PENGARUH KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN TERHADAP ARUS

LAPORAN PENELITIAN INTERNAL
PENGARUH KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN TERHADAP
ARUS NETRAL DAN LOSSES PADA TRAFO DISTRIBUSI
PROYEK RUSUNAMI GADING ICON
PENELITI :
IR. BADARUDDIN, MT
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MERCU BUANA
JULI 2012
0
HALAMAN PENGESAHAN
LAPORAN HASIL PENELITIAN INTERNAL
1. Judul Penelitian
2. Bidang Ilmu Penelitian
3. Ketua Peneliti
a. Nama Lengkap
b. Jenis Kelamin
c. NIP
d. JabatanFungsional
e. Pangkat/Golongan
f. Jabatan Struktural
g. Fakultas
h. Program Studi
i. Alamat Kantor/tlp
j. Telepon/faks/E-mail
k. Alamat rumah/tlp/Email
l. Telepon/faks/E-mail
4. Jumlah Anggota Peneliti
5. Lokasi Penelitian
6. Waktu Penelitian
7. Dana diusulkan
: PENGARUH
KETIDAKSEIMBANGAN
BEBAN
TERHADAP ARUS NETRAL DAN LOSSES PADA
TRAFO DISTRIBUSI PROYEK RUSUNAMI GADING
ICON
: Teknik Elektro
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
Badaruddin Ir, MT
Laki - Laki
19464-0123
Lektor
IVA
Kepala Laboratorium Teknik Elektro
Teknik
Teknik Elektro
Jl Raya Meruya Selatan, Kembangan Jakarta Barat 11650
021 5861779/021 5861906
Taman Cimanggu, Jl Begonia I Blok Q4 No.6
Bogor/02518342428/[email protected]
0251 8342428/ [email protected]
1 orang
Laboratorium Teknik Elektro UMB
(5) Lima Bulan
Rp. 3.509.000 (Tiga Juta Lima Ratus Sembilan Ribu
Rupiah)
1
LEMBAR PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa penelitian ini di laksanakan dengan benar, merupakan
penelitian yang saya lakukan sendiri. Jika ada hasil atau sesuatu hal yang sama dengan orang
lain, dinyatakan dalam sumber pustaka pada bagian akhir dari laporan ini.
Jakarta , 23 Juli 2012
Ketua Peneliti
Badaruddin, Ir MT
2
DAFTAR ISI
HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................................
LEMBAR PERNYATAAN ...............................................................................................
DAFTAR ISI.......................................................................................................................
ABSTRAK ..........................................................................................................................
BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................................
1.1 Latar Belakang ...................................................................................................
1.2 Perumusan Masalah ...........................................................................................
1.3 Tujuan Penelitian ...............................................................................................
1.4 Pembatasan Masalah ..........................................................................................
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .......................................................................................
2.1 Umum ................................................................................................................
2.2 Prinsip Kerja Transformator .............................................................................
2.3 Ketidakseimbangan Beban.................................................................................
2.3.1 Pengertian Tentang Beban Tidak Seimbang ..........................................
2.4 Arus Netral .........................................................................................................
2.4.1 Arus Netral Karna Beban Tidak seimbang ............................................
2.4.2 Penyaluran dan Susut Daya pada keadaan Arus seimbang ....................
2.4.3 Penyaluran dan Susut Daya pada keadaan Arus tidak seimbang ...........
2.4.4 Faktor Daya ............................................................................................
2.5 Losses Pada Jaringan Distribusi ........................................................................
2.5.1 Losses Pada Pengahantar Fasa ...............................................................
2.5.2 Losses Akibat Adanya Arus Netral Pada Pengahantar Netral ...............
2.5.3 Losses Akibat Adanya Arus Netral Yang Mengalir ke Tanah ..............
2.5.4 Losses Pada Sambungan Tidak Baik .....................................................
2.6 Persamaan – Persamaan yang digunakan dalam Perhitungan ..........................
2.6.1 Perhitungan Arus Beban Penuh dan Arus Hubung Singkat...................
2.6.2 Perhitungan ketidakseimbangan Beban .................................................
2.6.3 Perhitungan Losses Akibat Adanya Arus Netral pada penghantar
netral ...............................................................................................................
2.6.4 Perhitungan Losses akibat adanya arus netral yang mengalir ke
tanah ................................................................................................................
1
2
3
5
6
6
6
7
7
8
8
9
9
9
11
11
12
13
14
14
15
15
15
16
16
16
17
BAB III METODE PENELITIAN ...................................................................................
3.1 Teknik Analisa Data ..........................................................................................
19
20
18
18
BAB IV ANALISA PENGARUH KETIDAK SEIMBANGAN BEBAN
TERHADAP
ARUS
NETRAL
DAN
LOSSES
PADA
TRANSFORMATOR DISTRIBUSI................................................................
4.1 Umum ..............................................................................................................
4.2 Data Teknik Trafo ............................................................................................
4.3 Analisa Pembebanan Trafo .............................................................................
4.3.1 Menentukan Fuse Cut Out, NH fuse dan Arus Hubung Singkat ...........
4.3.2 Menentukan Prosentase Pembebanan ....................................................
