BAB IV OPTIMALISASI BEBAN PADA GARDU TRAFO DISTRIBUSI 4.1 UMUM Proses distribusi adalah kegiatan penyaluran dan membagi energi listrik dari pembangkit ke tingkat konsumen. Jika proses distribusi buruk maka kualitas pelayanan terhadap masyarakat juga menjadi buruk. Salah satu bentuk usaha untuk memperbaiki kualitas pelayanan adalah melalui kegiatan penurunan susut teknis. Susut energi terbagi dua jenis yaitu susut teknis dan non teknis. Susut non teknis di sebabkan faktor non teknis seperti : pencurian listrik, kesalahan dalam pembacaan meter, dll. Susut teknis berhubungan dengan energi listrik yang di salurkan melalui transmisi, transformator ( trafo ), dan distribusi energi. Susut jenis ini akan selalu ada dalam setiap sistem dan dapat di tekan sampai suatu level yang optimum. Susut teknis pada jaringan terkadang di sebabkan oleh jaringan yang terlalu panjang, jenis material, kontroksi pemasangan, trafo overload dan kurang baiknya pemeliharaanya. Maka dari itu pada bab ini akan di bahas mengenai pengoptimalan beban terhadap pemakaian transformator distribusi sehingga ke efesienan terlaksana. 4.2 GARDU DISTRIBUSI Gardu distribusi merupakan pusat penyebaran tenaga listrik langsung kepada pelangan atau pemakai. Gardu distribusi mengubah tegangan menengah menjadi tegangan rendah yang di butuhkan pelanggan sebesar 380 V tegangan fasa-fasa dan tegangan 220 V fasa ke netral. Pemakaian konsep penyaluran gardu distribusi susut umum di Indonesia. Daya di salurkan melalui jaringan fasa tiga empat kawat, pemakaian dapat menyambung dengan sambungan fasa tiga atau fasa tunggal.
Gardu distribusi berisi trafo tiga fasa dengan demikian maka besar daya yang di salurkan ke daerah pelayanan makin besar. Tetapi bila jangkauan terlalu jauh maka beda tegangan di pangkal dan di ujung ( jauh tegangan ) menjadi semakin besar. Gardu distribusi dapat di bedakan menjadi beberapa jenis sesuai dengan kontroksinya. Gardu tiang atau cantol Gardu tiang portal Gardu kios Gardu beton atau tembok 4.2.1 Gardu Tiang Cantol Sesuai dengan namanya maka kontroksinya bangunan gardu ini terdiri dari sebuah tiang dimana trafonya di cantolkan pada tiang tersebut. Kapasitas trafo pada gardu tiang / cantol ini di batasi sampai paling besar 100 kva. Pembangunan jenis ini di laksanakan dalam rangka pelayanan listrik terhadap konsumen di pingir kota, desa atau di suatu daerah yang bebannya tidak padat. Sebagaimana pada jaringan distribusi di daerah jawa tengah banyak di pakai gardu cantol ini. Kebanyakan gardu cantol yang berada di jawa tengah menggunakan trafo 1 fasa, untuk melayani daerah yang cukup besar dapat di pasang 3 buah trafo 1 fasa yang di pasang secara langsung menjadi trafo 3 fasa. 4.2.2 Gardu Tiang Portal Gardu tiang portal mempunyai kapasitas trafo yang lebih besar karena mengguanakan dua buah tiang atau lebih sebagai penyangga bila di bandingkan dengan gardu tiang cantol yang hanya menggunakan satu buah tiang. Transformator distribusi dengan kapasitas sampai dengan 400 kva di dudukkan di atas from di antara kedua tiang.
