13
membuat kinerja dari tap changer lebih dapat diminimalisasi sehingga kehandalan dari tap changer
ataupun lifetime-nya menjadi bertambah,sehinga dapat menjadi ekonomis. Dalam hal ini tugas akhir ini, berfokus pada saluran distribusi primer pada PT.
PLN PERSERO Rayon Binjai Timur, sehingga secara penelitian, peneliti membahas persoalan ini yang dikarenakan berdasarkan pengamatan dari peneliti secara sementara
berhubung peneliti berdomisili di daerah yang dilayani PT. PLN PERSERO Rayon Binjai Timur, tegangan jatuhnya melebihi 5 sehingga harapan kedepannya dapat
diaplikasikan oleh PT. PLN PERSERO khususnya Rayon Binjai Timur. Metode yang dipakai pada penelitian ini adalah dengan membuat analisa dan
perhitungan rugi – rugi dan tegangan jatuh pada penyulang Feeder yang kemudian disesuaikan dengan perhitungan berdasarkan Voltage Drop Tegangan Jatuh yang
sesuai standar PT. PLN Persero, dan upaya untuk mendapatkan hal tersebut adalah diperlukan suatu letak dari saluran yang sesuai dengan penempatan dari transformator
distribusi.
1.2. Rumusan Masalah
1. Berapa tegangan jatuh pada saluran distribusi dari GI Paya Geli sampai pada transformator distribusi Rayon Binjai Timur pada saat beban puncak.
2. Berapa rugi – rugi daya pada saluran saluran distribusi dari GI Paya Geli sampai pada transformator distribusi Rayon Binjai Timur pada saat beban puncak.
3. Dimana penempatan transformator distribusi untuk transformator distribusi yang tegangan jatuh pada sisi primernya lebih besar dari standar PT. PLN PERSERO.
1.3. Batasan Masalah
Universitas Sumatera Utara
14
Agar isi dan pembahasan Tugas Akhir ini menjadi terarah dan dapat mencapai hasil yang diharapkan, maka penulis perlu membuat batasan masalah yang akan
dibahas. Adapun batasan masalah pada penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Hanya membahas tegangan jatuh pada saluran distribusi primer yang dilihat dari
panjang saluran distribusi primer dari GI sampai pada transformator distribusi. 2. Tidak membahas tegangan jatuh pada sisi saluran distribusi sekunder.
3. Pembahasan tegangan jatuh hanya pada saluran GI Binjai menuju PT. PLN PERSERO Rayon Binjai Timur.
4. Tidak Membahas faktor ketidakseimbangan beban. 5. Transformator pada hal ini yang digunakan adalah transformator tiga Phase.
6. Tidak membahas tentang sistem proteksi.
1.4. Tujuan
Mengoptimalkan kinerja transformator distribusi dengan cara mengatur agar jatuh tegangan pada saluran distribusi tidak melebihi standar dari PT. PLN PERSERO pada
umumnya dan pada saluran distribusi PT. PLN PERSERO Rayon Binjai Timur untuk memberi penyaluran tenaga listrik yang baik bagi konsumen.
BAB II
Universitas Sumatera Utara
15
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Sistem Distribusi
Sistem distribusi merupakan keseluruhan komponen dari sistem tenaga listrik yang menghubungkan secara langsung antara sumber daya yang besar seperti gardu
transmisi dengan konsumen tenaga listrik. Secara umum yang termasuk ke dalam sistem distribusi antara lain, :
1. Gardu Induk GI
2. Jaringan Distribusi Primer
3. Gardu Distribusi Transformator
4. Jaringan Distribusi Sekunder
Dalam menyalurkan daya listrik dari pusat pembangkit kepada konsumen diperlukan suatu jaringan tenaga listrik. Sistem jaringan ini terdiri dari jaringan
transmisi dan jaringan distribusi. Dalam sistem distribusi pokok permasalahan tegangan muncul karena konsumen memakai peralatan dengan tegangan muncul karena
konsumen memakai peralatan listrik yang tegangannya sudah ditentukan besarnya. Apabila tegangan sistem terlalu tinggi atau rendah sehingga melewati batas – batas
toleransi maka akan mengganggu dan selanjutnya merusak peralatan konsumen. Jika kita meninjau secara umum,ada empat unsur yang terdapat dalam sistem
tenaga listrik, yakni: a adanya unsur pembangkit tenaga listrik yang umumnya tegangan yang dihasilkan
berupa Tegangan menengah;
Universitas Sumatera Utara
16
b suatu sistem transmisi yang dilengkapi dengan adanya perangkat Gardu Induk, karena jaraknya yang biasa jauh, sehingga kita memerlukan penggunaan tegangan
tinggi ataupun tegangan ekstra tinggi; c adanya saluran distribusi, yang biasanya terdiri dari saluran distribusi primer yang
dengan tegangan menengah dan saluran distribusi sekunder yang merupakan dengan menggunakan tegangan rendah.
