Paper Title (use style: paper title) - E

OPTIMALISASI KUALITAS TEGANGAN
TRANSFORMATOR DISTRIBUSI UNTUK PELANGGAN
PLN BERDASAR PADA WINDING RATIO
Muhammad Ade Nugroho, 1410017211121
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Bung Hatta, Padang, Sumatera Barat.
[email protected]
Abstrak - Sistem distribusi adalah sistem tenaga
listrik yang menyalurkan energi listrik dari pusat pembangkit
hingga disalurkan kepada konsumen. Penelitian ini dilatar
belakangi oleh permasalahan mengenai tegangan jatuh (drop
voltage) yang diterima pelanggan PT PLN (Persero) Rayon
Muaralabuh yang mengacu pada SPLN 1:1995 dengan
toleransi tegangan pelayanan yang masih diterima adalah
maksimal +5% dari tegangan standar tegangan rendah (TR)
pada sisi pangkal dan minimum -10% pada sisi ujung. Upaya
yang paling efektif dan efisien untuk menyelesaikan
permasalahan diatas adalah dengan pengaturan tapping trafo.
Tapping transfomator dibuat pada sisi tegangan tinggi dan
dibagi dalam lima bagian. Dengan mengubah posisi tapping
sama dengan mengubah jumlah belitan primer. Perubahan
nilai jumlah belitan primer akan mempengaruhi rasio
perbandingan belitan transformator. Perubahan rasio
perbandingan belitan ini menyebabkan perubahan tegangan
pada sisi tegangan tinggi. Penyesuaian tap changer trafo ini
sudah diimplementasikan di PLN Rayon Muaralabuh
sebanyak 30 trafo dengan saving 1810.51 kWh/Bulan. Apabila
diasumsikan terdapat 95% beban yang diterima di titik
pelanggan, maka setara dengan Rp. 1.339.779,- per bulan, dan
sekaligus dapat memperbaiki susut teknis distribusi Rayon
Muaralabuh yang semula 6,60% menjadi 6,59%.
Keywords - Tap changer trafo, optimalisasi
kualitas tegangan trafo, susut teknis distribusi.
I.
PENDAHULUAN
Indonesia merupakan negara yang sedang
berkembang sehingga pertumbuhan energi listrik yang ada
sebanding dengan pertumbuhan ekonomi yang meningkat dari
tehun ke tahun, tentunya tantangan dalam menjaga stabilitas
pasokan energi listrik semakin berat. Salah satu tantangan
menjaga stabilitas pasokan energi listrik tersebut adalah
kualitas tegangan yang baik dan stabil. Penelitian ini
difokuskan untuk optimalisasi kualitas tegangan trafo
distribusi sekaligus meminimalisir tegangan jatuh (drop
voltage) yang sering terjadi disisi pelanggan PT PLN (Persero)
Rayon Muaralabuh. Masyarakat yang berada jauh dari gardu
distribusi cenderung menerima tegangan yang nilainya lebih
kecil daripada di daerah yang dekat dengan gardu distribusi.
Dalam prosesnya hal ini dapat ditempuh dengan cara
melakukan penyesuaian tap changer trafo dengan
mengoptimalkan kualitas tegangan trafo distribusi untuk
meningkatkan kualitas tegangan yang baik dan stabil kepada
pelanggan-pelanggan PLN khususnya pelanggan PLN Rayon
Muaralabuh. Penyesuaian tap changer trafo ini dituntut
sehandal mungkin sehingga dapat meminimalisir drop voltage
yang diterima pelanggan. Optimalisasi kualitas tegangan trafo
distribusi dan penyesuaian tap changer trafo ini merupakan
salah satu metode dalam memecahkan masalah untuk
memperbaiki tegangan yang diterima di sisi pelanggan
sekaligus memperbaiki susut teknis distribusi Rayon
Muralabuh dengan biaya yang murah dan hasil yang
maksimal.
II.
LANDASAN TEORI
Dari berbagai masalah yang timbul pada sistem tenaga
listrik mayoritas disebabkan oleh tegangan jatuh (drop voltage)
yang diterima di sisi pelanggan. Drop voltage sendiri
merupakan besarnya tegangan yang hilang pada suatu
penghantar. Jatuh tegangan pada saluran tenaga listrik secara
umum berbanding lurus dengan panjang saluran dan beban,
serta berbanding terbalik dengan luas penampang penghantar.
