Analisis Penempatan Transformator Distribusi Berdasarkan Jatuh

JITEKH, Vol 6, No 1, Tahun 2017, 17-21
ISSN 2338-5677(Media Cetak)
ISSN 2549-6646 (Media Online)
Analisis Penempatan Transformator Distribusi Berdasarkan
Jatuh Tegangan
Rudi Salman
Staf Pengajar Program Studi Teknik Elektro Universitas Negeri Medan
[email protected]
Abstract
Distribution system is a power system that distributes electrical energy from power plants to consuments in
medium to low voltage scale. In fact there is a distribution transformer far enough away from the substation, so
that the voltage drop on the primary side of the distribution transformer exceeds the allowable limit. Therefore it
is necessary to rearrange the length of the channel of the primary distribution system by adjusting the placement
of the transformer distribution so that the transformer performance becomes better. This paper describes the
solution of this problem to the Tanjung Morawa Substation through the calculation of the percentage method of
voltage drop on a feeder adjusted to the calculated voltage drop allowed by PLN. From the calculation results
obtained 2 large distribution transformer percentage of the voltage fell on the primary side more than 5%. Garde
TM 181 is 5.15% (1030,83 Volt), and the Garde TM 258 is 5.59% (1118.59 Volt).
Keywords: Transformer, Voltage drop, Power distribution
Abstrak
Sistem distribusi adalah sistem tenaga listrik yang menyalurkan energi listrik dari pembangkit sampai
kekonsumen dalam skala tegangan menengah sampai dengan tegangan rendah. Pada kenyataannya terdapat
transformator distribusi yang jaraknya cukup jauh dari Gardu Induk (GI), sehingga terjadi jatuh tegangan
(voltage drop) pada sisi primer transformator distribusi melebihi batas yang diijinkan. Oleh sebab itu diperlukan
penataan ulang panjang saluran sistem distribusi primer dengan mengatur penempatan transformator distribusi
agar kinerja transformator menjadi lebih baik.Tulisan ini menguraikan penyelesaian masalah ini pada Gardu
Induk (GI) Tanjung Morawa melalui perhitungan metode persentase jatuh tegangan (voltage drop) pada suatu
penyulang (feeder) yang disesuaikan dengan perhitungan jatuh tegangan yang diijinkan PLN. Dari hasil analisis
perhitungan diperoleh 2 transformator distribusi yang besar persentase tegangannya jatuh pada sisi primernya
lebih dari 5%. Gardu TM 181sebesar 5,15% (1030,83 Volt),dan Gardu TM 258 sebesar 5,59% (1118,59 Volt).
Kata Kunci : Transformator, Jatuh tegangan, Distribusi tenaga listrik
1.
Pendahuluan
Pusat-pusat pembangkit listrik berada jauh
dari pusat beban, hal ini mengakibatkan rugi-rugi
yang cukup besar dalam penyaluran daya listrik.
Rugi-rugi tersebut disebabkan oleh saluran yang
cukup panjang. Sehingga dalam penyaluran daya
listrik melalui transmisi, maupun distribusi akan
mengalami jatuh tegangan sepanjang saluran yang
dilalui.
Ditinjau dari segi panjang saluran distribusi
dari gardu induk menuju transformator distribusi
maupun dari transformator distribusi kebeban dapat
juga menyebabkan jatuh tegangan yang cukup
besar. Selain jatuh tegangan yang semakin besar
menyebabkan juga kinerja transformator distribusi
kurang maksimal. Adanya kondisi tersebut
diperlukan evaluasi dan perencanaan kembali yang
memperhatikan kriteria-kriteria perencanaan seperti
jatuh tegangan (voltage drop) yang diijinkan dan
keberlangsungan pelayanan daya listrik.
Pada tulisan ini, metode yang digunakan
adalah menganalisis dan menghitung nilai rugi-rugi
(losses) daya dan jatuh tegangan (voltage drop)
pada suatu penyulang (feeder). Selanjutnya
disesuaikan dengan perhitungan jatuh tegangan
yang diijinkan PLN. Untuk mendapatkan jatuh
tegangan yang kecil dan sesuai dengan yang
diijinkan PLN, diperlukan suatu jarak yang sesuai
dalam penempatan transformator distibusi.
