Studi Tentang Pengukuran Parameter Trafo Distribusi Dengan Menggunakan Emt (Electrical Measurement & Data Transmit)
TUGAS AKHIR
STUDI TENTANG PENGUKURAN PARAMETER TRAFO DISTRIBUSI DENGAN MENGGUNAKAN EMT
(ELECTRICAL MEASUREMENT & DATA TRANSMIT)
Diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan Program Pendidikan Sarjana Ekstensi (PPSE) Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
O l e h
N I M : 1 0 0 4 2 2 0 3 8 ROLLY ELMONDO SINAGA
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
(2)
(3)
ABSTRAK
Pemeriksaan fisik gardu dan pengukuran parameter trafo distribusi pada waktu beban puncak (WBP) serta luar waktu beban puncak (LWBP) dilakukan secara berkala sebagai salah satu langkah pemantauan gardu (monitoring) maupun keperluan lainnya. Hasil ukur parameter trafo dapat di analisis, sehingga trafo dan komponen lain pada suatu Gardu Trafo Tiang (GTT) dapat terhindar dari penyebab kerusakan umum, seperti beban lebih (overload), ketidakseimbangan beban (unbalanced load), serta penurunan kemampuan pembebanan trafo (derating). Pengukuran parameter trafo distribusi dalam hal ini menggunakan alat ukur dan aplikasi web bernama Electrical Measurement and Data Transmit
(EMT). Dari analisis data diperoleh, tingkat kesalahan alat ukur EMT tertinggi adalah 6,15%. Efisiensi trafo MK328 saat pengukuran LWBP adalah 98,8%; saat pengukuran WBP adalah 98,46%, sedangkan JH184 efisiensi trafo saat LWBP adalah 98,77%; saat WBP adalah 98,84%. Dengan menghitung efisiensi maksimum sebesar 98,9%, ditunjukkanlah bahwa pembebanan yang lebih besar akan mengurangi efisiensi trafo, akan tetapi pembebanan yang terlalu kecil juga menyebabkan efisiensi trafo yang rendah. Ketidakseimbangan beban MK328 saat pengukuran LWBP adalah 27,33% melebihi ketentuan sebesar 25%. Pembebanan yang lebih seimbang dapat menurunkan rugi-rugi akibat adanya arus yang mengalir pada penghantar netral. Trafo MK328 memiliki nilai THD arus yang melebihi ketentuan IEEE 519-1992 tentang standar harmonisa arus. Kapasitas trafo MK328 dan JH184 adalah sebesar 160 kVA, namun akibat adanya Harmonisa (THD) terjadi penurunan kemampuan pada trafo (derating). Pada MK328 daya trafo paling signifikan turun menjadi 136,89 kVA, sementara pada JH184 daya trafo hanya turun menjadi 152,16 kVA.
(4)
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas rahmat dan karunia yang dilimpahkan dalam menyelesaikan tugas akhir ini. Adapun tugas akhir ini dibuat untuk memenuhi syarat kesarjanaan di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Tugas akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu keluarga tercinta: Ayahanda R. Sinaga, BSc. dan Ibunda R br. Purba (+) serta adik-adikku Rendy Sinaga, Ruben Sinaga dan Rahel br. Sinaga yang senantiasa mendukung dan mendoakan penulis dari awal perkuliahan hingga penyelesaian tugas akhir.
Selama masa perkuliahan sampai pada penyelesaian tugas akhir ini, penulis banyak memperoleh bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan penulis menyampaikan ucapan terimakasih kepada :
1. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT-USU;
2. Bapak Ir. Riswan Dinzi, MT selaku Dosen Wali penulis, atas bimbingan dan arahannya dalam menyelesaikan perkuliahan;
3. Bapak Ir. Panusur S.M.L.Tobing selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas bimbingan dan arahannya dalam menyelesaikan penulisan Tugas Akhir ini; 4. Bapak Syahrial, BE; Bapak Damun; Bapak Selamat serta seluruh staf dan
karyawan PT. Razza Prima Trafo atas bantuannya dalam memberikan bimbingan serta pengambilan data;
5. Seluruh Staf Pengajar di Departemen Teknik Elektro USU dan Seluruh Karyawan di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektro USU;
(5)
6. Teman-teman seangkatan Jurusan Teknik Elektro Ekstensi 2010 (Frans, Adi, dkk), para senior serta junior untuk semua dukungannya; dan
7. Semua pihak yang memberi dukungan yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna sehingga penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari pembaca. Semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat dan memberikan inspirasi bagi pengembangan selanjutnya bagi pembaca.
Medan, April 2014 Penulis,
ROLLY ELMONDO SINAGA NIM: 100422038
(6)
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ... Error! Bookmark not defined.
ABSTRAK ... iii
KATA PENGANTAR ... iv
DAFTAR ISI ... vi
DAFTAR TABEL ... viii
DAFTAR GAMBAR ... ix
BAB IPENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Tujuan Penulisan ... 2
1.3 Manfaat Penulisan ... 2
1.4 Batasan Masalah ... 2
1.5 Sistematika Penulisan ... 3
BAB IITINJAUAN PUSTAKA ... 4
2.1 Pengukuran (measurement) ... 4
2.2 Fungsi Pengukuran ... 5
2.3 Pengukuran Besaran Listrik (Electrical Measurement) ... 5
2.4 Alat ukur sistem elektrodinamis (Analog) ... 6
2.5 Alat ukur sistem elektronik (Digital) ... 7
2.6 Gardu Trafo Tiang ... 7
2.7 Pengukuran Parameter Trafo Pada Gardu Trafo Tiang ... 12
2.8 Efesiensi Trafo ... 14
2.9 Ketidakseimbangan Pembebanan Trafo ... 16
2.10 Standar Harmonisa ... 17
2.11 Derating Pada Trafo Akibat Harmonisa ... 19
2.12 Pengukuran Parameter Trafo menggunakan EMT ... 20
2.13 Spesifikasi TeknisEMT-Portable ... 21
2.14 Fungsi peralatan EMT-PORTABLE ... 23
2.15 Pengubah Sinyal Analog ke Digital (ADC Converter) ... 23
2.16 Pengolah Data Digital (Mikroprosesor)MCF5206ECAB40 ... 25
2.17 Komunikasi Serial RS-485 ... 26
(7)
BAB IIIMETODOLOGI PENELITIAN ... 29
3.1 Perhitungan Pembebanan Trafo ... 29
3.2 Perhitungan efesiensi pembebanan trafo ... 29
3.3 Perhitungan ketidakseimbangan beban pada trafo ... 30
3.4 Perhitungan Standar Harmonisa (THD) ... 30
3.5 Perhitungan derating trafo akibat harmonisa (THDF) ... 31
3.6 Peralatan Pengukuran Gardu ... 31
3.7 Prosedur Penelitian Pengukuran Parameter Trafo... 31
3.8 Teknik Pengumpulan Data ... 32
BAB IV HASIL DAN ANALISIS ... 34
4.1 Prinsip Kerja Alat Ukur EMT ... 34
4.2 Sinyal Masukan Alat Ukur EMT (Input Signal) ... 35
4.2.1 Sinyal Masukan Arus ... 35
4.2.2 Sinyal Masukan Tegangan ... 37
4.3 Data Hasil Pengukuran ... 40
4.4 Perhitungan dan Analisis Data Hasil Ukur... 44
4.4.1 Pembebanan Trafo ... 44
4.4.2 Efesiensi pembebanan trafo ... 46
4.4.3 Ketidakseimbangan beban pada trafo ... 49
4.4.4 Standar Harmonisa (%THD) ... 54
4.4.5 Derating trafo (THDF) ... 61
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 65
5.1 Kesimpulan ... 65
5.2 Saran ... 66
(8)
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1 Program manajemen transformator distribusi. ... 13
Tabel 2. 2 Standar Harmonisa Tegangan IEEE 519. ... 18
Tabel 2. 3 Standar Harmonisa Arus IEEE 519. ... 19
Tabel 2. 4 Spesifikasi Teknis EMT-PORTABLE ... 21
Tabel 2. 5 Spesifikasi Protokol RS485. ... 26
Tabel 4.1 Data Ukur LWBP MK328 (SIANG) ... 40
Tabel 4.2 Data Ukur WBP MK328 (MALAM) ... 41
Tabel 4.3 Data Ukur LWBP JH184 (SIANG) ... 42
Tabel 4.4 Data Ukur WBP JH184 (MALAM) ... 43
Tabel 4. 5 Persentase kesalahan (error) alat ukur EMT. ... 45
Tabel 4.6 Perubahan efisiensi terhadap pembebanan. ... 48
Tabel 4.7 Ketidakseimbangan Pembebanan Gardu MK328 dan JH184 ... 51
Tabel 4.8 Standar harmonisa arus MK328 saat pengukuran LWBP ... 54
Tabel 4.9 Standar harmonisa arus MK328 saat pengukuran WBP ... 55
Tabel 4.10 Standar harmonisa arus JH184 saat pengukuran LWBP ... 56
Tabel 4.11 Standar harmonisa arus JH184 saat pengukuran WBP ... 56
Tabel 4.12 Harmonisa tegangan MK328 pada saat LWBP. ... 57
Tabel 4.13 Harmonisa tegangan MK328 pada saat WBP ... 57
Tabel 4.14 Harmonisa arus MK328 pada saat LWBP ... 58
Tabel 4.15 Harmonisa arus MK328 pada saat WBP. ... 58
Tabel 4.16 Harmonisa tegangan JH184 pada saat LWBP. ... 59
Tabel 4.17 Harmonisa tegangan JH184 pada saat WBP. ... 59
Tabel 4.18 Harmonisa arus JH184 pada saat LWBP. ... 60
(9)
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 Batas ukur meter ... 6
Gambar 2. 2 Prinsip kerja elektrodinamis ... 6
Gambar 2. 3 Transformator 3-phasa ... 8
Gambar 2. 4 Transformator CSP ... 8
Gambar 2. 5 Pengaman lebur (NH- fuse) ... 9
Gambar 2. 6 Beberapa jenis CT ... 10
Gambar 2. 7 Fuse Cut-out ... 11
Gambar 2. 8 Lightning Arester ... 11
Gambar 2. 9 Live line Connector ... 11
Gambar 2. 10 Karakteristik Efisiensi terhadap pembebanan ... 15
Gambar 2. 11 Vektor Diagram Arus ... 16
Gambar 2. 12 Topologi Electrical Measurement & Data Transmit (EMT) ... 21
Gambar 2. 13 EMT-PORTABLE ... 22
Gambar 2. 14 Peralatan EMT-PORTABLE ... 23
Gambar 2. 15 ADC dengan kecepatan sampling rendah dan tinggi ... 24
Gambar 2. 16 Mikroprosesor MCF5206ECAB40 ... 25
Gambar 2. 17 Rangkaian Logika Komunikasi Serial RS-485 ... 27
Gambar 2. 18 Mikrokontroler ATmega 8535 ... 28
Gambar 3. 1 Diagram Tahapan Penelitian. ... 33
Gambar 4. 1 Penempatan alat ukur EMT pada gardu distribusi. ... 34
Gambar 4. 2 Sistem EMT ... 35
Gambar 4. 3 Rangkaian resistor shunt ... 36
Gambar 4. 4 Rangkaian voltage reducer ... 38
(10)
ABSTRAK
Pemeriksaan fisik gardu dan pengukuran parameter trafo distribusi pada waktu beban puncak (WBP) serta luar waktu beban puncak (LWBP) dilakukan secara berkala sebagai salah satu langkah pemantauan gardu (monitoring) maupun keperluan lainnya. Hasil ukur parameter trafo dapat di analisis, sehingga trafo dan komponen lain pada suatu Gardu Trafo Tiang (GTT) dapat terhindar dari penyebab kerusakan umum, seperti beban lebih (overload), ketidakseimbangan beban (unbalanced load), serta penurunan kemampuan pembebanan trafo (derating). Pengukuran parameter trafo distribusi dalam hal ini menggunakan alat ukur dan aplikasi web bernama Electrical Measurement and Data Transmit
(EMT). Dari analisis data diperoleh, tingkat kesalahan alat ukur EMT tertinggi adalah 6,15%. Efisiensi trafo MK328 saat pengukuran LWBP adalah 98,8%; saat pengukuran WBP adalah 98,46%, sedangkan JH184 efisiensi trafo saat LWBP adalah 98,77%; saat WBP adalah 98,84%. Dengan menghitung efisiensi maksimum sebesar 98,9%, ditunjukkanlah bahwa pembebanan yang lebih besar akan mengurangi efisiensi trafo, akan tetapi pembebanan yang terlalu kecil juga menyebabkan efisiensi trafo yang rendah. Ketidakseimbangan beban MK328 saat pengukuran LWBP adalah 27,33% melebihi ketentuan sebesar 25%. Pembebanan yang lebih seimbang dapat menurunkan rugi-rugi akibat adanya arus yang mengalir pada penghantar netral. Trafo MK328 memiliki nilai THD arus yang melebihi ketentuan IEEE 519-1992 tentang standar harmonisa arus. Kapasitas trafo MK328 dan JH184 adalah sebesar 160 kVA, namun akibat adanya Harmonisa (THD) terjadi penurunan kemampuan pada trafo (derating). Pada MK328 daya trafo paling signifikan turun menjadi 136,89 kVA, sementara pada JH184 daya trafo hanya turun menjadi 152,16 kVA.