Besarnya jatuh tegangan dinyatakan baik dalam persen atau
dalam besaran volt. Besarnya batas atas dan bawah ditentukan
oleh kebijaksanaan perusahaan kelistrikan. Perhitungan jatuh
tegangan praktis pada batas – batas tertentu dengan hanya
menghitung besarnya tahanan masih dapat dipertimbangkan,
namun pada sistem jaringan khususnya pada sistem tegangan
menengah
masalah
induktansi
dan
kapasitansinya
diperhitungkan karena nilainya cukup berarti (PT PLN
(Persero), 2010: hal 20)
2.1 Transformator
Transformator atau sering disebut trafo adalah mesin
listrik tidak bergerak yang berfungsi untuk menaikkan atau
menurunkan tegangan. Transformator atau trafo ini bekerja
berdasarkan prinsip induksi elektromagnet dan hanya dapat
bekerja pada tegangan yang berarus bolak balik (AC). Ketika
kumparan primer dialiri arus AC (bolak – balik) maka akan
menimbulkan medan magnet atau fluks magnetik disekitarnya.
Gambar 2.1. Transformator
Keterangan :
Vp = Tegangan Primer
Ketika arus pada belitan primer dan sekunder
mengalir dengan arah yang berlawanan. Arus-arus ini
berinteraksi dengan fluks bocor diantara kedua belitan dan
menghasilkan gaya radial yang saling tolak-menolak. Gaya
radial ini menekan belitan dalam ke inti dan mendorong
pelitan luar menjauhi inti. Gaya yang berlawanan ini akan
menimbulkan gaya aksial jika tapping dibuat pada belitan
transformator. Pada gambar diatas, belitan dengan tapping
akhir menimbulkan gaya aksial yang lebih besar dengan
belitan dengan tapping tengah. Pada keadaan hubung singkat,
gaya aksial yang timbul akan sangat besar. Sehingga posisi
tapping yang sering dipakai adalah tapping tengah.
Tapping transformator distribusi adalah dari tegangan
nominalnya. Jadi tegangan pada sisi primer transformator
distribusi mempunyai 5 tapping yaitu:
Vs = Tegangan Sekunder
Ip = Arus Primer
Is = Arus Sekunder
Np = Kump. Primer
Ns = Kump. Sekunder

Tapping 1 = VN + (0,1 x VN)
Tapping 2 = VN + (0,05 x VN)
Tapping 3 = Vs
Tapping 4 = Vs - (0,05 x Vs)
Tapping 5 = Vs + (0,1 x Vs)
Jumlah beliatan transformator distribusi 3 phasa :
Belitan primer dihubungkan Y
Ns = Kump. Sekunder
Dimana :
2.2 Tapping Transformator
Prinsip pengaturan tegangan sekunder berdasarkan
perubahan jumlah belitan primer atau sekunder.Vp, Np dan Vs,
Ns adalah parameter primer dan sekunder.
= Tegangan per belitan

Belitan primer terhubung ∆

Jumlah belitan sekunder per kaki, jika belitan
terhubung Z
Jika tap changer didesain beroperasi, ketika
transformator di luar rangkaian disebut changer tanpa beban.
Tap changer yang didesain beroperasi ketika transformator
dalam rangkaian disebut tap changer berbeban.
Jika Np berkurang, tegangan per belitan bertambah, sehingga
tegangan sekunder bertambah. Di sisi lain, jika Ns bertambah
sementara Np tetap, tegangan sekunder juga bertambah, maka
bisa disimpulkan bahwa pengurangan belitan primer Np
mempunyai pengaruh yang sama dengan penambahan belitan
Ns. Tapping dapat dibuat di awal, akhir dan tengah belitan
transformator, ditunjukan Gambar 2.2. berikut :
2.3 Tap Changer Berbeban
Pengubah tapping ini biasanya digunakan untuk
perubahan tegangan dalam periode waktu yang singkat.
Tegangan keluaran dapat diatur dengan tap changer, tanpa
menyebabkan gangguan terhadap sistem.
