jurnal ilmiah “integritas” vol. 3 no. 1 mei 2017 … · sistem tiga fasa 2.3...

Jurnal ilmiah “INTEGRITAS” Vol. 3 No. 1 Mei 2017

14

USAHA MENGATASI RUGI – RUGI DAYA PADASISTEM DISTRIBUSI 20 KV

Oleh : Togar Timoteus Gultom, S.T, MTSekolah Tinggi Teknologi Immanuel Medan

ABSTRAK

Beban tidak seimbang pada jaringan distribusi tenaga listrik selalu terjadidan penyebab ketidakseimbangan tersebut adalah pengaturan beban satu fasa padapelanggan jaringan rendah. Akibat ketidakseimbangan beban tersebut muncul aruspada netraltrafo. Arus yang mengalir pada netraltrafo ini menyebabkan terjadinyalosses (rugi-rugi), yaitu rugi-rugi akibat adanya arus netral pada penghantarnetraltrafo. Bila terjadi ketidakseimbangan beban yang besar, maka arus netralyang muncul juga besar, dan rugi-rugi akibat arus yang mengalir pada penghantarnetral besar juga.

Setelah dianalisis, pada gardu distribusi MK 494 diperolehketidakseimbangan beban terbesar 38,633% pada waktu beban puncak (WBP) dan34,533% pada luar waktu beban puncak (LWBP) dan arus netral yang munculcukup besar yakni yang terbesar 47,5A pada WBP dan 47A pada LWBP. Untukmengetahui lebih dalam mengenai beban tidak seimbang, penulis menganalisisberdasarkan data yang ada.

Kata kunci : Ketidakseimbangan beban, arus netral, rugi-rugi, kualitastegangan

1. Latar Belakang Masalah1.1 Latar Belakang

Energi listrik merupakanbentuk energi yang sangat umumdigunakan oleh masyarakat luas.Penggunaan energy listrik saat ini,tidak terbatas pada daerah ataukonsumen kelas atas, namun energylistrik juga dikonsumsi olehmasyarakat menengah dan bawah.Kegiatan pedesaan sekalipunditunjang oleh ketersediaan pasokanlistrik. Kebutuhan akan tenaga listriksemakin meningkat sementaratersedianya pasokan listrik tidak

meningkat pesat seperti kebutuhanakan tenaga listrik.

Hal ini menyebabkan penyedialistrik untuk umum si Indonesia,dalam hal ini PT PLN (Persero)harus melakukan efisiensi segalasektor, terutama disektorpenyediaan tenaga listrik. Salah satulangkah efisiensi yang dilakukanadalah menekan rugi – rugiseminimal mungkin, baik bagi rugi– rugi secara teknik maupun nonteknik

Umumnya sistim distribusitenaga listrik tiga fasa empat kawat


15

dipergunakan untuk memasokkelompok beban rumah tangga,perkantoran, lembaga dan lainnya.Dalam kondisi normal, sistemtenaga listrik mempunyai arus bebanyang relatif seimbang dengan arusnetral sangat kecil. Namun,kenyataannya ditemukan beberapakasus dimana arus netral sistemmenjadi sangat berlebihan, bahkansama besarnya dengan arus fasa.Karena beban dioperasikan tidakselalu pada waktu bersamaan makaterjadi ketidak seimbangan antar satufasa.

Akibatnya timbul arus balikyang mengalir pada konduktor netralke sumber yang kita kenal denganarus netral. Arus netral inimerupakan rugi – rugi bagi penyediatenaga listrik. Besarnya aruspenghantar netral menurut SPLNtoleransinya maksimal hanya 10ampere. Beban tidak seimbang jugaberdampak terhadap kualitastegangan. Beban tidak seimbangmenyebabkan tegangan padakonsumen yang berbeda fasa menjaditidang seimbang.

Penyedia tenaga listrikseharusnya menyediakan kualitastegangan sesuai dengan standar. Jikategangan melebihi atau kurang darirange tegangan standar, yakni + 5%s/d -10% dari tegangan standar makaakan berdampak pada kerusakanperalatan listrik atau peralatan listriktidak beroperasi sesuaispesifikasinya.

