BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengukuran (measurement) Pengukuran adalah penentuan besaran, dimensi, atau kapasitas, terhadap suatu standar atau satuan pengukuran. Oleh karena itu, sebagai pembandingan digunakan suatu alat bantu (alat ukur) yang sudah dikalibrasi. Misalnya pengukuran tegangan pada jaringan listrik dalam hal ini tegangan yang akan diukur dengan menggunakan voltmeter akan dibandingkan dengan hasil perhitungan ataupun standar tegangan yang diijinkan. Pengukuran dapat dibedakan atas: a. Pengukuran besaran listrik, seperti arus (ampere), tegangan (volt), daya listrik (watt), dll b. Pengukuran besaran non-listrik, seperti suhu, kuat cahaya, tekanan, dll. Dalam

melakukan

pengukuran,

pertama

harus

ditentukan

cara

pengukurannya. Cara dan pelaksanaan pengukuran itu dipilih sedemikian rupa sehingga alat ukur yang ada dapat digunakan dan diperoleh hasil dengan ketelitian seperti yang dikehendaki. Pengukuran juga harus dilakukan semudah mungkin, sehingga diperoleh efisiensi yang tinggi. Setiap alat harus diketahui dan diyakini cara kerjanya, dan harus diketahui pula apakah alat-alat yang akan digunakan dalam keadaan baik dan mempunyai kelas ketelitian sesuai dengan keperluannya. Dengan kata lain, dalam pengukuran besaran listrik ada tiga unsur penting yang perlu diperhatikan, yaitu: -

cara melakukan pengukuran;

-

orang yang melakukan pengukuran; dan

-

alat ukur yang digunakan. Sehubungan dengan ketiga hal yang penting ini sering juga harus

diperhatikan kondisi dimana dilakukan pengukuran, seperti suhu, kelembaban, medan magnet, dan sebagainya. Alat ukur itu sendiri juga penting untuk diperhatikan mulai dari pembuatan sampai cara menyimpannya karena sejak pembuatannya,

ketelitian

alat

ukur

sudah

disesuaikan

dengan

yang

dikehendaki[1]. 4 Universitas Sumatera Utara

2.2 Fungsi Pengukuran Pengukuran memiliki beberapa fungsi, diantaranya adalah sebagai berikut: 1. Fungsi indikasi Dengan melakukan pengukuran, besaran-besaran yang diinginkan dapat ditampilkan dalam bentuk satuan yang dapat dibaca dan dijadikan bahan perbandingan. 2. Fungsi pencatatan dan penyimpanan data Besaran yang diukur dan yang telah diindikasikan kemudian dapat dicatatkan hasilnya dalam bentuk formulir pendataan untuk kemudian disimpan. 3. Fungsi pengendalian Data ukur yang telah dicatat dan disimpan sebelumnya dapat dijadikan acuan dalam melakukan pengendalian dan pengoperasian peralatanperalatan yang diukur.

Dari beberapa fungsi pengukuran diatas, hasil pengukuran dapat dikembangkan lagi penggunaannya sebagai pemantau (monitoring), pengendali (controlling) dan membantu menganalisis (engneering analyisis) terhadap jalannya sebuah proses. 2.3 Pengukuran Besaran Listrik (Electrical Measurement) Setiap alat ukur mempunyai batas ukur tertentu, yang artinya alat ukur tersebut hanya mampu mengukur sampai harga maksimal tertentu dimana jarum petunjuk akan menyimpang penuh sampai pada batas maksimal dari skala. Alat-alat ukur yang terpasang tetap pada panel pada umumnya mempunyai satu macam batas ukur saja dikarenakan besaran yang akan diukur nilainya tidak akan berubah dari nilai yang ada pada batas ukur meter tersebut, sedangkan alat ukur kerja menyediakan beberapa pilihan batas ukur, karena besaran yang akan diukur belum diketahui sebelumnya. Cara merubah batas ukur dilakukan dengan menambah atau mengurangi tahanan dari resistor sebelum besaran listrik masuk ke komponen utama alat ukur dengan perbandingan nilai tertentu terhadap nilai tahanan alat ukur, sehingga besaran sebenarnya yang masuk pada komponen utama alat ukur tetap pada batas

5 Universitas Sumatera Utara

semula. Perubahan batas ukur arus dilakukan dengan cara memasang resistor secara paralel, sehingga arus yang terukur dibagi dengan perbandingan tertentu antara yang melewati resistor dan yang melewati komponen utama alat ukur. Semakin kecil nilai resistor, maka batas ukur menjadi lebih besar. Sedangkan untuk merubah batas ukur tegangan dilakukan dengan cara memasang resistor secara seri, sehingga nilai tegangan sebelum masuk ke dalam alat ukur dapat lebih besar. Semakin besar nilai resistor, maka batas ukur menjadi semakin besar[1].

Gambar 2.1Batas ukur meter [1].

2.4 Alat ukur sistem elektrodinamis (Analog) Alat ukur elektrodinamis adalah alat ukur yang mempunyai kumparan tetap dan kumparan putar. Sistem kerjanya sama dengan sistem kumparan putar tetapi magnet tetap digantikanoleh magnet listrik.

(a)

(b)

Gambar 2.2 Prinsip kerja elektrodinamis [1].

Berdasarkan kaidah tangan kanan, pada gambar 2.2(a) jarum akan menyimpang ke kanan. Bila arus dibalik arahnya pada gambar 2.2(b), maka jarum akan tetap menyimpang kekanan. Dengan kata lain, pada alat ukur dengan prinsip kerja elektrodinamis walaupun arah arus dirubah, arah jarum penunjuk tetap menyimpang ke satu arah.


