Pengaruh Ketidakseimbangan Beban Terhadap Arus Netral Dan Losses Pada Transformator Distribusi (Studi Kasus Pada PT. PLN (Persero) Cabang Medan, Rayon Medan Kota)

STUDI PENGARUH KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN TERHADAP

ARUS NETRAL DAN LOSSES PADA TRANSFORMATOR DISTRIBUSI

(Studi Kasus Pada PT.PLN(Persero) Cabang Medan,Rayon Medan Kota)

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro

Oleh :

ELIS PAHALA NAINGGOLAN

(050402023)

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

STUDI PENGARUH KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN TERHADAP

ARUS NETRAL DAN LOSSES PADA TRANSFORMATOR DISTRIBUSI

(Studi Kasus Pada PT.PLN(Persero) Cabang Medan,Rayon Medan Kota) ELIS PAHALA NAINGGOLAN

NIM : 050402023

Disetujui Oleh : Pembimbing

IR. SUMANTRI ZULKARNAEN NIP : 194705031973061001

Diketahui Oleh :

Ketua Departemen Teknik Elektro FT-USU

PROF. DR. IR. USMAN BAAFAI NIP : 194610221973021001

DEPATEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

ABSTRAK

Pada saat sekarang ini kebutuhan akan tenaga listrik terus meningkat.Baik untuk kebutuhan rumah tangga maupun kebutuhan industri.Tenaga listik tersebut dihasilkan dari pembangkit-pembangkit seperti PLTD,PLTA, PLTU,PLTG ataupun PLTGU.Selanjutnya listrik yang dihasilkan akan disalurkan kepada konsumen listrik melalui suatu sistem distribusi.

Sistem Distribusi Tenaga Listrik pada dasarnya adalah suatu proses untuk menyalurkan tenaga listrik dari sistem transmisi tenaga listrik 150 kV ke konsumen listrik baik konsumen 20 kV maupun konsumen 380/220 V.Salah satu sistem distribusi yang paling kompleks adalah sistem jaringan tegangan rendah (380/220 V),karena sistem jaringan tegangan rendah memiliki cakupan yang cukup luas.

Hal tersebut seringkali menyebabkan sistem distribusi jaringan tegangan rendah tidak seimbang/merata,karena pada umumnya konsumen jaringan tegangan rendah memanfaatkan tenaga listrik satu phase.Apabila wiring/penyambungan pelanggan ke sistem jaringan tegangan rendah tidak memperhartikan pembebanan pada masing-masing phase,maka pada akhirnya sistem distribusi tegangan jaringan tegangan rendah akan mengalami ketidakseimbanga beban.

Salah satu akibat ketidakseimbangan beban tersebut adalah mengalirnya arus pada kawat netral.Arus yang mengalir pada kawat netral ini akan menyebabkan panas.Panas tersebut merupakan suatu losses (rugi-rugi) yang seharusnya tidak tejadi.Sehingga secara tidak langsung akibat dari ketidakseimbangan beban tersebut ikut menyumbang kerugian yang dialami pihak PLN selaku produsen listrik di tanah air.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “Pengaruh Ketidakseimbangan Beban Terhadap Arus Netral Dan Losses Pada Transformator Distribusi (Studi Kasus Pada PT.PLN (Persero) Cabang Medan,Rayon Medan Kota)”

Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan serta dukungan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terimakasih yang tulus dan sebesar-besarnya kepada :

1. Kedua orang tua St.A.Nainggolan/M br Parapat,abang, kakak,adik dan abang ipar yang tidak pernah berhenti memberi dukungan, semangat dan doanya kepada saya dengan segala pengorbanan dan kasih sayang yang tidak ternilai besarnya.Serta keponakan saya Grace dan Gisela yang selalu menjadi penghibur hati.

2. Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai, selaku pelaksana tugas harian Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, dan Bapak Rahmat Fauzi, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

3. Bapak Ir.Sumantri Zulkarnaen sebagai dosen pembimbing tugas akhir saya yang sangat besar bantuannya dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

4. Bapak Ir.Masykur SJ selaku Dosen Wali penulis selama menyelesaikan pendidikan di kampus Universitas Sumatera Utara.

5. Seluruh staf Pengajar dan pegawai Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

6. Pak Fery,Pak Heru, dan Staf PT.PLN(Persero) Cabang Medan, yang sangat kooperatif kepada penulis selama proses penyelesaian Tugas Akhir.

7. Teman-teman stambuk 2005 :Richard,Daniel,Sadak,Fritz,Colin,Edison,Rainhard, Eko,Windy,Kitho, Beni dan teman-teman 2005 lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu serta abang-abang dan kawan-kawan Elektro.

8. Teman-teman ku Hardi ,Delfri,Rajak,Roni,Andreas,Egha,Christin,Helen dan Ricky. 9. Teman-teman Altiora Quarite bang raymond,marhon,roni dan lamringan.

10.Rekan-rekan pembimbing bang almen,jubel,joshep,antoni,mangiring dan fery.

11.Kepada semua pihak yang banyak memberi dukungan kepada penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini tidak luput dari kesalahan-kesalahan, baik dari segi tata bahasa maupun dari segi ilmiah. Untuk itu, penulis akan menerima dengan terbuka, segala saran dan kritik yang ditujukan untuk memperbaiki Tugas Akhir ini.

Akhir kata, semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pembaca.

Medan, September 2010 Penulis

DAFTAR ISI ABSTRAK...i KATA PENGANTAR...ii DAFTAR ISI...iv DAFTAR GAMBAR...vii DAFTAR TABEL...ix

BAB I PENDAHULUAN 1.1Latar Belakang...1

1.2Tujuan Penulisan...2

1.3Manfaat penulisan...2

1.4Batasan masalah...2

1.5Metode penulisan...3

1.6Sistematika penulisan...3

BAB II TRANSFORMATOR 2.1 Umum...5

2.2 Prinsip Kerja Transformator...5

2.2.1 Keadaan transformator Tanpa Beban...6

2.2.2 Keadaan Transformator Berbeban...10

2.3 Rugi-rugi Transformator...12

2.3.1 Rugi Tembaga...12

2.3.2 Rugi Besi...12

2.4 Konstruksi Transformator...13

2.4.1 Konstruksi Transformator Tiga Phasa...13

2.4.2 Hubungan Transformator Tiga Phasa...15

2.4.3 Jenis-jenis Hubungan Transformator Tiga Phasa...18

2.5 Transformator Distribusi...22

2.6 Perhitungan Arus Beban Penuh,Arus Hubung Singkat dan Losses Akibat Adanya Arus Netral Pada Penghantar Netral Transformator Distribusi...24

2.6.1 Perhitungan Ar us Beban Penuh dan Arus Hubung Singkat...24

2.6.2 Perhitungan Losses (rugi-rugi) Akibat Adanya Arus Netral Pada Penghantar Netral...25

BAB III KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN 3.1 Sistem Distribusi...26

3.2 Sistem tiga phasa...28

3.2.1 Sistem Y dan Delta...29

3.3 Ketidakseimbangan Beban...30

3.3.1 Pengertian Tentang Beban Tidak Seimbang...30

3.4 Arus Netral...32

3.4.2 Penyaluran dan Susut Daya Pada Keadaan Seimbang...34

3.4.3 Penyaluran dan Susut Daya Pada Keadaan tidak Seimbang...35

3.4.4 Faktor Daya...37

3.5 Losses Pada Jaringan Distribusi...38

3.5.1 Losses Pada Penghantar Phasa...38

3.5.2 Losses Akibat Beban Tidak Seimbang...39

3.5.3 Losses Pada Keadaan Sambungan Tidak Baik...39

BAB IV ANALISA PENGARUH KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN TERHADAP ARUS NETRAL DAN LOSSES PADA TRANSFORMATOR DISTRIBUSI 4.1 Umum...41

4.2 Persamamaan-Persamaan Yang Digunakan Dalam Perhitungan...41

4.2.1 Perhitungan Arus Beban Penuh Dan Arus Hubung Singkat...41

.. 4.2.2 Perhitungan Ketidakseimbangan Beban ...43

4.2.3 Perhitungan Losses (Rugi-Rugi) Akibat Adanya Arus Netral Pada Penghantar Netral ...43

4.3 Data Teknis Transformator Distribusi Dan Data Hasil Ukur Pembebanan Transformator Distribusi...45

4.3.1 Data Teknis Transformator Distribusi...45

4.3.2 Data Pembebanan Transformator Distribusi...48

4.4 Analisa Data...52

BAB V PENUTUP V.I Kesimpulan...82

V.2 Saran...83 LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Transformator Dalam Keadaan Tanpa

Beban...6

Gambar 2.2 Rangkaian Ekivalen Transformator Dalam Keadaan Tanpa Beban...7

Gambar 2.3 Gambar Vektor Transformator Dalam Keadaan Tanpa Beban...7

Gambar 2.4 Gambar Gelombang Io Tertinggal 90o Dari V1...7

Gambar 2.5 Gambar Gelombang e1 Tertinggal 90o Dari Φ...8

Gambar 2.6 Transformator Dalam Keadaan Berbeban...10

Gambar 2.7 Rangkaian Ekivalen Transformator Dalam Keadaan Berbeban...10

Gambar 2.8 Blok Diagram Rugi – Rugi Pada Transformator ...12

Gambar 2.9 Konstruksi Transformator Tiga Fasa Tipe Inti...13

Gambar 2.10 Transformator Tiga Fasa Tipe Cangkang...14

Gambar 2.11 Transformator tiga phasa hubungan bintang...15

Gambar 2.12 Transformator tiga phasa hubungan segitiga/delta...16

Gambar 2.13 Transformator tiga phasa hubungan zig-zag...17

Gambar 2.14 Transformator 3 phasa hubungan Y-Y...19

Gambar 2.15 Transformator 3 phasa hubungan Y-Δ...20

Gambar 2.16 Transformator 3 phasa hubungan Δ-Y...21

Gambar 2.17 Transformator 3 phasa hubungan Δ-Δ...22

Gambar 2.18 Ttrafo Distribusi...23

Gambar 3.1. Sistem Tenaga Listrik...27

Gambar 3.2 Bentuk Gelombang Pada Sistem Tiga Phasa ...28

Gambar 3.3 Sistem Y Dan Sistem Delta...29

Gambar 3.4 Vektor Diagram Arus Keadaan Setimbang...31

Gambar 3.5 Vektor Diagram Arus Keadaan Tidak Setimbang...31

Gambar 3.6 diagaram fasor tegangan saluran Daya Model Fasa Tunggal...34

Gambar 3.7 Segitiga Daya...37

Gambar 3.8. Sambungan Kabel...40

Gambar 4.1 Trafo Distribusi 250kV di Jl.Polonia Uj.Simp Balai Desa...45

Gambar 4.2 Trafo Distribusi 250kV di Jl. K.Api/ Jl.A.Yani...46

Gambar 4.3 Trafo Distribusi 250kV di Jl.P.Diponegoro...47

Gambar 4.4 Single Line Trafo Distribusi 250kV di Jl.Polonia Uj.Simp Balai Desa...48

Gambar 4.5 Single Line Trafo Distribusi 250kV di Jl. K.Api/ Jl.A.Yani...49

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Trafo Distribusi 250kVA di Jl.Polonia Uj.Simp Balai...45

Tabel 4.2 Trafo Distribusi 250kVA di Jl.K.Api...46

Tabel 4.3 Trafo Distribusi 250kVA di Jl..P.Diponegoro...47

Tabel 4.4 Data Pembebanan Trafo Distribusi 250kVA di Jl.Polonia Uj.Simp Balai Desa Pada Siang hari...48

Tabel 4.5 Data Pembebanan Trafo Distribusi 250kVA di Jl.Polonia Uj.Simp Balai Desa Pada Malam hari...49

Tabel 4.6 Data Pembebanan Trafo Distribusi 250kVA di Jl.K.Api Pada Siang hari...50

Tabel 4.7 Data Pembebanan Trafo Distribusi 250kVA di Jl.K.Api Pada Malam hari...50

Tabel 4.8 Data Pembebanan Trafo Distribusi 250kVA di Jl..P.Diponegoro Pada Siang hari...51

Tabel 4.9 Data Pembebanan Trafo Distribusi 250kVA di Jl..P.Diponegoro Pada Malam hari...52

Tabel 4.10 Persentase Pembebanan Transformator Distribusi 250 kVA...57

Tabel 4.11 Persentase Ketidakseimbangan Beban Transformator Distribusi 250 kVA...70

ABSTRAK

Pada saat sekarang ini kebutuhan akan tenaga listrik terus meningkat.Baik untuk kebutuhan rumah tangga maupun kebutuhan industri.Tenaga listik tersebut dihasilkan dari pembangkit-pembangkit seperti PLTD,PLTA, PLTU,PLTG ataupun PLTGU.Selanjutnya listrik yang dihasilkan akan disalurkan kepada konsumen listrik melalui suatu sistem distribusi.

