USAHA MENGATASI RUGI RUGI DAYA PADA SISTEM DISTRIBUSI 20 KV. Oleh : Togar Timoteus Gultom, S.T, MT Sekolah Tinggi Teknologi Immanuel Medan ABSTRAK

Transkripsi

1 USAHA MENGATASI RUGI RUGI DAYA PADA SISTEM DISTRIBUSI 20 KV Oleh : Togar Timoteus Gultom, S.T, MT Sekolah Tinggi Teknologi Immanuel Medan ABSTRAK Beban tidak seimbang pada jaringan distribusi tenaga listrik selalu terjadi dan penyebab ketidakseimbangan tersebut adalah pengaturan beban satu fasa pada pelanggan jaringan rendah. Akibat ketidakseimbangan beban tersebut muncul arus pada netraltrafo. Arus yang mengalir pada netraltrafo ini menyebabkan terjadinya losses (rugi-rugi), yaitu rugi-rugi akibat adanya arus netral pada penghantar netraltrafo. Bila terjadi ketidakseimbangan beban yang besar, maka arus netral yang muncul juga besar, dan rugi-rugi akibat arus yang mengalir pada penghantar netral besar juga. Setelah dianalisis, pada gardu distribusi MK 494 diperoleh ketidakseimbangan beban terbesar 38,633% pada waktu beban puncak (WBP) dan 34,533% pada luar waktu beban puncak (LWBP) dan arus netral yang muncul cukup besar yakni yang terbesar 47,5A pada WBP dan 47A pada LWBP. Untuk mengetahui lebih dalam mengenai beban tidak seimbang, penulis menganalisis berdasarkan data yang ada. Kata kunci : Ketidakseimbangan beban, arus netral, rugi-rugi, kualitas tegangan 1. Latar Belakang Masalah 1.1 Latar Belakang Energi listrik merupakan bentuk energi yang sangat umum digunakan oleh masyarakat luas. Penggunaan energy listrik saat ini, tidak terbatas pada daerah atau konsumen kelas atas, namun energy listrik juga dikonsumsi oleh masyarakat menengah dan bawah. Kegiatan pedesaan sekalipun ditunjang oleh ketersediaan pasokan listrik. Kebutuhan akan tenaga listrik semakin meningkat sementara tersedianya pasokan listrik tidak meningkat pesat seperti kebutuhan akan tenaga listrik. Hal ini menyebabkan penyedia listrik untuk umum si Indonesia, dalam hal ini PT PLN (Persero) harus melakukan efisiensi segala sektor, terutama disektor penyediaan tenaga listrik. Salah satu langkah efisiensi yang dilakukan adalah menekan rugi rugi seminimal mungkin, baik bagi rugi rugi secara teknik maupun non teknik Umumnya sistim distribusi tenaga listrik tiga fasa empat kawat 14

2 dipergunakan untuk memasok kelompok beban rumah tangga, perkantoran, lembaga dan lainnya. Dalam kondisi normal, sistem tenaga listrik mempunyai arus beban yang relatif seimbang dengan arus netral sangat kecil. Namun, kenyataannya ditemukan beberapa kasus dimana arus netral sistem menjadi sangat berlebihan, bahkan sama besarnya dengan arus fasa. Karena beban dioperasikan tidak selalu pada waktu bersamaan maka terjadi ketidak seimbangan antar satu fasa. Akibatnya timbul arus balik yang mengalir pada konduktor netral ke sumber yang kita kenal dengan arus netral. Arus netral ini merupakan rugi rugi bagi penyedia tenaga listrik. Besarnya arus penghantar netral menurut SPLN toleransinya maksimal hanya 10 ampere. Beban tidak seimbang juga berdampak terhadap kualitas tegangan. Beban tidak seimbang menyebabkan tegangan pada konsumen yang berbeda fasa menjadi tidang seimbang. Penyedia tenaga listrik seharusnya menyediakan kualitas tegangan sesuai dengan standar. Jika tegangan melebihi atau kurang dari range tegangan standar, yakni + 5% s/d -10% dari tegangan standar maka akan berdampak pada kerusakan peralatan listrik atau peralatan listrik tidak beroperasi sesuai spesifikasinya. 1.2 Identifikasi Masalah Dari latar belakang diatas maka didapat identifikasi permasalahan sebagai berikut: 1. Bagaimana kerugian daya yang terjadi pada distribusi primer? 2. Bagaimana pengaruh beban tidak seimbang terhadap arus netral? 3. Bagaimana pengaruh beban tidak seimbang terhadap rugirugi penghantar netral? 1.3 Batasan Masalah Dalam pembahasan dan penulisan ini, penulis membatasi permasalahan, adapun batasan masalah penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Pengaruh beban tidak seimbang terhadap rugi-rugi penghantar netral pada jaringan distribusi 20 KV 2. Dampak yang timbul terhadap tegangan pada konsumen yang terhubung pada fasa R, S,dan T akibat adanya beban tidak seimbang 1.4 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang masalah dan indetifikasi masalah di atas dirumuskan masalah dalam penelitian ini sebagai berikut: 1. Bagaimana pengaruh beban tidak seimbang terhadap arus netral pada jaringan distribusi 20 KV? 15