Gambar 2.5a. Tap Changer Berbeban
Gambar 2.2. Tapping Transformator
2.5b. Operasi dari segmen 1 ke segmen 2
Ketika perubahan tegangan dibutuhkan, stut dan
dipindahkan ke segmen 2 dengan urutan operasi sebagai
berikut :
1. Buka saklar y, gambar ( b.I ). Arus masuk melalui
reaktor pada bagian bawah. Reaktor menjadi sangat
induktif dan tegangan jatuhnya besar. Oleh karena
itu, reaktor harus didisain menahan arus beban penuh
sesaat.
2. Stut B tidak dialiri arus, sehingga bisa dipindahkan ke
segmen 2 tanpa percikan api.
3. Tutup saklar y, gambar ( b.III ). Belitan transformator
antara sadapan 1 dan 2 terhubung melalui reaktor.
Impedansi reaktor besar, pada saat arus mengalir
dalam satu arah, arus sirkulasi yang mengalir melalui
reaktor dan sadapan belitan sangat kecil. Pada
keadaan ini, reaktor melindungi sadapan belitan dari
hubung singkat.
4. Buka saklar x. Arus masuk mengalir hanya melalui
reaktor pada bagian atas, menyebabkan tegangan
jatuh yang besar.
5. Pindahkan stut A dari segmen 1 ke segmen 2 dan
tutup saklar x. Pada saat ini perpindahan sadapan 1 ke
2 telah selesai.
2.4 Tegangan Jatuh (Drop Voltage)
Jenis tap changer berbeban yang lain, juga dilengkapi
dengan reaktor sadapan tengah, diilustrasikan pada Gambar
2.5. Fungsi reaktor adalah melindungi sadapan belitan dari
hubungan singkat. Saklar 1, 2, 3, 4 dan 5 dihubungkan dengan
sadapan belitan.
Cos phi =
Drop Voltage ditimbulkan oleh arus yang mengalir
melalui tahanan kawat, drop voltage (V) pada penghantar
semakin besar jika arus (I) di dalam penghantar semakin besar
dan bergantung pada bahan atau penghantar (R) kawat itu
sendiri.
Vdrop = I x ((R x cos phi) + (jX x sin phi))
atau
Vdrop=
Keterangan :
Vdrop
I
R
Phi
R
Z
X
= Drop voltage
= Arus
= Hambatan
= Sudut Daya
= Resistant
= Impedant
= Reaktan
Sin phi
=
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Hasil Penyesuaian Tap Changer Trafo 200 kVA
Gambar 2.6. Tapping Berbeban
Saklar pada Gambar 2.6. ditutup selama operasi
normal, dengan saklar 2, 3, 4, 5 dibuka dan saklar 1 ditutup.
Pada saat ini, arus mengalir melalui reaktor bagian atas dan
reaktor bagian bawah dengan arah yang berlawanan.
Perubahan sadapan 1 ke sadapan 2, dilakukan dengan urutan
operasi sebagai berikut.
1. Buka saklar S. Sekarang arus total mengalir melalui
reaktor pada bagian atas dan tegangan jatuhnya besar.
2. Tutup saklar 2. Belitan antara sadapan 1 dan sadapan
2 terhubung melalui reaktor.
3. Buka saklar 1. Sehingga arus mengalir melalui
reaktor pada bagian bawah dan tegangan jatuhnya
besar.
4. Tutup saklar S. Arus mengalir melalui kedua bagian
reaktor .
Untuk perubahan sadapan 2 ke sadapan 3, urutan operasi di
atas diulangi.
Penyesuaian tap changer tarfo distribusi tiga phasa
bertujuan untuk menjaga tegangan pada sisi tegangan sekunder
selalu konstan, meskipun terjadi perubahan tegangan pada sisi
tegangan tinggi. Data test belitan ini didapat dari penelitian
sebelumnya (Leonardus Siregar, 2013).
Tabel 3.1. Sample data Trafo Pasar Muaralabuh (200 kVA)
Untuk sadapan trafo 19 kV dengan kapasitas trafo 200 kVA
kualitas tegangan yang optimal dengan mengacu pada SPLN
1:1995 di posisi Tap changer 4 dengan jumlah belitan 1956.
Gambar 3.2. Grafik posisi tap trafo 160 kVA terhadap belitan dan output
tegangan trafo distribusi
Dari Gambar 3.2., tersebut didapatkan data kualitas
tegangan yang optimal untuk trafo 160 kVA dengan output Vs
(tegangan di sisi sekunder trafo) 400 Volt di tapping 4 dengan
Vin (tegangan sadapan trafo) 19 kV untuk lokasi Trafo
Bendang.