2. Transformator
2.1. Pengertian Transformator
Transformator adalah suatu komponen dalam
sistem tenaga listrik yang berfungsi untuk
mengubah tegangan dari satu tingkat ketingkat
yang lain melalui gandengan magnet berdasarkan
prinsip induksi elektromagnet. Transformator
digunakan secara luas, baik dalam bidang tenaga
listrik maupun elektronika. Penggunaannya dalam
sistem tenaga memungkinkan dipilihnya tegangan
yang sesuai dan ekonomis untuk tiap-tiap
keperluan, misalnya untuk kebutuhan tegangan
tinggi dalam pengiriman daya listrik jarak jauh.
2.2 Sistem Distribusi Tenaga Listrik
Secara umum sistem tenaga listrik tersusun
atas tiga subsistem pokok yaitu:
1. Subsistem pembangkit,
2. Subsistem transmisi,
3. Subsistem distribusi.
2.3 Sistem Distribusi Primer
Bagian-bagian sistem distribusi primer terdiri
dari :
JITEKH, Vol 6, No 1, Tahun 2017, 17-21
ISSN 2338-5677(Media Cetak)
ISSN 2549-6646 (Media Online)
1.
Transformator daya, berfungsi utnuk
menurunkan tegangan dari tegangan tinggi
ke
tegangan menegah atau sebaliknya.
2. Pemutus tegangan, berfungsi sebagai
pengaman yaitu pemutus daya
3. Penghantar, berfungsi sebagai penghubung
daya
4. Gardu Hubung, berfungsi menyalurkan
daya ke gardu-gardu distribusi tanpa
mengubah tegangan
5. Gardu
Distribusi,
berfungsi
untuk
menurunkan tegangan menegah menjadi
tegangan rendah.
2.4 Sistem Distribusi Sekunder
Distribusi
sekunder
mempergunakan
tegangan rendah.Sebagaimana halnya dengan
distribusi primer, terdapat pula pertimbanganpertimbangan perihal kehandalan pelayanan
dan regulasi tegangan. Sistem sekunder dapat
terdiri atas empat jenis umum :
1. Pelayanan Dengan Transformator
tersendiri
2. Penggunaan Satu Transformator
Untuk Sejumlah Pemakai
3. Bangking Sekunder
4. Jaringan Sekunder
2.5 Daya Listrik
Ada beberapa jenis daya listrik yang
dibahas pada bab ini, yaitu :
2.5.3 Daya Reaktif
Daya reaktif untuk 1 fasa yaitu :
Q = V×I×Sinφ
Daya reaktif untuk 3 fasa yaitu :
Q = 3×V×I×Sinφ
Dimana :
P = Daya Aktif (Watt)
V = Tegangan (V)
I = Besar arus (A)
2.5.4 Faktor Daya
Faktor daya adalah perbandingan antara
daya nyata dalam satuan watt dan daya reaktif
dalam satuan VoltAmpere Reaktif (VAR) dari daya
yang disalurkan oleh pusat-pusat pembangkit
kebeban. Nilai faktor daya ini mempengaruhi besar
arus yang mengalir pada saluran untuk suatu beban
yang sama.
Faktor daya salah satunya disebabkan oleh
penggunaan peralatan pada pelanggan yang
menyimpang dari syarat-syarat penyambungan
yang telah di tetapkan, dapat mengakibatkan
pengaruh balik terhadap saluran, antara lain faktor
daya yang rendah dan ketidakseimbangan beban.
Rendahnya faktor daya disebabkan karena
melebarnya sudut fasa antara arus dan
tegangan.Faktor daya yang terlalu rendah
mengakibatkan rugi yang sangat besar pada
saluran.Pergeseran sudut fasa antara arus dan
tegangan di tentukan oleh sifat impedansi beban
(resistif, induktif, kapasitif) yang dihubungkan
dengan sumber arus bolakbalik tersebut. Apabila
beban mempunyai impedansi yang bersifat resistif,
maka arus dan tegangan sefasa atau besarnya
pergeseran sudut fasa sama dengan nol. Dengan
demikian faktor daya sama dengan satu (unity
power factor).
2.5.1 Daya Semu
Daya semu adalah daya yang melewati
suatu saluran penghantar pada jaringan transmisi
maupun jaringan distribusi. Dimana untuk daya
semu ini dibentuk oleh besaran tegangan yang
dikalikan dengan besaran arus.
