Analisis Teoritis Penempatan Transformator Distribusi Menurut Jatuh Tegangan Di Penyulang Bagong ANALISIS TEORITIS PENEMPATAN TRANSFORMATOR DISTRIBUSI MENURUT JATUH TEGANGAN DI PENYULANG BAGONG PADA GARDU INDUK NGAGEL Muhammad Bimantoro Tri Yulio Murtono S1 Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Surabaya e-mail : mbimantoro@ymail.com Tri Rijanto S1 Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Surabaya e-mail : hari_tri2001@yahoo.com Abstrak Dalam proses pendistribusian tenaga listrik, panjang saluran dan besar arus sangat berpengaruh terhadap munculnya jatuh tegangan. Jatuh tegangan merupakan selisih antara tegangan ujung pengiriman (sisi primer) dengan tegangan ujung penerimaan (sisi sekunder). Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui besar jatuh tegangan transformator distribusi di Penyulang Bagong dan mengetahui letak penempatan transformator distribusi yang paling optimal. Metode penelitian ini menggunakan rumus pendekatan jatuh tegangan untuk mencari jatuh tegangan tiap transformator distribusi di Penyulang Bagong. Data yang diperoleh dianalisis menggunakan analisis kuantitatif dan ditata ulang letak transformator distribusinya jika mengalami kendala pada jatuh tegangannya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa, jatuh tegangan paling besar terdapat pada trafo BD 179, yaitu 5,54 Volt dan persentase jatuh tegangannya sebesar 0,027%. Jadi penempatan transformator distribusi masih tetap pada posisi semula karena masih memenuhi standart PLN yaitu tidak lebih 5% dari tegangan nominalnya. Kata Kunci: Jaringan Distribusi, Jatuh Tegangan Abstract In the procces of electrical power distribution, line lengt and the amount of current is very influential on the appearance of drop voltage.voltage drop is the difference between sending voltage (primary side) to the receiving end voltage (secondary side). The purpose of this study was to determine voltage drop of transformer distribution in feeder Bagong and to locate placement of the most optimal on the distribution transformer. This research method using the approximation formula to determine the voltage drop across each distribution transformer voltage drop in feeder Bagong. The data obtained were analyzed using qualitative analysis and rearranged placement of distribution if have a problem on the voltage drop. The result of this research is the voltage drop is highest on the transformator BD 179, with a voltage drop is 5,54 Volt and percentage of voltage drop is 0,027%. So the placement of distribution transformer remains at original position because it is still in standard of PLN that is not more than 5% of its nominal voltage Keywords: Power Distribution System, Voltage Drop PENDAHULUAN 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. Ditinjau dari segi panjang saluran distribusi dari gardu induk menuju transformator distribusi maupun dari transformator distribusi ke beban dapat menyebabkan tegangan jatuh yang cukup besar. Selain tegangan jatuh yang semakin besar juga berpengaruh terhadap kinerja transformator distribusi. Dengan adanya kondisi tersebut diperlukan evaluasi dan perencanaan kembali yang memperhatikan kriteria-kriteria perencanaan seperti jatuh tegangan yang diijinkan (Bangun, 2009). Suatu sistem tenaga listrik memiliki kualitas baik apabila tegangan jatuh yang terjadi pada sistem selama pembebanan tidak lebih dari 5%. Sesuai dengan SPLN (Standart Perusahaan Listrik Negara) no. 72 Tahun 1987, jatuh tegangan yang diperbolehkan dalam penyaluran distribusi hanya boleh sebesar 5% untuk Saluran Udara Tegangan Menengah (SUTM) dan sebesar 2% untuk Saluran Kabel Tanah Tegangan Menengah (SKTM) (SPLN 72, 1987). Oleh sebab itu, selama pembebanan dilakukan pemeliharaan secara berkala yaitu berupa 15
