STUDI TENTANG PENGUKURAN PARAMETER TRAFO DISTRIBUSI DENGAN MENGGUNAKAN EMT (ELECTRICAL MEASUREMENT & DATA TRANSMIT) Rolly Elmondo Sinaga, Panusur S.M.L. Tobing Konsentrasi Teknik Energi Listrik, Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA e-mail: sinaga.rolly@yahoo.com Abstrak Pemeriksaan fisik gardu dan pengukuran parameter trafo distribusi dilakukan secara berkala sebagai salah satu langkah pemantauan gardu (monitoring) maupun keperluan lainnya. Hasil ukur parameter trafo dapat di analisis, sehingga trafo dan komponen lain pada suatu Gardu Trafo Tiang (GTT) dapat terhindar dari kerusakan. Namun kenyataan di lapangan, ditemukan kesalahan pengukuran karena dilakukan secara konvensional, sehingga anilisis hasil ukurpun menjadi kurang tepat. Tulisan ini membahas tentang usaha mengurangi kesalahan pengukuran parameter trafo dengan menggunakan alat ukur dan aplikasi web bernama Electrical Measurement and Data Transmit (EMT), serta menganalisis data hasil ukurnya. Dari analisis data diperoleh, tingkat kesalahan alat ukur EMT tertinggi adalah 6,15%. Dengan menghitung efisiensi maksimum sebesar 98,9%, ditunjukkanlah bahwa pembebanan yang lebih besar akan mengurangi efisiensi trafo, akan tetapi pembebanan yang terlalu kecil juga menyebabkan efisiensi trafo yang rendah. Ketidakseimbangan beban MK328 saat pengukuran LWBP adalah 27,33% melebihi ketentuan sebesar 25%. Pembebanan yang lebih seimbang dapat menurunkan rugi-rugi akibat adanya arus yang mengalir pada penghantar netral. Nilai THD arus MK328 melebihi ketentuan IEEE 519-1992 tentang standar harmonisa arus. Kapasitas trafo MK328 dan JH184 adalah sebesar 160 kva, namun akibat THD, terjadi penurunan kemampuan pada trafo (derating). Penurunan paling signifikan terjadi pada MK328 menjadi 136,89 kva, sementara pada JH184 daya trafo hanya turun menjadi 152,16 kva. Kata Kunci: EMT, Pengukuran Parameter Trafo 1. Pendahuluan Pengukuran parameter trafo pada sebuah GTT merupakan pekerjaan rutin yang dilakukan oleh PLN, sebagai salah satu langkah pemantauan gardu (monitoring) maupun keperluan lainnya. Pengukuran gardu trafo tiang dengan metode konvensional biasanya dilakukan dengan pengukuran manual, yaitu mengukur kemudian mencatat hasil pengukuran untuk kemudian di masukkan data hasil ukurnya (data entry) menggunakan aplikasi SIGD (Sistem Informasi Gardu Distribusi). Metode lain dalam pengukuran gardu trafo tiang adalah Electrical Measurement and Data Transmit (EMT) yang dapat diakses disetiap komputer yang memiliki fasilitas internet. Sistem ini dapat meminimalisir kemungkinan kesalahan pengukuran beban dan meningkatkan keakuratan data hasil ukur. 2. Pengukuran Parameter Trafo Pada Gardu Trafo Tiang Data hasil pengukuran parameter trafo digunakan sebagai dasar untuk melakukan tindakan pemeliharaan preventif, berdasarkan regulasi PLN yang tertuang dalam Keputusan Direksi No.074.K.DIR/2008 tentang Pedoman Manajemen Aset dan Surat Edaran Direksi No. 040.E/152/DIR/1999, tentang program manajemen transformator distribusi yang jelas dan pengendalian yang konsisten oleh pengelola aset sistem distribusi. Efisiensi transformator adalah perbandingan antara daya output dengan daya input. Secara matematis dapat dituliskan : = Σ 100%... (1) -122- copyright @ DTE FT USU