3 2. Bagaimana dampak yang timbul terhadap tegangan pada konsumen yang terhubung pada fasa R, S, dan T akibat adanya beban tidak seimbang pada jaringan distribusi 20 KV? 1.5 TujuanPenelitian Adapuntujuanpenelitianini adalah: 1. Untuk mengetahui pengaruh beban tidak seimbang terhadap arus netral pada jaringan distribusi 20 KV 2. Untuk mengetahui dampak yang timbul terhadap tegangan pada konsumen yang terhubung pada fasa R, S, dan T akibat adanya beban tidak seimbang pada jaringan distribusi 20 KV 1.6 ManfaatPenelitian Berikut adalah manfaat dari penelitian yang dilakukan: 1. Mengetahui dampak yang timbul akibat adanya beban tidak seimbang. 2. Menjaga kualitas tegangan pada konsumen. 2. Metodologi Penelitian 2.1 Metode Penelitian Metode merupakan cara atau prosedur yang digunakan untuk memecahkan masalah penelitian. Adapun metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah 1. Metode Dokumentas Metode dokumentasi merupakan salah satu metode yang digunakan untuk penelitian ini, dengan cara mengumpulkan datadata yang berhubungan. 2. Metode Observasis Metode observasi merupakan cara pengambilan data langsung ke tempat penelitian untuk keperluan penulisan penelitian. 3. Pembahasan 3.1. Sistem Daya Listrik Sistem daya listrik merupakan sistem yang berkaitan dengan pembangkitan, penyaluran daya listrik hingga kepelanggan. Sistem distribusi merupakan bagian dari system daya listrik. Sistem distribusi ini berguna untuk menyalurkan tenaga listrik dari sumber daya listrik besar ( Bulk Power Source) sampai ke konsumen. Berdasarkan nilai tegangannya, system distribusi diklasifikasikan menjad idua, yaitu system distribusi primer dan system distribusi sekunder. Distribusi primer adalah jaringan distribusi daya listrik yang bertegangan 16

4 menengah (20 KV). Jaringan distribusi primer tersebut merupakan jaringan penyulang. Jaringan ini berawal dari sisi sekunder trafo daya yang terpasang pada gardu induk hingga kesisi primer trafodistribusii yang terpasang pada tiang-tiang saluran. Distribusi sekunder adalah jaringan daya listrik yang termasuk dalam kategori tegangan rendah, yaitu 380/220 volt. Jaringan distribusi sekunder bermula dari sisi sekunder transformator distribusi dan berakhir hingga ke alat ukur (meteran) pelanggan Suatu sumber tiga fasa membangkitkan tegangan tiga fasa, yang dapat digambarkan sebagai tiga sumber tagangan yang terhubung Y (bintang) seperti terlihat pada gambar 2.2a. Titik hubung antara ketiga tegangan itu disebut titik netral. Antara satu tegangan dengan tegangan yang lain berbeda fasa 120º. Jika kita mengambil tegangan V AN sebagai referensi, maka kita dapat menggambarkan diagram fasor tegangan dari system tiga fasa ini seperti terlihat padaa gambar 2.2b. Urutan fasa dalam gambar ini disebut urutan positif. Bila fasor tegangan V BN dan V CN dipertukarkan, kita akan memperoleh urutan fasa negatif Gambar 2.1 Skema sistem tenaga listrik 2.2 Sistem Tiga Fasaa Sistem jaringan listrik yang digunakan di Indonesia merupakan jaringan listrik tiga fasa yang disalurkan oleh produsen listrik, dalam hal ini PT PLN (Pe rsero) ke konsumen listrik. Secara umum sistem tenaga listrik terbagi menjadi beberapa bagian, yaitu pembangkitan, penyaluran (transmisi dan distribusi) dan beban. a) Sumber Terhubung Y b) Diagram fasor. Gambar 2.2. Sistem tiga Fasa 2.3 BebanTerhubungBintang Gambar 2.3 memperlihatkan beban seimbang yang terhubung bintang. Arus saluran sama dengan arus fasa 17