4.3.3 Analisa Ketidak seimbangan Beban Pada Trafo ....................................
4.3.4 Analisa Losses akibat adanya Arus Netral Pada Pengahantar
netral ...............................................................................................................
4.3.5 Analisa Losses akibat adanya arus netral yang mengalir ke tanah ........
21
21
21
23
23
24
25
27
29
3
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................................
5.1 Kesimpulan ........................................................................................................
5.2 Saran ..................................................................................................................
DAFTAR PUSTAKA .........................................................................................................
31
31
31
32
4
ABSTRAK
Ketidakseimbangan beban pada suatu sistem distribusi tenaga listrik selalu terjadi dan
penyebab ketidakseimbangan tersebut adalah ketidakseimbangan beban antara tiap-tiap fasa
(fasa R, fasa S, dan fasa T), pada beban-beban satu fasa pada pengguna jaringan tegangan
rendah. Akibat ketidakseimbangan beban tersebut munculah arus netral pada trafo. Arus
netral yang mengalir di netral trafo 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. Dengan adanya rugi-rugi tersebut maka efisiensi trafo akan semakin
rendah. Semakin besar faktor ketidakseimbangan maka akan semakin besar arus netral yang
muncul dan losses akibat arus netral yang mengalir ke tanah semakin besar pula
Dalam Penelitian ini, penulis menggunakan metode komponen simetris untuk
menganalisa rugi-rugi pada saat pembebanan tidak seimbang.
Kata kunci : Trafo, Fasa, Rugi – Rugi, Tidak Seimbang
ABSTRACT
Load imbalance in a power distribution system is always the case and the cause of the
imbalance is the imbalance between the load of each phase (R phase, S phase and T phase),
the single-phase loads on the low voltage network users. Due to the load imbalance in the
transformer neutral currents munculah. Neutral currents flowing in the transformer neutral is
causing losses (losses), the losses due to the existence of neutral currents in the neutral
conductor and transformer losses due to neutral currents flowing to the ground. With the loss
is the lower the efficiency of the transformer. The greater the imbalance factor, the larger the
neutral currents and losses arising from neutral currents flowing to ground the greater the
In this study, the authors use the method of symmetrical components to analyze losses during
unbalanced loading.
Keywords: Transformers, Phase, Loss - Loss, Not Balanced
5
BAB I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pengembangan sumber energi untuk memperoleh kerja yang berguna adalah kunci
dari kemajuan industri yang penting untuk peningkatan taraf hidup yang berkesinambungan
bagi rakyat di mana pun mereka berada. Bagaimana menemukan sumber energi yang baru,
mendapatkan sumber energi yang pada dasarnya tidak akan pernah habis untuk masa
mendatang, menyediakan energi di mana saja diperlukan, dan mengubah energi dari bentuk
yang satu ke bentuk yang lain, serta menggunakannya tanpa menimbulkan pencemaran yang
akan merusak lingkungan hidup kita, adalah beberapa dari tantangan-tantangan terbesar yang
dihadapi dunia pada masa kini. Sistem tenaga listrik adalah salah satu dari alat-alat untuk
mengubah dan memindahkan energi yang mempunyai peranan yang sangat penting dalam
menghadapi tantangan-tantangan tersebut.
Dewasa ini Indonesia sedang melakukan pembangunan di segala bidang. Pemerintah
sangat gencar melakukan pembangunan untuk tempat hunian semisal rusunami (rumah susun
minimalis) sebagai alternatif untuk mengurangi pemakaian lahan untuk hunian. Seiring
dengan laju pertumbuhan pembangunan tersebut maka dituntut adanya sarana dan prasarana
yang mendukungnya seperti tersedianya tenaga listrik. Saat ini tenaga listrik merupakan
kebutuhan yang utama, baik untuk kebutuhan sehari-hari maupun industri. Hal ini karena
tenaga listrik mudah untuk ditransportasikan dan dikonversikan ke dalam bentuk energi lain.
Penyediaan listrik yang stabil dan kontinyu merupakan syarat mutlak yang harus dipenuhi
dalam memenuhi kebutuhan listrik.
Dalam pemenuhan kebutuhan tenaga listrik tersebut, terjadi pembagian-pembagian
beban yang pada awalnya merata tetapi karena ketidakserempakan waktu penyalaan bebanbeban tersebut maka menimbulkan ketidakseimbangan beban yang berdampak pada
penyediaan tenaga listrik. Selain ketidakserempakan pemakaian beban, pengkoneksian yang
tidak seimbang pada fasa R, S dan T juga merupakan faktor lain yang mempengaruhi.
Ketidakseimbangan beban adalah hal yang menimbulkan losses secara teknis, yang akan
merugikan PLN. Agar tercapai penyuplaian listrik yang stabil dan kontinyuitas kepada
konsumen, maka hal tersebut harus dapat diatasi.
1.2 Perumusan Masalah
Ketidakseimbangan beban pada suatu sistem distribusi tenaga listrik selalu terjadi dan
penyebab ketidakseimbangan tersebut adalah pada beban-beban satu fasa pada jaringan
tegangan rendah. Ketidakseimbangan beban tersebut umumnya disebabkan karena
6
ketidakserempakan pemakaiaan beban. Kita semua mengetahui rusunami merupakan
bangunan hunian yang didalamnya terdapat banyak komunitas yang tidak sama aktifitasnya
sehingga pemakaian beban pun berfariatif dan tidak sama.
Akibat ketidakseimbangan beban tersebut munculah arus netral pada netral trafo. Arus
netral yang mengalir di netral trafo ini menyebabkan terjadinya losses (rugi-rugi), yaitu losses
akibat adanya arus netral pada pada penghantar netral trafo dan losses akibat arus netral yang
mengalir ke tanah.
Ketidakseimbangan beban-beban antara tiap-tiap fasa (fasa R, fasa S, dan fasa T) inilah
yang menyebabkan mengalirnya arus netral pada trafo.
1.3 Tujuan Penulisan
Tujuan penulisan Penelitian ini adalah :

