PENGARUH KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN TRANSFORMATOR KERING BHT02 RSG GA SIWABESSY TERHADAP ARUS NETRAL DAN RUGI-RUGI

Transkripsi

1 PENGARUH KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN TRANSFORMATOR KERING BHT02 RSG GA SIWABESSY TERHADAP ARUS NETRAL DAN RUGI-RUGI Koes Indrakoesoema, Yayan Andryanto, M Taufiq Pusat Reaktor Serba Guna GA Siwabessy, Puspiptek, Serpong, Tangerang prsg@batan.go.id ABSTRAK PENGARUH KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN TRANSFORMATOR KERING BHT02 RSG GA SIWABESSY TERHADAP ARUS NETRAL DAN RUGI-RUGI. Ketidakseimbangan beban pada suatu system distribusi tenaga listrik kerap sering terjadi, hal ini dapat dilihat pada beban-beban fasanya. Transformator BHT02 sebagai salah satu dari 3 buah trafo penurun tegangan yang digunakan melayani bebanbeban di PRSG melayani beban dengan tegangan 3 fasa dan 1 fasa. Akibat ketidakseimbangan beban tersebut muncullah arus di netral trafo. Arus yang mengalir di netral trafo menyebabkan terjadinya rugi-rugi (losses), yaitu rugi akibat arus netral yang mengalir ke tanah. Arus netral yang timbul pada transformator BHT02 adalah 21,52 A atau terjadi ketidakseimbangan beban sebesar 3,67% dan losses akibat arus netral yang mengalir ke tanah adalah 0,778 Watt. Kata kunci : Ketidakseimbangan beban, arus netral, rugi-rugi ABSTRAC THE EFFECT OF UNBALANCED LOAD IN TRANSFORMER BHT02 IN NEUTRAL CURRENT AND LOSSES. The Unbalanced load in electric power distribution system always happen and this fact can be seen in their phases. Transformer BHT02 is one of three step down Transformers in RSG GAS which used for serve of loads in PRSG of 3-phase voltage and 1-phase voltage. The effect of the unbalanced load is appear as a neutral current. These neutral current cause losses, those are losses caused by neutral current flows to ground. Neutral currents that arise in BHT02 transformer is A, or unbalanced load of 3.67% and losses due to neutral currents flowing to ground is Watts. Keywords: Unbalanced load, neutral current, losses PENDAHULUAN S aat ini tenaga listrik merupakan kebutuhan yang utama, baik untuk kehidupan sehari-hari maupun untuk kebutuhan industri. Hal ini disebabkan karena tenaga listrik mudah untuk ditransportasikan dan dikonversikan ke dalam bentuk tenaga yang lain. Penyediaan tenaga listrik yang stabil dan kontinyu merupakan syarat mutlak yang harus dipenuhi dalam memenuhi kebutuhan tenaga listrik. Pada sistem tenaga listrik arus bolak-balik, frekwensi standard untuk Indonesia adalah 50 Hz, dan sistem distribusi di kelompokkan kedalam dua bagian yaitu ; sistem jarring distribusi primer dan biasa disebut Jaring Tegangan Menengah (JTM), dan sistem jarring distribusi sekunder dan biasa disebut Jaring Tegangan Rendah (JTR). Fungsi pokok dari sistem distribusi adalah menyalurkan dan mendistribusikan tenaga listrik dari gardu induk ke pusat-pusat atau kelompok beban (gardu distribusi) dan pelanggan, dengan mutu yang memadai. Kelangsungan pelayanan tergantung dari macam sarana penyalur dan peralatan pengamannya. Sarana penyalur (jaring distribusi) tingkatan kelangsungannya tergantung pada macam struktur jaring yang dipakai dan juga cara pengoperasiannya, yang pada hakekatnya direncanakan dan dipilih untuk memenuhi kebutuhan dan sifat beban. Buku II hal. 542 ISSN Koes Indrakoesoma, dkk

