ANALISA JATUH TEGANGAN PADA JARINGAN DISTRIBUSI 20 kv DI FEEDER PENYU DI PT. PLN (PERSERO) RAYON BINJAI TIMUR AREA BINJAI LAPORAN TUGAS AKHIR Disusun Guna Memenuhi Persyaratan Untuk Menyelesaikan Program Diploma III oleh ANGGRAENY GLORY PURBA 1205032113 PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2015
ABSTRAK Letak transformator pada jaringan distribusi memiliki keterkaitan dengan besar jatuh tegangan, dimana semakin jauh letak transformator tersebut maka jatuh tegangan semakin besar. Sedangkan seperti yang kita pahami bahwa tegangan listrik merupakan salah satu besaran yang sangat penting diperhatikan, baik dari sisi pembangkitan, penyaluran, maupun distribusi tenaga listrik. Pada penyaluran tenaga listrik, mulai dari pembangkit tenaga listrik, penyaluran atau transmisi, sampai kepada konsumen dari tenaga listrik baik konsumen tegangan distribusi skala menengah, maupun sampai kepada tegangan rendah sudah memiliki standar tegangan yang diatur. Namun, terdapat suatu persoalan, yakni penyaluran tenaga listrik memiliki jarak yang cukup jauh dari Gardu Induk (GI) untuk sampai kepada konsumen tenaga listrik, yang juga tentunya konsumsi energi yang oleh konsumen menimbulkan arus listrik yang cukup besar, sehingga terdapat jatuh tegangan sepanjang saluran yang dilalui. Dari hasil penelitian maka didapatkan nilai jatuh tegangan pada feeder Penyu sebesar 4,41 %. Persentase nilai jatuh tegangan pada feeder Penyu yaitu 4,41 % masih memenuhi standar besar jatuh tegangan yang diatur oleh PT. PLN (Persero) pada SPLN No. 72 Tahun 1987. Kata kunci: Transformator Distribusi 20 kv, Jatuh Tegangan, Saluran Udara Tegangan Menengah (SUTM) iii
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat dan karunia-nya penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir dengan judul Analisa Jatuh Tegangan Pada Jaringan Distribusi 20 kv Di Feeder Penyu Di PT. PLN (Persero) Rayon Binjai Timur Area Binjai guna melengkapi salah satu syarat menyelesaikan pendidikan program Diploma III Teknik Listrik Politeknik Negeri Medan. Laporan ini dapat dibuat dan diselesaikan berdasarkan pengetahuan dan pengalaman yang diperoleh penulis selama mengkuti perkuliahan dan tentunya tidak terlepas dari bantuan dan arahan pihak pembimbing materi dan teknis. Oleh karena itu, pada kesempatan ini 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 Elektro Politeknik Negeri Medan, 4. Ir. Gunoro, M.T. selaku Dosen Pembimbing yang telah membimbing dan memberikan petunjuk dalam penyelesaian Tugas Akhir ini, 5. Seluruh staff dan pengajar Program Studi Teknik Elektro Politeknik Negeri Medan, 6. Orangtua penulis Drs. Miduk Purba, Ph.D dan Dra. Lisbeth Tampubolon, M.Si yang selalu memberikan doa, dorongan, pengarahan, serta motivasi kepada penulis, 7. Seluruh Pegawai PT PLN (Persero) Rayon Binjai Timur beserta outsourcing yang membantu penulis dalam pengerjaan Tugas Akhir ini, 8. Teman-teman program studi Teknik Listrik, terkhusus teman-teman D3K PLN kelas EL-6E 12 atas dukungan dan doanya kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. iv