Menghitung persentase losses yang ditimbulkan karena ketidak seimbangan beban
pada trafo distribusi Rusunami Gading Icon.

Menghitung effisiensi dari trafo distribusi Rusunami Gading Icon.
1.4 Pembatasan Masalah

Studi data pengukuran pembebanan trafo distribusi Rusunami Gading Icon.

Menganalisa pengaruh ketidakseimbangan beban terhadap arus netral dan losses pada
trafo distribusi Rusunami gading Icon.

Tidak membahas Konfigurasi Instalasi listrik dalam gedung Rusunami Gading Icon

Tidak membahas jenis pembebanan.
7
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Umum
Transformator merupakan suatu alat listrik statis yang dapat memindahkan dan
mengubah tegangan dan arus bolak-balik dari suatu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian
listrik yang lain dengan nilai yang sama maupun berbeda besarnya pada frekuensi yang sama,
melalui gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Pada umumnya
transformator terdiri atas sebuah inti yang terbuat dari besi berlapis, dan dua buah kumparan,
yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder. Rasio perubahan tegangan akan tergantung
dari rasio jumlah lilitan pada kumparan itu. Biasanya kumparan terbuat dari kawat tembaga
atau aluminium yang dililitkan pada kaki inti transformator.
Transformator digunakan secara luas baik dalam bidang tenaga listrik maupun
elektronika. Penggunaan transformator dalam sistem tenaga memungkinkan terpilihnya
tegangan yang sesuai dan ekonomis untuk tiap-tiap keperluan misalnya, kebutuhan akan
tegangan tinggi dalam pengiriman daya jarak jauh. Penggunaan transformator yang sangat
sederhana dan handal merupakan salah satu alasan penting dalam pemakaiannya pada
penyaluran tenaga listrik arus bolak-balik, karena arus bolak-balik sangat banyak digunakan
untuk pembangkitan dan penyaluran tenaga listrik. Pada penyaluran tenaga listrik arus bolakbalik terjadi kerugian energi sebesar I2 . R watt. Kerugian ini akan banyak berkurang apabila
tegangan dinaikkan setinggi mungkin. Dengan demikian maka saluran-saluran transmisi
tenaga listrik senantiasa mempergunakan tegangan yang tinggi. Hal ini dilakukan terutama
untuk mengurangi kerugian energi yang terjadi, dengan cara mempergunakan transformator
untuk menaikkan tegangan listrik di pusat pembangkit dari tegangan generator yang biasanya
sebesar 6 kV – 20 kV pada awal transmisi ke tegangan saluran transmisi antara 100 kV –
1000 kV, kemudian menurunkannya lagi pada ujung akhir saluran ke tegangan yang lebih
rendah.
Transformator yang dipakai pada jaringan tenaga listrik merupakan transformator
tenaga. Di samping itu ada jenis-jenis transformator lain yang banyak dipergunakan dan pada
umumnya merupakan transformator yang jauh lebih kecil. Misalnya transformator yang
dipakai di rumah tangga untuk menyesuaikan tegangan dari lemari es dengan tegangan yang
berasal dari jaringan listrik umum, transformator yang dipakai pada lampu TL dan
transformator-transformator “mini” yang digunakan pada berbagai alat elektronika, seperti
penerima radio, televisi dan sebagainya.
8
2.2
Prinsip Kerja Transformator
Transformator terdiri atas dua kumparan (primer dan sekunder) yang bersifat induktif.
Kedua kumparan ini terpisah secara elektris namun berhubungan secara magnetis melalui
jalur yang memiliki reluktansi (reluctance) rendah. Apabila kumparan primer dihubungkan
dengan sumber tegangan bolak-balik maka fluks bolak-balik akan muncul di dalam inti yang
dilaminasi, karena kumparan tersebut membentuk jaringan tertutup maka mengalirlah arus
primer. Akibatnya adanya fluks di kumparan primer maka di kumparan primer terjadi induksi
(self induction) dan terjadi pula induksi di kumparan sekunder karena pengaruh induksi dari
kumparan primer atau disebut sebagai induksi bersama (mutual induction) yang
menyebabkan timbulnya fluks magnet di kumparan sekunder, maka mengalirlah arus
sekunder jika rangkaian sekunder dibebani, sehingga energi listrik dapat ditransfer
keseluruhan (secara magnetisasi).
Volt ........................................................ (2.1 )
Dimana :
E
= gaya gerak listrik (ggl) Volt
N
= jumlah lilitan
= perubahan fluks magnet
Perlu diingat bahwa hanya tegangan listrik bolak-balik yang dapat ditransformasikan
oleh transformator, sedangkan dalam bidang elektronika transformator digunakan sebagai
gandengan impedansi antara sumber dan beban untuk menghambat arus searah sambil tetap
melakukan arus bolak-balik antara rangkaian.
Tujuan utama menggunakan inti pada transformator adalah untuk mengurangi
reluktansi (tahanan magnetis) rangkaian magnetis (common magnetic circuit).
2.3 Ketidakseimbangan Beban
2.3.1 Pengertian Tentang Beban Tidak Seimbang
Yang dimaksud dengan keadaan seimbang adalah suatu keadaan dimana :

Ketiga vektor arus / tegangan adalah sama besar

Ketiga vektor saling membentuk sudut 120o satu sama lain, seperti yang terlihat pada
Gambar 2.4 di bawah ini :
9
Gambar 2.1 Vektor Diagram Arus Keadaan Seimbang
Dari gambar di atas menunjukan vektor diagram arus dalam keadaan seimbang. Di
sini terlihat bahwa penjumlahan ketiga vektor arusnya (IR IS IT) adalah sama dengan nol.
Sehingga tidak muncul arus netral.
Sedangkan yang dimaksud dengan keadaan tidak seimbang adalah keadaan dimana
salah satu atau kedua syarat keadaan setimbang tidak terpenuhi. Kemungkinan keadaan tidak
seimbang ada tiga yaitu :