Sistem Distribusi Tenaga Listrik pada dasarnya adalah suatu proses untuk menyalurkan tenaga listrik dari sistem transmisi tenaga listrik 150 kV ke konsumen listrik baik konsumen 20 kV maupun konsumen 380/220 V.Salah satu sistem distribusi yang paling kompleks adalah sistem jaringan tegangan rendah (380/220 V),karena sistem jaringan tegangan rendah memiliki cakupan yang cukup luas.

Hal tersebut seringkali menyebabkan sistem distribusi jaringan tegangan rendah tidak seimbang/merata,karena pada umumnya konsumen jaringan tegangan rendah memanfaatkan tenaga listrik satu phase.Apabila wiring/penyambungan pelanggan ke sistem jaringan tegangan rendah tidak memperhartikan pembebanan pada masing-masing phase,maka pada akhirnya sistem distribusi tegangan jaringan tegangan rendah akan mengalami ketidakseimbanga beban.

Salah satu akibat ketidakseimbangan beban tersebut adalah mengalirnya arus pada kawat netral.Arus yang mengalir pada kawat netral ini akan menyebabkan panas.Panas tersebut merupakan suatu losses (rugi-rugi) yang seharusnya tidak tejadi.Sehingga secara tidak langsung akibat dari ketidakseimbangan beban tersebut ikut menyumbang kerugian yang dialami pihak PLN selaku produsen listrik di tanah air.

BAB I

PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang

Dewasa ini Indonesia sedang melaksanakan pembangunan di segala bidang.Salah satunya adalah pembangunan di sektor indutri..Hal ini merupakan langkah penting yang harus ditempuh dalam menghadapi era globalisasi.Dalam era globalisasi ini bangsa Indonesia dituntut untuk dapat bersaing dengan bangsa lain,termasuk bersaing dalam bidang industri yang pada akhirnya akan meningkatkan devisa negara.Peningkatan di sektor industri ini menuntut adanya kesiapan sumber daya yang memadai,baik dari teknologi maupun sumber daya alam sehingga dapat berjalan dengan baik dan berkesinambungan.

Seiring dengan laju pertumbuhan pembangunan maka dituntut adanya sarana prasarana yang mendukung tercapainya tujuan pembangunan tersebut.Salah satu sarananya adalah dengan adanya penyediaan tenaga listrik.Saat ini tenaga listrik merupakan kebutuhan yang utama,baik untuk kebutuhan sehari-hari maupun untuk kebutuhan industri.Hal ini disebabkan karena tenaga listrik mudah untuk ditransportasikan dan dikonversikan ke dalam bentuk lain.Penyediaan tenaga listrik yang stabil dan berkesinambungan merupakan salah satu syarat mutlak yang harus dipenuhi dalam mencapai tujuan pembangunan tersebut.

Perkembangan pembangunan di segala bidang menuntut PLN selaku perusahaan penyedia listrik di tanah air.untuk dapat memenuhi ketersediaan tenaga listrik di tanah air. Permasalahan utama yang dihadapi oleh PLN adalah mulai terjadinya krisis energi yang mengglobal.Harga bahan bakar minyak ditingkat internasional terus meningkat.Hal ini menyebabkan PT PLN harus melakukan efisiensi di segala sektor.Salah satu langkah efisiensi yang dilakukan oleh PLN adalah menekan losses seminimal mungkin,baik losses secara teknis maupun non teknis agar dapat memenuhi kebutuhan akan tenaga listrik.

Namun dalam pemenuhan kebutuhan listrik tersebut,sering terjadi pembagian beban yang tidak merata/seimbang.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.

I.2. Tujuan Penulisan

Adapun tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah :

Memberikan uraian tentang analisis pengaruh ketidakseimbangan beban terhadap arus netral dan losses yang terjadi pada trafo distribusi.

I.3. Manfaat Penulisan

Laporan Tugas Akhir ini diharapkan dapat bermanfaat untuk :

Memberikan informasi kepada penulis dan pembaca yang lain mengenai analisis analisis pengaruh ketidakseimbangan beban terhadap arus netral dan losses yang terjadi pada trafo distribusi.

I.4. Batasan Masalah

Untuk menghindari pembahasan yang meluas maka penulis akan membatasi pembahasan tugas akhir ini dengan hal-hal sebagai berikut:

1. Studi data pengukuran pembebanan trafo distribusi.

2. Mempelajari tentang ketidakseimbangan beban trafo ditribusi. 3. Mempelajari tentang arus netral dan losses pada trafo distribusi.

4. Menganalisa pengaruh ketidakseimbangan bebanterhadap arus netral dan losses pada trafo ditribusi.

I.5. Metode Penulisan

Metode penulisan yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah: 1. Studi Literatur

berupa studi kepustakaan dan kajian dari buku-buku teks pendukung yang berkaitan dengan tugas akhir.

2. Studi Diskusi

berupa tanya jawab dengan Dosen Pembimbing atau pun pegawai PLN serta teman-teman sesama mahasiswa mengenai masalah-masalah yang timbul selama penulisan tugas akhir.

3. Studi Lapangan

berupa pengumpulan data yang diperlukan dan disediakan PLN dan mencatat hal-hal yang diperlukan.

I.6. Sistematika Penulisan

Untuk memudahkan pemahaman terhadap Tugas Akhir ini maka penulis menyusun sitematika penulisan sebagai berikut :

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar belakang masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, manfaat penulisan, metode penulisan, dan sistematika penulisan.

BAB II : TRNSFORMATOR

Bab ini membahas tentang Transformator secara umum, prinsip kerja transformator,rugi-rugi pada transformator, konstruksi transformator,

transformator distribusi, perhitungan arus beban penuh,arus hubung singkat dan losses akibat adanya arus neral pada penghantar netral trafo distribusi.

BAB III : KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN

Bab ini membahas mengenai sistem distribusi secaraumum,sistem tiga phasa,ketidakseimbangan beban dan losses pada jaringan distribus.

BAB IV : ANALISA PENGARUH KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN TERHADAP ARUS NETRAL DAN LOSSES PADA TRANSFORMATOR DISTRIBUSI

Bab ini membahas mengenai parameter-parameter yang digunakan dalam analisa,data teknis dan pembebanan trafo distribusi,analisa pembebanan trafo distribusi,analisa ketidakseimbangan beban trafo distribusi dan analisa losses akibat adanya arus netral pada penghantar netral.

BAB V : PENUTUP

Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran dari hasil analisis data-data yang telah diperoleh.

BAB II

TRANSFORMATOR

II.1 UMUM

Transformator merupakan suatu peralatan listrik elektromagnetik statis yang berfungsi untuk memindahkan dan mengubah daya listrik dari suatu rangkaian listrik ke rangkaian listrik lainnya,dengan frekuensi yang sama dan perbandingan transformasi tertentu melalui suatu gandengan magnet dan bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetis,dimana perbandingan tegangan antara sisi primer dan sisi sekunder berbanding lurus dengan perbandingan jumlah lilitan dan berbanding terbalik dengan perbandingan arusnya.

Dalam bidang teknik listrik pemakaian transformator dikelompokkan menjadi:

1. Transformator daya 2. Transformator distribusi

3. Transformator pengukuran; yang terdiri dari transformator arus dan transformator tegangan.

II.2 PRINSIP KERJA TRANSFORMATOR

Transformator terdiri atas dua buah 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. Akibat 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 di bebani, sehingga energi listrik dapat ditransfer keseluruhan (secara magnetisasi)

e = (-) N (Volt) ... ( 2.1 ) Dimana : e = gaya gerak listrik (Volt)

N = jumlah lilitan (turn)

= perubahan fluks magnet (weber/sec)

Perlu diingat bahwa hanya tegangan listrik arus 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) dari rangkaian magnetis (common magnetic circuit).

II.2.1 Keadaan Transformator Tanpa Beban

Bila kumparan primer suatu transformator dihubungkan dengan sumber tegangan V1 yang sinusoidal, akan mengalirkan arus primer I0 yang juga sinusoidal dan dengan menganggap belitan N1 reaktif murni. I0 akan tertinggal 900 dari V1. Arus primer I0 menimbulkan fluks (Ф) yang sefasa dan juga berbentuk sinusoidal.

V2 I2

V1 I0

N1 N2

AC

m Ф

Gambar 2.1 Transformator Dalam Keadaan Tanpa Beban

I1 I0

Ic Im

Rc Xm

V1 V2

Gambar 2.2 Rangkaian Ekivalen Transformator Dalam Keadaan Tanpa

Beban

V1 E1

I0

Φ

Gambar 2.3 Gambar Vektor Transformator Dalam Keadaan Tanpa Beban

90o 0

ωt V1

I , o Φ

2π

π

o

Ф = Фmaxsin ωt (weber) ... ( 2.2 )

Fluks yang sinusoid ini akan menghasilkan tegangan induksi е1 (Hukum Faraday):

e1 = -N1 ... ( 2.3 )

e1 = -N1 ... ( 2.4 ) e1 = - N1ω cos ωt (Volt) ... ( 2.5 ) e1 = N1ωФmax sin (ωt – 90) (tertinggal 90o dari Ф) ... ( 2.6 )

Dimana :

e

1 = gaya gerak listrik (Volt)

N1 = jumlah belitan di sisi primer (turn)

ω = kecepatan sudut putar (rad/sec)

Φ = fluks magnetik (weber)

90o 0

e

i

2π

π ωt

Φ 1,e2

Gambar 2.5 Gambar Gelombang

e

1 Tertinggal 90o Dari Φ Harga efektif :

E1 = ... ( 2.7 )

E1 = ... ( 2.8 )

E1 = ... ( 2.9 )

E1 = ... (2.10) E1 = 4,44 N1 f (Volt) ... (2.11)

Pada rangkaian sekunder, fluks (Φ) bersama tadi juga menimbulkan :

e2 = - N2 ... (2.12) e2 = N2ωФmax cos ωt (Volt)

Harga efektifnya :

E2 = 4,44 N2f Фmax (Volt) ... (2.13) Sehingga perbandingan antara rangkaian primer dan sekunder adalah :

=

=

a ... (2.14)

Dimana :

E1 = ggl induksi di sisi primer (Volt) E2 = ggl induksi di sisi sekunder (Volt) N1 = jumlah belitan sisi primer (turn) N2 = jumlah belitan sisi sekunder (turn)

a

= faktor transformasi

II.2.2 Keadaan Transformator Berbeban

Apabila kumparan sekunder dihubungkan dengan beban ZL, I2 mengalir pada

kumparan sekunder, dimana I2 =

.

