STUDI PENYISIPAN GARDU DISTRIBUSI DT-553 GUNA MENGANTISIPASI KERUSAKAN TRANSFORMATOR AKIBAT OVERLOAD (BEBAN LEBIH) PADA GARDU DISTRIBUSI DT-131 DAERAH KERJA PT PLN (PERSERO) RAYON DELI TUA LAPORAN TUGAS AKHIR Disusun Sebagai Syarat Akhir Untuk Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma 3 oleh FINA ENDANG SARI NIM. 1205032123 PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2015
KATA PENGANTAR Puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas rahmat dan karunia-nya yang memberikan pengetahuan, pengalaman, kekuatan dan kesempatan kepada penulis sehingga mampu menyelesaikan tugas akhir ini. Tugas akhir ini berjudul STUDI PENYISIPAN GARDU DISTRIBUSI DT-553 GUNA MENGANTISIPASI KERUSAKAN TRANSFORMATOR AKIBAT OVERLOAD (BEBAN LEBIH) PADA GARDU DISTRIBUSI DT-131 DAERAH KERJA PT PLN (PERSERO) RAYON DELI TUA sebagai syarat penyelesaian Program Pendidikan Diploma 3, Program Studi Teknik Listrik Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Medan. Dalam kesempatan ini, penulis membahas tentang Penyisipan Gardu Distribusi DT-553 Untuk Mengantisipasi Kerusakan Transformator Akibat Overload (Beban Lebih) Pada Gardu Distribusi DT-131. Dalam proses pembuatan tugas akhir ini, penulis telah banyak mendapatkan bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak, seperti dalam hal material, spiritual, dan informasi. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada: 1. M. Syahruddin, S.T., M.T, selaku Direktur Politeknik Negeri Medan, 2. Junaidi, S.T., M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Medan, 3. Ir. Gunoro, M.T., selaku Kepala Program Studi Teknik Listrik Politeknik Negeri Medan, 4. Ir. Martin Sembiring, M.T., selaku Dosen Pembimbing, 5. Ir. Ashuri, M.T., selaku Dosen Wali EL-6E, 6. Ayah dan Ibu tercinta yang telah banyak memberikan motivasi, doa, materi dan semangat kepada saya dalam menyelesaikan tugas akhir ini, 7. Kakak, abang, dan adik-adikku tersayang yang telah memberikan semangat dan doa kepada saya, 8. Bapak Manager PT PLN (Persero) Rayon Deli Tua serta seluruh pegawai yang telah membantu saya mengumpulkan data-data dan pengerjaan dalam tugas akhir ini, iii
9. Kakak-kakak D3K Politeknik Negeri Medan 2011 dan rekan-rekan seperjuangan khususnya EL-6E D3K Politeknik Negeri Medan 2012, serta sahabat-sahabat saya yang selalu memotivasi dan tidak bisa saya sebutkan satu persatu. Walaupun penulis sudah berupaya semaksimal mungkin, namun penulis juga menyadari kemungkinan terdapat kekurangan dan kekhilafan. Oleh karena itu, penulis juga mengharapkan saran-saran dan kristikan yang bersifat membangun. Semoga hasil dari tugas akhir ini dapat berguna bagi pembaca maupun penulis di kemudian hari. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih. Penulis, iv
ABSTRAK Penyaluran distribusi tenaga listrik kepada konsumen pengguna listrik tidak terlepas dari peran gardu distribusi terutama komponen utamanya adalah transformator. Pembebanan pada transformator adalah unsur terpenting yang harus diperhatikan karena penggunaan energi listrik yang semakin meningkat oleh konsumen. Meningkatnya konsumsi energi listrik maka pembebanan transformator pun semakin meningkat. Oleh sebab itu, dibutuhkan pengukuran arus sebagai bahan evaluasi terhadap meningkatnya pembebanan transformator yang dijabarkan pada bab 4. Jika terjadi pembebanan berlebihan pada transformator atau yang biasa disebut overload (beban lebih) mengakibatkan penyalurkan energi listrik kepada konsumen menjadi terganggu. Apabila penanganan atau pencegahan ini terlambat, maka dapat