Ketiga vektor sama besar tetapi tidak membentuk sudut 120o satu sama lain

Ketiga vektor tidak sama besar tetapi memebentuk sudut 120o satu sama lain

Ketiga vektor tidak sama besar dan tidak membentuk sudut 120o satu sama lain.
Seperti yang terlihat pada Gambar 2.2 di bawah ini :
Gambar 2.2 Vektor Diagram Arus Keadaan Tidak Seimbang
Dari gambar di atas menunjukkan vektor diagram arus dalam keadaan tidak seimbang.
Di sini terlihat bahwa penjumlahan ketiga vektor arusnya (IR IS IT) adalah tidak sama dengan
nol sehingga muncul suatu besaran yaitu arus netral (IN) yang besarnya bergantung pada
seberapa besar faktor ketidakseimbangannya.
10
2.4 Arus Netral
Arus netral dalam sistem distribusi tenaga listrik dikenal sebagai arus yang mengalir
pada kawat netral di sistem distribusi tegangan rendah tiga fasa empat kawat. Arus netral ini
muncul jika :
a. Kondisi beban tidak seimbang
b. Karena adanya arus harmonisa akibat beban non-linear.
Arus yang mengalir pada kawat netral yang merupakan arus bolak-balik untuk sistem
distribusi tiga fasa empat kawat adalah penjumlahan vektor dari ketiga arus fasa dalam
komponen simetris.
2.4.1 Arus Netral Karena Beban Tidak Seimbang
Untuk arus tiga fasa dari suatu sistem yang tidak seimbang dapat juga diselesaikan
dengan menggunakan metode komponen simetris. Dengan menggunakan notasi-notasi yang
sama seperti pada tegangan akan didapatkan persamaan-persamaan untuk arus-arus fasanya
sebagai berikut :
Ia = I1 + I2+ I0 ......................................................................... (2.2)
Ib = a2I1 + a I2+ I0 ................................................................... (2.3)
Ic = aI1 + a2I2+ I0 .................................................................... (2.4)
Dengan tiga langkah yang telah dijabarkan dalam menentukan tegangan urutan
positif, urutan negative, dan urutan nol terdahulu, maka arus-arus urutan juga dapat
ditentukan dengan cara yang sama, sehingga kita dapatkan juga :
I1 =1/3( Ia +a Ib+a2 Ic) ........................................................... (2.5)
I2 =1/3( Ia +a2 Ib+a Ic) ........................................................... (2.6)
I0 =1/3( Ia + Ib+ Ic) ................................................................ (2.7)
Di sini terlihat bahwa arus urutan nol (I0) adalah merupakan sepertiga dari arus netral
atau sebaliknya akan menjadi nol jika dalam sistem tiga fasa empat kawat. Dalam sistem tiga
fasa empat kawat ini jumlah arus saluran sama dengan arus netral yang kembali lewat kawat
netral, menjadi :
IN = Ia + Ib+ Ic ...................................................................... (2.8)
Dengan mensubstitusikan persamaan (2.7) ke (2.8) maka diperoleh :
IN =3 I0 ................................................................................... (2.9)
Dalam sistem tiga fasa empat kawat ini jumlah arus dalam saluran sama dengan arus
netral yang kembali lewat kawat netral. Jika arus-arus fasanya seimbang maka arus netralnya
11
akan bernilai nol, tapi jika arus-arus fasanya tidak seimbang, maka akan ada arus yang
mengalir di kawat netral sistem (arus netral akan mempunyai nilai dalam arti tidak nol)
2.4.2 Penyaluran dan Susut Daya pada Keadaan Arus Seimbang
Misalkan daya sebesar P disalurkan melalui suatu saluran dengan penghantar netral.
Apabila pada penyaluran daya ini arus-arus fasa dalam keadaan seimbang, maka besarnya
daya dapat dinyatakan sebagai berikut :
P = 3 [V] [I] cos φ ................................................................ (2.10)
Daya yang sampai ujung terima akan lebih kecil dari P karena terjadi penyusutan
dalam saluran. Penyusutan daya ini dapat diterangkan dengan menggunakan diagram fasor
tegangan saluran model fasa tunggal seperti pada Gambar 2.3 di bawah ini :
Gambar 2.3 Diagram Fasor Tegangan Saluran Daya Model Fasa Tunggal
Model ini dibuat dengan asumsi arus pemusatan kapasitif pada saluran cukup kecil
sehingga dapat diabaikan. Dengan demikian besarnya arus ujung kirim sama dengan arus di
ujung terima. Apabila tegangan dan faktor faktor daya pada ujung terima berturut-turut
adalah V’ dan φ’, maka besarnya daya pada ujung terima adalah :
P’ = 3 [V’] [I] cos φ’ ............................................................ (2.11)
Selisih antara P pada persamaan (2.10) dan P’ pada persamaan (2.11) memberikan
susut daya saluran, yaitu :
Pl = P – P’ ............................................................................ (2.12)
= 3 [V] [I] cos φ - 3 [V’] [I] cos φ’ .................................. (2.13)
= 3 [I] {[V] cos φ - [V’] cos φ’} ...................................... (2.14)
Sementara itu dari Gambar 2.3 memperlihatkan bahawa :
{[V] cos φ - [V’] cos φ’}= [I] R.................................... (2.15)
12
Dengan R adalah tahanan kawat penghantar tiap fasa, oleh karena itu persamaan