1.2 Identifikasi MasalahDari latar belakang diatas

maka didapat identifikasipermasalahan sebagai berikut:

1. Bagaimana kerugian dayayang terjadi pada distribusiprimer ?

2. Bagaimana pengaruh bebantidak seimbang terhadap arusnetral ?

3. Bagaimana pengaruh bebantidak seimbang terhadap rugi-rugi penghantar netral ?

1.3 Batasan MasalahDalam pembahasan dan

penulisan ini, penulis membatasipermasalahan, adapun batasanmasalah penelitian ini adalahsebagai berikut :

1. Pengaruh beban tidakseimbang terhadap rugi-rugipenghantar netral padajaringan distribusi 20 KV

2. Dampak yang timbulterhadap tegangan padakonsumen yang terhubungpada fasa R, S,dan T akibatadanya beban tidakseimbang

1.4 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakangmasalah dan indetifikasi masalah diatas dirumuskan masalah dalampenelitian ini sebagai berikut:

1. Bagaimana pengaruh bebantidak seimbang terhadaparus netral pada jaringandistribusi 20 KV?


16

2. Bagaimana dampak yangtimbul terhadap teganganpada konsumen yangterhubung pada fasa R, S,dan T akibat adanya bebantidak seimbang padajaringan distribusi 20 KV ?

1.5 TujuanPenelitianAdapuntujuanpenelitianini

adalah:1. Untuk mengetahui

pengaruh beban tidakseimbang terhadap arusnetral pada jaringandistribusi 20 KV

2. Untuk mengetahui dampakyang timbul terhadaptegangan pada konsumenyang terhubung pada fasaR, S, dan T akibat adanyabeban tidak seimbang padajaringan distribusi 20 KV

1.6 ManfaatPenelitianBerikut adalah manfaat dari

penelitian yang dilakukan:1. Mengetahui dampak yang

timbul akibat adanya bebantidak seimbang.

2. Menjaga kualitas teganganpada konsumen.

2. Metodologi Penelitian

2.1 Metode Penelitian

Metode merupakan cara atauprosedur yang digunakan untukmemecahkan masalah penelitian.

Adapun metode yang digunakandalam penelitian ini adalah

1. Metode Dokumentas

Metode dokumentasimerupakan salah satumetode yang digunakanuntuk penelitian ini, dengancara mengumpulkan data-data yang berhubungan .

2. Metode Observasis

Metode observasimerupakan carapengambilan data langsungke tempat penelitian untukkeperluan penulisanpenelitian.

3. Pembahasan

3.1. Sistem Daya Listrik

Sistem daya listrikmerupakan sistem yang berkaitandengan pembangkitan, penyalurandaya listrik hingga kepelanggan.Sistem distribusi merupakan bagiandari system daya listrik. Sistemdistribusi ini berguna untukmenyalurkan tenaga listrik darisumber daya listrik besar (BulkPower Source) sampai ke konsumen.

Berdasarkan nilaitegangannya, system distribusidiklasifikasikan menjad idua, yaitusystem distribusi primer dan systemdistribusi sekunder. Distribusiprimer adalah jaringan distribusidaya listrik yang bertegangan


17

menengah (20 KV). Jaringandistribusi primer tersebut merupakanjaringan penyulang.

Jaringan ini berawal dari sisisekunder trafo daya yang terpasangpada gardu induk hingga kesisiprimer trafodistribusi yang terpasangpada tiang-tiang saluran. Distribusisekunder adalah jaringan daya listrikyang termasuk dalam kategoritegangan rendah, yaitu 380/220 volt.

Jaringan distribusi sekunderbermula dari sisi sekundertransformator distribusi dan berakhirhingga ke alat ukur (meteran)pelanggan

Gambar 2.1 Skema sistem tenagalistrik

2.2 Sistem Tiga Fasa

Sistem jaringan listrik yangdigunakan di Indonesia merupakanjaringan listrik tiga fasa yangdisalurkan oleh produsen listrik,dalam hal ini PT PLN (Persero) kekonsumen listrik. Secara umumsistem tenaga listrik terbagi menjadibeberapa bagian, yaitupembangkitan, penyaluran(transmisi dan distribusi) dan beban.