5 Gambar 2.3 Beban terhubung bintang Dari gambar ini jelas terlihat bahwa arus yang mengalir di saluran sama dengan arus yang mengalir di masing-masing fasa. Jika kita tetap menggunakan V AN sebagai refensi, makaa : I AB = I BC = I C CA = Dari gambar tersebut, memperoleh hubungan : I A = I AB I CA I B = I BC I AB I C = I CA I BC kita I A = = I B = = = θ θ θ) = I f ( θ -120 ) I C = = θ θ = I f θ = ( 120 = ( 240 θ) = I f ( θ -240 ) 2.4 Beban Terhubung Delta Jika beban terhubung delta (gambar 2.4), arus saluran tidak sama dengan arus fasa. 2.5 Penyaluran dan susut daya Misalkan daya sebesar P disalurkan melalui suatu saluran dengan penghantar netral. Apabila pada penyaluran daya, arus-arus fasa dalam keadaan seimbang, maka besar daya dapat dinyatakan sebagai berikut: (2.20) Dengan : P ) P =.V.I.cos φ = Dayapadaujungkirim( Watt V V ) = Teganganpadaujungkirim( Cos φ = Faktor dayaa ( VAR ) Gambar 2.4 Beban Terhubung Delta Jika kita hendak menghitung arus maupun daya di tiap fasa dalam keadaan beban terhubung delta, kita memerlukan formulasi hubungan antara arus-arus fasa I AB, I BC, I CA dengan tegangan-tegangan fasa V AB, V BC, dan V CA. Dari gambar 2.4 terlihat dibahwa ini. 3. Data dan Hasil Pengukuran Beban Gardu Distribusi MK Data Gardu 494 Distribusi MK Data darihasilpengukuranbebanpadagardu Distribusi MK 494 menyatakan data sepertitabel

6 3.3 Pengukuran Beban Pada Luar Waktu Beban Puncak (LWBP) Data dari hasil pengukuran beban pada luar waktu beban puncak (LWBP) Gardu Distribusi MK 494 menyatakan data seperti tabel 3.3 Tabel 3.3 pengukuran beban pada LWBP Tabel 3.1 Data gardu induk MK Pengukuran Beban Pada Waktu Beban Puncak (WBP) Data dari hasil pengukuran beban pada waktu beban puncak (WBP) Gardu Distribusi MK 494 menyatakan data seperti table 3.2 Tabel 3.2 pengukuran beban pada WBP Dari hasil pengukuran beban, penulis menemukan gardu distribusi yang mempunyai arus netral besar, sehingga dapat di curigai bahwa pada gardu distribusi tersebut terjadi ketidak seimbangan beban. Dari hasil pengukuran beban, penulis menentukan sampel sebanyak tiga buah, yakni gardu distribusi MK 494, MK 256 dan MK 429. Namun, untuk analisis ini digunakan gardu distribusi MK 494. Gardu distribusi MK 494 terdiri atas tiga bgian yaitu Jl. Sabarudin, Jl. Besi Jl. Kapt Jumhana dan. Dalam analisis ini, akan dibahas masing-masing gardu distribusi. 19

7 Berikut hasil analisis yang oleh penulis Ketidakseimbangan Beban Terhadap Arus Netral Pada WBP Berdasarkan hasil pengukuran, gardu distribusi MK 494 memiliki pembebanan yang tidak seimbang. Beban tidak seimbang ditunjukkan dengan besarnya selisih arus pada masingmasing fasa, dapat dilihat hasil pengukuran beban waktu beban (WBP) pada table 3.2. Pada Jl. Sabarudin ditemukan adanya arus netral lebih besar dari pada arus pada fasa T. Hal ini menjadi alasan bagi peneliti untuk menentukan gardu distribusi ini sebagai sampel, untuk selanjutnya dianalisis Oleh karena itu, peneliti akan menganalisis persentase ketidakseimbangan. Dengan menggunakan persamaan (2.21), koefisien a, b, dan c dapat diketahui besarnya, di mana besarnya arus fasa dalam keadaan seimbang (I) sama dengan besarnya arus rata-rata (Irata). Sesuai hasil pengukuran beban pada table 3.2, penulis menghitung aurs rata-rata pada WBP. Arus rata-rata pada malam hari / WBP I R = a. I maka a = = I S = b. I maka b = =,,,, = 1,435 = 1,145 I T = c. I maka c = =, = 0, Rugi-Rugi Pada Penghantar Saat WBP Berdasarkan hasil pengukuran dan data penghantar rugi-rugi pada penghantar dapat ditunjukkan pada dihitung besarnya. Penghantar dengan luas penampang 35 mm 2 memiliki tahanan sebesar 0,867 Ω untuk penghantar fasa dan 0,581 Ω untuk penghantar netral, sehingga rugi-rugi pada Jl. Sabarudin adalah : Rugi-rugi pada fasa R P R = I R 2. R R = (78,9) 2. 0,867 = 5397,257 watt = 5,397 Kw Dimana adanya aktif transformator (P) Sehingga, persentase rugi-rugi pada fasa R adalah : % P R = 100% =, 100% = 5,996% I rata-rata malam = Rugi-rugi pada fasa S I rata-rata malam =,, =, = 47,433 A P S = I S 2. R S = (56,1) 2. 0,867 = 2728,631 watt = 2,728 kw 20