Alat ukur tipe elektrodinamis ini dapat dipergunakan untuk arus bolakbalik maupun arus searah, dan dapat dibuat dengan persisi yang lebih baik[1]. 2.5 Alat ukur sistem elektronik (Digital) Sesuai dengan perkembangan dan kemajuan teknologi khususnya dalam bidang elektronik, maka alat-alat ukur elektronik juga ikut dikembangkan. Pada laboratorium dan industri-industri banyak menggunakan alat ukur ini, karena memiliki tingkat kecermatan yang baik dalam penunjukan harga. Pada umumnya alat ukur elektronik adalah alat ukur dengan pembacaan secara digital, karena penunjukannya berupa nilai angka, maka penggunaan dalam pembacaan sangat sederhana dan mudah dipahami. Keuntungan dari alat ukur elektronik, yaitu: -

Mudah untuk dibawa (portable)

-

Kecermatan ukurnya tinggi, mencapai faktor kesalahan 0,1 – 0,5 %

-

Kedudukan atau posisi alat ukur tidak mempengaruhi penunjukan.

Kelemahan dari alat ukur elektronik, yaitu: -

Dapat dipengaruhi oleh temperatur ruangan yang tinggi.

-

Tidak boleh ditempatkan pada ruangan yang lembab atau basah.

-

Harga relatif mahal[1].

2.6 Gardu Trafo Tiang Gardu Trafo Tiang ataupun Gardu Distribusi listrik adalah suatu bangunan gardu listrik yang konstruksinya terdiri dari instalasi Perlengkapan Hubung Bagi Tegangan

Menengah

(PHB-TM),

Transformator

Distribusi

(TD)

dan

Perlengkapan Hubung Bagi Tegangan Rendah (PHB-TR) untuk mensuplai kebutuhan tenaga listrik bagi para pelanggan baik dengan tegangan menengah (TM 20 kV) maupun tegangan rendah (TR 220/380V) [2]. 2.6.1

Transformator Transformator adalah suatu peralatan listrik yang termasuk dalam

klasifikasi mesin listrik statis dan berfungsi untuk menyalurkan tenaga/ daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya, dengan frekuensi yang sama. Dalam pengoperasiannya, transformator tenaga pada umumnya


ditanahkan pada titik netral, sesuai dengan kebutuhan untuk sistem pengamanan atau proteksi. Sesuai dengan SPLN, tranformator 3 (tiga) phasa yang digunakan pada gardu trafo tiang adalah trafo-trafo dengan tiga tipe vektor grup, yaitu Yzn5, Dyn5 dan Ynyn0. Titik netral langsung dihubungkan dengan tanah. Transformator gardu pasangan luar dilengkapi bushing tegangan menengah isolator keramik. Sedangkan transformator gardu pasangan dalam dilengkapi bushing tegangan menengah isolator keramik atau menggunakan isolator plug-in premoulded yang bentuknya seperti selongsong.

Gambar 2.3 Transformator 3-phasa [13].

Selain trafo dengan konstruksi seperti gambar (2.3) diatas, terdapat pula trafo 3-phasa jenis lain, yaitu Transformator Completely Self Protected (Trafo CSP). Trafo CSP adalah transformator distribusi yang sudah dilengkapi dengan pengaman lebur (fuse) pada sisi primer dan LBS (Load Break Switch) pada sisi sekunder [2].

Gambar 2.4 Transformator CSP [2].


2.6.2

PHB sisi Tegangan Rendah (PHB-TR) PHB-TR adalah suatu kombinasi dari satu atau lebih perlengkapan hubung

bagi tegangan rendah dengan peralatan kontrol, peralatan ukur, pengaman dan kendali yang saling berhubungan. Keseluruhannya dirakit lengkap dengan sistem pengawatan dan mekanis pada bagian-bagian penyangganya. Secara umum PHB untuk pasangan dalam adalah jenis terbuka. Rak TR pasangan dalam untuk gardu distribusi beton. PHB jenis terbuka adalah suatu rakitan PHB yang terdiri dari susunan penyangga peralatan proteksi dan peralatan Hubung Bagi dengan seluruh bagian-bagian yang bertegangan, terpasang tanpa isolasi. Jumlah jurusan per transformator atau gardu distribusi sebanyakbanyaknya 8 jurusan, disesuaikan dengan besar daya transformator dan Kemampuan Hantar Arus (KHA) penghantar JTR yang digunakan. Pada PHB-TR harus dicantumkan diagram satu garis, arus pengenal gawai proteksi dan kendali serta nama jurusan JTR[2]. 2.6.3

Pengaman Lebur (Sekering) Pengaman lebur adalah suatu alat pemutus yang dengan meleburnya

bagian dari komponennya yang telah dirancang dan disesuaikan ukurannya untuk membuka rangkaian dimana sekering tersebut dipasang dan memutuskan arus bila arus tersebut melebihi suatu nilai tertentu dalam jangka waktu yang cukup. Fungsi pengaman lebur dalam suatu rangkaian listrik adalah untuk setiap saat menjaga atau mengamankan rangkaian berikut peralatan atau perlengkapan yang tersambung dari kerusakan, dalam batas nilai pengenalnya [2].

Gambar 2.5 Pengaman lebur (NH- fuse) [2].

2.6.4

Transformator Arus - Current Transformator (CT) Transformator arus (Current Transformer- CT) adalah salah satu peralatan

di Gardu Trafo Tiang yang berfungsi untuk mengkonversi besaran arus nilainya


besar ke arus yang nilainya kecil guna pengukuran sesuai batasan alat ukur, juga sebagai proteksi serta isolasi sirkit sekunder dari sisi primernya. Faktor yang harus diperhatikan pada instalasi transformator arus adalah beban pengenal (Burden) dan kelas ketelilitian CT. Disarankan menggunakan jenis CT yang mempunyai tingkat ketelitian yang sama untuk beban 20% - 120% arus nominal. Nilai burden, kelas ketelitian untuk proteksi dan pengukuran harus merujuk pada ketentuan/persyaratan yang berlaku. Konstruksi transformator arus dapat terdiri lebih dari 1 kumparan primer (double primer)[2].