Untuk 1 fasa yaitu :
S = V×I
Untuk 3 fasa yaitu :
S = 3×V×I
Dimana :
S = Daya semu ( VA)
V = Tegangan (KV)
I = Besar arus (A)
Rumus Faktor Daya Tertinggal yaitu :
Faktor Daya (Power Faktor)
P
× ×
=
=
S
×
Rumus Faktor Daya Tertinggal yaitu :
Faktor Daya (Power Faktor)
P
× ×
=
=
S
×
2.5.2 Daya Aktif
Daya aktif (daya nyata) adalah daya yang
dipakai untuk menggerakkan berbagai macam
peralatan listrik seperti : motor listrik. Daya aktif
ini dihasilkan dari besar tegangan yang kemudian
dikalikan dengan besaran arus dan faktor dayanya.
Untuk 1 fasa yaitu :
P = V×I×Cosφ
Untuk 3 fasa yaitu :
P = 3×V×I×Cosφ
Dimana :
P = Daya aktif (Watt)
V = Tegangan (V)
I = Besar arus (A)
2.6 Transformator Distribusi
Transformator distribusi merupakan salah satu
alat yang memegan peranan penting /menyalurkan
arus atau energi listrik dengan tegangan distribusi
supaya jumlah energi yang tercecer dan hilang siasia diperjalanan tidak terlalu banyak. Transformator
distribusi
umumnya
digunakan
adalah
transformator Step Down 20KV/400V. Tegangan
fasa ke fasa sistem jaringan rendah adalah 380 V.
Karena terjadi drop tegangan, maka pada rak
tegangan rendah dibuat menjadi 400V agar
tegangan pada ujung penerima tidak lebih kecil dari
380V.
18
JITEKH, Vol 6, No 1, Tahun 2017, 17-21
ISSN 2338-5677(Media Cetak)
ISSN 2549-6646 (Media Online)
Transformator distribusi dapat berfasa tunggal
atau tiga fasa dan kapasitasnya kira-kira 5 kVA.
Impedansi transformator distribusi pada umumnya
sangat rendah, kira-kira 2% untuk unit-unit yang
kurang dari dari 50kVA dan sampai 4% untuk unitunit yang lebih besar dari 100 KVA.
I = arus yang mengalir per fasa (Ampere)
Nilai resistansi dari suatu penghantar
merupakan penyebab utama rugi-rugi daya yang
terjadi pada jaringan distribusi. Nilai resistansi dari
suatu penghantar dipengaruhi oleh beberapa
parameter. Berikut adalah persamaan resistansi
penghantar:
2.7 Persamaan analisis
1. Perhitungan arus beban penuh :
S = 3×V×I
Dengan :
S = daya transformator (VA)
V = Tegangan sisi primer transfomator (V)
I = Arus jala-jala (A)
2.
=
Dimana :
R = resistansi saluran (ohm)
r = resistivitas bahan penghantar (ohmmeter)
l = panjang penghantar (meter)
A = luas penampang (m2)
Perhitungan resistansi dan induksi
a.Tahanan total saluran distribusi primer
dari gardu induk sampai pada sisi primer
transformator adalah :
= ×
Dengan :
R = Resistansi penghantar (Ω)
V = Tegangan sisi primer/ tegangan jala
(V)
I = Arus pada penghantar (A)
b.Induktansi total saluran distribusi primer
dari GI sampai pada sisi primer
transformator adalah :
=
Jika suatu arus mengalir pada suatu
penghantar, maka pada penghantar tersebut akan
terjadi rugi-rugi energi menjadi energi panas karena
pada penghantar tersebut terdapat resistansi. Rugirugi dengan beban terpusat di ujung dirumuskan:
∆ = (
)
+
Sedangkan jika beban terdistribusi merata di
sepanjang saluran, maka rugi-rugi energi yang
timbul adalah :
×
Dengan :
X
= Induktansi penghantar (Ω)
V
= Tegangan sisi primer (V)
I = Arus pada penghantar (A)
∆ =
2
(
+
)
Dengan :
I : Arus yang mengalir pada penghantar
(Ampere)
R : Tahanan pada penghantar (Ohm/km)
X : Reaktansi pada penghantar (Ohm/km)
L : Panjang penghantar (Kms)
2.8 Rugi-rugi pada jaringan distribusi
Dalam proses penyaluran daya listrik, baik
pada saluran transmisi maupun distribusi seringkali
mengalami rugi-rugi daya (losses) yang cukup
besar, yaitu rugi-rugi pada saluran dan rugi-rugi
pada trafo yang digunakan. Kedua jenis rugi-rugi
daya tersebut memberikan pengaruh yang besar
terhadap kualitas daya serta tegangan yang
dikirimkan kesisi konsumen. Nilai tegangan yang
melebihi batas toleransi akan menyebabkan tidak
optimalnya kerja dari peralatan listrik di sisi
konsumen. Selain itu, rugi-rugi daya yang besar
menimbulkan kerugian secara finansial disisi
perusahaan pengelola listrik. Yang dimaksud rugirugi daya (losses) adalah perbedaan antara energi
listrik yang disalurkan (Ps) dan energi listrik yang
terpakai (Pp).
