PDF - Jurnal UNESA - Universitas Negeri Surabaya

Analisis Teoritis Penempatan Transformator Distribusi Menurut Jatuh Tegangan Di Penyulang Bagong
ANALISIS TEORITIS PENEMPATAN TRANSFORMATOR DISTRIBUSI MENURUT
JATUH TEGANGAN DI PENYULANG BAGONG PADA GARDU INDUK NGAGEL
Muhammad Bimantoro Tri Yulio Murtono
S1 Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Surabaya
e-mail : [email protected]
Tri Rijanto
S1 Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Surabaya
e-mail : [email protected]
Abstrak
Dalam proses pendistribusian tenaga listrik, panjang saluran dan besar arus sangat berpengaruh terhadap
munculnya jatuh tegangan. Jatuh tegangan merupakan selisih antara tegangan ujung pengiriman (sisi primer)
dengan tegangan ujung penerimaan (sisi sekunder). Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui besar jatuh
tegangan transformator distribusi di Penyulang Bagong dan mengetahui letak penempatan transformator
distribusi yang paling optimal. Metode penelitian ini menggunakan rumus pendekatan jatuh tegangan untuk
mencari jatuh tegangan tiap transformator distribusi di Penyulang Bagong. Data yang diperoleh dianalisis
menggunakan analisis kuantitatif dan ditata ulang letak transformator distribusinya jika mengalami kendala pada
jatuh tegangannya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa, jatuh tegangan paling besar terdapat pada trafo BD
179, yaitu 5,54 Volt dan persentase jatuh tegangannya sebesar 0,027%. Jadi penempatan transformator distribusi
masih tetap pada posisi semula karena masih memenuhi standart PLN yaitu tidak lebih 5% dari tegangan
nominalnya.
Kata Kunci: Jaringan Distribusi, Jatuh Tegangan
Abstract
In the procces of electrical power distribution, line lengt and the amount of current is very influential on the
appearance of drop voltage.Voltage drop is the difference between sending voltage (primary side) to the
receiving end voltage (secondary side). The purpose of this study was to determine voltage drop of transformer
distribution in feeder Bagong and to locate placement of the most optimal on the distribution transformer. This
research method using the approximation formula to determine the voltage drop across each distribution
transformer voltage drop in feeder Bagong. The data obtained were analyzed using qualitative analysis and
rearranged placement of distribution if have a problem on the voltage drop. The result of this research is the
voltage drop is highest on the transformator BD 179, with a voltage drop is 5,54 Volt and percentage of voltage
drop is 0,027%. So the placement of distribution transformer remains at original position because it is still in
standard of PLN that is not more than 5% of its nominal voltage
Keywords: Power Distribution System, Voltage Drop
transformator distribusi. Dengan adanya kondisi tersebut
diperlukan evaluasi dan perencanaan kembali yang
memperhatikan kriteria-kriteria perencanaan seperti jatuh
tegangan yang diijinkan (Bangun, 2009).
Suatu sistem tenaga listrik memiliki kualitas baik
apabila tegangan jatuh yang terjadi pada sistem selama
pembebanan tidak lebih dari 5%. Sesuai dengan SPLN
(Standart Perusahaan Listrik Negara) no. 72 Tahun 1987,
jatuh tegangan yang diperbolehkan dalam penyaluran
distribusi hanya boleh sebesar 5% untuk Saluran Udara
Tegangan Menengah (SUTM) dan sebesar 2% untuk
Saluran Kabel Tanah Tegangan Menengah (SKTM)
(SPLN 72, 1987). Oleh sebab itu, selama pembebanan
dilakukan pemeliharaan secara berkala yaitu berupa
PENDAHULUAN
Pusat-pusat pembangkit tenaga 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 dilalui.
