LAPORAN PENELITIAN INTERNAL
PENGARUH KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN TERHADAP ARUS NETRAL DAN LOSSES PADA TRAFO DISTRIBUSI PROYEK RUSUNAMI GADING ICON
PENELITI : IR. BADARUDDIN, MT
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MERCU BUANA JULI 2012 0
HALAMAN PENGESAHAN LAPORAN HASIL PENELITIAN INTERNAL
1. Judul Penelitian
: PENGARUH KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN TERHADAP ARUS NETRAL DAN LOSSES PADA TRAFO DISTRIBUSI PROYEK RUSUNAMI GADING ICON : Teknik Elektro
2. Bidang Ilmu Penelitian 3. Ketua Peneliti a. Nama Lengkap b. Jenis Kelamin c. NIP d. JabatanFungsional e. Pangkat/Golongan f. Jabatan Struktural g. Fakultas h. Program Studi i. Alamat Kantor/tlp j. Telepon/faks/E-mail k. Alamat rumah/tlp/Email
: : : : : : : : : : :
l. Telepon/faks/E-mail 4. Jumlah Anggota Peneliti 5. Lokasi Penelitian 6. Waktu Penelitian 7. Dana diusulkan
: : : : :
Badaruddin Ir, MT Laki - Laki 19464-0123 Lektor IVA Kepala Laboratorium Teknik Elektro Teknik Teknik Elektro Jl Raya Meruya Selatan, Kembangan Jakarta Barat 11650 021 5861779/021 5861779/021 5861906 Taman Cimanggu, Jl Begonia I Blok Q4 No.6 Bogor/02518342428/
[email protected] 0251 8342428/
[email protected] 1 orang Laboratorium Teknik Elektro UMB (5) Lima Bulan Rp. 3.509.000 3.509.000 (Tiga Juta Lima Lima Ratus Sembilan Ribu Rupiah)
1
LEMBAR PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa penelitian ini di laksanakan dengan benar, merupakan penelitian yang saya lakukan sendiri. Jika ada hasil atau sesuatu hal yang sama dengan orang lain, dinyatakan dalam sumber pustaka pada bagian akhir dari laporan ini.
Jakarta , 23 Juli 2012
Ketua Peneliti Badaruddin, Ir MT
2
DAFTAR ISI HALAMAN PENGESAHAN............................................................................................ LEMBAR PERNYATAAN ............................................................................................... DAFTAR ISI....................................................................................................................... ABSTRAK .......................................................................................................................... BAB I PENDAHULUAN................................................................................................... 1.1 Latar Belakang ................................................................................................... 1.2 Perumusan Masalah ........................................................................................... 1.3 Tujuan Penelitian ............................................................................................... 1.4 Pembatasan Masalah .......................................................................................... BAB II TINJAUAN PUSTAKA ....................................................................................... 2.1 Umum ................................................................................................................ 2.2 Prinsip Kerja Transformator ............................................................................. 2.3 Ketidakseimbangan Beban................................................................................. 2.3.1 Pengertian Tentang Beban Tidak Seimbang .......................................... 2.4 Arus Netral ......................................................................................................... 2.4.1 Arus Netral Karna Beban Tidak seimbang ............................................ 2.4.2 Penyaluran dan Susut Daya pada keadaan Arus seimbang.................... 2.4.3 Penyaluran dan Susut Daya pada keadaan Arus tidak seimbang........... 2.4.4 Faktor Daya ............................................................................................ 2.5 Losses Pada Jaringan Distribusi ........................................................................ 2.5.1 Losses Pada Pengahantar Fasa ............................................................... 2.5.2 Losses Akibat Adanya Arus Netral Pada Pengahantar Netral ............... 2.5.3 Losses Akibat Adanya Arus Netral Yang Mengalir ke Tanah .............. 2.5.4 Losses Pada Sambungan Tidak Baik ..................................................... 2.6 Persamaan – Persamaan yang digunakan dalam Perhitungan .......................... 2.6.1 Perhitungan Arus Beban Penuh dan Arus Hubung Singkat................... 2.6.2 Perhitungan ketidakseimbangan Beban ................................................. 2.6.3 Perhitungan Losses Akibat Adanya Arus Netral pada penghantar netral ............................................................................................................... 2.6.4 Perhitungan Losses akibat adanya arus netral yang mengalir ke tanah ................................................................................................................
1 2 3 5 6 6 6 7 7 8 8 9 9 9 11 11 12 13 14 14 15 15 15 16 16 16 17
BAB III METODE PENELITIAN ................................................................................... 3.1 Teknik Analisa Data ..........................................................................................
19 20
BAB IV ANALISA PENGARUH KETIDAK SEIMBANGAN BEBAN TERHADAP ARUS NETRAL DAN LOSSES PADA TRANSFORMATOR DISTRIBUSI................................................................ 4.1 Umum .............................................................................................................. 4.2 Data Teknik Trafo ............................................................................................ 4.3 Analisa Pembebanan Trafo ............................................................................. 4.3.1 Menentukan Fuse Cut Out, NH fuse dan Arus Hubung Singkat ........... 4.3.2 Menentukan Prosentase Pembebanan .................................................... 4.3.3 Analisa Ketidak seimbangan Beban Pada Trafo .................................... 4.3.4 Analisa Losses akibat adanya Arus Netral Pada Pengahantar netral ............................................................................................................... 4.3.5 Analisa Losses akibat adanya arus netral yang mengalir ke tanah ........
18 18
21 21 21 23 23 24 25 27 29
3
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................................. 5.1 Kesimpulan ........................................................................................................ 5.2 Saran .................................................................................................................. DAFTAR PUSTAKA .........................................................................................................
