v1276 analisis penempatan transformator distribusi berdasarkan

ANALISIS PENEMPATAN TRANSFORMATOR DISTRIBUSI
BERDASARKAN TRANSFORMATOR DISTIBUSI PADA PT.PLN (PERSERO)
RAYON TANJUNG MORAWA
Muhammad Ilham Afandi Matondang1, Rudi Salman, ST, MT2
Konsentrasi Teknik Energi Listrik Jurusan Teknik Elektro
Sekolah Tinggi Teknik Harapan
Jl. H.M.Joni No. 70A Medan 20152 INDONESIA
Homepage : www.stth-medan.ac.id
Email : [email protected]
ABSTRAK
Sistem distribusi adalah sistem tenaga listrik yang menyalurkan energy listrik dari pembangkit
sampai kekonsumen dalam skala tegangan menengah sampai dengan tegangan rendah. Dimana dalam
penyaluran energy listrik diperlukan jarak yang cukup jauh dari GI (GarduInduk) untuk sampai pada
konsumen. Dalam penyalurannya diperlukan arus yang cukup besar sepanjang saluran sampai menuju
konsumen. Pada kenyataannya terdapat transformator distribusi yang jaraknya cukup jauh dari GI
(GarduInduk) sehingga terjadi tegangan jatuh (drop voltage) pada sisi primer transformator distribusi
lebih dari yang diijinkan. Oleh sebab itu diperlukan penataan ulang panjang saluran sistem distribusi
primer dengan mengatur penempatan transformator distribusi agar kinerja transformator menjadi lebih
baik.Untuk menyelesaikan masalah ini metode yang dipakai adalah dengan menganalisa dan menghitung
prsentase jatuh tegangan (drop voltage) pada suatu penyulang (feeder) yang disesuaikan dengan
perhitungan jatuh tegangan yang diijinkan PLN.Dari hasil analisa perhitungan diperoleh 2 (dua)
transformator distribusi dimana besar persentase tegangannya jatuh pada sisi primernya lebih dari 5%.
Yakni Gardu TM 181sebesar 5,15% (1030,83 Volt),dan Gardu TM 258 sebesar 5,59% (1118,59 Volt).
Keyword : transformator, teganganjatuh (drop voltage), penempatan transformator
ABSTRACT
The distribution system is a power system that distribute electrical energy from the power plant to the
consumer in the scale of medium voltage to the low voltage. Where in the distribution of electrical energy
required considerable distance from the substation to arrive at the consumer. In the current distribution
required large enough along the channel until towards the consumers. In fact there is a distribution
transformer a short distance from the substation , causing a voltage drop on the primary side of the
transformer distribution of more than allowed. Therefore necessary rearrangement of the channel length
of the primary distribution system to regulate the placement of a distribution transformer so transformer
performance becomes more good.For solve this problem is the method used to analyze and calculate
prsentase voltage drop at a feeder adjusted by calculating the voltage drop allowable PLN. From the
analysis of the calculation, two (2) percentage distribution transformer where the voltage falls on the
primary side of more than 5%. Namely TM 181 substations of 5.15% (1030.83 Volt), and Substation TM
258 by 5.59% (1118.59 Volt).
Keyword: transformer, drop voltage, the placement of the transformer
1. Pendahuluan
Pusat-pusat pembangkit listrik berada
jauh dari pusat beban, hal ini mengakibatkan
kerugian yang cukup besar dalam penyaluran
daya listrik. Kerugian tersebut disebabkan oleh
saluran yang cukup panjang. Sehingga dalam
penyaluran daya listrik melalui transmisi,
maupun distribusi akan mengalami tegangan
jatuh sepanjang saluran yang dialui.
Ditinjau dari segi panjang saluran
distribusi dari gardu induk menuju transformator
distribusi maupun dari transformator distribusi
ke beban dapat juga menyebabkan tegangan
jatuh yang cukup besar. Selain tegangan jatuh
yang semakin besar menyebabkan juga kinerja
transformator distribusi kurang maksimal.
Dengan adanya kondisi tersebut diperlukan
evaluasi dan perencanaan kembali yang
memperhatikan kriteria-kriteria perencanaan
seperti jatuh tegangan (drop voltage) yang
diijinkan dan kelangsungan pelayanan listrik
sehingga muncul optimasi pada jaringan yang
dipakai.
Pada tugas akhir ini metode yang
dipakai adalah dengan menganalisa dan
menghitung nilai losses (rugi-rugi) daya dan
jatuh tegangan (drop voltage) pada suatu feeder.
Lalu disesuaikan dengan perhitungan jatuh
tegangan yang diijinkan PLN. Maka untuk
mendapatkan tegangan jatuh yang cukup 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 alat listrik
yang dapat memindahkan dan mengubah
tegangan arus bolak-balik dari satu tingk
ketingkat yang lain melalui gandengan magnet
dan 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 yang ada pada jaringan
transmisi maupun jaringan distribusi. Dimana
untuk daya semu ini dibentuk oleh besaran
tegangan yang dikalikan dengan besaran arus.