’

AC

I1

N1 _ZL

I 2 N2

V_{1 V2}

Ф2Ф 2 ‘

Фm

Gambar 2.6 Transformator Dalam Keadaan Berbeban

R1 X1

V1 RC XM

I1

I0

IC IM ZL

I'2

R2 X2

V2

I2

Gambar 2.7 Rangkaian Ekivalen Transformator Dalam Keadaan Berbeban

Arus beban I2 ini akan menimbulkan gaya gerak magnet (ggm) N2 I2 yang cenderung menentang fluks (Ф) bersama yang telah ada akibat arus pemagnetan. Agar fluks bersama itu tidak berubah nilainya, pada kumparan primer harus mengalir arus I2', yang menentang fluks yang dibangkitkan oleh arus beban I2, hingga keseluruhan arus yang mengalir pada kumparan primer menjadi:

I1 = I0 + I2’ (Ampere)...( 2.15 )

Bila komponen arus rugi inti (Ic) diabaikan, maka I0 = Im , sehingga :

I1 = Im + I2’ (Ampere) ... ( 2.16 )

Dimana:

I1 = arus pada sisi primer (Ampere) I'2 = arus yg menghasilkan Φ'2 (Ampere)

I0 = arus penguat (Ampere)

Im = arus pemagnetan (Ampere)

Ic = arus rugi-rugi inti (Ampere)

Untuk menjaga agar fluks tetap tidak berubah sebesar ggm yang dihasilkan oleh arus pemagnetan IM, maka berlaku hubungan :

N1 IM = N1 I1 – N2 I2 ... ( 2.17 ) N1 IM = N1 (IM + I2’) – N2 I2 ... ( 2.18 ) N1 I2’ = N2 I2 ... ( 2.19 )

Karena IM dianggap kecil, maka I2’ = I1. Sehingga :

N1 I1 = N2 I2 ... ( 2.20 )

=

... ( 2.21 )

II.3 RUGI-RUGI PADA TRANSFORMATOR

Rugi Tembaga Rugi Tembaga

Rugi Besi Histeresis Dan Eddy Current

Gambar 2.8 Blok Diagram Rugi – Rugi Pada Transformator

II.3.1 Rugi Tembaga ( Pcu )

Rugi yang disebabkan arus mengalir pada kawat tembaga yang terjadi pada kumparan sekunder dapat ditulis sebagai berikut :

Pcu = I2 R (Watt) ... ( 2.22 )

Formula ini merupakan perhitungan untuk pendekatan. Karena arus beban berubah– ubah, rugi tembaga juga tidak konstan bergantung pada beban. Dan perlu diperhatikan pula resistansi disini merupakan resistansi AC.

II.3.2 Rugi Besi ( Pi ) Rugi besi terdiri atas :

a) Rugi histerisis (Ph), yaitu rugi yang disebabkan fluks bolak – balik pada inti besi yang dinyatakan sebagai :

Sumber Kumparan

primer

Fluks Bersama

Kumparan Sekunder

Out Put

Ph = kh f Bmaks1.6 (watt) ... ( 2.23 ) Kh = konstanta

Bmaks = Fluks maksimum (weber)

b) Rugi arus eddy (Pe) , yaitu rugi yang disebabkan arus pusar pada inti besi.

Dirumuskan sebagai :

Pe = ke f2 B2maks (Watt) ... ( 2.24 ) Kh = konstanta

Bmaks = Fluks maksimum ( weber ) Jadi, rugi besi ( rugi inti ) adalah :

Pi = Ph + Pe (Watt) ... ( 2.25 )

II.4 KONSTRUKSI TRANSFORMATOR

II.4.1 Konstruksi Transformator Tiga Phasa

Untuk mengurangi kerugian yang disebabkan oleh arus pusar di dalam inti, rangkaian magnetik itu biasanya terdiri dari setumpuk laminasi tipis. Untuk konstruksi tipe inti dapat dilihat pada Gambar 2.9.

SEKUNDER PRIMER

R S T

r _{s t}

Salah satu jenis konstruksi yang biasa dipergunakan yaitu tipe cangkang diperlihatkan pada Gambar 2.10 :

R

S

T

r

s

t

PRIMER

SEKUNDER

Gambar 2.10 Transformator Tiga Fasa Tipe Cangkang

Dalam jenis inti (core type) kumparan dililitkan disekitar dua kaki inti magnetik persegi. Dalam jenis cangkang (shell type) kumparan dililitkan sekitar kaki tengah dari inti berkaki tiga dengan laminasi silikon-steel. Umumnya digunakan untuk transformator yang bekerja pada frekuensi dibawah beberapa ratus Hz. Silikon-steel memiliki sifat-sifat yang dikehendaki yaitu murah, rugi inti rendah dan permeabilitas tinggi pada rapat fluks tinggi. Inti transformator yang dipergunakan dalam rangkaian komunikasi pada frekuensi tinggi dan tingkat energi rendah, kadang-kadang dibuat dari campuran tepung ferromagnetik yang dimanfaatkan sebagai permalloy.

II.4.2 Hubungan Transformator Tiga Phasa

Secara umum ada 3 macam jenis hubungan pada transformator tiga phasa yaitu : 1. Hubungan Bintang (Y)

Hubungan bintang ialah hubungan transformator tiga fasa, dimana ujung-ujung awal atau akhir lilitan disatukan. Titik dimana tempat penyatuan dari ujung-ujung lilitan merupakan titik netral. Arus transformator tiga phasa dengan kumparan yang dihubungkan bintang yaitu; IA, IB, IC

masing-masing berbeda 120°.

IA IB

IC IN

ZA

Z

B

ZC A

B

C N

Gambar 2.11 Transformator tiga phasa hubungan bintang. Dari gambar 2.11 diperoleh bahwa :

IA =IB = IC = IL...(2.26) IL = Iph...(2.27)

VAB = VBC = VCA = VL-L...(2.28) VL-L = Vph...(2.29)

Dimana :

VL-L = tegangan line to line (Volt) Vph = tegangan phasa (Volt)

IL = arus line (Ampere) Iph = arus phasa (Ampere) 2. Hubungan Segitiga/ Delta (Δ)

Hubungan segitiga adalah suatu hubungan transformator tiga fasa, dimana cara penyambungannya ialah ujung akhir lilitan fasa pertama disambung dengan ujung mula lilitan fasa kedua, akhir fasa kedua dengan ujung mula fasa ketiga dan akhir fasa ketiga dengan ujung mula fasa pertama. Tegangan transformator tiga phasa dengan kumparan yang dihubungkan segitiga yaitu; VA,

VB, VC masing-masing berbeda 120°.

IA

IB

IC

IBC

IAB

ICA

Gambar 2.12 Transformator tiga phasa hubungan segitiga/delta. Dari gambar 2.17 diperoleh bahwa :

IA =IB = IC = IL...(2.30) IL = Iph...(2.31)

VAB = VBC = VCA = VL-L...(2.32) VL-L = Vph...(2.33)

Dimana :

VL-L = tegangan line to line (Volt) Vph = tegangan phasa (Volt)

IL = arus line (Ampere) Iph = arus phasa (Ampere)

3. Hubungan Zigzag

Transformator zig_–zag merupakan transformator dengan tujuan khusus. Salah satu aplikasinya adalah menyediakan titik netral untuk sistem listrik yang tidak memiliki titik netral. Pada transformator zig–zag masing–masing lilitan tiga fasa dibagi menjadi dua bagian

dan masing–masing dihubungkan pada kaki yang berlainan.

Gambar 2.13 Transformator tiga phasa hubungan zig-zag.

Perbandingan Rugi-rugi untuk tiap kumparan yang terhubung Y, Δ, Zig-zag adalah: ...(2.33)

...(2.34)

...(2.35) Dimana :

iY = arus pada kumparan yang terhubung Y

LY = panjang kumparan yang terhubung Y

AY = Luas penampang kumparan yang terhubung Y A_Δ = Luas penampang kumparan yang terhubung Δ AZZ = Luas penampang kumparan yang terhubung Zig-zag

II.4.3 Jenis-Jenis Hubungan Transformator Tiga Phasa

Dalam pelaksanaanya, tiga buah lilitan phasa pada sisi primer dan sisi sekunder dapat dihubungkan dalam bermacam-macam hubungan, seperti bintang dan segitiga, dengan kombinasi Y-Y, Y-Δ, Δ-Y, Δ-Δ, bahkan untuk kasus tertentu liltan sekunder dapat dihubungakan secara berliku-liku (zig-zag), sehingga diperoleh kombinasi Δ-Z, dan Y-Z. Hubungan zig-zag merupakan sambungan bintang istimewa, hubungan ini digunakan untuk mengantisipasi kejadian yang mungkin terjadi apabila dihubungkan secara bintang dengan beban phasanya tidak seimbang. Di bawah ini pembahasan hubungan transformator tiga phasa secara umum :

1. Hubungan Wye-wye (Y-Y)

Pada hubungan bintang-bintang, rasio tegangan fasa-fasa (L-L) pada primer dan sekunder adalah sama dengan rasio setiap trafo. Sehingga, tejadi pergeseran fasa sebesar 30° antara tegangan fasa-netral (L-N) dan tegangan fasa-fasa (L-L) pada sisi primer dan sekundernya.

Hubungan bintang-bintang ini akan sangat baik hanya jika pada kondisi beban seimbang. Karena, pada kondisi beban seimbang menyebabkan arus netral (IN) akan sama dengan nol. Dan apabila terjadi kondisi tidak seimbang maka akan ada arus netral yang kemudian dapat menyebabkan timbulnya rugi-rugi.

Hubungan Y-Y pada transformator tiga phasa dapat dilihat pada Gambar 2.14. Pada hubungan Y-Y, tegangan masing-masing primer phasa adalah :

...(2.36)

Tegangan phasa primer sebanding dengan tegangan phasa sekunder dan perbandingan belitan transformator maka, perbandingan antara tegangan primer dengan tegangan sekunder pada transformator hubungan Y-Y adalah :

...(2.37) N1R N1S N1T N2r N2s N2t R S T r s t

V1L V1ph V2ph

V2L R S T r s t N1R N1S N1T N2r N2s N2t V1L V 1ph V2ph V2L

Gambar 2.14 Transformator 3 phasa hubungan Y-Y.