d adanya unsur pemakai tenaga listrik atau konsumen tenaga listrik baik skala industri dengan tegangan menengah, maupun rumah tangga dengan tegangan rendah.
Untuk proses dari Sistem Tenaga Listrik mulai dari pembangkit sampai ke konsumen dapat dilihat pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Proses dari Sistem Tenaga Listrik Mulai dari Pembangkit sampai ke konsumen.
Universitas Sumatera Utara
17
Di Indonesia, menurut Abdul Kadir 2006, tegangan yang dihasilkan Pembangkit tenaga listrik berkisar 6KV s.d 20 KV, kemudian karena letak pembangkit tenaga listrik
jauh dari konsumen, maka energi listrik harus diangkut melalui saluran transmisi dengan tegangan yang dinaikkan dengan transformator step up menjadi 70 KV, 150
KV, 275 KV dan bahkan untuk tegangan ekstra tinggi 500 KV. Kemudian, setelah mendekat kepada pemakai tenaga listrik, maka tegangan diturunkan dengan
tranformator step down menjadi tegangan menengah 20 KV yang dilakukan di GI, ini disebut sebagai saluran distribusi primer, kemudian melalui transformator distribusi
diturunkan menjadi tegangan rendah, yakni 220380 Volt yang kemudian disebut sistem distribusi sekunder.
Bagian dari sistem tenaga listrik yang paling dekat dengan konsumen adalah sistem distribusi. Juga sistem distribusi adalah bagian sistem tenaga listrik yang paling
banyak mengalami gangguan, sehingga masalah utama dalam operasi sistem distribusi adalah mengatasi gangguan.
Disamping itu masalah tegangan, bagian – bagian instalasi yang berbeban lebih dan rugi – rugi daya dalam jaringan merupakan masalah yang perlu dicatat dan dianalisa
secara terus menerus, untuk dijadikan masukan bagi perencanaan pengembangan sistem dan juga untuk melakukan tindakan – tindakan penyempurnaan pemeliharaan dan
penyempurnaan operasi sistem distribusi.
Universitas Sumatera Utara
18
2.1.1 Jenis Sistem Distribusi
Sistem distribusi seperti yang diketahui, terdapat dua penggolongan, yaitu distribusi primer yang memakai tegangan menengah, dan distribusi sekunder yang
memakai tegangan rendah.
2.1.1.1 Distribusi Primer
Distribusi Primer adalah jenis sistem distribusi yang menggunakan tegangan menengah. Pada sistem distribusi primer terdapat beberapa rangkaian sistem distribusi
primer,yaitu: i.
Sistem Radial, Sistem distribusi dengan pola radial seperti Gambar 2.2 adalah sistem
distribusiyang paling sederhana dan ekonomis. Pada sistem ini terdapat beberapa penyulang yang menyuplai beberapa gardu distribusi secara radial.
Gambar 2.2. Konfigurasi Jaringan Radial
Universitas Sumatera Utara
19
Dalam penyulang tersebut dipasang gardu-gardu distribusi untuk konsumen. Gardu distribusi adalah tempat dimana trafo untuk konsumen dipasang. Bisa dalam
bangunan beton atau diletakan diatas tiang. Keuntungan dari sistem ini adalah sistem ini tidak rumit dan lebih murah dibanding dengan sistem yang lain.
