Analisis Penempatan Transformator Distribusi Berdasarkan Jatuh Tegangan Rudi Salman Staf Pengajar Program Studi Teknik Elektro Universitas Negeri Medan rudisalman.unimed@gmail.com Abstract Distribution system is a power system that distributes electrical energy from power plants to consuments in medium to low voltage scale. In fact there is a distribution transformer far enough away from the substation so that the voltage drop on the primary side of the distribution transformer exceeds the allowable limit. Therefore it is necessary to rearrange the length of the channel of the primary distribution system by adjusting the placement of the transformer distribution so that the transformer performance becomes better. This paper describes the solution of this problem to the Tanjung Morawa Substation through the calculation of the percentage method of voltage drop on a feeder adjusted to the calculated voltage drop allowed by PLN. From the calculation results obtained 2 large distribution transformer percentage of the voltage fell on the primary side more than 5%. Garde TM 181 is 5.15% (103083 Volt) and the Garde TM 258 is 5.59% (1118.59 Volt). Keywords: Transformer Voltage drop Power distribution Abstrak Sistem distribusi adalah sistem tenaga listrik yang menyalurkan energi listrik dari pembangkit sampai kekonsumen dalam skala tegangan menengah sampai dengan tegangan rendah. Pada kenyataannya terdapat transformator distribusi yang jaraknya cukup jauh dari Gardu Induk (GI) sehingga terjadi jatuh tegangan (voltage drop) pada sisi primer transformator distribusi melebihi batas yang diijinkan. Oleh sebab itu diperlukan penataan ulang panjang saluran sistem distribusi primer dengan mengatur penempatan transformator distribusi agar kinerja transformator menjadi lebih baik.tulisan ini menguraikan penyelesaian masalah ini pada Gardu Induk (GI) Tanjung Morawa melalui perhitungan metode persentase jatuh tegangan ( voltage drop) pada suatu penyulang (feeder) yang disesuaikan dengan perhitungan jatuh tegangan yang diijinkan PLN. Dari hasil analisis perhitungan diperoleh 2 transformator distribusi yang besar persentase tegangannya jatuh pada sisi primernya lebih dari 5%. Gardu TM 181sebesar 515% (103083 Volt)dan Gardu TM 258 sebesar 559% (111859 Volt). Kata Kunci : Transformator Jatuh tegangan Distribusi tenaga listrik 1. Pendahuluan Pusat-pusat pembangkit listrik berada jauh dari pusat beban hal ini mengakibatkan rugi-rugi yang cukup besar dalam penyaluran daya listrik. Rugi-rugi tersebut disebabkan oleh saluran yang cukup panjang. Sehingga dalam penyaluran daya listrik melalui transmisi maupun distribusi akan mengalami jatuh tegangan sepanjang saluran yang dilalui. Ditinjau dari segi panjang saluran distribusi dari gardu induk menuju transformator distribusi maupun dari transformator distribusi kebeban dapat juga menyebabkan jatuh tegangan yang cukup besar. Selain jatuh tegangan yang semakin besar menyebabkan juga kinerja transformator distribusi kurang maksimal. Adanya kondisi tersebut diperlukan evaluasi dan perencanaan kembali yang memperhatikan kriteria-kriteria perencanaan seperti jatuh tegangan ( voltage drop) yang diijinkan dan keberlangsungan pelayanan daya listrik. Pada tulisan ini metode yang digunakan adalah menganalisis dan menghitung nilai rugi-rugi (losses) daya dan jatuh tegangan ( voltage drop) pada suatu penyulang ( feeder). Selanjutnya disesuaikan dengan perhitungan jatuh tegangan yang diijinkan PLN. Untuk mendapatkan jatuh tegangan yang kecil dan sesuai dengan yang diijinkan PLN diperlukan suatu jarak yang sesuai dalam penempatan transformator distibusi. 