A ANALISA A PENGA ARUH BE EBAN TIIDAK SEIIMBANG G TERHA ADAP A ARUS NE ETRAL DAN D RUG GI-RUGI PADA JA ARIGAN N DISTRIBUSI DAERAH H KERJA A PT. PLN (PERSERO) RA AYON ME EDAN BA ARU
LAPO ORAN TUG GAS AKHIIR
Disusun sebagai syarat untukk Mennyelesaikan Program Peendidikan Diploma D III
oleh ERMA LU F FARIDAH UMBAN TO OBING N NIM: 10050032106
PR ROGRAM STUDI T TEKNIK LISTRIK L AN TEKNIK ELEK KTRO JURUSA POLITEK KNIK NEG GERI ME EDAN MEDA AN 20133
ABSTRAK Ketidakseimbangan beban pada suatu sistem distribusi tenaga listrik selalu terjadi dan penyebab ketidakseimbangan itu adalah bebanbeban satu fasa pada pelanggan jaringan tegangan rendah. Akibat dari ketidakseimbangan itu adalah munculnya arus netral pada jaringan distribusi sekunder. Arus yang mengalir pada penghantar netral ini menyebabkan terjadinya rugi-rugi daya pada jaringan, yang kemudian meyebabkan efisiensi transformator menurun. Arus netral juga mengakibatkan kualitan arus dan tegangan menjadi tidak baik, hal ini akan mengganggu sistem kerja peralatan elektronik terutama 3 fasa. Secara teori, dapat disimpulkan bahwa terjadinya ketidakseimbangan beban yang besar, akan menimbulkan kerugian yang semakin besar pula akibat arus netral.
Kata kunci: beban tidak seimbang, ketidakseimbangan beban, arus netral.
i
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan yang Maha Esa, karena atas berkat dan rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan penyusunan Laporan Tugas Akhir ini yang berjudul “Analisa Pengaruh Beban Tidak Seimbang Terhadap Arus Netral dan Rugi-rugi pada Jaringan Distribusi Daerah Kerja PT.PLN (Persero) Rayon Medan Baru” tepat pada waktunya. Laporan Tugas Akhir ini disusun sebagai syarat untuk Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III di Politeknik Negeri Medan. Dalam penyusunan Laporan Tugas akhir ini penulis banyak memperoleh bimbingan dan masukan dari berbagai pihak, baik secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada : 1.
Syahruddin, S.T, M.T selaku Direktur Politeknik Negeri Medan,
2.
Ir. Rina Anugrahwaty, M.T selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro,
3.
Suparmono, S.T, M.T selaku Kepala Program Studi teknik Elektro sekaligus Dosen Pembimbing,
4.
Orang tua dan saudara tercinta yang selalu memberi doa dan dorongan moral maupun material sehingga penulis dapat menyelesaikan seluruh rangkaian perkuliahan hingga lulus,
5.
Bapak H. Irianto selaku Manajer PT. PLN (Persero) Rayon Medan Baru yang telah memperkenankan penulis melakukan kegiatan Praktik Kerja Lapangan,
6.
Bapak S. B. D aritonang selaku Supervisor Teknik PT.PLN (Persero) Rayon Medan Baru yang senantiasa memberi arahan dan petunjuk selama kegiatan praktik kerja lapangan berlangsung
7.
Jajaran staf dan pegawai PT. PLN (Persero) Rayon Medan Baru yang banyak membantu dalam proses pengumpulan data,
8.
Jajaran Staf Politeknik Negeri Medan yang telah banyak membantu selama masa perkuliahan,
9.
Seluruh teman-teman Program Studi Teknik Listrik angkatan 2010, khususnya kelas EL-6E yang banyak membantu saya dalam kegiatan perkuliahan selama ini. ii
10. Dan rekan-rekan lain yang turut serta dalam mengerjakan Laporan Tugas Akhir ini yang tidak dapat saya sebutkan satu-persatu. Akhir kata semoga Laporan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang membacanya.