(2.15) berubah menjadi :
Pl = 3 [I2] R .......................................................................... (2.16)
2.4.3 Penyaluran dan Susut Daya pada Keadaan Arus Tidak Seimbang
Jika [I] adalah besaran arus fasa dalam penyaluran daya sebesar P pada keadaan
seimbang, maka pada penyaluran daya yang sama tetapi tidak seimbang besarnya arus-arus
fasa dapat dinyatakan dengan koefisien a, b, dan c adalah sebagai berikut :
[IR] = a[I] ............................................................................. (2.17)
[IS] = b[I] ............................................................................. (2.18)
[IT] = c[I] ............................................................................. (2.19)
Dengan IR, IS, dan IT berturut adalah arus fasa R, S dan T. Telah disebutkan di atas
bahwa faktor daya ketiga fasa dianggap sama walaupun besarnya arus berbeda-beda. Dengan
anggapan seperti ini besarnya daya yang disalurkan dapat dinyatakan sebagai :
P = (a+b+c) [V] [I] cos φ ..................................................... (2.20)
Apabila persamaan (2.19) dan persamaan (2.20) menyatakan daya yang besarnya
sama, maka dari kedua persamaan tersebut dapat diperoleh persyaratan koefisien a,b dan c
adalah :
a + b + c = 3 ........................................................................ (2.21)
Dengan anggapan yang sama, arus yang mengalir di penghantar netral dapat
dinyatakan sebagai :
IN = IR + IS+ IT ........................................................................... (2.22)
= [I] {a + b cos (-120) + j.b.sin (-120) + c.cos (-120) + j.c.sin (120)} ..... (2.23)
= [I] {a – (b + c) / 2 + j. (c - b) √3 /2} .............................................. (2.24)
Susut daya saluran adalah jumlah susut pada penghantar fasa dan penghantara netral
adalah :
Pl’ = { [IR2] + [IS2] + [IT2] }.R + [IN2] .RN ............................ (2.25)
= (a2+b2+c2) [I]2R + (a2+b2+c2 – ab – ac – bc ) [IN]2.RN ...... (2.26)
Dengan RN adalah tahanan penghantar netral.
Apabila persamaan (2.25) disubstitusikan ke persamaan (2.26) maka akan
diperoleh :
Pl’ = {9-2(ab+ac+bc) [I]2R + (9-3 (ab+ac+bc)} [IN]2.RN...... (2.27)
13
Persamaan (2.27) ini adalah persamaan susut daya saluran untuk saluran dengan
penghantar netral. Apabila tidak ada penghantar netral maka kedua ruas kanan akan hilang
sehingga susut daya akan menjadi :
Pl’ = {9-2 (ab+ac+bc) [I]2R.................................................... (2.28)
2.4.4 Faktor Daya
Pengertian faktor daya (cos φ) adalah perbandingan antara daya aktif (P) dan daya
semu (S). Dari pengertian tersebut, faktor daya tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut :
Faktor daya
= (Daya Aktif / Daya Semu)
= (P / S)
= (V.I. Cos φ / V.I)
= Cos φ
Gambar 2.4Segitiga Daya
Daya Semu = V.I (VA) .............................................................. (2.29)
Daya Aktif = V.I Cos φ (Watt) .............................................................. (2.30)
Daya Reaktif = V.I Sin φ (VAr) ............................................................ (2.31)
2.5 Losses Pada Jaringan Distribusi
Yang dimaksud losses adalah perbedaan antara energi listrik yang disalurkan (PS) dengan
energi listrik yang terpakai (PP)
Losses = (PS – PP) / PS ............................................................ (2.32)
Dimana
PS = Energi yang disalurkan (watt)
PS = Energi yang dipakai (watt)
14
2.5.1 Losses Pada Penghantar Phasa
Jika suatu arus mengalir pada suatu penghantar, maka pada penghantar tersebut akan terjadi
rugi-rugi energi menjadi panas karena pada penghantar tersebut terdapat resistansi. Rugi-rugi
dengan beban terpusat di ujung dirumuskan sebagai berikut :
∆V = √3 I (R Cos φ + X Sin φ) l ............................................ (2.33)
∆P = 3 I2 R l............................................................................ (2.34)
Dengan :
I = Arus per phasa (Ampere)
R = Tahanan pada penghantar (Ohm / km)
X = Reaktansi pada penghantar (Ohm / km)
Cosφ = Faktor daya beban
l
= Panjang penghantar (km)
2.5.2 Losses Akibat Adanya Arus Netral Pada Penghantar Netral
Akibat pembebanan di tiap phasa yang tidak seimbang, maka akan mengalir arus pada
penghantar netral. Jika di hantaran pentanahan netral terdapat nila tahanan dan dialiri arus,
maka kawar netral akan bertegangan yang menyebabkan tegangan pada trafo tidak seimbang.
Arus yang mengalir di sepanjang kawat netral, akan menyebabkan rugi daya di sepanjang
kawat netral sebesar :
PN = IN2 RN ............................................................................. (2.35)
Dimana :
PN = Losses yang timbul pada penghantar netral (watt)
IN = Arus yang mengalir melalui kawat netral (Ampere)
RN = Tahanan pada kawat netral (Ohm)
2.5.3 Losses Akibat Arus Netral yang Mengalir ke Tanah
Losses ini terjadi karena adanya arus netral yang mengalir ke tanah., Besarnya dapat