Penulis menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan, untuk itu penulis menerima kritik dan saran yang bersifat membangun demi kesempurnaan laporan Tugas Akhir ini. Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi rekan mahasiswa/i yang membutuhkannya dalam menambah wawasan. Medan, 24 Agustus 2015 Penulis v
DAFTAR ISI LEMBAR PERSETUJUAN... i LEMBAR PENGESAHAN... ii ABSTRAK... iii KATA PENGANTAR... iv DAFTAR ISI... vi DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... x BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Batasan Masalah... 2 1.3 Rumusan Masalah... 2 1.4 Tujuan... 2 1.5 Manfaat... 2 1.6 Metode Pengumpulan Data... 3 1.6.1 Metode Kepustakaan... 3 1.6.2 Metode Bimbingan... 3 1.6.3 Metode Observasi... 3 1.7 Sistematika Penulisan... 3 BAB II LANDASAN TEORI... 5 2.1 Sistem Distribusi Tenaga Listrik... 5 2.2 Distribusi Primer... 9 2.2.1 Jaringan Radial... 11 2.2.2 Jaringan Hantaran Penghubung (Tie Line)... 12 2.2.3 Jaringan Lingkar (Loop)... 13 2.2.4 Jaringan Spindel... 14 2.2.5 Jaringan Gugus atau Sistem Kluster... 15 2.3 Distribusi Sekunder... 16 2.3.1 Pelayanan Dengan Transformator Tersendiri... 17 2.3.2 Penggunaan Satu Transformator Untuk Sejumlah Pemakai... 17 vi
2.3.3 Bangking Sekunder... 18 2.3.4 Jaringan Sekunder... 19 2.4 Gardu Distribusi... 21 2.5 Transformator Distribusi... 22 2.5.1 Prinsip Kerja Transformator... 23 2.5.2 Keadaan Transformator Tidak Berbeban... 24 2.5.3 Keadaan Trasformator Berbeban... 26 2.5.4 Perhitungan Arus Beban Penuh... 27 2.5.5 Rugi-rugi Pada Transformator... 28 2.5.5.1 Rugi Tembaga (P cu )... 28 2.5.5.1 Rugi Besi (P i )... 28 2.5.6 Hubungan Belitan Transformator... 29 2.5.6.1 Hubungan Bintang (Y)... 29 2.5.6.2 Hubungan Delta ( )... 30 2.5.6.3 Hubungan Zigzag (Z)... 30 2.5.7 Efisiensi Transformator Distribusi... 32 2.5.8 Spesifikasi Umum Daya Pengenal Transformator Distribusi... 32 2.6 Jenis Penghantar Pada Jaringan Tegangan Menengah... 33 2.7 Jatuh Tegangan... 33 2.7.1 Batas Persentase Tegangan Jatuh... 35 2.8 Usaha Memperbaiki Tegangan... 36 2.8.1 Penyeimbangan Beban... 36 2.8.2 Memperbesar Tegangan Kirim... 37 2.8.3 Memperbesar Penampang Hantaran... 37 2.9 Rugi-Rugi Pada Jaringan Distribusi... 37 2.9.1 Rugi-Rugi Tenaga... 38 2.9.2 Rugi-Rugi Pada Penghantar Phasa... 38 2.9.3 Losses Akibat Beban Tidak Seimbang... 39 BAB III ANALISA DAN PEMBAHASAN... 40 3.1 Umum... 40 3.2 Persamaan yang Digunakan Dalam Perhitungan... 40 vii
3.2.1 Perhitungan Besar Arus Pada Sisi Primer Transformator... 40 3.2.2 Perhitungan Jatuh Tegangan Pada Jaringan Distribusi Primer.. 40 3.2.3 Perhitungan Persentase Drop Voltage Pada Saluran Distribusi Primer... 41 3.3 Data Hasil Ukur KVA dan Dimensi Saluran Distribusi Primer yang Disalurkan dari Gardu Induk Paya Geli Menuju PT. PLN (Rayon Binjai Timur)... 41 3.4 Data Panjang dan Jenis Penghantar Antar Gardu Distribusi... 46 3.5 Perhitungan Arus Pada Setiap Gardu Distribusi... 48 3.6 Perhitungan Drop Tegangan di Feeder Penyu... 51 3.7 Pembahasan... 70 BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN... 72 4.1 Kesimpulan... 72 4.2 Saran... 72 DAFTAR PUSTAKA... 73 viii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Sistem Distribusi Tenaga Listrik... 5 Gambar 2.2 Skema Sistem Tenaga Listrik... 8 Gambar 2.3 Bagian-bagian Sistem Distribusi Primer... 