31 31 31 32
4
ABSTRAK
Ketidakseimbangan beban pada suatu sistem distribusi tenaga listrik selalu terjadi dan penyebab ketidakseimbangan tersebut adalah ketidakseimbangan beban antara tiap-tiap fasa (fasa R, fasa S, dan fasa T), pada beban-beban satu fasa pada pengguna jaringan tegangan rendah. Akibat ketidakseimbangan beban tersebut munculah arus netral pada trafo. Arus netral yang mengalir di netral trafo ini menyebabkan terjadinya losses (rugi-rugi), yaitu losses akibat adanya arus netral pada penghantar netral trafo dan losses akibat arus netral yang mengalir ke tanah. Dengan adanya rugi-rugi tersebut maka efisiensi trafo akan semakin rendah. Semakin besar faktor ketidakseimbangan maka akan semakin besar arus netral yang muncul dan losses akibat arus netral yang mengalir ke tanah semakin besar pula Dalam Penelitian ini, penulis menggunakan metode komponen simetris untuk menganalisa rugi-rugi pada saat pembebanan tidak seimbang. Kata kunci : Trafo, Fasa, Rugi – Rugi, Tidak Seimbang
ABSTRACT
Load imbalance in a power distribution system is always the case and the cause of the imbalance is the imbalance between the load of each phase (R phase, S phase and T phase), the single-phase loads on the low voltage network users. Due to the load imbalance in the transformer neutral currents munculah. Neutral currents flowing in the transformer neutral is causing losses (losses), the losses due to the existence of neutral currents in the neutral conductor and transformer losses due to neutral currents flowing to the ground. With the loss is the lower the efficiency of the transformer. The greater the imbalance factor, the larger the neutral currents and losses arising from neutral currents flowing to ground the greater the In this study, the authors use the method of symmetrical components to analyze losses during unbalanced loading. Keywords: Transformers, Phase, Loss - Loss, Not Balanced
5
BAB I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pengembangan sumber energi untuk memperoleh kerja yang berguna adalah kunci dari kemajuan industri yang penting untuk peningkatan taraf hidup yang berkesinambungan bagi rakyat di mana pun mereka berada. Bagaimana menemukan sumber energi yang baru, mendapatkan sumber energi yang pada dasarnya tidak akan pernah habis untuk masa mendatang, menyediakan energi di mana saja diperlukan, dan mengubah energi dari bentuk yang satu ke bentuk yang lain, serta menggunakannya tanpa menimbulkan pencemaran yang akan merusak lingkungan hidup kita, adalah beberapa dari tantangan-tantangan terbesar yang dihadapi dunia pada masa kini. Sistem tenaga listrik adalah salah satu dari alat-alat untuk mengubah dan memindahkan energi yang mempunyai peranan yang sangat penting dalam menghadapi tantangan-tantangan tersebut. Dewasa ini Indonesia sedang melakukan pembangunan di segala bidang. Pemerintah sangat gencar melakukan pembangunan untuk tempat hunian semisal rusunami (rumah susun minimalis) sebagai alternatif untuk mengurangi pemakaian lahan untuk hunian. Seiring dengan laju pertumbuhan pembangunan tersebut maka dituntut adanya sarana dan prasarana yang mendukungnya seperti tersedianya tenaga listrik. Saat ini tenaga listrik merupakan kebutuhan yang utama, baik untuk kebutuhan sehari-hari maupun industri. Hal ini karena tenaga listrik mudah untuk ditransportasikan dan dikonversikan ke dalam bentuk energi lain. Penyediaan listrik yang stabil dan kontinyu merupakan syarat mutlak yang harus dipenuhi dalam memenuhi kebutuhan listrik. Dalam pemenuhan kebutuhan tenaga listrik tersebut, terjadi pembagian-pembagian beban yang pada awalnya merata tetapi karena ketidakserempakan waktu penyalaan beban beban tersebut maka menimbulkan ketidakseimbangan beban yang berdampak pada penyediaan tenaga listrik. Selain ketidakserempakan pemakaian beban, pengkoneksian yang tidak seimbang pada fasa R, S dan T juga merupakan faktor lain yang mempengaruhi. Ketidakseimbangan beban adalah hal yang menimbulkan losses secara teknis, yang akan merugikan PLN. Agar tercapai penyuplaian listrik yang stabil dan kontinyuitas kepada konsumen, maka hal tersebut harus dapat diatasi. 1.2 Perumusan Masalah
Ketidakseimbangan beban pada suatu sistem distribusi tenaga listrik selalu terjadi dan penyebab ketidakseimbangan tersebut adalah pada beban-beban satu fasa pada jaringan tegangan rendah. Ketidakseimbangan beban tersebut umumnya disebabkan karena 6
ketidakserempakan pemakaiaan beban. Kita semua mengetahui rusunami merupakan bangunan hunian yang didalamnya terdapat banyak komunitas yang tidak sama aktifitasnya sehingga pemakaian beban pun berfariatif dan tidak sama. Akibat ketidakseimbangan beban tersebut munculah arus netral pada netral trafo. Arus netral yang mengalir di netral trafo ini menyebabkan terjadinya losses (rugi-rugi), yaitu losses akibat adanya arus netral pada pada penghantar netral trafo dan losses akibat arus netral yang mengalir ke tanah. Ketidakseimbangan beban-beban antara tiap-tiap fasa (fasa R, fasa S, dan fasa T) inilah yang menyebabkan mengalirnya arus netral pada trafo. 1.3 Tujuan Penulisan
Tujuan penulisan Penelitian ini adalah :
Menghitung persentase losses yang ditimbulkan karena ketidak seimbangan beban pada trafo distribusi Rusunami Gading Icon.
Menghitung effisiensi dari trafo distribusi Rusunami Gading Icon.
1.4 Pembatasan Masalah
Studi data pengukuran pembebanan trafo distribusi Rusunami Gading Icon.
Menganalisa pengaruh ketidakseimbangan beban terhadap arus netral dan losses pada trafo distribusi Rusunami gading Icon.
Tidak membahas Konfigurasi Instalasi listrik dalam gedung Rusunami Gading Icon
Tidak membahas jenis pembebanan.