Suatu sumber tiga fasamembangkitkan tegangan tiga fasa,yang dapat digambarkan sebagai tigasumber tagangan yang terhubung Y(bintang) seperti terlihat pada gambar2.2a. Titik hubung antara ketigategangan itu disebut titik netral.Antara satu tegangan dengantegangan yang lain berbeda fasa120º. Jika kita mengambil teganganVAN sebagai referensi, maka kitadapat menggambarkan diagram fasortegangan dari system tiga fasa iniseperti terlihat pada gambar 2.2b.Urutan fasa dalam gambar ini disebuturutan positif. Bila fasor teganganVBN dan VCN dipertukarkan, kitaakan memperoleh urutan fasa negatif

a) Sumber Terhubung Y b)Diagram fasor.

Gambar 2.2. Sistem tiga Fasa

2.3 BebanTerhubungBintang

Gambar 2.3 memperlihatkanbeban seimbang yang terhubungbintang. Arus saluran sama denganarus fasa


17













17













18

Gambar 2.3 Beban terhubungbintang

Dari gambar ini jelas terlihat bahwaarus yang mengalir di saluran samadengan arus yang mengalir dimasing-masing fasa.

Jika kita tetap menggunakan VAN

sebagai refensi, maka :IA̅ = =∠ °| |∠θ

= | | ∠– θ = If∠– θ

IB̅ = =∠– °| |∠θ

= | | ∠( –120° –

θ) = If∠(– θ -120°)IC̅ = =∠– °| |∠θ

= | | ∠( –240° –

θ) = If∠(–θ -240°)

2.4 Beban Terhubung Delta

Jika beban terhubung delta(gambar 2.4), arus saluran tidak samadengan arus fasa.

Gambar 2.4 Beban Terhubung Delta

Jika kita hendak menghitung arusmaupun daya di tiap fasa dalamkeadaan beban terhubung delta, kitamemerlukan formulasi hubunganantara arus-arus fasa IAB, IBC, ICA

dengan tegangan-tegangan fasa VAB,VBC, dan VCA. Dari gambar 2.4terlihat dibahwa ini.

IA̅B = IB̅C = IC̅A =

Dari gambar tersebut, kitamemperoleh hubungan :IA̅ = IA̅B – IC̅AIB̅ = IB̅C – IA̅BIC̅ = IC̅A – IB̅C

2.5 Penyaluran dan susut daya

Misalkan daya sebesar Pdisalurkan melalui suatu salurandengan penghantar netral. Apabilapada penyaluran daya, arus-arus fasadalam keadaan seimbang, makabesar daya dapat dinyatakan sebagaiberikut:

P =√ .V.I.cos φ(2.20)

Dengan :

P = Dayapadaujungkirim( Watt)

V = Teganganpadaujungkirim(V )

Cos φ = Faktor daya ( VAR )

3. Data dan Hasil PengukuranBeban Gardu Distribusi MK 494

3.1. Data Gardu Distribusi MK494

DatadarihasilpengukuranbebanpadaGarduDistribusi MK 494 menyatakan datasepertitabel 3.1


18





= | | ∠– θ = If∠– θ

IB̅ = =∠– °| |∠θ

= | | ∠( –120° –

θ) = If∠(– θ -120°)IC̅ = =∠– °| |∠θ

= | | ∠( –240° –

θ) = If∠(–θ -240°)










P =√ .V.I.cos φ(2.20)

Dengan :








18





= | | ∠– θ = If∠– θ

IB̅ = =∠– °| |∠θ

= | | ∠( –120° –

θ) = If∠(– θ -120°)IC̅ = =∠– °| |∠θ

= | | ∠( –240° –

θ) = If∠(–θ -240°)










P =√ .V.I.cos φ(2.20)

Dengan :








19

Tabel 3.1 Data gardu induk MK 494

3.2 Pengukuran Beban PadaWaktu Beban Puncak (WBP)

Data dari hasil pengukuranbeban pada waktu beban puncak(WBP) Gardu Distribusi MK 494menyatakan data seperti table 3.2

Tabel 3.2 pengukuran beban padaWBP

3.3 Pengukuran Beban Pada LuarWaktu Beban Puncak (LWBP)

Data dari hasil pengukuran bebanpada luar waktu beban puncak(LWBP) Gardu Distribusi MK 494menyatakan data seperti tabel 3.3

Tabel 3.3 pengukuran beban padaLWBP

Dari hasil pengukuran beban,penulis menemukan gardu distribusiyang mempunyai arus netral besar,sehingga dapat di curigai bahwa padagardu distribusi tersebut terjadiketidak seimbangan beban. Dari hasilpengukuran beban, penulismenentukan sampel sebanyak tigabuah, yakni gardu distribusi MK 494,MK 256 dan MK 429. Namun, untukanalisis ini digunakan gardudistribusi MK 494.

Gardu distribusi MK 494terdiri atas tiga bgian yaitu Jl.Sabarudin, Jl. Besi Jl. Kapt Jumhanadan. Dalam analisis ini, akan dibahasmasing-masing gardu distribusi.


19











19











20

Berikut hasil analisis yang olehpenulis.

3.4. Ketidakseimbangan BebanTerhadap Arus Netral Pada WBP

Berdasarkan hasilpengukuran, gardu distribusi MK494 memiliki pembebanan yangtidak seimbang. Beban tidakseimbang ditunjukkan denganbesarnya selisih arus pada masing-masing fasa, dapat dilihat hasilpengukuran beban waktu beban(WBP) pada table 3.2. Pada Jl.Sabarudin ditemukan adanya arusnetral lebih besar dari pada aruspada fasa T. Hal ini menjadi alasanbagi peneliti untuk menentukangardu distribusi ini sebagai sampel,untuk selanjutnya dianalisis

Oleh karena itu, peneliti akanmenganalisis persentaseketidakseimbangan. Denganmenggunakan persamaan (2.21),koefisien a, b, dan c dapat diketahuibesarnya, di mana besarnya arus fasadalam keadaan seimbang (I) samadengan besarnya arus rata-rata(Irata). Sesuai hasil pengukuranbeban pada table 3.2, penulismenghitung aurs rata-rata padaWBP.

Arus rata-rata pada malam hari /WBP

Irata-rata malam =

Irata-rata malam =, ,

=,

= 47,433 A

IR = a . I maka a = =,, = 1,435

IS = b . I maka b = =,, = 1,145

IT = c . I maka c = = , = 0,421

4.2. Rugi-Rugi Pada PenghantarSaat WBP

Berdasarkan hasilpengukuran dan data penghantarrugi-rugi pada penghantar dapatditunjukkan pada dihitung besarnya.Penghantar dengan luas penampang35 mm2 memiliki tahanan sebesar0,867 Ω untuk penghantar fasa dan0,581 Ω untuk penghantar netral,sehingga rugi-rugi pada Jl. Sabarudinadalah :

Rugi-rugi pada fasa R

PR = IR2. RR = (78,9)2. 0,867 =

5397,257 watt = 5,397 Kw

Dimana adanya aktif transformator(P)

P = S .cos φ , dimana cos φ yangdigunakan adalah 0,9

P = 100 kVA . 0,9 = 90 kW

Sehingga, persentase rugi-rugi padafasa R adalah :

% PR = ×100% =,

×100%

= 5,996%

Rugi-rugi pada fasa S

PS = IS2. RS = (56,1)2. 0,867 =

2728,631 watt = 2,728 kW

Dimana daya aktif transformator (P)


21


P = 100 kVA . 0,9 = 90 kW

Sehingga, persentasise rugi-rugi padafasa S adalah :

% PS = ×100% =,

×100%

= 3,031 %

Rugi-rugi pada fasa T

PT = IT2. RT = (42,5)2. 0,867 =

1566,018 watt = 1,566 kW



P = 100 kVA . 0,9 = 90 kW

Sehingga, persentase rugi-rugi padafasa T adalah :

% PS = ×100% =,

×100%

= 1,74%

Rugi-rugi pada penghantarnetral

PN = IN2. RN = (47,5)2. 0,581 =

1310,881watt = 1,311 kW



P = 100 kVA . 0,9 = 90 kW

Sehingga, persentaserugi-rugi akibatadanya arus netral pada penghantarnetral trafo adalah :

% PN = ×100% =,

×100%

= 1,457%

4.3. Rugi-Rugi Pada PenghantarSaat LWBP

Rugi-rugi pada fasa R

PR = IR2. RR = (56,)2. 0,867 =

2718,912 watt = 2,718 kW



P = 100 kVA . 0,9 = 90 kW

Sehingga, persentase rugi-rugi padafasa R adalah :

% PR = ×100% =,

×100%

= 3,02%

Rugi-rugi pada fasa S

PS = IS2. RS = (41,)2. 0,867 =

1457,427 watt = 1,457 kW



P = 100 kVA . 0,9 = 90 kW

Sehingga, persentase rugi-rugi padafasa S adalah :

% PS = ×100% =,

×100%

= 1,618 %

Rugi-rugi pada fasa T

PT = IT2. RT = (31)2. 0,867 = 833,187

watt = 0,833 kW



22


P = 100 kVA . 0,9 = 90 kW

Sehingga, persentase rugi-rugi padafasa T adalah :

% PS = ×100% =,

×100%

= 0,925%

Rugi-rugi pada penghantarnetral

PN = IN2. RN = (4,7)2. 0,581 =

1283,429watt = 1,283 kW



P = 100 kVA . 0,9 = 90 kW

Sehingga, persentase rugi-rugi akibatadanya arus netral pada penghantarnetral trafo adalah :

% PN = ×100% =,

×100%

= 1,426%

5.1. Kesimpulan

1. Arus yang mengalir padapenghantar netral terjadikarena adanyaketidakseimbangan beban.

2. Ketidakseimbangan bebanberpengaruh terhadap rugi-rugi, tegangan dan peralatanpelanggan.

3. Semakin besar persentaseketidakseimbangan beban,semakin besar pula rugi-rugiyang timbul.

4. Rugi-rugi daya pada gardudistribusi MK 494 dalam satubulan sebesar 10.820,52KWh setara denganRp15.773.289

5.2 Saran

1. Untuk mengetahui bebantidak seimbang sebaiknyadilakukan pengukuran bebanpada gardu distribusi secaraperiodic misalnya sekalidalam tiga bulan.

2. Untuk mengurangi rugi-rugiyang diakibatkan beban tidakseimbang hendaknyapenyeimbangan bebandilakukan dan sambungannetral diperbaiki. Jika adasambungan baru (khususnyapelanggan 1 fasa) sebaiknyadisambungkan dengan fasayang bebannya lebih rendah


23

DAFTAR PUSTAKA

1. Kadir, A. 2000.Distribusi danutilisasi Tenaga Listrik.Jakarta : UniversitasIndonesia

2. Mulyadi, A.D. 2011.PengaruhKetidakseimbangan BebanPada Rugi Daya SaluranNetral Jaringan TeganganRendah. MeTrik Polban.

3. Theraja,B. L. dan A. K.Theraja. 1995. ElectricalTechnology. S. Chand.Kelompok PembakuanBidang Transmisi. SPLN 1 :1995 – Tegangan – TeganganStandar. Penerbit PTPerusahaan Listrik Negara(Persero)

4. Dahlan, M.2008.AkibatKetidakSeimbanganBebanTerhadapArusNetralDan LossesPadaTransformstorDistribusi.

5. Ramdhani, M. 2008.RangkaianListrik. Jakarta:Erlangga.

jurnal ilmiah “integritas” vol. 3 no. 1 mei 2017 … · sistem tiga fasa 2.3...

Documents