Kata Kunci: EMT, Pengukuran Parameter Trafo

STUDI TENTANG PENGUKURAN PARAMETER TRAFO
DISTRIBUSI DENGAN MENGGUNAKAN EMT
(ELECTRICAL MEASUREMENT & DATA TRANSMIT)
Rolly Elmondo Sinaga, Panusur S.M.L. Tobing
Konsentrasi Teknik Energi Listrik, Departemen Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU)
Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA
e-mail: [email protected]
Abstrak
Pemeriksaan fisik gardu dan pengukuran parameter trafo distribusi 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 kerusakan.
Namun kenyataan di lapangan, ditemukan kesalahan pengukuran karena dilakukan secara konvensional, sehingga
anilisis hasil ukurpun menjadi kurang tepat. Tulisan ini membahas tentang usaha mengurangi kesalahan pengukuran
parameter trafo dengan menggunakan alat ukur dan aplikasi web bernama Electrical Measurement and Data
Transmit (EMT), serta menganalisis data hasil ukurnya. Dari analisis data diperoleh, tingkat kesalahan alat ukur
EMT tertinggi adalah 6,15%. 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. Nilai THD arus MK328 melebihi ketentuan IEEE 519-1992
tentang standar harmonisa arus. Kapasitas trafo MK328 dan JH184 adalah sebesar 160 kVA, namun akibat THD,
terjadi penurunan kemampuan pada trafo (derating). Penurunan paling signifikan terjadi pada MK328 menjadi
136,89 kVA, sementara pada JH184 daya trafo hanya turun menjadi 152,16 kVA.
Kata Kunci: EMT, Pengukuran Parameter Trafo
1. Pendahuluan
Pengukuran parameter trafo pada sebuah
GTT merupakan pekerjaan rutin yang dilakukan
oleh PLN, sebagai salah satu langkah
pemantauan gardu (monitoring) maupun
keperluan lainnya. Pengukuran gardu trafo tiang
dengan metode konvensional biasanya dilakukan
dengan pengukuran manual, yaitu mengukur
kemudian mencatat hasil pengukuran untuk
kemudian di masukkan data hasil ukurnya (data
entry) menggunakan aplikasi SIGD (Sistem
Informasi Gardu Distribusi).
Metode lain dalam pengukuran gardu
trafo tiang adalah Electrical Measurement and
Data Transmit (EMT) yang dapat diakses
disetiap komputer yang memiliki fasilitas
internet. Sistem ini dapat meminimalisir
kemungkinan kesalahan pengukuran beban dan
meningkatkan keakuratan data hasil ukur.
2. Pengukuran Parameter Trafo Pada
Gardu Trafo Tiang
Data hasil pengukuran parameter trafo
digunakan sebagai dasar untuk melakukan
tindakan pemeliharaan preventif, berdasarkan
regulasi PLN yang tertuang dalam Keputusan
Direksi No.074.K.DIR/2008 tentang Pedoman
Manajemen Aset dan Surat Edaran Direksi No.
040.E/152/DIR/1999,
tentang
program
manajemen transformator distribusi yang jelas
dan pengendalian yang konsisten oleh pengelola
aset sistem distribusi.
Efisiensi
transformator
adalah
perbandingan antara daya output dengan daya
input. Secara matematis dapat dituliskan :
𝜂=𝑃
𝑃𝑜𝑢𝑡
𝑜𝑢𝑡 +Σ𝑟𝑢𝑔𝑖
× 100%................................. (1)
Efisiensi maksimum dari sebuah trafo
didapatkan ketika rugi inti sama dengan rugi
tembaga.
𝑃𝑐𝑢 = 𝐼 2 . 𝑅…............................……............. (2)
dan rugi inti adalah:
𝑃𝑖 = 𝑃ℎ𝑦𝑠𝑡𝑒𝑟𝑖𝑠𝑖𝑠 + 𝑃𝑒𝑑𝑑𝑦 …..............…......... (3)
dengan memperhatikan sisi primer, dimana:
𝑃𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡 = 𝑉1 𝐼1 𝑐𝑜𝑠𝜑1 .............………............. (4)
maka :
𝐼.𝑅
𝑃𝑖
𝜂 = 1 − 𝑉 𝑐𝑜𝑠𝜑 − 𝑉 𝑐𝑜𝑠𝜑
…................…...... (5)
1
1
1
1
dengan men-diferensialkan kedua bagian,
didapatkan:
𝑑𝜂
𝑅
𝑃𝑖
=0−
+
…........................ (6)
𝑑𝐼
𝑉1 𝑐𝑜𝑠𝜑1
𝑉1 𝑐𝑜𝑠𝜑1
Dengan demikian, untuk efisiensi
maksimum berlaku persamaan (6), atau dengan
kata lain 𝑃𝑐𝑢 = 𝑃𝑖 . Untuk mencari daya dengan
efisiensi maksimum dari sebuah trafo, dapat
ditentukan dengan menggunakan rumus:
= 𝑘𝑉𝐴𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑 × √𝑃
𝑃𝑖
𝑐𝑢 𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑
……….................... (7)
Efisiensi
untuk
setiap
persentase
pembebanan dari sebuah trafo akan berubahubah, dikarenakan rugi tembaga juga berubah.