4.2.3 Gardu Kios Gardu kios adalah gardu distribusi yang bersifat pasangan sementara saja selama ada rehabilitasi atau perbaikan gardu. Bangunan ini terdiri dari kerangka besi dan dindingnya dari seng serta lantainya biasanya dari kayu atau beton. 4.2.4 Gardu Beton Atau Tembok Gardu distribusi jenis beton ( ada yang menyebut gardu batu dan ada pula yang menyebut gardu tembok ) di bangun permanen pada lokasi yang di tentukan. Gardu ini membutuhkan lokasi tanah yang lebih luas di bandingkan dengan gardu distribusi jenis lainnya, demikian pula dengan biayanya. Dengan demikian, maka pembangunan gardu distribusi jenis beton bisanya di peruntukkan bagi pemasangan transformator dengan kapasitas yang lebih besar ( 630 kva ) sebanyak satu buah atau lebih transformator. Sulitnya memperoleh lokasi pembangunan gardu distribusi secara gratis, maka setiap calon pelanggan listrik PLN daya besar di wajibkan menyiapkan lahan untuk tempat pembangunan gardu distribusi jenis ini. Gardu distribusi jenis beton menempati lahan yang cukup luas dan membutuhkan investasi yang cukup besar di bandingkan dengan jenis gardu distribusi lainnya. Pembangunan gardu distribusi jenis beton untuk konsumen jika di tinjau dari segi ekonomis adalah sangat boros, sehingga pada umumnya gardu beton yang di bangun untuk konsumen jika di mungkinkan di pasang lebih dari satu transformator dan perlengkapan TM / TR tambahan untuk suplai konsumen. Dari segi ketahanan dan keamanan, maka gardu distribusi jenis beton berada di atas gardu distribusi jenis lainnya. 4.3 SPESIFIKASI TRANSFORMATOR DISTRIBUSI Transformator distribusi suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari satu atau lebih rangakaian listrik ke rangkaian listrik lain dalam suatu sistem distribusi.
4.3.1 Tegangan Primer Tegangan primer di tetapkan sesuai dengan tegangan nominal, sistem pada jaringan tegangan menengah ( JTM ) di Indonesia yaitu 20 kv. 4.3.2 Tegangan Sekunder Tegangan sekunder di sesuaikan dengan tegangan nominal. Sistem pada jaringan tegangan rendah ( JTR ) yang berlaku di Indonesia yaitu 231 V untuk sistem 1 fasa dan 400 / 231 V untuk sistem 3 fasa. 4.3.3 Penyadapan ( Sadapan Tanpa Beban ) Perubahan tap ( tap changer ) adalah alat untuk merubah perbandinagan transformator guna mendapatkan tegangan operasi sekunder yang diinginkan dari tegangan primer yang di ubah. Perubahan tap hanya beroperasi untuk memindahkan tap transformator dalam keadaan tidak berbeban yang di sebut tap tanpa beban ( off load tap changer ). Ada beberapa macam penyadapan tanpa beban yaitu : a. Sadapan tanpa beban 3 langkah : 21 kv, 20 kv, 19 kv b. Sadapan tanpa beban 5 langkah : 22 kv, 21 kv, 20 kv, 19 kv, 18 kv 4.3.4 Kelompok Vektor Ada beberapa macam transformator yang membedakan oleh kelompok vector dan titik netralnya yaitu : a. Kelompok vector Dipakai pada transformator berkapasitas sampai dengan 160 kva b. Kelompok vector Dipakai pada transformator berkapasitas sampai dengan 200 kva 2500 kva 4.4 OPTIMALISASI PEMBEBANAN TRAFO Optimalisasi merupakan bentuk efisiensi yang paling sering di laksanakan, karena hasilnya lebih signifikan, terukur dan hanya bersifat operasional sehingga kadang-kadang sering tidak di sadari dan terlupakan, sehingga terjadi inefisiensi atau
bahkan kerusakan. Berikut ini merupakan hal-hal yang haruslah di perhatikan dalam kegiatan pengoptimalan beban pada gardu trafo distribusi. 4.5 PEMBEBANAN LEBIH PADA TRANSFORMATOR DISTRIBUSI Seperti kita ketahui fluktuasi beban di Indonesia secara umum sangat tajam perbedaan antara beban puncak dan di luar beban puncak. Hal ini bila di tinjau dari segi efisiensi trafo menjadi kurang baik terutama pada beban yang sangat rendahnya, selanjutnya bila penyediaan kapasitas trafo di dasarkan pada beban ( beban puncak ) bila dikaitkan pada segi ekonomi, menjadi kurang efisiensi. Sebab bisa jadi hanya untuk memikul beban yang rendah di layani oleh trafo dengan kapasitas yang besar. Beban pada trafo distribusi tergantung dari sifat dan jenis beban, yaitu : Sifat beban untuk pelanggan rumah tangga : beban puncak malam hari jauh lebih tinggi dari pada beban puncak siang hari Sifat beban untuk pelanggan industri : beban puncak siang hari jauh lebih tinggi dari pada beban puncak malam hari Pada dasarnya transformator dapat diijinkan bekerja dengan suatu beban lebih Pada periode yang singkat.sebelum melakukan pembebanan lebih sebaiknya di perhatikan desinnya, kenaikan temperaturnya, lama beban lebih dan peralatan lainya. Transformator motor dapat di bebani melebihi kapasitasnya selama waktu tertentu tergantung dari : Beban awal Beban lebih Suhu sekitar Mengenai pembebanan lebih pada transformator distribusi khususnya daerah operasi. Tegangan tidak semuanya transformator distribusi terkena pembebanan lebih. Ada juga yang bebannya underload di bawah 50 % dari kapasitas transformator distribusi. Pembebanan yang tidak pernah melebihi kapasitas transformator. Pada kondisi ini biasanya terjadi pada daerah yang di padat bebannya rendah di karenakan kepadatan penduduk yang rendah pula.
