OPTIMALISASI KUALITAS TEGANGAN TRANSFORMATOR DISTRIBUSI UNTUK PELANGGAN PLN BERDASAR PADA WINDING RATIO Muhammad Ade Nugroho, 1410017211121 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Bung Hatta, Padang, Sumatera Barat. muh_ade.nugroho@yahoo.com Abstrak - Sistem distribusi adalah sistem tenaga listrik yang menyalurkan energi listrik dari pusat pembangkit hingga disalurkan kepada konsumen. Penelitian ini dilatar belakangi oleh permasalahan mengenai tegangan jatuh (drop voltage) yang diterima pelanggan PT PLN (Persero) Rayon Muaralabuh yang mengacu pada SPLN 1:1995 dengan toleransi tegangan pelayanan yang masih diterima adalah maksimal +5% dari tegangan standar tegangan rendah (TR) pada sisi pangkal dan minimum -10% pada sisi ujung. Upaya yang paling efektif dan efisien untuk menyelesaikan permasalahan diatas adalah dengan pengaturan tapping trafo. Tapping transfomator dibuat pada sisi tegangan tinggi dan dibagi dalam lima bagian. Dengan mengubah posisi tapping sama dengan mengubah jumlah belitan primer. Perubahan nilai jumlah belitan primer akan mempengaruhi rasio perbandingan belitan transformator. Perubahan rasio perbandingan belitan ini menyebabkan perubahan tegangan pada sisi tegangan tinggi. Penyesuaian tap changer trafo ini sudah diimplementasikan di PLN Rayon Muaralabuh sebanyak 30 trafo dengan saving 1810.51 kwh/bulan. Apabila diasumsikan terdapat 95% beban yang diterima di titik pelanggan, maka setara dengan Rp. 1.339.779,- per bulan, dan sekaligus dapat memperbaiki susut teknis distribusi Rayon Muaralabuh yang semula 6,60% menjadi 6,59%. Keywords - Tap changer trafo, optimalisasi kualitas tegangan trafo, susut teknis distribusi. I. PENDAHULUAN Indonesia merupakan negara yang sedang berkembang sehingga pertumbuhan energi listrik yang ada sebanding dengan pertumbuhan ekonomi yang meningkat dari tehun ke tahun, tentunya tantangan dalam menjaga stabilitas pasokan energi listrik semakin berat. Salah satu tantangan menjaga stabilitas pasokan energi listrik tersebut adalah kualitas tegangan yang baik dan stabil. Penelitian ini difokuskan untuk optimalisasi kualitas tegangan trafo distribusi sekaligus meminimalisir tegangan jatuh (drop voltage) yang sering terjadi disisi pelanggan PT PLN (Persero) Rayon Muaralabuh. Masyarakat yang berada jauh dari gardu distribusi cenderung menerima tegangan yang nilainya lebih kecil daripada di daerah yang dekat dengan gardu distribusi. Dalam prosesnya hal ini dapat ditempuh dengan cara melakukan penyesuaian tap changer trafo dengan mengoptimalkan kualitas untuk meningkatkan kualitas tegangan yang baik dan stabil kepada pelanggan-pelanggan PLN khususnya pelanggan PLN Rayon Muaralabuh. Penyesuaian tap changer trafo ini dituntut sehandal mungkin sehingga dapat meminimalisir drop voltage yang diterima pelanggan. Optimalisasi kualitas tegangan trafo distribusi dan penyesuaian tap changer trafo ini merupakan salah satu metode dalam memecahkan masalah untuk memperbaiki tegangan yang diterima di sisi pelanggan sekaligus memperbaiki susut teknis distribusi Rayon Muralabuh dengan biaya yang murah dan hasil yang maksimal. II. LANDASAN TEORI Dari berbagai masalah yang timbul pada sistem tenaga listrik mayoritas disebabkan oleh tegangan jatuh (drop voltage) yang diterima di sisi pelanggan. Drop voltage sendiri merupakan besarnya tegangan yang hilang pada suatu penghantar. Jatuh tegangan pada 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 induktansi dan kapasitansinya diperhitungkan karena nilainya cukup berarti (PT PLN (Persero), 2010: hal 20) 2.1 Transformator Transformator atau sering disebut trafo adalah mesin listrik tidak bergerak yang berfungsi untuk menaikkan atau menurunkan tegangan. Transformator atau trafo ini bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnet dan hanya dapat bekerja pada tegangan yang berarus bolak balik (AC). Ketika kumparan primer dialiri arus AC (bolak balik) maka akan menimbulkan medan magnet atau fluks magnetik disekitarnya.
