ANALISIS PENAMBAHAN TRANSFORMATOR 100 KVA SL383 TERHADAP TRANSFORMATOR 160KVASL098 UNTUK MENGURANGI LOSSES JARINGAN TEGANGAN RENDAH LAPORAN TUGAS AKHIR Disusun Sebagai Syarat Akhir Untuk Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma 3 oleh AGUS HASIBUAN NIM. 1105032098 PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2014
KATA PENGANTAR Puji dan Syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan karunia-nya yang memberikan pengetahuan, pengalaman, kekuatan dan kesempatan kepada penulis sehingga mampu menyelesaikan laporan tugas akhir ini. Laporan yang berjudul ANALISIS PENAMBAHAN TRANSFORMATOR 100 KVA SL383 TERHADAP TRANSFORMATOR 160 KVASL098 UNTUK MENGURANGI LOSSES JARINGAN TEGANGAN RENDAH ini dimaksudkan untuk menyelesaikan Program Pendidikan Diploma 3, Program Studi Teknik Listrik Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Medan. Dalam kesempatan ini, penulis ingin membahas tentang Penambahan Transformator SL098 Untuk Mengurangi Losses Jaringan Tegangan Rendah. Dalam proses pembuatan tugas akhir ini, penulis telah banyak mendapatkan bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak, baik berupa material, spiritual, informasi maupun segi administrasi oleh karena itu, sudah selayaknya penulis mengucapkan 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. Drs. Bahtera Tarigan, M.T., selaku Dosen Pembimbing dalam penulisan laporan ini,
5. Ir. Martin Sembiring selaku Dosen Wali EL-6E yang telah menasehati kami dan memberi saran, 6. Ayah dan Ibu tercinta yang telah banyak memberikan motivasi, doa, materi dan semangat bagi saya dalam menyelesaikan tugas akhir ini, 7. Untuk Abang dan adik-adikku tersayang yang telah memberikan semangat dan doa kepada saya, 8. Untuk rekan-rekan seperjuangan di Elektro, khususnya Elektro 6E Politeknik Negeri Medan. Walaupun penulis sudah berupaya semaksimal mungkin, namun penulis juga menyadari kemungkinan terdapat kekurangan dan kesilapan. Oleh karena itu, penulis juga mengharapkan saran-saran dan kritikan yang bersifat membangun. Semoga hasil dari tugas akhir ini dapat berguna bagi pembaca maupun penulis di kemudian hari. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih. Medan, 28 Agustus 2014 Penulis Agus Hasibuan
ABSTRAK Salah satu hal yang mutlak terjadi dalam pendisitribusian energi listrik adalah adanya losses atau rugi-rugi pada jaringan atau hilangnya energi listrik sebelum di ukur dan dipakai oleh pelanggan. Hilangnya energi listrik ini dapat terjadi karena sifat dari penghantar yang juga memakai energi listrik berupa daya yang berubah menjadi panas yang terjadi secara terus menerus. Ataupun losses belitan dan inti besi transformator. Salah satu upaya PT. PLN (Persero) Area Medan untuk mengurangi losses jaringan tegangan rendah adalah dengan menyisip transformator yang pembebanannya sudah melebihi atau mendekati kapasistas transformator. Adapun tujuan dari tulisan ini adalah untuk mengetahui hasil dari upaya pengurangan losses pada jaringan tegangan rendah yang di jual PT. PLN (Persero) Area Medan kepada pelanggan transformator SL098 di jalan T.B. Simatupang, Kecamatan Medan Sunggal dengan menambah transformator SL383 dimana transformator SL098 sudah melebihi kapasitas transformator tersebut. Perhitungan dilakukan dengan mengalikan nilai arus yang tercatat pada saat sebelum dan sesudah dilakukannya penambahan transformator SL383 pada transformator SL098 dengan nilai resistansi kabel berdasarkan pemasangan kabel penghantar pada jaringan tegangan rendah. Setelah selesai melakukan perhitungan didapat hasil bahwa dengan menambah transformator SL383 pada jaringan transformator SL098 dapat mengurangi nilai rugi-rugi daya pada jaringan. Kata kunci: Losses, resistansi, penambahan transformator.
