STUDI PENGARUH KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN TERHADAP ARUS NETRAL DAN LOSSES PADA TRAFO DISTRIBUSI PLN RANTING LUBUK PAKAM O L E H JULIANA SITEPU NIM : 04 0402 044 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat dan rahmatnya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul STUDI PENGARUH KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN TERHADAP ARUS NETRAL DAN LOSSES PADA TRAFO DISTRIBUSI PLN RANTING LUBUK PAKAM. 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 Prof. Dr. Ir. Usman S. Baafai, selaku dosen pembimbing dalam penyusunan tugas akhir ini 2. Bapak Ir. Tarmizi Kasim, MSc, Ketua Jurusan Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, 3. Bapak Ir. Rahmad fauzi, MT, Sekretaris Jurusan Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, 4. Bapak Ir. Rahman Hasibuan, Koordinator Tugas Akhir Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, 5. Bapak dan Ibu dosen serta pegawai Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, 6. Orangtua Penulis, yang telah banyak memberikan dukungan moril dan materil kepada penulis Dalam penyusunan tugas akhir ini, penulis menyadari masih banyak terdapat kekurangan. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik dari pembaca yang bersifat konstruktif demi kesempurnaan penulisan ini. Akhir kata, semoga tulisan ini bermanfaat bagi kita semua. Terima Kasih. Medan, Maret 2011 Penulis, (Juliana Sitepu)
ABSTRAK Ketidakseimbangan baban pada suatu sistem distribusi tenaga listrik selalu terjadi dan penyebab ketidakseimbangan itu adalah pada beban-beban satu fasa pada pelanggan jaringan tegangan rendah. Akibat dari ketidakseimbangan beban tersebut adalah munculnya arus di netral trafo. Arus yang mengalir di netral trafo ini menyebabkan terjadinya losses (rugirugi), yaitu losses akibat adanya arus netral pada penghantar netral trafo dan losses akibat arus netral yang mengalir ke tanah. Secara teori, dapat disimpulkan bahwa bila terjadi ketidakseimbangan beban yang besar, maka arus netral yang muncul juga semakin besar, akibatnya losses yang terjadi akan semakin besar.
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... ii DAFTAR ISI... iii DAFTAR GAMBAR... vi DAFTAR TABEL... viii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan... 2 1.3 Batasan Masalah... 2 1.4 Metode Penulisan... 2 1.5 Sistematika Penulisan... 3 BAB II TEORI DASAR 2.1 Jaringan Distribusi... 4 2.1.1 Distribusi Primer... 4 2.1.2 Distribusi Sekunder... 9 2.2 Transformator... 10 2. 2. 1 Prinsip Kerja Transformator... 10 2. 2. 2 Jenis Transformator... 11 2. 2. 3 Hubungan Lilitan Transformator... 12 2. 2. 4 Kelompok Hubungan Transformator... 14 2. 2. 5 Rugi-rugi dan Efisiensi Transformator... 16 2. 2. 6 Efisiensi Transformator... 17 2. 3 Transformator Distribusi... 18 2. 3. 1 Perhitungan Arus Beban Penuh dan Arus Hubung Singkat... 18 2. 3. 2 Losses Akibat Adanya Arus Netral pada Penghantar Netral transformator... 19 2. 4 Ketidakseimbangan Beban... 20 2. 4. 1 Pengertian Beban Tidak Seimbang... 20 2. 4. 2 Penyaluran dan Susut Daya pada Keadaan Arus Seimbang... 21 2. 4. 3 Penyaluran dan Susut Daya pada Keadaan Arus Tak Seimbang... 22
2. 5 Faktor Daya... 23 2. 6 Listrik Arus Bolak-balik 3 Fasa... 24 2. 6. 1 Pengertian... 24 2. 6. 2 Listrik Arus Bolak-balik 3 Fasa... 24 2. 7 Tegangan dan Arus... 24 2. 7. 1 Hubungan Bintang... 24 2. 7. 2 Hubungan Delta... 25 2. 8 Daya Listrik 3 Fasa Hubungan Bintang... 25 2. 9 Daya Listrik 3 Fasa Hubungan Segitiga... 26 BAB III SISTEM PENGUKURAN DAN PENGAMBILAN DATA 3. 1 Data Teknis Alat Ukur... 28 3. 1. 1 Pengukuran Beban di Gardu Distribusi... 29 3. 2 Data Teknis Trafo Distribusi... 30 3. 3 Data Pembebanan Trafo Distribusi... 31 3. 3. 1 Trafo Distribusi 250 kva di Jl. Medan L. Pakam SP. DLLAJ... 31 3. 3. 2 Trafo Distribusi 250 kva di Jl. Batang Kuis... 33 3. 3. 3 Trafo Distribusi 100 kva di Jl. Pendidikan... 36 3. 3. 4 Trafo Distribusi 200 kva di Jl. Bakaran Batu... 38 3. 4 Foto-foto Pengukuran... 41 BAB IV ANALISIS HASIL PENGUKURAN... 43 4. 1 Analisa Pembebanan Trafo Distribusi... 45 4. 1. 1 Menentukan Persentase Pembebanan Trafo... 45 4. 2 Analisa Ketidakseimbangan Beban pada Trafo Distribusi... 49 4. 2. 1 Trafo Distribusi 250 kva di Jl. Medan L. Pakam SP. DLLAJ... 49 4. 2. 2 Trafo Distribusi 250 kva di Jl. Batang Kuis... 50 4. 2. 3 Trafo Distribusi 100 kva di Jl. Pendidikan... 51 4. 2. 4 Trafo Distribusi 200 kva di Jl. Bakaran Batu... 52 4. 3 Analisa Losses Akibat Adanya Arus Netral pada Penghantar Netral Trafo dan Losses Akibat Arus Netral yang Mengalir ke Tanah... 54 4. 3. 1 Trafo Distribusi 250 kva di Jl. Medan L. Pakam SP. DLLAJ... 54 4. 3. 2 Trafo Distribusi 250 kva di Jl. Batang Kuis... 56 4. 3. 3 Trafo Distribusi 100 kva di Jl. Pendidikan... 58