dirumuskan sebagai berikut :
PG = IG2 RG ............................................................................. (2.36)
Dimana :
PG = losses akibat arus netral yang mengalir ke tanah (watt)
IG = Arus netral yang mengalir ke tanah (Ampere)
RG = Tahanan pembumian netral trafo (Ohm)
15
2.5.4 Losses Pada Sambungan Tidak baik
Losses ini terjadi karena di sepanjang jaringan tegangan rendah teredapat beberapa
sambungan antara lain :
1. Sambungan saluran jaringan tegangan rendah dengan kabel NYFGBY.
2. Percabangan saluran jaringan tegangan rendah.
3. Percabangan untuk sambungan pelayanan.
Gambar 2.5 Sambunagan Kabel
Besarnya rugi-rugi daya pada sambungan dirumuskan :
P = I2 R ................................................................................... (2.37)
Dimana :
P = Losses yang timbul pada Konektor (Watt)
I = arus yang mengalir melalui konektor (Ampere)
R = Tahanan konektor (Ohm)
2.6
Persamaan-persamaan yang Digunakan dalam Perhitungan
Persamaan-persamaan yang digunakan untuk menganalisa pengaruh
ketidakseimbangan beban terhadap arus netral dan losses pada transformator distribusi
Rusunami Gading Icon adalah sebagai berikut :
2.6.1 Perhitungan Arus Beban Penuh dan Arus Hubung Singkat
Telah diketahui bahwa daya transforamator distribusi bila ditinjau dari sisi tegangan
tinggi (primer) dapat dirumuskan sebagai berikut :
S = √3 . V . I ......................................................................... (2.38)
S = Daya Transformator (kVA)
V = Tegangan Sisi Primer Transformator (kV)
I = Arus Jala-jala (A)
Dengan demikian untuk menghitung arus beban penuh (full load) dapat menggunakan
rumus :
............................................................................ (2.39)
IFL = Arus Beban Penuh (A)
S
= Daya Transformator (kVA)
16
V = Tegangan Sisi Sekunder Transformator (kV)
Sedangkan untuk menghitung arus hubung singkat pada transformator digunakan
rumus :
...................................................................... (2.40)
ISC = Arus Hubung Singkat (A)
S
= Daya Transformator (kVA)
V = Tegangan Sisi Sekunder Transformator (kV)
%Z = Persen Impedansi Transformator
Dengan demikian untuk menghitung persentase pembebanannya adalah sebagai
berikut :
.............................................................. (2.41)
% b = Persentase Pembebanan (%)
Iph = Arus Fasa (A)
IFL = Arus Beban Penuh (A)
2.6.2 Perhitungan Ketidakseimbangan Beban
..................................................... (2.42)
Dimana besarnya arus fasa dalam keadaan seimbang (I) sama dengan besarnya arus
rata-rata, maka koefisien a, b dan c diperoleh dengan :
.................................................................................. (2.43)
................................................................................... (2.44)
................................................................................... (2.45)
Pada keadaan seimbang, besarnya koefisien a, b dan c adalah 1. Dengan demikian
rata-rata ketidakseimbangan beban (dalam %) adalah :
................................................ (2.46)
17
2.6.3 Perhitungan Losses (rugi-rugi) Akibat Adanya Arus Netral Pada Penghantar
Netral
Sebagai akibat dari ketidakseimbangan beban antara tiap-tiap fasa pada sisi sekunder
trafo (fasa R, fasa S dan fasa T) mengalirlah arus di netral trafo.
Arus yang mengalir pada penghantar netral trafo ini menyebabkan losses (rugi-rugi).
Dan losses pada penghantar netral dapat dirumuskan sebagai berikut :
PN = IN2 RN ............................................................................. (2.47)
PN = Losses yang timbul pada penghantar netral (watt)
IN = Arus yang mengalir melalui kawat netral (Ampere)
RN = Tahanan pada kawat netral (Ω)
2.6.4 Losses Akibat Arus Netral yang Mengalir ke Tanah
Losses ini terjadi karena adanya arus netral yang mengalir ke tanah., Besarnya dapat
dirumuskan sebagai berikut :
PG = IG2 RG ............................................................................. (2.48)
PG = losses akibat arus netral yang mengalir ke tanah (watt)
IG = Arus netral yang mengalir ke tanah (Ampere)
RG = Tahanan pembumian netral trafo (Ω)
18
BAB III
METODE PENELITIAN
Perencanaan Penelitian ini terdiri atas beberapa tahapan pelaksanaan, yaitu sebagai berikut :
 Studi Literatur
Tahapan ini mempelajari teori-teori dasar yang menunjang, yaitu tentang rusunami
Gading Icon, transformator, pengukuran listrik, dan analisis sistem tenaga listrik.
 Pengumpulan Data Materi
Pada tahapan pengumpulan data materi, penulis akan terjun langsung ke lokasi
rusunami Gading Icon, untuk mengambil data-data yang dibutuhkan. Penulis akan
melakukan pengukuran pada trafo distribusi serta mengumpulkan data-data
pendukung dari pihak Rusunami Gading Icon.
Adapun data – data yang akan di kumpulkan melalui pengukuran langsung di lokasi
adalah