7
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Umum
Transformator merupakan suatu alat listrik statis yang dapat memindahkan dan mengubah tegangan dan arus bolak-balik dari suatu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain dengan nilai yang sama maupun berbeda besarnya pada frekuensi yang sama, melalui gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Pada umumnya transformator terdiri atas sebuah inti yang terbuat dari besi berlapis, dan dua buah kumparan, yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder. Rasio perubahan tegangan akan tergantung dari rasio jumlah lilitan pada kumparan itu. Biasanya kumparan terbuat dari kawat tembaga atau aluminium yang dililitkan pada kaki inti transformator. Transformator digunakan secara luas baik dalam bidang tenaga listrik maupun elektronika. Penggunaan transformator dalam sistem tenaga memungkinkan terpilihnya tegangan yang sesuai dan ekonomis untuk tiap-tiap keperluan misalnya, kebutuhan akan tegangan tinggi dalam pengiriman daya jarak jauh. Penggunaan transformator yang sangat sederhana dan handal merupakan salah satu alasan penting dalam pemakaiannya pada penyaluran tenaga listrik arus bolak-balik, karena arus bolak-balik sangat banyak digunakan untuk pembangkitan dan penyaluran tenaga listrik. Pada penyaluran tenaga listrik arus bolak balik terjadi kerugian energi sebesar I 2 . R watt. Kerugian ini akan banyak berkurang apabila tegangan dinaikkan setinggi mungkin. Dengan demikian maka saluran-saluran transmisi tenaga listrik senantiasa mempergunakan tegangan yang tinggi. Hal ini dilakukan terutama untuk mengurangi kerugian energi yang terjadi, dengan cara mempergunakan transformator untuk menaikkan tegangan listrik di pusat pembangkit dari tegangan generator yang biasanya sebesar 6 kV – 20 kV pada awal transmisi ke tegangan saluran transmisi antara 100 kV
–
1000 kV, kemudian menurunkannya lagi pada ujung akhir saluran ke tegangan yang lebih rendah. Transformator yang dipakai pada jaringan tenaga listrik merupakan transformator tenaga. Di samping itu ada jenis-jenis transformator lain yang banyak dipergunakan dan pada umumnya merupakan transformator yang jauh lebih kecil. Misalnya transformator yang dipakai di rumah tangga untuk menyesuaikan tegangan dari lemari es dengan tegangan yang berasal dari jaringan listrik umum, transformator yang dipakai pada lampu TL dan transformator-transformator
“mini” yang digunakan pada berbagai alat elektronika, seperti
penerima radio, televisi dan sebagainya. 8
2.2
Prinsip Kerja Transformator
Transformator terdiri atas dua kumparan (primer dan sekunder) yang bersifat induktif. Kedua kumparan ini terpisah secara elektris namun berhubungan secara magnetis melalui jalur yang memiliki reluktansi (reluctance) rendah. Apabila kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik maka fluks bolak-balik akan muncul di dalam inti yang dilaminasi, karena kumparan tersebut membentuk jaringan tertutup maka mengalirlah arus primer. Akibatnya adanya fluks di kumparan primer maka di kumparan primer terjadi induksi ( self induction) dan terjadi pula induksi di kumparan sekunder karena pengaruh induksi dari kumparan primer atau disebut sebagai induksi bersama (mutual induction) yang menyebabkan timbulnya fluks magnet di kumparan sekunder, maka mengalirlah arus sekunder jika rangkaian sekunder dibebani, sehingga energi listrik dapat ditransfer keseluruhan (secara magnetisasi). Volt........................................................ (2.1 ) Dimana :
E N
= gaya gerak listrik (ggl) Volt = jumlah lilitan = perubahan fluks magnet
Perlu diingat bahwa hanya tegangan listrik bolak-balik yang dapat ditransformasikan oleh transformator, sedangkan dalam bidang elektronika transformator digunakan sebagai gandengan impedansi antara sumber dan beban untuk menghambat arus searah sambil tetap melakukan arus bolak-balik antara rangkaian. Tujuan utama menggunakan inti pada transformator adalah untuk mengurangi reluktansi (tahanan magnetis) rangkaian magnetis (common magnetic circuit ). 2.3 Ketidakseimbangan Beban 2.3.1
Pengertian Tentang Beban Tidak Seimbang
Yang dimaksud dengan keadaan seimbang adalah suatu keadaan dimana :
Ketiga vektor arus / tegangan adalah sama besar
Ketiga vektor saling membentuk sudut 120 o satu sama lain, seperti yang terlihat pada Gambar 2.4 di bawah ini :
9
Gambar 2.1 Vektor Diagram Arus Keadaan Seimbang Dari gambar di atas menunjukan vektor diagram arus dalam keadaan seimbang. Di sini terlihat bahwa penjumlahan ketiga vektor arusnya (I R IS IT) adalah sama dengan nol. Sehingga tidak muncul arus netral. Sedangkan yang dimaksud dengan keadaan tidak seimbang adalah keadaan dimana salah satu atau kedua syarat keadaan setimbang tidak terpenuhi. Kemungkinan keadaan tidak seimbang ada tiga yaitu :
Ketiga vektor sama besar tetapi tidak membentuk sudut 120 o satu sama lain
Ketiga vektor tidak sama besar tetapi memebentuk sudut 120 o satu sama lain
Ketiga vektor tidak sama besar dan tidak membentuk sudut 120 o satu sama lain.
Seperti yang terlihat pada Gambar 2.2 di bawah ini :
Gambar 2.2 Vektor Diagram Arus Keadaan Tidak Seimbang
Dari gambar di atas menunjukkan vektor diagram arus dalam keadaan tidak seimbang. Di sini terlihat bahwa penjumlahan ketiga vektor arusnya (I R IS IT) adalah tidak sama dengan nol sehingga muncul suatu besaran yaitu arus netral (I N) yang besarnya bergantung pada seberapa besar faktor ketidakseimbangannya.