Namun keandalan sistem ini lebih rendah dibanding dengan sistem lainnya. Kurangnya keandalan disebabkan karena hanya terdapat satu jalur utama
yang menyuplai gardu distribusi, sehingga apabila jalur utama tersebut mengalami gangguan, maka seluruh gardu akan ikut padam. Kerugian lain yaitu mutu tegangan
pada gardu distribusi yang paling ujung kurang baik, hal ini dikarenakan jatuh tegangan terbesar ada diujung saluran.
ii. Sistem Loop
Pada Jaringan Tegangan Menengah Struktur Lingkaran Loop seperti Gambar 2.3. dimungkinkan pemasokannya dari beberapa gardu induk, sehingga
dengan demikian tingkat keandalannya relatif lebih baik.
Gambar 2.3. Konfigurasi Sistem Loop
Universitas Sumatera Utara
20
iii. Sistem Jaringan Spindel
Sistem Spindel seperti pada Gambar 2.4. adalah suatu pola kombinasi jaringan dari pola Radial dan Ring. Spindel terdiri dari beberapa penyulang feeder
yang tegangannya diberikan dari Gardu Induk dan tegangan tersebut berakhir pada sebuah Gardu Hubung GH.
Gambar 2.4. Konfigurasi Sistem Spindel
Pada sebuah sistem spindel biasanya terdiri dari beberapa penyulang aktif dan sebuah penyulang cadangan express yang akan dihubungkan melalui gardu hubung.
Pola spindel biasanya digunakan pada jaringan tegangan menengah JTM yang menggunakan kabel tanahsaluran kabel tanah tegangan menengah SKTM.
Universitas Sumatera Utara
21
Namun pada pengoperasiannya, sistem spindel berfungsi sebagai sistem radial. Di dalam sebuah penyulang aktif terdiri dari gardu distribusi yang berfungsi untuk
mendistribusikan tegangan kepada konsumen baik konsumen tegangan rendah TR atau tegangan menengah TM.
iv. Sistem Hantaran Penghubung Tie Line
Sistem distribusi Tie Line seperti Gambar 2.5. umumnya digunakan untuk pelanggan penting yang tidak boleh padam Bandar Udara, Rumah Sakit, dan lain-lain.
Gambar 2.5. Konfigurasi Sistem Tie Line Hantaran Penghubung
Sistem ini memiliki minimal dua penyulang sekaligus dengan tambahan Automatic Change Over Switch Automatic Transfer Switch
, dan setiap penyulang terkoneksi ke gardu pelanggan khusus tersebut sehingga bila salah satu penyulang
mengalami gangguan maka pasokan listrik akan di pindah ke penyulang lain.
2.2. Gardu Distribusi
Gardu trafo distribusi berlokasi dekat dengan konsumen. Transformator dipasang pada tiang listrik dan menyatu dengan jaringan listrik. Untuk mengamankan transformator
dan sistemnya, gardu dilengkapi dengan unit-unit pengaman. Karena tegangan yang masih tinggi belum dapat digunakan untuk mencatu beban secara langsung, kecuali
pada beban yang didisain khusus, maka digunakan transformator penurun tegangan step down
yang berfungsi untuk menurunkan tegangan menengah 20kV ke tegangan rendah 400230Volt. Gardu trafo distribusi ini terdiri dari dua sisi, yaitu : sisi primer
Universitas Sumatera Utara
22
dan sisi sekunder. Sisi primer merupakan saluran yang akan mensuplay ke bagian sisi sekunder. Unit peralatan yang termasuk sisi primer adalah :
a. Saluran sambungan dari SUTM ke unit transformator primer trafo.
b. Fuse cut out.
c.
Ligthning arrester.
Gardu trafo distribusi ditunjukkan pada Gambar 2.10.
Gambar 2.10. Gardu Trafo Distribusi 2.3.