DAFTAR ISI LEMBAR PERSETUJUAN... i LEMBAR PENGESAHAN... ii KATA PENGANTAR... iii ABSTRAK... v DAFTAR ISI... vi DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... xii DAFTAR LAMPIRAN... xiii BAB 1 PENDAHULUAN... 1 1.1. Latar Belakang... 1 1.2. Batasan Masalah... 2 1.3. Rumusan Masalah... 3 1.4. Tujuan Penulisan... 3 1.5. Manfaat Penulisan... 3 1.6. Pengumpulan Data... 3 1.7. Sistematika Penulisan.... 4 BAB 2 LANDASAN TEORI... 5 2.1. Sistem Distribusi... 5 2.1.1. Sistem Radial... 7 2.1.2. Sistem Loop... 8 2.1.3. Sistem Spindel... 9 2.2. Perencanaan Distribusi... 10 2.2.1. Faktor Perencanaan Distribusi... 12
2.2.2. Model Perencanaan Sistem Distribusi... 18 2.2.3. Klasifikasi Beban Listrik... 21 2.2.4. Memperikarakan Peningkatan Beban Listrik... 22 2.3. Rangkaian Tiga Phasa... 23 2.3.1. Rangkaian Tiga Phasa Beban Seimbang terhubung Bintang... 23 2.3.2. Rangkaian Tiga Phasa Beban Tidak Seimbang Terhubung Bintang... 28 2.3.3. Rangkaian Tiga Phasa Beban Tidak Seimbang dengan Impedansi pada Saluran Terhubung Bintang... 29 2.3.4. Faktor Daya... 32 2.3.5. Rugi-rugi DayaPada Saluran Penghantar... 33 2.4. Transformator Distribusi... 35 2.4.1. Komponen Transformator... 35 2.4.2. Rugi-rugi Daya... 40 2.4.3. Rangkaian Equivalent Transformator... 46 BAB 3 STUDI KASUS DAN PENGUMPULAN DATA... 52 3.1. Kondisi Transformator SL098... 52 3.2. Hasil Pengukuran Transformator SL098... 55 3.3. Penambahan Transformator SL383... 56 3.4. Hasil Pengukuran Transformator SL098 dan SL383... 58 BAB 4 ANALISIS... 60 4.1. Perhitungan Losses Jaringan saat sebelum Penambahan Transformator SL383 pada JaringanTransformator SL098.... 60 4.1.1. Losses Pada Penghantar... 60 4.1.2. Losses Pada Transformator... 69
4.1.3. Total Rugi Daya... 70 4.2. Perhitungan Losses Jaringan sesudahpenambahan Transformator SL383 pada Jaringan SL098... 71 4.2.1. Losses Pada Penghantar... 71 4.2.2. Losses Pada Transformator... 83 4.1.4. Total Rugi Daya... 84 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN... 85 5.1. Kesimpulan... 85 5.2. Saran... 85 DAFTAR PUSTAKA... 86 LAMPIRAN... 87
DAFTAR GAMBAR Gambar Halaman 2. 1 Sistem Tenaga Listrik... 6 2. 2 Konfigurasi Distribusi Radial... 7 2. 3 Konfigurasi Distribusi Loop... 8 2. 4 Konfigurasi Jaringan Spindle... 9 2. 5 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Peramalan Beban... 13 2. 6 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Pengembangan Gardu... 14 2. 7 Prosedur Pemilihan Gardu... 15 2. 8 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Lokasi Gardu... 15 2. 9 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Level Tegangan... 16 2. 10 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Lintasan Penyulang Primer... 17 2. 11 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Jumlah Penyulang Keluar... 17 2. 12 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Pemilihan Ukuran Konduktor... 17 2. 13 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Investasi Pengembangan Sistem Distribusi... 18 2. 14 Diagram Alur Perencanaan Distribusi... 19 2. 15 Gelombang sinusuidal tegangan AC 3 phasa... 24 2. 16 Gelombang vektor tegangan AC 3 phasa... 24 2. 17 Diagram vektor rangkaian segitiga seimbang... 26 2. 18 Diagram vektor rangkaian beban seimbang... 28 2. 19 Diagram vektor rangkaian bintang tidak seimbang... 29 2. 20 Rangkaian beban 1 phasa pada sistem 3 phasa... 30
2. 21 Rangkaian dan vektor beban tidak seimbang dengan impedansi kawat netral... 30 2. 22 Segitiga Daya... 32 2. 23 Konsep Dasar Transformator... 36 2. 24 Inti Besi Transformator... 36 2. 25 Belitan Transformator... 37 2. 26 Bushing Transformator... 38 2. 27 Konservator Transformator... 38 2. 28 Tap Changer Transformator... 40 2. 29 Rangkaian Belitan transformator... 46 2. 30 Diagram vektor rangkaian transformator... 47 2. 31 Rangkaian pengganti sederhana transformator... 48 2. 32 Rangkaian pengganti equivalent transformator... 48 2. 33 Rangkaian Pengujian Beban nol... 49 2. 34 Rangkaian Pengganti Magnetisasi Transformator... 49 2. 35 Rangkaian Pengujian Short Circuit... 50 3. 1 Pertumbuhan Beban SL098... 52 3. 2 Denah Daerah Kerja Pembebanan SL098... 53 3. 3 Kondisi Transformator SL098 Sebelum Penambahan SL383... 54 3. 4 Denah Daerah Kerja Pembebanan SL098 dan SL383... 56 3. 5 Transformator SL383... 57 4. 1 Denah Pembebanan transformator SL098 Jurusan A... 60 4. 2 Denah Pembebanan transformator SL098 Jurusan B... 63 4. 3 Denah Pembebanan transformator SL098 Jurusan C... 66