Gambar 2.1. Transformator Keterangan : V p = Tegangan Primer V s = Tegangan Sekunder I p = Arus Primer I s = Arus Sekunder N p = Kump. Primer N s = Kump. Sekunder N s = Kump. Sekunder Ketika arus pada belitan primer dan sekunder mengalir dengan arah yang berlawanan. Arus-arus ini berinteraksi dengan fluks bocor diantara kedua belitan dan menghasilkan gaya radial yang saling tolak-menolak. Gaya radial ini menekan belitan dalam ke inti dan mendorong pelitan luar menjauhi inti. Gaya yang berlawanan ini akan menimbulkan gaya aksial jika tapping dibuat pada belitan transformator. Pada gambar diatas, belitan dengan tapping akhir menimbulkan gaya aksial yang lebih besar dengan belitan dengan tapping tengah. Pada keadaan hubung singkat, gaya aksial yang timbul akan sangat besar. Sehingga posisi tapping yang sering dipakai adalah tapping tengah. Tapping transformator distribusi adalah dari tegangan nominalnya. Jadi tegangan pada sisi primer transformator distribusi mempunyai 5 tapping yaitu: Tapping 1 = V N + (0,1 x V N ) Tapping 2 = V N + (0,05 x V N ) Tapping 3 = V s Tapping 4 = V s - (0,05 x V s ) Tapping 5 = V s + (0,1 x V s ) Jumlah beliatan transformator distribusi 3 phasa : Belitan primer dihubungkan Y 2.2 Tapping Transformator Prinsip pengaturan tegangan sekunder berdasarkan perubahan jumlah belitan primer atau sekunder.v p, N p dan V s, N s adalah parameter primer dan sekunder. Dimana : Belitan primer terhubung = Tegangan per belitan Jumlah belitan sekunder per kaki, jika belitan terhubung Z Jika tap changer didesain beroperasi, ketika transformator di luar rangkaian disebut changer tanpa beban. Tap changer yang didesain beroperasi ketika transformator dalam rangkaian disebut tap changer berbeban. Jika N p berkurang, tegangan per belitan bertambah, sehingga tegangan sekunder bertambah. Di sisi lain, jika N s bertambah sementara N p tetap, tegangan sekunder juga bertambah, maka bisa disimpulkan bahwa pengurangan belitan primer N p mempunyai pengaruh yang sama dengan penambahan belitan N s. Tapping dapat dibuat di awal, akhir dan tengah belitan transformator, ditunjukan Gambar 2.2. berikut : 2.3 Tap Changer Berbeban Pengubah tapping ini biasanya digunakan untuk perubahan tegangan dalam periode waktu yang singkat. Tegangan keluaran dapat diatur dengan tap changer, tanpa menyebabkan gangguan terhadap sistem. Gambar 2.2. Tapping Transformator Gambar 2.5a. Tap Changer Berbeban 2.5b. Operasi dari segmen 1 ke segmen 2
