OPTIMASI PENGARUH KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN TERHADAP ARUS NETRAL DAN RUGI-RUGI PADA TRANSFORMATOR DISTRIBUSI PT.PLN (PERSERO) RAYON BELAWAN

TUGAS AKHIR OPTIMASI PENGARUH KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN TERHADAP ARUS NETRAL DAN RUGI-RUGI PADA TRANSFORMATOR DISTRIBUSI PT.PLN (PERSERO) RAYON BELAWAN Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Energi Listrik OLEH : REYMON LUMBANTOBING NIM : 130422003 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016

Abstrak Seiring dengan laju pertumbuhan pembangunan di setiap sektor, maka dituntut adanya keandalan sistem penyaluran tenaga listrik yang harus dipenuhi untuk pelayanan kepada konsumen. Dalam pemenuhan kebutuhan tenaga listrik tersebut, terjadi pembagian-pembagian beban yang pada awalnya merata tetapi karena ketidakserempakan waktu penyalaan beban-beban dan juga pengkoneksian yang tidak seimbang pada fasa R, S dan T menimbulkan ketidakseimbangan beban yang berdampak pada penyediaan tenaga listrik. Akibat dari ketidakseimbangan beban tersebut maka timbul arus di netral pada transformator. Arus yang mengalir di netral tranformator ini menyebabkan terjadinya losses (rugi-rugi), yaitu losses akibat adanya arus netral pada penghantar netral trafo dan losses akibat arus netral yang mengalir ke tanah. Semakin besar arus netral yang mengalir di penghantar netral transformator distribusi dan arus netral yang mengalir ke tanah, maka semakin besar losses pada penghantar netral transformator dan juga losses akibat arus netral yang mengalir ke tanah.salah satu cara untuk menekan kehilangan energi akibat ketidakseimbangan beban pada transformator distribusi adalah dengan melakukan penyeimbangan beban.besarnya efek kerugian (losses) setelahmelakukanpenyeimbanganbebanadalahsangatsignifikandimanajumlahpeng uranganrugi-rugipadamasingmasingtransformatordistribusiyaitupadatransformator BL-100 sebesar 27040 watt, transformator BL-315 sebesar 27060 watt, transformator BL-25 sebesar 35540 watt, dantransformator BL-13 sebesar 8100 watt. Kata Kunci: ketidakseimbangan beban,arus netral, losses i

KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat dan rahmatnya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul OPTIMASI PENGARUH KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN TERHADAP ARUS NETRAL DAN RUGI-RUGI PADA TRANSFORMATOR DISTRIBUSI PT. PLN (PERSERO) RAYON BELAWAN. Tugas akhir ini disusun untuk melengkapi tugas-tugas dan merupakan salah satu syarat untuk mengikuti ujian sarjana pada Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,. Dalam menyelesaikan tugas akhir ini penulis banyak menerima bantuan, bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak, oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak Ir. Raja Harahap, MT, selaku dosen pembimbing dalam penyusunan tugas akhir ini yang telah meluangkan waktu dan tenaga untuk penyelesaian tugas akhir ini; 2. Bapak Ir. Eddy Warman, MT, selaku dosen penguji yang telah memberikan arahan dan masukan untuk perbaikan tugas akhir ini; 3. Bapak Ir. Syamsul Amien, MS, selaku dosen penguji yang telah memberikan arahan dan juga masuka nuntuk perbaikan tugas akhir ini; 4. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, MSi, selaku Ketua Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik ; 5. Bapak dan Ibu dosen serta pegawai Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik ; 6. Orangtua dan juga keluarga Penulis yang telah banyak memberikan dukungan doa, semangat dan dana kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini; 7. Seluruh staff pegawai PT. PLN (Persero) Rayon Belawan yang telah meluangkan waktu selama pengambilan data maupun dalam proses administratif; 8. Teman-teman penulis khususnya angkatan 2013 yang selalu memberikan dukungan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. ii