10
2.4 Arus Netral
Arus netral dalam sistem distribusi tenaga listrik dikenal sebagai arus yang mengalir pada kawat netral di sistem distribusi tegangan rendah tiga fasa empat kawat. Arus netral ini muncul jika : a. Kondisi beban tidak seimbang b. Karena adanya arus harmonisa akibat beban non-linear. Arus yang mengalir pada kawat netral yang merupakan arus bolak-balik untuk sistem distribusi tiga fasa empat kawat adalah penjumlahan vektor dari ketiga arus fasa dalam komponen simetris.
2.4.1
Arus Netral Karena Beban Tidak Seimbang
Untuk arus tiga fasa dari suatu sistem yang tidak seimbang dapat juga diselesaikan dengan menggunakan metode komponen simetris. Dengan menggunakan notasi-notasi yang sama seperti pada tegangan akan didapatkan persamaan-persamaan untuk a rus-arus fasanya sebagai berikut : Ia = I1 + I2+ I0 .........................................................................(2.2) Ib = a2I1 + a I2+ I0 ...................................................................(2.3) Ic = aI1 + a2I2+ I0 ....................................................................(2.4) Dengan tiga langkah yang telah dijabarkan dalam menentukan tegangan urutan positif, urutan negative, dan urutan nol terdahulu, maka arus-arus urutan juga dapat ditentukan dengan cara yang sama, sehingga kita dapatkan juga : I1 =1/3( Ia +a Ib+a2 Ic) ...........................................................(2.5) I2 =1/3( Ia +a2 Ib+a Ic) ...........................................................(2.6) I0 =1/3( Ia + Ib+ Ic) ................................................................ (2.7) Di sini terlihat bahwa arus urutan nol (I 0) adalah merupakan sepertiga dari arus netral atau sebaliknya akan menjadi nol jika dalam sistem tiga fasa empat kawat. Dalam sistem tiga fasa empat kawat ini jumlah arus saluran sama dengan arus netral yang kembali lewat kawat netral, menjadi : I N = Ia + Ib+ Ic ...................................................................... (2.8) Dengan mensubstitusikan persamaan (2.7) ke (2.8) maka diperoleh : I N =3 I0 ...................................................................................(2.9) Dalam sistem tiga fasa empat kawat ini jumlah arus dalam saluran sama dengan arus netral yang kembali lewat kawat netral. Jika arus-arus fasanya seimbang maka arus netralnya
11
akan bernilai nol, tapi jika arus-arus fasanya tidak seimbang, maka akan ada arus yang mengalir di kawat netral sistem (arus netral akan mempunyai nilai dalam arti tidak nol) 2.4.2
Penyaluran dan Susut Daya pada Keadaan Arus Seimbang
Misalkan daya sebesar P disalurkan melalui s uatu saluran dengan penghantar netral. Apabila pada penyaluran daya ini arus-arus fasa d alam keadaan seimbang, maka besarnya daya dapat dinyatakan sebagai berikut :
P = 3 [V] [I] cos φ ................................................................(2.10) Daya yang sampai ujung terima akan lebih kecil dari P karena t erjadi penyusutan dalam saluran. Penyusutan daya ini dapat diterangkan dengan menggunakan diagram fasor tegangan saluran model fasa tunggal seperti pada Gambar 2.3 di bawah ini :
Gambar 2.3 Diagram Fasor Tegangan Saluran Daya Model Fasa Tunggal
Model ini dibuat dengan asumsi arus pemusatan kapasitif pada saluran cukup kecil sehingga dapat diabaikan. Dengan demikian besarnya arus ujung kirim sama dengan arus di ujung terima. Apabila tegangan dan faktor faktor daya pada ujung terima berturut-turut
adalah V’ dan φ’, maka besarnya daya pada ujung terima adalah : P’ = 3 [V’] [I] cos φ’ ............................................................(2.11) Selisih antara P pada persamaan (2.10) dan P’ pada persamaan (2.11) memberikan susut daya saluran, yaitu : Pl = P – P’ ............................................................................(2.12)
= 3 [V] [I] cos φ - 3 [V’] [I] cos φ’ ..................................(2.13) = 3 [I] {[V] cos φ - [V’] cos φ’} ...................................... (2.14) Sementara itu dari Gambar 2.3 memperlihatkan bahawa :
{[V] cos φ - [V’] cos φ’}= [I] R ....................................(2.15) 12
Dengan R adalah tahanan kawat penghantar tiap fasa, oleh karena itu persamaan (2.15) berubah menjadi : Pl = 3 [I2] R .......................................................................... (2.16) 2.4.3
Penyaluran dan Susut Daya pada Keadaan Arus Tidak Seimbang
Jika [I] adalah besaran arus fasa dalam penyaluran daya sebesar P pada keadaan seimbang, maka pada penyaluran daya yang sama tetapi tidak seimbang besarnya arus -arus fasa dapat dinyatakan dengan koefisien a, b, dan c adalah sebagai berikut : [IR ] = a[ I ] ............................................................................. (2.17) [IS] = b[ I ] .............................................................................(2.18) [IT] = c[ I ] .............................................................................(2.19) Dengan IR , IS, dan IT berturut adalah arus fasa R, S dan T. Telah disebutkan di atas bahwa faktor daya ketiga fasa dianggap sama walaupun besarnya arus berbeda-beda. Dengan anggapan seperti ini besarnya daya yang disalurkan dapat dinyatakan sebagai :
P = (a+b+c) [V] [I] cos φ .....................................................(2.20) Apabila persamaan (2.19) dan persamaan (2.20) menyatakan daya yang besarnya sama, maka dari kedua persamaan tersebut dapat diperoleh persyaratan koefisien a,b dan c adalah : a + b + c = 3 ........................................................................ (2.21) Dengan anggapan yang sama, arus yang mengalir di penghantar netral dapat dinyatakan sebagai : I N = IR + IS+ IT ...........................................................................(2.22) = [I] {a + b cos (-120) + j.b.sin (-120) + c.cos (-120) + j.c.sin (120)} .....(2.23) = [I] {a – (b + c) / 2 + j. (c - b) √3 /2} .............................................. (2.24)
Susut daya saluran adalah jumlah susut pada penghantar fasa dan penghantara netral adalah : Pl’ = { [IR 2] + [IS2] + [IT2] }.R + [I N2] .R N. ...........................(2.25) = (a2+b2+c2) [I]2R + (a2+b2+c2 – ab – ac – bc ) [I N]2.R N ...... (2.26) Dengan R N adalah tahanan penghantar netral.