Efisiensi maksimum dari sebuah trafo didapatkan ketika rugi inti sama dengan rugi tembaga. =.......(2) dan rugi inti adalah: = +...... (3) dengan memperhatikan sisi primer, dimana: =...... (4) maka : = 1....... (5) dengan men-diferensialkan kedua bagian, didapatkan: = 0 +... (6) Dengan demikian, untuk efisiensi maksimum berlaku persamaan (6), atau dengan kata lain =. Untuk mencari daya dengan efisiensi maksimum dari sebuah trafo, dapat ditentukan dengan menggunakan rumus: =... (7) Efisiensi untuk setiap persentase pembebanan dari sebuah trafo akan berubahubah, dikarenakan rugi tembaga juga berubah. Dari persamaan (1), didapatkan efisiensi sebuah trafo dengan pembebanan yang berbeda-beda. Dengan menggunakan nilai x sebagai perbandingan antara pembebanan dalam kva dengan daya trafo terpasang. =... (8) Pada trafo distribusi, yang dimaksud pembebanan keadaan tidak seimbang adalah keadaan di mana salah satu atau kedua syarat keadaan seimbang tidak terpenuhi. Jika arus (I) adalah besaran arus 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 dan c sebagai berikut : =. ; =. ; =. Bila faktor daya di ketiga fasa dianggap sama walaupun besarnya arus berbeda, maka besarnya daya yang disalurkan dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut: = ( + + )......(10) Dari syarat koefisien a,b, dan c, dapat diperoleh rata-rata ketidakseimbangan beban dalam persen (%) adalah[2]: = 100%... (11) Standar yang digunakan sebagai batasan harmonisa adalah Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). Tindakan korektif akan diambil untuk mengurangi distorsi ke tingkat yang diizinkan. Standar IEEE 519-1992 menetapkan batas distorsi arus harmonisa pada jaringan distribusi, yang besarnya tergantung pada beban pelanggan. Standar harmonisa tegangan pada IEEE 519-1992 diperlihatkan pada Tabel 1: Tabel 1. Standar Harmonisa Tegangan[3]. dengan demikian, maka: = Σ 100%... (9) Karakteristik efisiensi sebuah trafo terhadap pembebanan dapat diperlihatkan pada Gambar 1: Standar harmonisa arus pada IEEE 519-1992 diperlihatkan pada Tabel 2: Tabel 2. Standar Harmonisa Arus[3]. Gambar 1. Karakteristik Efisiensi terhadap pembebanan[1]. -129- copyright @ DTE FT USU
Untuk standar pembatasan harmonisa arus, ditentukan oleh rasio dari /. adalah arus hubung singkat dan adalah arus beban nominal fundamental. Kedua nilai tersebut dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan: Peralatan EMT-PORTABLE ditempatkan sedemikian rupa pada sebuah tas ransel yang dapat dibawa dengan mudah. Tas dan seluruh perlengkapannya dapat dilihat pada gambar (3). =... (12) = %... (13) Dengan demikian rasio hubung singkat dapat ditentukan dengan[3]: =... (14) Harmonisa pada sistem distribusi menimbulkan panas, sehingga akan terjadi penurunan kapasitas daya terpasang (derating) pada transformator tersebut. Digunakanlah metode perhitungan nilai THDF (Transformator Harmonic Derating Factor). Nilai kva baru trafo dapat ditentukan dengan menggunakan rumus sebagai berikut: =... (15) maka faktor penurunan kapasitas trafo: ( ) 100%... (16) Dalam keadaan ideal (gelombang sinusoidal murni), nilai THDF = 1, sehingga tidak terjadi penurunan kapasitas pada transformator[4]. Pengukuran trafo pada EMT memanfaatkan teknologi SMS Gateway untuk mengirimkan data hasil ukur gardu ke server, kemudian data-data tersebut disimpan kedalam data base server yang dapat diakses serta diunduh data hasil ukur gardunya via internet[5]. Secara sederhana, topologi pengukuran trafo menggunakan EMT diperlihatkan pada Gambar 2: Gambar 3. EMT-PORTABLE[5]. Pada tas emt-portable terdapat peralatan atau perangkat yang sudah terintegrasi dan tambahan peralatan lainnya[5]. 