ANALISA PEMILIHAN TRAFO DISTRIBUSI BERDASARKAN BIAYA RUGI-RUGI DAYA DENGAN METODE NILAI TAHUNAN

ANALISA PEMILIHAN TRAFO DISTRIBUSI BERDASARKAN BIAYA RUGI-RUGI DAYA DENGAN METODE NILAI TAHUNAN Rizky Ferdinan Eddy Warman Konsentrasi Teknik Energi Listrik Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Almamater Kampus USU Medan 20155 INDONESIA e-mail : rizky_ferdinand20@yahoo.com Abstrak Setiap instalasi PLN dan industri tentunya membutuhkan trafo sebagai alat untuk mengubah tegangan tinggi menjadi tegangan rendah atau sebaliknya. Panjangnya jaringan listrik PLN tentu memerlukan banyak trafo dan peralatan lainnya dalam mendistribusikan tenaga listrik untuk melayani konsumen. Oleh karena itu kita harus mengelola dan mengetahui cara pemilihan trafo. Pada jurnal ini dihitung biaya rugi daya pada dua trafo dengan kapasitas yang sama sebesar 400 kva untuk memilih trafo yang memiliki biaya rugi-rugi yang lebih kecil. Walaupun dua buah trafo memiliki kapasitas daya yang sama besar besarnya rugi tanpa beban dan rugi berbeban pada dua trafo dapat berbeda. Pada jurnal ini rugirugi daya yang dihitung bergantung pada rugitrafo tanpa bebantrafo dan rugi trafo berbeban. Kedua rugirugi ini dijumlahkan untuk mendapatkan total rugi trafo. Pada trafo 1 rugi daya total sebesar 5325 W dan trafo 2 sebesar 5440 W. Dari jumlah rugi daya total ini dihitung biaya rugi daya setiap trafo. Untuk total biaya rugi daya berbeban pada trafo I lebih kecil sebesar Rp. 15.824.18664 dibandingkan dengan trafo II sebesar Rp. 16.067.80224. Kata Kunci : Trafo Distribusi Biaya Rugi Daya Trafo. 1. Pendahuluan PT PLN (Persero) adalah penyedia listrik Negara yang ada di Indonesia. Dalam penyaluran daya listrik tidak seluruhnya dapat disalurkan kepada konsumen karena akan hilang dalam bentuk susut energi. Sarana dan Prasarana yang baik sangat dibutuhkan dalam perkembangan teknologi sekarang ini. Saatini energi listrik sangat dibutuhkan untuk mendukung pertumbuhanpembangunan di Indonesia. Adanya arus listrik bolak-balik yang mengalir pada inti besi sebuah trafo maka inti besi akan berubah menjadi magnet. Apabila inti besi tersebut dikelilingi oleh suatu belitan maka pada kedua ujung belitan tersebut akan timbul beda tegangan sehingga menimbulkan gaya gerak listrik. Gaya gerak listrik yang mengalir terus menerus pada inti besi akan menimbulkan panas oleh arus eddy (eddy current). Untuk memperoleh besarnya rugi-rugi inti maka trafo akan diuji dengan member tegangan pada sirkit trafo dalam keadaan terbuka. Sedangkan untuk memperoleh besarnya rugi tembaga tahanan pada rangkaian dialiri arus beban. Karena rugi ini terjadi pada belitan trafo yang terbuat dari tembaga maka rugi ini sering disebut rugi tembaga. Dengan adanya rugi-rugi tersebut penulis akan membandingkan dua buah trafo yang memiliki rugi-rugi yang berbeda terhadap besar biayanya. 2. Transformator Transformator merupakan suatu alat listrik yang mengubah tegangan arus bolak-balik dari satu tingkat ke tingkat yang lain melalui suatu gandengan magnetdan 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. Di dalam suatu sistem distribusi tenaga listrik transformator distribusi dipergunakan untuk menurunkan tegangan penyulang utama (primary feeder) menjadi tegangan rendah (sekunder) yang langsung digunakan oleh para pemakai energy listrik (konsumen). -13- copyright @ DTE FT USU