4. 4 Denah Pembebanan Transformator SL098 Jurusan B setelah penambahan SL383... 71 4. 5 Denah Pembebanan Transformator SL098 Jurusan C setelah penambahan SL383... 74 4. 6 Denah Pembebanan Transformator SL383 Jurusan A... 77 4. 7 Denah Pembebanan Transformator SL383 Jurusan B... 80
DAFTAR TABEL Tabel Halaman 2. 1 Besar Nilai Resistansi Penghantar Kabel TIC... 35 2. 2 Spesifikasi Transformator 3 Phasa... 45 3. 1 Nameplate Transformator SL098... 54 3. 2 Hasil Pengukuran Transformator SL098 di Lapangan... 55 3. 3 Nameplate Transformator SL383... 57 3. 4 Hasil Pengukuran Transformator SL098 Setelah Penambahan Transformator SL383... 58 3. 5 Hasil Pengukuran Transformator SL383 di Lapangan... 59 4. 1 Pengukuran losses SL098 Jurusan A sebelum penambahan SL383... 62 4. 2 Pengukuran losses SL098 Jurusan B sebelum penambahan SL383... 65 4. 3 Pengukuran losses SL098 Jurusan C sebelum penambahan SL383... 68 4. 4 Pengukuran losses SL098 Jurusan B setelah penambahan SL383... 73 4. 5 Pengukuran losses SL098 Jurusan C setelah penambahan SL383... 76 4. 6 Pengukuran losses SL383 Jurusan A... 79 4. 7 Pengukuran losses SL383 Jurusan B... 82
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran Halaman 1. Daerah Kerja UPB PT. PLN (Persero) P3B Sumatera Bagian Utara... 87 2 Sistem Tenaga Listrik PT. PLN (Persero) Wilayah Sumatera Utara... 88 3 Sistem Tenaga Listrik PT. PLN (Persero) Area Medan... 89 4 Contoh Sistem Distribusi Jaringan Loop kota Medan... 90 5 Contoh Sistem Distribusi Jaringan Spindel Kota Medan... 92 6 Konstruksi Low Voltage Cubicel (LVC)... 93
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang PT. PLN (Persero) sebagai perusahaan penyedia listrik kepada masyarakat sudah pasti harus melayani Masyarakat yang kebutuhan listrik yang semakin berkembang. Kebutuhan masyarakat yang berkembang ini pada umunya terjadi karena adanya pertambahan jumlah penduduk dan meningkatnya ketergantungan Masyarakat terhadap energi listrik dalam memenuhi kebutuhan hidupnya, kebutuhan listrik untuk sarana umum, kebutuhan listrik untuk kegiatan komersil, dan lain lain. Hal ini mengharuskan PT. PLN (Persero) mengerahkan segala resources yang ada untuk memenuhi suplai daya listrik ke pelanggan secara optimal. Dalam melaksanakan pelayanan kepada Pelanggan, PLN harus menjaga mutu tegangan dan frequensi serta tingkat keandalan kontinuitas dengan meminimalisir terjadinya gangguan pelayanan. PT PLN (Persero) memandang perlu peningkatan kualitas sistem kelistrikan di semuawilayah pelayanannya, dengantetap memberikan penekanan pada pelaksanaan empatprogram strategis PLN yaitu : a. Program peningkatan penjualan b. Program peningkatan pelayanan c. Program peningkatan pendapatan d. Program penurunan rugi-rugi (losses) Salah satu faktor yang mempengaruhi kualitas sistim kelistrikan adalah kondisi darikonstruksi pada Jaringan distribusi tenaga listrik yang meliputi Jaringan TeganganMenengah (JTM), Gardu Distribusi, Jaringan Tegangan Rendah (JTR) dan SambunganTenaga Listrik (Rumah/Pelayanan). Dalam hal penyaluran energi listrik yang besar melalui jaringan baik transmisi tegangan tinggi, distribusi tegangan menengah yang mempunyai jarak yang cukup jauh dan adanya percabangan jaringan dapat menyebabkan terjadinya rugi-rugi energi listrik atau losses dikarenakan sifat-sifat energi listrik yang dapat hilang dengan berubah menjadi energi lain sebelum energi tersebut diterima/diukur untuk kebutuhan pelanggan. Mengingat tingginya