2. Transformator 2.1. Pengertian Transformator Transformator adalah suatu komponen dalam sistem tenaga listrik yang berfungsi untuk mengubah tegangan dari satu tingkat ketingkat yang lain melalui gandengan magnet berdasarkan prinsip induksi elektromagnet. Transformator digunakan secara luas baik dalam bidang tenaga listrik maupun elektronika. Penggunaannya dalam sistem tenaga memungkinkan dipilihnya tegangan yang sesuai dan ekonomis untuk tiap-tiap keperluan misalnya untuk kebutuhan tegangan tinggi dalam pengiriman daya listrik jarak jauh. 2.2 Sistem Distribusi Tenaga Listrik Secara umum sistem tenaga listrik tersusun atas tiga subsistem pokok yaitu: 1. Subsistem pembangkit 2. Subsistem transmisi 3. Subsistem distribusi. 2.3 Sistem Distribusi Primer Bagian-bagian sistem distribusi primer terdiri dari :
1. Transformator daya berfungsi utnuk menurunkan tegangan dari tegangan tinggi ke tegangan menegah atau sebaliknya. 2. Pemutus tegangan berfungsi sebagai pengaman yaitu pemutus daya 3. Penghantar berfungsi sebagai penghubung daya 4. Gardu Hubung berfungsi menyalurkan daya ke gardu-gardu distribusi tanpa mengubah tegangan 5. Gardu Distribusi berfungsi untuk menurunkan tegangan menegah menjadi tegangan rendah. 2.4 Sistem Distribusi Sekunder Distribusi sekunder mempergunakan tegangan rendah.sebagaimana halnya dengan distribusi primer terdapat pula pertimbanganpertimbangan perihal kehandalan pelayanan dan regulasi tegangan. Sistem sekunder dapat terdiri atas empat jenis umum : 1. Pelayanan Dengan Transformator tersendiri 2. Penggunaan Satu Transformator Untuk Sejumlah Pemakai 3. Bangking Sekunder 4. Jaringan Sekunder 2.5 Daya Listrik Ada beberapa jenis daya listrik yang dibahas pada bab ini yaitu : 2.5.1 Daya Semu Daya semu adalah daya yang melewati suatu saluran penghantar pada jaringan transmisi maupun jaringan distribusi. Dimana untuk daya semu ini dibentuk oleh besaran tegangan yang dikalikan dengan besaran arus. Untuk 1 fasa yaitu : S V I Untuk 3 fasa yaitu : S 3 V I S Daya semu ( VA) V Tegangan (KV) I Besar arus (A) 2.5.2 Daya Aktif Daya aktif (daya nyata) adalah daya yang dipakai untuk menggerakkan berbagai macam peralatan listrik seperti : motor listrik. Daya aktif ini dihasilkan dari besar tegangan yang kemudian dikalikan dengan besaran arus dan faktor dayanya. Untuk 1 fasa yaitu : P V I Cosφ Untuk 3 fasa yaitu : P 3 V I Cosφ P Daya aktif (Watt) V Tegangan (V) I Besar arus (A) 2.5.3 Daya Reaktif Daya reaktif untuk 1 fasa yaitu : Q V I Sinφ Daya reaktif untuk 3 fasa yaitu : Q 3 V I Sinφ P Daya Aktif (Watt) V Tegangan (V) I Besar arus (A) 2.5.4 Faktor Daya Faktor daya adalah perbandingan antara daya nyata dalam satuan watt dan daya reaktif dalam satuan VoltAmpere Reaktif (VAR) dari daya yang disalurkan oleh pusat-pusat pembangkit kebeban. Nilai