Data Teknis Trafo

Trafo Distribusi 200 kVA Rusunami Gading Icon

Pengukuran Trafo Distribusi 200 kVA
 Perhitungan
Penulis akan melakukan perhitungan berdasarkan hasil pengukuran dan data-data
acuan mengenai materi-materi yang diangkat dalam Penelitian berikut.

Untuk menentukan besarnya Fuse Cut Out

Untuk menentukan besarnya NH Fuse

Besar arus hubung singkat (short circuit)

Untuk menentukan rata-rata persentase pembebanannya

Analisa Ketidakseimbangan beban pada trafo

Analisa Losses Akibat Adanya Arus Netral Pada Penghantar Netral Trafo

Analisa Losses Akibat Arus Netral Yang Mengalir ke tanah
 Penyusunan Laporan
Tahapan ini merupakan proses akhir dari penelitian, yang meliputi penjelasan hasil
penelitian yang diperoleh sesuai dengan metode dan prosedur yang digunakan,
penarikan kesimpulan, pemberian saran dalam bentuk laporan.
19
3.1 TEKNIK ANALISIS DATA
1. Melakukan Pengambilan data di lokasi dengan cara melakukan beberapa pengukuran
2. Melakukan beberapa analisa perhitungan seperti di bawah

Analisa Pembebanan Trafo

Menentukan persentasi pembebanan

Analisa Ketidakseimbangan Beban Pada Trafo

Analisa Losses Akibat Adanya Arus Netral Pada Penghantar Netral Trafo

Analisa Losses Akibat Arus Netral Yang Mengalir ke tanah
3. Menyimpulkan Hasil dari analisa
Alasan dari penggunaan teknik analisis data ini adalah agar hasil penelitian yang di peroleh
maksimal dan akurat.
20
BAB IV
ANALISA PENGARUH KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN TERHADAP
ARUS NETRAL DAN LOSSES PADA TRANSFORMATOR DISTRIBUSI
4.1 UMUM
Transformator distribusi merupakan suatu alat yang memegang peranan penting
dalam sistem distribusi daya listrik. Transformator distribusi digunakan untuk membagi atau
menyalurkan arus atau energi listrik dengan tegangan distribusi supaya jumlah energi yang
tercecer dan hilang sia-sia diperjalanan tidak terlalu banyak.
Pada Penelitian ini akan dibahas salah satu rugi-rugi yang disebabkan oleh arus netral
sebagai akibat dari pembebanan yang tidak seimbang di setiap fasa. Dan penelitian Penelitian
ini dilakukan dengan survei lapangan dan mengambil data serta mencatat data yang dianggap
perlu dari pihak Rusunami Gading Icon.
4.2 DATA TEKNIS TRAFO
Tabel 4.1. Trafo Distribusi 200 kVA Rusunami Gading Icon
Nama Pabrik
TRAFINDO
Daya
200 Kva
Fasa
3
Tegangan Primer L-L (kV)
20 kV
Tegangan Sekunder L-L (V)
400 V
Arus Primer
6,8
Arus Sekunder
359
Vektor Group
DyN5
Impedansi (%)
4%
Kabel Incoming
NYY 150 mm2
Kabel Outgoing
NYY 70 mm2
21
Tabel 4.2. Hasil Pengukuran Trafo Distribusi 200 kVA
Fasa
S
Vp-n
I
(kVA)
(V)
(A)
Cos 
Pengukuran pada siang hari
R
50,42
226
223,1
0,95
S
37,34
226
165,0
0,94
T
20,56
227
90,6
0,95
IN
118,6 A
IG
62,1 A
RG
3,8 
Pengukuran pada malam hari
R
68,22
225
303,6
0,91
S
42,42
226
187,7
0,92
T
37,38
226
165,4
0,94
IN
131,7 A
IG
58,9 A
RG
3,8 
Ukuran kawat untuk penghantar netral trafo adalah 50 mm2 dengan R = 0,6842  / km, sedangkan untuk kawat
penghantar fasanya adalah 70 mm2 dengan R = 0, 5049  / km.
IR = 223,1 A
IS = 165,0 A
IN = 118,6 A
.
IG = 62,1 A
IT = 90,6 A
RG = 3,8 ohm
Gambar 4.1 Skema Aliran Arus di Sisi Sekunder Trafo pada Siang Hari
22
IR = 303,6 A
IS = 187,7 A
IN = 131,7 A
.
IG = 58,9 A
IT = 165,4 A
RG = 3,8 ohm
Gambar 4.2 Skema Aliran Arus di Sisi Sekunder Trafo pada Malam Hari
4.3
ANALISA PEMBEBANAN TRAFO
4.3.1 MENENTUKAN Fuse Cut Out, NH Fuse dan Arus Hubung Singkat.
1.
Untuk menentukan besarnya Fuse Cut Out maka terlebih dahulu kita menghitung
besarnya arus jala-jala dengan menggunakan persamaan (2.38) dan berdasarkan
data pada tabel (4.1), adalah sebagai berikut:
S = √3 . V . I
200 kVA = √3 . 20kV . I
I=
I = 5,8 A
Fuse Cut Out yang dipilih sesuai SPLN adalah Fuse Link Type dengan rating 6A.
2.
Untuk menentukan besarnya NH Fuse maka harus dihitung besarnya arus beban
penuh (full load) dengan menggunakan persamaan (2.39) dan berdasarkan data
pada tabel (4.1), adalah sebagai berikut:
NH Fuse yang dipilih sesuai SPLN adalah NH Fuse dengan rating 320A untuk jurusan
utama atau (incoming).
3.
Besar arus hubung singkat (short circuit) dapat dihitung dengan menggunakan
persamaan (2.40) dan berdasarkan data pada tabel (4.1) adalah sebagai berikut :
23
4.3.2 MENENTUKAN PERSENTASE PEMBEBANAN
1. Pengukuran Siang Hari
Untuk menentukan rata-rata persentase pembebanannya, terlebih dahulu kita
hitung persentase pembebanan per fasa, menggunakan persamaan (2.41) dan
berdasarkan data pada tabel (4.2) adalah :
IR = 223,1
IS = 165
IT = 90,6
Jadi rata-rata persentase pembebanannya adalah :
=55,27 %
24
2. Pengukuran Malam Hari
Untuk menentukan rata-rata persentase pembebanannya, terlebih dahulu kita
hitung persentase pembebanan per fasa, menggunakan persamaan (2.41) dan
berdasarkan data pada tabel (4.2) adalah :
IR = 303,6
IS = 187,7
IT = 165,4
Jadi rata-rata persentase pembebanannya adalah :
=75,83 %
Dari perhitungan di atas terlihat bahwa persentase pembebanan untuk kawasan
rusunami Gading Icon lebih tinggi terjadi pada malam hari.
4.3.3 ANALISA KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN PADA TRAFO
1. Pada siang hari
Dengan menggunakan persamaan (2.42) dan dengan berdasarkan data pada tabel
(4.2) kita dapat menentukan arus rata-rata sebagai berikut :
IR = 223,1
IS = 165
IT = 90,6
25
Dengan demikian dengan menggunakan persamaan (2.43), (2.44) dan (2.45) koefisien
a, b dan c dapat diketahui besarnya, dimana besarnya arus fasa dalam keadaan seimbang
(I) sama dengan besarnya arus rata-rata (IRata-rata)
IR = a . I
maka : a 
IR
223,1
= 1,40

I 159,67
IS = b . I
maka : b 
I S 165,0
= 1,03

I 159,67
IT = c . I
maka : c 
IT
90,6
= 0,57

I 159,67
Pada keadaan seimbang, besarnya koefisien a, b dan c adalah 1.
Dengan demikian, rata-rata ketidakseimbangan beban (dalam %) dengan menggunakan
persaman (2.46) adalah :
{│a – 1│ + │b – 1│ + │c – 1│}
=
x 100 %
3
{│1,40 – 1│+│1,03 – 1│+│0,57 – 1│}
=
x 100 % = 28,67%
3
2. Pada malam hari
Dengan menggunakan persamaan (2.42) dan dengan berdasarkan data pada tabel
(4.2) kita dapat menentukan arus rata-rata sebagai berikut :
IR = 303,6
IS = 187,7
IT = 165,4
26
Dengan demikian dengan menggunakan persamaan (2.43), (2.44) dan (2.45) koefisien
a, b dan c dapat diketahui besarnya, dimana besarnya arus fasa dalam keadaan seimbang
(I) sama dengan besarnya arus rata-rata (IRata-rata)
IR = a . I
maka : a 
I R 303,6
= 1,39