Gambar 2.6 Beberapa jenis CT [2].

2.6.5

Fused Cut Out (FCO) Pengaman lebur untuk gardu distribusi pasangan luar dipasang pada Fused

Cut Out (FCO) dalam bentuk Fuse Link. Terdapat 3 jenis karakteristik Fuse Link, tipe-K (cepat), tipe–T (lambat) dan tipe–H yang tahan terhadap arus surja. Data aplikasi pengaman lebur dan kapasitas transformatornya dapat dilihat pada tabel. Apabila tidak terdapat petunjuk yang lengkap, nilai arus pengenal pengaman lebur sisi primer tidak melebihi 2,5 kali arus nominal primer tranformator. Jika sadapan Lightning Arrester (LA) sesudah Fused Cut Out, maka dipilih Fuse Link tipe–H. Jika sadapan Lightning Arrester (LA) sebelum Fused Cut Out (FCO), maka dipilih Fuse Link tipe–K[2].


Gambar 2.7 Fuse Cut-out[2].

2.6.6

Lightning Arester (LA) Untuk melindungi Transformator distribusi, khususnya pada pasangan luar

dari tegangan lebih akibat surja petir. Dengan pertimbangan masalah gangguan pada SUTM, Arester dapat saja dipasang sebelum atau sesudah FCO[2].

Gambar 2.8 Lightning Arester [2].

2.6.7

Konektor Konektor adalah komponen yang dipergunakan untuk menyadap atau

mencabangkan kawat penghantar SUTM ke gardu.

Gambar 2.9 Live line Connector [2].


Jenis konektor yang digunakan untuk instalasi gardu ini ditetapkan menggunakan Live Line Connector (sambungan yang bisa dibuka-pasang) untuk memudahkan membuka/ memasang pada keadaan bertegangan. Penyadapan trafo dari SUTM dan pencabangan harus di depan tiang peletakan trafo dari arah Pembangkit Listrik/ Gardu Induk [2]. 2.7 Pengukuran Parameter Trafo Pada Gardu Trafo Tiang Pada sebuah Gardu Trafo Tiang, trafo merupakan bagian paling penting dan peralatan yang paling berpengaruh terhadap biaya pada sistem distribusi tenaga listrik. Jika terjadi kegagalan pada trafo, tidak hanya menyebabkan terputusnya supply tenaga listrik pada area yang luas, tapi juga berdampak kerugian ekonomi dilingkungan tersebut. Oleh karena itu, pengoperasian dari gardu trafo distribusi harus dapat dipertahankan kontinuitas penyalurannya dan bebas dari gangguan dalam waktu yang cukup lama. Pengukuran parameter trafo merupakan bentuk pemantauan, juga sebagai langkah awal persiapan pemeliharaan gardu demi menjaga ketersediaan energi listrik serta dapat menghindari pemadaman tidak terencana dan biaya perbaikan yang mahal. Untuk mencapai tujuan tersebut diatas, maka pengukuran parameter trafo pada sebuah gardu trafo tiang dilakukan dengan rutin, sehingga data hasil ukurnya dapat digunakan sebagai dasar untuk melakukan tindakan pemeliharaan preventif. Hal tersebut dapat dilakukan dengan memperhatikan hal-hal sebagai berikut: 1. Pengukuran benar-benar dilakukan; 2. Akurasi data; dan 3. Kecepatan ( pengukuran, evaluasi& pelaporan ). Berdasarkan regulasi PLN yang tertuang dalam Keputusan Direksi No.074.K.DIR/2008 tentang Pedoman Manajemen Aset dan Surat Edaran Direksi No. 040.E/152/DIR/1999, perlu dilakukan program manajemen transformator distribusi yang jelas dan pengendalian yang konsisten oleh pengelola aset sistem distribusi. Pengukuran parameter trafo distribusi merupakan salah satu langkah yang perlu dilakukan pada program tersebut. Uraian pekerjaan dan tindakan dalam program tersebut dapat dilihat pada tabel berikut: 12 Universitas Sumatera Utara

Tabel 2.1Program manajemen transformator distribusi [3]. No.

1

Uraian

Data historical mutlak diperlukan untuk perencanaan pemeliharaan dan analisa kegagalan trafo

2

Pengendalian pembebanan trafo dengan pertimbangan efisiensi pembebanannya.

3

Penurunan Susut Trafo Distribusi

4

Comissioning dan Pembuatan BA pada penggantian trafo

5

Optimasi Usia Pengoperasian Trafo Distribusi

Tindakan Wajib Membenahi pengelolaan data base gardu distribusi : •Daftar Gardu Distribusi dan Trafo Distribusi di kantor PLN Unit Pelaksana, yang menunjukkan data spesifikasi trafo, merk, tahun pembuatan, tahun pemasangan, kontraktor pemasang, historical pengoperasian trafo, waktu mutasi, rekondisi, pemeliharaan, pengukuran beban, proteksi primer dan sekunder trafo distribusi bekerja; •Kartu Trafo, terpasang di gardu, yang menunjukkan data historical trafo : waktu pasang, pemeliharaan, pelaksanaan pengkuran beban serta petugas pelaksana dan mutasi; •Petugas pelaksana pengukuran/ Har dibekali form yang juga bermanfaat untuk pengisian data historical trafo. Melaksanakan manajemen pembebanan trafo berbasis data daya kontrak pelanggan. Jika kondisi daya tersambung pelanggan dibandingkan dengan daya trafo >120 % maka lakukan pengukuran beban riil pada kondisi WBP, dan jika hasilnya : •< 70% maka periksa data pelanggan •70 - 80 % maka diusulkan uprating •> 80% maka trafo diganti untuk uprating / sisip Menerapkan pengadaan transfomator distribusi sesuai SPLN No. D3.002-1:2007 dan Implementasi Surat Direksi tentang Implementasi SPLN trafo Distribusi. Menerapkan prosedur Comissioning Test instalasi trafo dist pada gardu distribusi eks pemeliharaan/gangguan sama halnya dengan pada konstruksi baru, kemudian dibuat BA comissioning. Menerapkan pengoperasian transformator Distribusi dengan indikator kinerja Manajemen Operasi: •Dilakukan pengukuran beban riil pada kondisi WBP •Unbalance Load Max 25 % •Pembebanan masing-masing phasa max 80 % Maksimum THD 10 % Menerapkan siklus pemeliharaan terjadwal tetap - time base yang ketat dan meliputi : •Pemeriksaan minyak trafo : Volume dan nilai tegangan tembus (khusus type Non Full Hermetically) •Pembersihan Fisik