Ketika perubahan tegangan dibutuhkan, stut dan dipindahkan ke segmen 2 dengan urutan operasi sebagai berikut : 1. Buka saklar y, gambar ( b.i ). Arus masuk melalui reaktor pada bagian bawah. Reaktor menjadi sangat induktif dan tegangan jatuhnya besar. Oleh karena itu, reaktor harus didisain menahan arus beban penuh sesaat. 2. Stut B tidak dialiri arus, sehingga bisa dipindahkan ke segmen 2 tanpa percikan api. 3. Tutup saklar y, gambar ( b.iii ). Belitan transformator antara sadapan 1 dan 2 terhubung melalui reaktor. Impedansi reaktor besar, pada saat arus mengalir dalam satu arah, arus sirkulasi yang mengalir melalui reaktor dan sadapan belitan sangat kecil. Pada keadaan ini, reaktor melindungi sadapan belitan dari hubung singkat. 4. Buka saklar x. Arus masuk mengalir hanya melalui reaktor pada bagian atas, menyebabkan tegangan jatuh yang besar. 5. Pindahkan stut A dari segmen 1 ke segmen 2 dan tutup saklar x. Pada saat ini perpindahan sadapan 1 ke 2 telah selesai. Jenis tap changer berbeban yang lain, juga dilengkapi dengan reaktor sadapan tengah, diilustrasikan pada Gambar 2.5. Fungsi reaktor adalah melindungi sadapan belitan dari hubungan singkat. Saklar 1, 2, 3, 4 dan 5 dihubungkan dengan sadapan belitan. 2.4 Tegangan Jatuh (Drop Voltage) Drop Voltage ditimbulkan oleh arus yang mengalir melalui tahanan kawat, drop voltage (V) pada penghantar semakin besar jika arus (I) di dalam penghantar semakin besar dan bergantung pada bahan atau penghantar (R) kawat itu sendiri. V drop = I x ((R x cos phi) + (jx x sin phi)) V drop = Keterangan : V drop I R Phi R Z X Cos phi = Sin phi = atau = Drop voltage = Arus = Hambatan = Sudut Daya = Resistant = Impedant = Reaktan III. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Hasil Penyesuaian Tap Changer Trafo 200 kva Gambar 2.6. Tapping Berbeban Saklar pada Gambar 2.6. ditutup selama operasi normal, dengan saklar 2, 3, 4, 5 dibuka dan saklar 1 ditutup. Pada saat ini, arus mengalir melalui reaktor bagian atas dan reaktor bagian bawah dengan arah yang berlawanan. Perubahan sadapan 1 ke sadapan 2, dilakukan dengan urutan operasi sebagai berikut. 1. Buka saklar S. Sekarang arus total mengalir melalui reaktor pada bagian atas dan tegangan jatuhnya besar. 2. Tutup saklar 2. Belitan antara sadapan 1 dan sadapan 2 terhubung melalui reaktor. 3. Buka saklar 1. Sehingga arus mengalir melalui reaktor pada bagian bawah dan tegangan jatuhnya besar. 4. Tutup saklar S. Arus mengalir melalui kedua bagian reaktor. Untuk perubahan sadapan 2 ke sadapan 3, urutan operasi di atas diulangi. Penyesuaian tap changer tarfo distribusi tiga phasa bertujuan untuk menjaga tegangan pada sisi tegangan sekunder selalu konstan, meskipun terjadi perubahan tegangan pada sisi tegangan tinggi. Data test belitan ini didapat dari penelitian sebelumnya (Leonardus Siregar, 2013). Tabel 3.1. Sample data Trafo Pasar Muaralabuh (200 kva) Untuk sadapan trafo 19 kv dengan kapasitas trafo 200 kva kualitas tegangan yang optimal dengan mengacu pada SPLN 1:1995 di posisi Tap changer 4 dengan jumlah belitan 1956.