mengakibatkan kegagalan transformator. Supaya menghindari kegagalan transformator ini, maka penambahan transformator baru atau penyisipan transformator beserta komponen pada gardu distribusi menjadi solusi yang diharapkan mampu untuk mengatasi masalah overload pada transformator. Penulis membahas tetang penyisipan gardu distribusi DT-553 sebagai upaya untuk mengantisipasi rusaknya transformator DT-131 akibat overload. Sebelum penyisipan pada transformator DT-553, dilakukan pengukuran beban transformator DT-131. Dan setelah penyisipan transformator DT-553 dilakukan untuk membuktikan bahwa dengan penyisipan transformator DT-553 dapat mengurangi beban yang dipikul transformator DT-131. Kata : Beban, Transformator, Penyisipan, Overload v
DAFTAR ISI LEMBAR PERSETUJUAN...b LEMBAR PENGESAHAN... ii KATA PENGANTAR... iii ABSTRAK...v DAFTAR ISI... vi DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL...x DAFTAR LAMPIRAN... xi BAB 1...1 PENDAHULUAN...1 1.1 Latar Belakang...1 1.2 Rumusan Masalah...2 1.3 Batasan Masalah...2 1.4 Tujuan Penulisan...2 1.5 Manfaat Penulisan...2 1.6 Metode Penulisan...3 1.7 Sistematika Penulisan...3 BAB 2...4 LANDASAN TEORI...4 2.1 Sistem Distribusi Tenaga Listrik...4 2.2 Jaringan Distribusi...4 2.2.1 Jatuh Tegangan...8 2.2.2 Perhitungan Arus Percabangan Jurusan Pada Saluran Listrik...9 2.2.3 Rugi-Rugi Penghantar Jaringan... 11 2.3 Gardu Distribusi... 12 vi
2.4 Transformator Distribusi... 18 2.4.1 Transformator Tidak Berbeban... 18 2.4.2 Transformator Berbeban... 20 2.4.3 Rugi-Rugi dan Efisiensi Transformator... 21 2.4.4 Pengaturan Tegangan Transformator... 24 2.4.5 Perhitungan Arus Beban Penuh Transformator... 24 2.5 Faktor daya dan Daya Listrik... 26 BAB 3... 29 STUDI KASUS DAN PENGUMPULAN DATA... 29 3.1 Kondisi Gardu Distribusi DT-131... 29 3.2 Hasil Pengukuran Arus Pada Transformator DT-131... 32 3.3 Penyisipan Gardu Distribusi DT-553... 35 3.4 Pengukuran Arus Fasa Pada Transformator DT-131 dan DT-553 Setelah Penyisipan Gardu Distribusi... 38 BAB 4... 40 ANALISIS DATA TRANSFORMATOR DT-131 DAN DT-553... 40 4.1 Perhitungan Beban Transformator... 40 4.1.1 Perhitungan Beban Normal (LWBP) DT-131... 40 4.1.2 Perhitungan Beban Puncak (WBP) DT-131... 42 4.1.3 Analisis Perhitungan Beban Transformator DT-131... 45 4.2 Perbedaan Arus Incoming dengan Penjumlahan Arus Outgoing... 46 4.2.1 Perhitungan Jumlah Arus Outgoing Pada Transformator DT-131 Saat Beban Normal... 46 4.2.2 Perhitungan Jumlah Arus Outgoing Pada Transformator DT-131 Saat Beban Puncak... 49 4.2.3 Analisis Perbedaan Arus Incoming dengan Penjumlahan Arus Outgoing... 53 vii
4.3 Penyebab Gardu Distribusi DT-131 Disisip dengan Penambahan Gardu Distribusi DT-553 serta Tujuannya... 53 4.4 Upaya Yang Dilakukan Untuk Mengantisipasi Kerusakan Transformator Akibat Overload... 54 BAB 5... 56 SIMPULAN DAN SARAN... 56 5.1 Simpulan... 56 5.2 Saran... 56 DAFTAR PUSTAKA... 57 LAMPIRAN... 58 viii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2. 1 Konfigurasi jaringan radial...5 Gambar 2. 2 Skema sistem satu fasa radial...9 Gambar 2. 3 Skema arus I 1... 10 Gambar 2. 4 Bentuk fisik Fuse Cut Out... 14 Gambar 2. 5 Bentuk fisik Lightning Arrester... 16 Gambar 2. 6 Bentuk fisik NH Fuse... 17 Gambar 2. 7 Transformator dengan dua belitan... 18 Gambar 2. 8 Transformator tidak berbeban... 19 Gambar 2. 9 Transformator berbeban... 20 Gambar 2. 10 Diagram rugi-rugi transformator... 21 Gambar 2. 11 Rangkaian pengganti transformator... 24 Gambar 2. 12 Segitiga daya... 28 Gambar 3. 1 Pertumbuhan beban transformator DT-131 per tahun... 