TUGAS AKHIR STUDI TENTANG PENGUKURAN PARAMETER TRAFO DISTRIBUSI DENGAN MENGGUNAKAN EMT (ELECTRICAL MEASUREMENT & DATA TRANSMIT) Diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan Program Pendidikan Sarjana Ekstensi (PPSE) Teknik Elektro Fakultas Teknik. O l e h ROLLY ELMONDO SINAGA NIM:100422038 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014 i
ii
ABSTRAK Pemeriksaan fisik gardu dan pengukuran parameter trafo distribusi pada waktu beban puncak (WBP) serta luar waktu beban puncak (LWBP) dilakukan secara berkala sebagai salah satu langkah pemantauan gardu (monitoring) maupun keperluan lainnya. Hasil ukur parameter trafo dapat di analisis, sehingga trafo dan komponen lain pada suatu Gardu Trafo Tiang (GTT) dapat terhindar dari penyebab kerusakan umum, seperti beban lebih (overload), ketidakseimbangan beban (unbalanced load), serta penurunan kemampuan pembebanan trafo (derating). Pengukuran parameter trafo distribusi dalam hal ini menggunakan alat ukur dan aplikasi web bernama Electrical Measurement and Data Transmit (EMT). Dari analisis data diperoleh, tingkat kesalahan alat ukur EMT tertinggi adalah 6,15%. Efisiensi trafo MK328 saat pengukuran LWBP adalah 98,8%; saat pengukuran WBP adalah 98,46%, sedangkan JH184 efisiensi trafo saat LWBP adalah 98,77%; saat WBP adalah 98,84%. Dengan menghitung efisiensi maksimum sebesar 98,9%, ditunjukkanlah bahwa pembebanan yang lebih besar akan mengurangi efisiensi trafo, akan tetapi pembebanan yang terlalu kecil juga menyebabkan efisiensi trafo yang rendah. Ketidakseimbangan beban MK328 saat pengukuran LWBP adalah 27,33% melebihi ketentuan sebesar 25%. Pembebanan yang lebih seimbang dapat menurunkan rugi-rugi akibat adanya arus yang mengalir pada penghantar netral. Trafo MK328 memiliki nilai THD arus yang melebihi ketentuan IEEE 519-1992 tentang standar harmonisa arus. Kapasitas trafo MK328 dan JH184 adalah sebesar 160 kva, namun akibat adanya Harmonisa (THD) terjadi penurunan kemampuan pada trafo (derating). Pada MK328 daya trafo paling signifikan turun menjadi 136,89 kva, sementara pada JH184 daya trafo hanya turun menjadi 152,16 kva. Kata Kunci : EMT, Pengukuran Parameter Trafo. iii
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas rahmat dan karunia yang dilimpahkan dalam menyelesaikan tugas akhir ini. Adapun tugas akhir ini dibuat untuk memenuhi syarat kesarjanaan di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik. Tugas akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu keluarga tercinta: Ayahanda R. Sinaga, BSc. dan Ibunda R br. Purba (+) serta adik-adikku Rendy Sinaga, Ruben Sinaga dan Rahel br. Sinaga yang senantiasa mendukung dan mendoakan penulis dari awal perkuliahan hingga penyelesaian tugas akhir. Selama masa perkuliahan sampai pada penyelesaian tugas akhir ini, penulis banyak memperoleh bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan penulis menyampaikan ucapan terimakasih kepada : 1. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT-USU; 2. Bapak Ir. Riswan Dinzi, MT selaku Dosen Wali penulis, atas bimbingan dan arahannya dalam menyelesaikan perkuliahan; 3. Bapak Ir. Panusur S.M.L.Tobing selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas bimbingan dan arahannya dalam menyelesaikan penulisan Tugas Akhir ini; 4. Bapak Syahrial, BE; Bapak Damun; Bapak Selamat serta seluruh staf dan karyawan PT. Razza Prima Trafo atas bantuannya dalam memberikan bimbingan serta pengambilan data; 5. Seluruh Staf Pengajar di Departemen Teknik Elektro USU dan Seluruh Karyawan di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektro USU; iv
6. Teman-teman seangkatan Jurusan Teknik Elektro Ekstensi 2010 (Frans, Adi, dkk), para senior serta junior untuk semua dukungannya; dan 7. Semua pihak yang memberi dukungan yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna sehingga penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari pembaca. Semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat dan memberikan inspirasi bagi pengembangan selanjutnya bagi pembaca. Medan, April 2014 Penulis, ROLLY ELMONDO SINAGA NIM: 100422038 v
DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN... Error! Bookmark not defined. ABSTRAK... iii KATA PENGANTAR... iv DAFTAR ISI... vi DAFTAR TABEL... viii DAFTAR GAMBAR... ix BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Tujuan Penulisan... 2 1.3 Manfaat Penulisan... 2 1.4 Batasan Masalah... 2 1.5 Sistematika Penulisan... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 4 2.1 Pengukuran (measurement)... 4 2.2 Fungsi Pengukuran... 5 2.3 Pengukuran Besaran Listrik (Electrical Measurement)... 5 2.4 Alat ukur sistem elektrodinamis (Analog)... 6 2.5 Alat ukur sistem elektronik (Digital)... 7 2.6 Gardu Trafo Tiang... 7 2.7 Pengukuran Parameter Trafo Pada Gardu Trafo Tiang... 12 2.8 Efesiensi Trafo... 14 2.9 Ketidakseimbangan Pembebanan Trafo... 16 2.10 Standar Harmonisa... 17 2.11 Derating Pada Trafo Akibat Harmonisa... 19 2.12 Pengukuran Parameter Trafo menggunakan EMT... 20 2.13 Spesifikasi TeknisEMT-Portable... 21 2.14 Fungsi peralatan EMT-PORTABLE... 23 2.15 Pengubah Sinyal Analog ke Digital (ADC Converter)... 23 2.16 Pengolah Data Digital (Mikroprosesor)MCF5206ECAB40... 25 2.17 Komunikasi Serial RS-485... 26 2.18 Mikrokontroller ATMEGA 8535... 27 vi
BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 29 3.1 Perhitungan Pembebanan Trafo... 29 3.2 Perhitungan efesiensi pembebanan trafo... 29 3.3 Perhitungan ketidakseimbangan beban pada trafo... 30 3.4 Perhitungan Standar Harmonisa (THD)... 30 3.5 Perhitungan derating trafo akibat harmonisa (THDF)... 31 3.6 Peralatan Pengukuran Gardu... 31 3.7 Prosedur Penelitian Pengukuran Parameter Trafo... 31 3.8 Teknik Pengumpulan Data... 32 BAB IV HASIL DAN ANALISIS... 34 4.1 Prinsip Kerja Alat Ukur EMT... 34 4.2 Sinyal Masukan Alat Ukur EMT (Input Signal)... 35 4.2.1 Sinyal Masukan Arus... 35 4.2.2 Sinyal Masukan Tegangan... 37 4.3 Data Hasil Pengukuran... 40 4.4 Perhitungan dan Analisis Data Hasil Ukur... 44 4.4.1 Pembebanan Trafo... 44 4.4.2 Efesiensi pembebanan trafo... 46 4.4.3 Ketidakseimbangan beban pada trafo... 49 4.4.4 Standar Harmonisa (%THD)... 54 4.4.5 Derating trafo (THDF)... 61 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 65 5.1 Kesimpulan... 65 5.2 Saran... 66 DAFTAR PUSTAKA... 67 vii
DAFTAR TABEL Tabel 2. 1 Program manajemen transformator distribusi.... 13 Tabel 2. 2 Standar Harmonisa Tegangan IEEE 519.... 18 Tabel 2. 3 Standar Harmonisa Arus IEEE 519.... 19 Tabel 2. 4 Spesifikasi Teknis EMT-PORTABLE... 21 Tabel 2. 5 Spesifikasi Protokol RS485.... 26 Tabel 4.1 Data Ukur LWBP MK328 (SIANG)... 40 Tabel 4.2 Data Ukur WBP MK328 (MALAM)... 41 Tabel 4.3 Data Ukur LWBP JH184 (SIANG)... 42 Tabel 4.4 Data Ukur WBP JH184 (MALAM)... 43 Tabel 4. 5 Persentase kesalahan (error) alat ukur EMT.... 45 Tabel 4.6 Perubahan efisiensi terhadap pembebanan.... 48 Tabel 4.7 Ketidakseimbangan Pembebanan Gardu MK328 dan JH184... 51 Tabel 4.8 Standar harmonisa arus MK328 saat pengukuran LWBP... 54 Tabel 4.9 Standar harmonisa arus MK328 saat pengukuran WBP... 55 Tabel 4.10 Standar harmonisa arus JH184 saat pengukuran LWBP... 56 Tabel 4.11 Standar harmonisa arus JH184 saat pengukuran WBP... 56 Tabel 4.12 Harmonisa tegangan MK328 pada saat LWBP.... 57 Tabel 4.13 Harmonisa tegangan MK328 pada saat WBP... 57 Tabel 4.14 Harmonisa arus MK328 pada saat LWBP... 58 Tabel 4.15 Harmonisa arus MK328 pada saat WBP.... 58 Tabel 4.16 Harmonisa tegangan JH184 pada saat LWBP.... 59 Tabel 4.17 Harmonisa tegangan JH184 pada saat WBP.... 59 Tabel 4.18 Harmonisa arus JH184 pada saat LWBP.... 60 Tabel 4.19 Harmonisa arus JH184 pada saat WBP.... 60 viii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2. 1 Batas ukur meter... 6 Gambar 2. 2 Prinsip kerja elektrodinamis... 6 Gambar 2. 3 Transformator 3-phasa... 8 Gambar 2. 4 Transformator CSP... 8 Gambar 2. 5 Pengaman lebur (NH- fuse)... 9 Gambar 2. 6 Beberapa jenis CT... 10 Gambar 2. 7 Fuse Cut-out... 11 Gambar 2. 8 Lightning Arester... 11 Gambar 2. 9 Live line Connector... 11 Gambar 2. 10 Karakteristik Efisiensi terhadap pembebanan... 15 Gambar 2. 11 Vektor Diagram Arus... 16 Gambar 2. 12 Topologi Electrical Measurement & Data Transmit (EMT)... 21 Gambar 2. 13 EMT-PORTABLE... 22 Gambar 2. 14 Peralatan EMT-PORTABLE... 23 Gambar 2. 15 ADC dengan kecepatan sampling rendah dan tinggi... 24 Gambar 2. 16 Mikroprosesor MCF5206ECAB40... 25 Gambar 2. 17 Rangkaian Logika Komunikasi Serial RS-485... 27 Gambar 2. 18 Mikrokontroler ATmega 8535... 28 Gambar 3. 1 Diagram Tahapan Penelitian.... 33 Gambar 4. 1 Penempatan alat ukur EMT pada gardu distribusi.... 34 Gambar 4. 2 Sistem EMT... 35 Gambar 4. 3 Rangkaian resistor shunt... 36 Gambar 4. 4 Rangkaian voltage reducer... 38 Gambar 4. 5 Perubahan Efisiensi terhadap Pembebanan.... 49 ix