Medan, September 2013 Penulis,
Faridah Erma L. Tobing NIM. 1005032106
iii
DAFTAR ISI LEMBAR PERSETUJUAN .................................................................................................. i ABSTRAK ............................................................................................................................ ii KATA PENGANTAR ........................................................................................................... iii DAFTAR ISI ......................................................................................................................... v DAFTAR GAMBAR............................................................................................................. vii DAFTAR TABEL ................................................................................................................. ix DAFTAR LAMPIRAN ......................................................................................................... x BAB 1
PENDAHULUAN ......................................................................................... 1
1.1
Latar Belakang ............................................................................................... 1
1.2
Tujuan dan Manfaat ....................................................................................... 2
1.3
Ruang Lingkup............................................................................................... 2
1.4
Metodologi ..................................................................................................... 2
1.5
Sistematika Penulisan .................................................................................... 3
BAB 2
LANDASAN TEORI ..................................................................................... 4
2.1
Sistem Tenaga Listrik .................................................................................... 4
2.2
Komponen Jaringan Distribusi Tenaga Rendah ............................................ 5
2.3
Gardu Distribusi ............................................................................................. 5
2.4
Sumber Bolak-balik Fasa Banyak .................................................................. 5
2.4.1
Sumber 3 Fasa yang Seimbang ...................................................................... 6
2.4.2
Sumber Tegangan 3 Fasa Seimbang Terhubung Bintang .............................. 7
2.4.3
Sumber Tegangan 3 Fasa Seimbang Terhubung Delta .................................. 8
2.5
Rugi-rugi pada Jaringan Distribusi ................................................................ 9
2.6
Rugi-rugi pada Penghantar Fasa .................................................................... 9
2.7
Karakteristik Beban ....................................................................................... 10
2.8
Transformator ................................................................................................ 10
2.8.1
Hubungan Lilitan Transformator ................................................................... 12
2.8.2
Perhitungan Arus Beban Penuh Transformator ............................................. 15
2.8.3
Faktor daya..................................................................................................... 16
2.8.4
Efisiensi transformator ................................................................................... 16
2.8.5
Rugi-rugi Transformator ................................................................................ 17
2.9
Transformator distribusi................................................................................. 18 iv
2.9.1
Arus Netral ..................................................................................................... 18
2.9.2
Losses (Rugi-rugi) Akibat Adanya Arus Netral pada Penghantar Netral Transformator ..................................................................................... 22
2.9.3
Penyaluran dan Susut Daya .......................................................................... 24
BAB 3
SISTEM PENGUKURAN DAN PENGAMBILAN DATA ......................... 27
3.1
Data Teknis Alat Ukur ................................................................................... 27
3.2
Data Teknis Transformator ............................................................................ 28
3.3
Pengukuran Transformator Distribusi............................................................ 30
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN...................................................................... 34
4.1
Analisa Pembebanan Transformator distribusi .............................................. 34
4.1.1
Menentukan Fuse Cut Out, NH Fuse, dan Arus Hubung Singkat ................. 34
4.1.2
Menentukan Persentase Pembebanan Transformator .................................... 38
4.2
Analisa Ketidakseimbangan Beban Pada Transformator Distribusi .............. 40
4.3
Perhitungan Daya Tersalur ............................................................................ 41
4.4
Perhitungan Losses pada Penghantar Fasa..................................................... 42
4.5
Analisa Losses akibat Adanya Arus Netral pada Penghantar Netral Transformator ................................................................................................ 44
4.6
Perhitungan Total Losses Akibat Ketidakseimbangan Beban ....................... 46
4.7
Analisa Teoritis Untuk Beban seimbang ....................................................... 47
4.8
Energi yang Terselamatkan............................................................................ 48
4.9
Analisa data berdasarkan Perhitungan ........................................................... 50
4.10
Analisa Pengaruh Arus Pada Penghantar Netral ............................................ 50
4.11
Pemerataan Beban .......................................................................................... 52
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN...................................................................... 55
5.1
Kesimpulan .................................................................................................... 55