10 Gambar 2.4 Konfigurasi Jaringan Radial... 11 Gambar 2.5 Konfigurasi Jaringan Tie Line... 12 Gambar 2.6 Konfigurasi Jaringan Loop... 13 Gambar 2.7 Konfigurasi Jaringan Spindel... 14 Gambar 2.8 Konfigurasi Sistem Kluster... 15 Gambar 2.9 Hubungan Tegangan Menengah Ke Tegangan Rendah dan Konsumen... 16 Gambar 2.10 Sambungan Pemakai Besar Dengan Gardu Distribusi Tersendiri... 17 Gambar 2.11 Penggunaan Satu Distribusi untuk Sejumlah Pemakai... 18 Gambar 2.12 Bangking Sekunder dengan Dua Gardu Distribusi... 19 Gambar 2.13 Jaringan Sekunder Tegangan Rendah... 20 Gambar 2.14 Gardu Distribusi... 22 Gambar 2.15 Transformator tidak berbeban... 24 Gambar 2.16 Transformator berbeban... 26 Gambar 2.17 Trafo hubungan bintang... 30 Gambar 2.18 Trafo hubungan delta... 30 Gambar 2.19 Trafo hubungan zigzag... 31 Gambar 2.20 Rangkaian Ekivalen Untuk Saluran Distribusi... 34 ix
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Nilai Rugi-rugi Transformator Distribusi... 29 Tabel 2.2 Kelompok Hubungan Trafo... 31 Tabel 2.3 Nilai Daya Pengenal Transformator Distribusi... 32 Tabel 3.1 Konstanta Jaringan / SPLN 64 Tahun 1985 yang Digunakan Pada Penyulang Paya Geli... 41 Tabel 3.2 Data Saluran Penyulang GI Paya Geli ke PT PLN. (Persero) Rayon Binjai Timur... 42 Tabel 3. 3 Data Transfromator Distribusi di Feeder Penyu... 43 Tabel 3. 4 Data Panjang dan Jenis Penghantar Antar Gardu Distribusi... 46 Tabel 3. 5 Arus Beban Puncak Per Gardu Distribusi... 49 Tabel 3. 6 Tabel Jatuh Tegangan Pada Setiap Transformator Distribusi... 68 x
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pusat-pusat pembangkit tenaga listrik berada jauh dari pusat beban, hal ini mengakibatkan kerugian yang cukup besar dalam penyaluran daya listrik. Kerugian tersebut disebabkan oleh saluran yang cukup panjang. Sehingga dalam penyaluran daya listrik melalui transmisi maupun distribusi akan mengalami tegangan jatuh sepanjang saluran yang dilalui. Pada sistem distribusi dibedakan atas jaringan distribusi primer dan sekunder. Jaringan distribusi primer adalah jaringan dari trafo gardu induk (GI) ke gardu distribusi, sedangkan sekunder adalah jaringan saluran dari trafo gardu ditribusi hingga konsumen atau beban. Jaringan distribusi primer lebih dikenal dengan jaringan tegangan menengah (JTM 20kV) sedangkan distribusi sekunder adalah jaringan tegangan rendah (JTR 220/380V). Secara umum sistem distribusi dimulai dari penyulang yang keluar dari GI (Gardu Induk) disalurkan melalui penghantar berupa kawat yang terbuat dari almunium pada jaringan listrik. Jaringan tersebut menghantarkan arus listrik dari jarak yang cukup jauh, seingga tegangan dan arus listrik banyak yang hilang. Salah satu persyaratan penting dalam merencanakan suatu jaringan distribusi harus di perhatikan masalah kualiatas saluran, dan kontinuitas pelayanan yang baik terhadap konsumen. Ditinjau dari segi panjang saluran distribusi dari gardu induk menuju transformator distribusi dapat juga menyebabkan tegangan jatuh yang cukup besar. Tegangan jatuh yang semakin besar menyebabkan kinerja transformator distribusi kurang maksimal. Dengan adanya kondisi tersebut diperlukan evaluasi dan perencanaan kembali yang memperhatikan kriteria-kriteria perencanaan, seperti jatuh tegangan yang diijinkan dan kelangsungan pelayanan listrik sehingga muncul optimasi pada jaringan yang dipakai. 1