6

Pemeliharaan trafo distribusi dengan konsep pengendalian yang jelas

•Sistem Proteksi Primer dan Sekunder •Pengencangan konektor •Pengukuran beban trafo •Perbaikan sistem pentanahan •Pemeriksaan Tap changer trafo •Ventilasi Gardu Jadwal Pemeliharaan periodik minimum tiap gardu beton dan gardu Portal adalah 12 bulan.


7

8

9

Optimasi efisiensi Pengoperasian Trafo dengan pengukuran unjuk kerja dan evaluasi kinerja operasi trafo Penciptaan budaya tanggung jawab atas nilai asset dengan mekanisme audit dan sidang enjiniring. Inspeksi rutin dengan program prediktif maintenance

Menerapkan Condition Base Maintenance-CBM dengan sebelumnya dilaksanakan DGA (Dissolved Gas Analysis) Test, Infra red thermo vision yang dimulai dari trafo dengan rating terbesar pada setiap unit. PLN Unit Pelaksanan membuat laporan kepada manager cabang dilengkapi analisa & evaluasi penyebab kerusakan trafo Melaksanakan inspeksi visual, mekanik dan dielektrik secara rutin , minimal satu tahun sekali.

10

Menekan gangguan trafo rekondisi

Mengevaluasi hasil trafo rekondisi yang ada dilapangan sebelum melaksanakan order ulang khususnya yang dilakukan oleh provider jasa rekondisi non PLN jasa Produksi.

11

Menekan gangguan trafo yang disebabkan harmonisa (THD)

Gardu-gardu yang diindikasikan derating karena harmonik, dipasang alat pengukur harmonik untuk direkomendasikan perlunya pemasangan filter atau tindakan lain.

12

Mengamankan Trafo Distribusi dari pemasangan JTR dan pentanahan yang tidak standar.

Memperbaiki konfigurasi JTR per gardu sesuai desain kriteria atau SPLN

2.8 Efesiensi Trafo Untuk setiap mesin-mesin listrik, efisiensi bergantung pada pembebanan dan faktor daya saat trafo dioperasikan. Efisiensi transformator adalah perbandingan antara daya output dengan daya input. Secara matematis dapat dituliskan : 𝜂𝜂 =

𝑃𝑃𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 𝑃𝑃𝑖𝑖𝑖𝑖

× 100% =

Efisiensi dapat dihitung

𝑃𝑃𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜

𝑃𝑃𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 +Σ 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟

× 100%…..……………….(2.1)

dengan menentukan rugi inti dari pengujian

beban nol dan rugi tembaga dari pengujian hubung singkat. Efisiensi maksimum dari sebuah trafo didapatkan ketika rugi inti sama dengan rugi tembaga. Secara matematis, hal itu dapat dibuktikan dengan menggunakan rumus sebagai berikut, dimana rugi tembaga adalah:

dan rugi inti adalah:

𝑃𝑃𝑐𝑐𝑐𝑐 = 𝐼𝐼 2 . 𝑅𝑅…..............................…………. (2.2) 𝑃𝑃𝑖𝑖 = 𝑃𝑃ℎ𝑦𝑦𝑦𝑦𝑦𝑦𝑦𝑦𝑦𝑦𝑦𝑦𝑦𝑦𝑦𝑦𝑦𝑦 + 𝑃𝑃𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 …..............………….... (2.3)

dengan memperhatikan sisi primer, dimana:

𝑃𝑃𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖 = 𝑉𝑉1 𝐼𝐼1 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝜑𝜑1 ....................……………….. (2.4) 14 Universitas Sumatera Utara

maka : 𝜂𝜂 =

𝑉𝑉1 𝐼𝐼1 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝜑𝜑1 − Σ𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑉𝑉1 𝐼𝐼1 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝜑𝜑1 − 𝐼𝐼 2 . 𝑅𝑅 − 𝑃𝑃𝑖𝑖 = 𝑉𝑉1 𝐼𝐼1 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝜑𝜑1 𝑉𝑉1 𝐼𝐼1 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝜑𝜑1

=1−

𝐼𝐼.𝑅𝑅

𝑉𝑉1 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 𝜑𝜑 1

−

𝑃𝑃𝑖𝑖


…..............................……...……. (2.5)

dengan men-diferensialkan kedua bagian, didapatkan: 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑑𝑑𝑑𝑑

=0−

𝑅𝑅


+

𝑃𝑃𝑖𝑖


…...................……...……. (2.6)

Dengan demikian, untuk efisiensi maksimum berlaku persamaan (2.6), atau dengan kata lain𝑃𝑃𝑐𝑐𝑐𝑐 = 𝑃𝑃𝑖𝑖 . Untuk mencari daya dengan efisiensi maksimum dari sebuah trafo, dapat ditentukan dengan menggunakan rumus: = 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 × �

𝑃𝑃𝑖𝑖

𝑃𝑃𝑐𝑐𝑐𝑐 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟

……………………… (2.7)

Efisiensi untuk setiap persentase pembebanan dari sebuah trafo akan berubah-ubah, dikarenakan rugi tembaga juga berubah sesuai dengan pembebanan yang diberikan kepada trafo tersebut. Dari persamaan (2.1), didapatkan efisiensi sebuah trafo dengan pembebanan yang berbeda-beda. Dengan menggunakan nilai x sebagai perbandingan antara pembebanan dalam kVA dengan daya trafo terpasang. Secara matematis dapat dituliskan:

dengan demikian, maka: 𝜂𝜂 =

𝑥𝑥 =

𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟

………………………………….. (2.8)

𝑥𝑥×𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 ×𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐

𝑥𝑥×𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 ×𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 +Σ 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟

× 100%………………….. (2.9)

Apabila pada sebuah trafo dibebani dengan pembebanan yang berubahubah, maka efisiensi trafo juga ikut berubah.Karakteristik efisiensi trafo terhadap pembebanan dapat diperlihatkan pada gambar (2.10) berikut ini[4]:

Efisiensi (%)

98.95 98.90 98.85 98.80 98.75 98.70 0.00

20.00

40.00 60.00 Pembebanan (%)

80.00

100.00

120.00

Gambar 2.10 Karakteristik Efisiensi terhadap pembebanan[4].


2.9 Ketidakseimbangan Pembebanan Trafo Pada trafo distribusi, yang dimaksud dengan pembebanan dengan keadaan seimbang adalah suatu keadaan di mana: 1. Ketiga vektor arus / tegangan sama besar; dan 2. Ketiga vektor saling membentuk sudut 120o. Sedangkan yang dimaksud pembebanan keadaan tidak seimbang adalah keadaan di mana salah satu atau kedua syarat keadaan seimbang tidak terpenuhi. Kemungkinan keadaan tidak seimbang adalah sebagai berikut: 1. Ketiga vektor sama besar tetapi tidak membentuk sudut 120o satu sama lain; 2. Ketiga vektor tidak sama besar tetapi membentuk sudut 120o satu sama lain; dan 3. Ketiga vektor tidak sama besar dan tidak membentuk sudut 120o satu sama lain. IS

IT

IS

120o

135o

IT

120o

120o

120o

105o `

IN `

IR + IT IR

IR

(a)

(b)

Gambar 2.11 Vektor Diagram Arus[5].

Gambar 2.11(a) menunjukkan vektor diagram arus dalam keadaan seimbang, dimana penjumlahan ketiga vektor arusnya (IR, IS, IT) adalah sama dengan nol sehingga tidak muncul arus netral (IN). Sedangkan pada Gambar 2.11(b) menunjukkan vektor diagram arus yang tidak seimbang, dimana penjumlahan ketiga vektor arusnya (IR, IS, IT) tidak sama dengan nol, sehingga timbul arus netral (IN), yang besarnya bergantung dari seberapa besar faktor ketidakseimbangannya. Arus yang mengalir pada penghantar netral trafo ini menyebabkan losses (rugi-rugi). Losses yang terjadi akibat mengalirnya arus netral pada gardu trafodapat dirumuskan sebagai berikut :


𝑃𝑃𝑁𝑁 = 𝐼𝐼𝑁𝑁 2 . 𝑅𝑅𝑁𝑁 ……………………………. (2.10)

dimana :

𝑃𝑃𝑁𝑁 : losses penghantar netral (watt)

𝐼𝐼𝑁𝑁 : arus pada netral trafo (ampere) 𝑅𝑅𝑁𝑁 : tahanan penghantar (Ω)

Jika arus (I) adalah besaran arus fasa dalam penyaluran daya sebesar (P) pada keadaan seimbang, maka pada penyaluran daya yang sama tetapi dengan keadaan tak seimbang besarnya arus-arus fasa dapat dinyatakan dengan koefisien a, b dan c sebagai berikut : 𝐼𝐼𝑅𝑅 = 𝑎𝑎. 𝐼𝐼 𝐼𝐼𝑆𝑆 = 𝑏𝑏. 𝐼𝐼

𝐼𝐼𝑇𝑇 = 𝑐𝑐. 𝐼𝐼

Bila faktor daya di ketiga fasa dianggap sama walaupun besarnya arus

berbeda, maka besarnya daya yang disalurkan dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut: 𝑃𝑃 = (𝑎𝑎 + 𝑏𝑏 + 𝑐𝑐). 𝑉𝑉. 𝐼𝐼. 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐……………………. (2.11)

Apabila persamaan P=(a+b+c).V.I.cosφ dan persamaan P=3.V.I.cosφ menyatakan daya yang besarnya sama, maka dari kedua persamaan itu dapat diperoleh persyaratan untuk koefisien a, b, dan c yaitu : a + b + c = 3………………………….….…(2.12) dimana pada keadaan seimbang, nilai a = b = c = 1 Dari

syarat

koefisien

a,b,

dan

c,

dapat

diperoleh

rata-rata

ketidakseimbangan beban dalam persen (%) adalah[5]:

2.10

% 𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢 =

Standar Harmonisa

|𝑎𝑎−1|+|𝑏𝑏−1|+|𝑐𝑐−1| 3

× 100%.....................(2.13)

Untuk mengurangi harmonisa pada suatu sistem secara umum tidaklah harus mengeliminasi semua harmonisa yang ada tapi cukup dengan mereduksi sebagian harmonisa tersebut sehingga nilainya di bawah standar yang diizinkan. Hal ini berkaitan dengan analisa secara teknis dan ekonomis, dimana dalam


mereduksi harmonisa secara teknik di bawah standar yang diizinkan, sementara dari sisi ekonomis tidak membutuhkan biaya yang besar. Dalam hal ini standar yang digunakan sebagai batasan harmonisa adalah yang dikeluarkan oleh International Electrotechnical Commission (IEC) yang mengatur batasan harmonisa pada beban-beban kecil satu fasa ataupun tiga fasa.Untuk beban-beban tersebut umumnya digunakan standar IEC1000-3-2. Evaluasi Harmonisa pada sistem menggunakan langkah-langkah untuk menentukandistorsi tegangan yang dapat diterima semua pelanggan. Apabila distorsi tegangan melebihi batas yang direkomendasikan, maka tindakan korektif akan diambil untuk mengurangi distorsi ke tingkat yang diizinkan. Standar IEEE 519-1992 merupakan standar atau pedoman untuk tingkat distorsi tegangan yang dapat

diterima

pada

sebuah

sistem.