Untuk 1 phasa yaitu :
S = V×I
Untuk 3 phasa yaitu :
S = 3×V×I
Dimana :
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 seperti : gerakan motor listrik atau
mekanik,
daya
aktif
ini
merupakan
pembentukkan dari besar tegangan yang
kemudian dikalikan dengan besaran arus dan
faktor dayanya.
Untuk 1 phasa yaitu :
P = V×I×Cosφ
Untuk 3 phasa yaitu :
P = 3×V×I×Cosφ
Dimana :
P = Daya aktif (Watt)
V = Tegangan (KV)
I = Besar arus (A)
2.5.3 Daya Reaktif
Daya reaktif untuk 1 phasa yaitu :
Q = V×I×Sinφ
Daya reaktif untuk 3 phasa yaitu :
Q = 3×V×I×Sinφ
Dimana :
P = Daya Aktif (Watt)
V = Tegangan (KV)
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 ke beban. Nilai faktor daya
inimempengaruhi jumlah 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 :
Rumus Faktor Daya Tertinggal yaitu :
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 sia-sia diperjalanan tidak
terlalu
banyak.
Transformator
distribusi
umumnya digunakan adalah transformator Step
Down 20KV/400V. Tegangan phasa ke phasa
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.
Transformator distribusi dapat berfasa
tunggal atau phasa tiga dan ukurannya berkisar
dari kira-kira 5 kVA. Impedansi transformator
distribusi ini pada umumnya sangat rendah,
berkkisar dari 2% untuk unit-unit yang kurang
dari dari 50kVA sampai dengan 4% untuk unitunit yang lebih besar dari 100 KVA.
2.7 Persamaan
menganalisa
yang
digunakan
1. Perhitungan arus
transformator distribusi :
S = 3×V×I
beban
untuk
penuh
Dengan :
S = daya transformator (Kva)
V = Tegangan sisi primer transfomator (V)
I = Arus jala-jala (A)
I = arus yang mengalir per fasa (Ampere)
2. Perhitungan resistansi dan induksi
keseluruhan dari saluran primer yang
menuju transformator
a.Tahanan total saluran distribusi primer
dari gardu induk sampai pada sisi primer
transformator adalah :
Dengan :
R = Resistansi penghantar (Ω)
= Tegangan sisi primer/ tegangan jala (V)
I = Arus pada penghantar (A)
b.Induktansi total saluran distribusi primer
dari induk sampai pada sisi primer
transformator adalah :
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:
Dimana,
R = resistansi saluran (ohm)
r = resistivitas bahan penghantar (ohm-meter)
l = panjang penghantar (meter)
A = luas penampang (m2)
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. Rugi-rugi dengan beban terpusat di
ujung dirumuskan:
Dengan :
X = Induktansi penghantar (Ω)
= Tegangan sisi primer/ tegangan jala (V)
I = Arus pada penghantar (A)
Sedangkan jika beban terdistribusi merata di
sepanjang saluran, maka rugi-rugi energi yang
timbul adalah :
2.8 Rugi-rugi pada jaringan distribusi
Dalam proses transmisi dan distribusi
tenaga listrik seringkali dialami rugirugi daya
yang cukups besar yang diakibatkan oleh rugirugi pada saluran dan juga rugi-rugi pada trafo
yang digunakan. Kedua jenis rugi-rugi daya
tersebut memberikan pengaruh yang besar
terhadap kualitas daya serta tegangan yang
dikirimkan ke sisi pelanggan. Nilai tegangan
yang melebihi batas toleransi akan dapat
menyebabkan tidak optimalnya kerja dari
peralatan listrik di sisi konsumen. Selain itu rugirugi daya yang besar akan menimbulkan
kerugian finansial di sisi perusahaan pengelola
listrik. Yang dimaksud losses adalah perbedaan
antara energi listrik yang disalurkan (Ps) dengan
energi listrik yang terpakai (Pp).
Besar rugi-rugi daya pada jaringan
distribusi dapat ditulis sebagai berikut:
Dengan :
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 :
Dimana :
P = losses yang timbul pada konektor (watt)
I = Arus yang mengalir melalui konektor
(ampere)
R = Tahanan konektor (ohm)
X = Reaktansi konektor (ohm)
Dimana,
2.9
Losses = rugi-rugi pada saluran (Watt)
R = resistansi saluran per fasa (Ohm)
ifat beban listrik
Dalam suatu rangkaian listrik selalu
dijumpai suatu sumber dan beban. Bila sumber
S
listrik DC, maka sifat beban hanya bersifat
resistif murni, karena frekuensi sumber DC
adalah nol.