Apabila persamaan (2.25) disubstitusikan ke persamaan (2.26) maka akan diperoleh : Pl’ = {9-2(ab+ac+bc) [I]2R + (9-3 (ab+ac+bc)} [I N]2.R N......(2.27)
13
Persamaan (2.27) ini adalah persamaan susut daya saluran untuk saluran dengan penghantar netral. Apabila tidak ada penghantar netral maka kedua ruas kanan akan hilang sehingga susut daya akan menjadi : Pl’ = {9-2 (ab+ac+bc) [I] 2R....................................................(2.28) 2.4.4
Faktor Daya
Pengertian faktor daya (cos φ) adalah perbandingan antara daya aktif (P) dan daya semu (S). Dari pengertian tersebut, faktor daya tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut : Faktor daya
= (Daya Aktif / Daya Semu) = (P / S)
= (V.I. Cos φ / V.I) = Cos φ
Gambar 2.4Segitiga Daya Daya Semu = V.I (VA) .............................................................. (2.29)
Daya Aktif = V.I Cos φ (Watt) ..............................................................(2.30) Daya Reaktif = V.I Sin φ (VAr) ............................................................(2.31) 2.5 Losses Pada Jaringan Distribusi
Yang dimaksud losses adalah perbedaan antara energi listr ik yang disalurkan (PS) dengan energi listrik yang terpakai (PP) Losses = (PS – PP) / PS ............................................................(2.32) Dimana PS = Energi yang disalurkan (watt ) PS = Energi yang dipakai (watt )
14
2.5.1
Losses Pada Penghantar Phasa
Jika suatu arus mengalir pada suatu penghantar, maka pada penghantar tersebut akan terjadi rugi-rugi energi menjadi panas karena pada penghantar tersebut terdapat re sistansi. Rugi-rugi dengan beban terpusat di ujung dirumuskan sebagai berikut :
∆V = √3 I (R Cos φ + X Sin φ) l ............................................(2.33) ∆P = 3 I2 R l ............................................................................(2.34) Dengan : I = Arus per phasa ( Ampere) R = Tahanan pada penghantar (Ohm / km) X = Reaktansi pada penghantar (Ohm / km)
Cosφ = Faktor daya beban l 2.5.2
= Panjang penghantar (km)
Losses Akibat Adanya Arus Netral Pada Penghantar Netral
Akibat pembebanan di tiap phasa yang tidak seimbang, maka akan mengalir arus pada penghantar netral. Jika di hantaran pentanahan netral terdapat nila tahanan dan dialiri arus, maka kawar netral akan bertegangan yang menyebabkan tegangan pada trafo tidak seimbang. Arus yang mengalir di sepanjang kawat netral, akan menyebabkan rugi daya di sepanjang kawat netral sebesar : P N = I N2 R N .............................................................................(2.35) Dimana : P N = Losses yang timbul pada penghantar netral ( watt ) I N = Arus yang mengalir melalui kawat netral ( Ampere) R N = Tahanan pada kawat netral (Ohm) 2.5.3
Losses Akibat Arus Netral yang Mengalir ke Tanah
Losses ini terjadi karena adanya arus netral yang mengalir ke tanah., Besarnya dapat dirumuskan sebagai berikut : PG = IG2 R G .............................................................................(2.36) Dimana : PG = losses akibat arus netral yang mengalir ke tanah (watt ) IG = Arus netral yang mengalir ke tanah ( Ampere) R G = Tahanan pembumian netral trafo (Ohm)
15
2.5.4
Losses Pada Sambungan Tidak baik
Losses ini terjadi karena di sepanjang jaringan tegangan rendah ter edapat beberapa sambungan antara lain : 1. Sambungan saluran jaringan tegangan rendah dengan kabel NYFGBY. 2. Percabangan saluran jaringan tegangan rendah. 3. Percabangan untuk sambungan pelayanan.