Transformator distribusi dihubungkan langsung dengan beban melalui jaringan sekunder dan lokasi pemasangannya tersebar dibanyak tempat dengan jarak beberapa ratus meter atau sampai beberapa kilometer tergantung pada kapasitas transformator dan besar beban yang dilayani. Menurut standart NEMA (The Nationa; Electrical Manufactures Association) transformator dengan 3 kva sampai dengan 500kVA diklasifikasikan i. Untuk transformator distribusi 1 θ :rating dari 3 kva sd 500 kva ii. Untuk transformator distribusi 3 θ : rating dari 9 kva sd 1600 kva iii. Untuk transformator transformator yang ratingnya lebih besar dari 1600 kva diklarifikasikan sebagai transformator tenaga. Sekarang di Indonesia telah banyak dijumpai transformator distribusi dengan rating lebih besar dari 500 kva. Transformator terdiri atas dua buah kumparan (primer dan sekunder) yang bersifat induktif. Kedua kumparan ini terpisah secara elektris namun berhubungan secara megnetis melalui jalur yang memiliki reluktansi rendah. Apabila kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik maka fluks bolak-balik akan muncul di dalam inti 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 di kumparan sekunder karena pengaruh induksi dari kumparan primer atau disebut sebagai induksi bersama (mutual induction) yang menyebabkan timbulnya fluks magnet di kumparan sekunder maka mengalirlah arus sekunder jika rangkaian sekunder dibebani sehingga energi listrik dapat ditransfer keseluruhan (secara magnetisasi). = ( ) (1) e = gaya gerak listrik (Volt) N = jumlah lilitan (turn) = perubahan fluks magnet (weber/sec) Dalam kondisi ideal tanpa rugi-rugi perbandingan lilitan antara keduanya merupakan perbandingan tegangan antara kedua sisinya.namun pada kenyataannya daya masukkan tidak pernah sama dengan daya keluaran. Terdapat rugi-rugi yang terjadi di inti besi dan lilitan. Rugi-rugi tersebut terjadi akibat histerisis arus eddy resistansi belitan dan fluks bocor.dalam model rangkaian (rangkaian ekivalen) yang dipakai untuk menganalisis kerja suatu transformator adanya fluks bocor Φ1 dan Φ2 ditunjukkan sebagai reaktansi X1 dan X2. Sedangkan rugi tahanan ditunjukkan dengan R1 dan R2. Dengan demikian model rangkaian dapat dilihat pada Gambar 1. Gambar 1. Rangkaian ekivalen tranformator Rugi-rugi pada transformator dapat diklasifikasikan atas rugi-rugi primer rugi-rugi sekunder dan rugi-rugi inti (besi). Rugi-rugi primer dan sekunder adalah rugi-rugi daya nyata dalam I 2 Rwatt. Rugi-rugi ini akibat resistansi dari masingmasing belitan yaitu belitan primer dan sekunder. Apabila transformator tidak dibebani maka rugirugi daya pada sekunder adalah nol. Berikut skema dari rugi-rugi yang ada pada transformator pada Gambar 2. Gambar 2. Blok diagram rugi-rugi pada transformator i. Rugi Tembaga (P Cu ) Rugi yang disebabkan arus mengalir pada kawat tembaga dapat ditulis sebagai berikut : P Cu = I 2 R(watt) (2) Formula ini merupakan perhitungan untuk pendekatan. Karena arus beban berubah-ubah rugi tembaga juga tidak konstan bergantung pada beban. Dan perlu diperhatikan pula resistansi disini merupakan resistansi AC. ii. 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. Adapun penjelasan tentang kedua jenis rugi inti tersebut adalah sebagai berikut : -14- copyright @ DTE FT USU