2. Hubungan Wye-delta (Y-Δ)

Transformator hubungan Y-Δ, digunakan pada saluran transmisi sebagai penaik tegangan. Rasio antara sekunder dan primer tegangan fasa-fasa adalah 1/√3 kali rasio setiap trafo. Terjadi

sudut 30° antara tegangan fasa-fasa antara primer dan sekunder yang berarti bahwa trafo Y-Δ tidak bisa diparalelkan dengan trafo Y-Y atau trafo Δ-Δ. Hubungan transformator Y-Δ dapat dilihat pada Gambar 2.15. Pada hubungan ini tegangan kawat ke kawat primer sebanding dengan tegangan

phasa primer ( ), dan tegangan kawat ke kawat sekunder sama dengan tegangan

phasa ( ), sehingga diperoleh perbandingan tegangan pada hubungan Y-Δ adalah :

...(2.38) N1R N1S N1T N2r N2s N2t R S T r s t V1L V1ph

V2ph V2L

R S T r s t N1R N1S N1T N2r N2s N2t V1L V1ph

V2ph V2L

Gambar 2.15 Transformator 3 phasa hubungan Y-Δ. 3. Hubungan Delta-wye (Δ-Y)

Transformator hubungan Δ-Y, digunakan untuk menurunkan tegangan dari tegangan transmisi ke tegangan rendah. Transformator hubungan Δ-Y dapat dilihat pada Gambar 2.16. Pada hubungan Δ-Y, tegangan kawat ke kawat primer sama dengan tegangan phasa primer

( ), dan tegangan sisi sekundernya ( ), maka perbandingan tegangan

...(2.39) N1R N1S N1T N2r N2s N2t R S T r s t V1L V1ph

V2ph V2L

R S T r s t N1R N1S N1T N2r N2s N2t V1L V1ph V2ph V2L

Gambar 2.16 Transformator 3 phasa hubungan Δ-Y. 4. Hubungan Delta - delta (Δ-Δ)

Pada transformator hubungan Δ-Δ, tegangan kawat ke kawat dan tegangan phasa sama untuk sisi primer dan sekunder transformator (VRS = VST = VTR = VLN), maka perbandingan tegangannya

adalah :

...(2.40)

Sedangkan arus pada transformator hubungan Δ-Δ adalah :

...(2.41) Dimana :

IL = arus line to line IP = arus phasa

N1R N1S N1T N2r N2s N2t R S T r s t V1L

V1ph _{V2ph V}

2L R S T N1R N1S N1T V1L V1ph r s t N2r N2s N2t V2ph V2L

Gambar 2.17 Transformator 3 phasa hubungan Δ-Δ.

II.5 TRANSFORMATOR DISTRIBUSI

Transformator distribusi merupakan alat yang memegang peran penting dalam sistem distribusi.Transformator distribusi mengubah tegangan menengah menjadi tegangan rendah. .Transformator distribusi yang umum digunakan adalah transformator step-down 20KV/400V. Tegangan fasa ke fasa sistem jaringan tegangan rendah adalah 380V. Karena terjadi drop tegangan, maka pada rak tegangan rendah dibuat di atas 380V agar tegangan pada ujung penerima tidak lebih kecil dari 380V.

Pada kumparan primer akan mengalir arus jika kumparan primer dihubungkan ke sumber tegangan bolak-balik, sehingga pada inti tansformator yang terbuat dari bahan ferromagnet akan terbentuk sejumlah garis-garis gaya magnet (fluks = Ф).Karena arus yang mengalir merupakan arus bolak-balik, maka fluks yang terbentuk pada inti akan mempunyai arah dan jumlah yang berubah-ubah. Jika arus yang mengalir berbentuk sinusoidal, maka

fluks yang terjadi akan berbentuk sinusoidal pula. Karena fluks tersebut mengalir melalui inti yang mana pada inti tersebut terdapat belitan primer dan sekunder, maka pada belitan primer dan sekunder tersebut akan timbul ggl (gaya gerak listrik) induksi, tetapi arah ggl induksi primer berlawanan dengan arah ggl induksi sekunder. Sedangkan frekuensi masing-masing tegangan sama dengan frekuensi sumbernya.

MERK

FUSE CUT OUT CROSS ARM

TRAFO DISTRIBUSI

L.V.C

LIGHTNING ARRESTER CROSS ARM

KABEL OUTGOING JTR

KABEL INCOMING

II.6 PERHITUNGAN ARUS BEBAN PENUH,ARUS HUBUNG SINGKAT DAN LOSSES AKIBAT ADANYA ARUS NETRAL PADA PENGHANTAR NETRAL TRANSFORMATOR DISTRIBUSI

II.6.1.Perhitungan Arus Beban Penuh Dan Arus Hubung Singkat.

Telah diketahui bahwa daya transformator distribusi bila ditinjau dari sisi tegangan tinggi (primer) dapat dirumuskan sebagai berikut:

S = V I... ... ...(2.41) Dimana :

S = daya transformator (kVA)

V = teganagan sisi primer transformator ( kV) I = arus jala-jala (A)

Dengan demikian,untuk menghitung arus beban penuh (full load) dapat menggunakan rumus:

IFL = ...(2.42) Dimana:

IFL = arus beban penuh (A) S = daya transformator (kVA)

V = tegangan sisi sekunder transformator (kV)

Sedangkan untuk menghitung arus hubung singkat pada transformator digunakan rumus:

ISC = ...(2.43) Dimana

ISC = arus hubung singkat (A) S = daya transformator (kVA)

V = tegangan sisi sekunder transformator (kV) %Z = persen impedansi transformator

II.6.2 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, fasa T) mengalirlah arus di netral trafo.Arus yang mengalir pada penghantar netral trafo ini menyebabkan losses (rugi-rugi).Dan losses pada penghantral netral dapat dirumuskan sebagai berikut :

PN = IN 2 RN...(2.44) Dimana:

PN = losses pada penghantar netral trafo(Watt) IN = arus yang mengalir pada netral trafo(A)

BAB III

KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN

III.1 SISTEM DISTRIBUSI

Awalnya tenaga listrik dihasilkan di pusat-pusat pembangkit listrik seperti PLTA, PLTU, PLTG, PLTGU, PLTP dan PLTD dan yang lainnya, dengan tegangan yang pada umumnya merupakan tegangan menengah (TM) 6, 11, 20 kV. Pada umumnya pusat pembangkit tenaga listrik berada jauh dari pengguna tenaga listrik, untuk mentransmisikan tenaga listrik dari pembangkit ini, maka diperlukan penggunaan tegangan tinggi (TT) yaitu 70 kV, 150 kV, atau tegangan ekstra tinggi (TET) yaitu 500 kV untuk Jawa dan 275 kV untuk Sumut. Tegangan yang lebih tinggi ini diperoleh dengan transformator penaik tegangan (step up transformator).

Pemakaian tegangan tinggi ini diperlukan untuk berbagai alasan efisiensi, antara lain penggunaan penampang penghantar menjadi efisien, karena arus yang mengalir akan menjadi lebih kecil, ketika tegangan tinggi diterapkan.

Setelah saluran transmisi mendekati pusat pemakaian tenaga listrik, yang dapat merupakan suatu daerah industri atau suatu kota. Tegangan melalui gardu induk (GI) diturunkan menjadi tegangan menengah (TM) 20kV. Setiap gardu induk (GI) sesungguhnya merupakan pusat beban untuk suatu daerah pelanggan tertentu, bebannya berubah-ubah sepanjang waktu sehingga daya yang di bangkitkan dalam pusat-pusat listrik harus selalu berubah. Perubahan daya yang dilakukan di pusat pembangkit ini bertujuan untuk

mempertahankan tenaga listrik tetap pada frekuensi 50Hz. Proses perubahan ini dikoordinasikan dengan pusat pengaturan beban (P3B).

Tegangan menengah dari gardu induk (GI) ini melalui saluran distribusi primer, untuk disalurkan ke gardu-gardu distribusi (GD) atau pemakai tegangan menengah (TM). Dari saluran distribusi primer, tegangan menegah (TM) diturunkan menjadi tegangan rendah (TR) 220V/380 V melalui gardu distribusi (GD). Tegangan rendah dari gardu distribusi disalurkan melalui saluran tegangan rendah ke konsumen tegangan rendah.

Pembangkit Listrik Transformator Penaik Transformator Penurun TM GI GI TT/TET

Ke Pemakai TM Ke GD

GD TM

TR

kWH meter

Instalasi Pemakai TR

Pembangkit Saluran Transmisi Saluran Distribusi Primer Saluran Distribusi Sekunder Utilisasi

Gambar 3.1. Sistem Tenaga Listrik

Pada Gambar 3.1 terlihat jelas bahwa arah mengalirnya enegi listrik berawal dari pusat tenaga listrik melalui saluran-saluran transmisi dan distribusi dan sampai pada instalasi pemakai yang merupakan unsur utilisasi.

Keterangan Gambar 2.1 :

TR = Tegangan Rendah

TM = Tegangan Menengah

TT = Tegangan Tinggi

TET = Tegangan Ekstra Tinggi

GI = Gardu Induk

GD = Gardu Distribusi

III.2 SISTEM TIGA PHASA

Kebanyakan sistem listrik dibangun dengan sistem tiga phasa. Hal tersebut didasarkan pada alasan-alasan ekonomi dan kestabilan aliran daya pada beban. Alasan ekonomi

sedikit. Sedangkan alasan kestabilan dikarenakan pada sistem tiga fase daya mengalir sebagai layaknya tiga buah sistem phasa tunggal, sehingga untuk peralatan dengan catu tiga phasa, daya sistem akan lebih stabil bila dibandingkan dengan peralatan dengan sistem satu phasa. Sistem tiga phasa atau sistem phasa banyak lainnya, secara umum akan memunculkan sistem yang lebih kompleks, akan tetapi secara prinsip untuk analisa, sistem tetap mudah

dilaksanakan.

Sedangkan bentuk gelombang dari sistem tiga phasa yang merupakan fungsi waktu ditunjukkan pada Gambar 3.2 dibawah ini :

VR VS VT VP -VP 0,5 -0,5

Gambar 3.2 Bentuk Gelombang Pada Sistem Tiga Phasa

Vr = V cos ωt (Volt) ... ...( 3.1 )

Vs = V cos (ωt – ) (Volt) ... ...( 3.2 )

Vt = V cos (ωt + ) (Volt) ... ...( 3.3 ) Pada Gambar 3.2 terlihat bahwa antara tegangan phasa satu dengan yang lainnya mempunyai perbedaan phasa sebesar 120o atau 2/3. Pada umumnya phasa dengan sudut phasa 0o disebut dengan phasa R, phasa dengan sudut phasa 120o disebut phasa S dan phasa dengan sudut phasa 240o disebut dengan phasa T. Perbedaaan sudut phasa tersebut pada pembangkit dimulai dari adanya kumparan yang masing-masing tersebar secara terpisah dengan jarak 120o.

II1.2.1 Sistem Y Dan Delta

Sistem Y merupakan sistem sambungan pada sistem tiga phasa yang menggunakan empat kawat, yaitu fase R, S, T dan N. Sistem sambungan tersebut akan menyerupai huruf Y, yang memiliki empat titik sambungan yaitu pada ujung-ujung huruf dan pada titik pertemuan antara tiga garis pembentuk huruf. Sistem Y dapat digambarkan dengan skema pada Gambar 3.3.

ZT

ZR ZS

R S T (a) ZTR R S T ZRS ZST (b)

Sistem hubungan atau sambungan Y, sering juga disebut sebagai hubungan bintang. Sedangkan pada sistem yang lain yang disebut sebagai sistem Delta, hanya menggunakan phasa R, S dan T untuk hubungan dari sumber ke beban terlihat pada Gambar 3.3. Tegangan efektif antar phasa umumnya adalah 380 V dan tegangan efektif phasa dengan netral adalah 220 V.