Gambar 3.2. Grafik posisi tap trafo 160 kva terhadap belitan dan output Dari Gambar 3.2., tersebut didapatkan data kualitas tegangan yang optimal untuk trafo 160 kva dengan output Vs (tegangan di sisi sekunder trafo) 400 Volt di tapping 4 dengan Vin (tegangan sadapan trafo) 19 kv untuk lokasi Trafo Bendang. Gambar 3.1. Grafik posisi tap trafo 200 kva terhadap belitan dan output Dari Gambar 3.1. tersebut didapatkan data kualitas tegangan yang optimal untuk trafo 200 kva dengan output Vs (tegangan di sisi sekunder trafo) 411 Volt di tapping 4 dengan Vin 19 kv untuk lokasi Trafo Pasar Muaralabuh yang berlokasi dipusat perbelanjaan Kabupaten Solok Selatan. 3.3 Hasil Penyesuaian Tap Changer Trafo 100 kva Tabel 3.3. Sample data Trafo Pasir Talang (100 kva) 3.2 Hasil Penyesuaian Tap Changer Trafo 160 kva Tabel 3.2. Sample data Trafo Bendang (160 kva) Sedangkan untuk Trafo Pasir Talang yang berkapasitas 100 kva output kualitas tegangan yang optimal dengan mengacu pada SPLN 1:1995 di posisi Tap changer 3 dengan Vin 20 kv, hal ini dikarenakan lokasi Trafo Pasir Talang dekat dengan sumber tegangan yang dikirim dari Gardu Hubung. Untuk sadapan Trafo Bendang yang berkapasitas 160 kva diposisi Vin 19 kv output kualitas tegangan yang optimal dengan mengacu pada SPLN 1:1995 di posisi Tap changer 4 dengan jumlah belitan 1564 selisih 392 jumlah belitan dibandingkan dengan kapasitas trafo 200 kva. Gambar 3.3. Grafik posisi tap trafo 100 kva terhadap belitan dan output
Dari Gambar 3.3. tersebut didapatkan data kualitas tegangan yang optimal untuk trafo 100 kva dengan output Vs (tegangan di sisi sekunder trafo) 404 Volt di tapping 3 dengan Vin (tegangan sadapan trafo) 20 kv untuk lokasi Trafo Pasir Talang yang dekat dengan sumber tegangan. 3.5 Hasil Vs sebelum & sesudah penyesuaian Tap Changer Data output sebelum penyesuaian tap changer trafo sekaligus optimalisasi kualitas : Tabel 3.5.1. Rekap tegangan gardu sebelum penyesuaian Tap Changer Trafo 3.4 Hasil Penyesuaian Tap Changer Trafo 50 kva Tabel 3.4. Sample data Trafo Pinang Awan (50 kva) Untuk Trafo Pinang Awan yang berkapasitas 50 kva lebih kecil dibandingkan dengan trafo yang lainnya, kualitas tegangan yang optimal dengan mengacu pada SPLN 1:1995 untuk Trafo Pinang Awan di posisi Tap changer 4 Vin 19.5 kv dengan jumlah belitan 502. R-S / R-T / S-T = Beda Tegangan antar phasa (Volt) Dari Tabel 3.5.1. tersebut merupakan data output tegangan trafo distribusi sebelum dilakukannya penyesuaian tap changer trafo dengan mayoritas tegangan output dibawah 380 V. Data output sesudah penyesuaian tap changer trafo sekaligus optimalisasi kualitas Gambar 3.4. Grafik posisi tap trafo 50 kva terhadap belitan dan output Dari Gambar 3.4. tersebut didapatkan data kualitas tegangan yang optimal untuk trafo 50 kva dengan output Vs (tegangan di sisi sekunder trafo) 408 Volt di tapping 4 dengan Vin (tegangan sadapan trafo) 19.5 kv untuk lokasi Trafo Pinang Awan.