29 Gambar 3. 2 PHB-TR gardu distribusi DT-131... 30 Gambar 3. 3 Gardu distribusi DT-131... 30 Gambar 3. 4 Rencana penyisipan gardu distribusi DT-553... 33 Gambar 3. 5 PHB-TR gardu distribusi DT-553... 35 Gambar 3. 6 Gardu distribusi DT-553... 36 Gambar 4. 1 Vektor beban transformator DT-131 saat beban normal (LWBP)... 42 Gambar 4. 2 Vektor beban transformator DT-131 saat beban puncak (WBP)... 45 Gambar 4. 3 Vektor arus fasa R saat beban normal... 47 Gambar 4. 4 Vektor arus fasa S saat beban normal... 48 Gambar 4. 5 Vektor arus fasa T saat beban normal... 49 Gambar 4. 6 Vektor arus fasa R saat beban puncak... 50 Gambar 4. 7 Vektor arus fasa S saat beban puncak... 51 Gambar 4. 8 Vektor arus fasa T saat beban puncak... 52 ix
DAFTAR TABEL Tabel 2. 1 Nilai resistansi pada penghantar kabel TIC... 12 Tabel 2. 2 Rugi transformator satu fasa... 22 Tabel 2. 3 Rugi transformator tiga fasa... 23 Tabel 3. 1 Data gardu distribusi dan transformator DT-131... 31 Tabel 3. 2 Hasil pengukuran arus fasa pada transformator DT-131 bulan Mei 2014... 32 Tabel 3. 3 Hasil pengukuran arus pada transformator DT-131 bulan Desember 2014... 34 Tabel 3. 4 Data gardu distribusi dan transformator DT-553... 37 Tabel 3. 5 Hasil pengukuran arus pada transformator DT-131 setelah penyisipan gardu distribusi DT-553... 38 Tabel 3. 6 Hasil pengukuran arus pada transformator DT-553... 39 x
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 Diagram penyulang NR-5... 58 Lampiran 2 Pembebanan transformator DT-131 dan DT-553... 59 Lampiran 3 Data pengukuran dan perhitungan arus serta faktor daya transformator DT- 131 dan DT-553... 61 Lampiran 4 Data 66 buah transformator berbeban >80% tahun 2014... 63 Lampiran 5 Perlengapan Hubung Bagi Tegangan Rendah (PHB-TR)... 64 Lampiran 6 Konstruksi gardu distribusi double pole... 65 xi
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pertumbuhan ekonomi yang kini semakin meningkat menyebabkan meningkatnya permintaan akan kebutuhan listrik. Kebutuhan listrik yang semakin meningkat setiap tahunnya membutuhkan pelayanan jaringan listrik secara optimal dengan meninjau keberadaan komponen-komponen listrik seperti pada gardu distribusi yang meliputi perlengkapan hubung bagi dan transformator distribusi. Peninjauan komponen pada gardu distribusi ini dilakukan untuk menjaga kontinuitas pendistribusian listrik yang dilakukan kepada konsumen dalam skala panjang. Penyaluran energi listrik dari gardu distribusi ke rumah konsumen membutuhkan komponen yang sangat penting yaitu transfornator. Transformator distribusi akan bekerja secara optimal apabila beban listrik yang dipikul pada daerah jaringan transformator itu tidak melebihi kapasitas transformator distribusi tersebut. Ketika terjadi beban lebih (overload) pada suatu transformator mengakibatkan isolasi di dalam transformator menjadi panas yang berlebih disebabkan arus yang dibebani pada transformator sangat besar atau melebihi arus nominal dari transformator. Jika hal ini dibiarkan dan berlangsung lama, transformator menjadi rusak dan tidak dapat menyuplai energi listrik kepada konsumen. Oleh karena itu, untuk menghindari kerusakan pada transformator tersebut dilakukan penyisipan transformator atau penambahan transformator baru pada suatu daerah tersebut untuk mengantisipasi terjadinya overload (beban lebih). Berdasarkan data yang diperoleh dari PT PLN (Persero) Tahun 2014, terdapat 29 transformator rusak dari 400 buah transformator yang dimiliki PT PLN (Persero) Rayon Deli Tua. Lebih dari 50% kerusakan transformator disebabkan oleh overload (beban lebih). Hingga pada bulan Oktober 2014, terdapat 66 buah transformator dengan beban >80% dari kapasitas kemampuan suatu transformator tersebut. Upaya yang dapat dilakukan PT PLN (Persero) Rayon Deli Tua untuk mengantisipasi kerusakan transformator akibat beban lebih adalah dengan menyisipkan gardu distribusi. 1