Sistem Tiga Fasa
Kebanyakan dari sistem teanga listrik dibangun dengan tiga fase. Yang menjadi alasana nya didasarkan pada alasan – alasan yang ekonomis dan juga kestabilan aliran
daya pada beban. Alasan ekonomis dikarenakan bahwa sistem tiga fasa, penggunaan penghantar untuk transmisi menjadi lebih sedikit, sedangkan untuk kestabilan
dikarenakan pada sistem tiga fasa daya yang mengalir sebagai layaknya tiga buah sistem phasa tunggal, sehingga untuk peralatan dengan catu tiga fasa, daya sistem akan lebih
stabil bila dibandingkan dengan peralatan dengan sistem satu fasa. Sistem dari tiga fasa
Universitas Sumatera Utara
23
atau lebih , secara umum akan memunculkan sistem yang lebih kompleks, namun secara prinsip untuk analisa, sistem tetap mudah dilaksanakan.
Pada sistem tenaga listrik tiga fasa, idealnya daya listrik yang dibangkitkan, disalurkan, dan diserap oleh beban semuanya seimbang. Pada tegangan yang seimbang
terdiri dari satu fasa yang mempunyai magnitude dan frekuensi yang sama tetapi antara 1 fasa dengan fasa lainnya berbeda 120
listrik, sedangkan secara fisik mempunyai perbedaan sebesar 60
, dan dapat dihubungkan secara bintang Y, wye atau segitiga delta,
Δ,D.
Gambar 2.11 Sistem Tiga Fasa
Gambar tersebut menunjukkan fasor diagram darik tegangan fase. Bila fasor – fasor tegangan tersebut berputar dengan kecepatan sudut dan dengan arah berlawanan jarum
jam arah positif, maka nilai maksimum positif dari fase terjadi berturut – turut untuk fase V
1
, V
2,
dan V
3.
Sistem ini dikenal sevagai sistem yang mempunyai urutan fasa a – b – c. Sistem tiga fasa ini dibangkitkan oleh generator sinkron 3 fasa.
Universitas Sumatera Utara
2
satu termi
tegan netra
tegan
fasa y
2.3.2
mem
2.3.1 Hubun
Pada hub dan menjad
inal a – b –c ngan tiap
al. Tegangan ngan “fasa”
Dengan yang seimb
2. Hubunga
Pada hub mbentuk hub
ngan Binta
bungan bint di titik netra
c mempuny
n .
Gamb
adanya salu bang dengan
an Segitiga
bungan segi bungan segit
ang Y,wye
tang Y,wye al atau binta
yai besar ma
bar 2.12. H
uran titik n n magnitude
I
a
=
itiga delta tiga 3 Fasa.
e, ujung – u ang. Tegang
agnitude dan
Hubungan B
netralnya, ju enya akar
I
line
= I
fase
= I
b
= I
c
, Δ,D ketiga
ujung tiap f gan antara du
n beda fasa
Bintang Y
uga memben 3 dikali ma
e
a fasa saling fasa dihubun
ua terminal yang berbe
termina V
a
, V
b
,
, wye
ntuk sistem gnitude dar
g dihubungk ngkan menj
dari tiga eda dengan
al terhadap t , V
c
disebut
tegangan ti ri tegangan f
1.2 1.3
kan sehingg
24
jadi
titik t
iga fasa.
ga
Universitas Sumatera Utara
fasa k sama
terse
2.4.