faktor daya ini mempengaruhi besar arus yang mengalir pada saluran untuk suatu beban yang sama. Faktor daya salah satunya disebabkan oleh penggunaan peralatan pada pelanggan yang menyimpang dari syarat-syarat penyambungan yang telah di tetapkan dapat mengakibatkan pengaruh balik terhadap saluran antara lain faktor daya yang rendah dan ketidakseimbangan beban. Rendahnya faktor daya disebabkan karena melebarnya sudut fasa antara arus dan tegangan.faktor daya yang terlalu rendah mengakibatkan rugi yang sangat besar pada saluran.pergeseran sudut fasa antara arus dan tegangan di tentukan oleh sifat impedansi beban (resistif induktif kapasitif) yang dihubungkan dengan sumber arus bolakbalik tersebut. Apabila beban mempunyai impedansi yang bersifat resistif maka arus dan tegangan sefasa atau besarnya pergeseran sudut fasa sama dengan nol. Dengan demikian faktor daya sama dengan satu (unity power factor). Rumus Faktor Daya Tertinggal yaitu : Faktor Daya (Power Faktor) P S Rumus Faktor Daya Tertinggal yaitu : Faktor Daya (Power Faktor) P S 2.6 Transformator Distribusi Transformator distribusi merupakan salah satu alat yang memegan peranan penting /menyalurkan arus atau energi listrik dengan tegangan distribusi supaya jumlah energi yang tercecer dan hilang siasia diperjalanan tidak terlalu banyak. Transformator distribusi umumnya digunakan adalah transformator Step Down 20KV/400V. Tegangan fasa ke fasa sistem jaringan rendah adalah 380 V. Karena terjadi drop tegangan maka pada rak tegangan rendah dibuat menjadi 400V agar tegangan pada ujung penerima tidak lebih kecil dari 380V. 18
Transformator distribusi dapat berfasa tunggal atau tiga fasa dan kapasitasnya kira-kira 5 kva. Impedansi transformator distribusi pada umumnya sangat rendah kira-kira 2% untuk unit-unit yang kurang dari dari 50kVA dan sampai 4% untuk unitunit yang lebih besar dari 100 KVA. 2.7 Persamaan analisis 1. Perhitungan arus beban penuh : S 3 V I S daya transformator (VA) V Tegangan sisi primer transfomator (V) I Arus jala-jala (A) 2. Perhitungan resistansi dan induksi a.tahanan total saluran distribusi primer dari gardu induk sampai pada sisi primer transformator adalah : R Resistansi penghantar (Ω) V Tegangan sisi primer/ tegangan jala (V) I Arus pada penghantar (A) b.induktansi total saluran distribusi primer dari GI sampai pada sisi primer transformator adalah : X Induktansi penghantar (Ω) V Tegangan sisi primer (V) I Arus pada penghantar (A) 2.8 Rugi-rugi pada jaringan distribusi Dalam proses penyaluran daya listrik baik pada saluran transmisi maupun distribusi seringkali mengalami rugi-rugi daya (losses) yang cukup besar yaitu rugi-rugi pada saluran dan rugi-rugi pada trafo yang digunakan. Kedua jenis rugi-rugi daya tersebut memberikan pengaruh yang besar terhadap kualitas daya serta tegangan yang dikirimkan kesisi konsumen. Nilai tegangan yang melebihi batas toleransi akan menyebabkan tidak optimalnya kerja dari peralatan listrik di sisi konsumen. Selain itu rugi-rugi daya yang besar menimbulkan kerugian secara finansial disisi perusahaan pengelola listrik. Yang dimaksud rugirugi daya ( losses) adalah perbedaan antara energi listrik yang disalurkan (Ps) dan energi listrik yang terpakai (Pp). Besar rugi-rugi daya pada jaringan distribusi dapat ditulis sebagai berikut: 3 R Losses rugi-rugi pada saluran (Watt) R resistansi saluran per fasa (Ohm) I arus yang mengalir per fasa (Ampere) Nilai resistansi dari suatu penghantar merupakan penyebab utama rugi-rugi daya yang terjadi pada jaringan distribusi. Nilai resistansi dari suatu penghantar dipengaruhi oleh beberapa parameter. Berikut adalah persamaan resistansi penghantar: R resistansi saluran (ohm) r resistivitas bahan penghantar (ohm - meter) l panjang penghantar (meter) A luas penampang (m 2 ) Jika suatu arus mengalir pada suatu penghantar maka pada penghantar tersebut akan terjadi rugi-rugi energi menjadi energi panas karena pada penghantar tersebut terdapat resistansi. Rugirugi dengan beban terpusat di ujung dirumuskan: ( + ) Sedangkan jika beban terdistribusi merata di sepanjang saluran maka rugi-rugi energi yang timbul adalah : 2 ( + ) I : Arus yang mengalir pada penghantar (Ampere) R : Tahanan pada penghantar (Ohm/km) X : Reaktansi pada penghantar (Ohm/km) L : Panjang penghantar (Kms) Besarnya rugi-rugi daya Aktif pada sambungan untuk tiga fasa dalam sisi primer dirumuskan : 3 R P losses yang timbul pada konektor (watt) I Arus yang mengalir melalui konektor (ampere) R Tahanan konektor (ohm) X Reaktansi konektor (ohm) 2.9 Sifat beban listrik Dalam suatu rangkaian listrik selalu dijumpai suatu sumber dan beban. Bila sumber listrik DC maka sifat beban hanya bersifat resistif murni karena frekuensi sumber DC adalah nol. Reaktansi induktif (X L ) akan menjadi nol yang berarti bahwa induktor tersebut akan short circuit. Reaktansi kapasitif (X C ) akan menjadi tak berhingga yang berarti bahwa kapasitif tersebut 19
akan open circuit. Jadi sumber DC akan mengakibatkan beban beban induktif dan beban kapasitif tidak akan berpengaruh pada rangkaian. Bila sumber listrik AC maka beban dibedakan menjadi 3 sebagai berikut : 1. Beban resistif 2. Beban Induktif 3. Beban kapasitif Rumus rugi-rugi daya aktif : 3 Rumus rugi-rugi daya reaktif 3 Ifasa : Arus yang mengalir pada fasa (A) R : Resistansi (Ohm) X : Reaktansi (Ohm) 3. Peninjauan transformator distribusi pada sistem distribusi. Konstanta jaringan / SPLN 64 tahun 1985 yang digunakan pada penyulang Tanjung Morawa pada table 3.1 Bahan penghantar Luas penampang (mm²) Impedansi (Ω/Kms) Arus (A) AAAC 50 06452+J03678 210 AAAC 70 04608+J03572 155 AAAC 150 02162+J03305 425 AAAC 240 01344+J03158 585 4. Analisis dan hasil Untuk menganalisis tata letak transformator perlu diketahui seberapa besar jatuh tegangan sepanjang saluran distribusi primer melalui datadata sekunder yang diperoleh dari PT.PLN (Persero) mengenai saluran distribusi primer dan transformator yang terpasang. Begitu juga dengan dayanya yang disalurkan dari gardu induk tanjung morawa menuju PT. PLN (Persero) Rayon Tanjung Morawa. Untuk transformator dengan kode TM 181 besar arus fasa pada sisi primer transformator distribusi : 3180kVA 3(20kV) 86329 A Tahanan total per fasa saluran distribusi primer dari GI Tanjung Morawa sampai pada sisi (Ω) 04608 Ω 2075 kms 448 Ω /fasa Reaktansi total per fasa saluran distribusi primer dari GI Tanjung Morawa sampai pada sisi (Ω) ( Ω ) (kms) 03572 Ω 2075 