iii. Rugi Hysteresis yaitu rugi-rugi yang disebabkan oleh fluks bolak-balik pada inti besi yang dinyatakan sebagai : Ph= (watt) (3) Kh = Konstanta Bmax = Fluks maksimum (weber) iv. Rugi Eddy Current yaitu rugi-rugi yang disebabkan oleh arus pusar pada inti besi yang dinyatakan sebagai : Pe= (watt) (4) Kh = Konstanta Bmax = Fluks maksimum (weber) Jadi rugi besi (inti) adalah Pi = Ph + Pe (watt) (5) Perhitungan biaya rugi-rugi daya pada transformator distribusi terdiri dari dua yaitu perhitungan biaya rugi daya tanpa beban dan biaya rugi daya berbeban. Hasil dari kedua biaya ini merupakan biaya total untuk transformator. Rugi-rugi yang terjadi pada inti besi trafo merupakan rugi-rugi daya tanpa beban. Besarnya rugi rugi ini dapat diukur saat trafo tidak dibebani. Besarnya rugi daya tanpa beban adalah tetap dan dapat dihitung dengan persamaan 6. Btb = ( 8760 x Btl ).Rbn (6) Btb = Biaya rugi daya tanpa beban (Rp/tahun) 8760 = jumlah waktu dalam satu tahun (jam/tahun) Btl = Biaya tenaga listrik (Rp/Kw per tahun) Rbn = Rugi daya tanpa beban/ rugi beban nol (Kw) Biaya rugi-rugi daya berbeban besarnya akan berubah berdasarkan perubahan beban unit trafo yang ada. Jika beban naik maka rugi-rugi daya berbeban akan naik juga sehingga biayanya akan naik juga. [1] [2] Dalam perhitungan biayanya harus dimasukkan factor pertumbuhan beban responsibility factor dan factor rugi-rugi. Biaya rugi-rugi berbeban dapat dihitung dengan persamaan 8. Bb = ( Fr.8760.Btl ).Rb (Pmaks/Sn) 2.k (8) Bb = Biaya rugi daya berbeban tahun ke-n (Rp/thn) Rb = rugi daya berbeban trafo Smaks = Daya maksimal trafo (KVA) Fr = Faktor rugi-rugi k = Faktor pertumbuhan beban k = ( ) ( ) ( ). (9) [( ) ( ) ][( ) ] i = tingkat bunga pertahun r = tingkat pertumbuhan beban pertahun n = jumlah tahun pengusahaan Jadi biaya rugi-rugi daya total setiap tahun adalah : Brt (n) = Btb (n) n = jumlah tahun pengusahaan Jadi biaya rugi-rugi daya total setiap tahun adalah : Brt (n) = Btb (n) + Bb (n) = ( Bdl + 8760.Btl ).Rtb + ( Bdl.Rf + Fr.8760.Btl).Rdb (Smaks/Sn) 2 (10) Faktor rugi-rugi trafo dapat dicari dengan persamaan Fr = Fb (c) + (1-c) Fb 2 (11) Fb = 100% Fb = Faktor beban [3] Pr = Daya rata-rata Pmax = Daya yang tertinggi saat beban puncak c = Konstanta untuk sistem distribusi 0.15 dan sistem transmisi 0.3 3. Metode Penelitian Penelitian ini dilakukan dengan cara pengambilan data pembebanan trafo distribusi pada PT. PLN (PERSERO). Data trafo pada Tabel 1merupakan dua trasnformator distribusi yang dibandingkan dan memiliki kapasitas sama yaitu 400 kva. Tabel 1. Spesifikasi trafo I dan II Trafo I Trafo II Kapasitas trafo 400 kva 400kVA Phasa trafo 3 3 Tegangan primer 20 kv 20 kv Tegangan sekunder 400 V 400 V Impedansi 4 % 4 % Frekuensi 50 Hz 50 Hz Hubungan belitan Dyn5 Dyn5 Rugi Besi 925 W 840 W Rugi Tembaga 4400 W 4600 W Berat Trafo 1600 Kg 1300 Kg -15- copyright @ DTE FT USU