Jurnal Teknik Elektro, Volume 06 Nomor 01 Tahun 2017, 15-20 pemeriksaan pada jaringan atau sistem apakah jatuh tegangan masih belum melewati batas yang diijinkan. Apabila sudah melewati batas yang diijinkan maka akan dilakukan perbaikan tegangan dengan cara seperti menambah kapasitor daya, menggunakan load tap changer pada trafo daya. Penelitian Sitepu (2014), jatuh tegangan yang terjadi pada jaringan distribusi 20 kv di Rayon Binjai Timur ditemukan transformator distribusi yang jatuh tegangannya lebih dari 5% atau 1000 Volt, yakni pada trafo LB 30-1 jatuh tegangannya 1105,56 Volt dan trafo LB 28-1 jatuh tegangannya 1059,33 Volt. Hal ini dikarenakan letak transformator distribusi terlalu jauh dan juga arus transformator distribusi sangat besar. Penelitian mengkaji studi tata letak transformator distribusi menggunakan persamaan jatuh tegangan dan mengurangi panjang saluran pada transformator distribusi yang jatuh tegangannya lebih dari 5% atau 1000 Volt. Berdasarkan uraian di atas, maka perlu dilakukan analisis secara berkala karena permintaan dan pertumbuhan beban yang terus bertambah, sehingga jatuh tegangan yang terjadi tidak terlalu besar karena akan berdampak buruk pada kinerja transformator distribusi dan kinerja peralatan. Dengan demikian, analisis penempatan transformator distribusi menurut jatuh tegangan di Penyulang Bagong Pada Gardu Induk Ngagel Surabaya menjadi penting dilakukan. Di Penyulang Bagong terdapat banyak transformator distribusi dengan wilayah yang tidak terlalu besar. Oleh karena itu perlu dianalisis jatuh tegangan transformator distribusi masih memenuhi standar jatuh tegangan yang diijinkan. KAJIAN PUSTAKA Sistem Tenaga Listrik Suatu sistem tenaga listrik secara garis besar terdiri dari tiga bagian, yaitu sistem pembangkitan, sistem transmisi dan sistem distribusi. Pusat pembangkitan merupakan tempat energi listrik dibangkitkan yang terdapat pada pusat-pusat pembangkit listrik seperti contohnya PLTA dan PLTU, dan dengan menggunakan transformator penaik tegangan (step-up), tegangan listrik dinaikkan menjadi tegangan tinggi dan selanjutnya disalurkan melalui saluran transmisi. Saluran transmisi akan menghubungkan antara pusat pembangkit dengan sistem distribusi atau konsumen melalui gardu induk dengan menurunkan tegangannya pada transformator penurun tegangan (step-down) menjadi tegangan menengah. Pada bagian distribusi inilah energi listrik selanjutnya disalurkan ke konsumen untuk berbagai keperluan. Saat energi listrik sampai ke konsumen atau pemukiman masyarakat dinamakan sebagai jaringan tegangan rendah (JTR). Sistem tenaga listrik di Indonesia menggunakan sistem 3 phasa yang seimbang. Artinya bahwa tegangan 3 phasa yang dihasilkan oleh unit-unit pembangkit tenaga listrik dalam keadaan seimbang, baik besar tegangan maupun frekuensi yang dihasilkan (Stevenson, 1994). Penyaluran tenaga listrik dari gardu-gardu induk sampai kepada konsumen diperlukan suatu sistem jaringan distribusi. Pada jaringan distribusi tersebut timbul jatuh tegangan dan rugi daya, sedangkan pada transformator distribusi juga timbul rugi daya yang bermacam-macam, seperti rugi daya aktif dan rugi daya reaktif. Sistem tenaga listrik dapat ditunjukkan pada Gambar 1 berikut. Sistem Distribusi Gambar 1. Sistem Tenaga Listrik Bagian dari sistem tenaga listrik yang paling dekat dengan pelanggan adalah sistem distribusi. Sistem distribusi adalah bagian sistem tenaga listrik yang paling banyak mengalami gangguan, sehingga masalah utama dalam operasi sistem distribusi adalah mengatasi gangguan (Marsudi, 2016). Jaringan distribusi yang diisi dari sebuah gardu induk pada umumnya tidak dihubungkan secara listrik dengan jaringan distribusi yang diisi dari gardu induk yang lain, sehingga masing-masing jaringan distribusi beroperasi secara terpisah satu sama lain. Dalam pengoperasian sistem distribusi, masalah yang utama adalah mengatasi gangguan, karena jumlah gangguan dalam sistem distribusi adalah relatif banyak dibandingkan dengan jumlah gangguan pada bagian sistem yang lain. Di samping itu masalah tegangan, bagian-bagian instalasi yang berbeban lebih dan rugi-rugi daya dalam jaringan merupakan masalah yang perlu dicatat dan dianalisa secara terus-menerus, untuk dijadikan masukan bagi perencanaan pengembangan sistem dan juga untuk melakukan tindakan-tindakan penyempurnaan pemeliharaan dan penyempurnaan operasi sistem distribusi (Marsudi, 2016). Definisi Jatuh Tegangan Jatuh tegangan merupakan besarnya tegangan yang hilang pada suatu penghantar. Jatuh tegangan pada