Gambar 2.5 Sambunagan Kabel Besarnya rugi-rugi daya pada sambungan dirumuskan : P = I2 R ...................................................................................(2.37) Dimana : P = Losses yang timbul pada Konektor (Watt ) I
= arus yang mengalir melalui konektor ( Ampere)
R = Tahanan konektor (Ohm) 2.6
Persamaan-persamaan yang Digunakan dalam Perhitungan
Persamaan-persamaan yang digunakan untuk menganalisa pengaruh ketidakseimbangan beban terhadap arus netral dan losses pada transformat or distribusi Rusunami Gading Icon adalah sebagai berikut : 2.6.1
Perhitungan Arus Beban Penuh dan Arus Hubung Singkat
Telah diketahui bahwa daya transforamator distribusi bila ditinjau dari sisi tegangan tinggi (primer) dapat dirumuskan sebagai berikut :
S = √3 . V . I .........................................................................(2.38) S = Daya Transformator (kVA) V = Tegangan Sisi Primer Transformator (kV ) I = Arus Jala-jala ( A) Dengan demikian untuk menghitung arus beban penuh ( full load ) dapat menggunakan rumus : ............................................................................(2.39) IFL = Arus Beban Penuh (A) S
= Daya Transformator (kVA) 16
V = Tegangan Sisi Sekunder Transformator (kV ) Sedangkan untuk menghitung arus hubung singkat pada transformator digunakan rumus : ...................................................................... (2.40) ISC = Arus Hubung Singkat (A) S
= Daya Transformator (kVA)
V = Tegangan Sisi Sekunder Transformator (kV ) %Z = Persen Impedansi Transformator Dengan demikian untuk menghitung persentase pembebanannya adalah sebagai berikut : ..............................................................(2.41) % b = Persentase Pembebanan (%) I ph = Arus Fasa ( A) IFL = Arus Beban Penuh ( A) 2.6.2
Perhitungan Ketidakseimbangan Beban
..................................................... (2.42) Dimana besarnya arus fasa dalam keadaan seimbang (I) sama dengan besarnya arus rata-rata, maka koefisien a, b dan c diperoleh dengan : ..................................................................................(2.43) ...................................................................................(2.44) ...................................................................................(2.45) Pada keadaan seimbang, besarnya koefisien a, b dan c adalah 1. Dengan demikian rata-rata ketidakseimbangan beban (dalam %) adalah : ................................................ (2.46)
17
2.6.3
Perhitungan Losses (rugi-rugi) Akibat Adanya Arus Netral Pada Penghantar
Netral
Sebagai akibat dari ketidakseimbangan beban antara tiap-tiap fasa pada sisi sekunder trafo (fasa R, fasa S dan fasa T) mengalirlah arus di netral trafo. Arus yang mengalir pada penghantar netral trafo ini menyebabkan losses (rugi-rugi). Dan losses pada penghantar netral dapat dirumuskan sebagai berikut : P N = I N2 R N .............................................................................(2.47) P N = Losses yang timbul pada penghantar netral ( watt ) I N = Arus yang mengalir melalui kawat netral ( Ampere) R N = Tahanan pada kawat netral ( Ω) 2.6.4
Losses Akibat Arus Netral yang Mengalir ke Tanah
Losses ini terjadi karena adanya arus netral yang mengalir ke tanah., Besarnya dapat dirumuskan sebagai berikut : PG = IG2 R G .............................................................................(2.48) PG = losses akibat arus netral yang mengalir ke tanah (watt ) IG = Arus netral yang mengalir ke tanah ( Ampere) R G = Tahanan pembumian netral trafo ( Ω)
18
BAB III METODE PENELITIAN
Perencanaan Penelitian ini terdiri atas beberapa tahapan pelaksanaan, yaitu sebagai berikut :
Studi Literatur Tahapan ini mempelajari teori-teori dasar yang menunjang, yaitu tentang rusunami Gading Icon, transformator, pengukuran listrik, dan analisis sistem tenaga listr ik.
Pengumpulan Data Materi Pada tahapan pengumpulan data materi, penulis akan terjun langsung ke lokasi rusunami Gading Icon, untuk mengambil data-data yang dibutuhkan. Penulis akan melakukan pengukuran pada trafo distribusi serta mengumpulkan data-data pendukung dari pihak Rusunami Gading Icon. Adapun data – data yang akan di kumpulkan melalui pengukuran langsung di lokasi adalah
Data Teknis Trafo
Trafo Distribusi 200 kVA Rusunami Gading Icon
Pengukuran Trafo Distribusi 200 kVA
Perhitungan Penulis akan melakukan perhitungan berdasarkan hasil pengukuran dan data-data acuan mengenai materi-materi yang diangkat dalam Penelitian berikut.
Untuk menentukan besarnya Fuse Cut Out
Untuk menentukan besarnya NH Fuse
Besar arus hubung singkat ( short circuit )
Untuk menentukan rata-rata persentase pembebanannya
Analisa Ketidakseimbangan beban pada trafo
Analisa Losses Akibat Adanya Arus Netral Pada Penghantar Netral Tr afo
Analisa Losses Akibat Arus Netral Yang Mengalir ke ta nah
Penyusunan Laporan Tahapan ini merupakan proses akhir dari penelitian, yang meliputi penjelasan hasil penelitian yang diperoleh sesuai dengan metode dan prosedur yang digunakan, penarikan kesimpulan, pemberian saran dalam bentuk laporan.
19
3.1 TEKNIK ANALISIS DATA
1. Melakukan Pengambilan data di lokasi dengan cara melakukan beberapa pengukuran 2. Melakukan beberapa analisa perhitungan seperti di bawah
Analisa Pembebanan Trafo
Menentukan persentasi pembebanan
Analisa Ketidakseimbangan Beban Pada Trafo
Analisa Losses Akibat Adanya Arus Netral Pada Penghantar Netral Tr afo
Analisa Losses Akibat Arus Netral Yang Mengalir ke ta nah
3. Menyimpulkan Hasil dari analisa Alasan dari penggunaan teknik analisis data ini adalah agar hasil penelitian yang di peroleh maksimal dan akurat.
20
BAB IV
ANALISA PENGARUH KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN TERHADAP ARUS NETRAL DAN LOSSES PADA TRANSFORMATOR DISTRIBUSI 4.1 UMUM
Transformator distribusi merupakan suatu alat yang memegang peranan penting dalam sistem distribusi daya listrik. Transformator distribusi digunakan untuk membagi atau menyalurkan arus atau energi listrik dengan tegangan distribusi supaya jumlah energi yang tercecer dan hilang sia-sia diperjalanan tidak terlalu banyak. Pada Penelitian ini akan dibahas salah satu rugi-rugi yang disebabkan oleh arus netral sebagai akibat dari pembebanan yang tidak seimbang di setiap fasa. Dan penelit ian Penelitian ini dilakukan dengan survei lapangan dan mengambil data serta mencatat data yang dianggap perlu dari pihak Rusunami Gading Icon.