Ditinjau dari segi panjang saluran distribusi dari gardu
induk menuju transformator distribusi maupun dari
transformator distribusi ke beban dapat menyebabkan
tegangan jatuh yang cukup besar. Selain tegangan jatuh
yang semakin besar juga berpengaruh terhadap kinerja
15
Jurnal Teknik Elektro, Volume 06 Nomor 01 Tahun 2017, 15 - 20
pemeriksaan pada jaringan atau sistem apakah jatuh
tegangan masih belum melewati batas yang diijinkan.
Apabila sudah melewati batas yang diijinkan maka akan
dilakukan perbaikan tegangan dengan cara seperti
menambah kapasitor daya, menggunakan load tap
changer pada trafo daya.
Penelitian Sitepu (2014), jatuh tegangan yang terjadi
pada jaringan distribusi 20 kV di Rayon Binjai Timur
ditemukan transformator distribusi yang jatuh
tegangannya lebih dari 5% atau 1000 Volt, yakni pada
trafo LB 30-1 jatuh tegangannya 1105,56 Volt dan trafo
LB 28-1 jatuh tegangannya 1059,33 Volt. Hal ini
dikarenakan letak transformator distribusi terlalu jauh
dan juga arus transformator distribusi sangat besar.
Penelitian mengkaji studi tata letak transformator
distribusi menggunakan persamaan jatuh tegangan dan
mengurangi panjang saluran pada transformator distribusi
yang jatuh tegangannya lebih dari 5% atau 1000 Volt.
Berdasarkan uraian di atas, maka perlu dilakukan
analisis secara berkala karena permintaan dan
pertumbuhan beban yang terus bertambah, sehingga jatuh
tegangan yang terjadi tidak terlalu besar karena akan
berdampak buruk pada kinerja transformator distribusi
dan kinerja peralatan. Dengan demikian, analisis
penempatan transformator distribusi menurut jatuh
tegangan di Penyulang Bagong Pada Gardu Induk Ngagel
Surabaya menjadi penting dilakukan. Di Penyulang
Bagong terdapat banyak transformator distribusi dengan
wilayah yang tidak terlalu besar. Oleh karena itu perlu
dianalisis jatuh tegangan transformator distribusi masih
memenuhi standar jatuh tegangan yang diijinkan.
KAJIAN PUSTAKA
Sistem Tenaga Listrik
Suatu sistem tenaga listrik secara garis besar terdiri
dari tiga bagian, yaitu sistem pembangkitan, sistem
transmisi dan sistem distribusi. Pusat pembangkitan
merupakan tempat energi listrik dibangkitkan yang
terdapat pada pusat-pusat pembangkit listrik seperti
contohnya PLTA dan PLTU, dan dengan menggunakan
transformator penaik tegangan (step-up), tegangan listrik
dinaikkan menjadi tegangan tinggi dan selanjutnya
disalurkan melalui saluran transmisi. Saluran transmisi
akan menghubungkan antara pusat pembangkit dengan
sistem distribusi atau konsumen melalui gardu induk
dengan menurunkan tegangannya pada transformator
penurun tegangan (step-down) menjadi tegangan
menengah. Pada bagian distribusi inilah energi listrik
selanjutnya disalurkan ke konsumen untuk berbagai
keperluan. Saat energi listrik sampai ke konsumen atau
pemukiman masyarakat dinamakan sebagai jaringan
tegangan rendah (JTR). Sistem tenaga listrik di Indonesia
menggunakan sistem 3 phasa yang seimbang. Artinya
bahwa tegangan 3 phasa yang dihasilkan oleh unit-unit
pembangkit tenaga listrik dalam keadaan seimbang, baik
besar tegangan maupun frekuensi yang dihasilkan
(Stevenson, 1994).
Penyaluran tenaga listrik dari gardu-gardu induk
sampai kepada konsumen diperlukan suatu sistem
jaringan distribusi. Pada jaringan distribusi tersebut
timbul jatuh tegangan dan rugi daya, sedangkan pada
transformator distribusi juga timbul rugi daya yang
bermacam-macam, seperti rugi daya aktif dan rugi daya
reaktif. Sistem tenaga listrik dapat ditunjukkan pada
Gambar 1 berikut.