Pada sistem Delta, bila tiga buah beban dengan impedansi yang sama disambungkan pada sumber tiga phasa, maka arus di dalam ketiga impedansai akan sama besar tetapi terpisah dengan sudut sebesar 120o, dan dikenal dengan arus phasa atau arus beban. Untuk keadaan yang demikian, maka dalam rangkaian akan berlaku :

Vph = VL (Volt) ... ...( 3.4 ) Iph = (Ampere) ... ...( 3.5 ) Untuk sumber dan beban yang tersambung bintang (star) atau Y, hubungan antara besaran listriknya adalah sebagai berikut :

Vph = (Volt) ... ...( 3.6 ) I ph = I L (Ampere) ... ...( 3.7 ) III.3 KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN

III.3.1 Pengertian Tentang Beban Tidak Seimbang

Yang dimaksud dengan keadaan seimbang adalah suatu kedaan dimana:

• Ketiga vektor arus / tegangan adalah sama besar

• Ketiga vektor saling membentuk sudut 1200 satu sama lain

Seperti yang terlihat pada gambar 2.4 di bawah ini:

Gambar 3.4 Vektor Diagram Arus Keadaan Setimbang Dari gambar di atas menunjukkan vektor diagram arus dalam keadaan

setimbang.Disini terlihat bahwa penjumlahan ketiga vektor arusnya (IR IS IT) adalah sama

dengan nol sehingga tidak muncul arus netral.

Sedangkan yang dimaksud dengan keadaan tidak setimbang adalah keadaan dimana salah satu atau kedua syarat keadaan setimbang tidak terpenuhi.kemungkinan keadaan tidak setimbang ada tiga yaitu

1. Ketiga vektor sama besar tetapi tidak membentuk sudut 1200 satu sama lain. 2. Ketiga vektor tidak sama besar tetapi membentuk sudut 1200 satu sama lain 3. Ketiga vektor tidak sama besar dan tidak membentuk sudut 1200 satu sama

lain.

Seperti yang terlihat pada gambar 2.5 di bawah ini:

Gambar 3.5 Vektor Diagram Arus Keadaan Tidak Setimbang

Dari gambar di atas menunjukkan vektor diagram arus dalam keadaan tidak setimbang.Disini terlihat bahwa penjumlahan ketiga vektor arusnya (IR IS IT) adalah tidak sama dengan nol sehingga muncul suatu besaran yaitu arus netral (IT) yang besarnya bergantung pada seberapa besar faktor ketidakseimbangannya.

III.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 akan muncul jika :

a. Kondisi beban tidak seimbang

b. Karena adanya Arus harmonisa akibat dari beban non-linear.

Arus yang mengalir pada kawat netral yang merupakan arus balik untuk sistem distribusi tiga fasa empat kawat adalah penjumlahan vektor dari ketiga arus fasa dalam komponen simetris.

III.4.1 Arus Netral Karena Beban Tak 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... ( 3.8 ) Ib = a² I1 + a I2 + Io... ( 3.9 ) Ic = a I1 + a² I2 + Io... (3.10)

Dengan tiga langkah yang telah dijabarkan dalam menentukan tegangan urutan positif, urutan negatif, 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 ) ……… ( 3.11 ) I2 = 1/3 ( Ia + a² Ib + a Ic ) ……… ( 3.12 ) I0 = 1/3 ( Ia + Ib + Ic ) ………( 3.13) Disini terlihat bahwa arus urutan nol ( Io ) adalah merupakan sepertigadari arus netral atau arus baliknya 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, jadi :

Ia + Ib + Ic = IN. ………..…....( 3.14 ) Dengan mensubsttusikan persamaan ( 3.13) ke ( 3.14 ) diperoleh :

IN = 3 Iao... ...( 3.15 ) Dalam sistem tiga fasa empat kawat ini jumlah arus saluran sama dengan arus netral yang kembali lewat kawat netral. Jika arus-arus fasanya seimbang maka arus netralnya akan bernilai nol, tapi jika arus-arus fasanya tidak seimbang akibat pembebanan yang tak

seimbang, maka akan ada arus yang mengalir dikawat netral sistem ( Arus netral akan mempunyai nilai dalam arti tidak nol ).

. III.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. [I] Cos φ………..… (3.16)

Daya yang sampai pada 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 terlihat pada gambar 2.6 di bawah ini:

v

jIX

V’ IR

V.Cos φ’

V Cos φ

φ’ φ

Gambar 3.6 diagaram fasor tegangan saluran Daya Model Fasa Tunggal. Model ini dibuat dengan asumsi arus pemuatan kapasitif pada saluran cukup kecil sehingga dapat diabaikan .Dengan demikian besarnya arus di 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’……… (3.17) Selisih antara P pada persamaan (3.15) dan P’ pada persamaan (3.16) memberikan susut daya saluran ,yaitu:

Pl = P – P’……… (3.18)

= 3. [I] Cos φ - 3 [V’] [I] Cos φ……… (3.19) = 3 [I] { [V]Cos φ - 3 [V’] [I] Cos φ’}……….. (3.20) Sementara itu dari gambar 2.6 memperlihatkan bahwa :

{ [V]Cos φ - 3 [V’] [I] Cos φ’} = [I] R……….. (3.21) Dengan R adalah tahanan kawat penghantar tiap fasa.Oleh karena itu persamaan (3.20) berubah menjadi:

Pl = 3 [I]2 R……… (3.22)

. III.4.3 Penyaluran dan Susut Daya Pada Keadaan Arus Tidak seimbang Jika ] adalah besaran arus fasa dalam penyaluran daya sebesar P pada keadaan seimbang , maka pada penyaluran daya yang sama tetapi tidak seimbang besarnya arus besarnya arus – arus fasa dapat dinyatakan dengan koefisien a,b dan c adalah sebagai berikut:

[IR] = a [ I] ………. (3.23)

[IS] = b [ I] ………. (3.24)

[IT]= c [ I] ……… (3.25)

Dengan IS,IRdan ITberturut-turut adalah arus fasa R,S dan T.Telah disebutkan di atas bahwa faktor daya diketiga fasa dianggap sama walaupun besarnya arus berbeda.Dengan anggapan seperti ini besarnya daya yang disalurkan dapat dinyatakan sebagai:

Apabila persamaan (3.25) dan persamaan (3.15) menyatakan daya yang besarnya sama, maka dari kedua persamaan tersebut dapat diperoleh persyaratan koefisien a,b dan c adalah:

a + b + c = 3……… (3.27)

Dengan anggapan yang sama ,arus yang mengalir di penghantar netral dapat dinyatakan sebagai :

IN = IS + IR + IT………. (3.28) = [I] { a + b cos (-120) + j.bsin(-120) + c cos(-120) + j.csin(120)} ……… (3.29) = [I] {a – (b + c) / 2 + j.(c - b) / 2}……… (3.30) Susut daya saluran adalah jumlah susut pada pengahantar fasa dan penghantar netral adalah :

Pl ‘ = { [IR]2 + [IS]2 + [IT]2 } + [IN]2.RN……… (3.31) = (a2 +b2 +c2) [I]2 R + (a2+b2+c2-ab-ac-bc) [IN]2.RN……… (3.32) Dengan RN adalah adalah tahanan pengahantar netral.

Apabila persamaan (3.19) disubsitusikan ke persamaan (3.24) maka akan diperoleh Pl ‘= {9-2(ab + ac + bc)}. [I]2 R + {9-3(ab + ac + bc }.[IN]2.RN………. (3.33) Persamaan (3.32) ini adalah persamaan susut daya saluran untuk saluran dengan pengahantar netral.Apabila tidak ada penghantar netral maka suku kedua ruas kanan akan hilang sehingga susut daya akan menjadi:

Pl ‘= {9-2(ab + ac + bc)}. [I]2 R……… (3.34) . III.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

P(Watt)

Q(VAr)

S(VA)

Cos φ

Dimana:

Daya Semu = V.I (VA) ……… (3.35) Daya Aktif = V.I Cos φ (Watt) ………(3.36) Daya Aktif = V.I Sin φ (VAr) ……… (3.37) III.5 LOSSES PADA JARINGAN DISTRIBUSI

Yang dimaksud losses adalah perbedaan antara energi listrik yang disalurkan (Ps) dengan energi listrik yang terpakai (Pp).

Losses =

× 100%……….

3.38)

Dimana : Ps = Energi yang disalurkan (watt) Pp = Energi yang terpakai (watt) III.5.1 Losses Pada Penghantar Phasa

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. Rugi-rugi dengan beban terpusat di ujung dirumuskan:

△V = I (R cos φ + X sin φ) l……… (3.39 ) △P = 3 I2 R l……… (3.40) Dengan :

I = Arus per phasa (Ampere)

R = Tahanan pada penghantar (Ohm / km) X = Reaktansi pada penghantar (Ohm / km) Cos φ = Faktor daya beban

l = Panjang penghantar (km) III.5.2 Losses Akibat Beban Tidak Seimbang

Akibat pembebanan di tiap phasa yang tidak seimbang, maka akan mengalir arus pada hantaran netral. Jika di hantaran pentanahan netral terdapat nilai tahanan dan dialiri arus, maka kawat 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:

P = IN 2 RN………(3.41 )

Dimana

P = losses yang timbul pada konektor (watt)

IN = arus yang mengalir melalui kawat netral (ampere) RN = tahanan pada kawat netral (ohm)

III.5.3 Losses Pada Sambungan Tidak Baik

Losses ini terjadi karena di sepanjang jaringan tegangan rendah terdapat beberapa sambungan, antara lain :

2. Percabangan saluran jaringan tegangan rendah. 3. Percabangan untuk sambungan pelayanan.

I I

R _R

Gambar 3.8. Sambungan Kabel Besarnya rugi-rugi daya pada sambungan dirumuskan :

P = I2 R ……….. ... ( 3.41) Dimana

P = losses yang timbul pada konektor (watt) I = arus yang mengalir melalui konektor (ampere) R = tahanan konektor (ohm)

BAB IV

ANALISA PENGARUH KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN TERHADAP

ARUS NETRAL DAN LOSSES PADA TRANSFORMATOR DISTRIBUSI

IV.1 UMUM

Transformator distribusi merupakan suatu alat yang memegang peranan penting dalam sistem distribusi daya listrik. Transformator distribusi digunakan untuk membagi /menyalurkan arus atau energi listrik dengan tegangan distribusi supaya jumlah energi yang tercecer dan hilang sia-sia diperjalanan tidak terlalu banyak.

Pada tugas akhir ini akan dibahas salah satu rugi-rugi yang disebabkan oleh arus netral sebagai akibat dari pembebanan yang tidak seimbang di setiap fasa.Dan penelitian tugas akhir ini dilakukan dengan survei lapangan dan mengambil data serta mencatat data-data yang dianggap perlu dari PLN Cabang Medan.

IV.2 PERSAMAAN-PERSAMAAN YANG DIGUNAKAN DALAM PERHITUNGAN Persamaan-persamaan yang digunakan untuk menganalisa pengaruh

ketidakseimbangan beban terhadap arus netral dan losses pada transformator distribusi adalah sebagai berikut:

IV.2.1.Perhitungan Arus Beban Penuh Dan Arus Hubung Singkat.

Telah diketahui bahwa daya transformator distribusi bila ditinjau dari sisi tegangan tinggi (primer) dapat dirumuskan sebagai berikut:

S = V I... ...(4.1)

Dimana :

S = daya transformator (kVA)

V = teganagan sisi primer transformator ( kV) I = arus jala-jala (A)

Dengan demikian,untuk menghitung arus beban penuh (full load) dapat menggunakan rumus:

IFL = ...(4.2) Dimana:

IFL = arus beban penuh (A) S = daya transformator (kVA)

V = tegangan sisi sekunder transformator (kV)

Sedangkan untuk menghitung arus hubung singkat pada transformator digunakan rumus:

ISC = ...(4.3) Dimana

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:

I% = ... (4.4) Dimana

IFASA = arus fasa (A)

IFL = arus beban penuh (A)

IV.2.2 Perhitungan Ketidakseimbagan Beban

Dimana besarnya arus fasa dalam keadaan dalam keadaan seimbang (I) sama dengan besarnya arus rata-rata,maka koefisien a,b dan c diperoleh dengan:

a =

.