Gambar 3.1. Grafik posisi tap trafo 200 kVA terhadap belitan dan output
tegangan trafo distribusi
3.3 Hasil Penyesuaian Tap Changer Trafo 100 kVA
Tabel 3.3. Sample data Trafo Pasir Talang (100 kVA)
Dari Gambar 3.1. tersebut didapatkan data kualitas
tegangan yang optimal untuk trafo 200 kVA dengan output Vs
(tegangan di sisi sekunder trafo) 411 Volt di tapping 4 dengan
Vin 19 kV untuk lokasi Trafo Pasar Muaralabuh yang berlokasi
dipusat perbelanjaan Kabupaten Solok Selatan.
3.2 Hasil Penyesuaian Tap Changer Trafo 160 kVA
Tabel 3.2. Sample data Trafo Bendang (160 kVA)
Sedangkan untuk Trafo Pasir Talang yang berkapasitas 100
kVA output kualitas tegangan yang optimal dengan mengacu
pada SPLN 1:1995 di posisi Tap changer 3 dengan Vin 20 kV,
hal ini dikarenakan lokasi Trafo Pasir Talang dekat dengan
sumber tegangan yang dikirim dari Gardu Hubung.
Untuk sadapan Trafo Bendang yang berkapasitas 160 kVA
diposisi Vin 19 kV output kualitas tegangan yang optimal
dengan mengacu pada SPLN 1:1995 di posisi Tap changer 4
dengan jumlah belitan 1564 selisih 392 jumlah belitan
dibandingkan dengan kapasitas trafo 200 kVA.
Gambar 3.3. Grafik posisi tap trafo 100 kVA terhadap belitan dan output
tegangan trafo distribusi
Dari Gambar 3.3. tersebut didapatkan data kualitas
tegangan yang optimal untuk trafo 100 kVA dengan output Vs
(tegangan di sisi sekunder trafo) 404 Volt di tapping 3 dengan
Vin (tegangan sadapan trafo) 20 kV untuk lokasi Trafo Pasir
Talang yang dekat dengan sumber tegangan.
3.5 Hasil Vs sebelum & sesudah penyesuaian Tap Changer
Data output tegangan trafo distribusi sebelum
penyesuaian tap changer trafo sekaligus optimalisasi kualitas
tegangan trafo distribusi:
Tabel 3.5.1. Rekap tegangan gardu sebelum penyesuaian Tap
Changer Trafo
3.4 Hasil Penyesuaian Tap Changer Trafo 50 kVA
Tabel 3.4. Sample data Trafo Pinang Awan (50 kVA)
Untuk Trafo Pinang Awan yang berkapasitas 50 kVA lebih
kecil dibandingkan dengan trafo yang lainnya, kualitas
tegangan yang optimal dengan mengacu pada SPLN 1:1995
untuk Trafo Pinang Awan di posisi Tap changer 4 Vin 19.5
kV dengan jumlah belitan 502.
R-S / R-T / S-T = Beda Tegangan
antar phasa (Volt)
Dari Tabel 3.5.1. tersebut merupakan data output tegangan
trafo distribusi sebelum dilakukannya penyesuaian tap changer
trafo dengan mayoritas tegangan output dibawah 380 V.
Data output tegangan trafo distribusi sesudah
penyesuaian tap changer trafo sekaligus optimalisasi kualitas
tegangan trafo distribusi
Gambar 3.4. Grafik posisi tap trafo 50 kVA terhadap belitan dan output
tegangan trafo distribusi
Dari Gambar 3.4. tersebut didapatkan data kualitas
tegangan yang optimal untuk trafo 50 kVA dengan output Vs
(tegangan di sisi sekunder trafo) 408 Volt di tapping 4 dengan
Vin (tegangan sadapan trafo) 19.5 kV untuk lokasi Trafo
Pinang Awan.
Tabel 3.5.2. Rekap tegangan gardu sesudah penyesuaian Tap
Changer Trafo
Tabel 3.6. Saving penyesuaian Tap Changer Trafo
R-S / R-T / S-T = Beda Tegangan
antar phasa (Volt)
Dari Tabel 3.5.2. tersebut merupakan data output tegangan
trafo distribusi setelah dilakukannya penyesuaian tap changer
trafo sekaligus optimalisasi kualitas tegangan trafo sesuai
dengan sadapan yang diterima trafo tersebut.