8 Sehingga, persentasise rugi-rugi pada fasa S adalah : % P S = 100% =, 100% = 3,031 % Rugi-rugi pada fasa T P T = I T 2. R T = (42,5) 2. 0,867 = 1566,018 watt = 1,566 kw Sehingga, persentase rugi-rugi pada fasa T adalah : % P S = 100% =, 100% = 1,74% Rugi-rugi pada penghantar netral P N = I N 2. R N = (47,5) 2. 0,581 = 1310,881watt = 1,311 kw Sehingga, persentaserugi-rugi akibat adanya arus netral pada penghantar netral trafo adalah : % P N = 100% =, 100% = 1,457% 4.3. Rugi-Rugi Pada Penghantar Saat LWBP Rugi-rugi pada fasa R P R = I R 2. R R = (56,) 2. 0,867 = 2718,912 watt = 2,718 kw Sehingga, persentase rugi-rugi pada fasa R adalah : % P R = 100% =, 100% = 3,02% Rugi-rugi pada fasa S P S = I S 2. R S = (41,) 2. 0,867 = 1457,427 watt = 1,457 kw Sehingga, persentase rugi-rugi pada fasa S adalah : % P S = 100% =, 100% = 1,618 % Rugi-rugi pada fasa T P T = I T 2. R T = (31) 2. 0,867 = 833,187 watt = 0,833 kw 21

9 Sehingga, persentase rugi-rugi pada fasa T adalah : % P S = 100% =, 100% = 0,925% Rugi-rugi pada penghantar netral P N = I N 2. R N = (4,7) 2. 0,581 = 1283,429watt = 1,283 kw Sehingga, persentase rugi-rugi akibat adanya arus netral pada penghantar netral trafo adalah : 4. Rugi-rugi daya pada gardu distribusi MK 494 dalam satu bulan sebesar ,52 KWh setara dengan Rp Saran 1. Untuk mengetahui beban tidak seimbang sebaiknya dilakukan pengukuran beban pada gardu distribusi secara periodic misalnya sekali dalam tiga bulan. 2. Untuk mengurangi rugi-rugi yang diakibatkan beban tidak seimbang hendaknya penyeimbangan beban dilakukan dan sambungan netral diperbaiki. Jika ada sambungan baru (khususnya pelanggan 1 fasa) sebaiknya disambungkan dengan fasa yang bebannya lebih rendah % P N = 100% =, 100% = 1,426% 5.1. Kesimpulan 1. Arus yang mengalir pada penghantar netral terjadi karena adanya ketidakseimbangan beban. 2. Ketidakseimbangan beban berpengaruh terhadap rugirugi, tegangan dan peralatan pelanggan. 3. Semakin besar persentase ketidakseimbangan beban, semakin besar pula rugi-rugi yang timbul. 22

10 DAFTAR PUSTAKA 1. Kadir, A Distribusi dan utilisasi Tenaga Listrik. Jakarta : Universitas Indonesia 2. Mulyadi, A.D Pengaruh Ketidakseimbangan Beban Pada Rugi Daya Saluran Netral Jaringan Tegangan Rendah. MeTrik Polban. 3. Theraja,B. L. dan A. K. Theraja Electrical Technology. S. Chand. Kelompok Pembakuan Bidang Transmisi. SPLN 1 : 1995 Tegangan Tegangan Standar. Penerbit PT Perusahaan Listrik Negara (Persero) 4. Dahlan, M AkibatKetidakSeimbang anbebanterhadaparusnetral Dan Losses PadaTransformstorDistribusi. 5. Ramdhani, M RangkaianListrik. Jakarta :Erlangga. 23