2 Pada tugas akhir ini metode yang dipakai adalah dengan menganalisa dan menghitung nilai jatuh tegangan (drop voltage) pada suatu feeder. Lalu disesuaikan dengan perhitungan berdasarkan jatuh tegangan yang diijinkan PLN. 1.2 Batasan Masalah Adapun ruang lingkup yang menjadi batasan masalah adalah : 1. Membahas tegangan jatuh pada saluran sistem distribusi primer yang dilihat dari panjang saluran distribusi primer dari Gardu Induk Paya Geli sampai pada transformator distribusi. 2. Tidak membahas tegangan jatuh pada sisi saluran distribusi sekunder. 3. Tidak membahas sistem proteksi dan komponennya. 4. Transformator yang digunakan adalah transformator tiga fasa. 1.3 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah telah dibahas di atas maka rumusan masalah yang dapat diangkat untuk Tugas Akhir adalah 1. Upaya apa yang dapat dilakukan untuk mengurangi tegangan jatuh pada saluran distribusi 1.4 Tujuan Adapun tujuan dari pembuatan tugas akhir ini adalah : 1. Memperdalam pengetahuan tentang pengaruh panjang saluran dengan tegangan jatuh pada saluran distribusi. 2. Menghitung berapa besar jatuh tegangan pada feeder Penyu yang terjadi dari Gardu Induk Paya Geli. 1.5 Manfaat Manfaat penulisan tugas akhir ini adalah agar kerugian dalam penyaluran daya listrik diminimalisir sehingga listrik dapat tersalurkan dengan baik. Dan juga
3 sebagai penambah pengetahuan bagi penulis dan pembaca perihal analisa jatuh tegangan pada jaringan distribusi 20 kv. 1.6 Metode Pengumpulan Data Adapun metode pengumpulan data yang diterapkan oleh penulis dalam penyelesaian laporan Tugas Akhir ini sekaligus di dalam pengambilan data adalah dengan cara/metode sebagai berikut : 1.6.1. Metode Kepustakaan Metode ini dilakukan dengan membaca teori-teori yang berkaitan dengan judul tufas akhir ini dari buku-buku referensi, baik yang dimiliki oleh penulis atau di perpustakaan dan juga dari artikel-artikel, jurnal, internet dan lain-lain. 1.6.2. Metode Bimbingan Dengan melakukan diskusi dengan Dosen Pembimbing dalam penyelesaian tugas akhir. 1.6.3. Metode Observasi Dengan melakukan pengamatan secara langsung dan pengambilan data hasil ukur transformator yang kemudian akan dianalisa. 1.7 Sistematika Penulisan Sistematika Penulisan ini bertujuan untuk memberikan gambaran secara garis besar isi setiap bab yang akan dibahas pada Tugas akhir ini. BAB 1 PENDAHULUAN Dalam bab ini berisikan mengenai Latar Belakang, Rumusan masalah, Batasan Masalah, Tujuan, Manfaat, Metode Penulisan, dan Sistematika Penulisan. BAB 2 LANDASAN TEORI Dalam bab ini berisi tentang gambaran sistem distribusi secara umum, transformator distribusi, losses pada saluran distribusi dan efisiensi transformator distribusi.
4 BAB 3 ANALISA DAN PEMBAHASAN Dalam bab ini berisi tentang hasil pengujian yang telah dilakukan, berapa besar jatuh tegangan yang terjadi di Feeder Penyu. BAB 4 KESIMPULAN DAN SARAN Dalam bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran yang didapat dari proses penulisan tugas akhir ini.