Pembebanan lebih dari kapasitas transformator tetapi pembebanan awal rendah sebelumnya. Hal ini dapat diperbolehkan hanya untuk beberapa saat pembebanan lebih. 4.6 UMUR EKONOMIS TRANSFORMATOR Umur transformator distribusi sangat tergantung pada cara bagaimana transformator tersebut di bebani. Dimana pada pembebanan tersebut dibatasi oleh penuaan atau kerusakan isolasi. Apalagi isolasi lilitan transformasi mengalami kerusakan, dapat mengakibatkan berakhirnya umur isolasi tersebut dan berakir pula umur transformator tersebut. Jadi dapat di simpulkan isolasi transformator berbanding lurus dengan kemampuan kerja transformator. Pengertian kemampuan penahan panas dari suatu bahan isolasi bisanya di sebut dengan penuaan. Penuaanini merupakan faktor utama dari kemampuan beban. Dengan kata lain akibat adanya pembebanan ini akan menimbulkan panas pada lilitan transformator, sehingga pada suatu saat nanti akan menurunkan umur transformator dari yang diperkirakan. Jadi ada kaitannya antara umur ekonomis transformator dengan pembebanan dari transformator distribusi tersebut. Beban maksimal atau beban puncak yang terjadi akan menghasilkan suhu terpanas pada belitan-belitan transformator. Hal ini biasa, terjadi hanya beberapa hari dalam setahun dan hanya beberapa jam dalam sehari. Akibatnya transformator yang di harapkan yaitu waktu yang di pakai sampai terjadi kegagalan menjalankan fungsinya, teryata dalam pelayanannya yang sebenernya umurnya jauh lebih besar jika di bandingkan dengan umur transformator yang di tetapkan ( di tetapkan dari beban puncak yang terus-menerus ). Untuk menentukan perhitungan susut umur transformator diberikan tabel susut umur transformator sebagai fungsi dari suhu titik terpanas.
Tabel : 4.1 Hubungan Kenaikan Temperature Titik Terpanas Dengan Susut Umur ( ) 80 86 92 98 104 110 116 122 128 134 140 Susut Umur ( p.u ) 0,125 0,25 1 2 4 8 16 32 64 128 256 Umur ( Tahun ) 20 20 20 20 10 5 2.5 1.25 0.625 0.3125 0.15625 4.7 EVALUASI KAPASITAS TRANSFORMATOR DISTRIBUSI Kegiatan pemeliharaan adalah suatu kegiatan yang di maksudkan untuk mendapatkan kepastian bahwa suatu peralatan / instalasi yang di pelihara tetap berada dan berfungsi dalam keadaan baik. Pemeliharaan yang di laksanakan dengan baik dan benar di harapkan dapat meningkatkan umur teknis peralatan dan mengurangi angka kegagalan peralatan. Salah satu bentuk pemeliharaan gardu distribusi adalah memonitor perkembangan arus beban untuk mengevaluasi kapasitas transformator yang di gunakan. Berikut ini merupakan upaya-upaya dalam mempredeksi kapasitas transformator yang akan di gunakan pada suatu daerah.