...(4.6)

b =

...(4.7)

c = ...(4.8) Pada keadaan seimbang ,besarnya koefisien a,b dan c adalah 1.Dengan demikain rata-rata ketidakseimbangan beban (dalam %) adalah:

=

...(4.9)

IV.2.3 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, fasa T) mengalirlah arus di netral trafo.Arus yang mengalir pada penghantar netral trafo ini menyebabkan losses (rugi-rugi).Dan losses pada penghantral netral dapat dirumuskan sebagai berikut :

PN = IN 2 RN...(4.10) Dimana:

PN = losses pada penghantar netral trafo(Watt) IN = arus yang mengalir pada netral trafo(A) RN = tahanan penghantar netral trafo (Ω)

RN = L...(4.11) Dengan L = Panjang penghantar (m)

Sedangkan persentase losses (rugi-rugi) yang mengalir di penghantar netral adalah

% P

N = × 100 %...(4.12) Dengan

P = S Cos φ ...(4.13) Dimana

S = Daya transformator (kVA)

Cos φ = Faktor daya

IV.3 DATA TEKNIS TRANSFORMATOR DISTRIBUSI DAN DATA HASIL UKUR PEMBEBANAN TRANSFORMATOR DISTRIBUSI.

Gambar 4.1Trafo Distribusi 250 kVA di Jl.Polonia Uj.Simp B. Desa(Kawasan Perumahan)

Tabel 4.1 Trafo Distribusi 250 kVA di Jl.Polonia Uj.Simp Balai Desa (Kawasan Perumahan)

Nama Pabrik TRAFINDO

Daya 250 kVA

Fasa 3

Posisi Tap 3/5

Tegangan Primer L-L(kV) 20 kV

Tegangan Sekunder L-L (V) 400 V

Arus Primer (A) 7.2 A

Arus Sekunder (A) 360.8 A

Vektor Group DYN5

Impedansi(%) 4.62 %

Kabel Incoming NYY 120 mm2

Gambar 4.2 Trafo Distribusi 250 kVA di Jl.K.Api / Jl.A.Yani (Kawasan Bisnis)

Tabel 4.2 Trafo Distribusi 250 kVA di Jl.K.Api / Jl.A.Yani (Kawasan Bisnis)

Nama Pabrik M0RAWA

Daya 250 kVA

Fasa 3

Posisi Tap 3/5

Tegangan Primer L-L(kV) 20 kV

Tegangan Sekunder L-L (V) 400 V

Arus Primer (A) 7 A

Arus Sekunder (A) 380 A

Vektor Group DYN5

Impedansi(%) 4.62 %

Kabel Incoming NYY 150 mm2

Gambar 4.3 Trafo Distribusi 250 kVA di Jl.P.Diponegoro (Kawasan Perumahan dan Bisnis)

Tabel 4.3 Trafo Distribusi 250 kVA di Jl.P.Diponegoro (Kawasan Perumahan dan Bisnis)

Nama Pabrik UNINDO

Daya 250 kVA

Fasa 3

Posisi Tap 3/5

Tegangan Primer L-L(kV) 20 kV

Tegangan Sekunder L-L (V) 400 V

Arus Primer (A) 7 A

Arus Sekunder (A) 380 A

Vektor Group DYN5

Impedansi(%) 4.62 %

Kabel Incoming NYY 95 mm2

Kabel Outgoing NYY 70 mm2

1. Trafo Distribusi 250 kVA di Jl.Polonia Uj.Simp Balai Desa (Kawasan Perumahan)

20 kV

Fuse CO LA

250 kVA 20 kV Dyn

5

Jurusan Utara Jurusan Barat 1

380 V 3 fasa

NH Fuse

NH Fuse NH Fuse

Jurusan Barat NH Fuse

Gambar 4.4 Single Line Trafo Distribusi 250kV di Jl.Polonia Uj.Simp Balai Desa Tabel 4.4 Data Pembebanan Trafo Distribusi 250kVA di Jl.Polonia Uj.Simp Balai

Desa Pada Siang hari.

LWBP JURUSAN

(SIANG HARI) UTARA BARAT BARAT 1

R (Amp) 78 81 54

S (Amp) 84 73 74

T (Amp) 108 46 46

N (Amp) 30 33 27

Uj.Simp Balai Desa Pada Malam hari.

WBP JURUSAN

(MALAMHARI) UTARA BARAT BARAT 1

R (Amp) 67 165 68

S (Amp) 99 132 59

T (Amp) 140 59 74

N (Amp) 62 90 17

2. Trafo Distribusi 250 kVA di Jl.K.Api/ JL.A.Yani (Kawasan Bisnis)

Fuse CO

250 kVA 20 kV Dyn

5

Jurusan utara Jurusan selatan 380 V

3 fasa

NH Fuse

NH Fuse NH Fuse

Gambar 4.5 Single Line Trafo Distribusi 250kV di Jl. K.Api/ Jl.A.Yani

LWBP JURUSAN

(SIANG HARI) UTARA SELATAN

R (Amp) 108 160

S (Amp) 117 187

T (Amp) 100 80

N (Amp) 17 80

Tabel 4.7 Data Pembebanan Trafo Distribusi 250kVA di Jl.K.Api Pada Malam hari.

WBP JURUSAN

(MALAM HARI) UTARA SELATAN

R (Amp) 7 22

S (Amp) 8 18

T (Amp) 8 24

N (Amp) 2 7

20 kV

Fuse CO

LA

250 kVA 20 kV Dyn

5

Jurusan utara Jurusan selatan 380 V

3 fasa

NH Fuse

NH Fuse NH Fuse

Gambar 4.6 Single Line Trafo Distribusi 250kV di Jl.P.Diponegoro

Tabel 4.8 Data Pembebanan Trafo Distribusi 250kVA di Jl..P.Diponegoro Pada Siang hari.

WBP JURUSAN

(SIANG HARI) UTARA SELATAN

R (Amp) 185 30

S (Amp) 155 25

T (Amp) 128 30

N (Amp) 53 7

Tabel 4.9 Data Pembebanan Trafo Distribusi 250kVA di Jl..P.Diponegoro Pada Malam hari.

(MALAM HARI) UTARA SELATAN

R (Amp) 120 60

S (Amp) 135 40

T (Amp) 90 50

N (Amp) 40 20

IV.4 ANALISA DATA

IV.4.1 Analisa Pembebanan Trafo Distribusi

IV.4.1.1.Menentukan Fuse Cut Out,NH Fuse Dan Arus Hubung Singkat.

1. Untuk menentukan besarnya Fuse Cut Out maka dihitung besarnya arus jala-jala dengan menggunakan persamaan:

S = V I

250 kVA = . 20kV. I

I = I = 7,22 A

Fuse Cut Out yang dipilih sesuai SPLN adalah Fuse Link Type dengan rating 8A.

2. Untuk menentukan besarnya NH Fuse,maka harus dihitung besarnya arus beban

penuh (full load) dengan menggunakan persamaan:

IFL =

IFL =

IFL = 360,84 A

NH Fuse yang dipilih sesuai SPLN adalah NH Fuse dengan rating 400 A untuk jurusan utama(incoming).

3. Besar arus hubung singkat (short circuit) dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan:

ISC =

ISC =

ISC = 7.810,47 A

4. Menentukan Persentase Pembebanan Trafo Distribusi

1. Trafo Distribusi 250kVA di JL.Polonia Uj.Sp.B.Desa (kawasan Perumahan)

a. Pengukuran Siang Hari:

∑ IR = 213 A ∑ IS = 231 A ∑ IT = 200 A

Persentase pembebanannya adalah I% =

 100 = 59,02

 100 =

 100 = 55,42

Jadi rata-rata persentase pembebanannya adalah

=

= 59,48 %

b. Pengukuran Malam Hari:

∑ IS = 290 A ∑ IT = 273 A

Persentase pembebanannya adalah I% =

 100 = 83,13

 100 =

 100 = 75,65

Jadi rata-rata persentase pembebanannya adalah

=

= 79,99 %

2. Trafo Distribusi 250 kVA di Jl.K.Api/Jl.A.Yani(Kawasan Bisnis)

a. Pengukuran Siang Hari:

∑ IR = 268 A ∑ IS = 304 A ∑ IT = 180 A

Persentase pembebanannya adalah I% =

 100 = 74,27

 100 =

 100 = 49,88

=

b. Pengukuran Malam Hari:

∑ IR = 29 A ∑ IS = 26 A ∑ IT = 32A

Persentase pembebanannya adalah I% =

 100 = 80,36

 100 =

 100 = 8,78

Jadi rata-rata persentase pembebanannya adalah

=

= 8,13%

3. Trafo Distribusi 250 kVA di JL.P.Diponegoro (Perumahan dan Bisnis)

a. Pengukuran Siang Hari:

∑ IR = 215A ∑ IS = 180 A ∑ IT = 158 A

 100 = 59,58

 100 =

 100 = 43,78

Jadi rata-rata persentase pembebanannya adalah

= = 51,08 %

b. Pengukuran Malam Hari:

∑ IR = 200 A ∑ IS = 175 A ∑ IT = 140 A

Persentase pembebanannya adalah

I% =

 100 = 49,88

 100 =

 100 = 38,79

Jadi rata-rata persentase pembebanannya adalah

=

= 43,45%

Lokasi Trafo Kawasan (Jenis Pelanggan)

Pembebanan

SiangHari(%) MalamHari(%)

JL.PoloniaUj.Simp Balai Desa Perumahan 59,48 79,99

Jl.K.Api/Jl.A.Yani Bisnis 69,52 8,13

JL.P.Diponegoro Perumahan Dan Bisnis 51,08 45,72

Pada tabel terlihat bahwa persentase pembebanan untuk kawasan perumahan paling tinggi pada malam hari(WBP),untuk kawasan bisnis paling tinggi pada siang hari (LWBP),sedangkan untuk kawasan perumahan dan bisnis relatif berimbang.