4.2 DATA TEKNIS TRAFO Tabel 4.1. Trafo Distribusi 200 kVA Rusunami Gading Icon
Nama Pabrik
TRAFINDO
Daya
200 Kva
Fasa
3
Tegangan Primer L-L (kV)
20 kV
Tegangan Sekunder L-L (V)
400 V
Arus Primer
6,8
Arus Sekunder
359
Vektor Group
DyN5
Impedansi (%)
4%
Kabel Incoming
NYY 150 mm
Kabel Outgoing
NYY 70 mm
21
Tabel 4.2. Hasil Pengukuran Trafo Distribusi 200 kVA
Fasa
S
Vp-n
I
(kVA)
(V)
(A)
Cos
Pengukuran pada siang hari R
50,42
226
223,1
0,95
S
37,34
226
165,0
0,94
T
20,56
227
90,6
0,95
IN
118,6 A
IG
62,1 A
R G
3,8
Pengukuran pada malam hari R
68,22
225
303,6
0,91
S
42,42
226
187,7
0,92
T
37,38
226
165,4
0,94
IN
131,7 A
IG
58,9 A
R G
3,8
2
Ukuran kawat untuk penghantar netral trafo adalah 50 mm dengan R = 0,6842 2
penghantar fasanya adalah 70 mm dengan R = 0, 5049
/
/
km, sedangkan untuk kawat
km. IR = 223,1 A
IS = 165,0 A
I N = 118,6 A .
IG = 62,1 A IT = 90,6 A R G = 3,8 ohm
Gambar 4.1 Skema Aliran Arus di Sisi Sekunder Trafo pada Siang Hari
22
IR = 303,6 A
IS = 187,7 A
I N = 131,7 A .
IG = 58,9 A IT = 165,4 A R G = 3,8 ohm
Gambar 4.2 Skema Aliran Arus di Sisi Sekunder Trafo pada Malam Hari
4.3
ANALISA PEMBEBANAN TRAFO
4.3.1
MENENTUKAN Fuse Cut Out, NH Fuse dan Arus Hubung Singkat.
1.
Untuk menentukan besarnya Fuse Cut Out maka terlebih dahulu kita menghitung besarnya arus jala-jala dengan menggunakan persamaan (2.38) dan berdasarkan data pada tabel (4.1), adalah sebagai berikut:
S = √3 . V . I 200 kVA = √3 . 20kV . I I= I = 5,8 A Fuse Cut Out yang dipilih sesuai SPLN adalah Fuse Link Type dengan rating 6A. 2.
Untuk menentukan besarnya NH Fuse maka harus dihitung besarnya arus beban penuh ( full load ) dengan menggunakan persamaan (2.39) dan berdasarkan data pada tabel (4.1), adalah sebagai berikut:
NH Fuse yang dipilih sesuai SPLN adalah NH Fuse dengan rating 320A untuk jurusan utama atau (incoming).
3.
Besar arus hubung singkat ( short circuit ) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.40) dan berdasarkan data pada tabel (4.1) adalah sebagai berikut : 23
4.3.2
MENENTUKAN PERSENTASE PEMBEBANAN
1. Pengukuran Siang Hari Untuk menentukan rata-rata persentase pembebanannya, terlebih dahulu kita hitung persentase pembebanan per fasa, menggunakan persamaan (2.41) dan berdasarkan data pada tabel (4.2) adalah :
IR = 223,1 IS = 165 IT = 90,6
Jadi rata-rata persentase pembebanannya adalah :
=55,27 %
24
2. Pengukuran Malam Hari Untuk menentukan rata-rata persentase pembebanannya, terlebih dahulu kita hitung persentase pembebanan per fasa, menggunakan persamaan (2.41) dan berdasarkan data pada tabel (4.2) adalah :
IR = 303,6 IS = 187,7 IT = 165,4
Jadi rata-rata persentase pembebanannya adalah :
=75,83 % Dari perhitungan di atas terlihat bahwa persentase pembebanan untuk kawasan rusunami Gading Icon lebih tinggi terjadi pada malam hari. 4.3.3
ANALISA KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN PADA TRAFO
1. Pada siang hari Dengan menggunakan persamaan (2.42) dan dengan berdasarkan data pada tabel (4.2) kita dapat menentukan arus rata-rata sebagai berikut : IR = 223,1 IS = 165 IT = 90,6
25
Dengan demikian dengan menggunakan persamaan (2.43), (2.44) dan (2.45) koefisien a, b dan c dapat diketahui besarnya, dimana besarnya arus fasa dalam keadaan seimbang (I) sama dengan besarnya arus rata-rata ( I Rata-rata) IR = a . I
maka : a
IS = b . I
maka : b
IT = c . I
maka : c
I R
223,1
I
IS
159,67
165,0
IT I
= 1,03
I
= 1,40
159,67
90,6
159,67
= 0,57
Pada keadaan seimbang, besarnya koefisien a, b dan c adalah 1. Dengan demikian, rata-rata ketidakseimbangan beban (dalam %) dengan menggunakan persaman (2.46) adalah :
{│a – 1│ + │b – 1│ + │c – 1│} =
x 100 % 3
{│1,40 – 1│+│1,03 – 1│+│0,57 – 1│} =
x 100 % = 28,67% 3
2. Pada malam hari Dengan menggunakan persamaan (2.42) dan dengan berdasarkan data pada tabel (4.2) kita dapat menentukan arus rata-rata sebagai berikut : IR = 303,6 IS = 187,7 IT = 165,4
26
Dengan demikian dengan menggunakan persamaan (2.43), (2.44) dan (2.45) koefisien a, b dan c dapat diketahui besarnya, dimana besarnya arus fasa dalam keadaan seimbang (I) sama dengan besarnya arus rata-rata ( I Rata-rata) IR = a . I
maka : a
IS = b . I
maka : b
IT = c . I
maka : c
I R
303,6
I
IS
218,9
187,7
I
IT I
218,9
165,4
218,9
= 1,39
= 0,86
= 0,75
Pada keadaan seimbang, besarnya koefisien a, b dan c adalah 1. Dengan demikian, rata-rata ketidakseimbangan beban (dalam %) dengan menggunakan persaman (2.46) adalah :
{│a – 1│ + │b – 1│ + │c – 1│} =
x 100 % 3
{│1,39 – 1│+│0,86 – 1│+│0,75 – 1│} =
x 100 % = 26.00% 3 Dari perhitungan di atas terlihat bahwa baik pada sia ng hari maupun malam hari,
ketidakseimbangan beban cukup tinggi (> 25%), hal ini disebabkan karena penggunaan beban yang tidak merata di antara konsumen.