4. 3. 4 Trafo Distribusi 200 kva di Jl. Bakaran Batu... 60 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5. 1 Kesimpulan... 63 5. 2 Saran... 63 LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR Gambar 2. 1 Skema Sistem Tenaga Listrik... 5 Gambar 2. 2 Skema Saluran Sistem Radial... 5 Gambar 2. 3 Penggunaan Saluran Alternatif dengan Saklar Pindah... 6 Gambar2.4 Skema Rangkaian Loop Terbuka... 7 Gambar 2.5 Skema Rangkaian Loop Tertutup... 7 Gambar 2.6 Skema Sistem Jaringan Primer... 8 Gambar 2.7 Skema Prinsip Sistem Spindel... 9 Gambar 2.8 Jenis Transformator Menurut Konstruksinya... 10 Gambar 2.9 Rangkaian Hubungan Bintang... 13 Gambar 2.10 Rangkaian Hubungan Delta... 13 Gambar 2.11 Rangkaian Hubungan Zig-Zag... 14 Gambar 2.12 Kelompok Hubungan Dy11... 15 Gambar 2.13 Kelompok Hubungan Menurut VDE 0532... 16 Gambar 2.14 Diagram Rugi-Rugi Pada Transformator... 18 Gambar 2.15 Beberapa Macam Trafo Distribusi Tipe Kutub... 19 Gambar 2.16 Vektor Diagram Arus... 20 Gambar 2.17 Diagram Fasor Tegangan Saluran Daya Model Fasa Tunggal... 21 Gambar 2.18 Segitiga Daya... 23 Gambar 2.19 Diagram Hubungan Bintang... 24 Gambar 2.20 Digram Hubungan Delta... 25 Gambar 2.21 Diagram Daya Listrik 3 Fasa Hubungan Bintang... 25 Gambar 2.22 Diagram Daya Listrik 3 Fasa Hubungan Segitiga... 26 Gambar 3.1 Rangkaian Pengukuran Tahanan Pembumian Netral Trafo... 29 Gambar 3.2 Diagram Pengawatan Pengukuran Beban dan Tegangan Gardu Distribusi... 29 Gambar 3.3 Single Line Trafo Distribusi 250 kva di Jl. Medan-L.Pakam SP.DLLAJ... 31 Gambar 3.4 Skema Aliran Arus di Sisi Sekunder Trafo Distribusi 250 kva di Jl. Medan- L.Pakam SP.DLLAJ pada Siang Hari... 32 Gambar 3. 5 Skema Aliran Arus di Sisi Sekunder Trafo Distribusi 250 kva di Jl. Medan- L.Pakam SP.DLLAJ pada Malam Hari... 33 Gambar 3. 6 Single Line Trafo Distribusi 250 kva di Jl. Batang Kuis DP. Pabrik Sahabat... 33
Gambar 3. 7 Skema Aliran Arus di Sisi Sekunder Trafo Distribusi 250 kva di Jl. Batang Kuis DP. Pabrik Sahabat pada Siang Hari... 35 Gambar 3. 8 Skema Aliran Arus di Sisi Sekunder Trafo Distribusi 250 kva di Jl. Batang Kuis DP. Pabrik Sahabat pada Malam Hari... 35 Gambar 3. 9 Single Line Trafo Distribusi 100 kva di Jl. Pendidikan... 36 Gambar 3. 10 Skema Aliran Arus di Sisi Sekunder Trafo Distribusi 100 kva di Jl. Pendidikan pada Siang Hari... 37 Gambar 3. 11 Skema Aliran Arus di Sisi Sekunder Trafo Distribusi 100 kva di Jl. Pendidikan pada Malam Hari... 38 Gambar 3. 12 Single Line Trafo Distribusi 200 kva di Jl. Bakaran Batu... 38 Gambar 3. 13 Skema Aliran Arus di Sisi Sekunder Trafo Distribusi 200 kva di Jl. Bakaran Batu pada Siang Hari... 40 Gambar 3. 14 Skema Aliran Arus di Sisi Sekunder Trafo Distribusi 200 kva di Jl. Bakaran Batu pada Malam Hari... 41 Gambar 3. 15 Trafo Distribusi 250 kva... 41 Gambar 3. 16 Panel Trafo Distribusi 250 kva... 41 Gambar 3. 17 Pengukuran di Panel Trafo Distribusi 250 kva... 42 Gambar 4. 1 Single Line Trafo Distribusi 250 beserta rating pengamannya... 44
DAFTAR TABEL Tabel 3. 1 Data Spesifikasi Transformator... 30 Tabel 3. 2 Hasil Pengukuran Arus pada Siang Hari dan Malam Hari di Jl. Medan- L.Pakam SP.DLLAJ... 31 Tabel 3. 3 Hasil Pengukuran Arus pada Siang Hari dan Malam Hari di Jl. Batang Kuis DP. Pabrik Sahabat... 34 Tabel 3. 4 Hasil Pengukuran Arus pada Siang Hari dan Malam Hari di Jl. Pendidikan... 36 Tabel 3. 5 Hasil Pengukuran Arus pada Siang Hari dan Malam Hari di Jl. Bakaran Batu... 39 Tabel 4. 1 Persentase Pembebanan Trafo Distribusi... 48 Tabel 4. 2 Ketidakseimbangan Beban Trafo Distribusi... 53 Tabel 4. 3 Losses pada Trafo Distribusi... 62