(11)
BAB I PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Gardu Trafo Tiang (GTT) adalah peralatan listrik yang terpasang pada jaringan distribusi yang konstruksinya terdiri dari beberapa komponen yang berfungsi menurunkan daya dari tegangan menengah menjadi tegangan rendah, untuk kemudian disalurkan kepada konsumen.
Pengukuran parameter trafo pada sebuah GTT merupakan pekerjaan rutin yang dilakukan oleh PLN, sebagai salah satu langkah pemantauan gardu (monitoring) maupun keperluan lainnya, seperti memenuhi permohonan pasang baru oleh konsumen. Pengukuran parameter trafo distribusi yang biasanya disertai dengan inspeksi gardu sangat diperlukan, agar trafo dan komponen lain pada suatu GTT dapat terhindar dari penyebab kerusakan umum akibat pembebanan yang kurang baik, diantaranya beban lebih (overload), ketidakseimbangan pembebanan (beban pincang) dan penurunan kemampuan pembebanan trafo (derating) yang pada akhirnya berpengaruh terhadap efisiensi trafo itu sendiri.
Pengukuran gardu trafo tiang dengan metode konvensional biasanya dilakukan dengan pengukuran manual, yaitu mengukur kemudian mencatat hasil pengukuran untuk kemudian di masukkan data hasil ukurnya (data entry) menggunakan aplikasi SIGD (Sistem Informasi Gardu Distribusi).
Metode lain dalam pengukuran gardu trafo tiang adalah dengan menggunakan suatu sistem yang dapat meminimalisir kemungkinan kesalahan pengukuran beban. Sistem ini dapat meningkatkan keakuratan data hasil ukur sebagai bentuk pemantauan (monitoring) terhadap gardu trafo tiang, sehingga evaluasi terhadap hasil ukur dapat dilakukan secara cepat dan tepat.
Aplikasi yang digunakan bernama Electrical Measurement and Data Transmit (EMT) yang dapat diakses disetiap komputer yang memiliki fasilitas internet. Dengan sistem ini, hasil pengukuran parameter gardu trafo tiang disimpan pada database server dan dapat diambil datanya untuk keperluan lainnya.
(12)
1.2Tujuan Penulisan
Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini adalah untuk lebih mengerti tentang pengukuran parameter trafo pada sebuah GTT. Secara terperinci tujuan yang hendak dicapai dalam penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Mampu mengukur parameter trafo sebuah gardu menggunakan alat ukur EMT;
2. Mengetahui prinsip kerja dan pengiriman hasil ukur parameter trafo oleh alat ukur EMT, sampai kepada tampilan pada web;
3. Mampu menghitung dan menganalisis data hasil ukur trafo untuk memberikan rekomendasi terhadap pemeliharaan suatu gardu trafo tiang. 1.3Manfaat Penulisan
Manfaat penulisan ini adalah memberikan kemampuan untuk mengukur paremeter trafo menggunakan EMT (Electrical Measurement & Data Transmit) sebagai alat ukur, mengetahui prinsip kerja dan pengiriman data hasil ukur, menghitung dan menganalisis data hasil ukur parameter trafo untuk mengetahui permasalahan umum yang terjadi pada trafo distribusi, memberikan rekomendasi pemeliharaan gardu, yang pada akhirnya akan meningkatkan keandalan distribusi energi listrik kepada konsumen.
1.4Batasan Masalah
Untuk menjaga agar pembahasan materi dalam tugas akhir ini lebih terarah, maka penulis menetapkan beberapa batasan masalah sebagai berikut :
1. Penulis berfokus kepada metode pengukuran gardu trafo tiang dengan EMT (Electrical Measurement & Data Transmit);
2. Perhitungan dan analisis efisiensi, ketidakseimbangan pembebanan, standar harmonisa dan derating trafo distribusi;
3. Tidak membahas lebih jauh tentang mikroprosesor dan mikrokontroler pada alat ukur EMT;
4. Tidak membahas tentang perhitungan dan bentuk gelombang harmonisa pada sebuah gardu trafo tiang.
(13)
1.5Sistematika Penulisan
BAB I. PENDAHULUAN
Bab ini merupakan pendahuluan yang berisi tentang latar belakang masalah, tujuan dan manfaat penulisan, batasan masalah, dan sistematika penulisan.
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini membahas dasar teori mengenai gardu trafo distribusi, pengukuran parameter trafo distribusi, teori perhitungan dan analisis hasil pengukuran trafo distribusi.
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini membahas mengenai persamaan yang digunakan dalam menghitung dan menganalisis data hasil ukur, peralatan yang digunakan dalam pekerjaan pengukuran, dan teknik pengumpulan data dalam mengukur parameter trafo distribusi.
BAB IV. HASIL DAN ANALISIS DATA
Bab ini membahas tentang prinsip kerja, perhitungan data hasil ukur EMT menggunakan persamaan yang ada dan analisa data hasil ukur untuk mengetahui permasalahan yang terjadi pada trafo distribusi sebuah gardu trafo tiang.
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini merupakan bagian penutup berupa kesimpulan dan saran yang berkaitan dengan pembahasan mengenai pengukuran parameter trafo distribusi.
(14)
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1Pengukuran (measurement)
Pengukuran adalah penentua suatu standar atau digunakan suatu alat bantu (alat ukur) yang sudah dikalibrasi. Misalnya pengukuran tegangan pada jaringan listrik dalam hal ini tegangan yang akan diukur dengan menggunakan voltmeter akan dibandingkan dengan hasil perhitungan ataupun standar tegangan yang diijinkan.
Pengukuran dapat dibedakan atas:
a. Pengukuran besaran listrik, seperti arus (ampere), tegangan (volt), daya listrik (watt), dll
b. Pengukuran besaran non-listrik, seperti suhu, kuat cahaya, tekanan, dll. Dalam melakukan pengukuran, pertama harus ditentukan cara pengukurannya. Cara dan pelaksanaan pengukuran itu dipilih sedemikian rupa sehingga alat ukur yang ada dapat digunakan dan diperoleh hasil dengan ketelitian seperti yang dikehendaki. Pengukuran juga harus dilakukan semudah mungkin, sehingga diperoleh efisiensi yang tinggi. Setiap alat harus diketahui dan diyakini cara kerjanya, dan harus diketahui pula apakah alat-alat yang akan digunakan dalam keadaan baik dan mempunyai kelas ketelitian sesuai dengan keperluannya. Dengan kata lain, dalam pengukuran besaran listrik ada tiga unsur penting yang perlu diperhatikan, yaitu:
- cara melakukan pengukuran;
- orang yang melakukan pengukuran; dan - alat ukur yang digunakan.
Sehubungan dengan ketiga hal yang penting ini sering juga harus diperhatikan kondisi dimana dilakukan pengukuran, seperti suhu, kelembaban, medan magnet, dan sebagainya. Alat ukur itu sendiri juga penting untuk diperhatikan mulai dari pembuatan sampai cara menyimpannya karena sejak pembuatannya, ketelitian alat ukur sudah disesuaikan dengan yang dikehendaki[1].
(15)
2.2Fungsi Pengukuran
Pengukuran memiliki beberapa fungsi, diantaranya adalah sebagai berikut: 1. Fungsi indikasi
Dengan melakukan pengukuran, besaran-besaran yang diinginkan dapat ditampilkan dalam bentuk satuan yang dapat dibaca dan dijadikan bahan perbandingan.
2. Fungsi pencatatan dan penyimpanan data
Besaran yang diukur dan yang telah diindikasikan kemudian dapat dicatatkan hasilnya dalam bentuk formulir pendataan untuk kemudian disimpan.
3. Fungsi pengendalian
Data ukur yang telah dicatat dan disimpan sebelumnya dapat dijadikan acuan dalam melakukan pengendalian dan pengoperasian peralatan-peralatan yang diukur.
Dari beberapa fungsi pengukuran diatas, hasil pengukuran dapat dikembangkan lagi penggunaannya sebagai pemantau (monitoring), pengendali (controlling) dan membantu menganalisis (engneering analyisis) terhadap jalannya sebuah proses.
2.3Pengukuran Besaran Listrik (Electrical Measurement)
Setiap alat ukur mempunyai batas ukur tertentu, yang artinya alat ukur tersebut hanya mampu mengukur sampai harga maksimal tertentu dimana jarum petunjuk akan menyimpang penuh sampai pada batas maksimal dari skala.
Alat-alat ukur yang terpasang tetap pada panel pada umumnya mempunyai satu macam batas ukur saja dikarenakan besaran yang akan diukur nilainya tidak akan berubah dari nilai yang ada pada batas ukur meter tersebut, sedangkan alat ukur kerja menyediakan beberapa pilihan batas ukur, karena besaran yang akan diukur belum diketahui sebelumnya.
Cara merubah batas ukur dilakukan dengan menambah atau mengurangi tahanan dari resistor sebelum besaran listrik masuk ke komponen utama alat ukur dengan perbandingan nilai tertentu terhadap nilai tahanan alat ukur, sehingga besaran sebenarnya yang masuk pada komponen utama alat ukur tetap pada batas
(16)
semula. Perubahan batas ukur arus dilakukan dengan cara memasang resistor secara paralel, sehingga arus yang terukur dibagi dengan perbandingan tertentu antara yang melewati resistor dan yang melewati komponen utama alat ukur. Semakin kecil nilai resistor, maka batas ukur menjadi lebih besar. Sedangkan untuk merubah batas ukur tegangan dilakukan dengan cara memasang resistor secara seri, sehingga nilai tegangan sebelum masuk ke dalam alat ukur dapat lebih besar. Semakin besar nilai resistor, maka batas ukur menjadi semakin besar[1].
Gambar 2.1Batas ukur meter [1].
2.4Alat ukur sistem elektrodinamis (Analog)
Alat ukur elektrodinamis adalah alat ukur yang mempunyai kumparan tetap dan kumparan putar. Sistem kerjanya sama dengan sistem kumparan putar tetapi magnet tetap digantikanoleh magnet listrik.