2 Dalam memenuhi kebutuhan tenaga listrik, terjadi pembagian beban-beban yang pada awalnya merata tetapi karena ketidakserempakan waktu penyalaan beban-beban tersebut maka menimbulkan ketidakseimbangan beban yang berdampak pada penyediaan tenaga listrik. Ketidakseimbangan beban antara tiap-tiap fasa (fasa R, fasa S, dan fasa T) inilah yang menyebabkan mengalirnya arus di netral trafo. Pada makalah ini akan dilakukan pengukuran pada fasa-fasa R, S dant T serta pada kawat netral transformator pada salah satu transformator kering BHT02, untuk mengetahui adanya ketidakseimbangan beban pada fasafasanya, baik pada keadaan reaktor operasi (beban penuh) dan reaktor tidak beroperasi (beban tidak penuh). TEORI Transformator [2] Transformator merupakan suatu alat listrik yang mengubah tegangan arus bolak-balik dari satu tingkat ke tingkat yang lain melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip-prinsip induksi-elektromagnet. Transformator terdiri atas sebuah inti, yang terbuat dari besi berlapis dan dua buah kumparan, yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder. Penggunaan transformator yang sederhana dan handal memungkinkan dipilihnya tegangan yang sesuai dan ekonomis untuk tiap-tiap keperluan serta merupakan salah satu sebab penting bahwa arus bolak-balik sangat banyak dipergunakan untuk pembangkitan dan penyaluran tenaga listrik. Prinsip kerja transformator adalah berdasarkan hukum Ampere dan hukum Faraday, yaitu: arus listrik dapat menimbulkan medan magnet dan sebaliknya medan magnet dapat menimbulkan arus listrik. Jika pada salah satu kumparan pada transformator diberi arus bolakbalik maka jumlah garis gaya magnet berubah-ubah, sehingga pada sisi primer terjadi induksi dan sisi sekunder menerima garis gaya magnet dari sisi primer yang jumlahnya berubah-ubah pula. Maka di sisi sekunder juga timbul induksi, akibatnya antara dua ujung terdapat beda tegangan. Daya transformator bila ditinjau dari sisi tegangan tinggi (primer) dapat dirumuskan sebagai berikut: [1] S = 3. V. I (1) S = daya transformator (kva) V = tegangan sisi primer transformator (kv) I = arus jala-jala (A) Sehingga untuk menghitung arus beban penuh (full load) dapat menggunakan rumus IFL = (2) I FL = arus beban penuh (A) S = daya transformator (kva) V = tegangan sisi sekunder transformator (kv) Sebagai akibat dari ketidakseimbangan beban antara tiap-tiap fasa pada sisi sekunder trafo (fasa R, fasa S, fasa T) mengalirlah arus di netral trafo. Arus yang mengalir pada penghantar netral trafo ini menyebabkan losses (rugi-rugi). Losses pada penghantar netral trafo ini dapat dirumuskan sebagai berikut: PN = IN 2 RN (3) PN = losses pada penghantar netral trafo (watt) IN = arus yang mengalir pada netral trafo (A) RN = tahanan penghantar netral trafo (Ω) Sedangkan losses yang diakibatkan karena arus netral yang mengalir ke tanah (ground) dapat dihitung dengan perumusan sebagai berikut : PG = I 2 G RG (4) P G = losses akibat arus netral yang mengalir ke tanah (watt) I G = arus netral yang mengalir ke tanah (A) R G = tahanan pembumian netral trafo (Ω) Ketidakseimbangan Beban 3) Yang dimaksud dengan keadaan seimbang adalah suatu keadaan di mana : Ketiga vektor arus / tegangan sama besar. Ketiga vektor saling membentuk sudut 120º satu sama lain. Sedangkan yang dimaksud dengan keadaan tidak seimbang adalah keadaan di mana salah satu atau kedua syarat keadaan seimbang tidak terpenuhi. Kemungkinan keadaan tidak seimbang ada 3 yaitu: Ketiga vektor sama besar tetapi tidak membentuk sudut 120º satu sama lain. Ketiga vektor tidak sama besar tetapi membentuk sudut 120º satu sama lain. Ketiga vektor tidak sama besar dan tidak membentuk sudut 120º satu sama lain. Gambar 1(a) menunjukkan vektor diagram arus dalam keadaan seimbang. Di sini terlihat bahwa penjumlahan ketiga vektor arusnya (I R, I S, I T ) adalah sama dengan nol sehingga tidak muncul arus netral (I N ). Sedangkan pada Gambar 1(b) menunjukkan vektor diagram arus yang tidak seimbang. Di sini terlihat bahwa penjumlahan ketiga vektor arusnya (I R, I S, I T ) tidak sama dengan nol sehingga muncul sebuah besaran yaitu arus netral (I N ) yang besarnya bergantung dari seberapa besar faktor ketidakseimbangannya. Koes Indrakoesoma, dkk. ISSN Buku II hal. 543

