ANALISA PEMILIHAN TRAFO DISTRIBUSI BERDASARKAN BIAYA RUGI-RUGI DAYA DENGAN METODE NILAI TAHUNAN

ANALISA PEMILIHAN TRAFO DISTRIBUSI BERDASARKAN BIAYA RUGI-RUGI DAYA DENGAN METODE NILAI TAHUNAN Rizky Ferdinan, Eddy Warman Konsentrasi Teknik Energi Listrik, Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA e-mail : [email protected]

Abstrak Setiap instalasi PLN dan industri tentunya membutuhkan trafo sebagai alat untuk mengubah tegangan tinggi menjadi tegangan rendah atau sebaliknya. Panjangnya jaringan listrik PLN tentu memerlukan banyak trafo dan peralatan lainnya dalam mendistribusikan tenaga listrik untuk melayani konsumen. Oleh karena itu kita harus mengelola dan mengetahui cara pemilihan trafo. Pada jurnal ini dihitung biaya rugi daya pada dua trafo dengan kapasitas yang sama sebesar 400 kVA untuk memilih trafo yang memiliki biaya rugi-rugi yang lebih kecil. Walaupun dua buah trafo memiliki kapasitas daya yang sama besar, besarnya rugi tanpa beban dan rugi berbeban pada dua trafo dapat berbeda. Pada jurnal ini rugirugi daya yang dihitung bergantung pada rugitrafo tanpa bebantrafo dan rugi trafo berbeban. Kedua rugirugi ini dijumlahkan untuk mendapatkan total rugi trafo. Pada trafo 1 rugi daya total sebesar 5325 W dan trafo 2 sebesar 5440 W. Dari jumlah rugi daya total ini dihitung biaya rugi daya setiap trafo. Untuk total biaya rugi daya berbeban pada trafo I lebih kecil sebesar Rp. 15.824.186,64 dibandingkan dengan trafo II sebesar Rp. 16.067.802,24.

Kata Kunci : Trafo Distribusi, Biaya Rugi Daya Trafo. rugi tembaga. Dengan adanya rugi-rugi tersebut,

penulis akan membandingkan dua buah trafo yang memiliki rugi-rugi yang berbeda terhadap besar biayanya.

1. Pendahuluan PT PLN (Persero) adalah penyedia listrik Negara yang ada di Indonesia. Dalam penyaluran daya listrik, tidak seluruhnya dapat disalurkan kepada konsumen, karena akan hilang dalam bentuk susut energi. Sarana dan Prasarana yang baik sangat dibutuhkan dalam perkembangan teknologi sekarang ini. Saatini, energi listrik sangat dibutuhkan untuk mendukung pertumbuhanpembangunan di Indonesia. Adanya arus listrik bolak-balik yang mengalir pada inti besi sebuah trafo maka inti besi akan berubah menjadi magnet. Apabila inti besi tersebut dikelilingi oleh suatu belitan, maka pada kedua ujung belitan tersebut akan timbul beda tegangan sehingga menimbulkan gaya gerak listrik. Gaya gerak listrik yang mengalir terus menerus pada inti besi akan menimbulkan panas oleh arus eddy (eddy current). Untuk memperoleh besarnya rugi-rugi inti maka trafo akan diuji dengan member tegangan pada sirkit trafo dalam keadaan terbuka. Sedangkan untuk memperoleh besarnya rugi tembaga, tahanan pada rangkaian dialiri arus beban. Karena rugi ini terjadi pada belitan trafo yang terbuat dari tembaga maka rugi ini sering disebut

2. Transformator Transformator merupakan suatu alat listrik yang mengubah tegangan arus bolak-balik dari satu tingkat ke tingkat yang lain melalui suatu gandengan magnetdan berdasarkan prinsip-prinsip induksi-elektromagnet. Transformator terdiri atas sebuah inti, yang terbuat dari besi berlapis dan dua buah kumparan, yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder. Penggunaan transformator yang sederhana dan handal memungkinkan dipilihnya tegangan yang sesuai dan ekonomis untuk tiap-tiap keperluan serta merupakan salah satu sebab penting bahwa arus bolak-balik sangat banyak dipergunakan untuk pembangkitan dan penyaluran tenaga listrik. Di dalam suatu sistem distribusi tenaga listrik, transformator distribusi dipergunakan untuk menurunkan tegangan penyulang utama (primary feeder) menjadi tegangan rendah (sekunder) yang langsung digunakan oleh para pemakai energy listrik (konsumen).