4. Perhitungan Total Biaya Rugi Daya Untuk menghitung besarnya rugi daya total pada trasformator diperlukan data pengujian tanpa beban (rugi besi) dan pengujian berbeban (rugi tembaga) yang sudah terdapat pada masing-masing trafo distribusi. Nilai rugi-rugi daya aktif dari data rugi besi dan rugi tembaga akan dihitung biaya yang dihasilkan serta menghitung nilai investasi dari masing-masing transformator. Untuk menghitung besar rugi daya berbeban maka diperlukan faktor kerugian beban maksimum trafo serta faktor K. Faktor-faktor diatas dapat diperoleh dari data pembebanan trafo distribusi yang terpasang pada Tabel 2. Tabel 2. Data trafo distribusi terpasang Alamat M.Yamin Kode UPJ/Nama UPJ 12001/ MEDAN KOTA Gardu induk Glugur Penyulang GU3 Kode gardu MK211-1 Tipe gardu Gardu portal Pembebanan 581 % Temperatur 37 C Power factor 0965 Kurva beban harian dari trafo distribusi untuk trafo terpasang diatas dapat dilihat pada Gambar 3. Daya trafo 300 270 240 210 180 150 120 90 60 30 0 1:00 3:00 5:00 kurva beban harian 7:00 Gambar 3. Kurva beban harian 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 daya 23:00 Daya terpasang = 400 = 23240 = 224.3 kw Dari gambar 2 dapat dilihat daya puncak = 20658 kw Daya rata-rata = = 150932 Untuk mencari faktor kerugian dapat dihitung dengan persamaan [1] : Faktor kerugian = Faktor beban (c) + (1-c) (Faktor beban) 2 Faktor beban = = = 073 Dari hasil yang diperoleh dari perhitungan diatas maka : Faktor kerugian = Faktor beban (c) + (1-c) (Faktor beban) 2 = 073 (015) + (1-015) (073) 2 = 0109 + 0453 = 056 Untuk kenaikan beban trafo terpasang dan faktor K setiap tahunnya dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Daya terpasang dan factor K Tahun Daya Terpasang Faktor K 1 2324 102 2 24595 123 3 25822 127 4 27546 131 5 29152 137 6 30852 141 7 3265 146 8 34553 152 9 36568 156 10 387 162 Untuk perhitungan rugi daya tanpa beban dapat dihitung sebagai berikut. Untuk trafo I dengan rugi beban nol (Rbn) = 925 Watt = 0925 kw Btb = ( 8760 x Btl ).Rbn = ( 8760 x Rp. 103000 ) 0925 = Rp. 8.346.09000 Untuk trafo II dengan rugi beban nol (Rbn) = 840 Watt = 0840 kw Btb = ( 8760 x Btl ).Rbn = ( 8760 x Rp. 103000) 0840 = Rp. 7.579.15200 Untuk perhitungan rugi daya berbeban dapat dihitung sebagai berikut. Untuk trafo I Rugi berbeban (rugi tembaga = 4400 Watt) Perhitungan untuk tahun pertama : Bb = ( Fr. 8760. Btl ). Rb. (Pmaks/Sn) 2.k = (056. 8760. Rp. 103000). 44 (2324/400 ) 2. 102 = (Rp. 5.052.76800).(148) = Rp. 7.478.09664 Untuk trafo II Rugi berbeban (rugi tembaga = 4600 Watt) Perhitungan untuk tahun pertama : -16- copyright @ DTE FT USU

Bb = ( Fr. 8760. Btl ). Rb. (Pmaks/Sn) 2.k = (056. 8760. Rp. 103000). 46 (2324/400 ) 2. 102 = (Rp. 5.052.768).