Perhatikan

bahwa

batas

yang

direkomendasikan ditentukan untuk maksimal komponen harmonik individu dan untuk THD. Tabel 2.2 Standar Harmonisa Tegangan IEEE 519 [6].

Maximum Distortion (%)

System Voltage <69 kV

69 – 138 kV

> 138

Individual Harmonic

3,0

1,5

1,0

Total Harmonic

5,0

2,5

1,5

Masalah Harmonisa lebih sering terjadi pada bagian distribusi dari pada transmisi ataupun pembangkitan.Sebagian besar beban non-linier terletak dalam bagian distribusi, dan tingkat distorsi tegangan tertinggi terjadi mendekati sumber harmonisa.Masalah yang paling signifikan terjadi ketika ada beban non-linier dan kapasitor koreksi faktor daya yang menghasilkan kondisi resonansi.Standar IEEE 519-1992 menetapkan batas distorsi arus harmonisa pada jaringan distribusi, yang besarnya tergantung pada beban pelanggan.


Tabel 2.3Standar Harmonisa Arus IEEE 519 [6]. Harmonic Order h<11

11≤h<17

17≤h<23

23≤h<35

35≤h

Total Harmonic Distortion (%)

<20

4,0

2,0

1,5

0,6

0,3

5

20-50

7,0

3,5

2,5

1,0

1,0

6,0

50-100

10,0

4,5

4,0

1,5

0,7

12,0

100-1000

12,0

5,5

5,0

2,0

1,0

15,0

>1000

15,0

7,0

6,0

2,5

1,4

20,0

Isc/IL

Untuk standar pembatasan harmonisa arus, ditentukan oleh rasio dari 𝐼𝐼𝑆𝑆𝑆𝑆 /𝐼𝐼𝐿𝐿. 𝐼𝐼𝑆𝑆𝑆𝑆 adalah arus hubung singkat dan 𝐼𝐼𝐿𝐿 adalah arus beban nominal

fundamental. Kedua nilai tersebut dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan: 𝐼𝐼𝐿𝐿 =

𝐼𝐼𝑆𝑆𝑆𝑆 =

𝑆𝑆

.............................................. (2.14)

𝑆𝑆

............................................ (2.15)

√3𝑉𝑉

%𝑍𝑍 √3𝑉𝑉

Dengan demikian rasio hubung singkat dapat ditentukan dengan: 𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑆𝑆𝑆𝑆 =

𝐼𝐼𝑆𝑆𝑆𝑆 𝐼𝐼𝐿𝐿

......................................... (2.16)

Untuk standar harmonisa tegangan, ditentukan berdasarkan tegangan sistem yang dipakai[6]. 2.11

Derating Pada Trafo Akibat Harmonisa Tingkat distorsi yang saat ini dapat ditandai dengan nilai THD, akan

tetapi hal ini juga dapat jadi pemahaman yang salah. Sebuah arus yang kecil mungkin memiliki THD tinggi tetapi tidak menjadi ancaman signifikan terhadap sistem. Misalnya, banyak adjustable-speed drive akan menunjukkan nilai THD yang tinggi untuk arus masukan ketika mereka beroperasi pada beban yang sangat


ringan. Ini belum tentu menjadi perhatian penting, meskipun distorsi harmonisanya sudah relatif tinggi[6]. Harmonisa pada sistem distribusi menimbulkan pemanasan pada bagianbagian transformator, sehingga akan mengakibatkan peningkatan rugi-rugi dan penurunan efisiensi pada transformator. Dengan adanya penurunan efisiensi transformator maka akan terjadi penurunan kapasitas daya terpasang (derating) pada transformator tersebut. Untuk melakukan perhitungan penurunan kapasitas daya terpasang transformator, digunakan metode perhitungan nilai THDF (Transformator Harmonic Derating Factor). THDF merupakan sebuah nilai atau faktor pengali yang digunakan untuk menghitung besar kapasitas baru (kVA baru) transformator. Besarnya nilai THDF pada suatu Transformator dipengaruhi oleh adanya THD (Total Harmonic Distortion) dalam transformator tersebut. Besarnya THD ditentukan terlebih dahulu melalui pengukuran. Sedangkan Nilai THDF dapat ditentukan dengan menggunakan rumus sebagai berikut: 𝑆𝑆𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏 = 𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇 × 𝑆𝑆𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 ………………….…. (2.17)

maka faktor penurunan kapasitas trafo dapat dituliskan: 𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇 =

1,414(𝐼𝐼𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 ) 𝐼𝐼𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝

× 100%.................................. (2.18)

Dalam keadaan ideal (gelombang sinusoidal murni) dimana tidak terdapat gangguan harmonisa dalam sistem, nilai THDF = 1, sehingga tidak terjadi penurunan kapasitas pada transformator[7]. 2.12 Pengukuran Parameter Trafo menggunakan EMT Pada gambar (2.12) diperlihatkan secara sederhana topologi proses pengukuran Gardu dengan memanfaatkan teknologi SMS Gateway untuk kemudian mengirimkan data hasil ukur gardu ke server. Oleh Server data-data ukur tersebut akan disimpan kedalam data base server dan dapat diakses serta diunduh hasil ukur gardunya via internet.