Reaktansi induktif (XL) akan menjadi nol
yang berarti bahwa induktor tersebut akan short
circuit. Reaktansi kapasitif (XC) akan menjadi
tak berhingga yang berarti bahwa kapasitif
tersebut 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 :
Rumus rugi-rugi daya reaktif
Untuk transformator dengan kode TM
181 besar arus fasa pada sisi primer
transformator distribusi :
Tahanan total per fasa saluran distribusi
primer dari GI Tanjung Morawa sampai pada sisi
primer transformator distribusi :
= 4,48 Ω /fasa
Reaktansi total per fasa saluran
distribusi primer dari GI Tanjung Morawa
sampai pada sisi primer transformator distribusi :
kms)
kms = 6,85 Ω/fasa
Dimana :
Iphasa : Arus yang mengalir pada phasa (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
Luas
Impedansi
Arus
penghantar penampang
(Ω/Kms)
(A)
(mm²)
AAAC
50
0,6452+J0,3678 210
AAAC
70
0,4608+J0,3572 155
AAAC
150
0,2162+J0,3305 425
AAAC
240
0,1344+J0,3158 585
4.Analisa dan hasil
Untuk
menganailisis
tata
letak
transformator perlu diketahui seberapa besar
jatuh tegangan sepanjang saluran distribusi
primer melalui data-data 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.
Jatuh tegangan pada saluran distribusi
primer dari GI Tanjung Morawa sampai pada sisi
primer transformator distribusi:
)
=
= 1030,83 Volt
Perhitungan besar rugi - rugi per fasa
daya Aktif (P) :
P (Watt) =
P=
= 1737,43(W)
Perhitungan besar rugi – rugi per fasa
daya Reaktif (Q ) :
Q (Watt) =
Q=
= 4060,11 VAR
Persentase tegangan jatuh pada saluran
distribusi dari GI Tanjung Morawa sampai kesisi
primer transformator distribusi :
%VD
× 100%
%VD
× 100% = 5,15%
Dengan metode analisis yang sama
didapat dua transformator yang tegangan
jatuhnya melebihi 5% yaitu transformator
dengan kode TM 181 (5,15%) dan TM 258
(5,59%)
Dari perhitungan diatas terlihat bahwa
persentase tegangan jatuh melebihi 5%. Kita
dapat memperbaiki tegangan jatuh pada sisi
primer
transformator
distribusi
dengan
penempatan ulang lokasi transformator tersebut.
= 5% ×
= 5% × 20000
= 1000 Volt
= 1030.83
Selisisih Voltage Drop yang harus di
kurangi adalah :
VD =
= 1030.83 - 1000 Volt
= 30,83 Volt
Oleh karena itu, jarak transformator setelah
mengalami perubahan adalah :
2.
3.
sampai pada penempatan transformator
maka semakin besar pula persentase
penurunan tegangan yang dihasilkan.
Dari hasil perhitungan Pada Gardu
Tanjung Morawa terdapat transformator
distribusi yang besar persentase
tegangan jatuh pada sisi saluran
distribusi primernya lebih dari 5 %.
Yaitu Gardu TM 181 sebesar 5,15%,
dan Gardu TM 258 sebesar 5,59%.
Pada skripsi ini terdapat dua
transformator
yang
mengalami
perubahan
letaknya
transformator
distribusi. Dengan nomor gardu sebagai
berikut: TM 181 dari jarak 20,75 Kms
menjadi 20,12 Kms, dan TM 258 dari
jarak 23,41 Kms menjadi 20,93 Kms.
Maka panjang transformator yang
dirubah adalah pada sisi yang terjauh
dari transformator.
L2 =
=
DAFTAR PUSTAKA
= 20,12 Kms
[1] Arismunandar, A.,1993,“Teknik Tenaga
Begitu juga dengan transformator
dengan kode TM 258
= 5% ×
= 5% × 20000
= 1000 Volt
= 1118,59 Volt
Selisisih Voltage Drop yang harus di kurangi
adalah :
VD =
= 1118,59 - 1000 Volt
= 118,59 Volt
Oleh karena itu, jarak transformator setelah
mengalami perubahan adalah :
L2 =
=
= 20,93 Kms
5.Kesimpulan
Berdasarkan hasil analisa data-data
yang ada, maka dapat ditarik beberapa
kesimpulan, yaitu :
1. Berdasarkan hasil perhitungan diperoleh
bahwa semakin panjang saluran
transformator distribusi Primer dari GI
Listrik”. Cetakan Ketujuh, Jilid III, PT.
Pramadnya Paramita : Jakarta.
[2] Berahim, Hamzah,1991,”Pengantar Tekhnik
Tenaga Listrik”, Edisi Pertama, Andi Offset:
Yogyakarta.
[3] Diklat Profesi Distribusi,2009,”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.
[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.