Dari persamaan (1), didapatkan efisiensi sebuah
trafo dengan pembebanan yang berbeda-beda.
Dengan menggunakan nilai x sebagai
perbandingan antara pembebanan dalam kVA
dengan daya trafo terpasang.
𝑥=
Pada trafo distribusi, yang dimaksud
pembebanan keadaan tidak seimbang adalah
keadaan di mana salah satu atau kedua syarat
keadaan seimbang tidak terpenuhi. Jika arus (I)
adalah besaran arus fasa dalam penyaluran daya
sebesar (P) pada keadaan seimbang, maka pada
penyaluran daya yang sama tetapi dengan
keadaan tak seimbang besarnya arus-arus fasa
dapat dinyatakan dengan koefisien a, b dan c
sebagai berikut :
𝐼𝑅 = 𝑎. 𝐼; 𝐼𝑆 = 𝑏. 𝐼; 𝐼𝑇 = 𝑐. 𝐼
Bila faktor daya di ketiga fasa dianggap
sama walaupun besarnya arus berbeda, maka
besarnya daya yang disalurkan dapat dinyatakan
dalam persamaan sebagai berikut:
𝑃 = (𝑎 + 𝑏 + 𝑐). 𝑉. 𝐼. 𝑐𝑜𝑠𝜑…….................(10)
Dari syarat koefisien a,b, dan c, dapat
diperoleh rata-rata ketidakseimbangan beban
dalam persen (%) adalah[2]:
𝑢𝑛𝑏𝑎𝑙𝑎𝑛𝑐𝑒 =
|𝑎−1|+|𝑏−1|+|𝑐−1|
3
× 100%.... (11)
Standar yang digunakan sebagai batasan
harmonisa adalah Institute of Electrical and
Electronics Engineers (IEEE). Tindakan
korektif akan diambil untuk mengurangi distorsi
ke tingkat yang diizinkan. Standar IEEE 5191992 menetapkan batas distorsi arus harmonisa
pada jaringan distribusi, yang besarnya
tergantung pada beban pelanggan. Standar
harmonisa tegangan pada IEEE 519-1992
diperlihatkan pada Tabel 1:
Tabel 1. Standar Harmonisa Tegangan[3].
𝑘𝑉𝐴𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙
…………….............................. (8)
𝑘𝑉𝐴𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑
dengan demikian, maka:
𝑥×𝑘𝑉𝐴𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑 ×𝑐𝑜𝑠𝜑
𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑 ×𝑐𝑜𝑠𝜑+Σ𝑟𝑢𝑔𝑖
𝜂 = 𝑥×𝑘𝑉𝐴
× 100%……...... (9)
Karakteristik efisiensi sebuah trafo
terhadap pembebanan dapat diperlihatkan pada
Gambar 1:
Standar harmonisa arus pada IEEE 519-1992
diperlihatkan pada Tabel 2:
Tabel 2. Standar Harmonisa Arus[3].
Gambar 1. Karakteristik Efisiensi terhadap
pembebanan[1].
Untuk standar pembatasan harmonisa
arus, ditentukan oleh rasio dari 𝐼𝑆𝐶 /𝐼𝐿. 𝐼𝑆𝐶 adalah
arus hubung singkat dan 𝐼𝐿 adalah arus beban
nominal fundamental. Kedua nilai tersebut dapat
ditentukan dengan menggunakan persamaan:
𝐼𝐿 =
Peralatan EMT-PORTABLE ditempatkan
sedemikian rupa pada sebuah tas ransel yang
dapat dibawa dengan mudah. Tas dan seluruh
perlengkapannya dapat dilihat pada gambar (3).
𝑆
....................................................... (12)
√3𝑉
𝑆
𝐼𝑆𝐶 = %𝑍
√3𝑉
................................................. (13)
Dengan demikian rasio hubung singkat dapat
ditentukan dengan[3]:
𝑅𝑎𝑡𝑖𝑜𝑆𝐶 =
𝐼𝑆𝐶
..............................................