kms 685 Ω/fasa Jatuh tegangan pada saluran distribusi primer dari GI Tanjung Morawa sampai pada sisi primer transformator distribusi: VD 3 ( + ) 3 86329 Ampere (448 090 Ω+685 044Ω 103083 Volt Perhitungan besar rugi-rugi daya aktif perfasa (P) : P (Watt) I P (86329)Ampere (448) Ω 173743(W) Perhitungan besar rugi rugi daya Reaktif perfasa(q ) : Q I Q (86329) Ampere (685) 406011 VAR Persentase jatuh tegangan pada saluran distribusi dari GI Tanjung Morawa sampai kesisi %VD 100% %VD 100% 515% Dengan metode analisis yang sama didapat dua transformator yang jatuh tegangannya melebihi 5% dari batas yang diijinkan oleh PLN yaitu transformator dengan kode TM 181 (515%) dan TM 258 (559%) Dari perhitungan diatas terlihat bahwa persentase jatuh tegangan melebihi 5%. Cara yang dapat dilakukan untuk memperbaiki jatuh tegangan pada sisi primer transformator distribusi ini adalah dengan penempatan ulang lokasi atau letak transformator tersebut. VD 5% V 5% 20000 1000 Volt VD 1030.83 Selisisih Voltage Drop kurangi adalah : VD VD - VD 1030.83-1000 Volt 3083 Volt yang harus di Oleh karena itu jarak transformator setelah mengalami perubahan adalah : L2 2012 Kms 20
Begitu juga dengan transformator dengan kode TM 258 VD 5% V 5% 20000 1000 Volt VD 111859 Volt Selisisih Voltage Drop yang harus di kurangi adalah : VD VD - VD 111859-1000 Volt 11859 Volt Oleh karena itu jarak transformator setelah mengalami perubahan adalah : [6] Hutauruk T.S. 2000 Distribusi dan Utilasi Tenaga Listrik. penerbit Universitas Indonesia (UIPress) : Jakarta. [7] J Duncan Glover 2008 Power System Analysis and Design Fourth Edition Thomson Learning:Australia. [8] Kadir Abdul 1989 Transformator Elex Media Computindo : Jakarta. [9] Kadir Abdul 1998 Transmisi Tenaga Listrik Universitas Indonesia : Jakarta. [10] Kadir Abdul 2000 Distribusi Dan Utilasi Tenaga Listrik Universitas Indonesia : Jakarta. L2 2093 Kms 5. Kesimpulan Berdasarkan hasil analisis data-data yang ada maka dapat diambil beberapa kesimpulan yaitu : 1. Berdasarkan hasil perhitungan diperoleh bahwa semakin panjang saluran transformator distribusi Primer dari GI sampai pada penempatan transformator maka semakin besar pula persentase penurunan tegangan yang dihasilkan. 2. Dari hasil perhitungan Pada Gardu Tanjung Morawa terdapat transformator distribusi yang besar persentase jatuh tegangan pada sisi saluran distribusi primernya lebih dari 5 %. Yaitu Gardu TM 181 sebesar 515% dan Gardu TM 258 sebesar 559%. 3. Dari hasil analisis perhitungan terdapat dua transformator yang mengalami perubahan lokasi atau letak yaitu gardu dengan kode dan nomor sebagai berikut: TM 181 dari jarak 2075 Kms menjadi 2012 Kms dan TM 258 dari jarak 2341 Kms menjadi 2093 Kms. 6. Daftar Pustaka [1] Arismunandar A.1993 Teknik Tenaga Listrik. Cetakan Ketujuh Jilid III PT. Pramadnya Paramita : Jakarta [2] Berahim Hamzah1991 Pengantar Tekhnik Tenaga Listrik Edisi Pertama Andi Offset: Yogyakarta. [3] Diklat Profesi Distribusi2009 Kriteria Perencanaan Jaringan Distribusi PT.PLN Pusat Pendidikan dan Pelatihan : Jakarta Selatan. [4] Edminister Joseph. 2004 Rangkaian Listrik Edisi Keempat. Erlangga : Jakarta. [5] Erlayas Bastanna 2009 Analisis Perhitungan Jatuh Tegangan Medan. H 21