Gambar 1. Sistem Tenaga Listrik
Sistem Distribusi
Bagian dari sistem tenaga listrik yang paling dekat
dengan pelanggan adalah sistem distribusi. Sistem
distribusi adalah bagian sistem tenaga listrik yang paling
banyak mengalami gangguan, sehingga masalah utama
dalam operasi sistem distribusi adalah mengatasi
gangguan (Marsudi, 2016).
Jaringan distribusi yang diisi dari sebuah gardu induk
pada umumnya tidak dihubungkan secara listrik dengan
jaringan distribusi yang diisi dari gardu induk yang lain,
sehingga masing-masing jaringan distribusi beroperasi
secara terpisah satu sama lain. Dalam pengoperasian
sistem distribusi, masalah yang utama adalah mengatasi
gangguan, karena jumlah gangguan dalam sistem
distribusi adalah relatif banyak dibandingkan dengan
jumlah gangguan pada bagian sistem yang lain. Di
samping itu masalah tegangan, bagian-bagian instalasi
yang berbeban lebih dan rugi-rugi daya dalam jaringan
merupakan masalah yang perlu dicatat dan dianalisa
secara terus-menerus, untuk dijadikan masukan bagi
perencanaan pengembangan sistem dan juga untuk
melakukan
tindakan-tindakan
penyempurnaan
pemeliharaan dan penyempurnaan operasi sistem
distribusi (Marsudi, 2016).
Definisi Jatuh Tegangan
Jatuh tegangan merupakan besarnya tegangan yang
hilang pada suatu penghantar. Jatuh tegangan pada
Analisis Teoritis Penempatan Transformator Distribusi Menurut Jatuh Tegangan Di Penyulang Bagong
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 indukstansi dan
kapasitansinya diperhitungkan karena nilainya cukup
berarti.
Tegangan jatuh secara umum adalah tegangan yang
digunakan pada beban. Tegangan jatuh ditimbulkan oleh
arus yang mengalir melalui tahanan kawat. Tegangan
jatuh V pada penghantar semakin besar jika arus I di
dalam penghantar semakin besar dan jika tahanan
penghantar Rℓ semakin besar pula. Tegangan jatuh
merupakan penanggung jawab terjadinya kerugian pada
penghantar karena dapat menurunkan tegangan pada
beban. Akibatnya hingga berada di bawah tegangan
nominal yang dibutuhkan. Atas dasar hal tersebut maka
tegangan jatuh yang diijinkan untuk instalasi arus kuat
hingga 1.000 V yang ditetapkan dalam persen dari
tegangan kerjanya.
Hal–hal yang berkaitan dengan terjadinya jatuh
tegangan antara lain: (1). Impedansi saluran, (2). Panjang
saluran, mulai dari gardu induk sampai ke tiap trafo
distribusi, (3). Besar beban arus pada tiap trafo distribusi
dan (4). Jenis penghantar saluran
Untuk menghitung jatuh tegangan, diperhitungkan
reakansinya, maupun faktor dayanya tidak sama dengan
satu. Dalam penyederhanaan perhitungan, diasumsikan
beban-bebannya merupakan beban tiga phasa yang
seimbang dan faktor dayanya (cos ϕ) antara 0,6 sampai
0,95.
Untuk mencari jatuh tegangan menggunakan rummus
pendekatan 1, antara lain:
METODE PENELITIAN
Penelitian ini menggunakan metode kuantitatif dengan
langkah-langkah sebagai berikut:
1. Pengambilan Data
Data diambil dari PT. PLN Distribusi Jawa Timur
Area Surabaya Selatan berupa data ukur
dari
transformator distribusi yang terdapat di Penyulang
Bagong pada Rayon Ngagel
2. Pengelompokkan Data
Setelah data ukur transformator distribusi
Penyulang Bagong diperoleh, maka data akan
dikelompokkan menurut kebutuhan agar dapat
mempermudah saat melakukan analisis dan
perhitungan.