3. Metodologi Penelitian Metodologi penelitian yang diterapkan pada studi tentang penggunaan EMT ini adalah sebagai berikut: 1. Melakukan penelitian terhadap peralatan EMT-PORTABLE dan mendapatkan prinsip kerjanya; 2. Melakukan perhitungan terhadap hasil ukur EMT, baik kesalahan alat itu sendiri (error), pembebanan trafo, efisiensi trafo, ketidakseimbangan trafo, standar harmonisa trafo, dan derating trafo (THDF); 3. Diagram tahapan penelitian pada tulisan ini dapat dilihat pada Gambar 4: Gambar 2. Topologi EMT[5]. Gambar 4. Diagram Tahapan Penelitian. 4. Hasil dan Analisis Pengukuran Parameter Trafo Distribusi menggunakan Alat Ukur EMT membutuhkan -130- copyright @ DTE FT USU
besaran-besaran masukan (input), diantaranya arus, tegangan, suhu dan besar kapasitas trafo yang diukur. Untuk besaran listrik (arus dan tegangan) sinyal masukan akan diolah untuk kemudian dikirimkan ke server, sehingga hasil ukur pada sisi tegangan rendah dapat ditampilkan pada web aplikasi. Alur proses pengukuran parameter trafo pada sebuah gardu trafo tiang menjadi data text yang dapat ditampilkan di web secara sederhana dapat diperlihatkan pada skema sistem EMT pada Gambar 5. Data hasil ukur trafo MK328 saat pengukuran WBP diperlihatkan pada tabel 4: Tabel 4. Data Ukur WBP MK328[6]. Gambar 5. Sistem EMT Rangkaian pengukuran tegangan pada PM 800 menggunakan voltage reducer dan rangkaian pengukuran arus berupa resistor shunt yang sudah terintegrasi, sehingga keluarannya (output) berupa sinyal tegangan yang kecil. Data hasil ukur trafo MK328 saat pengukuran LWBP diperlihatkan pada tabel 3: Tabel 3. Data Ukur LWBP MK328[6]. Data hasil ukur trafo JH184 saat pengukuran LWBP diperlihatkan pada tabel 5: Tabel 5. Data Ukur LWBP JH184[6]. Data hasil ukur trafo JH184 saat pengukuran WBP diperlihatkan pada tabel 6: -131- copyright @ DTE FT USU
Tabel 6. Data Ukur WBP JH184[6]. Karakteristik efisiensi terhadap perubahan beban ditunjukkan pada Gambar 6: Persentase pembebanan pada sebuah trafo dapat ditentukan menggunakan rumus: % = ( + + ) 100% Dari hasil perhitungan dapat dilihat bahwa, persentase pembebanan trafo antara tampilan web dan perhitungan tidak sama. Besarnya error tersebut dapat dihitung sebagai berikut: % = % % 100% % Persentase kesalahan ukur EMT diperlihatkan pada tabel 7: Tabel 7. Persentase kesalahan alat ukur EMT. Gambar 6. Karakteristik Efisiensi terhadap Pembebanan. Berdasarkan Prosedur Test Pengukuran unjuk kerja Transformator distribusi yang dilakukan oleh PLN, standar ketidakseimbangan beban yang diizinkan adalah maksimum sebesar 25%. Ketidakseimbangan beban pada Gardu MK328 dan JH184 diperlihatkan pada Tabel 9: Tabel 9. Ketidakseimbangan Pembebanan Gardu MK328 dan JH184. Nilai Transformator Harmonic Derating Factor (THDF) pada pengukuran pada masingmasing trafo dapat dihitung menggunakan persamaan 17: ( ) ( ) 100% (17) Dari perhitungan efisensi trafo pada MK328 dan JH186 saat kapasitas trafo yang sama yaitu sebesar 160 kva, dengan efisiensi maksimum sebesar 98,9% pada 55% pembebanan. Besarnya perubahan efisiensi terhadap perubahan beban pada kedua trafo tersebut diperlihatkan pada Tabel 8: Tabel 8. Perubahan efisiensi terhadap pembebanan. Dari nilai THDF MK328 saat pengukuran LWBP, didapatkanlah penurunan kemampuan trafo (derating) menjadi 142,53 kva. Akibat pengaruh harmonisa, trafo MK328 mengalami penurunan kemampuan kapasitas (derating) LWBP sebesar 17,47 kva. Saat pengukuran WBP, THDF = 85,56 %. Dari nilai THDF saat pengukuran WBP didapatkanlah penurunan kemampuan trafo (derating) menjadi: = 85,56% 160 Akibat pengaruh harmonisa, trafo MK328 mengalami penurunan kemampuan kapasitas (derating) sebesar: = 160 136,89-132- copyright @ DTE FT USU