Gambar 2.12 Topologi Electrical Measurement & Data Transmit (EMT)[8].

2.13

Spesifikasi TeknisEMT-Portable Berdasarkan pabrikan PT.PATTINDO,

peralatan

EMT-PORTABLE

memiliki spesifikasi seperti pada tabel (2.4) berikut ini: Tabel 2.4 Spesifikasi Teknis EMT-PORTABLE[8]. Specification

Inputs

Voltage Input Nominal Full Scale

347 V ac direct line-to-neutral; 600 V ac direct line-to-line, up to 3.2 MV with external VT/PT

Accuracy

1%

Input Impedance

5 MΩ

Frequency Range

45 to 67 Hz; 350 to 450 Hz Current Input

Nominal Current

1 A or 5 A ac

Accuracy

1%

Load/ burden

< 0.15 VA

Impedance

< 0.1 Ω


Operating Range Load/ burden Weight Dimension Communication

Control Power 115 to 415 V ac ±10% at 45 to 67 Hz or 350 to 450 Hz; 125 to 250V dc ±20% 15 VA ac or 10 W dc with all option 8000 gms approx, unpacked 190×255×95 mm (master box); 700×500×150 mm (case) RS485 serial channel connection, Industry standard Modbus RTU Protocol

Peralatan EMT-PORTABLE ditempatkan sedemikian rupa pada sebuah tas ransel yang dapat dibawa dengan mudah, sehingga petugas yang melakukan pengukuran dilapangan tidak memiliki kendala dalam membawa peralatan menuju gardu yang akan diukur. Tas dan seluruh perlengkapannya dapat dilihat pada gambar (2.13).

Gambar 2.13 EMT-PORTABLE[8].

Pada tas emt-portable terdapat peralatan atau perangkat yang sudah terintegrasi dan tambahan peralatan lainnya, yaitu: 1. Schneider Power Logic 800 – terintegrasi; 2. Modem GSM – terintegrasi; 3. Global Positioning System (GPS) – terintegrasi; 4. Current Transformer (CT); 5. Kabel AC 3 Phasa; 6. Jepit buaya (Alligator Clip); 7. Antena GSM; dan 8. Antena GPS. 22 Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.14 Peralatan EMT-PORTABLE[8].

2.14

Fungsi peralatan EMT-PORTABLE Fungsi utama dari alat ukur EMT adalah mengukur parameter gardu trafo,

untuk kemudian mengirimkan data hasil pengukuran tersebut ke server. Hasil ukur yang dapat dilihat pada WEB Aplikasi Electrical Measurement adalah sebagai berikut: 1. Posisi/ Koordinat ukur gardu; 2. Tanggal dan Jam Pengukuran gardu; 3. Arus Utama dan Jurusan; 4. Tegangan Phasa-Netral; 5. Power factor (Per-phasa dan 3 phasa); 6. Persentase Pembebanan; dan 7. Persentase THD (Total Harmonic Distortion)[8]. 2.15

Pengubah Sinyal Analog ke Digital (ADC Converter) Konverter adalah alat bantu digital yang paling penting untuk teknologi

kontrol proses, yang menerjemahkan informasi analog ke bentuk digital dan juga sebaliknya. Sebagian besar pengukuran variabel-variabel dinamik dilakukan oleh converter, dimana informasi variable diterjemahkan ke bentuk sinyal listrik analog.Untuk menghubungkan sinyal ini dengan sebuah komputer atau rangkaian logika digital, sangat perlu untuk terlebih dahulu melakukan konversi analog ke digital (A/D).Hal-hal mengenai konversi ini harus diketahui sehingga ada keunikan, hubungan khusus antara sinyal analog dan digital. 23 Universitas Sumatera Utara

Analog To Digital Converter (ADC) adalah pengubah input analog menjadi kode digital. ADC banyak digunakan sebagai Pengatur proses industri, komunikasi digital dan rangkaian pengukuran/ pengujian. Umumnya ADC digunakan sebagai perantara antara sensor yang kebanyakan analog dengan sistim komputer seperti sensor suhu, cahaya, tekanan/ berat, aliran dan sebagainya kemudian diukur dengan menggunakan sistim digital (komputer).ADC (Analog to Digital Converter) memiliki 2 karakter prinsip, yaitu kecepatan sampling dan resolusi. Kecepatan sampling suatu ADC menyatakan seberapa sering sinyal analog dikonversikan ke bentuk sinyal digital pada selang waktu tertentu. Kecepatan sampling biasanya dinyatakan dalam sample per second (SPS).

Gambar 2.15 ADC dengan kecepatan sampling rendah dan kecepatan sampling tinggi[9].

Resolusi ADC menentukan ketelitian nilai hasil konversi ADC. Sebagai contoh: ADC 8-bit akan memiliki output 8-bit data digital, ini berarti sinyal input dapat dinyatakan dalam 255 (2𝑛𝑛 – 1) nilai diskrit. ADC 12 bit memiliki 12 bit

output data digital, ini berarti sinyal input dapat dinyatakan dalam 4096 nilai diskrit. Dari contoh diatas ADC 12-bit akan memberikan ketelitian nilai hasil konversi yang jauh lebih baik daripada ADC 8-bit.