Dalam penyusunan tugas akhir ini, penulis menyadari masih banyak terdapat kekurangan. Oleh karena itu, penulis sangat berkenan dengan saran dan kritik dari pembaca yang bersifat konstruktif demi kesempurnaan penulisan ini kedepannya. Akhir kata, penulis berharap semoga tulisan ini bermanfaat bagi kita semua. Terima Kasih. Medan, Oktober 2016 Penulis, Reymon Lumbantobing NIM: 130422003 iii

DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... viii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Tujuan Penulisan... 2 1.3 Perumusan Masalah... 2 1.4 Batasan Masalah... 2 1.5 Metode Penulisan... 2 1.6 Sistematika Penulisan... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Jaringan Distribusi... 4 2.1.1 Distribusi Primer... 4 2.1.2 Distribusi Sekunder... 10 2.2 Gardu Distribusi... 11 2.2.1 Gardu Portal... 12 2.2.2 Gardu Cantol... 12 2.2.3 Gardu Beton... 13 2.2.4 Gardu Kios... 14 2.3 Transformator... 15 2.3.1 Prinsip Kerja Transformator... 16 2.3.2 Hubungan Lilitan Transformator... 17 2.4 Transformator Distribusi... 20 2.4.1 Jenis- Jenis Transformator Distribusi... 21 2.4.2 Perhitungan Arus Beban Penuh dan Arus Hubung Singkat... 23 2.4.3 Losses Akibat Adanya Arus Netral pada Penghantar Netral Transformator... 24 iv

2.4.4 Losses Akibat Arus Netral yang Mengalir ke Tanah... 25 2.5 Ketidakseimbangan Beban... 25 2.6 PenyalurandanSusutDayaPadaTransformator... 27 2.7 Faktor Daya... 29 2.8 Arus Netral... 30 BAB III SISTEM PENGUKURAN DAN PENGAMBILAN DATA 3.1 Alat Ukur... 32 3.2 Prosedur Penyeimbangan beban... 33 3.3 Data Teknis Transformator Distribusi... 34 3.4 Data Pembebanan Transformator Distribusi Sebelum Penyeimbangan... 34 3.4.1 Transformator Distribusi 160 KVA Jl. Medan Belawan Depan Pos (BL-100)... 34 3.4.2 Transformator Distribusi 100 KVA Jl.Kamp. Kurnia (BL-315)... 35 3.4.3 Transformator Distribusi 200 KVA Jl. Kampung Kurnia Belawan (BL-25)... 36 3.4.4 Transformator Distribusi 250 KVA Jl. Sefma Hanafiah Belawan(BL-13)... 36 3.5 Data Pembebanan Transformator Distribusi Setelah Penyeimbangan... 37 3.5.1 Transformator Distribusi 160 KVA Jl. Medan Belawan Depan Pos (BL-100)... 37 3.5.2 Transformator Distribusi 100 KVA Jl.Kamp. Kurnia (BL-315)... 38 3.5.3 Transformator Distribusi 200 KVA Jl. Kampung Kurnia Belawan (BL-25)... 38 3.5.4 Transformator Distribusi 250 KVA Jl. Sefma Hanafiah Belawan(BL-13)... 39 v

BAB IV ANALISIS HASIL PENGUKURAN 4.1 Menentukan Fuse Cut Out dan Arus Hubung Singkat... 40 4.2 Analisa Pembebanan Trafo Distribusi Sebelum Penyeimbangan 42 4.2.1 Menentukan Persentase Pembebanan Trafo... 42 4.2.2 Analisa Ketidakseimbangan Beban Pada Trafo Distribusi 45 4.2.3 Analisa Losses Akibat Adanya Arus Netral Pada Penghantar Netral Trafo dan Losses Akibat Arus Netral yang Mengalir Ke Tanah... 50 4.3 Analisa Pembebanan Trafo Distribusi Setelah Penyeimbangan 59 4.3.1 Menentukan Persentase Pembebanan Trafo... 59 4.3.2 Analisa Ketidakseimbangan Beban Pada Trafo Distribusi 63 4.3.3 Analisa Losses Akibat Adanya Arus Netral Pada Penghantar Netral Trafo dan Losses Akibat Arus Netral yang Mengalir ke Tanah... 68 4.4 Menganalisis Besar Rugi- Rugi Daya Pada Transformator Distribusi... 77 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan... 79 5.2 Saran... 79 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN vi