(a) (b)
Gambar 2.2 Prinsip kerja elektrodinamis [1].
Berdasarkan kaidah tangan kanan, pada gambar 2.2(a) jarum akan menyimpang ke kanan. Bila arus dibalik arahnya pada gambar 2.2(b), maka jarum akan tetap menyimpang kekanan. Dengan kata lain, pada alat ukur dengan prinsip kerja elektrodinamis walaupun arah arus dirubah, arah jarum penunjuk tetap menyimpang ke satu arah.
(17)
Alat ukur tipe elektrodinamis ini dapat dipergunakan untuk arus bolak-balik maupun arus searah, dan dapat dibuat dengan persisi yang lebih baik[1]. 2.5Alat ukur sistem elektronik (Digital)
Sesuai dengan perkembangan dan kemajuan teknologi khususnya dalam bidang elektronik, maka alat-alat ukur elektronik juga ikut dikembangkan. Pada laboratorium dan industri-industri banyak menggunakan alat ukur ini, karena memiliki tingkat kecermatan yang baik dalam penunjukan harga. Pada umumnya alat ukur elektronik adalah alat ukur dengan pembacaan secara digital, karena penunjukannya berupa nilai angka, maka penggunaan dalam pembacaan sangat sederhana dan mudah dipahami.
Keuntungan dari alat ukur elektronik, yaitu: - Mudah untuk dibawa (portable)
- Kecermatan ukurnya tinggi, mencapai faktor kesalahan 0,1 – 0,5 % - Kedudukan atau posisi alat ukur tidak mempengaruhi penunjukan.
Kelemahan dari alat ukur elektronik, yaitu:
- Dapat dipengaruhi oleh temperatur ruangan yang tinggi.
- Tidak boleh ditempatkan pada ruangan yang lembab atau basah. - Harga relatif mahal[1].
2.6Gardu Trafo Tiang
Gardu Trafo Tiang ataupun Gardu Distribusi listrik adalah suatu bangunan gardu listrik yang konstruksinya terdiri dari instalasi Perlengkapan Hubung Bagi Tegangan Menengah (PHB-TM), Transformator Distribusi (TD) dan Perlengkapan Hubung Bagi Tegangan Rendah (PHB-TR) untuk mensuplai kebutuhan tenaga listrik bagi para pelanggan baik dengan tegangan menengah (TM 20 kV) maupun tegangan rendah (TR 220/380V) [2].
2.6.1 Transformator
Transformator adalah suatu peralatan listrik yang termasuk dalam klasifikasi listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya, dengan frekuensi yang sama. Dalam pengoperasiannya, transformator tenaga pada umumnya
(18)
ditanahkan pada titik netral, sesuai dengan kebutuhan untuk sistem pengamanan atau proteksi.
Sesuai dengan SPLN, tranformator 3 (tiga) phasa yang digunakan pada gardu trafo tiang adalah trafo-trafo dengan tiga tipe vektor grup, yaitu Yzn5, Dyn5 dan Ynyn0. Titik netral langsung dihubungkan dengan tanah. Transformator gardu pasangan luar dilengkapi bushing tegangan menengah isolator keramik. Sedangkan transformator gardu pasangan dalam dilengkapi bushing tegangan menengah isolator keramik atau menggunakan isolator plug-in premoulded yang bentuknya seperti selongsong.
Gambar 2.3 Transformator 3-phasa [13].
Selain trafo dengan konstruksi seperti gambar (2.3) diatas, terdapat pula trafo 3-phasa jenis lain, yaitu Transformator Completely Self Protected (Trafo CSP). Trafo CSP adalah transformator distribusi yang sudah dilengkapi dengan pengaman lebur (fuse) pada sisi primer dan LBS (Load Break Switch) pada sisi
sekunder [2].
(19)
2.6.2 PHB sisi Tegangan Rendah (PHB-TR)
PHB-TR adalah suatu kombinasi dari satu atau lebih perlengkapan hubung bagi tegangan rendah dengan peralatan kontrol, peralatan ukur, pengaman dan kendali yang saling berhubungan. Keseluruhannya dirakit lengkap dengan sistem pengawatan dan mekanis pada bagian-bagian penyangganya.
Secara umum PHB untuk pasangan dalam adalah jenis terbuka. Rak TR pasangan dalam untuk gardu distribusi beton. PHB jenis terbuka adalah suatu rakitan PHB yang terdiri dari susunan penyangga peralatan proteksi dan peralatan Hubung Bagi dengan seluruh bagian-bagian yang bertegangan, terpasang tanpa isolasi. Jumlah jurusan per transformator atau gardu distribusi sebanyak-banyaknya 8 jurusan, disesuaikan dengan besar daya transformator dan Kemampuan Hantar Arus (KHA) penghantar JTR yang digunakan. Pada PHB-TR harus dicantumkan diagram satu garis, arus pengenal gawai proteksi dan kendali serta nama jurusan JTR[2].
2.6.3 Pengaman Lebur (Sekering)
Pengaman lebur adalah suatu alat pemutus yang dengan meleburnya bagian dari komponennya yang telah dirancang dan disesuaikan ukurannya untuk membuka rangkaian dimana sekering tersebut dipasang dan memutuskan arus bila arus tersebut melebihi suatu nilai tertentu dalam jangka waktu yang cukup.
Fungsi pengaman lebur dalam suatu rangkaian listrik adalah untuk setiap saat menjaga atau mengamankan rangkaian berikut peralatan atau perlengkapan yang tersambung dari kerusakan, dalam batas nilai pengenalnya [2].
Gambar 2.5 Pengaman lebur (NH- fuse) [2].
2.6.4 Transformator Arus - Current Transformator (CT)
Transformator arus (Current Transformer- CT) adalah salah satu peralatan di Gardu Trafo Tiang yang berfungsi untuk mengkonversi besaran arus nilainya
(20)
besar ke arus yang nilainya kecil guna pengukuran sesuai batasan alat ukur, juga sebagai proteksi serta isolasi sirkit sekunder dari sisi primernya.
Faktor yang harus diperhatikan pada instalasi transformator arus adalah beban pengenal (Burden) dan kelas ketelilitian CT. Disarankan menggunakan jenis CT yang mempunyai tingkat ketelitian yang sama untuk beban 20% - 120% arus nominal. Nilai burden, kelas ketelitian untuk proteksi dan pengukuran harus merujuk pada ketentuan/persyaratan yang berlaku. Konstruksi transformator arus dapat terdiri lebih dari 1 kumparan primer (double primer)[2].
Gambar 2.6 Beberapa jenis CT [2].
2.6.5 Fused Cut Out (FCO)
Pengaman lebur untuk gardu distribusi pasangan luar dipasang pada Fused Cut Out (FCO) dalam bentuk Fuse Link. Terdapat 3 jenis karakteristik Fuse Link, tipe-K (cepat), tipe–T (lambat) dan tipe–H yang tahan terhadap arus surja.
Data aplikasi pengaman lebur dan kapasitas transformatornya dapat dilihat pada tabel. Apabila tidak terdapat petunjuk yang lengkap, nilai arus pengenal pengaman lebur sisi primer tidak melebihi 2,5 kali arus nominal primer tranformator. Jika sadapan Lightning Arrester (LA) sesudah Fused Cut Out, maka dipilih Fuse Link tipe–H. Jika sadapan Lightning Arrester (LA) sebelum Fused Cut Out (FCO), maka dipilih Fuse Link tipe–K[2].
(21)
Gambar 2.7 Fuse Cut-out[2].
2.6.6 Lightning Arester (LA)
Untuk melindungi Transformator distribusi, khususnya pada pasangan luar dari tegangan lebih akibat surja petir. Dengan pertimbangan masalah gangguan pada SUTM, Arester dapat saja dipasang sebelum atau sesudah FCO[2].
Gambar 2.8 Lightning Arester [2].
2.6.7 Konektor
Konektor adalah komponen yang dipergunakan untuk menyadap atau mencabangkan kawat penghantar SUTM ke gardu.
(22)
Jenis konektor yang digunakan untuk instalasi gardu ini ditetapkan menggunakan Live Line Connector (sambungan yang bisa dibuka-pasang) untuk memudahkan membuka/ memasang pada keadaan bertegangan.
Penyadapan trafo dari SUTM dan pencabangan harus di depan tiang peletakan trafo dari arah Pembangkit Listrik/ Gardu Induk [2].
2.7Pengukuran Parameter Trafo Pada Gardu Trafo Tiang
Pada sebuah Gardu Trafo Tiang, trafo merupakan bagian paling penting dan peralatan yang paling berpengaruh terhadap biaya pada sistem distribusi tenaga listrik. Jika terjadi kegagalan pada trafo, tidak hanya menyebabkan terputusnya supply tenaga listrik pada area yang luas, tapi juga berdampak kerugian ekonomi dilingkungan tersebut. Oleh karena itu, pengoperasian dari gardu trafo distribusi harus dapat dipertahankan kontinuitas penyalurannya dan bebas dari gangguan dalam waktu yang cukup lama.
Pengukuran parameter trafo merupakan bentuk pemantauan, juga sebagai langkah awal persiapan pemeliharaan gardu demi menjaga ketersediaan energi listrik serta dapat menghindari pemadaman tidak terencana dan biaya perbaikan yang mahal. Untuk mencapai tujuan tersebut diatas, maka pengukuran parameter trafo pada sebuah gardu trafo tiang dilakukan dengan rutin, sehingga data hasil ukurnya dapat digunakan sebagai dasar untuk melakukan tindakan pemeliharaan
preventif.
Hal tersebut dapat dilakukan dengan memperhatikan hal-hal sebagai berikut:
1. Pengukuran benar-benar dilakukan; 2. Akurasi data; dan
3. Kecepatan ( pengukuran, evaluasi& pelaporan ).
Berdasarkan regulasi PLN yang tertuang dalam Keputusan Direksi No.074.K.DIR/2008 tentang Pedoman Manajemen Aset dan Surat Edaran Direksi No. 040.E/152/DIR/1999, perlu dilakukan program manajemen transformator distribusi yang jelas dan pengendalian yang konsisten oleh pengelola aset sistem distribusi. Pengukuran parameter trafo distribusi merupakan salah satu langkah yang perlu dilakukan pada program tersebut. Uraian pekerjaan dan tindakan dalam program tersebut dapat dilihat pada tabel berikut:
(23)
Tabel 2.1Program manajemen transformator distribusi [3].
No. Uraian Tindakan Wajib
1
Data historical mutlak diperlukan untuk
perencanaan pemeliharaan dan analisa kegagalan trafo
Membenahi pengelolaan data base gardu distribusi :
•Daftar Gardu Distribusi dan Trafo Distribusi di kantor PLN Unit Pelaksana, yang menunjukkan data spesifikasi trafo, merk, tahun pembuatan, tahun pemasangan, kontraktor pemasang, historical pengoperasian trafo, waktu mutasi, rekondisi, pemeliharaan, pengukuran beban, proteksi primer dan sekunder trafo distribusi bekerja;
•Kartu Trafo, terpasang di gardu, yang menunjukkan data historical trafo : waktu pasang, pemeliharaan, pelaksanaan pengkuran beban serta petugas pelaksana dan mutasi; •Petugas pelaksana pengukuran/ Har dibekali form yang juga
bermanfaat untuk pengisian data historical trafo.
2
Pengendalian pembebanan
trafo dengan pertimbangan
efisiensi pembebanannya.