Analisis Teoritis Penempatan Transformator Distribusi Menurut Jatuh Tegangan Di Penyulang Bagong saluran tenaga listrik secara umum berbanding lurus dengan panjang saluran dan beban serta berbanding terbalik dengan luas penampang penghantar. Besarnya jatuh tegangan dinyatakan baik dalam persen atau dalam besaran volt. Besarnya batas atas dan bawah ditentukan oleh kebijaksanaan perusahaan kelistrikan. Perhitungan jatuh tegangan praktis pada batas-batas tertentu dengan hanya menghitung besarnya tahanan masih dapat dipertimbangkan, namun pada sistem jaringan khususnya pada sistem tegangan menengah masalah indukstansi dan kapasitansinya diperhitungkan karena nilainya cukup berarti. Tegangan jatuh secara umum adalah tegangan yang digunakan pada beban. Tegangan jatuh ditimbulkan oleh arus yang mengalir melalui tahanan kawat. Tegangan jatuh V pada penghantar semakin besar jika arus I di dalam penghantar semakin besar dan jika tahanan penghantar Rl semakin besar pula. Tegangan jatuh merupakan penanggung jawab terjadinya kerugian pada penghantar karena dapat menurunkan tegangan pada beban. Akibatnya hingga berada di bawah tegangan nominal yang dibutuhkan. Atas dasar hal tersebut maka tegangan jatuh yang diijinkan untuk instalasi arus kuat hingga 1.000 V yang ditetapkan dalam persen dari tegangan kerjanya. Hal hal yang berkaitan dengan terjadinya jatuh tegangan antara lain: (1). Impedansi saluran, (2). Panjang saluran, mulai dari gardu induk sampai ke tiap trafo distribusi, (3). Besar beban arus pada tiap trafo distribusi dan (4). Jenis penghantar saluran Untuk menghitung jatuh tegangan, diperhitungkan reakansinya, maupun faktor dayanya tidak sama dengan satu. Dalam penyederhanaan perhitungan, diasumsikan beban-bebannya merupakan beban tiga phasa yang seimbang dan faktor dayanya (cos ϕ) antara 0,6 sampai 0,95. Untuk mencari jatuh tegangan menggunakan rummus pendekatan 1, antara lain: Untuk saluran 3 phasa V = 3. I. L (R cos ϕ + X sin ϕ)...(1) Dimana: V = Tegangan Jatuh (Volt) I = arus penghantar phasa (Ampere) R = resistansi/tahanan penghantar phasa (Ω/km) X = reaktansi saluran (Ω/km) ϕ = sudut daya METODE PENELITIAN Penelitian ini menggunakan metode kuantitatif dengan langkah-langkah sebagai berikut: 1. Pengambilan Data Data diambil dari PT. PLN Distribusi Jawa Timur Area Surabaya Selatan berupa data ukur dari transformator distribusi yang terdapat di Penyulang Bagong pada Rayon Ngagel 2. Pengelompokkan Data Setelah data ukur transformator distribusi Penyulang Bagong diperoleh, maka data akan dikelompokkan menurut kebutuhan agar dapat mempermudah saat melakukan analisis dan perhitungan. 3. Analisis dan Perhitungan Analisis dilakukan untuk mengetahui hasil dari perhitungan transformator distribusi primer yang ada di Penyulang Bagong secara manual yang digunakan sebagai pembanding sebelum perhitungan. perbaikan tegangan jatuh pada transformator distribusi Setelah melakukan perhitungan, dilakukan perbaikan penempatan lokasi dari transformator tersebut apabila tegangan jatuh yang dihitung lebih dari yang di ijinkan. Atau pengurangan transformator distribusi untuk meningkatkan efisiensi dan mengurangi jumlah transformator distribusi bila terlalu banyak pada Penyulang Bagong yang berguna untuk megurangi biaya pengeluaran. 4. Perbandingan Sebelum Perbaikan dan Sesudah Perbaikan Setelah dihitung dan dilakukan perbaikan, hasil dari perbaikan transformator distribusi dibandingkan dengan data Transformator Distribusi yang belum mengalami perbaikan. 5. Penarikan Kesimpulan Penarikan kesimpulan ini dilakukan setelah semua tahapan penelitian diatas selesai. Kesimpulan dibuat dengan tujuan apakah jatuh tegangan melebihi standart atau tidak, dan jika melebihi maka tata letaknya akan diperbaiki Diagram Alir Penelitian Langkah-langkah dalam penelitian ini dijelaskan dalam diagram alir yang memiliki empat proses yang dapat ditunjukkan pada Gambar 2 berikut. 17