3. Analisis dan Perhitungan
Analisis dilakukan untuk mengetahui hasil dari
perhitungan transformator distribusi primer yang ada
di Penyulang Bagong secara manual yang digunakan
sebagai pembanding sebelum perhitungan. perbaikan
tegangan jatuh pada transformator distribusi Setelah
melakukan perhitungan,
dilakukan perbaikan
penempatan lokasi dari transformator tersebut apabila
tegangan jatuh yang dihitung lebih dari yang di
ijinkan. Atau pengurangan transformator distribusi
untuk meningkatkan efisiensi dan mengurangi jumlah
transformator distribusi bila terlalu banyak pada
Penyulang Bagong yang berguna untuk megurangi
biaya pengeluaran.
4. Perbandingan Sebelum Perbaikan dan Sesudah
Perbaikan
Setelah dihitung dan dilakukan perbaikan, hasil
dari perbaikan transformator distribusi dibandingkan
dengan data Transformator Distribusi yang belum
mengalami perbaikan.
5. Penarikan Kesimpulan
Penarikan kesimpulan ini
dilakukan setelah
semua tahapan penelitian diatas selesai. Kesimpulan
dibuat dengan tujuan apakah jatuh tegangan melebihi
standart atau tidak, dan jika melebihi maka tata
letaknya akan diperbaiki
Untuk saluran 3 phasa
∆ V = √3 . I . L (R cos ϕ + X sin ϕ) .....................(1)
Dimana:
∆ V = Tegangan Jatuh (Volt)
I
= arus penghantar phasa (Ampere)
R
= resistansi/tahanan penghantar phasa (Ω/km)
X
= reaktansi saluran (Ω/km)
ϕ
= sudut daya
Diagram Alir Penelitian
Langkah-langkah dalam penelitian ini dijelaskan
dalam diagram alir yang memiliki empat proses yang
dapat ditunjukkan pada Gambar 2 berikut.
17
Jurnal Teknik Elektro, Volume 06 Nomor 01 Tahun 2017, 15 - 20
Gambar 3. Grafik Jatuh Tegangan Sepanjang Penyulang
Bagong (Km/∆V )
Gambar 2. Diagram Alur Penelitian
HASIL DAN PEMBAHASAN
Perhitungan Jatuh Tegangan Pada Sisi Primer
Transformator Saat Beban Puncak di Penyulang
Bagong
Jatuh tegangan atau drop voltage merupakan selisih
antara tegangan ujung pengiriman dengan tegangan ujung
penerimaan. Perhitungan jatuh tegangan berdasarkan data
pengukuran yang dihitung dari titik sumber sampai ke
titik yang dihitung (titik beban) sesuai dengan panjang
saluran penyulang dengan rumus pendekatan sebagai
berikut:
a) Untuk data Transformator Distribusi No. 1
1) Besar arus phasa pada sisi primer transformator:
=
…………………………………(2)
=
= 2,49 Ampere
2) Jatuh Tegangan pada saluran distribusi primer.
∆V = √3 . I . L (R cos ϕ + X sin ϕ)
∆V = √3 . 2,49 .0,699 (0,2162 . 0,91 + 0,3305 .
0,41)
∆V = 2,954 (0,196742 + 0,135505)
∆V = 2,954 (0,332247)
∆V = 0,981 Volt
Data untuk transformator distribusi berikutnya dapat
dianalisa dengan cara yang sama. Dari hasil perhitungan
jatuh tegangan transformator distribusi primer pada
Penyulang Bagong dapat dibuat grafik jatuh tegangan
yang ditunjukkan pada Gambar 3 dan 4 berikut.