Melaksanakan manajemen pembebanan trafo berbasis data daya kontrak pelanggan.Jika kondisi daya tersambung pelanggan dibandingkan dengan daya trafo >120 % maka
lakukan pengukuran beban riil pada kondisi WBP, dan jika
hasilnya :
•< 70% maka periksa data pelanggan •70 - 80 % maka diusulkan uprating
•> 80% maka trafo diganti untuk uprating / sisip
3 Penurunan Susut Trafo
Distribusi
Menerapkan pengadaan transfomator distribusi sesuai SPLN
No. D3.002-1:2007 dan Implementasi Surat Direksi tentang
Implementasi SPLN trafo Distribusi.
4
Comissioning dan
Pembuatan BA pada
penggantian trafo
Menerapkan prosedur Comissioning Test instalasi trafo dist
pada gardu distribusi eks pemeliharaan/gangguan sama
halnya dengan pada konstruksi baru, kemudian dibuat BA
comissioning.
5
Optimasi Usia
Pengoperasian Trafo
Distribusi
Menerapkan pengoperasian transformator Distribusi dengan
indikator kinerja Manajemen Operasi:
•Dilakukan pengukuran beban riil pada kondisi WBP •Unbalance Load Max 25 %
•Pembebanan masing-masing phasa max 80 % Maksimum
THD 10 %
6
Pemeliharaan trafo
distribusi dengan konsep
pengendalian yang jelas
Menerapkan siklus pemeliharaan terjadwal tetap - time base
yang ketat dan meliputi :
•Pemeriksaan minyak trafo : Volume dan nilai tegangan tembus (khusus type Non Full Hermetically)
•Pembersihan Fisik
•Sistem Proteksi Primer dan Sekunder •Pengencangan konektor
•Pengukuran beban trafo •Perbaikan sistem pentanahan •Pemeriksaan Tap changer trafo •Ventilasi Gardu
Jadwal Pemeliharaan periodik minimum tiap gardu beton dan gardu Portal adalah 12 bulan.
(24)
7
Optimasi efisiensi
Pengoperasian Trafo dengan pengukuran unjuk kerja dan evaluasi kinerja operasi
trafo
Menerapkan Condition Base Maintenance-CBM dengan
sebelumnya dilaksanakan DGA (Dissolved Gas Analysis) Test, Infra red thermo vision yang dimulai dari trafo dengan rating terbesar pada setiap unit.
8
Penciptaan budaya tanggung jawab atas nilai asset dengan
mekanisme audit dan sidang
enjiniring.
PLN Unit Pelaksanan membuat laporan kepada manager cabang dilengkapi analisa & evaluasi penyebab kerusakan
trafo 9
Inspeksi rutin dengan
program prediktif maintenance
Melaksanakan inspeksi visual, mekanik dan dielektrik secara rutin , minimal satu tahun sekali.
10 Menekan gangguan trafo rekondisi
Mengevaluasi hasil trafo rekondisi yang ada dilapangan sebelum melaksanakan order ulang khususnya yang dilakukan oleh provider jasa rekondisi non PLN jasa Produksi.
11
Menekan gangguan trafo
yang disebabkan harmonisa (THD)
Gardu-gardu yang diindikasikan derating karena harmonik, dipasang alat pengukur harmonik untuk direkomendasikan
perlunya pemasangan filter atau tindakan lain.
12
Mengamankan Trafo
Distribusi dari pemasangan
JTR dan pentanahan yang
tidak standar.
Memperbaiki konfigurasi JTR per gardu sesuai desain kriteria
atau SPLN
2.8Efesiensi Trafo
Untuk setiap mesin-mesin listrik, efisiensi bergantung pada pembebanan dan faktor daya saat trafo dioperasikan. Efisiensi transformator adalah perbandingan antara daya output dengan daya input. Secara matematis dapat dituliskan :
� =����
��� × 100% = ����
����+Σ���� × 100%…..……….(2.1)
Efisiensi dapat dihitung dengan menentukan rugi inti dari pengujian beban nol dan rugi tembaga dari pengujian hubung singkat.
Efisiensi maksimum dari sebuah trafo didapatkan ketika rugi inti sama dengan rugi tembaga. Secara matematis, hal itu dapat dibuktikan dengan menggunakan rumus sebagai berikut, dimana rugi tembaga adalah:
��� = �2.�…...…………. (2.2)
dan rugi inti adalah:
�� = �ℎ��������� +�����…...………….... (2.3)
dengan memperhatikan sisi primer, dimana:
(25)
maka :
� = �1�1����1− Σ����
�1�1����1
=�1�1����1− �
2.� − �
�
�1�1����1 = 1− �.�
�1��� �1−
��
�1����1…...……...……. (2.5) dengan men-diferensialkan kedua bagian, didapatkan:
��
�� = 0− � �1��� �1+
��
�1��� �1…...……...……. (2.6) Dengan demikian, untuk efisiensi maksimum berlaku persamaan (2.6), atau dengan kata lain��� = ��. Untuk mencari daya dengan efisiensi maksimum dari sebuah trafo, dapat ditentukan dengan menggunakan rumus:
=�������� �� ��
������� ……… (2.7) Efisiensi untuk setiap persentase pembebanan dari sebuah trafo akan berubah-ubah, dikarenakan rugi tembaga juga berubah sesuai dengan pembebanan yang diberikan kepada trafo tersebut. Dari persamaan (2.1), didapatkan efisiensi sebuah trafo dengan pembebanan yang berbeda-beda. Dengan menggunakan nilai
x sebagai perbandingan antara pembebanan dalam kVA dengan daya trafo terpasang. Secara matematis dapat dituliskan:
�=������������
����� ……….. (2.8)
dengan demikian, maka:
� = ��������� ����
�×�������� ×����+Σ���� × 100%……….. (2.9)
Apabila pada sebuah trafo dibebani dengan pembebanan yang berubah-ubah, maka efisiensi trafo juga ikut berubah.Karakteristik efisiensi trafo terhadap pembebanan dapat diperlihatkan pada gambar (2.10) berikut ini[4]:
Gambar 2.10 Karakteristik Efisiensi terhadap pembebanan[4].
98.70 98.75 98.80 98.85 98.90 98.95
0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00
E fi si en si ( % ) Pembebanan (%)
(26)
2.9Ketidakseimbangan Pembebanan Trafo
Pada trafo distribusi, yang dimaksud dengan pembebanan dengan keadaan seimbang adalah suatu keadaan di mana:
1. Ketiga vektor arus / tegangan sama besar; dan 2. Ketiga vektor saling membentuk sudut 120o.
Sedangkan yang dimaksud pembebanan keadaan tidak seimbang adalah keadaan di mana salah satu atau kedua syarat keadaan seimbang tidak terpenuhi. Kemungkinan keadaan tidak seimbang adalah sebagai berikut:
1. Ketiga vektor sama besar tetapi tidak membentuk sudut 120o satu sama lain;
2. Ketiga vektor tidak sama besar tetapi membentuk sudut 120o satu sama lain; dan
3. Ketiga vektor tidak sama besar dan tidak membentuk sudut 120o satu sama lain.
`
120o
120o
120o 120o
135o
105o
`
IR IN IS
IT
IR + IT IS
IR
IT
(a) (b)
Gambar 2.11 Vektor Diagram Arus[5].
Gambar 2.11(a) menunjukkan vektor diagram arus dalam keadaan seimbang, dimana penjumlahan ketiga vektor arusnya (IR, IS, IT) adalah sama
dengan nol sehingga tidak muncul arus netral (IN). Sedangkan pada Gambar
2.11(b) menunjukkan vektor diagram arus yang tidak seimbang, dimana penjumlahan ketiga vektor arusnya (IR, IS, IT) tidak sama dengan nol, sehingga
timbul arus netral (IN), yang besarnya bergantung dari seberapa besar faktor
ketidakseimbangannya.
Arus yang mengalir pada penghantar netral trafo ini menyebabkan losses (rugi-rugi). Losses yang terjadi akibat mengalirnya arus netral pada gardu trafodapat dirumuskan sebagai berikut :
(27)
�� =��2.��………. (2.10)
dimana :
�� : losses penghantar netral (watt)
�� : arus pada netral trafo (ampere)
�� : tahanan penghantar (Ω)
Jika arus (I) adalah besaran arus fasa dalam penyaluran daya sebesar (P) pada keadaan seimbang, maka pada penyaluran daya yang sama tetapi dengan keadaan tak seimbang besarnya arus-arus fasa dapat dinyatakan dengan koefisien a, b dan c sebagai berikut :
�� =�.�
�� =�.�
�� =�.�
Bila faktor daya di ketiga fasa dianggap sama walaupun besarnya arus berbeda, maka besarnya daya yang disalurkan dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut:
�= (�+�+�).�.�.����………. (2.11)
Apabila persamaan P=(a+b+c).V.I.cosφ dan persamaan P=3.V.I.cosφ
menyatakan daya yang besarnya sama, maka dari kedua persamaan itu dapat diperoleh persyaratan untuk koefisien a, b, dan c yaitu :
a + b + c = 3……….….…(2.12) dimana pada keadaan seimbang, nilai a = b = c = 1
Dari syarat koefisien a,b, dan c, dapat diperoleh rata-rata ketidakseimbangan beban dalam persen (%) adalah[5]:
% ����������= |�−1|+|�−1|+|�−1|
3 × 100%...(2.13)
2.10 Standar Harmonisa
Untuk mengurangi harmonisa pada suatu sistem secara umum tidaklah harus mengeliminasi semua harmonisa yang ada tapi cukup dengan mereduksi sebagian harmonisa tersebut sehingga nilainya di bawah standar yang diizinkan. Hal ini berkaitan dengan analisa secara teknis dan ekonomis, dimana dalam
(28)
mereduksi harmonisa secara teknik di bawah standar yang diizinkan, sementara dari sisi ekonomis tidak membutuhkan biaya yang besar.
Dalam hal ini standar yang digunakan sebagai batasan harmonisa adalah yang dikeluarkan oleh International Electrotechnical Commission (IEC) yang mengatur batasan harmonisa pada beban-beban kecil satu fasa ataupun tiga fasa.Untuk beban-beban tersebut umumnya digunakan standar IEC1000-3-2.
Evaluasi Harmonisa pada sistem menggunakan langkah-langkah untuk menentukandistorsi tegangan yang dapat diterima semua pelanggan. Apabila distorsi tegangan melebihi batas yang direkomendasikan, maka tindakan korektif akan diambil untuk mengurangi distorsi ke tingkat yang diizinkan. Standar IEEE 519-1992 merupakan standar atau pedoman untuk tingkat distorsi tegangan yang dapat diterima pada sebuah sistem. Perhatikan bahwa batas yang direkomendasikan ditentukan untuk maksimal komponen harmonik individu dan untuk THD.
Tabel 2.2 Standar Harmonisa Tegangan IEEE 519 [6].
M a x im um D ist or t ion ( % )
Sy st e m Volt a ge
< 6 9 k V 6 9 – 1 3 8 k V > 1 3 8
I n dividua l H a r m on ic 3,0 1,5 1,0
Tot a l H a r m on ic 5,0 2,5 1,5
Masalah Harmonisa lebih sering terjadi pada bagian distribusi dari pada transmisi ataupun pembangkitan.Sebagian besar beban non-linier terletak dalam bagian distribusi, dan tingkat distorsi tegangan tertinggi terjadi mendekati sumber harmonisa.Masalah yang paling signifikan terjadi ketika ada beban non-linier dan kapasitor koreksi faktor daya yang menghasilkan kondisi resonansi.Standar IEEE 519-1992 menetapkan batas distorsi arus harmonisa pada jaringan distribusi, yang besarnya tergantung pada beban pelanggan.
(29)
Tabel 2.3Standar Harmonisa Arus IEEE 519 [6].