2 Penyisipan ini dilakukan untuk mendistribusikan secara merata energi listrik kepada konsumen sehingga diharapkan kontinuitas pelayanan listrik kepada konsumen akan berjalan dengan lancar. Hal ini menarik perhatian penulis untuk menjadikan permasalahan di atas menjadi sebuah tugas akhir yang berjudul: Studi Penyisipan Gardu Distribusi DT-553 Guna Mengantisipasi Kerusakan Transformator Akibat Overlaod (Beban Lebih) Pada Gardu Distribusi DT-131 Daerah Kerja PT PLN (Persero) Rayon Deli Tua 1.2 Rumusan Masalah Permasalahan yang dibahas pada laporan tugas akhir ini adalah: 1.2.1 Bagaimana mengantisipasi kerusakan transformator akibat overload (beban lebih) pada gardu distribusi DT-131 Daerah Kerja PT PLN (Persero) Rayon Deli Tua. 1.2.2 Apa tujuan dari penyisipan gardu distribusi DT-553. 1.3 Batasan Masalah Dalam pembahasan dan penulisan laporan tugas akhir ini, penulis membatasi permasalahan pada ruang lingkup: 1.3.1 Membahas tentang pengukuran beban pada transformator DT-131. 1.3.2 Tidak membahas konstruksi gardu distribusi secara detail. 1.3.3 Tidak membahas ketidakseimbangan beban, drop tegangan, dan losses pada transformator distribusi. 1.4 Tujuan Penulisan Tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah: 1.4.1 Mengetahui upaya antisipasi transformator akibat overload (beban lebih). 1.4.2 Memenuhi syarat kelulusan perkuliahan di Politeknik Negeri Medan. 1.5 Manfaat Penulisan Manfaat dari penulisan tugas akhir ini adalah: 1.5.1 Penerapan teori yang diperoleh dari perkuliahan di Politeknik Negeri Medan dan Praktik Kerja Lapangan. 1.5.2 Agar penulis dan pembaca tahu cara mengantisipasi kerusakan pada transformator distribusi akibat overload.
3 1.6 Metode Penulisan Metode yang digunakan pada penulisan laporan tugas akhir ini adalah: 1.6.1 Metode literature Metode ini dilakukan dengan cara mengumpulkan bahan-bahan literature yang berkaitan dengan penyisipan gardu distribusi. 1.6.2 Metode lapangan Metode ini digunakan oleh penulis untuk mengumpulkan data-data yang dibutuhkan mengenai penyisipan transformator di PT PLN (Persero) Rayon Deli Tua. 1.6.3 Metode diskusi Metode ini dilakukan dengan diskusi oleh dosen pembimbing dan instruktur PKL mengenai judul tugas akhir ini. 1.7 Sistematika Penulisan Tugas akhir ini berisi tentang hasil penelitian, hasil pengukuran dan hasil pengumpulan data. Agar mempermudah pemahaman terhadap tugas akhir ini, maka disusun sistematika penulisan sebagai berikut: BAB 1 PENDAHULUAN Bab ini berisikan Latar Belakang, Rumusan Masalah, Batasan Masalah, Tujuan Tugas Akhir, Manfaat Tugas Akhir, dan Metode Pengumpulan Data. BAB 2 LANDASAN TEORI Bab ini berisikan tentang teori-teori yang mendukung penulisan tugas akhir ini. BAB 3 STUDI KASUS DAN PENGUMPULAN DATA Bab ini menggambarkan permasalahan dari tujuan tugas akhir ini, yang berisikan studi kasus penyisipan transformator dan pengumpulan data yang diperoleh dari PT PLN (Persero) Rayon Deli Tua. BAB 4 ANALISIS DATA TRANSFORMATOR DT-131 DAN DT-553 Bab ini berisikan tentang analisis dari hasil pengumpulan data saat dilakukannya pengerjaan. BAB 5 SIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisikan simpulan dan saran dari hasil pengerjaan tugas akhir ini.