Besar rugi-rugi daya pada jaringan distribusi
dapat ditulis sebagai berikut:
Besarnya rugi-rugi daya Aktif pada
sambungan untuk tiga fasa dalam sisi primer
dirumuskan :
∆ = 3× R
Dimana :
P = losses yang timbul pada konektor (watt)
I = Arus yang mengalir melalui konektor
(ampere)
R = Tahanan konektor (ohm)
X = Reaktansi konektor (ohm)
2.9 Sifat beban listrik
Dalam suatu rangkaian listrik selalu dijumpai
suatu sumber dan beban. Bila sumber listrik DC,
maka sifat beban hanya bersifat resistif murni,
karena frekuensi sumber DC adalah nol.
Reaktansi induktif (XL) akan menjadi nol yang
berarti bahwa induktor tersebut akan short circuit.
Reaktansi kapasitif (XC) akan menjadi tak
berhingga yang berarti bahwa kapasitif tersebut
= 3× R
Dimana :
Losses = rugi-rugi pada saluran (Watt)
R = resistansi saluran per fasa (Ohm)
19
JITEKH, Vol 6, No 1, Tahun 2017, 17-21
ISSN 2338-5677(Media Cetak)
ISSN 2549-6646 (Media Online)
akan open circuit. Jadi sumber DC akan
mengakibatkan beban beban induktif dan beban
kapasitif tidak akan berpengaruh pada rangkaian.
Bila sumber listrik AC maka beban dibedakan
menjadi 3 sebagai berikut :
1. Beban resistif
2. Beban Induktif
3. Beban kapasitif
Rumus rugi-rugi daya aktif :
∆ =3
Rumus rugi-rugi daya reaktif
∆ =3
Dimana :
Ifasa : Arus yang mengalir pada fasa (A)
R : Resistansi (Ohm)
X : Reaktansi (Ohm)
Jatuh tegangan pada saluran distribusi primer
dari GI Tanjung Morawa sampai pada sisi primer
transformator distribusi:
VD
Luas
penampang
(mm²)
50
70
150
240
AAAC
AAAC
AAAC
AAAC
Impedansi
(Ω/Kms)
Arus
(A)
0,6452+J0,3678
0,4608+J0,3572
0,2162+J0,3305
0,1344+J0,3158
210
155
425
585
Perhitungan besar rugi–rugi daya Reaktif
perfasa(Q ) :
Q=I ×
Q = (86,329) Ampere × (6,85)
= 4060,11 VAR
Persentase jatuh tegangan pada saluran
distribusi dari GI Tanjung Morawa sampai kesisi
primer transformator distribusi :
Analisis dan hasil
Untuk menganalisis tata letak transformator
perlu diketahui seberapa besar jatuh tegangan
sepanjang saluran distribusi primer melalui datadata sekunder yang diperoleh dari PT.PLN
(Persero) mengenai saluran distribusi primer dan
transformator yang terpasang. Begitu juga dengan
dayanya yang disalurkan dari gardu induk tanjung
morawa menuju PT. PLN (Persero) Rayon Tanjung
Morawa.
Untuk transformator dengan kode TM 181
besar arus fasa pada sisi primer transformator
distribusi :
=
√
3180kVA
= 0,3572
%VD=
,
× 100% = 5,15%
= 5% × V
= 5% × 20000
= 1000 Volt
= 1030.83
VD
Selisisih Voltage Drop yang harus di
kurangi adalah :
VD = VD
- VD
= 1030.83 - 1000 Volt
= 30,83 Volt
= 86,329 A
× 20,75 kms = 6,85 Ω/fasa
× 100%
VD
√3(20kV)
Tahanan total per fasa saluran distribusi
primer dari GI Tanjung Morawa sampai pada sisi
primer transformator distribusi :
(Ω) =
×
Ω
= 0,4608
× 20,75 kms = 4,48 Ω
/fasa
Reaktansi total per fasa saluran distribusi
primer dari GI Tanjung Morawa sampai pada sisi
primer transformator distribusi :
Ω
(Ω) =
( ) ×
(kms)
Ω
%VD=
Dengan metode analisis yang sama didapat
dua transformator yang jatuh tegangannya melebihi
5% dari batas yang diijinkan oleh PLN yaitu
transformator dengan kode TM 181 (5,15%) dan
TM 258 (5,59%)
Dari perhitungan diatas terlihat bahwa
persentase jatuh tegangan melebihi 5%. Cara yang
dapat dilakukan untuk memperbaiki jatuh tegangan
pada sisi primer transformator distribusi ini adalah
dengan penempatan ulang lokasi atau letak
transformator tersebut.