I sc/ IL
H a r m on ic Or de r Tot a l
H a r m on ic D ist or t ion
( % )
h < 1 1 1 1≤h<17 1 7≤h<23 2 3≤h<35 3 5≤h
< 2 0 4,0 2,0 1,5 0,6 0,3 5
2 0 - 5 0 7,0 3,5 2,5 1,0 1,0 6,0
5 0 - 1 0 0 10,0 4,5 4,0 1,5 0,7 12,0
1 0 0 - 1 0 0 0 12,0 5,5 5,0 2,0 1,0 15,0
> 1 0 0 0 15,0 7,0 6,0 2,5 1,4 20,0
Untuk standar pembatasan harmonisa arus, ditentukan oleh rasio dari ���/��. ��� adalah arus hubung singkat dan �� adalah arus beban nominal
fundamental. Kedua nilai tersebut dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan:
�� =√�3�... (2.14)
��� = %�√�3�... (2.15)
Dengan demikian rasio hubung singkat dapat ditentukan dengan:
������� =�����... (2.16)
Untuk standar harmonisa tegangan, ditentukan berdasarkan tegangan sistem yang dipakai[6].
2.11 Derating Pada Trafo Akibat Harmonisa
Tingkat distorsi yang saat ini dapat ditandai dengan nilai THD, akan tetapi hal ini juga dapat jadi pemahaman yang salah. Sebuah arus yang kecil mungkin memiliki THD tinggi tetapi tidak menjadi ancaman signifikan terhadap sistem. Misalnya, banyak adjustable-speed drive akan menunjukkan nilai THD yang tinggi untuk arus masukan ketika mereka beroperasi pada beban yang sangat
(30)
ringan. Ini belum tentu menjadi perhatian penting, meskipun distorsi harmonisanya sudah relatif tinggi[6].
Harmonisa pada sistem distribusi menimbulkan pemanasan pada bagian-bagian transformator, sehingga akan mengakibatkan peningkatan rugi-rugi dan penurunan efisiensi pada transformator. Dengan adanya penurunan efisiensi transformator maka akan terjadi penurunan kapasitas daya terpasang (derating) pada transformator tersebut.
Untuk melakukan perhitungan penurunan kapasitas daya terpasang transformator, digunakan metode perhitungan nilai THDF (Transformator Harmonic Derating Factor). THDF merupakan sebuah nilai atau faktor pengali yang digunakan untuk menghitung besar kapasitas baru (kVA baru) transformator. Besarnya nilai THDF pada suatu Transformator dipengaruhi oleh adanya THD (Total Harmonic Distortion) dalam transformator tersebut. Besarnya THD ditentukan terlebih dahulu melalui pengukuran. Sedangkan Nilai THDF dapat ditentukan dengan menggunakan rumus sebagai berikut:
����� = ����×��������� ……….…. (2.17)
maka faktor penurunan kapasitas trafo dapat dituliskan: ���� = 1,414(����)
����� × 100%... (2.18) Dalam keadaan ideal (gelombang sinusoidal murni) dimana tidak terdapat gangguan harmonisa dalam sistem, nilai THDF = 1, sehingga tidak terjadi penurunan kapasitas pada transformator[7].
2.12 Pengukuran Parameter Trafo menggunakan EMT
Pada gambar (2.12) diperlihatkan secara sederhana topologi proses pengukuran Gardu dengan memanfaatkan teknologi SMS Gateway untuk kemudian mengirimkan data hasil ukur gardu ke server. Oleh Server data-data ukur tersebut akan disimpan kedalam data base server dan dapat diakses serta diunduh hasil ukur gardunya via internet.
(31)
Gambar 2.12 Topologi Electrical Measurement & Data Transmit (EMT)[8].
2.13 Spesifikasi TeknisEMT-Portable
Berdasarkan pabrikan PT.PATTINDO, peralatan EMT-PORTABLE
memiliki spesifikasi seperti pada tabel (2.4) berikut ini: Tabel 2.4 Spesifikasi Teknis EMT-PORTABLE[8].
I n pu t s Specification
Voltage Input
Nominal Full Scale
347 V ac direct line-to-neutral; 600 V ac direct line-to-line, up to 3.2 MV with external VT/PT
Accuracy 1% Input Impedance 5 MΩ
Frequency Range 45 to 67 Hz; 350 to 450 Hz
Current Input
Nominal Current 1 A or 5 A ac Accuracy 1%
Load/ burden < 0.15 VA Impedance < 0.1 Ω
(32)
Control Power
Operating Range 115 to 415 V ac ±10% at 45 to 67 Hz or 350 to 450 Hz; 125 to 250V dc ±20% Load/ burden 15 VA ac or 10 W dc with all option Weight 8000 gms approx, unpacked
Dimension 190×255×95 mm (master box); 700×500×150 mm (case)
Communication
RS485 serial channel connection, Industry standard Modbus RTU Protocol
Peralatan EMT-PORTABLE ditempatkan sedemikian rupa pada sebuah tas ransel yang dapat dibawa dengan mudah, sehingga petugas yang melakukan pengukuran dilapangan tidak memiliki kendala dalam membawa peralatan menuju gardu yang akan diukur. Tas dan seluruh perlengkapannya dapat dilihat pada gambar (2.13).
Gambar 2.13 EMT-PORTABLE[8].
Pada tas emt-portable terdapat peralatan atau perangkat yang sudah terintegrasi dan tambahan peralatan lainnya, yaitu:
1. Schneider Power Logic 800 – terintegrasi; 2. Modem GSM – terintegrasi;
3. Global Positioning System (GPS) – terintegrasi; 4. Current Transformer (CT);
5. Kabel AC 3 Phasa;
6. Jepit buaya (Alligator Clip); 7. Antena GSM; dan
(33)
Gambar 2.14 Peralatan EMT-PORTABLE[8].
2.14 Fungsi peralatan EMT-PORTABLE
Fungsi utama dari alat ukur EMT adalah mengukur parameter gardu trafo, untuk kemudian mengirimkan data hasil pengukuran tersebut ke server. Hasil ukur yang dapat dilihat pada WEB Aplikasi Electrical Measurement adalah sebagai berikut:
1. Posisi/ Koordinat ukur gardu; 2. Tanggal dan Jam Pengukuran gardu; 3. Arus Utama dan Jurusan;
4. Tegangan Phasa-Netral;
5. Power factor (Per-phasa dan 3 phasa); 6. Persentase Pembebanan; dan
7. Persentase THD (Total Harmonic Distortion)[8]. 2.15 Pengubah Sinyal Analog ke Digital (ADC Converter)
Konverter adalah alat bantu digital yang paling penting untuk teknologi kontrol proses, yang menerjemahkan informasi analog ke bentuk digital dan juga sebaliknya. Sebagian besar pengukuran variabel-variabel dinamik dilakukan oleh
converter, dimana informasi variable diterjemahkan ke bentuk sinyal listrik analog.Untuk menghubungkan sinyal ini dengan sebuah komputer atau rangkaian logika digital, sangat perlu untuk terlebih dahulu melakukan konversi analog ke digital (A/D).Hal-hal mengenai konversi ini harus diketahui sehingga ada keunikan, hubungan khusus antara sinyal analog dan digital.
(34)
Analog To Digital Converter (ADC) adalah pengubah input analog menjadi kode digital. ADC banyak digunakan sebagai Pengatur proses industri, komunikasi digital dan rangkaian pengukuran/ pengujian. Umumnya ADC digunakan sebagai perantara antara sensor yang kebanyakan analog dengan sistim komputer seperti sensor suhu, cahaya, tekanan/ berat, aliran dan sebagainya kemudian diukur dengan menggunakan sistim digital (komputer).ADC (Analog to Digital Converter) memiliki 2 karakter prinsip, yaitu kecepatan sampling dan resolusi. Kecepatan sampling suatu ADC menyatakan seberapa sering sinyal analog dikonversikan ke bentuk sinyal digital pada selang waktu tertentu. Kecepatan sampling biasanya dinyatakan dalam sample per second (SPS).
Gambar 2.15 ADC dengan kecepatan sampling rendah dan kecepatan sampling tinggi[9].
Resolusi ADC menentukan ketelitian nilai hasil konversi ADC. Sebagai contoh: ADC 8-bit akan memiliki output 8-bit data digital, ini berarti sinyal input dapat dinyatakan dalam 255 (2�– 1) nilai diskrit. ADC 12 bit memiliki 12 bit output data digital, ini berarti sinyal input dapat dinyatakan dalam 4096 nilai diskrit. Dari contoh diatas ADC 12-bit akan memberikan ketelitian nilai hasil konversi yang jauh lebih baik daripada ADC 8-bit.
Prinsip kerja ADC adalah mengkonversi sinyal analog ke dalam bentuk besaran yang merupakan rasio perbandingan sinyal input dan tegangan referensi. Sebagai contoh, bila tegangan referensi 5 volt, tegangan input 3 volt, rasio input terhadap referensi adalah 60%. Jadi, jika menggunakan ADC 8-bit dengan skala maksimum 255, akan didapatkan sinyal digital sebesar 60% x 255 = 153 (bentuk decimal) atau 10011001 (bentuk biner)[9].
(35)
������ = 153
255× 5 = 3 �����
2.16 Pengolah Data Digital (Mikroprosesor)MCF5206ECAB40
MCF5206e-series adalah mikroprosesor terpadu yang menggabungkan Versi 2 (V2) ColdFire® prosesor-core dengan beberapa fungsi periperal seperti DRAM controller, timer, general-purpose I/O dan interface serial, modul debug, dan integrasi sistem . V2 ColdFire dirancang untuk aplikasi kontrol tertanam dan memberikan kinerja yang ditingkatkan dengan tetap menjaga biaya sistem yang rendah. Untuk mempercepat eksekusi program, cache instruksi largeon-chip dan SRAM menyediakan akses satu-siklus ke kode kritis dan data. MCF5206e sangat mengurangi waktu yang dibutuhkan untuk desain sistem dan implementasi dengan fungsi packaging common system pada chip dan menyediakan antarmuka
glueless sampai 8-bit, 16-bit, dan 32-bit DRAM, SRAM, ROM dan I/O device.
Gambar 2.16 Mikroprosesor MCF5206ECAB40 [10].
MCF5206e adalah versi yang disempurnakan dari prosesor MCF5206 yang tersedia dalam 3.3V, dengan 5V toleransi I/O, dengan kecepatan 45 MHz dan 54 MHz, kinerja yang lebih tinggi dengan harga yang lebih rendah. ColdFire menggabungkan kesederhanaan arsitektur 32-bit RISC konvensional dengan fungsi penyimpanan memori dan variabel set instruksi yang panjang. Dengan menggabungkan set instruksi arsitektur variabel-panjang dan prosesor yang tertanam, desainer yang menggunakan prosesor ColdFire akan menikmati keuntungan signifikan dari pada arsitektur RISC 32-bit konvensional lainnya. Semakin rapat kode biner untuk diolah, prosesor ColdFire mengkonsumsi memori lebih efisien dan membantu kecepatan kerja prosesor dalam mengolah data[10].
(36)
2.17 Komunikasi Serial RS-485
RS485 atau EIA (Electronic Industries Association) RS485 adalah jaringan balanced line dengan sistem pengiriman data secara half-duplex. RS485 bisa digunakan sebagai jaringan transfer data dengan jarak maksimal 1,2 Km. Sistem transmisi saluran ganda yang dipakai oleh RS485 ini juga memungkinkan untuk digunakan sebagai saluran komunikasi multi-drop dan multipoint (party line). Protokol dari RS-485 diperlihatkan pada Tabel (2.3).
Tabel 2.5 Spesifikasi Protokol RS485 [11].