4.3.4
ANALISA
LOSSES
AKIBAT
ADANYA
ARUS
NETRAL
PADA
PENGHANTAR NETRAL TRAFO
1. Pada Siang hari Berdasarkan data pada tabel pengukuran (4.2), dan dengan menggunakan persamaan (2.47), losses akibat adanya arus netral pada penghantar netral trafo dapat dihitung besarnya, yaitu:
27
P N = I N2 R N P N = I N2. R N = (118,6)2 . 0,6842
= 9623,92 Watt ≈ 9,62 kW dimana daya aktif trafo (P) :
P = S . cos φ , dimana cos φ yang digunakan adalah 0,85 P = 200 . 0,85 P = 170 kW Sehingga, persentase losses akibat adanya arus netral pada penghantar netral trafo pada siang hari adalah : % P N
% P N
P N P
x 100 %
9,62 kW 170 kW
x 100 % = 5.66 %
2. Pada Malam hari Berdasarkan data pada tabel pengukuran (4.2), dan dengan menggunakan persamaan (2.47), losses akibat adanya arus netral pada penghantar netral trafo dapat dihitung besarnya, yaitu: P N = I N2 R N P N = I N2. R N = (131,7)2 . 0,6842
= 11867.37 Watt ≈ 11,87 kW dimana daya aktif trafo (P) :
P = S . cos φ , dimana cos φ yang digunakan adalah 0,85 P = 200 . 0,85 P = 170 kW Sehingga, persentase losses akibat adanya arus netral pada penghantar netral trafo pada malam hari adalah : % P N
% P N
P N P
x 100 %
11.87 kW 170 kW
x 100 % = 6,98 %
28
4.3.5
ANALISA LOSSES AKIBAT ARUS NETRAL YANG MENGALIR KE TANAH
1. Pada Siang hari Berdasarkan data pada tabel pengukuran (4.2), dan dengan menggunakan persamaan (2.48), losses akibat adanya arus netral pada penghantar netral trafo dapat dihitung besarnya, yaitu: PG = IG2 R G PG = IG2. R G = (62,1) 2 . 3,8
= 14654,4 Watt ≈ 14,65 kW Sehingga, persentase losses akibat adanya arus netral yang mengalir ke tanah pada siang hari adalah : % PG
% PG
PG P
x 100 %
14,65 kW 170 kW
x 100 % = 8,62 %
2. Pada Malam hari Berdasarkan data pada tabel pengukuran (4.2), dan dengan menggunakan persamaan (2.48), losses akibat adanya arus netral pada penghantar netral trafo dapat dihitung besarnya, yaitu: PG = IG2 R G PG = IG2. R G = (58,9) 2 . 3,8
= 13183,00 Watt ≈ 13,18 kW Sehingga, persentase losses akibat adanya arus netral yang mengalir ke tanah pada malam hari adalah : % PG
% PG
PG P
x 100 %
13,18 kW 170 kW
x 100 % = 7,75 %
29
Tabel 4.3 R N
Ketidaksei Waktu
( )
0,6842
Siang
Siang
(70 mm2) Malam
IN
Trafo Distribusi 200 kVA
IG
PN
PN
PG
PG
mbangan Beban ( % )
(50 mm2) Malam 0, 5049
L osses pada
( A ) ( A ) (kW ) ( % ) (kW) ( % )
28,67
118,6 62,1 9,62
5,66
14,65 8,62
26,00
131,7 58,9 11,87 6,98
13,18 7,75
28,67
118,6 62,1 7.10
4.18
14,65 8,62
26,00
131,7 58,9 8.76
5.15
13,18 7,75
Pada Tabel 4.3 terlihat bahwa semakin besar arus netral yang mengalir di penghantar netral trafo (I N) maka semakin besar losses pada penghantar netral trafo (P N). Demikian pula bila semakin besar arus netral yang mengalir ke tanah (IG), maka semakin besar losses akibat arus netral yang mengalir ke tanah (P G). Dengan semakin besar arus netral dan losses di trafo maka effisiensi trafo menjadi turun. Bila ukuran kawat penghantar netral dibuat sama dengan kawat penghantar fasanya (70 mm2) maka losses arus netralnya akan turun.
30
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari pembahasan pada bab-bab sebelumnya maka penulis mengambil beberapa kesimpulan antara lain: 1. Presenatase ketidakseimbangan beban sesuai dengan perhitungan diperoleh a. Pada Siang hari sebesar 28,67% b. Pada Malam hari sebesar 26% 2. Besarnya Losses akibat arus yang mengalir pada penghantar netral trafo berdasarkan perhitungan adalah : a. Pada Siang hari sebesar 5,66% atau 9,62 kW b. Pada Malam hari sebesar 6,98% atau 11,87 kW 3. Besarnya Losses akibat arus netral yang mengalir ke tanah berdasarkan perhitungan adalah : c. Pada Siang hari sebesar 8,62% atau 14,65 kW d. Pada Malam hari sebesar 7,75% atau 13,18 kW 4. Semakin besar ketidakseimbangan beban pada trafo distribusi maka arus netral yang mengalir ke tanah (IG) dan losses trafo semakin besar 5. salah satu cara mengatasi losses arus netral adalah dengan membuat sama ukuran kawat netral dan fasa.
5.2. Saran Untuk mendesain sebuah instalasi pada sebuah gedung harus memperhatikan
peraturan perundang-undangan dan perda yang berlaku guna mencapai keamanan dan keselamatan. Serta harus menyertakan sistem proteksi yang baik guna menghindari segala kemungkinan terjadinya gangguan.
31