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Skema Sistem Tenaga Listrik... 5 Gambar 2.2 Skema Saluran Sistem Radial... 6 Gambar 2.3 Penggunaan Saluran Alternatif dengan Saklar Pindah... 6 Gambar 2.4 Skema Rangkaian Lup Terbuka... 7 Gambar 2.5 Skema Rangkaian Lup Tertutup... 8 Gambar 2.6 Skema Sistem Jaringan Primer... 9 Gambar 2.7 Skema Prinsip Sistem Spindel... 10 Gambar 2.8 Gardu Portal... 12 Gambar 2.9 Gardu Cantol... 13 Gambar 2.10 Gardu Beton... 14 Gambar 2.11 Gardu Kios... 14 Gambar 2.12 Gardu Kios Bertingkat... 15 Gambar 2.13 Jenis Transformator Menurut Konstruksinya... 16 Gambar 2.14 Rangkaian Hubungan Bintang dan Diagram Fasor Hubungan Bintang... 17 Gambar 2.15 Rangkaian Hubungan Delta dan Diagram Fasor Hubungan Delta... 18 Gambar 2.16 Rangkaian Hubungan Zig-Zag dan Diagram Vektor Hubungan Zig-Zag... 19 Gambar 2.17 Vektor Diagram Arus... 26 Gambar 2.18 Diagram Fasor Tegangan Saluran Daya Model Fasa Tunggal 28 Gambar 2.19 Segitiga Daya... 29 Gambar 3.1 Rangkain Pengukuran Tahanan Pembumian Netral Transformator... 32 vii

DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Data Teknis Transformator Distribusi... 34 Tabel 3.2 Data Pembebanan Transformator Distribusi 160 KVA Jl.Medan Belawan Depan Pos (BL-100)... 34 Tabel 3.3 Data Pembebanan Transformator Distribusi 100 KVA Jl.Kamp. Kurnia (BL-315)... 35 Tabel 3.4 Data Pembebanan Transformator Distribusi 200 KVA Jl. Kampung Kurnia Belawan (BL-25)... 36 Tabel 3.5 Data Pembebanan Transformator Distribusi 250 KVA Jl.Serma Hanafiah Belawan (BL-13)... 36 Tabel 3.6 Data Pembebanan Transformator Distribusi 160 KVA Jl.Medan Delawan Depan Pos (BL-100)... 37 Tabel 3.7 Data Pembebanan Transformator Distribusi 100 KVA Jl.Kamp. Kurnia (BL-315)... 38 Tabel 3.8 Data Pembebanan Transformator Distribusi 200 KVA Jl. Kampung Kurnia Belawan (BL-25)... 38 Tabel 3.9 Data Pembebanan Transformator Distribusi 250 KVA Jl.Serma Hanafiah Belawan (BL-13)... 39 Tabel 4.1 Persentase Pembebanan dan Ketidakseimbangan Trafo Distribusi Sebelum Penyeimbangan Beban... 50 Tabel 4.2 Losses Pada Trafo Distribusi Sebelum Penyeimbangan Beban. 59 Tabel 4.3 Persentase Pembebanan dan Ketidakseimbangan Trafo Distribusi Setelah Penyeimbangan Beban... 67 Tabel 4.4 Losses Pada Trafo Distribusi Setelah Penyeimbangan Beban... 77 Tabel 4.5 Besar Rugi-Rugi Daya Pada Transformator Distribusi... 77 viii