Jurnal Teknik Elektro, Volume 06 Nomor 01 Tahun 2017, 15-20 Gambar 3. Grafik Jatuh Tegangan Sepanjang Penyulang Bagong (Km/ V ) Gambar 2. Diagram Alur Penelitian HASIL DAN PEMBAHASAN Perhitungan Jatuh Tegangan Pada Sisi Primer Transformator Saat Beban Puncak di Penyulang Bagong Jatuh tegangan atau drop voltage merupakan selisih antara tegangan ujung pengiriman dengan tegangan ujung penerimaan. Perhitungan jatuh tegangan berdasarkan data pengukuran yang dihitung dari titik sumber sampai ke titik yang dihitung (titik beban) sesuai dengan panjang saluran penyulang dengan rumus pendekatan sebagai berikut: a) Untuk data Transformator Distribusi No. 1 1) Besar arus phasa pada sisi primer transformator: = (2) = = 2,49 Ampere 2) Jatuh Tegangan pada saluran distribusi primer. V = 3. I. L (R cos ϕ + X sin ϕ) V = 3. 2,49.0,699 (0,2162. 0,91 + 0,3305. 0,41) V = 2,954 (0,196742 + 0,135505) V = 2,954 (0,332247) V = 0,981 Volt Data untuk transformator distribusi berikutnya dapat dianalisa dengan cara yang sama. Dari hasil perhitungan jatuh tegangan transformator distribusi primer pada Penyulang Bagong dapat dibuat grafik jatuh tegangan yang ditunjukkan pada Gambar 3 dan 4 berikut. Gambar 4. Grafik Jatuh Tegangan Sepanjang Penyulang Bagong (Arus/ V ) Dari grafik yang ditunjukkan pada Gambar 3 dan Gambar 4 dapat disimpulkan bahwa panjang saluran sangat berpengaruh pada persentase jatuh tegangan meskipun arus phasanya tidak terlalu kecil, begitu juga sebaliknya, bila arus phasanya besar namun panjang saluran tidak terlalu panjang, jatuh tegangan yang muncul juga akan besar. Jadi panjang saluran dan besar arus phasa sangat berkaitan dengan munculnya jatuh tegangan. Persentase Jatuh Tegangan Transformator Distribusi Primer di Penyulang Bagong Persentase jatuh tegangan di Penyulang Bagong dapat dihitung dengan rumus seperti berikut: V (%) = Dimana: x 100%...(3) V (%) = Persentase Jatuh Tegangan (%) V = Jatuh Tegangan = Tegangan Jala-jala Maka dari rumus pendekatan diatas dapat diperhitungkan persentase jatuh tegangan transformator
Analisis Teoritis Penempatan Transformator Distribusi Menurut Jatuh Tegangan Di Penyulang Bagong distribusi di Penyulang Bagong. Dari data yang telah diperoleh dapat dicari persentase jatuh tegangan sebagai berikut. a) Untuk data Transformator Distribusi No. 1 menggunakan persamaan rumus nomer 3 sebagai berikut. V (%) = x 100% V (%) = 0,0049% Data untuk transformator distribusi berikutnya dapat dianalisis dengan rumus pendekatan yang sama. Dari hasil perhitungan persentase jatuh tegangan transformator distribusi prmer di Penyulang Bagong dapat dibuat grafik yang dapat ditunjukkan pada Gambar 5 dan Gambar 6 berikut. Gambar 5. Grafik Persentase Jatuh Tegangan Sepanjang Penyulag Bagong ( V (%)/Km) Gambar 6. Grafik Persentase Jatuh Tegangan Sepanjang Penyulag Bagong ( V (%)/Arus) Dari grafik yang ditunjukkan pada Gambar 5 dan Gambar 6 dapat disimpulkan bahwa, semakin kecil arus phasa pada transformator distribusi maka persentase jatuh tegangannya juga semakin kecil, begitu juga dengan panjang saluran. Sama seperti pada penjelasan grafik sebelumnya, namun untuk grafik ini diubah menjadi bentuk persen. Analisa Penempatan Transformator Distribusi Dari hasil perhitungan yang telah dilakukan dapat dianalisa bahwa terjadinya jatuh tegangan pada sistem distribusi primer antara lain adalah dikarenakan pengaruh dari panjang saluran dan arus yang terdapat pada saluran Penyulang Bagong. Selain