deng
phasa Dengan
karena tega a, maka:
Tetapi ar ebut dapat d
Daya dala
Daya Sesa gan frekuens
Persamaan a seimbang
Gamb
tidak adany angan salura
rus saluran iperoleh den
am Sistem
aat pada sua si dua kali d
P V I Co n 1. Diatas
. Stu – satun
ar 2.13. Hu
ya titik netr an dan tegan
V
line
= V dan arus fas
ngan mengg I
line
= a
Tiga Fasa
atu sumber s dari frekuen
os ∅ V I C s dapat diter
nya perubah
ubungan Se
ral, maka be ngan fasa m
V
fasa
sa tidak sam gunakan hu
akar 3 I
fase
=
sinusoidal s nsi sumbern
Cos rapkan pada
han yang di
egitiga del
esarnya tega mempunyai b
ma dan hubu ukum kircho
=1,73 I
fase
satu fasa jug ya. Maka :
∅ a setiap pha
iperlukan a
ta, Δ,D
angan salura besar magni
ungan antar off, sehingga
ga berbentuk
Watt asa dalam su
adalah adany an dihitung
nitude yang
1.4 ra kedua aru
a: 1.5
k sinusoida
1.6 uatu sistem
ya pergeses
25
antar
us
al
tiga seran
Universitas Sumatera Utara
26
fasa 120 diantara fasa – fasanya itu. Sesuai dengan hal tersebut, untuk masing – masing
fasa dapat ditulis : P
V I Cos ∅ V I Cos ∅ Watt 1.7
P V I Cos ∅ V I Cos
∅ Watt 1.8 P
V I Cos ∅ V I Cos ∅ Watt 1.9
Dengan fasa R dipilih sebagai fasa acuan V
P
dan I
p
menyatakan nilai – nilai efektif tegangan fasa, dan arus fasanya serta
∅ menyatakan sudut impedansi beban tiga fasa seimbang yang menyerap daya. Jadi daya sesaat keseluruhannya adalah :
P = P
R
+ P
S
+ P
T
Watt 1.10
P = 3 V
P
I
P
Cos ∅ - V
P
I
P
[ Cos 2 ωt- ∅ + Cos 2ωt - ∅ - 120
+ Cos 2
ωt-∅ - 240 ] Watt
1.11
P = 3 V
P
I
P
Cos ∅ Watt
1.12
Untuk suatu sistem tiga fasa yang dihubungkan secara Y, maka : V
1 =
√ V
P
Volt 1.13
I
1
= I
p
Ampere 1.14 Untuk suatu sistem tiga fasa yang dihubungkan secara
Δ, maka : V
1
= V
p
Volt 1.15
I
1
= √ I
P
Ampere 1.16
Universitas Sumatera Utara
27
Untuk hubungan Y, dengan menggunakan persamaan 1. dan persamaan 1. maka didapatkan :
P = 3
√
I
1
Cos ∅ - √ V
1
I
1
Cos ∅ Watt
1.17 Untuk
hubungan Δ, dengan menggunakan persamaan 1. dan persamaan 1. maka
didapatkan : P = 3
√
I
1
Cos ∅ - √ V
1
I
1
Cos ∅ Watt
1.18 Tampak bahwa kedua pernyataan diatas menunjukkan bahwa daya dalam suatu
sistem tiga phasa adalah sama, baik untuk hubungan Y ataupun Δ bila dayanya
dinyatakan dalam besaran – besaran saluran tetapi perlu diingat bahwa ∅ menyatakan
sudut impedansi beban perfasa dan bukan sudut antara V
1
dengan I
1.
2.5. Rugi – Rugi Daya
Dalam proses transmisi dan distribusi tenaga listrik seringkali dialami rugi-rugi daya yang cukup besar yang diakibatkan oleh rugi – rugi pada saluran dan juga rugi –
rugi pada transformator yang digunakan. Kedua jenis rugi – rugi daya tersebut memberikan pengarug yang besar terhadap kualitas daya serta tegangan yang
dikirimkan ke sisi konsumen. Nilai tegangan yang melebihi batas toleransi akan dapat menyebabkan tidak optimalnya kerja dari peralatan listrik di sisi konsumen. Selain itu
rugi – rugi daya yang besar akan menimbulkan kerugian finansial di sisi perusahaan pengelola listrik.
Universitas Sumatera Utara
28
Yang dimaksud dengan rugi – rugi adalah perbedaan antara daya listrik yang disalurkan Ps dengan daya listrik yang terpakai Pp.
Losses Rugi – Rugi daya =
x 100 1.19
a Rugi – Rugi daya pada penghantar phasa
Apabila arus listrik mengalir pada suatu konduktor, maka pada saluran, terjadi rugi – rugi menjadi panas, karena pada saluran tersebut terdapat suatu resistansi.