(168) = Rp. 8.488.65024 Besar biaya selama 10 tahun ke depan untuk trafo I dan II dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4. Rugi Berbeban trafo I dan II Tahun Biaya Trafo I Biaya Trafo II 1 Rp. 7.478.09664 Rp. 8.488.65024 2 Rp. 10.117.86475 Rp. 11.065.56192 3 Rp. 11.576.29571 Rp. 12.530.86464 4 Rp. 13.440.362.88 Rp. 14.653.027.20 5 Rp. 15.764.63616 Rp. 17.179.411.20 6 Rp. 18.494.94988 Rp. 19.705.79520 7 Rp. 21.422.92788 Rp. 22.396.69733 8 Rp. 25.344.68429 Rp. 26.496.71539 9 Rp. 29.133.04762 Rp. 30.821.88480 10 Rp. 33.855.16249 Rp. 35.874.65280 Total biaya rugi daya dapat dihitung dengan menjumlahkan biaya rugi daya tanpa beban dan rugi biaya berbeban[4][5]. Biaya rugi daya total (n) = biaya rugi tanpa beban(btb) + biaya rugi berbeban(bb) Biaya rugi daya total untuk trafo I dapat dihitung sebagai berikut : Untuk tahun pertama Biaya rugi daya total = Rp. 7.629.67968 + Rp. 8.346.09000 = Rp. 15.975.76968 Biaya rugi daya total untuk trafo II dapat dihitung sebagai berikut : Biaya rugi daya total = Rp. 7.579.15200 + Rp. 8.488.65024 = Rp. 16.067.80224 Untuk biaya rugi daya total sampai tahun ke-10 dapat dilihat pada Tabel 5. Tabel 5. Total biaya rugi daya trafo I dan II Tahun Biaya Trafo I Biaya Trafo II 1 Rp. 15.824.18664 Rp. 16.067.80224 2 Rp. 18.463.95475 Rp. 18.644.71392 3 Rp. 19.922.38571 Rp. 20.110.01664 4 Rp. 21.786.452.88 Rp. 22.232.17920 5 Rp. 24.110.726.16 Rp. 24.758.56320 6 Rp. 26.841.03988 Rp. 27.284.94720 7 Rp. 29.769.01788 Rp. 29.975.84933 8 Rp. 33.690.77429 Rp. 34.075.86739 9 Rp. 37.479.13762 Rp. 38.401.03680 10 Rp. 42.201.25249 Rp. 43.453.80480 Juta 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Gambar 4. Grafik perbandingan biaya total trafo I dan trafo II Dari Tabel 5 dan Gambar 4 dapat dilihat bahwa total biaya rugi daya pada trafo I lebih kecil dari trafo II. Hal ini menunjukkan total rugi daya pada trafo I lebih baik dibandingkan rugi daya pada trafo II. 5. Kesimpulan Setelah melakukan perhitungan data pada jurnal ini dapat disimpulkan sebagai berikut. 1. Pada perhitungan biaya rugi daya tanpa beban pada trafo I sebesar Rp. 8.346.09000 dan trafo II sebesar Rp. 7.579.15200. Dari perhitungan tersebut dapat dilihat biaya rugi daya tanpa beban pada trafo II lebih baik dibandingkan dengan trafo I. 2. Pada perhitungan biaya rugi daya berbeban untuk tahun pertama pada trafo I sebesar Rp. 7.478.09664 sedangkan pada trafo II sebesar Rp. 8.488.65024. Dari perhitungan tersebut dapat dilihat biaya rugi daya berbeban pada trafo I lebih baik dibandingkan dengan trafo II. 3. Pada perhitungan total biaya rugi daya total pada trafo I sebesar Rp. 15.824.18664 sedangkan pada trafo II sebesar Rp. 16.067.80224 dan berangsur-angsur naik pada tahun berikutnya. Dari perhitungan tersebut dapat dilihat rugi total biaya pada trafo I lebih kecil dari trafo II. Referensi 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Tahun Total biaya rugi daya trafo I Total biaya rugi daya trafo II [1] Pabla AS. 1994. Sistem Distribusi Tenaga Listrik. Jakarta. Erlangga. -17- copyright @ DTE FT USU

[2] IEEE Loss Evaluation Guide for Power Transformers and Reactors IEEE C57.120 1991 New York : IEEE 1991. [3] Gonen Turan. Electric Power Distribution System Engineering. McGraw-Hill Book Co-Singapore. Singapore. [4] RUS bulletin 1724E-301. 2004. Guide for the Evaluation of Large Power Transformer Losses. [5] REA bulletin. 1983. Guide for Economic Evaluation of Distribution Transformer. Hal 16-63. Rural Electrification Admisnistration. -18- copyright @ DTE FT USU