Pada serial komunikasi RS-485 digunakan sistem half-duplex yaitu suatu sistem dimana antara beberapa transmitter (pengirim data) dapat berkomunikasi dengan satu atau banyak receivers (penerima data) dengan hanya satu transmitter
yang aktif berkomunikasi dengan receiver dalam satu siklus waktu (waktu komunikasi). Sebagai contoh, pembicara memulai dengan sebuah pertanyaan, orang yang bertanya tersebut kemudian akan mendengarkan jawaban atau menunggu sampai dia mendapat jawaban atau sampai dia memutuskan bahwa orang yang ditanya tidak menjawab pertanyaan tersebut.
(37)
Gambar 2.17 Rangkaian Logika Komunikasi Serial RS-485 [11].
Dalam jaringan RS485, master akan memulai “pembicaraan” dengan sebuah Query (pertanyaan) yang dialamatkan pada salah satu slave (pendengar).
Master kemudian akan mendengarkan jawaban dari slave. Jika slave tidak merespon dalam waktu yang ditentukan, (diseting oleh kontrol software dalam
master), master akan memutus pembicaraan.
Standard RS-485 ditetapkan oleh Electronic Industry Association dan Telecomunication Industry Association pada tahun 1983. Nama lengkapnya adalah EIA/TIA-485 Standard for Electrical Characteristics of Generators and Receivers for use in a Balanced Digital Multipoint System. Standard RS485 hanya membicarakan karakteristik sinyal dalam transmisi data secara Balanced Digital Multipoint System. RS485 sama sekali tidak membicarakan protokol (tata cara) transmisi data. Pada RS-485 setiap sinyal dikirim dengan dua utas kabel, belum termasuk ground. Meskipun transmisi data seimbang lebih rumit, tapi mempunyai sifat yang sangat kebal terhadap gangguan listrik, sehingga bisa dipakai untuk menyalurkan data lebih jauh dengan kecepatan lebih tinggi[11].
2.18 Mikrokontroller ATMEGA 8535
AVR merupakan seri mikrokontroller CMOS 8-bit buatan Atmel, berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer). Hampir semua instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR mempunyai 32 registergeneral-purpose, timer/counter fleksibel dengan mode compare, interupt internal dan eksternal, serial UART, programmable Watchdog Timer, dan mode power saving. Beberapa diantaranya mempunyai ADC dan PWM internal.
AVR juga mempunyai In-System Programmable Flash on-chip yang mengijinkan memori program untuk diprogram ulang dalam sistem menggunakan
(38)
hubungan serial SPI. ATMEGA8535 adalah mikrokontroller CMOS 8-bit daya-rendah berbasis arsitektur RISC yang ditingkatkan. Kebanyakan instruksi dikerjakan pada satu siklus clock, ATMEGA8535 mempunyai throughput
mendekati 1 MIPS per MHz membuat disainer sistem mampu mengoptimasi komsumsi daya versus kecepatan proses[12].
(39)
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
Data diperoleh dengan melakukan penelitian terhadap peralatan utama pengukuran parameter gardu, yaitu EMT-PORTABLE yang merupakan sebuah perangkat ukur gardu trafo tiang yang dikembangkan dan diproduksi oleh PT.PATTINDO dengan tujuan mengukur parameter gardu trafo tiang, untuk menjalankan suatu sistem Electrical Measurement berbasis web dan Inspeksi Gardu Trafo Tiang.
3.1 Perhitungan Pembebanan Trafo
Persentase pembebanan pada sebuah trafo dapat ditentukan menggunakan rumus:
%����= �������
�������� × 100%, atau
%���� = 1
3(��+��+��)
�������� × 100%
Untuk menghitung persentase kesalahan (error) digunakan rumus sebagai berikut:
%����� =%����ℎ����� −%��������
%�������� × 100%
3.2 Perhitungan efesiensi pembebanan trafo
Untuk mencari daya dengan efisiensi maksimum dari sebuah trafo, dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (2.7) sebagai berikut:
������� = �������� �� �� �������
Rugi-rugi pada trafo dapat dihitung dengan menggunakan nilai x sebagai perbandingan antara pembebanan dalam kVA dengan daya trafo terpasang seperti pada persamaan (2.8), yaitu:
�=���������
(40)
dengan demikian, maka efisiensi pembebanan trafo dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.9), sebagai berikut :
� = ��������� ����
�×�������� ×����+Σ���� × 100%
dimana:
���� = P� + P��
Nilai rugi inti (P�) adalah tetap dan nilai rugi tembaga (P��) berubah-ubah sesuai pembebanan, dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:
P�������� = (�)2. P�������
3.3 Perhitungan ketidakseimbangan beban pada trafo
Ketidakseimbangan pada line utama, dapat dihitung sebagai berikut: �����2 = ��
+��+��
3 , dimana
�� = �.�, maka: �= ���
�� = �.�, maka: �=���
�� = �.�, maka: � =���
Rata-rata ketidakseimbangan beban dalam persen (%) adalah:
= |� −1| + |� −1| + |� −1|
3 × 100%
3.4 Perhitungan Standar Harmonisa (THD)
Nilai standar harmonisa dapat ditentukan dengan membandingkan hasil perhitungan dengan data hasil pengukuran. Nilai arus nominal dan arus hubung singkat dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan:
�� = �
√3�
��� = �
%�√3�
Dengan demikian rasio hubung singkat dapat ditentukan dengan: ������� = ����
(41)
3.5 Perhitungan derating trafo akibat harmonisa (THDF)
Nilai THDF (Transformator Harmonic Derating Factor) pada pengukuran WBP masing-masing trafo dapat dihitung sebagai berikut:
���� = 1,414(����)
����� × 100%
���� =1,414� 1
3(��+��+��)���� 1
3(�� +��+��)����
× 100%
Dari nilai THDF didapatkanlah penurunan kemampuan trafo (derating) menjadi: ����� =�������������
Sehingga
�������������= ��������� − �����
3.6 Peralatan Pengukuran Gardu
Adapun peralatan yang digunakan didalam pengukuran gardu metode EMT ini adalah :
1. Tali panjat (Alat Bantu); 2. Tang kombinasi (Alat Bantu); 3. Tool set;
4. Alat Ukur Gardu (EMT-PORTABLE); 5. Thermogun;
6. Senter (Headlamp)
3.7 Prosedur Penelitian Pengukuran Parameter Trafo
Prosedur penelitian pengukuran parameter trafo distribusi pada sebuah gardu trafo tiang (GTT) milik PLN adalah sebagai berikut:
1. Persiapkan data dan IDGardu yang akan diukur;
2. Persiapkan peralatan kerja pengukuran yang dibutuhkan;
3. Koordinasikan dengan supervisor teknik rayon terkait untuk pelaksanaan pengukuran trafo gardu distribusi;
4. Pengukuran Gardu tahap pertama yang dilaksanakan pada siang hari antara pukul 10.00 sampai dengan 14.00 WIB, 1 (satu) kali pengukuran untuk merepresentasi pembebanan LWBP;
(42)
5. Pastikan Data Hasil Ukur telah terkirim dan tampil di web, apabila belum terkirim atau terjadi kesalahan pengukuran, lakukan pengukuran ulang; 6. Pengukuran Gardu tahap kedua yang dilaksanakan pada malam hari antara
pukul 18.00 sampai dengan 22.00 WIB, 1 (satu) kali pengukuran untuk merepresentasi pembebanan WBP;
7. Pastikan Data Hasil Ukur telah terkirim dan tampil di web, apabila belum terkirim atau terjadi kesalahan pengukuran, lakukan pengukuran ulang; 8. Download data hasil ukur dari web, kemudian catat besaran-besaran yang
didapatkan untuk kemudian dihitung dengan menggunakan rumus yang ada;
9. Hasil perhitungan digunakan untuk menganalisis data dan mengetahui permasalahan pada sebuah trafo distribusi untuk kemudian direkomendasikan ke pihak yang terkait (PLN) untuk dilakukan pemeliharaan preventive;
10.Ambil kesimpulan dan saran dari penelitian yang dilakukan. 3.8 Teknik Pengumpulan Data
Penulis terlebih dahulu mencari dasar teori yang berkaitan dengan topik tugas akhir dari buku-buku referensi yang dimiliki oleh penulis, perpustakaan, atau dari internet dan sumber referensi lainnya. Setelah dasar teori yang dibutuhkan terpenuhi, penulis melakukan studi lapangan dengan mengikuti pekerjaan Inspeksi dan Pengukuran Gardu Distribusi yang dilaksanakan oleh Divisi EMT - PT. Razza Prima Trafo sebagai rekanan lokal yang ditunjuk oleh PT. PLN (PERSERO) Wilayah Sumatera Utara.
Penelitian terhadap alat ukur EMT-PORTABLE kemudian dilakukan untuk mengetahui apa proses yang terjadi pada alat ukur, baik komponennya sampai kepada rangkaiannya, sehingga alat ukur tersebut dapat mengirimkan kemudian menampilkan data hasil ukur parameter trafo pada aplikasi web.
Dari data hasil ukur yang ditampilkan, digunakanlah besaran-besaran hasil ukurnya untuk menghitung dan menganalisis data ukur trafo pada sebuah gardu trafo tiang, sehingga permasalahan umum yang terjadi pada gardu tersebut dapat
(43)
diketahui. Diagram tahapan penelitian pada tulisan ini dapat dilihat pada gambar (3.1) berikut ini:
MULAI
INPUT EMT: Tegangan (V)
Arus (I) Suhu (t) kVA Trafo (S) Perencanaan:
Mengumpulkan literatur pengukuran Mengumpulkan literatur gardu trafo
Menentukan tempat penelitian
Tentukan gardu yang diukur
Kirim Data Ukur
TERKIRIM
OUTPUT: Hasil ukur pada web
Perhitungan dan Analisis hasil ukur gardu
SELESAI YA
TIDAK
(44)
BAB IV
HASIL DAN ANALISIS
4.1Prinsip Kerja Alat Ukur EMT
Pengukuran Parameter Trafo Distribusi menggunakan Alat Ukur EMT membutuhkan besaran-besaran masukan (input) yang akan diolah pada alat itu sendiri, diantaranya arus, tegangan, suhu dan besar kapasitas trafo yang diukur. Untuk besaran listrik (arus dan tegangan) sinyal masukan akan diolah untuk kemudian dikirimkan ke server, sehingga hasil ukur pada sisi tegangan rendah dapat ditampilkan pada web aplikasi.
EMT
LOAD
Gambar 4.1 Penempatan alat ukur EMT pada gardu distribusi.
Pengukuran arus listrik menggunakan trafo arus yang akan dibaca langsung oleh Power Logic PM800 sebagai pengolah data hasil ukur gardu. Oleh Power Logic PM800, data hasil ukur kemudian dikomunikasikan ke rangkaian mikrokontroler berupa data biner berdasarkan perbedaan tegangan dari 2 (dua) utas kabel komunikasi terhadap ground-nya melalui komunikasi serial RS-485 yang sudah terintegrasi pada Power Logic PM800. Data biner ini kemudian akan dirubah oleh mikrokontroler menjadi data text yang tidak lebih dari 160 karakter untuk kemudian dikirimkan ke server memanfaatkan teknonologi SMS gateway, dengan menggunakan modem GSM.
Pada server terdapat modem penerima data text yang dikirimkan untuk kemudian diproses penggunakan aplikasi Visual Basic, sehingga data text
tersebut dapat terhubungkan dengan data base. Pada server ini pula data-data yang sudah masuk ke data base diolah dan kemudian ditampilkan pada suatu aplikasi web yang on-line dan dapat diakses dan dipantau di setiap komputer yang memiliki jaringan internet.