-13-

copyright @ DTE FT USU

SINGUDA ENSIKOM

VOL. 8 NO. 1/Juli 2014

Transformator distribusi dihubungkan langsung dengan beban melalui jaringan sekunder dan lokasi pemasangannya tersebar dibanyak tempat dengan jarak beberapa ratus meter atau sampai beberapa kilometer, tergantung pada kapasitas transformator dan besar beban yang dilayani. Menurut standart NEMA (The Nationa; Electrical Manufactures Association), transformator dengan 3 kVA sampai dengan 500kVA diklasifikasikan i. Untuk transformator distribusi 1 θ :rating dari 3 kVA sd 500 kVA ii. Untuk transformator distribusi 3 θ : rating dari 9 kVA sd 1600 kVA iii. Untuk transformator –transformator yang ratingnya lebih besar dari 1600 kVA, diklarifikasikan sebagai transformator tenaga. Sekarang di Indonesia telah banyak dijumpai transformator distribusi dengan rating lebih besar dari 500 kVA. Transformator terdiri atas dua buah kumparan (primer dan sekunder) yang bersifat induktif. Kedua kumparan ini terpisah secara elektris namun berhubungan secara megnetis melalui jalur yang memiliki reluktansi rendah. Apabila kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik maka fluks bolak-balik akan muncul di dalam inti yang dilaminasi, karena kumparan tersebut membentuk jaringan tertutup maka mengalirlah arus primer. Akibat adanya fluks di kumparan primer maka di kumparan primer terjadi induksi (self induction) dan terjadi pula induksi di kumparan sekunder karena pengaruh induksi dari kumparan primer atau disebut sebagai induksi bersama (mutual induction) yang menyebabkan timbulnya fluks magnet di kumparan sekunder, maka mengalirlah arus sekunder jika rangkaian sekunder dibebani, sehingga energi listrik dapat ditransfer keseluruhan (secara magnetisasi). = − ( ) (1) Dimana : e = gaya gerak listrik (Volt) N = jumlah lilitan (turn) = perubahan fluks magnet (weber/sec) Dalam kondisi ideal, tanpa rugi-rugi, perbandingan lilitan antara keduanya merupakan perbandingan tegangan antara kedua sisinya.Namun pada kenyataannya, daya masukkan tidak pernah sama dengan daya keluaran. Terdapat rugi-rugi yang terjadi di inti besi dan lilitan. Rugi-rugi tersebut terjadi akibat histerisis, arus eddy, resistansi belitan dan fluks bocor.Dalam model rangkaian (rangkaian ekivalen) yang dipakai untuk -14-

menganalisis kerja suatu transformator, adanya fluks bocor Φ1 dan Φ2 ditunjukkan sebagai reaktansi X1 dan X2. Sedangkan rugi tahanan ditunjukkan dengan R1 dan R2. Dengan demikian model rangkaian dapat dilihat pada Gambar 1. Gambar 1. Rangkaian ekivalen tranformator

Rugi-rugi pada transformator dapat diklasifikasikan atas rugi-rugi primer, rugi-rugi sekunder dan rugi-rugi inti (besi). Rugi-rugi primer dan sekunder adalah rugi-rugi daya nyata dalam I2Rwatt. Rugi-rugi ini akibat resistansi dari masingmasing belitan, yaitu belitan primer dan sekunder. Apabila transformator tidak dibebani, maka rugirugi daya pada sekunder adalah nol. Berikut skema dari rugi-rugi yang ada pada transformator pada Gambar 2.

Gambar 2. Blok diagram rugi-rugi pada transformator Rugi Tembaga (PCu) Rugi yang disebabkan arus mengalir pada kawat tembaga dapat ditulis sebagai berikut : PCu= I2R(watt) (2) Formula ini merupakan perhitungan untuk pendekatan. Karena arus beban berubah-ubah, rugi tembaga juga tidak konstan bergantung pada beban. Dan perlu diperhatikan pula resistansi disini merupakan resistansi AC. i.

Rugi Besi (Pi) Rugi inti atau rugi besi pada transformator juga adalah rugi dalam watt. Rugi inti pada transformator terdiri atas dua bagian, yaitu rugi hysteresis dan eddy current. Adapun penjelasan tentang kedua jenis rugi inti tersebut adalah sebagai berikut :

ii.


SINGUDA ENSIKOM iii.


Rugi Hysteresis, yaitu rugi-rugi yang disebabkan oleh fluks bolak-balik pada inti besi yang dinyatakan sebagai : Ph=

,

(watt) Dimana : Kh = Konstanta Bmax = Fluks maksimum (weber) iv.

(3)

Rugi Eddy Current, yaitu rugi-rugi yang disebabkan oleh arus pusar pada inti besi yang dinyatakan sebagai :

Pe= (watt) Dimana : Kh = Konstanta Bmax = Fluks maksimum (weber) Jadi rugi besi (inti) adalah Pi = Ph + Pe (watt)

(4)

Rb Smaks Fr k

= rugi daya berbeban trafo = Daya maksimal trafo (KVA) = Faktor rugi-rugi = Faktor pertumbuhan beban (

k = [(

) (

) (

)

) (

) ][(

)

.

(9)

]

Dimana : i = tingkat bunga pertahun r = tingkat pertumbuhan beban pertahun n = jumlah tahun pengusahaan Jadi biaya rugi-rugi daya total setiap tahun adalah : Brt (n) = Btb (n) n = jumlah tahun pengusahaan Jadi biaya rugi-rugi daya total setiap tahun adalah : Brt (n) = Btb (n) + Bb (n) = ( Bdl + 8760.Btl ).Rtb + ( Bdl.Rf + Fr.8760.Btl).Rdb (Smaks/Sn)2 (10)

(5)

Perhitungan biaya rugi-rugi daya pada transformator distribusi terdiri dari dua yaitu perhitungan biaya rugi daya tanpa beban dan biaya rugi daya berbeban. Hasil dari kedua biaya ini merupakan biaya total untuk transformator. Rugi-rugi yang terjadi pada inti besi trafo merupakan rugi-rugi daya tanpa beban. Besarnya rugi rugi ini dapat diukur saat trafo tidak dibebani. Besarnya rugi daya tanpa beban adalah tetap dan dapat dihitung dengan persamaan 6.

Faktor rugi-rugi trafo dapat persamaan Fr = Fb (c) + (1-c) Fb2

dicari

dengan (11)

100% Dimana : Fb = Fb = Faktor beban [3] Pr = Daya rata-rata Pmax = Daya yang tertinggi saat beban puncak c = Konstanta untuk sistem distribusi 0.15 dan sistem transmisi 0.3

3. Metode Penelitian Btb = ( 8760 x Btl ).Rbn

(6)

Dimana : Btb = Biaya rugi daya tanpa beban (Rp/tahun) 8760 = jumlah waktu dalam satu tahun (jam/tahun) Btl = Biaya tenaga listrik (Rp/Kw per tahun) Rbn = Rugi daya tanpa beban/ rugi beban nol (Kw) Biaya rugi-rugi daya berbeban besarnya akan berubah berdasarkan perubahan beban unit trafo yang ada. Jika beban naik, maka rugi-rugi daya berbeban akan naik juga sehingga biayanya akan naik juga. [1] [2] Dalam perhitungan biayanya harus dimasukkan factor pertumbuhan beban, responsibility factor, dan factor rugi-rugi. Biaya rugi-rugi berbeban dapat dihitung dengan persamaan 8. Bb = ( Fr.8760.Btl ).Rb (Pmaks/Sn)2.k

(8)

Penelitian ini dilakukan dengan cara pengambilan data pembebanan trafo distribusi pada PT. PLN (PERSERO). Data trafo pada Tabel 1merupakan dua trasnformator distribusi yang dibandingkan dan memiliki kapasitas sama yaitu 400 kVA. Tabel 1. Spesifikasi trafo I dan II Trafo I Kapasitas trafo 400 kVA Phasa trafo 3 Tegangan primer 20 kV Tegangan sekunder Impedansi Frekuensi Hubungan belitan Rugi Besi Rugi Tembaga Berat Trafo

Trafo II 400kVA 3 20 kV

400 V

400 V

4% 50 Hz Dyn5 925 W 4400 W 1600 Kg

4% 50 Hz Dyn5 840 W 4600 W 1300 Kg

Dimana : Bb = Biaya rugi daya berbeban tahun ke-n (Rp/thn) -15-


SINGUDA ENSIKOM


4. Perhitungan Total Biaya Rugi Daya Untuk menghitung besarnya rugi daya total pada trasformator diperlukan data pengujian tanpa beban (rugi besi) dan pengujian berbeban (rugi tembaga) yang sudah terdapat pada masing-masing trafo distribusi. Nilai rugi-rugi daya aktif dari data rugi besi dan rugi tembaga akan dihitung biaya yang dihasilkan serta menghitung nilai investasi dari masing-masing transformator. Untuk menghitung besar rugi daya berbeban, maka diperlukan faktor kerugian, beban maksimum trafo, serta faktor K. Faktor-faktor diatas dapat diperoleh dari data pembebanan trafo distribusi yang terpasang pada Tabel 2.

Kurva beban harian dari trafo distribusi untuk trafo terpasang diatas dapat dilihat pada Gambar 3.

kurva beban harian

Untuk perhitungan rugi daya tanpa beban dapat dihitung sebagai berikut. Untuk trafo I dengan rugi beban nol (Rbn) = 925 Watt = 0,925 kW Btb = ( 8760 x Btl ).Rbn = ( 8760 x Rp. 1030,00 ) 0,925 = Rp. 8.346.090,00 Untuk trafo II dengan rugi beban nol (Rbn) = 840 Watt = 0,840 kW Btb = ( 8760 x Btl ).Rbn = ( 8760 x Rp. 1030,00) 0,840 = Rp. 7.579.152,00 Untuk perhitungan rugi daya berbeban dapat dihitung sebagai berikut.

23:00

21:00

19:00

17:00

15:00

13:00

11:00

9:00

7:00

5:00

3:00

daya

1:00

Daya trafo

,

Dari hasil yang diperoleh dari perhitungan diatas maka : Faktor kerugian = Faktor beban (c) + (1-c) (Faktor beban) 2 = 0,73 (0,15) + (1-0,15) (0,73)2 = 0,109 + 0,453 = 0,56 Untuk kenaikan beban trafo terpasang dan faktor K setiap tahunnya dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Daya terpasang dan factor K Tahun Daya Terpasang Faktor K 1 232,4 1,02 2 245,95 1,23 3 258,22 1,27 4 275,46 1,31 5 291,52 1,37 6 308,52 1,41 7 326,5 1,46 8 345,53 1,52 9 365,68 1,56 10 387 1,62

Tabel 2. Data trafo distribusi terpasang Alamat M.Yamin Kode UPJ/Nama UPJ 12001/ MEDAN KOTA Gardu induk Glugur Penyulang GU3 Kode gardu MK211-1 Tipe gardu Gardu portal Pembebanan 58,1 % Temperatur 37 °C Power factor 0,965

300 270 240 210 180 150 120 90 60 30 0

Faktor kerugian = Faktor beban (c) + (1-c) (Faktor beban) 2 Dimana : , Faktor beban = = = 0,73

Untuk trafo I tembaga = 4400 Watt)

Gambar 3. Kurva beban harian

Rugi berbeban (rugi

Daya terpasang = × 400 = 232,40 = 224.3 kW Dari gambar 2 dapat dilihat daya puncak = 206,58 kW , Daya rata-rata = = 150,932

Perhitungan untuk tahun pertama : Bb = ( Fr . 8760 . Btl ). Rb . (Pmaks/Sn)2.k = (0,56 . 8760 . Rp. 1030,00). 4,4 (232,4/400 )2. 1,02 = (Rp. 5.052.768,00) .(1,48) = Rp. 7.478.096,64

Untuk mencari faktor kerugian dapat dihitung dengan persamaan [1] :

Untuk trafo II Rugi berbeban (rugi tembaga = 4600 Watt) Perhitungan untuk tahun pertama :

,

-16-


SINGUDA ENSIKOM


Besar biaya selama 10 tahun ke depan untuk trafo I dan II dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4. Rugi Berbeban trafo I dan II Tahun Biaya Trafo I Biaya Trafo II 1 Rp. 7.478.096,64 Rp. 8.488.650,24 2 Rp. 10.117.864,75 Rp. 11.065.561,92 3 Rp. 11.576.295,71 Rp. 12.530.864,64 4 Rp. 13.440.362.88 Rp. 14.653.027.20 5 Rp. 15.764.636,16 Rp. 17.179.411.20 6 Rp. 18.494.949,88 Rp. 19.705.795,20 7 Rp. 21.422.927,88 Rp. 22.396.697,33 8 Rp. 25.344.684,29 Rp. 26.496.715,39 9 Rp. 29.133.047,62 Rp. 30.821.884,80 10 Rp. 33.855.162,49 Rp. 35.874.652,80