IV.4.2 Analisa Ketidakseimbangan Beban Pada Trafo Distribusi

IV.4.2.1 Trafo Distribusi 250 kVA di JL.Polonia Uj.Simp Balai Desa(Perumahan)

1. Jurusan Outgoing Utara a. Pengukuran Siang Hari:

IR = 78 A

IS = 84 A

IT = 108 A

Dari data pengukuran,dapat dicari arus rata-rata(IRATA-RATA) yaitu:

IRATA-RATA

=

IRATA-RATA = = 90 A

Dengan demikian koefisien a,b dan c diperoleh sebagai berikut:

a = = = 0,87

c = = = 1,2

Pada keadaan seimbang ,besarnya koefisien a,b dan adalah 1,dengan demikian rata-rata ketidakseimbangan beban (%) adalah

=

= =

13,33 %

b. Pengukuran Malam Hari: IR = 67 A

IS = 99 A

IT = 140 A

Dari data pengukuran,dapat dicari arus rata-rata(IRATA-RATA) yaitu:

IRATA-RATA

=

IRATA-RATA = = 102A

Dengan demikian koefisien a,b dan c diperoleh sebagai berikut:

a = = = 0,66

b =

= = 0,97

c = = = 1,37

Pada keadaan seimbang ,besarnya koefisien a,b dan adalah 1,dengan demikian rata-rata ketidakseimbangan beban (%) adalah

=

= 23,67 %

2. Jurusan Outgoing Barat

a. Pengukuran Siang Hari: IR = 81 A

IS = 73 A

IT = 46 A

Dari data pengukuran,dapat dicari arus rata-rata(IRATA-RATA) yaitu:

IRATA-RATA

=

IRATA-RATA = = 66,67A

Dengan demikian koefisien a,b dan c diperoleh sebagai berikut:

a = = = 1,21

b =

= = 1,09

c = = = 0,66

Pada keadaan seimbang ,besarnya koefisien a,b dan adalah 1,dengan demikian rata-rata ketidakseimbangan beban (%) adalah

=

=

b. Pengukuran Malam Hari: IR = 165 A

IS = 132 A

IT = 59 A

Dari data pengukuran,dapat dicari arus rata-rata(IRATA-RATA) yaitu:

IRATA-RATA

=

IRATA-RATA = = 118,67A

Dengan demikian koefisien a,b dan c diperoleh sebagai berikut:

a = = = 1,39

b =

= = 1,11

c = = = 0,50

Pada keadaan seimbang ,besarnya koefisien a,b dan adalah 1,dengan demikian rata-rata ketidakseimbangan beban (%) adalah

=

= =

33,33%

3. Jurusan Outgoing Barat 1 a. Pengukuran Siang Hari:

IS = 74 A

IT = 46 A

Dari data pengukuran,dapat dicari arus rata-rata(IRATA-RATA) yaitu:

IRATA-RATA

=

IRATA-RATA = = 58A

Dengan demikian koefisien a,b dan c diperoleh sebagai berikut:

a = = = 0,93

b =

= = 1,29

c = = = 0,79

Pada keadaan seimbang ,besarnya koefisien a,b dan adalah 1,dengan demikian rata-rata ketidakseimbangan beban (%) adalah

=

= =

18,67%

a. Pengukuran Malam Hari: IR = 68 A

IS = 59 A

IT = 74 A

Dari data pengukuran,dapat dicari arus rata-rata(IRATA-RATA) yaitu:

IRATA-RATA = = 67A

Dengan demikian koefisien a,b dan c diperoleh sebagai berikut:

a = = = 1,01

b = = = 0,88

c = = = 1,10

Pada keadaan seimbang ,besarnya koefisien a,b dan adalah 1,dengan demikian rata-rata ketidakseimbangan beban (%) adalah

=

= =

7,67%

Sehingga persentase ketidakseimbangan beban trafo distribusi di JL.Polonia Uj.Simp Balai Desa (Kawasan Perumahan) pada siang hari (LWBP) yaitu:

=

= 16,89 %

Sedangkan persentase ketidakseimbangan beban trafo distribusi di JL.Polonia Uj.Simp Balai Desa (Kawasan Perumahan) pada malam hari (WBP) yaitu:

=

IV.4.2.2 Trafo Distribusi 250 kVA di Jl.K.Api/Jl.A.Yani (Kawasan Bisnis)

1. Jurusan Outgoing Utara

a. Pengukuran Siang Hari: IR = 108 A

IS = 117 A

IT = 100 A

Dari data pengukuran,dapat dicari arus rata-rata(IRATA-RATA) yaitu:

IRATA-RATA

=

IRATA-RATA = = 108,3 A

Dengan demikian koefisien a,b dan c diperoleh sebagai berikut:

a = = = 0,99

b =

= = 1,08

c = = = 0,92

Pada keadaan seimbang ,besarnya koefisien a,b dan adalah 1,dengan demikian rata-rata ketidakseimbangan beban (%) adalah

=

= =

5,67%

b. Pengukuran Malam Hari: IR = 7 A

IT = 8 A

Dari data pengukuran,dapat dicari arus rata-rata(IRATA-RATA) yaitu:

IRATA-RATA

=

IRATA-RATA = = 7,67 A

Dengan demikian koefisien a,b dan c diperoleh sebagai berikut:

a = = = 0,93

b =

= = 1,04

c = = = 1,04

Pada keadaan seimbang ,besarnya koefisien a,b dan adalah 1,dengan demikian rata-rata ketidakseimbangan beban (%) adalah

=

= =

5,67%

2. Jurusan Outgoing Selatan a. Pengukuran Siang Hari:

IR = 160A

IS = 187A

IT = 80 A

Dari data pengukuran,dapat dicari arus rata-rata(IRATA-RATA) yaitu:

IRATA-RATA = = 142,33A

Dengan demikian koefisien a,b dan c diperoleh sebagai berikut:

a = = = 1,12

b =

= = 1,31

c = = = 0,56

Pada keadaan seimbang ,besarnya koefisien a,b dan adalah 1,dengan demikian rata-rata ketidakseimbangan beban (%) adalah

=

= =

29%

b. Pengukuran Malam Hari: IR = 22A

IS = 18A

IT = 24 A

Dari data pengukuran,dapat dicari arus rata-rata(IRATA-RATA) yaitu:

IRATA-RATA

=

IRATA-RATA = = 21,33A

Dengan demikian koefisien a,b dan c diperoleh sebagai berikut:

b = =

= 0,84

c = =

= 1,13

Pada keadaan seimbang ,besarnya koefisien a,b dan adalah 1,dengan demikian rata-rata ketidakseimbangan beban (%) adalah

=

= =

10,67%

Sehingga persentase ketidakseimbangan beban trafo distribusi di JL.K.Api/Jl.A.Yani (Kawasan bisnis) pada siang hari (LWBP) yaitu:

=

= 17,33 %

Sedangkan persentase ketidakseimbangan beban trafo distribusi di JL.K.Api (Kawasan bisnis) pada Malam hari (WBP) yaitu:

=

= 8,17 %

IV.4.2.3Trafo Distribusi 250 kVA di Jl.P.Diponegoro (Kawasan Perumahan Bisnis)

1. Jurusan Outgoing Utara a. Pengukuran Siang Hari:

IR = 185 A

IT = 128 A

Dari data pengukuran,dapat dicari arus rata-rata(IRATA-RATA) yaitu:

IRATA-RATA

=

IRATA-RATA = = 156 A

Dengan demikian koefisien a,b dan c diperoleh sebagai berikut:

a = = = 1,19

b =

= = 0,99

c = = = 0,82

Pada keadaan seimbang ,besarnya koefisien a,b dan adalah 1,dengan demikian rata-rata ketidakseimbangan beban (%) adalah

=

= =

12,67%

b. Pengukuran Malam Hari: IR = 120 A

IS = 135A

IT = 90 A

Dari data pengukuran,dapat dicari arus rata-rata(IRATA-RATA) yaitu:

IRATA-RATA = = 115 A

Dengan demikian koefisien a,b dan c diperoleh sebagai berikut:

a = = = 1,04

b =

= = 1,17

c = = = 0,78

Pada keadaan seimbang ,besarnya koefisien a,b dan adalah 1,dengan demikian rata-rata ketidakseimbangan beban (%) adalah

=

= =

14,33%

2. Jurusan Outgoing Selatan a. Pengukuran Siang Hari:

IR = 30 A

IS = 25A

IT = 30A

Dari data pengukuran,dapat dicari arus rata-rata(IRATA-RATA) yaitu:

IRATA-RATA

=

IRATA-RATA = = 28,33A

a = = = 1,06

b =

= = 0,88

c = = = 1,06

Pada keadaan seimbang ,besarnya koefisien a,b dan adalah 1,dengan demikian rata-rata ketidakseimbangan beban (%) adalah

=

=

= 8 %

b. Pengukuran Malam Hari: IR = 60A

IS = 40A

IT = 50 A

Dari data pengukuran,dapat dicari arus rata-rata(IRATA-RATA) yaitu:

IRATA-RATA

=

IRATA-RATA = = 50A

Dengan demikian koefisien a,b dan c diperoleh sebagai berikut:

a = = = 1,20

c = = = 1,00

Pada keadaan seimbang ,besarnya koefisien a,b dan adalah 1,dengan demikian rata-rata ketidakseimbangan beban (%) adalah

=

=

= 13,30%

Sehingga persentase ketidakseimbangan beban trafo distribusi di JL.P.Diponegoro (Kawasan Perumahan dan bisnis) pada siang hari (LWBP) yaitu:

=

= 10,33 %

Sedangkan persentase ketidakseimbangan beban trafo distribusi di JL.P.Diponegoro. (Kawasan perumahan dan bisnis) pada Malam hari (WBP) yaitu:

=

= 13,81 %

Tabel 4.11 Persentase Ketidakseimbangan Beban Transformator Distribusi 250 kVA

Lokasi Trafo Kawasan

(Jenis Pelanggan)

Ketidakseimbangan beban SiangHari(%) MalamHari(%)

JL.PoloniaUj.Simp Balai Desa Perumahan 16,89 21,56

Jl.K.Api/Jl.A.Yani Bisnis 17,33 8,17

JL.P.Diponegoro Perumahan Dan Bisnis 10,33 13,81

Pada tabel terlihat bahwa persentase ketidakseimbangan beban tertinggi pada perumahan terjadi malam hari (WBP) ,pada kawasan bisnis terjadi pada siang hari (LWBP), sedangkan pada kawasan perumahan dan bisnis ketidakseimbangan beban relatif berimbang.

IV.4.3 Analisa Losses Akibat Adanya Arus Netral Pada Penghantar Netral

IV.4.3.1 Trafo Distribusi 250 kVA di Jl.Polonia Uj.Simp Balai Desa ( Kawasan Perumahan). 1. Jurusan Outgoing Utara

Kabel = NYY 70 mm2

L = 10 m

RN = 0,00268Ω

a. Pengukuran Siang Hari IN = 30 A

PN = (30A)2 0,00268 Ω = 2,412 W

b. .Pengukuran Malam Hari IN = 62 A

PN = (62 A)2 0,00268 Ω

= 10,3019W

2. Jurusan Outgoing Barat Kabel = NYY 70 mm2

L = 10 m

RN = 0,00268Ω

a. Pengukuran Siang Hari IN = 33 A

PN = (33)A2 0,00268 Ω = 2,9185W

b. .Pengukuran Malam Hari IN = 90 A

PN = (90A)2 0,00268 Ω = 21,708 W

3. Jurusan Outgoing Barat 1 Kabel = NYY 70 mm2

L = 10 m

RN = 0,00268Ω

a. Pengukuran Siang Hari IN = 27 A

PN = (27A)2 0,00268 Ω = 1,9537W

b. .Pengukuran Malam Hari IN = 17 A

PN = (17A)2 0,00268 Ω = 0,77452W

4. JTR Utara

Kabel = TIC 3 50 mm2 + 35 mm2

L = 80 m

RN = 0,07888Ω

a. Pengukuran Siang Hari IN = 30 A

PN = (30A)2 0,07888 Ω = 70,992W

b. Pengukuran Malam Hari IN = 62 A

PN = (62A)2 0,07888 Ω = 303,2147W

5. JTR Barat

Kabel = TIC 3 50 mm2 + 35 mm2

L = 160 m

RN = 0,15776Ω

a. Pengukuran Siang Hari IN = 33A

PN = (33A)2 0,15776 Ω = 171,80064W

b. .Pengukuran Malam Hari IN = 90A

PN = 90A2 0,15776 Ω = 1.277,8566 W 6. JTR Barat 1

Kabel = TIC 3 70mm2 + 50 mm2

L = 240 m

RN = 0,1656Ω

a. Pengukuran Siang Hari IN = 27A

PN = (27A)2 0,1656 Ω = 120,7224W b. .Pengukuran Malam Hari

IN = 17A

PN = (17A)2 0,1656 Ω = 47,8584W

Maka Losses total yang dihasilkan akibat arus netral pada penghantar netral pada pengukuran siang hari(LWBP) adalah

PN total = 2,412 W + 2,9185W + 1,9537W + 70,992W +171,80064W

+ 120,7224W = 370,79854W Sedangkan daya aktif trafo adalah

P = S Cos φ ; dimana dari data Cos φ = 0,9 = 250 kVA

= 225.000 W

Maka persentase losses akibat arus netral pada penghantar netral sebesar

% PN =

100 %

= 0,16%

Sedangkan Losses total yang dihasilkan akibat arus netral pada penghantar netral pada pengukuran malam hari(WBP) adalah

PN total = 10,3019W +21,708 W +0,77452 W + 303,2147W +1.277,8566 W +

47,8584W = 1.661,7134W Sedangkan daya aktif trafo adalah

P = S Cos φ ; dimana dari data Cos φ = 0,9 = 250 kVA

= 225.000 W

% PN =

100 %

= 0,73%

IV.4.3.2 Trafo Distribusi 250 kVA di Jl.K.Api/Jl.A.Yani (Kawasan Bisnis).