3.6 Saving hasil penyesuaian tap changer trafo distribusi
Saving yang diperoleh dari penyesuaian 30 buah tap
changer trafo :
Dari Tabel 3.6. tersebut didapatkan 1810.51 kWh/Bulan
saving kWh yang didapat dari 30 buah trafo yang mengalami
penyesuaian tap changer trafo dengan di asumsikan 95% beban
yang diterima di titik pelanggan, setara dengan Rp. 1.339.779,per bulan sesuai dengan nilai rata – rata rupiah per kWh Rayon
Muaralabuh.
IV. KESIMPULAN DAN SARAN
4.1 Kesimpulan
Dari hasil analisis dan simulasi yang dilakukan, dapat
ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1) Salah satu penyebab tegangan jatuh (drop voltage)
yang mengacu pada SPLN 1:1995 di sisi pelanggan
salah satunya adalah tidak sesuainya tap changer trafo
dengan sadapan yang diterima trafo tersebut.
2) Untuk optimalisasi kualitas tegangan output Vs
(tegangan di sisi sekunder trafo) yaitu dengan
menyesuaiakan Vin (tegangan sadapan trafo) dengan
lokasi dan sadapan yang diterima trafo tersebut.
3) Semakin besar kapasitas trafo distribusi maka akan
semakin banyak jumlah belitan disisi primer trafo
distribusi.
4) Dengan Optimalisasi kualitas tegangan trafo distribusi
dan penyesuaian tap changer tersebut di dapatkan
1810.51 kWh/Bulan saving kWh yang diasumsikan
95% beban yang diterima di titik pelanggan, setara
dengan Rp. 1.339.779,- per bulan.
5) Dengan
melakukan
optimalisasi
sekaligus
penyesuaian tap changer trafo untuk memperbaiki
kualitas tegangan di sisi pelanggan tersebut dapat
memperbaiki susut teknik Rayon Muaralabuh dari
6,60% menjadi 6,59% dengan target susut 5% di
tahun 2015.
6) Optimalisasi kualitas tegangan trafo distribusi dan
penyesuaian tap changer trafo tersebut memperbaiki
tegangan jatuh (drop voltage) di ujung pelanggan PT
PLN (Persero).
4.2 Saran
Berdasarkan hasil simulasi yang telah dilakukan untuk
pengembangan penelitian selanjutnya, maka disarankan halhal sebagai berikut:
1) Tegangan jatuh (drop voltage) dan optimalisasi
kualitas tegangan trafo sesuai dengan sadapan yang
diterima trafo tersebut merupakan salah satu
penyebab tidak stabilnya sistem penyaluran tenaga
listrik ke pelanggan PLN, oleh karena itu disarankan
untuk pekerjaan optimalisasi sekaligus penyesuaian
tap changer trafo dilakukan secara rutin dan
menyeluruh.
2) Dalam studi yang dilakukan untuk optimalisasi
kualitas tegangan trafo distribusi dibuat sebatas
melakukan perbandingan kapasitas trafo distribusi
berdasarkan belitan trafo (winding ratio), output
tegangan distribusi dan sadapan trafo tiap tiap lokasi
trafo distribusi. Untuk penelitian lebih lanjut dapat
dilakukan perbandingan jenis penghantar dan
penampang kawat ke pelanggan PLN.
3) Dalam studi lebih lanjut, disarankan untuk
mengevaluasi tegangan ujung di sisi pelanggan PLN
baik sesudah ataupun sebelum dilakukannya
optimalisasi kualitas tegangan trafo distribusi agar
tegangan yang tersalurkan optimal di sisi pelanggan
PLN.
DAFTAR PUSTAKA
Endansari S, Dona., 1989 Studi Perhitungan Susut Teknis Pada Sistem
Distribusi Tenaga Listrik, Jurusan Elektro FTUI, Jakarta.
Setiabudy, R., 2007, Material Teknik Listrik. Jakarta
Siregar, Leonardus, 2013, Pengujian Tapping Transformator Distribusi 20 kV,
Medan.
Suryatmo, F., 2005, Dasar – Dasar Teknik Listrik. Jakarta
SPLN, 2010. PT PLN Persero.
Zuhal., 1995, Dasar Tenaga Listrik. ITB. Bandung