Tabel 3.5.2. Rekap tegangan gardu sesudah penyesuaian Tap Changer Trafo Tabel 3.6. Saving penyesuaian Tap Changer Trafo R-S / R-T / S-T = Beda Tegangan antar phasa (Volt) Dari Tabel 3.5.2. tersebut merupakan data output tegangan trafo distribusi setelah dilakukannya penyesuaian tap changer trafo sekaligus optimalisasi kualitas tegangan trafo sesuai dengan sadapan yang diterima trafo tersebut. 3.6 Saving hasil penyesuaian tap changer trafo distribusi Saving yang diperoleh dari penyesuaian 30 buah tap changer trafo : Dari Tabel 3.6. tersebut didapatkan 1810.51 kwh/bulan saving kwh yang didapat dari 30 buah trafo yang mengalami penyesuaian tap changer trafo dengan di asumsikan 95% beban yang diterima di titik pelanggan, setara dengan Rp. 1.339.779,- per bulan sesuai dengan nilai rata rata rupiah per kwh Rayon Muaralabuh. 4.1 Kesimpulan IV. KESIMPULAN DAN SARAN Dari hasil analisis dan simulasi yang dilakukan, dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1) Salah satu penyebab tegangan jatuh (drop voltage) yang mengacu pada SPLN 1:1995 di sisi pelanggan salah satunya adalah tidak sesuainya tap changer trafo dengan sadapan yang diterima trafo tersebut. 2) Untuk optimalisasi kualitas tegangan output Vs (tegangan di sisi sekunder trafo) yaitu dengan menyesuaiakan Vin (tegangan sadapan trafo) dengan lokasi dan sadapan yang diterima trafo tersebut.
3) Semakin besar kapasitas trafo distribusi maka akan semakin banyak jumlah belitan disisi primer trafo distribusi. 4) Dengan Optimalisasi kualitas dan penyesuaian tap changer tersebut di dapatkan 1810.51 kwh/bulan saving kwh yang diasumsikan 95% beban yang diterima di titik pelanggan, setara dengan Rp. 1.339.779,- per bulan. 5) Dengan melakukan optimalisasi sekaligus penyesuaian tap changer trafo untuk memperbaiki kualitas tegangan di sisi pelanggan tersebut dapat memperbaiki susut teknik Rayon Muaralabuh dari 6,60% menjadi 6,59% dengan target susut 5% di tahun 2015. 6) Optimalisasi kualitas dan penyesuaian tap changer trafo tersebut memperbaiki tegangan jatuh (drop voltage) di ujung pelanggan PT PLN (Persero). DAFTAR PUSTAKA Endansari S, Dona., 1989 Studi Perhitungan Susut Teknis Pada Sistem Distribusi Tenaga Listrik, Jurusan Elektro FTUI, Jakarta. Setiabudy, R., 2007, Material Teknik Listrik. Jakarta Siregar, Leonardus, 2013, Pengujian Tapping Transformator Distribusi 20 kv, Medan. Suryatmo, F., 2005, Dasar Dasar Teknik Listrik. Jakarta SPLN, 2010. PT PLN Persero. Zuhal., 1995, Dasar Tenaga Listrik. ITB. Bandung 4.2 Saran Berdasarkan hasil simulasi yang telah dilakukan untuk pengembangan penelitian selanjutnya, maka disarankan halhal sebagai berikut: 1) Tegangan jatuh (drop voltage) dan optimalisasi kualitas tegangan trafo sesuai dengan sadapan yang diterima trafo tersebut merupakan salah satu penyebab tidak stabilnya sistem penyaluran tenaga listrik ke pelanggan PLN, oleh karena itu disarankan untuk pekerjaan optimalisasi sekaligus penyesuaian tap changer trafo dilakukan secara rutin dan menyeluruh. 2) Dalam studi yang dilakukan untuk optimalisasi kualitas dibuat sebatas melakukan perbandingan kapasitas trafo distribusi berdasarkan belitan trafo (winding ratio), output tegangan distribusi dan sadapan trafo tiap tiap lokasi trafo distribusi. Untuk penelitian lebih lanjut dapat dilakukan perbandingan jenis penghantar dan penampang kawat ke pelanggan PLN. 3) Dalam studi lebih lanjut, disarankan untuk mengevaluasi tegangan ujung di sisi pelanggan PLN baik sesudah ataupun sebelum dilakukannya optimalisasi kualitas agar tegangan yang tersalurkan optimal di sisi pelanggan PLN.