Rugi – Rugi dengan beban terpusat diujung dirumuskan : ∆
I R Cos ∅ X Sin ∅ L 1.20
∆P I R L
1.21
Akan tetapi jika beban tersebut terdistribusi merata di sepanjang saluran distribusi, maka rugi – rugi daya yang timbul adalah :
∆V R Cos ∅ X Sin ∅ L
1.22
∆P R L
1.23
dimana : ∆V = Jatuh Tegangan ,V
∆ P = Rugi – Rugi Daya ,Watt
I = Arus yang mengalir pada saluran distribusi , A
Universitas Sumatera Utara
29
R = Tahanan pada Saluran distribusi , Ωkm
X = Reaktansi pada saluran distribusi , Ω km
L = Panjang dari saluran distribusi , km Cos
∅ = Faktor daya beban
b Rugi – Rugi Daya Akibat beban tidak seimbang
Apabila pembebanan pada setiap fasa pada saluran distribusi tidak seimbang, mengakibatkan arus mengalir pada penghantar netral. Pada penghantar netral
terdapat resistansi, maka akan dialiri oleh arus listrik. Hal ini menyebabkan penghantar netral bertegangan yang dapat mengakibatkan tegangan pada
transformator distribusi tidak seimbang. Oleh karena arus mengalir pada penghantar netral, maka akan menyebabkan rugi –
rugi daya disepanjang penghantar netral, yakni : ∆P I R
1.24 dimana :
∆P Rugi Rugi Daya pada penghantar netral , Watt I
Arus yang mengalir pada penghantar Netral , A R
Tahanan pada penghantar Netral , Ω
c Rugi – Rugi Daya pada Sambungan yang Tidak Baik
Universitas Sumatera Utara
30
Rugi – Rugi ini terjadi karena disepanjang saluran tegangan rendah terdapat beberapa sambungan, yang diantara lain adalah sebagai berikut :
1. Sambungan Jaringan tegangan rendah dengan kabel NYFGBY
2. Percabangan saluran pada jaringan tegangan rendah
3. Percabangan untuk sambungan pelayanan
Besar dari rugi – rugi daya akibat dari sambungan ini adalah : ∆P I R
1.25 dimana :
∆P Rugi Rugi daya akibat sambungan , Watt I = Arus yang mengalir pada sambungan , A
R = Besar tahanan pada sambungan , Ω
Universitas Sumatera Utara
31
BAB III Metodologi Penelitian
3.1. Peninjauan Letak Ulang Transformator Distribusi pada Saluran Distribusi
Tujuan dari penggunaan transformator distribusi adalah untuk mengurangi tegangan utama dari sistem distribusi listrik untuk tegangan
pemanfaatan penggunaan konsumen.Transformator distribusi yang umum digunakan adalah transformator step-down 20kV400V. Tegangan fasa ke fasa
sistem jaringan tegangan rendah adalah 380 V. Karena terjadi drop tegangan, maka pada tegangan rendahnya dibuat diatas 380V agar tegangan pada ujung
penerima tidak lebih kecil dari 380V. Sebuah transformator distribusi perangkat statis yang dibangun dengan dua atau lebih gulungan digunakan untuk
mentransfer daya listrik arus bolak-balik oleh induksi elektromagnetik dari satu sirkuit ke yang lain pada frekuensi yang sama tetapi dengan nilai-nilai yang
berbeda tegangan dan arusnya.
Untuk Transformator distribusi yang terpasang pada tiang dapat dikategorikan menjadi :
Conventional transformers Completely self-protecting CSP transformers
Completely self-protecting for secondary banking CSPB transformers Conventional transformers tidak memiliki peralatan proteksi terintegrasi
terhadap petir,gangguan dan beban lebih sebagai bagian dari trafo. Oleh karena itu dibutuhkan fuse cutout untuk menghubungkan conventional transformers
dengan jaringan distribusi primer. Lightning arrester juga perlu ditambahkan untuk trafo jenis ini.
Completely self-protecting CSP transformers memiliki peralatan proteksi terintegrasi terhadap petir, baban lebih, dan hubung singkat. Lightning arrester
terpasang langsung pada tangki trafo sebagai proteksi terhadap petir. Untuk
Universitas Sumatera Utara