1. Jurusan Outgoing Utara Kabel = NYY 70 mm2

L = 10 m

RN = 0,00268Ω

a. Pengukuran Siang Hari IN = 17 A

PN = (17A)2 0,00268 Ω = 0,77452 W

b. .Pengukuran Malam Hari IN = 2 A

PN = (2A)2 0,00268 Ω = 0,01072W

2. Jurusan Outgoing Selatan Kabel = NYY 70 mm2

L = 10 m

RN = 0,00268Ω

a.Pengukuran Siang Hari IN = 80A

= 17,152 W

b. Pengukuran Malam Hari

IN = 7A

PN = (7A)2 0,00268 Ω = 0,13132W

3. JTR Utara

Kabel = TIC 3 70 mm2 + 50 mm2

L = 240 m

RN = 0,1656Ω

a. Pengukuran Siang Hari IN = 17 A

PN = 17A2 0,07888 Ω = 47,8484 W

b. Pengukuran Malam Hari IN = 2A

PN = (2A)2 0,07888 Ω

= 0,31552 W

4. JTR Selatan

Kabel = TIC 3 70 mm2 + 50 mm2

L = 280 m

RN = 0,1932 Ω

a.Pengukuran Siang Hari IN = 80 A

PN = 80A2 0,1932 Ω = 1.236,48 W

b.Pengukuran Malam Hari IN = 7 A

PN = (7A)2 0,1932 Ω = 9,4668 W

Maka Losses total yang dihasilkan akibat arus netral pada penghantar netral pada pengukuran siang hari(LWBP) adalah

PN total = 0,77452 W + 17,152 W + 47,8484 W +1.236,48 W

= 1302,7602 W Sedangkan daya aktif trafo adalah

P = S Cos φ ; dimana dari data Cos φ = 0,9 = 250 kVA

= 225.000 W

Maka persentase losses akibat arus netral pada penghantar netral sebesar

% PN = 100 %

= 0,57%

Sedangkan Losses total yang dihasilkan akibat arus netral pada penghantar netral pada pengukuran malam hari(WBP) adalah

PN total = 0,01072W +0,13132W+0,31552 W + 9,4668 W

= 9,92436W Sedangkan daya aktif trafo adalah

P = S Cos φ ; dimana dari data Cos φ = 0,9 = 250 kVA

= 225.000 W

% PN = 100 %

= 0,0044%

IV.4.3.3 Trafo Distribusi 250 kVA di Jl.P.Diponegoro (Kawasan Perumahan Dan Bisnis). 1. Jurusan Outgoing Utara

Kabel = NYY 70 mm2

L = 10 m

RN = 0,00268Ω

a. Pengukuran Siang Hari IN = 53 A

PN =( 53A)2 0,00268 Ω = 7,52812W

b. Pengukuran Malam Hari IN = 40A

PN = (40A)2 0,00268 Ω = 4,288 W

2. Jurusan Outgoing Selatan Kabel = NYY 70 mm2

L = 10 m

RN = 0,00268Ω

a. Pengukuran Siang Hari IN = 7A

PN =( 7A)2 0,00268 Ω

= 0,13132W

IN = 20A

PN = (20A)2 0,00268 Ω = 1,072 W

3. JTR Utara

Kabel = TIC 3 70 mm2 + 50 mm2

L = 240 m

RN = 0,1656Ω

a.Pengukuran Siang Hari IN = 53 A

PN = (53A)2 0,07888 Ω = 221,57392 W b.Pengukuran Malam Hari

IN = 40 A

PN = (40A)2 0,07888 Ω = 126,208W

4. JTR Selatan

Kabel = TIC 3 70 mm2 + 50 mm2

L = 280 m

RN = 0,1932 Ω

a. Pengukuran Siang Hari IN = 7 A

PN = (7A)2 0,1932 Ω = 9,4668W

b. Pengukuran Malam Hari IN = 20A

PN = (20A)2 0,1932 Ω

= 77,28W

Maka Losses total yang dihasilkan akibat arus netral pada penghantar netral pada pengukuran siang hari(LWBP) adalah

PN total = 7,52812W + 0,13132W + 221,57392 W +9,4668W

= 238,70016W

Sedangkan daya aktif trafo adalah

P = S Cos φ ; dimana dari data Cos φ = 0,9 = 250 kVA

= 225.000 W

Maka persentase losses akibat arus netral pada penghantar netral sebesar % PN =

100 %

= 0,10%

Sedangkan Losses total yang dihasilkan akibat arus netral pada penghantar netral pada pengukuran malam hari (WBP) adalah

PN total = 4,288 W+ 1,072 W + 126,208W+ 77,28W

= 208,848 W Sedangkan daya aktif trafo adalah

P = S Cos φ ; dimana dari data Cos φ = 0,9 = 250 kVA

= 225.000 W

Maka persentase losses akibat arus netral pada penghantar netral sebesar

= 0,09%

Tabel 4.12 Persentase Losses(PN )Transformator Distribusi 250 kVA

Lokasi Trafo Kawasan

(Jenis Pelanggan)

Losses(PN)

SiangHari(%) MalamHari(%)

JL.PoloniaUj.Simp Balai Desa Perumahan 0,16 0,73

Jl.K.Api/Jl.A.Yani Bisnis 0,57 0,004

JL.P.Diponegoro Perumahan Dan Bisnis 0,10 0,09

Dari tabel di atas terlihat bahwa persentase losses (PN) untuk kawasan perumahan

paling tinggi pada malam hari(WBP),untuk kawasan bisnis paling tinggi pada siang hari (LWBP),sedangkan untuk kawasan perumahan dan bisnis relatif berimbang.

BAB V

PENUTUP

IN = 20A

PN = (20A)2 0,00268 Ω = 1,072 W

3. JTR Utara

Kabel = TIC 3 70 mm2 + 50 mm2

L = 240 m

RN = 0,1656Ω a.Pengukuran Siang Hari

IN = 53 A

PN = (53A)2 0,07888 Ω = 221,57392 W b.Pengukuran Malam Hari

IN = 40 A

PN = (40A)2 0,07888 Ω = 126,208W

4. JTR Selatan

Kabel = TIC 3 70 mm2 + 50 mm2

L = 280 m

RN = 0,1932 Ω a. Pengukuran Siang Hari

IN = 7 A

PN = (7A)2 0,1932 Ω = 9,4668W

b. Pengukuran Malam Hari I = 20A

PN = (20A)2 0,1932 Ω

= 77,28W

Maka Losses total yang dihasilkan akibat arus netral pada penghantar netral pada pengukuran siang hari(LWBP) adalah

PN total = 7,52812W + 0,13132W + 221,57392 W +9,4668W

= 238,70016W

Sedangkan daya aktif trafo adalah

P = S Cos φ ; dimana dari data Cos φ = 0,9

= 250 kVA = 225.000 W

Maka persentase losses akibat arus netral pada penghantar netral sebesar

% PN =

100 %

= 0,10%

Sedangkan Losses total yang dihasilkan akibat arus netral pada penghantar netral pada pengukuran malam hari (WBP) adalah

PN total = 4,288 W+ 1,072 W + 126,208W+ 77,28W

= 208,848 W Sedangkan daya aktif trafo adalah

P = S Cos φ ; dimana dari data Cos φ = 0,9

= 250 kVA = 225.000 W

Maka persentase losses akibat arus netral pada penghantar netral sebesar

= 0,09%

Tabel 4.12 Persentase Losses(PN )Transformator Distribusi 250 kVA

Lokasi Trafo Kawasan

(Jenis Pelanggan)

Losses(PN)

SiangHari(%) MalamHari(%)

JL.PoloniaUj.Simp Balai Desa Perumahan 0,16 0,73

Jl.K.Api/Jl.A.Yani Bisnis 0,57 0,004

JL.P.Diponegoro Perumahan Dan Bisnis 0,10 0,09

Dari tabel di atas terlihat bahwa persentase losses (PN) untuk kawasan perumahan

paling tinggi pada malam hari(WBP),untuk kawasan bisnis paling tinggi pada siang hari (LWBP),sedangkan untuk kawasan perumahan dan bisnis relatif berimbang.

BAB V

PENUTUP

V.1 KESIMPULAN

1. Persentase pembebanan untuk kawasan perumahan paling tinggi pada malam

hari(WBP) yaitu sebesar 79,99% ,untuk kawasan bisnis paling tinggi pada siang hari (LWBP) yaitu sebesar 69,52%,sedangkan untuk kawasan perumahan dan bisnis relatif

berimbang pada siang hari dan malam hari 51,08% dan 45,72%.

2. Persentase ketidakseimbangan beban perumahan tertinggi pada malam hari (WBP)

yaitu sebesar 21,56% ,untuk kawasan bisnis tertinggi pada siang hari (LWBP) 17,33% ,sedangkan kawasan perumahan dan bisnis relatif berimbang pada saat siang hari (LWBP) sebesar 10,33% dan malam hari (WBP) sebesar 13,81%

3. Persentase losses (PN) untuk kawasan perumahan paling tinggi pada malam hari

(WBP) sebesar 0,73%,untuk kawasan bisnis paling tinggi pada siang hari (LWBP) sebesar 0,57%,sedangkan untuk kawasan perumahan dan bisnis relatif berimbang pada siang hari 0,10% dan malam hari 0,37%.

4. Besarnya losses (PN) akibat adanya arus netral pada penghantar netral dipengaruhi

oleh besarnya besarnya arus netral,pemilihan jenis kabel dan panjangnya kabel yang digunakan.

1. Untuk mengurangi besarnya ketidakseimbangan beban ,maka kepada PLN Cabang Medan Rayon Medan Kota agar melakukan pemeriksaan secara berkala beban tiap – tiap fasa pada trafo distribusi,sehingga jika terjadi ketidakseimbangan beban yang besar maka beban tiap –tiap fasa tersebut dapat diseimbangkan (pemerataan beban) .

2. Penyambungan pelanggan baru sebaiknya terorganisir dengan baik,dengan melihat

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.

4. Libuda,Ernst-O,“ Kabel and Leitungen ”,Penerbit, Siemens

Aktiengesellcchaft,Berlin and Munchen,1970.

5. Wijaya,Mochtar,S.T, “ Dasar-Dasar Mesin Listrik ” Penerbit Djambatan

6. Standar PLN 42 -10,

“

Kabel Pilin Udara Tegangan Pengenal 0,6/ 1 KV” Jakarta,

1985

7. Standar PLN 64 “ Petunjuk Pemilihan dan Penggunaan Pelebur Pada Sistem

Distribusi Tegangan Menengah” ,Jakarta,1985.

8. Stevenson, Jr,William D, “Analisis Sistem Tenaga Listrik”, Edisi Keempat,

Penerbit Erlangga, Jakarta, 1983.

9. Zuhal, “Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya”, Edisi Kelima ,