𝐼𝐿
(14)
Harmonisa pada sistem distribusi
menimbulkan panas, sehingga akan terjadi
penurunan kapasitas daya terpasang (derating)
pada transformator tersebut. Digunakanlah
metode perhitungan nilai THDF (Transformator
Harmonic Derating Factor). Nilai kVA baru
trafo dapat ditentukan dengan menggunakan
rumus sebagai berikut:
𝑆𝑏𝑎𝑟𝑢 = 𝑇𝐻𝐷𝐹 × 𝑆𝑝𝑒𝑛𝑔𝑒𝑛𝑎𝑙 ....................... (15)
maka faktor penurunan kapasitas trafo:
𝑇𝐻𝐷𝐹 =
1,414(𝐼𝑟𝑚𝑠 )
𝐼𝑝𝑒𝑎𝑘
× 100%....................... (16)
Dalam keadaan ideal (gelombang
sinusoidal murni), nilai THDF = 1, sehingga
tidak terjadi penurunan kapasitas pada
transformator[4].
Pengukuran
trafo
pada
EMT
memanfaatkan teknologi SMS Gateway untuk
mengirimkan data hasil ukur gardu ke server,
kemudian data-data tersebut disimpan kedalam
data base server yang dapat diakses serta
diunduh data hasil ukur gardunya via
internet[5].
Secara
sederhana,
topologi
pengukuran
trafo
menggunakan
EMT
diperlihatkan pada Gambar 2:
Gambar 3. EMT-PORTABLE[5].
Pada tas emt-portable terdapat peralatan
atau perangkat yang sudah terintegrasi dan
tambahan peralatan lainnya[5].
3. Metodologi Penelitian
Metodologi penelitian yang diterapkan pada
studi tentang penggunaan EMT ini adalah
sebagai berikut:
1. Melakukan penelitian terhadap peralatan
EMT-PORTABLE dan mendapatkan prinsip
kerjanya;
2. Melakukan perhitungan terhadap hasil ukur
EMT, baik kesalahan alat itu sendiri
(error), pembebanan trafo, efisiensi trafo,
ketidakseimbangan trafo, standar harmonisa
trafo, dan derating trafo (THDF);
3. Diagram tahapan penelitian pada tulisan ini
dapat dilihat pada Gambar 4:
MULAI
Perencanaan:
Mengumpulkan literatur pengukuran
Mengumpulkan literatur gardu trafo
Menentukan tempat penelitian
Tentukan gardu yang diukur
INPUT EMT:
Tegangan (V)
Arus (I)
Suhu (t)
kVA Trafo (S)
Kirim Data Ukur
TERKIRIM
TIDAK
YA
OUTPUT:
Hasil ukur pada web
Perhitungan dan Analisis
hasil ukur gardu
SELESAI
Gambar 4. Diagram Tahapan Penelitian.
4. Hasil dan Analisis
Gambar 2. Topologi EMT[5].
Pengukuran Parameter Trafo Distribusi
menggunakan Alat Ukur EMT membutuhkan
besaran-besaran masukan (input), diantaranya
arus, tegangan, suhu dan besar kapasitas trafo
yang diukur. Untuk besaran listrik (arus dan
tegangan) sinyal masukan akan diolah untuk
kemudian dikirimkan ke server, sehingga hasil
ukur pada sisi tegangan rendah dapat
ditampilkan pada web aplikasi. Alur proses
pengukuran parameter trafo pada sebuah gardu
trafo tiang menjadi data text yang dapat
ditampilkan di web secara sederhana dapat
diperlihatkan pada skema sistem EMT pada
Gambar 5.
Data hasil ukur trafo MK328 saat
pengukuran WBP diperlihatkan pada tabel 4:
Tabel 4. Data Ukur WBP MK328[6].
Gambar 5. Sistem EMT
Rangkaian pengukuran tegangan pada PM
800 menggunakan voltage reducer dan
rangkaian pengukuran arus berupa resistor shunt
yang sudah terintegrasi, sehingga keluarannya
(output) berupa sinyal tegangan yang kecil.
Data hasil ukur trafo MK328 saat
pengukuran LWBP diperlihatkan pada tabel 3:
Data hasil ukur trafo JH184 saat
pengukuran LWBP diperlihatkan pada tabel 5:
Tabel 5. Data Ukur LWBP JH184[6].
Tabel 3. Data Ukur LWBP MK328[6].
Data hasil ukur trafo JH184 saat
pengukuran WBP diperlihatkan pada tabel 6:
Tabel 6. Data Ukur WBP JH184[6].