4.
=
)
Perhitungan besar rugi-rugi daya aktif
perfasa (P) :
P (Watt) = I ×
P = (86,329)Ampere × (4,48) Ω = 1737,43(W)
3. Peninjauan transformator distribusi pada
sistem distribusi.
Konstanta jaringan / SPLN 64 tahun 1985 yang
digunakan pada penyulang Tanjung Morawa pada
table 3.1
Bahan
penghantar
= √3 × × (
+
= √3 × 86,329 Ampere × (4,48 ×
0,90 Ω+6,85×0,44Ω
= 1030,83 Volt
Oleh karena itu, jarak transformator setelah
mengalami perubahan adalah :
L2 =
=
×
,
= 20,12 Kms
20
×
,
JITEKH, Vol 6, No 1, Tahun 2017, 17-21
ISSN 2338-5677(Media Cetak)
ISSN 2549-6646 (Media Online)
[6] Hutauruk, T.S., 2000, ”Distribusi dan Utilasi
Begitu juga dengan transformator dengan
kode TM 258
VD
= 5% × V
= 5% × 20000
= 1000 Volt
VD
= 1118,59 Volt
[7]
[8]
Selisisih Voltage Drop yang harus di kurangi
adalah :
VD = VD
- VD
= 1118,59 - 1000 Volt
= 118,59 Volt
[9]
[10]
Oleh karena itu, jarak transformator setelah
mengalami perubahan adalah :
L2 =
=
×
,
= 20,93 Kms
Tenaga
Listrik,.
penerbit
Universitas
Indonesia (UIPress) : Jakarta.
J, Duncan Glover, 2008,”Power System
Analysis and Design”, Fourth Edition,
Thomson Learning:Australia.
Kadir, Abdul, 1989,”Transformator”, Elex
Media Computindo : Jakarta.
Kadir, Abdul, 1998,“Transmisi Tenaga
Listrik”, Universitas Indonesia : Jakarta.
Kadir, Abdul, 2000,”Distribusi Dan Utilasi
Tenaga Listrik”, Universitas Indonesia :
Jakarta.
×
,
5.
Kesimpulan
Berdasarkan hasil analisis data-data yang ada,
maka dapat diambil beberapa kesimpulan, yaitu :
1. Berdasarkan hasil perhitungan diperoleh
bahwa semakin panjang saluran transformator
distribusi Primer dari GI sampai pada
penempatan transformator maka semakin
besar pula persentase penurunan tegangan
yang dihasilkan.
2. Dari hasil perhitungan Pada Gardu Tanjung
Morawa terdapat transformator distribusi yang
besar persentase jatuh tegangan pada sisi
saluran distribusi primernya lebih dari 5 %.
Yaitu Gardu TM 181 sebesar 5,15%, dan
Gardu TM 258 sebesar 5,59%.
3. Dari hasil analisis perhitungan, terdapat dua
transformator yang mengalami perubahan
lokasi atau letak yaitu gardu dengan kode dan
nomor sebagai berikut: TM 181 dari jarak
20,75 Kms menjadi 20,12 Kms dan TM 258
dari jarak 23,41 Kms menjadi 20,93 Kms.
6.
Daftar Pustaka
[1] Arismunandar,
H
a
l
[2]
5
[3]
[4]
[5]
A.,1993,“Teknik
Tenaga
Listrik”. Cetakan Ketujuh, Jilid III, PT.
Pramadnya Paramita : Jakarta
Berahim, Hamzah,1991,”Pengantar Tekhnik
Tenaga Listrik”, Edisi Pertama, Andi Offset:
Yogyakarta.
Diklat
Profesi
Distribusi,2009,”Kriteria
Perencanaan Jaringan Distribusi”, PT.PLN
Pusat Pendidikan dan Pelatihan : Jakarta
Selatan.
Edminister,
Joseph.
2004,”Rangkaian
Listrik”, Edisi Keempat. Erlangga : Jakarta.
Erlayas, Bastanna, 2009 ” Analisis
Perhitungan Jatuh Tegangan”, Medan.
d
a
r
i
6
21