(45)
Alur proses pengukuran parameter trafo pada sebuah gardu trafo tiang menjadi data text yang dapat ditampilkan di web secara sederhana dapat diperlihatkan pada skema sistem EMT pada gambar (4.2).
Gambar 4.2 Sistem EMT
4.2Sinyal Masukan Alat Ukur EMT (Input Signal)
Parameter utama yang diukur oleh EMT adalah arus dan tegangan. Dengan kata lain, arus dan tegangan adalah sinyal masukan (input signal) pada alat ukur dan akan diolah oleh ADC. Output ADC berupa sinyal digital akan diolah kemudian oleh mikroprosesor yang keduanya sudah terintegrasi di dalam PM 800. Akan tetapi, arus dan tegangan harus terlebih dahulu diubah atau diturunkan besarnya ke dalam tegangan kerja ADC (5 Volt) sebagai sinyal masukan analog. 4.2.1 Sinyal Masukan Arus
Pada PM 800, rangkaian pengukuran arus berupa resistor shunt dan sudah terintegrasi. Arus yang diukur oleh Trafo CT akan dialirkan melalui rangkaian yang memiliki resistor terhubung paralel, sehingga keluarannya (output) berupa sinyal tegangan yang kecil. Gambar rangkaian resistor shunt pada PM 800 dan rangkaian ekivalennya diperlihatkan pada (4.3).
(46)
R S T N
V
L-L= 400V
Is Ir
Io
Vo Ke input
ADC CT
Ro
Gambar 4.3 Rangkaian resistor shunt
�� = ����
atau
�� =�����������
dimana :
�� : tegangan keluaran (volt)
�� : arus pada trafo shunt (A)
�� : tahanan shunt (Ω)
Dengan menggunakan rumus diatas dapat diketahui berapa besar tegangan masukan pada ADC pada saat dilakukan pengukuran. Trafo ukur (CT Clamp) yang digunakan pada saat pengukuran parameter trafo adalah sebagai berikut:
�� = 400 ������
�� = 5 ������
������� = 80
Dengan tegangan kerja ADC sebesar 5 volt, maka didapatkan besar nilai tahanan shunt adalah :
5 =�� 80× 5 5�� = 400
�� = 80 Ω
Pada pengukuran parameter trafo, kapasitas trafo yang diukur adalah 160 kVA. Arus nominal dari trafo tersebut adalah sebagai berikut:
(47)
�������� = ��������
√3 ×����� ������
�������� =
160 × 103
√3 × 400
�������� = 230,85 ������
Kita misalkan arus yang diukur pada saat pengukuran adalah sebesar arus nominal, maka dari arus nominal tersebut dapat diketahui arus yang mengalir pada sisi sekunder trafo ukur adalah:
�� =������ ��
�� =
230,85
80 = 2,89 ������
Dengan menggunakan rumus yang sama, didapatkanah sinyal masukan tegangan ke ADC adalah sebesar:
�� = 8080× 2,89
�� = 2,89 ����
Pada PM800, digunakan ADC 8-bit yang sudah terintegrasi. Dengan demikian, sinyal input diskrit dalam desimal dapat dinyatakan sebagai berikut:
�����������= 28−1 = 255
dengan demikan, besar sinyal masukan tegangan pada pengukuran gardu adalah sebagai berikut:
�����������= 2,89 5 × 255
�����������= 147 (bentuk desimal) atau
�����������= 10010011 (bentuk biner) 4.2.2 Sinyal Masukan Tegangan
Rangkaian pengukuran tegangan pada PM 800 menggunakan voltage reducer yang menurunkan tegangan line to neutral 230 Volt ke tegangan kerja ADC menggunakan power resistor, sehingga keluarannya (output) juga berupa
(48)
sinyal tegangan yang lebih kecil. Gambar rangkaian voltage reducer pada PM 800 dan rangkaian ekivalennya diperlihatkan pada gambar (4.4).
Gambar 4.4 Rangkaian voltage reducer
Beradasarkan Hukum Ohm, tegangan V adalah nilai perkalian arus I dan tahanan R.
� =��
Dari gambar rangkaian ekivalen voltage reducer diatas, maka nilai Vo
dapat ditentukan dengan persamaan: �� =���
�� =(�+����)��, atau
�� =(�+��� �)�� dimana :
�� : tegangan keluaran (volt)
�� : tegangan line to neutral (Volt)
�� : tahanan shunt (Ohm)
� : power resistor(Ohm)
Untuk mencari nilai tahanan shunt pada rangkaian voltage reducer juga didapatkan menggunakan persamaan diatas, akan tetapi untuk nilai tegangan Vo
dan Vi digunakanlah nilai yang sesuai data spesifikasi PM800, yaitu sebagai berikut:
�� = 347 �����������������
� = 5 MΩ
R S T N VL-L= 400V
Vi
R
Ro Vo Input
ADC I
(49)
Dengan tegangan kerja ADC Vo sebesar 5 volt, maka didapatkan besar nilai tahanan shunt adalah :
5 = ��
5 × 103+�
�× 347
25 × 103+ 5�� = 347�� 347��−5�� = 25 × 103
�� =
25 × 103 342
�� = 73 Ω
Pada pengukuran parameter trafo, tegangan ������������� yang diukur adalah 230 Volt. Dengan menggunakan rumus yang sama, didapatkanah sinyal masukan tegangan ke ADC adalah sebesar:
�� = 5×10733+73× 230 �� = 3,31 ����
Dengan demikian, sinyal input diskrit dalam desimal dapat dinyatakan sebagai berikut:
�����������= 28−1 = 255
dengan demikan, besar sinyal masukan tegangan pada pengukuran gardu adalah sebagai berikut:
�����������= 3,31
5 × 255
�����������= 169 (bentuk desimal) atau
(50)
4.3Data Hasil Pengukuran
Data hasil ukur pada tugas akhir ini merupakan data ukur gardu trafo tiang milik PT. PLN (PERSERO) Area Medan. Gardu trafo tiang tersebut yaitu:
1. Gardu Tiang MK328
Gardu MK328 terletak di Jl. Utama gg. Cendana Medan. Gardu ini melayani beban di jalan utama dan sekitarnya. Data inspeksi dari Trafo Gardu MK328 sebagai berikut:
Merek : Morawa
Daya : 160 kVA
Tegangan Kerja : 20 kV/400 V
Hubungan : Yzn5
Impedansi : 4 % ����� : 400 watt
�������� : 2000 watt
Data hasil ukurnya pada web aplikasi dapat dilihat pada tabel (4.1) dan tabel (4.2).
Tabel 4.1 Data Ukur LWBP MK328 (SIANG)[14].
Ga r du I n du k : TI TI KUNI NG
Pe n y u la n g : TT05
Kode Ga r du : MK328- 1
Ka pa sit a s
t r a fo : 160 kVA
Ta n gga l &
Ja m Uk u r : 10/ 28/ 2013 15: 14
Tit ik GPS : 3.62379833333333/ 98.67636
Ar u s
N om in a l : 230,93 Am pere
Te m pe r a t u r : 30 °C
Pe m be ba n a n : 60,7 %
TEGAN GAN R N S N T N
I n com in g ( V olt ) 219 220 224
(51)
ARUS
( RM S) ( PEAK)
R S T N R S T
Ar u s
I n com in g ( Am p.) 172 183 86 96 277.3 295.03 143.53
TH D Ar u s
I n com in g ( % ) 14 14 18 83 84.91 90.34 43.95
Ar u s Lin e B ( Am p.) 90 80 41 47 146.4 134.6 65.5
TH D Ar u s
Lin e B ( % ) 15 19 13
Ar u s Lin e C ( Am p.) 5 8 1 8 8.6 12.9 0
TH D Ar u s
Lin e C ( % ) 21 14 271
Ar u s Lin e D ( Am p.) 72 80 53 34 117.1 130.1 88.5
TH D Ar u s
Lin e D ( % ) 15 15 18
Pow e r
Fa k t or 0.955 0.981 0.96
PF Sy st e m 0.968
Tabel 4.2 Data Ukur WBP MK328 (MALAM)[14].
Ga r du I n du k : TI TI KUNI NG
Pe n y u la n g : TT05
Kode Ga r du : MK328- 1
Ka pa sit a s
t r a fo : 160 kVA
Ta n gga l &
Ja m Uk u r : 10/ 29/ 2013 19: 03
Tit ik GPS : 3.62379833333333/ 98.67636
Ar u s
N om in a l : 230,93 Am pere
Te m pe r a t u r : 32 °C
Pe m be ba n a n : 102,4 %
TEGAN GAN R N S N T N
I n com in g ( V olt ) 216 217 221
(52)
ARUS
( RM S) ( PEAK)
R S T N R S T
Ar u s
I n com in g ( Am p.) 288 287 178 152 476.57 470.82 297.07
TH D Ar u s
I n com in g ( % ) 17 16 18 129 145.92 144.16 90.96
Ar u s Lin e B ( Am p.) 151 113 73 82 254.1 187 122.9
TH D Ar u s
Lin e B ( % ) 19 17 19
Ar u s Lin e C ( Am p.) 8 15 1 15 12.8 24 0
TH D Ar u s
Lin e C ( % ) 13 13 170
Ar u s Lin e D ( Am p.) 112 163 106 75 185.3 269.7 175.4
TH D Ar u s
Lin e D ( % ) 17 17 17
Pow e r
Fa k t or 0.968 0.979 0.975
PF Sy st e m 0.974
2. Gardu Tiang JH184
Gardu JH184 terletak di Komplek Perumahan Malibu dan hanya melayani beban di perumahan tersebut. Data inspeksi dari Trafo Gardu JH184 adalah sebagai berikut:
Merek : SINTRA
Daya : 160 kVA
Tegangan Kerja : 20 kV/400 V
Hubungan : Yzn5
Impedansi : 4 % ����� : 400 watt
�������� : 2000 watt
Data hasil ukurnya pada web aplikasi dapat dilihat pada tabel (4.3) dan (4.4) berikut ini:
Tabel 4.3 Data Ukur LWBP JH184 (SIANG) [14].
Ga r du I n du k : TI TI KUNI NG
Pe n y u la n g : TI 7
(53)
Ka pa sit a s
t r a fo : 160 kVA
Ta n gga l &
Ja m Uk u r : 11/ 4/ 2013 11: 08
Tit ik GPS : 3.62594833333333/ 98.686035
Ar u s
N om in a l : 230,93 Am pere
Te m pe r a t u r : 30 °C
Pe m be ba n a n : 32%
TEGAN GAN R N S N T N
I n com in g ( V olt ) 228 227 227
TH D ( % ) 1 1 1
ARUS
( RM S) ( PEAK)
R S T N R S T
Ar u s
I n com in g ( Am p.) 82 84 59 26 124.08 123.55 90.11
TH D Ar u s
I n com in g ( % ) 7 4 8 41 37.99 37.83 27.59
Ar u s Lin e A ( Am p.) 82 79 58 26 124.1 117.3 88.6
TH D Ar u s
Lin e A ( % ) 7 5 8
Pow e r
Fa k t or 0.933 0.94 0.972
PF Sy st e m 0.947
Tabel 4.4 Data Ukur WBP JH184 (MALAM)[14].