Karakteristik efisiensi terhadap perubahan beban
ditunjukkan pada Gambar 6:
Gambar 6. Karakteristik Efisiensi terhadap
Pembebanan.
Persentase pembebanan pada sebuah
trafo dapat ditentukan menggunakan rumus:
%𝐿𝑜𝑎𝑑 =
1
(𝐼
3 𝑅
+ 𝐼𝑆 + 𝐼𝑇 )
𝐼𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙
Berdasarkan Prosedur Test Pengukuran
unjuk kerja Transformator distribusi yang
dilakukan oleh PLN, standar ketidakseimbangan
beban yang diizinkan adalah maksimum sebesar
25%. Ketidakseimbangan beban pada Gardu
MK328 dan JH184 diperlihatkan pada Tabel 9:
Tabel 9. Ketidakseimbangan Pembebanan Gardu
MK328 dan JH184.
× 100%
Dari hasil perhitungan dapat dilihat
bahwa, persentase pembebanan trafo antara
tampilan web dan perhitungan tidak sama.
Besarnya error tersebut dapat dihitung sebagai
berikut:
%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 =
%𝐿𝑜𝑎𝑑ℎ𝑖𝑡𝑢𝑛𝑔 − %𝐿𝑜𝑎𝑑𝑎𝑙𝑎𝑡
× 100%
%𝐿𝑜𝑎𝑑𝑎𝑙𝑎𝑡
Persentase
kesalahan
diperlihatkan pada tabel 7:
ukur
EMT
Tabel 7. Persentase kesalahan alat ukur EMT.
Nilai Transformator Harmonic Derating
Factor (THDF) pada pengukuran pada masingmasing trafo dapat dihitung menggunakan
persamaan 17:
𝑇𝐻𝐷𝐹 =
Dari perhitungan efisensi trafo pada
MK328 dan JH186 saat kapasitas trafo yang
sama yaitu sebesar 160 kVA, dengan efisiensi
maksimum sebesar 98,9% pada 55%
pembebanan. Besarnya perubahan efisiensi
terhadap perubahan beban pada kedua trafo
tersebut diperlihatkan pada Tabel 8:
Tabel 8. Perubahan
pembebanan.
efisiensi
terhadap
1
3
1,414{ (𝐼𝑅 +𝐼𝑆 +𝐼𝑇 )𝑟𝑚𝑠 }
1
(𝐼 +𝐼 +𝐼 )
3 𝑅 𝑆 𝑇 𝑝𝑒𝑎𝑘
× 100% ……(17)
Dari nilai THDF MK328 saat pengukuran
LWBP, didapatkanlah penurunan kemampuan
trafo (derating) menjadi 142,53 kVA. Akibat
pengaruh harmonisa, trafo MK328 mengalami
penurunan kemampuan kapasitas (derating)
LWBP sebesar 17,47 kVA.
Saat
pengukuran
WBP,
THDF =
85,56 %. Dari nilai THDF saat pengukuran
WBP didapatkanlah penurunan kemampuan
trafo (derating) menjadi:
𝑆𝑏𝑎𝑟𝑢 = 85,56% × 160 𝑘𝑉𝐴
𝑆𝑏𝑎𝑟𝑢 = 𝟏𝟑𝟔, 𝟖𝟗 𝒌𝑽𝑨
Akibat pengaruh harmonisa, trafo MK328
mengalami penurunan kemampuan kapasitas
(derating) sebesar:
𝐷𝑒𝑟𝑎𝑡𝑖𝑛𝑔 𝑡𝑟𝑎𝑓𝑜 = 160 𝑘𝑉𝐴 − 136,89 𝑘𝑉𝐴
𝐷𝑒𝑟𝑎𝑡𝑖𝑛𝑔 𝑡𝑟𝑎𝑓𝑜 = 𝟐𝟑, 𝟏𝟏 𝒌𝑽𝑨
Tanpa pengaruh harmonisa, berdasarkan
pengukuran WBP (malam), Trafo MK328 telah
dibebani sebesar 102,4 % dari daya
pengenalnya. Artinya MK328 mengalami beban
lebih sebesar 3,84 kVA. Akan tetapi akibat
pengaruh harmonisa yang menyebabkan
penurunan kemampuan daya trafo (derating),
trafo mengalami beban lebih yang aktualnya
lebih tinggi, yaitu :
𝐵𝑒𝑏𝑎𝑛 𝐿𝑒𝑏𝑖ℎ = (102,4 % × 160) − 136,89
𝐵𝑒𝑏𝑎𝑛 𝐿𝑒𝑏𝑖ℎ = 𝟐𝟔, 𝟗𝟓 𝒌𝑽𝑨
Dari nilai THDF saat pengukuran LWBP
JH184, didapatkanlah penurunan kemampuan
trafo (derating) menjadi 150,72 kVA. Trafo
JH184 mengalami penurunan kemampuan
kapasitas (derating) sebesar 9,28 kVA.