Gambar 4. Grafik Jatuh Tegangan Sepanjang Penyulang
Bagong (Arus/∆V )
Dari grafik yang ditunjukkan pada Gambar 3 dan
Gambar 4 dapat disimpulkan bahwa panjang saluran
sangat berpengaruh pada persentase jatuh tegangan
meskipun arus phasanya tidak terlalu kecil, begitu juga
sebaliknya, bila arus phasanya besar namun panjang
saluran tidak terlalu panjang, jatuh tegangan yang muncul
juga akan besar. Jadi panjang saluran dan besar arus
phasa sangat berkaitan dengan munculnya jatuh
tegangan.
Persentase Jatuh Tegangan Transformator Distribusi
Primer di Penyulang Bagong
Persentase jatuh tegangan di Penyulang Bagong dapat
dihitung dengan rumus seperti berikut:
∆V (%) =
x 100% ………………………………...(3)
Dimana:
∆V (%)
= Persentase Jatuh Tegangan (%)
∆V
= Jatuh Tegangan
= Tegangan Jala-jala
Maka dari rumus pendekatan diatas dapat
diperhitungkan persentase jatuh tegangan transformator
Analisis Teoritis Penempatan Transformator Distribusi Menurut Jatuh Tegangan Di Penyulang Bagong
distribusi di Penyulang Bagong. Dari data yang telah
diperoleh dapat dicari persentase jatuh tegangan sebagai
berikut.
Analisa Penempatan Transformator Distribusi
Dari hasil perhitungan yang telah dilakukan dapat
dianalisa bahwa terjadinya jatuh tegangan pada sistem
distribusi primer antara lain adalah dikarenakan pengaruh
dari panjang saluran dan arus yang terdapat pada saluran
Penyulang Bagong.
Selain diakibatkan oleh arus dan panjang saluran,
nilai impedansi juga mempengaruhi besarnya jatuh
tegangan yang terjadi di Penyulang Bagong, dimana
impedansi dipengaruhi oleh resistansi saluran dan
reaktansi saluran. Semakin besar nilai resistansi dan
reaktansi dari jaringan distribusi maka jatuh tegangan
yang terjadi pada Penyulang Bagong di gardu induk
Ngagel akan semakin besar pula.
Dari hasil perhitungan diatas dapat dilihat bahwa ratarata besar jatuh tegangan sepanjang saluran distribusi
primer di Penyulang Bagong adalah 2,10092 Volt dan
persentase jatuh tegangan sebesar 0,0104%. Untuk jatuh
tegangang paling besar terdapat pada trafo BD 179, yaitu
5,54 Volt atau persentase jatuh tegangannya sebesar
0,027%, dan jatuh tegangan yang paling kecil terdapat
pada trafo BD 148, yaitu 0,192 Volt atau persentase
jatuh tegangannya sebesar 0,00096%. Ini masih dalam
standart PLN, dimana menurut Standart Perusahaan
Listrik Negara (SPLN) 72 : 1987 penurunan tegangan
maksimum pada beban puncak, yang diperbolehkan
dibeberapa titik pada jaringan distribusi adalah: (1).
SUTM = 5% dari tegangan kerja bagi sistem
radial.
(2). SKTM = 2% dari tegangan kerja pada sistem spindel
dan gugus. (3). Trafo Distribusi = 3% dari tegangan
kerja (4). Saluran Tegangan Rendah = 4% dari tegangan
kerja tergantung kepadatan beban. Dengan jatuh tegangan
yang masih memenuhi syarat maka penempatan
transformator distribusi di Penyulang Bagong masih
optimal dengan penempatan saat ini, jadi tidak perlu
penempatan ulang untuk trafo-trafo tersebut.
a) Untuk data Transformator Distribusi No. 1
menggunakan persamaan rumus nomer 3 sebagai
berikut.
∆V (%) =
x 100%
∆V (%) = 0,0049%
Data untuk transformator distribusi berikutnya dapat
dianalisis dengan rumus pendekatan yang sama. Dari
hasil perhitungan persentase jatuh tegangan transformator
distribusi prmer di Penyulang Bagong dapat dibuat grafik
yang dapat ditunjukkan pada Gambar 5 dan Gambar 6
berikut.