Ga r du I n du k : TI TI KUNI NG
Pe n y u la n g : TI 7
Kode Ga r du : JH184
Ka pa sit a s
t r a fo : 160 kVA
Ta n gga l &
Ja m Uk u r : 11/ 5/ 2013 18: 13
Tit ik GPS : 3.62594833333333/ 98.686035
Ar u s
N om in a l : 230,93 Am pere
Te m pe r a t u r : 34 °C
(54)
TEGAN GAN R N S N T N
I n com in g ( V olt ) 227 226 226
TH D ( % ) 2 2 2
ARUS
( RM S) ( PEAK)
R S T N R S T
Ar u s
I n com in g ( Am p.) 97 125 96 11 145.41 182.08 142.55
TH D Ar u s
I n com in g ( % ) 6 3 5 210 44.52 55.75 43.65
Ar u s Lin e A ( Am p.) 112 144 108 17 166.3 209.8 158.8
TH D Ar u s
Lin e A ( % ) 5 3 4
Pow e r
Fa k t or 0.894 0.951 0.985
PF Sy st e m 0.95
4.4Perhitungan dan Analisis Data Hasil Ukur
Dari data-data hasil ukur yang telah didapatkan, maka dapat dilakukan perhitungan untuk mengetahui besar pembebanan trafo dan error alat ukur, efisiensi pembebanan trafo (saat overload atau underload), persentase ketidakseimbangan pembebanan trafo, standar harmonisa tegangan dan arus, serta penurunan kapasitas trafo (derating) akibat adanya harmonisa.
4.4.1 Pembebanan Trafo
Secara teori, persentase pembebanan pada sebuah trafo dapat ditentukan menggunakan rumus:
%����= �������
�������� × 100%, atau
%���� = 1
3(��+��+��)
�������� × 100%
1) Pada MK328, perhitungan pembebanan adalah sebesar: a) Pada pengukuran LWBP (siang)
%����= 1
3(172 + 183 + 86)
230,93 × 100%
%����= ��,�� %
b) Pada pengukuran WBP (malam)
%����= 1
3(288 + 287 + 178)
(55)
%����=���,� %
2) Pada JH184, perhitungan pembebanan adalah sebesar: a) Pada pengukuran LWBP (siang)
%����= 1
3(82 + 84 + 59)
230,93 × 100%
%����=��,�� %
b) Pada pengukuran WBP (malam)
%����= 1
3(97 + 125 + 96)
230,93 × 100%
%����=��,� %
Dari hasil perhitungan dapat dilihat bahwa, persentase pembebanan trafo antara tampilan web dan perhitungan tidak sama. Dengan kata lain, terdapat kesalahan (error) pada alat ukur EMT. Besarnya error tersebut dapat dihitung sebagai berikut:
%�����= %����ℎ����� −%��������
%�������� × 100%
Besar error pada pengukuran pembebanan dapat dilihat pada tabel (4.5) Tabel 4. 5 Persentase kesalahan (error) alat ukur EMT.
N o. Kode
Ga r du
W a k t u Uk u r
Pe m be ba n a n ( % )
e r r or ( % )
Pe r h it u nga n Ala t Uk u r
(w e b)
1 MK328
LWBP 63.66 60.70 4 .8 8
WBP 108.70 102.40 6 .1 5
2 JH184
LWBP 32.48 32.00 1 .5 0
WBP 45.90 45.30 1 .3 2
Berdasarkan data spesifikasi teknik alat ukur EMT pada tabel (2.4), akurasi alat ukur EMT dituliskan adalah sebesar 1%. Pada saat dilakukan perbandingan antara perhitungan dan data hasil ukur, seluruh data mengalami tingkat kesalahan (error) yang lebih besar dari 1 %, paling besar pada saat pengukuran WBP trafo MK328 yaitu 6,15%. Untuk itu, setiap akan mulai pengukuran ada baiknya bila alat ukur EMT terlebih dahulu di kalibrasi. Apabila nilai kesalahan alat ukur sudah terlalu besar, maka dianggap alat ukur itu tidak laik guna lagi.
(1)
b) Pengukuran WBP ���� =
1,414�13(�� +��+��)���� 1
3(�� +�� +��)����
× 100%
���� =
1,414�13(288 + 287 + 178)� 1
3(476,57 + 470,82 + 297,07)
× 100% ���� =��,�� %
Dari nilai THDF saat pengukuran WBP didapatkanlah penurunan kemampuan trafo (derating) menjadi:
����� =�������������
����� = 85,56% × 160 ���
����� =���,�����
Akibat pengaruh harmonisa, trafo MK328 mengalami penurunan kemampuan kapasitas (derating) sebesar:
������������� =��������� − �����
������������� = 160 ��� −136,89 ��� ������������� =��,�����
Tanpa pengaruh harmonisa, berdasarkan pengukuran WBP (malam), Trafo MK328 telah dibebani sebesar 102,4 % dari daya pengenalnya sebesar 160 kVA. Dengan kata lain, Trafo MK328 mengalami beban lebih yang dapat dihitung sebagai berikut:
���������ℎ= � % ����������×��������� � − ��������� ���������ℎ= (102,4 % × 160)−160 ���
���������ℎ= 3,84 ���.
Akan tetapi akibat pengaruh harmonisa yang menyebabkan penurunan kemampuan daya trafo (derating), trafo mengalami beban lebih yang aktualnya lebih tinggi.
���������ℎ= � % ����������×��������� � − ����� ���������ℎ= (102,4 % × 160)−136,89 ��� ���������ℎ= ��,�����
(2)
2. Trafo JH184
a) Pengukuran LWBP ���� =
1,414�13(�� +��+��)���� 1
3(�� +�� +��)����
× 100%
���� =
1,414�13(82 + 84 + 59)� 1
3(124,08 + 123,55 + 90,11)
× 100% ���� =��,� %
Dari nilai THDF saat pengukuran LWBP, didapatkanlah penurunan kemampuan trafo (derating) menjadi:
����� =�������������
����� = 94,2% × 160 ���
����� =���,�����
Akibat pengaruh harmonisa, trafo JH184 mengalami penurunan kemampuan kapasitas (derating) sebesar:
������������� =������� �� − �����
������������� = 160 ��� −150,72 ��� ������������� =�,�����
b) Pengukuran WBP ���� =1,414�
1
3(�� +��+��)���� 1
3(�� +�� +��)����
× 100%
���� = 1,414� 1
3(97 + 125 + 96)� 1
3(145,41 + 182,08 + 145,55)
× 100% ���� =��,�� %
(3)
����� = 95,06% × 160 ���
����� =���,����
Akibat pengaruh harmonisa, trafo JH184 mengalami penurunan kemampuan kapasitas (derating) sebesar:
������������� =��������� − �����
������������� = 160 ��� −152,1 ��� ������������� =�,����
Pada Trafo JH184, penurunan kapasitasnya akibat harmonisa tidak terlalu signifikan. Hal ini disebabkan oleh pembeban pada trafo JH184 masih tergolong kecil. Dengan kata lain, besar pembebanan juga berpengaruh terhadap derating trafo, dimana pembebanan yang lebih tinggi akan menyebabkan penurunan kapasitas trafo yang tinggi dan demikian sebaliknya.
(4)
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1Kesimpulan
Dari data hasil pengukuran, perhitungan dan analisis data ukur parameter gardu, dapat diambil kesimpulan bahwa:
1. Masih terdapat kesalahan pengukuran (error) pada alat ukur EMT. Error
paling besar terjadi saat pengukuran WBP gardu MK328 sebesar 6,15%; 2. Dari analisis efiseinsi trafo, pembebanan yang lebih besar akan
mengurangi efisiensi trafo, akan tetapi pembebanan yang terlalu kecil juga menyebabkan efisiensi trafo yang rendah;
3. Dari analisis ketidakseimbangan pembebanan pada kedua Trafo, hanya pada pengukuran siang (LWBP) gardu MK328 saja yang tidak memenuhi ketentuan ketidakseimbangan maksimal, yaitu sebesar 27,33% dari ketentuan sebesar 25%;
4. Pembebanan yang lebih seimbang dapat menurunkan rugi-rugi akibat mengalirnya arus pada penghantar netral. Besar losses pada saat pembebanan 102,4% dengan ketidakseimbangan 19,33% sebesar 7,42 kW dapat diturunkan dengan mensimulasikan pembebanan yang lebih seimbang menjadi 0,012 kW pada ketidakseimbangan 0,8%;
5. Dari standar harmonisa tegangan, trafo MK328 dan JH184 keduanya memenuhi ketentuan sesuai IEEE 519-1992. Akan tetapi, trafo MK328 tidak memenuhi standar harmonisa arus, karena hampir seluruh % THD arusnya melebihi ketentuan;
6. Pengaruh Harmonisa yang menyebabkan derating trafo paling signifikan dialami oleh Trafo Gardu MK328 saat terjadi beban lebih pada WBP sebesar 102% pembebanan. Beban lebih yang seharusnya hanya sebesar 3,84 kVA meningkat menjadi 26,95 kVA akibat pengaruh harmonisa. Fenomena ini akan berkaitan langsung dengan umur trafo yang dapat
(5)
menyebabkan penurunan kapasitas trafo yang juga rendah dan demikian sebaliknya.
5.2Saran
Untuk mengatasi permasalahan trafo-trafo Gardu Distribusi, penulis menyarankanbeberapa hal berikut ini :
1. Peneraan atau kalibrasi terhadap alat ukur EMT perlu dilakukan agar tingkat kesalahan pengukuran (error) juga dapat berkurang;
2. Pembebanan pada setiap trafo hendaknya dibuat dalam rentang 40%-80% dari daya pengenalnya, agar didapatkan efifiensi yang baik saat trafo melayani beban;
3. Perlu adanya pemerataan beban pada gardu distribusi dalam hal ini pada gardu MK328, agar ketentuan ketidakseimbangan pembebanan maksimal dapat terpenuhi dan losses akibat mengalirnya arus pada penghantar netral dapat berkurang;
4. Perlu adanya usaha mengurangi dampak harmonisa pada transformator distribusi dalam hal ini pada gardu MK328 atau peralatan listrik lainnya, dengan menerapkan standar maksimal persentase THD pada trafo ataupun pemasangan filter harmonisa;
5. Penurunan kapasitas trafo akibat pengaruh harmonisa dapat menurunkan umur trafo, untuk mengatasi itu sebaiknya diterapkan pembebanan maksimal sebuah trafo distribusi adalah sebesar 80% dari kapasitasnya.
(6)
DAFTAR PUSTAKA
[1] Aslimeri, dkk., Teknik Transmisi Tenaga Listrik, Jilid 1, Jakarta: Dirjen SMK, 2008.
[2] Wibowo,Ratno, dkk., Standar Konstruksi Gardu Distribusi dan Gardu Hubung Tenaga Listrik, Jakarta: PT PLN (PERSERO),2010.
[3] ______, “Manajemen Trafo Distribusi”, 12 Januari 2009, [online]. Tersedia: [4] Theraja, B.L. & Theraja, A.K., A Text Book of Electrical Technology, New
Delhi: S.Chand and Company Ltd., 2001.
[5] Sopyandi, Endi, “Pengaruh Ketidakseimbangan Pembebanan Pada Trafo Distribusi”, 15 Oktober 2012.
[6] Dugan, Roger C., Electrical Power Systems Quality, New York: The McGraw-Hill Companies, 2004.
[7] Tribuana, Nanan,dkk., “Pengaruh Harmonik pada Transformator
Distribusi”, April 1999.
[8] Manual Book PATTINDO, EMT-PORTABLE.
[9] Hariyanto, Didik, Analog to digital converter, Hard Copy.
[10] Datasheet ColdFire MCF5206ECAB40 Microprocessor by MOTOROLA. [11] Marais, Hein, RS-485/ RS-422 Circuit Implementation Guide, Norwood:
Analog Device, Inc., 2008.
[12] Datasheet ATmega8535 8-bit Microcontroller by ATMEL. [13] Katalog CENTRADO Distribution & Power Transformer.
[14] Website Data Hasil Pengukuran Gardu PT.PATTINDO, [online]. Tersedia:
[Diakses 13