Dari nilai THDF saat pengukuran WBP
JH184 didapatkanlah penurunan kemampuan
trafo (derating) menjadi:
𝑆𝑏𝑎𝑟𝑢 = 95,06% × 160 𝑘𝑉𝐴
𝑆𝑏𝑎𝑟𝑢 = 𝟏𝟓𝟐, 𝟏 𝒌𝑽𝑨
Akibat pengaruh harmonisa, trafo JH184
mengalami penurunan kemampuan kapasitas
(derating) sebesar:
3. Dari analisis ketidakseimbangan pembebanan
pada kedua Trafo, hanya pada pengukuran
siang (LWBP) gardu MK328 saja yang tidak
memenuhi ketentuan ketidakseimbangan
maksimal, yaitu sebesar 27,33% dari
ketentuan sebesar 25%;
4. Pembebanan yang lebih seimbang dapat
menurunkan rugi-rugi akibat mengalirnya
arus pada penghantar netral.
5. Dari standar harmonisa tegangan, trafo
MK328 dan JH184 keduanya memenuhi
ketentuan sesuai IEEE 519-1992. Akan
tetapi, trafo MK328 tidak memenuhi standar
harmonisa arus, karena hampir seluruh %
THD arusnya melebihi ketentuan;
6. Pengaruh harmonisa yang menyebabkan
derating trafo paling signifikan dialami oleh
Trafo Gardu MK328 saat terjadi beban lebih
pada WBP sebesar 102% pembebanan.
Beban lebih yang seharusnya hanya sebesar
3,84 kVA meningkat menjadi 26,95 kVA
akibat pengaruh harmonisa. Fenomena ini
akan berkaitan langsung dengan umur trafo
yang dapat menjadi lebih singkat. Sedangkan
pada trafo JH184 derating trafo tidak terlalu
signifikan, karena pembebanan yang lebih
rendah akan menyebabkan penurunan
kapasitas trafo yang juga rendah dan
demikian sebaliknya.
𝐷𝑒𝑟𝑎𝑡𝑖𝑛𝑔 𝑡𝑟𝑎𝑓𝑜 = 160 − 152,1 𝑘𝑉𝐴
𝐷𝑒𝑟𝑎𝑡𝑖𝑛𝑔 𝑡𝑟𝑎𝑓𝑜 = 𝟕, 𝟗 𝒌𝑽𝑨
Pada
Trafo
JH184,
penurunan
kapasitasnya akibat harmonisa tidak terlalu
signifikan, karena pembebanan trafo JH184
masih tergolong kecil. Dengan kata lain, besar
pembebanan juga berpengaruh terhadap derating
trafo, dimana pembebanan yang lebih tinggi
akan menyebabkan penurunan kapasitas trafo
yang tinggi dan demikian sebaliknya.
5. Kesimpulan
Dari data hasil pengukuran, perhitungan
dan analisis data ukur parameter gardu, dapat
diambil kesimpulan bahwa:
1. Masih terdapat kesalahan pengukuran (error)
pada alat ukur EMT. Error paling besar
terjadi saat pengukuran WBP gardu MK328
sebesar 6,15%;
2. Pembebanan yang lebih besar akan
mengurangi efisiensi trafo, akan tetapi
pembebanan yang terlalu kecil juga
menyebabkan efisiensi trafo yang rendah;
6. Daftar Pustaka
[1] Theraja, B.L. & Theraja, A.K., A Text Book
of Electrical Technology, New Delhi:
S.Chand and Company Ltd., 2001.
[2] Sopyandi,
Endi,
“Pengaruh
Ketidakseimbangan Pembebanan Pada
Trafo Distribusi”, 15 Oktober 2012.
[3] Dugan, Roger C., Electrical Power Systems
Quality, New York: The McGraw-Hill
Companies, 2004.
[4] Tribuana,
Nanan,dkk.,
“Pengaruh
Harmonik pada Transformator Distribusi”,
April 1999.
[5] Manual
Book
PATTINDO,
EMTPORTABLE.
[6] Website Data Hasil Pengukuran Gardu
PT.PATTINDO, [online].
Tersedia:
http://emt.pattindo.net/plnsumut/measurement/login.php