Gambar 5. Grafik Persentase Jatuh Tegangan Sepanjang
Penyulag Bagong (∆V (%)/Km)
PENUTUP
Simpulan
Dari hasil analisa yang telah dilakuka melalui jatuh
tegangan Pada jaringan distribusi primer 20 kV di
Penyulang Bagong dapat diambil kesimpulan antara lain,
yaitu:
Jatuh tegangan pada tiap transformator distribusi
primer di Penyulang Bagong masih memenuhi syarat
yang diijinkan oleh PLN yaitu tidak melebihi 5% dari
tegangan nominalnya, dimana jatuh tegangan yang paling
besar terdapat pada trafo BD 179 yaitu 5,54 volt dan
persentase jatuh tegangannya 0,027%.
Dari hasil analisis perhitungan jatuh tegangan
transformator distribusi
di Penyulang Bagong
penempatannya masih pada perancangan semula, karena
Gambar 6. Grafik Persentase Jatuh Tegangan Sepanjang
Penyulag Bagong (∆V (%)/Arus)
Dari grafik yang ditunjukkan pada Gambar 5 dan
Gambar 6 dapat disimpulkan bahwa, semakin kecil arus
phasa pada transformator distribusi maka persentase jatuh
tegangannya juga semakin kecil, begitu juga dengan
panjang saluran. Sama seperti pada penjelasan grafik
sebelumnya, namun untuk grafik ini diubah menjadi
bentuk persen.
19
Jurnal Teknik Elektro, Volume 06 Nomor 01 Tahun 2017, 15 - 20
jatuh tegangan yang paling besar hanya sebesar 5,54 Volt
atau persentase jatuh tegangannya 0,027% dan tidak
melebihi dari SPLN yaitu 5% dari tegangan nominalnya.
Karena dengan jatuh tegangan sebesar itu tidak akan
merugikan pihak PLN.
Saran
Dari Simpulan sebelumnya, saran untuk penelitian ini
adalah sebagai berikut:
Perlu dipantau kinerja transformator distribusi yang
ada di Penyulang Bagong pada tahun-tahun berikutnya,
untuk mengetahui jatuh tegangannya apakah bertambah
drastis atau tidak.
Penempatan transformator distribusi di Penyulang
Bagong tidak mengalami perubahan, namun pada
transformator yang jatuh tegangannya paling besar perlu
diantisipasi untuk mengikuti beban yang semakin
bertambah. Jika jatuh tegangan sudah mendekati dengan
SPLN, yaitu 5% dari tegangan nominal, maka perlu
ditinjau lagi penempatannya dengan cara panjang saluran
yang diperdekat atau penambahan transformator
distribusi.
DAFTAR PUSTAKA
Kadir, Abdul, “Distribusi Dan Utilisasi Tenaga Listrik”,
Penerbit Universitas Indonesia (UI-Press),
Jakarta, 2000.
Marsudi, Jiteng, “Operasi Sistem Tenaga Listrik”, Edisi
ketiga, Penerbit Graha Ilmu, Yogyakarta, 2016.
Sariadi, Dkk. “Jaringan Distribusi Listrik”, Penerbit
Angkasa, Bandung, 1999.
SPLN 50 Tahun 1997
SPLN 72, 1987. “Spesifikasi Desain Untuk Jaringan
Tegangan Menengah (JTM) Dan Jaringan
Tegangan Rendah (JTR)”, Jakarta: Departemen
Pertambangan dan Energi Perusahaan Umum
Listrik Negara.
Stevenson, Jr., William D., “Analisis Sistem Tenaga
Listrik”,Edisi Keempat, Penerbit Erlangga,
Jakarta, 1983
Suhadi, “Distribusi Tenaga Listrik”, Edisi Revisi,
Penerbit Unesa University Press, Surabaya,
2010.
.
Nama: M. Bimantoro T. Y. M.
CP : 08991981434