I 218,9
IS = b . I
maka : b 
IS 187,7
= 0,86

I 218,9
IT = c . I
maka : c 
IT 165,4
= 0,75

I 218,9
Pada keadaan seimbang, besarnya koefisien a, b dan c adalah 1.
Dengan demikian, rata-rata ketidakseimbangan beban (dalam %) dengan menggunakan
persaman (2.46) adalah :
{│a – 1│ + │b – 1│ + │c – 1│}
=
x 100 %
3
{│1,39 – 1│+│0,86 – 1│+│0,75 – 1│}
=
x 100 % = 26.00%
3
Dari perhitungan di atas terlihat bahwa baik pada siang hari maupun malam hari,
ketidakseimbangan beban cukup tinggi (> 25%), hal ini disebabkan karena penggunaan
beban yang tidak merata di antara konsumen.
4.3.4 ANALISA
LOSSES
AKIBAT
ADANYA
ARUS
NETRAL
PADA
PENGHANTAR NETRAL TRAFO
1. Pada Siang hari
Berdasarkan data pada tabel pengukuran (4.2), dan dengan menggunakan persamaan
(2.47), losses akibat adanya arus netral pada penghantar netral trafo dapat dihitung
besarnya, yaitu:
27
PN = IN2 RN
PN = IN2. RN
= (118,6)2 . 0,6842
= 9623,92 Watt ≈ 9,62 kW
dimana daya aktif trafo (P) :
P = S . cos φ , dimana cos φ yang digunakan adalah 0,85
P = 200 . 0,85
P = 170 kW
Sehingga, persentase losses akibat adanya arus netral pada penghantar netral trafo
pada siang hari adalah :
% PN 
PN
x 100 %
P
% PN 
9,62 kW
x 100 % = 5.66 %
170 kW
2. Pada Malam hari
Berdasarkan data pada tabel pengukuran (4.2), dan dengan menggunakan persamaan
(2.47), losses akibat adanya arus netral pada penghantar netral trafo dapat dihitung
besarnya, yaitu:
PN = IN2 RN
PN = IN2. RN
= (131,7)2 . 0,6842
= 11867.37 Watt ≈ 11,87 kW
dimana daya aktif trafo (P) :
P = S . cos φ , dimana cos φ yang digunakan adalah 0,85
P = 200 . 0,85
P = 170 kW
Sehingga, persentase losses akibat adanya arus netral pada penghantar netral trafo
pada malam hari adalah :
% PN 
PN
x 100 %
P
% PN 
11.87 kW
x 100 % = 6,98 %
170 kW
28
4.3.5 ANALISA LOSSES AKIBAT ARUS NETRAL YANG MENGALIR KE
TANAH
1. Pada Siang hari
Berdasarkan data pada tabel pengukuran (4.2), dan dengan menggunakan persamaan
(2.48), losses akibat adanya arus netral pada penghantar netral trafo dapat dihitung
besarnya, yaitu:
PG = IG2 RG
PG = IG2. RG
= (62,1) 2 . 3,8
= 14654,4 Watt ≈ 14,65 kW
Sehingga, persentase losses akibat adanya arus netral yang mengalir ke tanah pada
siang hari adalah :
% PG 
PG
x 100 %
P
% PG 
14,65 kW
x 100 % = 8,62 %
170 kW
2. Pada Malam hari
Berdasarkan data pada tabel pengukuran (4.2), dan dengan menggunakan persamaan
(2.48), losses akibat adanya arus netral pada penghantar netral trafo dapat dihitung
besarnya, yaitu:
PG = IG2 RG
PG = IG2. RG
= (58,9) 2 . 3,8
= 13183,00 Watt ≈ 13,18 kW
Sehingga, persentase losses akibat adanya arus netral yang mengalir ke tanah pada
malam hari adalah :
% PG 
PG
x 100 %
P
% PG 
13,18 kW
x 100 % = 7,75 %
170 kW
29
Tabel 4.3 Losses pada Trafo Distribusi 200 kVA
RN
()
0,6842
Ketidaksei
Waktu
(50 mm2) Malam
0, 5049
Siang
(70 mm2) Malam
IG
PN
PN
PG
PG
mbangan
Beban ( % )
Siang
IN
( A ) ( A ) (kW ) ( % ) (kW) ( % )
28,67
118,6 62,1 9,62
5,66
14,65 8,62
26,00
131,7 58,9 11,87 6,98
13,18 7,75
28,67
118,6 62,1 7.10
4.18
14,65 8,62
26,00
131,7 58,9 8.76
5.15
13,18 7,75
Pada Tabel 4.3 terlihat bahwa semakin besar arus netral yang mengalir di penghantar
netral trafo (IN) maka semakin besar losses pada penghantar netral trafo (PN). Demikian
pula bila semakin besar arus netral yang mengalir ke tanah (IG), maka semakin besar
losses akibat arus netral yang mengalir ke tanah (PG).
Dengan semakin besar arus netral dan losses di trafo maka effisiensi trafo menjadi
turun.
Bila ukuran kawat penghantar netral dibuat sama dengan kawat penghantar fasanya (70
mm2) maka losses arus netralnya akan turun.
30
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari pembahasan pada bab-bab sebelumnya maka penulis mengambil beberapa
kesimpulan antara lain:
1. Presenatase ketidakseimbangan beban sesuai dengan perhitungan diperoleh
a. Pada Siang hari sebesar 28,67%
b. Pada Malam hari sebesar 26%
2. Besarnya Losses akibat arus yang mengalir pada penghantar netral trafo
berdasarkan perhitungan adalah :
a. Pada Siang hari sebesar 5,66% atau 9,62 kW
b. Pada Malam hari sebesar 6,98% atau 11,87 kW
3. Besarnya Losses akibat arus netral yang mengalir ke tanah berdasarkan
perhitungan adalah :
c. Pada Siang hari sebesar 8,62% atau 14,65 kW
d. Pada Malam hari sebesar 7,75% atau 13,18 kW
4. Semakin besar ketidakseimbangan beban pada trafo distribusi maka arus netral
yang mengalir ke tanah (IG) dan losses trafo semakin besar
5. salah satu cara mengatasi losses arus netral adalah dengan membuat sama ukuran
kawat netral dan fasa.
5.2. Saran
Untuk mendesain sebuah instalasi pada sebuah gedung harus memperhatikan
peraturan perundang-undangan dan perda yang berlaku guna mencapai keamanan dan
keselamatan. Serta harus menyertakan sistem proteksi yang baik guna menghindari segala
kemungkinan terjadinya gangguan.
31
DAFTAR PUSTAKA
1. Chapman S.J, “Eectric Machinery Fundamental”, McGaw-Hill Book Company,
1985.
2. Hadi, Abdul, “Sistem Distribusi Daya Listrik”, Edisi Ketiga, Penerbit Erlangga,
Jakarta, 1994.
3. Kadir, Abdul, “Distribusi Dan Utilisasi Tenaga Listrik”, Penerbit Universitas
Indonesia (UI-Press), Jakarta, 2000.
32