4.7.1 Perhitungan Menentukan Beban Maksimum Dari kurva ekstrapolasi KKMR pada gambar 3.3 dapat di perkirakan beban maksimum transformator distribusi pada gardu tersebut dengan berdasarkan persamaan 3.6 dengan berdasarkan tabel 3.2 dapat ditentukan beban trafo sebagai berikut : Beban Transformator = KKMR { JL = ( 180 x 23 ) + ( 390 x 20 ) + ( 550 x 27 ) + ( 1336 x 6 ) = 34.806 VA = 34.806 kva Jadi perhitungan diatas didapat beban maksimum : X = 34.806 kva 4.7.2 Menentukan Kapasitas Transformator Distribusi Yang Di pengaruhi Pertumbuhan Beban Untuk menentuan kapasitas transformator distribusi untuk beban perumahan dapat dihitung berdasarkan persamaan 3.4 dengan berdasarkan tabel 4.2 sebagai berikut : = ( 1 + 0,25 ( n- 1)) Dengan menggunakan metode KKMR pada awal tahun ke -1 dapat di ketahui bahwa di bulatkan menjadi 34.8 kva. Maka dengan ini di cari pola pertumbuhan beban linier dari awal tahun ke-1 sampai awal tahun ke-5 sebagai berikut : Y1 = 34.8 ( 1 + 0,25 (1-1 )) = 34,8 kva
Y2 = 34.8 ( 1 + 0,25 (2-1 )) = 43,5 kva Y3 = 34.8 ( 1 + 0,25 (3-1 )) = 52,2 kva Y4 = 34.8 ( 1 + 0,25 (4-1 )) = 60,9 kva Y5 = 34.8 ( 1 + 0,25 (5-1 )) = 69,6 kva Jadi pertumbuhan beban tiap tahun mengalami kenaikan dratis,karena di akibatkan makin banyaknya pertumbuhan penduduk yang terus bertambah. Tahap berikutnya dalam tahap ke-dua, tahap ini merupakan tahap yang akan mengamati pola pertumbuhan konsumen maupun peningkatan kebutuhan konsumen yaitu dengan tingat pertumbuhan 5 % pertahun demikian kebutuhan beban dapat di hitung berdsarkan pada persaman 4.5 dengan berdasarkan tabel 4.2 diperoleh : = ( 1 + 0,05 ( N- 5)) Maka dengan ini dapat di cari pola pertumbuhan konsumen sebagai berikut : Y6 = 69,6 ( 1 + 0,05 (6-5 )) = 73,08 kva Y7 = 69,6 ( 1 + 0,05 (7-5 )) = 76,56 kva Y8 = 69,6 ( 1 + 0,05 (8-5 )) = 80,04 kva
Y9 = 69,6( 1 + 0,05 (9-5 )) = 83,59 kva Y10 = 69,6 ( 1 + 0,05 (10-5 )) = 87kVA Hasil perhitungan perkiraan beban transformator pada gardu transformator distribusi tahun ke-1 sampai tahun ke-10 juga bertambah beban tiap tahun hal ini dapat dilihat pada tabel di bawah ini : Tabel :4.2 Perkiraan beban transformator dari tahun ke1 sampai tahun ke-10 Tahun Ke Beban Maksimum Transformator ( kva ) 1 34,8 2 43,5 3 52,2 4 60,9 5 69,6 6 73,08 7 76,56 8 80,04 9 83,52 10 87 Dari hasil perhitungan perkiraan pada tabel terlihat bahwa pada tahun ke-10 beban transformator pada gardu tersebut berkembang menjadi 87 kva dengan demikian kapasitas trafo haruslah di atas beban pada tahun ke-10. Dengan tujuan selama 10 tahun tersebut tidak terjadi pergantian trafo di karenakan beban yang melebihi kapasitas transformator sehingga bisa di lakukan penghematan sekaligus pengoptimalan pada transformator tersebut.
4.8 KEGIATAN MUTASI TRANSFORMATOR DISTRIBUSI 4.8.1 Kondisi Transformator Kondisi transformator Jenis gardu cantol Merk trafo = Trafindo Daya trafo = 220 kva Tegangan operasi = 12 kv Jumlah fasa 3 kawat Vektor group = Dyn-5 Tap trafo pada posisi tap 3 ( 12 kv ) 4.8.2 Kondisi Awal Tabel : 4.3 Kondisi Awal Pada Transformator Distribusi Hasil Pengukuran Jurusan Arus ( A ) Tegangan ( V ) R S T N R-S S-N T-N R-S S-T R-T A1 A2 B C 114 63,4 86,8 82,7 93,2 60,4 78,2 89,7 87,8 58,2 94,6 94,7 31 33,6 33,8 35,2 207 207 209 379 380 379 Jumlah 346,9 321,5 335,3 133,6 208 379 Uraian Besar Daya (kva ) Prosentase ( % ) Daya Total 220 100 % Daya Terpakai 219,566 99,80
4.8.3 Tindakan Yang Dilakukan Daya observasi dan data hasil pengukuran di lapangan dapat di lihat bahwa gardu mengalami overload atau pembebanan lebih yang dapat di hitung berdasarkan persamaan di bawah ini dan berdasarkan tabel 4.3 sebagai berikut : Daya terpakai = V phasa-phasa X l phasa-phasa X = 379 X 334,56 X = 219566 VA = 219,6 kva % Daya terpakai = X 100 % = X 100 % = 99,80 % Untuk mengoptimalkan pembebanan transformator maka sebaiknya di hindari pembebanan di atas 80 % karena beban lebih pada transformator dapat menyebabkan panas yang berlebih dan pada akhirnya mempengaruhi umur kerja transformator. Beban adalah suatu faktor yang tidak dapat di atur besarnya tetapi dapat di atur karakteristik- karakteristiknya. Untuk mengatasinya maka di adakan kegiatan mutasi transformator. Mutasi transformator adalah kegiatan untuk menganti transformator dalam keadaan overload dengan transformator under load atau trafo dengan kapasitas yang besar. Dari perhitungan di atas dapat kita lihat bahwa gardu mengalami pembebanan yang berlebih atau overload oleh karena itu maka gardu di hasilkan / mutasi dengan transformator yang kapasitasnya lebih besar.