diakibatkan oleh arus dan panjang saluran, nilai impedansi juga mempengaruhi besarnya jatuh tegangan yang terjadi di Penyulang Bagong, dimana impedansi dipengaruhi oleh resistansi saluran dan reaktansi saluran. Semakin besar nilai resistansi dan reaktansi dari jaringan distribusi maka jatuh tegangan yang terjadi pada Penyulang Bagong di gardu induk Ngagel akan semakin besar pula. Dari hasil perhitungan diatas dapat dilihat bahwa ratarata besar jatuh tegangan sepanjang saluran distribusi primer di Penyulang Bagong adalah 2,10092 Volt dan persentase jatuh tegangan sebesar 0,0104%. Untuk jatuh tegangang paling besar terdapat pada trafo BD 179, yaitu 5,54 Volt atau persentase jatuh tegangannya sebesar 0,027%, dan jatuh tegangan yang paling kecil terdapat pada trafo BD 148, yaitu 0,192 Volt atau persentase jatuh tegangannya sebesar 0,00096%. Ini masih dalam standart PLN, dimana menurut Standart Perusahaan Listrik Negara (SPLN) 72 : 1987 penurunan tegangan maksimum pada beban puncak, yang diperbolehkan dibeberapa titik pada jaringan distribusi adalah: (1). SUTM = 5% dari tegangan kerja bagi sistem radial. (2). SKTM = 2% dari tegangan kerja pada sistem spindel dan gugus. (3). Trafo Distribusi = 3% dari tegangan kerja (4). Saluran Tegangan Rendah = 4% dari tegangan kerja tergantung kepadatan beban. Dengan jatuh tegangan yang masih memenuhi syarat maka penempatan transformator distribusi di Penyulang Bagong masih optimal dengan penempatan saat ini, jadi tidak perlu penempatan ulang untuk trafo-trafo tersebut. PENUTUP Simpulan Dari hasil analisa yang telah dilakuka melalui jatuh tegangan Pada jaringan distribusi primer 20 kv di Penyulang Bagong dapat diambil kesimpulan antara lain, yaitu: Jatuh tegangan pada tiap transformator distribusi primer di Penyulang Bagong masih memenuhi syarat yang diijinkan oleh PLN yaitu tidak melebihi 5% dari tegangan nominalnya, dimana jatuh tegangan yang paling besar terdapat pada trafo BD 179 yaitu 5,54 volt dan persentase jatuh tegangannya 0,027%. Dari hasil analisis perhitungan jatuh tegangan transformator distribusi di Penyulang Bagong penempatannya masih pada perancangan semula, karena 19
Jurnal Teknik Elektro, Volume 06 Nomor 01 Tahun 2017, 15-20 jatuh tegangan yang paling besar hanya sebesar 5,54 Volt atau persentase jatuh tegangannya 0,027% dan tidak melebihi dari SPLN yaitu 5% dari tegangan nominalnya. Karena dengan jatuh tegangan sebesar itu tidak akan merugikan pihak PLN. Saran Dari Simpulan sebelumnya, saran untuk penelitian ini adalah sebagai berikut: Perlu dipantau kinerja transformator distribusi yang ada di Penyulang Bagong pada tahun-tahun berikutnya, untuk mengetahui jatuh tegangannya apakah bertambah drastis atau tidak. Penempatan transformator distribusi di Penyulang Bagong tidak mengalami perubahan, namun pada transformator yang jatuh tegangannya paling besar perlu diantisipasi untuk mengikuti beban yang semakin bertambah. Jika jatuh tegangan sudah mendekati dengan SPLN, yaitu 5% dari tegangan nominal, maka perlu ditinjau lagi penempatannya dengan cara panjang saluran yang diperdekat atau penambahan transformator distribusi. DAFTAR PUSTAKA Kadir, Abdul, Distribusi Dan Utilisasi Tenaga Listrik, Penerbit Universitas Indonesia (UI-Press), Jakarta, 2000. Marsudi, Jiteng, Operasi Sistem Tenaga Listrik, Edisi ketiga, Penerbit Graha Ilmu, Yogyakarta, 2016. Sariadi, Dkk. Jaringan Distribusi Listrik, Penerbit Angkasa, Bandung, 1999. SPLN 50 Tahun 1997 SPLN 72, 1987. Spesifikasi Desain Untuk Jaringan Tegangan Menengah (JTM) Dan Jaringan Tegangan Rendah (JTR), Jakarta: Departemen Pertambangan dan Energi Perusahaan Umum Listrik Negara. Stevenson, Jr., William D., Analisis Sistem Tenaga Listrik,Edisi Keempat, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1983 Suhadi, Distribusi Tenaga Listrik, Edisi Revisi, Penerbit Unesa University Press, Surabaya, 2010.. Nama: M. Bimantoro T. Y. M. CP : 08991981434