pada transformator kedua pada pagi hari Gambar. Kurva ketidakseimbangan beban terhadap rugi-rugi transformator ketiga pada pagi hari dan malam hari Gambar 7. Kurva ketidakseimbangan beban terhadap efisiensi pada transformator pertama pada pagi hari Gambar. Kurva ketidakseimbangan beban terhadap efisiensi pada transformator pertama pada malam hari Gambar 10. Kurva ketidakseimbangan beban terhadap efisiensi pada transformator kedua pada malam hari Gambar 11. Kurva ketidakseimbangan beban terhadap efisiensi pada transformator ketiga pada pagi hari Gambar 1. Kurva ketidakseimbangan beban terhadap efisiensi pada transformator ketiga pada malam hari Journal of Electrical Technology, Vol., No. 3, Oktober 017

7 Rizky Syahputra Srg., Raja Harahap, Perhitungan Arus... V. KESMPULAN Berdasarkan hasil pembahasan dan analisis pada penelitian ini, maka diperoleh beberapa kesimpulan, yaitu sebagai berikut: 1. Adanya ketidakseimbangan beban pada transformator pertama, kedua, dan ketiga di rayon medan timur mengakibatkan efisiensi dari ketiga transformator berkurang tetapi dampaknya tidak terlalu besar, dimana efisiensi terendah sebesar 9,901 % pada trafo ketiga di malam hari, sedangkan efisiensi tertinggi sebesar 9,13 % pada trafo pertama di pagi hari.. Adanya ketidakseimbangan beban pada trafo pertama, kedua, dan ketiga di rayon medan timur menyebabkan timbulnya arus netral yang kecil untuk transformator pertama, tetapi menimbulkan arus netral yang besar pada transformator kedua dan ketiga, dimana N tertinggi sebesar 9, A pada trafo pertama di malam hari, sedangkan N terendah sebesar,7 A di pagi hari. 3. Adanya ketidakseimbangan beban pada transformator pertama, kedua, dan ketiga di rayon medan timur menyebabkan rugi-rugi transformator semakin besar, dimana P Cu dan P N tertinggi sebesar 7,7 kw dan 1,157 kw pada transformator kedua di malam hari, sedangkan P Cu dan P N terendah sebesar 0,03 kw dan 0,00 kw pada transformator pertama di pagi hari. SSN : (Online) SSN : 50 3 (Cetak) DAFTAR PUSTAKA [1] Chapman Stephen J., 1999, Electric Machinery Fundamentals, Third Edition Mc Graw Hill Companies, New York. [] Kadir, Abdul, 000, Distribusi Dan Utilisasi Tenaga Listrik, Penerbit Universitas ndonesia (U-Press), Jakarta. [3] Sibarani, Randi F., 015, Pengaruh Arus Netral Terhadap Rugi-Rugi Beban Pada Transformator Distribusi PLN Rayon Johor Medan, Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara [] Simamora, Yoakim, 01, Analisis Ketidakseimbangan Beban Transformator Distribusi Untuk denstifikasi Beban Lebih Dan Estimasi Rugi-Rugi Pada Jaringan Tegangan Rendah, Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara. [5] Stevenson, Jr, William D, 193, Analisis Sistem Tenaga Listrik, Edisi Keempat, Penerbit Erlangga, Jakarta. Journal of Electrical Technology, Vol., No. 3, Oktober 017 5

8

9 Rizky Syahputra Srg., Raja Harahap, Perhitungan Arus... SSN : (Online) SSN : 50 3 (Cetak) Journal of Electrical Technology, Vol., No. 3, Oktober 017 9