4.8.4 Kondisi Akhir Tabel : 4.4 Kondisi Transformator setelah di mutasi Hasil Pengukuran Jurusan Arus ( A ) Tegangan ( V ) R S T N R-S S-N T-N R-S S-T R-T A1 A2 B C 120,1 67,4 93,7 108,2 122,8 45,4 123,7 77,8 127,1 42,8 98,6 119,2 25,3 7,7 7,4 66,4 216,5 217,1 219,1 373,6 379,1 377,2 Jumlah 389,4 369,7 378,7 106,8 208 376,6 Uraian Besar Daya (kva ) Prosentase ( % ) Daya Total 315 100 % Daya Terpakai 249 79,15 % Tegangan ujung SUTR Jurusan A1 Jurusan A2 Jurusan B Jurusan C = 215,9 V = 218 V = 211,7 V = 221,5 V Daya terpakai = V phasa-phasa X l phasa-phasa X = 376,6 X 382,27 X = 249351 VA = 249,351 kva
% Daya terpakai = X 100 % = X 100 % = 79,15 % Dari perhitungan di atas setelah di rotasi trafo gardu tidak mengalami pembebanan yang berlebih atau overload karena pembebanan tidak melebihi 80 % maka gardu tidak perlu di mutasi dengan transformator yang kapasitasnya lebih besar. 4.8.5 Perhitungan Beban Pada Gardu Trafo Distribusi Tabel : 4.5 Analisa Hasil Perhitungan Mutasi Trafo Kondisi Sebelum Sesudah Tegangan Pangkal ( V ) 207,7 217,6 Tegangan Arus Beban Kapasitas Daya Pakai 199,45 334,6 220 219,6 216,8 382,3 315 249 Dari data hasil pengukuran trafo di atas di peroleh perbandingan sebagai berikut : Daya pakai trafo sebelum rotasi P1 = X 100 % =99,8 %
Jadi pada daya pakai trafo distribusi sebelum di rotasi 99,8 % maka trafo mengalami pembebanan lebih atau overload karena pembebanan tidak boleh melebihi dari 80 % maka gardu harus di mutasi dengan transformator yang kapasitasnya lebih besar. Daya pakai trafo sesudah rotasi P2 = X 100 % =79,15 % Jadi pada daya pakai trafo distribusi sesudah di rotasi mengalami penurunan tegangan sebesar 79,15 % maka trafo tidak mengalami pembebanan lebih atau overload karena pembebanan tidak melebihi dari 80 % maka gardu tidak di mutasi dengan transformator yang kapasitasnya besar. Perubahan beban setelah rotasi P = 249-219,6 kva = 29,4 kva Jadi nilai pada perubahan beban setelah di rotasi sebesar 29,4 kva maka beban mengalami penurunan tegangan dan tidak perlu mutasi atau pengantian trafo yang lebih besar. Drop tegangan ( V1 ) sebelum rotasi V1 = 207,7-199,45 kva = 8,25 kva ( 3,97 % ) dari tegangan 207,7 V
Jadi nilai drop tegangan sebelum di rotasi 8,25 dari tegangan 207,7 % hal ini di sebabkan drop tegangan belum mengalami rotasi. Drop tegangan ( V2 ) sesudah rotasi V2 = 217,6-216,8 V = 17,35 V ( 0,4 % ) dari tegangan 217,7 V Jadi nilai drop tegangan sesudah di rotasi mengalami penurunan sebesar 0,4 % karena di akibatkan tegangan pangkal lebih besar di bandingkan tegangan distribusi.