konsumsi tenaga listrik yang didistribusi melalui jaringan tegangan rendah maka PLN harus menyediakan jaringan tegangan rendah dengan mutu yang baik. Penyuplaian listrik melalui saluran udara tegangan rendah pada umunya memiliki losses yang terdapat pada saluran kabel dikarenakan adanya sifat resistif oleh hantaran, dan juga pada transformator yang menyerap energi tersendiri pada inti besinya dan pada belitannya. Tulisan ini akan membahas tentang analisis kuantitas energi listrik pada sistem distribusi jaringan tegangan rendah PT. PLN (Persero) Area Medan dalam upaya pengurangan rugi-rugi daya listrik dengan cara penambahan transformator baru (sisip) daerah kerja transformator SL098, jalan T.B. Simatupang, Kec. Medan Sunggal, Medan pada saat belum dilakukan penyisipan oleh PT. PLN (persero) Area Medan, dan setelah adanya penyisipan transformator SL383 di daerah kerja transformator SL098. 1.2. Batasan Masalah Tugas akhir ini membahas tentang studi analisis losses distribusi tegangan rendah. Dalam pembahasan ini, penulis membatasi pembahasan dalam ruang lingkup: - Analisis losses pada jaringan tegangan rendah tidak memperhitungkan faktor kondisi sambungan yang tidak baik, faktor harmonisa, ataupun faktor suhu kerja transformator yang dapat berubah-ubah. - Besar losses dan impedansi komponenpadatransformator dianggap memenuhi standard yang telah ditetapkan oleh SPLN tanpa memperhitungkan faktor umur, ataupun faktor rekondisi yang sudah mengalami perbaikan. 1.3. Rumusan Masalah Rumusan masalah dalam tugas akhir ini adalah: - Bagaimana penambahan transformator baru (sisip) dapat mengurangi losses jaringan? 1.4. Tujuan Penulisan Adapun tujuan penulisan adalah: - Untuk mempelajari kegunaan dari penambahan transformator baru (sisip) disitribusi listrik jaringan tegangan rendah sebagai upaya pengurangan losses jaringan.
- Untuk mengetahui hasil dari upaya pengurangan losses jaringan tegangan rendah dengan penambahan transformator SL098. - Sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikn mata kuliah Tugas Akhir semester VI mahasiswa Program Studi Teknik Listrik Jurusan Elektro Diploma 3 Politeknik Negeri Medan. 1.5. Manfaat Penulisan Adapun manfaat penulisan diharapkandapat dijadikan bahan informasi dalam mengetahui analisis penyuplaian energi listrik oleh PT. PLN (Persero) sehingga dapat mengantisipasi kehilangan energi yang lebih banyak diwaktu mendatang. 1.6. Pengumpulan Data Adapun metode yang dipakai untuk mengumpulkan data dalam penulisan tugas akhir ini adalah: - Studi Literatur Yaitu metode pengumpulan data dengan cara menggunakan bahan teori dari beberapa sumber pustaka atau tulisan yang dapat dipakai sebagai bahan perbandingan antara ilmu teori dan ilmu yang didapat dilapangan - Metode interview Yaitu metode pengumpulan data dengan cara bertanya secara langsung ke narasumber yang mengerti tentang pengerjaan dari bahan tugas akhir yang diteliti. - Metode Pengukuran langsung Yaitu metode pengumpulan data dengan cara langsung terjun kelapangan untuk mengetahui data yang terdapat dilapangan dengan menggunakan alat ukur. 1.7. Sistematika Penulisan. Tugas akhir ini berisi tentang hasil penelitian, hasil pengukuran dan hasil pengumpulan data. Untuk memudahkan pemahaman terhadap tugas akhir ini, maka disusunlah sistematika penulisan berdasarkan berikut:
- BAB 1 Pendahuluan. Bab ini berisikan tentang Latar Belakang Masalah, Batasan masalah,rumusan Masalah, Tujuan Penulisan, Metode Penulisan dan Sistematika Penulisan. - BAB 2 Landasan Teori. Bab ini berisikan tentang teori-teori yang didapat dari berbagai pustaka sebagai bahan pendukung dalam tugas akhir ini. - BAB 3 Studi Kasus dan Pengumpulan Data. Bab ini menggambarkan permasalahan dari tujuan tugas akhir ini, yang berisikan pengerjaan yang dilakukan oleh PT. PLN (Persero) Area Medan, pengumpulan data, dan hasil pengerjaan. - BAB 4 Analisis. Bab ini berisi tentang analisis dari hasil pengumpulan data saat dilakukannya pengerjaan. - BAB 5 Kesimpulan dan Saran. Bab ini berisikan kesimpulan dan saran dari hasil seluruh pengerjaan tugas akhir ini.