3 Gambar 1. Vektor diagram arus Penyaluran dan Susut Daya Bila daya sebesar P disalurkan melalui suatu saluran dengan penghantar netral dan arusarus fasanya dalam keadaan seimbang, maka besarnya daya : 1) P = 3 V I cos φ (5) dengan : P = daya pada ujung kirim V = tegangan pada ujung kirim Cos φ = factor daya Jika I adalah arus rata-rata tiap fasa dalam penyaluran daya sebesar P pada keadaan seimbang, maka pada penyaluran daya yang sama tetapi dengan keadaan tak seimbang besarnya arus-arus fasa dapat dinyatakan dengan koefisien a, b, c sebagai berikut : I R = a I I S = b I (6) I T = c I dengan I R, I S dan I T berturut-turut adalah arus fasa R, S dan T. Bila factor daya di ketiga fasa dianggap sama, besarnya daya yang disalurkan dapat dinyatakan : P = (a + b + c) V I cos φ (7) TATA KERJA Pengukuran dilakukan saat reaktor beroperasi, dimana pengambilan data parameter listrik pada transformator BHT02 dilakukan pada tiap fasanya, yaitu daya aktif (P), daya reaktif (Q), daya semu (S), factor daya (cos tegangan (V), arus (I) dan arus netral (I N ). Alat ukur yang digunakan adalah HIOKI Clamp On Power HiTester. HASIL DAN PEMBAHASAN Spesifikasi trafo kering yang digunakan pada PRSG adalah sebagai berikut : Merk : May and Christie Tipe : Indoor Trafo : 3 x 1 fasa Daya : 1600 kva Frekuensi : 50 Hz Hubungan Primer Sekunder Delta Bintang (Yn5) Tegangan (Volt) Arus Nominal 46,2 2309,5 (Ampere) Tegangan hubung singkat 6% Gambar 2 memperlihatkan bentuk transformator BHT02 3 x 1 fasa. Diagram segaris trafo distribusi di PRSG dapat dilihat pada Gambar 3, dimana salah satu trafo, yaitu BHT02 digambarkan pada posisi tengah. Gambar 2. Transformator BHT02, 3 x 1 fasa Buku II hal. 544 ISSN Koes Indrakoesoma, dkk

4 Tabel 1. Arus beban dan arus netral Trafo BHT02 Gambar 3. Diagram segaris trafo distribusi di PRSG Koes Indrakoesoma, dkk. ISSN Buku II hal. 545

5 Tabel 2. Daya pada Trafo BHT02 Gambar 4. Grafik arus fasa dan arus netral Trafo BHT02 Gambar 5. Grafik daya pada transformator BHT02 Saat reaktor dioperasikan, pompa primer dan sekunder yang mempunyai daya besar, akan menarik arus cukup besar. Arus tiap fasa dan arus netralnya saat reaktor beroperasi dapat dilihat pada Tabel 1 dan Gambar 4. Buku II hal. 546 ISSN Koes Indrakoesoma, dkk

6 Tabel 2 dan Gambar 5 memperlihatkan daya yang diserap oleh trafo BHT02 (P, Q dan S) dan factor daya (cos φ) saat reaktor dioperasikan. Analisa Pembebanan Transformator S = 1600 kva V = 400 Volt Arus beban penuh = I FL = I rata-rata = Presentasi pembebanan = Ketidakseimbangan beban transformator Dari persamaan (6) diperoleh : a = b = ; c = Rata-rata ketidakseimbangan beban trafo : = Hasil perhitungan ini menunjukkan masih adanya penggunaan beban yang tidak merata pada tiap-tiap fasa, tetapi ketidakseimbangan beban ini masih sangat kecil, yaitu < 20% 5) Analisis losses arus netral Titik netral transformator BHT02 menggunakan kawat tembaga dengan resistivitas (ρ) = 1,68 x 10-8 Ω.m yang langsung diketanahkan dengan panjang 7 meter dengan luas penampang lintang 70 mm 2 seperti terlihat pada Gambar 3. Tahanan kawat netral (R N ) = Ω Dari Tabel 1, arus netral (I 4 ) adalah 21,52 A P N = I N 2 x R N = (21,52) 2 x 0,00168 = 0,778 Watt Daya aktif transformator : P = = = 1488 kw sehingga persen losses karena arus netral = 5,22 E-5% Pembebanan transformator BHT02 masih sangat rendah, yaitu 43,29% dan arus netralnya rendah, yaitu 21,52 Ampere sehingga losses di trafo kecil sekali dan dapat diabaikan. KESIMPULAN Ketidakseimbangan beban pada transformator BHT02 relatif tidak terlalu tinggi pada tiap-tiap fasanya, sehingga arus netral juga tidak terlalu tinggi, yaitu hanya 21,52 A. Pembebanan juga masih rendah, yaitu 43,29%, sehingga beban trafo pada BHT02 masih dapat ditingkatkan. PUSTAKA 1. ZUHAL, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya, PT Gramedia Pustaka, Jakarta ABDUL KADIR, Transformator, Jakarta: PT. Elex Media Komputindo, WILLIAM D STEVENSON, Jr, Analisis Sistem Tenaga Listrik, Edisi ke 4, diterjemahkan oleh Ir. Kamal Idris, Penerbit Erlangga, JULIUS SENTOSA SETIADJI, Pengaruh Ketidakseimbangan Beban Terhadap Arus Netral dan Losses pada Trafo Distribusi, Jurnal Teknik Elektro, Vol.6, No.1, Maret 2006: 68-73, Unkris Petra. 5. Persyaratan Umum Instalasi Listrik 2000 (PUIL 2000), Jakarta: Badan Standarisasi Nasional, 2000 Koes Indrakoesoma, dkk. ISSN Buku II hal. 547