Tanpa pengaruh harmonisa, berdasarkan pengukuran WBP (malam), Trafo MK328 telah dibebani sebesar 102,4 % dari daya pengenalnya. Artinya MK328 mengalami beban lebih sebesar 3,84 kva. Akan tetapi akibat pengaruh harmonisa yang menyebabkan penurunan kemampuan daya trafo (derating), trafo mengalami beban lebih yang aktualnya lebih tinggi, yaitu : h = (102,4 % 160) 136,89 h Dari nilai THDF saat pengukuran LWBP JH184, didapatkanlah penurunan kemampuan trafo (derating) menjadi 150,72 kva. Trafo JH184 mengalami penurunan kemampuan kapasitas (derating) sebesar 9,28 kva. Dari nilai THDF saat pengukuran WBP JH184 didapatkanlah penurunan kemampuan trafo (derating) menjadi: = 95,06% 160 Akibat pengaruh harmonisa, trafo JH184 mengalami penurunan kemampuan kapasitas (derating) sebesar: = 160 152,1 Pada Trafo JH184, penurunan kapasitasnya akibat harmonisa tidak terlalu signifikan, karena pembebanan trafo JH184 masih tergolong kecil. Dengan kata lain, besar pembebanan juga berpengaruh terhadap derating trafo, dimana pembebanan yang lebih tinggi akan menyebabkan penurunan kapasitas trafo yang tinggi dan demikian sebaliknya. 5. Kesimpulan Dari data hasil pengukuran, perhitungan dan analisis data ukur parameter gardu, dapat diambil kesimpulan bahwa: 1. Masih terdapat kesalahan pengukuran (error) pada alat ukur EMT. Error paling besar terjadi saat pengukuran WBP gardu MK328 sebesar 6,15%; 2. Pembebanan yang lebih besar akan mengurangi efisiensi trafo, akan tetapi pembebanan yang terlalu kecil juga menyebabkan efisiensi trafo yang rendah; 3. Dari analisis ketidakseimbangan pembebanan pada kedua Trafo, hanya pada pengukuran siang (LWBP) gardu MK328 saja yang tidak memenuhi ketentuan ketidakseimbangan maksimal, yaitu sebesar 27,33% dari ketentuan sebesar 25%; 4. Pembebanan yang lebih seimbang dapat menurunkan rugi-rugi akibat mengalirnya arus pada penghantar netral. 5. Dari standar harmonisa tegangan, trafo MK328 dan JH184 keduanya memenuhi ketentuan sesuai IEEE 519-1992. Akan tetapi, trafo MK328 tidak memenuhi standar harmonisa arus, karena hampir seluruh % THD arusnya melebihi ketentuan; 6. Pengaruh harmonisa yang menyebabkan derating trafo paling signifikan dialami oleh Trafo Gardu MK328 saat terjadi beban lebih pada WBP sebesar 102% pembebanan. Beban lebih yang seharusnya hanya sebesar 3,84 kva meningkat menjadi 26,95 kva akibat pengaruh harmonisa. Fenomena ini akan berkaitan langsung dengan umur trafo yang dapat menjadi lebih singkat. Sedangkan pada trafo JH184 derating trafo tidak terlalu signifikan, karena pembebanan yang lebih rendah akan menyebabkan penurunan kapasitas trafo yang juga rendah dan demikian sebaliknya. 6. Daftar Pustaka [1] Theraja, B.L. & Theraja, A.K., A Text Book of Electrical Technology, New Delhi: S.Chand and Company Ltd., 2001. [2] Sopyandi, Endi, Pengaruh Ketidakseimbangan Pembebanan Pada Trafo Distribusi, 15 Oktober 2012. [3] Dugan, Roger C., Electrical Power Systems Quality, New York: The McGraw-Hill Companies, 2004. [4] Tribuana, Nanan,dkk., Pengaruh Harmonik pada Transformator Distribusi, April 1999. [5] Manual Book PATTINDO, EMT- PORTABLE. [6] Website Data Hasil Pengukuran Gardu PT.PATTINDO, [online]. Tersedia: http://emt.pattindo.net/plnsumut/measurement/login.php -133- copyright @ DTE FT USU