5.2
Saran .............................................................................................................. 55
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................................ 57 LAMPIRAN .......................................................................................................................... 58
v
DAFTAR GAMBAR Gambar 2. 1 Sistem Tenaga Listrik ....................................................................................... 4 Gambar 2. 2 Sistem Tiga Fasa Empat Kawat ........................................................................ 6 Gambar 2. 3 Pembangkit Tiga Fasa....................................................................................... 6 Gambar 2. 4. Tegangan yang dibangkitkan pembangkit tiga fasa berbeda fasa 120° satu dengan lainnya ............................................................................................................... 7 Gambar 2. 5. Sumber tegangan tiga fasa dengan hubungan bintang empat kawat ............... 7 Gambar 2. 6. Sumber tiga fasa hubungan delta () ............................................................... 8 Gambar 2. 7 Transformator Keadaan tanpa beban .............................................................. 11 Gambar 2. 8.(a) Rangkaian hubungan Bintang dan (b) Diagram fasor rangkaian hubungan bintang ................................................................................................................ 13 Gambar 2. 9 (a) Rangkaian hubungan delta dan (b) Diagram fasor rangkaian hubungan delta..................................................................................................................... 14 Gambar 2. 10 (a) Rangkaian Hubungan Zig-zag dan (b) Diagram Vektor hubungan zig-zag ................................................................................................................. 15 Gambar 2. 11 Segitiga Daya ................................................................................................ 16 Gambar 2. 12 Diagram Rugi-rugi pada Transformator ....................................................... 18 Gambar 2. 13(a) Rangkaian Pengganti untuk Beban Linier (b) Bentuk Gelombang Tegangan dan Arus Beban Linier ........................................................................................ 19 Gambar 2. 14(a) Rangkaian Pengganti untuk Beban Tidak Linier (b) Bentuk Gelombang Tegangan dan Arus beban tidak Linier ............................................................ 20 Gambar 2. 15 Grafik Beban Non Linear ............................................................................. 20 Gambar 2. 16 Sistem 3 fasa dengan beban tidak seimbang................................................. 21 Gambar 2. 17 Diagram vektor Arus (a) keadaan seimbang, (b) keadaan tidak seimbang .............................................................................................................................. 22 Gambar 2. 18 Diagram Fasor Tegangan Saluran Daya Model Fasa Tunggal ..................... 23 Gambar 3. 1Rangkaian pengukuran tahanan pembumian netral transformator .................. 27 Gambar 3. 2 Diagram pengawatan pengukuran pembebanan dan tegangan gardu distribusi .............................................................................................................................. 27 Gambar 3. 3 Single line transformator distribusi 315 kVA di jl. M. Idris BR270 .............. 29 Gambar 3. 4 Single line diagram BR092............................................................................. 31 Gambar 3. 5 Single line diagram BR277............................................................................. 31 Gambar 4. 1 Single Line Diagram BR270 Beserta Alat Pengaman .................................... 34 Gambar 4. 2 Single Line Diagram BR092 Beserta Alat Pengaman .................................... 35 Gambar 4. 3 Single Line Diagram BR270 Beserta Alat Pengaman .................................... 36 Gambar 4. 4 (a) single line BR270 sebelum pemerataan beban; (b) Single Line Pemerataan Beban BR270 ................................................................................................... 53 vi
DAFTAR TABEL Tabel 3. 1 Data Pengukuran Siang dan Malam Hari BR270 ............................................... 30 Tabel 3. 2 Data Pengukuran Siang dan Malam Hari BR092 ............................................... 31 Tabel 3. 3 Data Pengukuran Siang dan Malam Hari BR277 ............................................... 33 Tabel 4. 1 Sampel Data Pengukuran Trafo Siang dan Malamp .......................................... 38 Tabel 4. 2 Persentase Pembebanan Transformator .............................................................. 39 Tabel 4. 3 Persentase Ketidakseimbangan Transformator Distribusi.................................. 41 Tabel 4. 4Total Daya yang Disalurkan Transformator ........................................................ 42 Tabel 4. 5 Losses pada Penghantar Fasa ............................................................................. 44 Tabel 4. 6 Losses pada Penghantar Netral........................................................................... 46 Tabel 4. 7 Total Losses pada Jaringan Distribusi ................................................................ 47 Tabel 4. 8 Losses pada Penghantar dengan Beban Keadaan Seimbang ............................. 48 Tabel 4. 9Total Energi yang Dapat Diselamatkan ............................................................... 49 Tabel 4. 10Total Energi Diselamatkan Selama Satu Bulan................................................. 49 Tabel 4. 11 Pendapatan yang Diperoleh dari Energi Diselamatkan/ Bulan ........................ 50 Tabel 4. 1 Besar Arus Per-fasa Setelah Diratakan............................................................... 54
vii
DAFTAR LAMPIRAN SPLN 42-10 1986 KABEL PILIN UDARA TEG 06-1 KV ............................................... 58 Tabel 3. Rugi-rugi transformator fasa 3 .............................................................................. 59
viii
9