Juta

Bb = ( Fr . 8760 . Btl ). Rb . (Pmaks/Sn)2.k = (0,56 . 8760 . Rp. 1030,00). 4,6 (232,4/400 )2. 1,02 = (Rp. 5.052.768) .(1,68) = Rp. 8.488.650,24

44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

Total biaya rugi daya trafo I Total biaya rugi daya trafo II

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Tahun

Gambar 4. Grafik perbandingan biaya total trafo I dan trafo II

Total biaya rugi daya dapat dihitung dengan menjumlahkan biaya rugi daya tanpa beban dan rugi biaya berbeban[4][5]. Biaya rugi daya total (n) = biaya rugi tanpa beban(Btb) + biaya rugi berbeban(Bb) Biaya rugi daya total untuk trafo I dapat dihitung sebagai berikut : Untuk tahun pertama Biaya rugi daya total = Rp. 7.629.679,68 + Rp. 8.346.090,00 = Rp. 15.975.769,68 Biaya rugi daya total untuk trafo II dapat dihitung sebagai berikut : Biaya rugi daya total = Rp. 7.579.152,00 + Rp. 8.488.650,24 = Rp. 16.067.802,24

Untuk biaya rugi daya total sampai tahun ke-10 dapat dilihat pada Tabel 5. Tabel 5. Total biaya rugi daya trafo I dan II Tahun Biaya Trafo I Biaya Trafo II 1 Rp. 15.824.186,64 Rp. 16.067.802,24 2 Rp. 18.463.954,75 Rp. 18.644.713,92 3 Rp. 19.922.385,71 Rp. 20.110.016,64 4 Rp. 21.786.452.88 Rp. 22.232.179,20 5 Rp. 24.110.726.16 Rp. 24.758.563,20 6 Rp. 26.841.039,88 Rp. 27.284.947,20 7 Rp. 29.769.017,88 Rp. 29.975.849,33 8 Rp. 33.690.774,29 Rp. 34.075.867,39 9 Rp. 37.479.137,62 Rp. 38.401.036,80 10 Rp. 42.201.252,49 Rp. 43.453.804,80

-17-

Dari Tabel 5 dan Gambar 4 dapat dilihat bahwa total biaya rugi daya pada trafo I lebih kecil dari trafo II. Hal ini menunjukkan total rugi daya pada trafo I lebih baik dibandingkan rugi daya pada trafo II.

5. Kesimpulan Setelah melakukan perhitungan data pada jurnal ini dapat disimpulkan sebagai berikut. 1. Pada perhitungan biaya rugi daya tanpa beban, pada trafo I sebesar Rp. 8.346.090,00 dan trafo II sebesar Rp. 7.579.152,00. Dari perhitungan tersebut dapat dilihat biaya rugi daya tanpa beban pada trafo II lebih baik dibandingkan dengan trafo I. 2. Pada perhitungan biaya rugi daya berbeban untuk tahun pertama, pada trafo I sebesar Rp. 7.478.096,64 sedangkan pada trafo II sebesar Rp. 8.488.650,24. Dari perhitungan tersebut dapat dilihat biaya rugi daya berbeban pada trafo I lebih baik dibandingkan dengan trafo II. 3. Pada perhitungan total biaya rugi daya total, pada trafo I sebesar Rp. 15.824.186,64 sedangkan pada trafo II sebesar Rp. 16.067.802,24 dan berangsur-angsur naik pada tahun berikutnya. Dari perhitungan tersebut dapat dilihat rugi total biaya pada trafo I lebih kecil dari trafo II.

Referensi [1]

Pabla, AS. 1994. Sistem Distribusi Tenaga Listrik. Jakarta. Erlangga. copyright @ DTE FT USU

SINGUDA ENSIKOM

[2]

[3]


IEEE Loss Evaluation Guide for Power Transformers and Reactors, “IEEE C57.120 1991”, New York : IEEE, 1991. Gonen, Turan. Electric Power Distribution System Engineering. McGraw-Hill Book Co-Singapore. Singapore.

[4]

RUS bulletin 1724E-301. 2004. Guide for the Evaluation of Large Power Transformer Losses.

[5]

REA bulletin. 1983. Guide for Economic Evaluation of Distribution Transformer. Hal 16-63. Rural Electrification Admisnistration.

-18-


ANALISA PEMILIHAN TRAFO DISTRIBUSI BERDASARKAN BIAYA RUGI-RUGI DAYA DENGAN METODE NILAI TAHUNAN

Recommend Documents