Prinsip kerja ADC adalah mengkonversi sinyal analog ke dalam bentuk besaran yang merupakan rasio perbandingan sinyal input dan tegangan referensi. Sebagai contoh, bila tegangan referensi 5 volt, tegangan input 3 volt, rasio input terhadap referensi adalah 60%. Jadi, jika menggunakan ADC 8-bit dengan skala maksimum 255, akan didapatkan sinyal digital sebesar 60% x 255 = 153 (bentuk decimal) atau 10011001 (bentuk biner)[9]. 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 =

𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏

𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠

×𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡................ (2.19)


2.16

𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 =

153 × 5 = 3 𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣 255

Pengolah Data Digital (Mikroprosesor)MCF5206ECAB40 MCF5206e-series adalah mikroprosesor terpadu yang menggabungkan

Versi 2 (V2) ColdFire® prosesor-core dengan beberapa fungsi periperal seperti DRAM controller, timer, general-purpose I/O dan interface serial, modul debug, dan integrasi sistem . V2 ColdFire dirancang untuk aplikasi kontrol tertanam dan memberikan kinerja yang ditingkatkan dengan tetap menjaga biaya sistem yang rendah. Untuk mempercepat eksekusi program, cache instruksi largeon-chip dan SRAM menyediakan akses satu-siklus ke kode kritis dan data. MCF5206e sangat mengurangi waktu yang dibutuhkan untuk desain sistem dan implementasi dengan fungsi packaging common system pada chip dan menyediakan antarmuka glueless sampai 8-bit, 16-bit, dan 32-bit DRAM, SRAM, ROM dan I/O device.

Gambar 2.16 Mikroprosesor MCF5206ECAB40 [10].

MCF5206e adalah versi yang disempurnakan dari prosesor MCF5206 yang tersedia dalam 3.3V, dengan 5V toleransi I/O, dengan kecepatan 45 MHz dan 54 MHz, kinerja yang lebih tinggi dengan harga yang lebih rendah. ColdFire menggabungkan kesederhanaan arsitektur 32-bit RISC konvensional dengan fungsi penyimpanan memori dan variabel set instruksi yang panjang. Dengan menggabungkan set instruksi arsitektur variabel-panjang dan prosesor yang tertanam, desainer yang menggunakan prosesor ColdFire akan menikmati keuntungan signifikan dari pada arsitektur RISC 32-bit konvensional lainnya. Semakin rapat kode biner untuk diolah, prosesor ColdFire mengkonsumsi memori lebih efisien dan membantu kecepatan kerja prosesor dalam mengolah data[10].


2.17

Komunikasi Serial RS-485 RS485 atau EIA (Electronic Industries Association) RS485 adalah

jaringan balanced line dengan sistem pengiriman data secara half-duplex. RS485 bisa digunakan sebagai jaringan transfer data dengan jarak maksimal 1,2 Km. Sistem transmisi saluran ganda yang dipakai oleh RS485 ini juga memungkinkan untuk digunakan sebagai saluran komunikasi multi-drop dan multipoint (party line). Protokol dari RS-485 diperlihatkan pada Tabel (2.3). Tabel 2.5 Spesifikasi Protokol RS485 [11].

Pada serial komunikasi RS-485 digunakan sistem half-duplex yaitu suatu sistem dimana antara beberapa transmitter (pengirim data) dapat berkomunikasi dengan satu atau banyak receivers (penerima data) dengan hanya satu transmitter yang aktif berkomunikasi dengan receiver dalam satu siklus waktu (waktu komunikasi). Sebagai contoh, pembicara memulai dengan sebuah pertanyaan, orang yang bertanya tersebut kemudian akan mendengarkan jawaban atau menunggu sampai dia mendapat jawaban atau sampai dia memutuskan bahwa orang yang ditanya tidak menjawab pertanyaan tersebut.


Gambar 2.17 Rangkaian Logika Komunikasi Serial RS-485 [11].

Dalam jaringan RS485, master akan memulai “pembicaraan” dengan sebuah Query (pertanyaan) yang dialamatkan pada salah satu slave (pendengar). Master kemudian akan mendengarkan jawaban dari slave. Jika slave tidak merespon dalam waktu yang ditentukan, (diseting oleh kontrol software dalam master), master akan memutus pembicaraan. Standard RS-485 ditetapkan oleh Electronic Industry Association dan Telecomunication Industry Association pada tahun 1983. Nama lengkapnya adalah EIA/TIA-485 Standard for Electrical Characteristics of Generators and Receivers for use in a Balanced Digital Multipoint System. Standard RS485 hanya membicarakan karakteristik sinyal dalam transmisi data secara Balanced Digital Multipoint System. RS485 sama sekali tidak membicarakan protokol (tata cara) transmisi data. Pada RS-485 setiap sinyal dikirim dengan dua utas kabel, belum termasuk ground. Meskipun transmisi data seimbang lebih rumit, tapi mempunyai sifat yang sangat kebal terhadap gangguan listrik, sehingga bisa dipakai untuk menyalurkan data lebih jauh dengan kecepatan lebih tinggi[11]. 2.18 Mikrokontroller ATMEGA 8535 AVR merupakan seri mikrokontroller CMOS 8-bit buatan Atmel, berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer). Hampir semua instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR mempunyai 32 registergeneral-purpose, timer/counter fleksibel dengan mode compare, interupt internal dan eksternal, serial UART, programmable Watchdog Timer, dan mode power saving. Beberapa diantaranya mempunyai ADC dan PWM internal. AVR juga mempunyai In-System Programmable Flash on-chip yang mengijinkan memori program untuk diprogram ulang dalam sistem menggunakan


hubungan serial SPI. ATMEGA8535 adalah mikrokontroller CMOS 8-bit dayarendah berbasis arsitektur RISC yang ditingkatkan. Kebanyakan instruksi dikerjakan pada satu siklus clock, ATMEGA8535 mempunyai throughput mendekati 1 MIPS per MHz membuat disainer sistem mampu mengoptimasi komsumsi daya versus kecepatan proses[12].

Gambar 2.18 Mikrokontroler ATmega 8535 [12]


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents