penting di baca

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Transformator

Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah tegangan

arus bolak-balik dari satu tingk ketingkat at yang lain melalui gandengan magnet dan

berdasarkan prinsip induksi elektromagnet. Transformator digunakan secara luas, baik

dalam bidang tenaga listrik maupun elektronika. Penggunaannya dalam sistem tenaga

memungkinkan dipilihnya tegangan yang sesuai dan ekonomis untuk tiap-tiap keperluan,

misalnya untuk kebutuhan tegangan tinggi dalam pengiriman daya listrik jarak jauh.

Prinsip kerja transformator adalah berdasarkan Hukum Ampere dan Hukum Faraday,

yaitu Arus listrik dapat menimbulkan medan magnet dan sebaliknya medan magnet dapat

menimbulkan arus listrik. Transformator terdiri atas dua buah 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.

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 di bebani, sehingga energi listrik dapat ditransfer

keseluruhan (secara magnetisasi).

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.1 Pinsip Kerja Transformator dengan Kumparan - kumparan Primer (N1)dan

Kumparan Sekunder (N2).

dtdNe Φ

−= (Volt) (2.1)

Dimana :

e = gaya gerak listrik (Volt)

N = jumlah lilitan (turn)

dtdΦ = perubahan fluks magnet (weber/sec)

Perlu diingat bahwa hanya tegangan listrik arus 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) dari rangkaian magnetis (common magnetic circuit).

2.1.1 Jenis Transformator

Berdasarkan pasangan lilitannya, trafo dibedakan atas:

a. Trafo 1 belitan

b. Trafo 2 belitan

c. Trafo 3 belitan


Pada trafo 1 belitan, lilitan primer merupakan bagian dari lilitan sekundernya atau

sebaliknya. Trafo belitan ini sering dikenal sebagai autotrafo. Trafo 2 belitan

mempunyai dua belitan, yaitu sisi tegangan tinggi dan sisi tegangan rendah, dimana

primer dan sekunder berdiri sendiri. Sedangkan trafo 3 belitan memiliki belitan primer,

sekunder, dan tertier, masing-masing berdiri sendiri pada tegangan yang berbeda.

Berdasarkan fungsinya, trafo dibedakan atas 3, yaitu:

a. Trafo Daya

b. Trafo Distribusi

c. Trafo Pengukuran, yang terdiri dari transformator arus dan transformator

tegangan

Berdasarkan jumlah fasa, trafo dibedakan atas 2, yakni :

a. Trafo 1 Fasa

b. Trafo 3 fasa

Berdasarkan kontruksinya, trafo dibedakan atas 2 jenis, yakni :

a. Trafo tipe inti oleh satu kumparan.

b. Trafo tipe Cangkang

Pada tipe inti terdapat dua kaki, yang masing-masing kaki dibelit, sedangkan tipe

cangkang mempunyai tigelit oleh a kaki, dan hanya kaki tengah yang dibelit oleh kedua

kumparan. Kedua kumparan dalam tipe cangkang ini tidak tergabung secara elektrik,

melainkan tergabung secara magnetik melalui inti. Bagian datar dari inti dinamakan

pemikul.


2.1.2 Rugi-rugi Transformator

Gambar 2.2 Blok Diagram Rugi-rugi Pada Transformator

Dalam untuk kerjanya, trafo memiliki rugi-rugi yang harus diperhatikan. Rugi-rugi

tersebut adalah:

a. Rugi-rugi Tembaga (Pcu)

Rugi-rugi tembaga merupakan rugi-rugi yang diakibatkan oleh adanya tahanan resistif

yang dimiliki oleh tembaga yang digunakan pada bagian lilitan trafo, baik pada bagian

primer maupun sekunder.

RPcu2Ι= (Watt) (2.2)

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.

b. Eddy Current (Arus Eddy)

Rugi-rugi arus eddy merupakan rugi-rugi panas yang terjadi pada bagian inti trafo.

Perubahan fluks menyebabkan induksi tegangan pada bagian inti besi trafo dengan cara

yang sama seperti pada kawat yang mengelilinginya. Tegangan tersebut menyebabkan

arus berputar pada bagian inti trafo. Arus eddy akan mengalir pada bagian inti trafo


yang bersifat resistif. Arus eddy akan mendisipasikan energi ke dalam inti besi trafo

yang kemudian akan menimbulkan panas.

maksBfkP ee22= (Watt) (2.3)

Dimana:

Kh = konstanta

Bmaks = Fluks maksimum ( weber )

Jadi, rugi besi ( rugi inti ) adalah :

Pi = Ph + Pe (Watt) (2.4)

c. Rugi-rugi Hysteresis

Rugi-rugi hysteresis merupakan rugi-rugi yang berhubungan dengan pengaturan daerah

magnetik pada bagian inti trafo. Dalam pengaturan daerah magnetik tersebut dibutuhkan

energi. Akibatnya akan menimbulkan rugi-rugi terhadap daya yang melalui trafo. Rugi-

rugi tersebut menimbulkan panas pada bagian inti trafo.

Ph = kh f Bmaks1.6 Watt (2.5)

Dimana :

Kh = konstanta

Bmaks = Fluks maksimum (weber)

d. Fluks Bocor

Fluks bocor merupakan fluks yang terdapat pada bagian primer maupun sekunder trafo

yang lepas dari bagian inti dan kemudian begerak melalui salah satu lilitan trafo. Fluks

lepas tersebut akan menimbulkan selfinductance pada lilitan primer dan sekunder trafo.


2.1.3 Efisiensi Transformator Distribusi

Efisiensi transformator distribusi dinyatakan sebagai :

rugirugiout

out

in

out

PP

PP

−∑+==η (2.6)

atau

%100×=in

out

PP

η (2.7)

Dimana :

Pout = Daya keluaran (Watt)

PIn = Daya masukan (Watt)

Σ rugi-rugi = Pcu + Pi

Pcu = Rugi tembaga (Watt)

Pi = Rugi inti (Watt)

2.2 Sistem Distribusi Tenaga Listrik

Secara umum sistem tenaga listrik tersusun atas tiga subsistem pokok yaitu:

1. Subsistem pembangkit,

2. Subsistem transmisi,

3. Subsistem distribusi.

Sistem pembangkit merupakan sistem yang berfungsi sebagai pembangkit tenaga

listrik. Tenaga listrik yang dibangkitkan kemudian ditransmisikan dalam daya yang

besar oleh sistem transmisi ke gardu induk transmisi (GI). Dari GI transmisi tenaga

listrik disubtransmisikan ke GI distribusi, kemudian didistribusikan kepada pelanggan

secara langsung dan ke gardu-gardu distribusi untuk keperluan pelanggan dengan daya

dan tegangan rendah.


Dalam perencanaan sistem tenaga listrik, sistem pembangkit dan sistem transmisi

saling berhubungan secara ekonomis dalam pemilihan lokasi, desain, dan hubungan

skala ekonomi. Namun sistem distribusi berdiri sendiri. Penyaluran daya dalam sistem

distribusi dapat melalui saluran udara atau saluran bawah tanah. Pemilihan saluran

udara dan saluran bawah tanah tergantung pada beberapa faktor yang berlainan. Yaitu

faktor kontinuitas pelayanan, arah perkembangan daerah, biaya pemeliharaan tahunan,

biaya modal, segi estetis, dan umur manfaat sistem tersebut. Gabungan kedua saluran

ini sering kali diperlukan.

Sistem Distribusi tenaga listrik merupakan bagian dari sistem tenaga listrik yang

menghubungkan energi listrik dari gardu induk bertegangan menengah ke konsumen.

Fungsi utama sistem distribusi adalah menyalurkan tenaga listrik dari sumber daya ke

konsumen. Sumber daya tersebut dapat berupa :

a. Pusat pembangkit listrik yang langsung berhubungan dengan jaringan distribusi.

b. Gardu induk, yaitu gardu yang disuplai melalui pembangkit listrik melalui

jaringan transmisi dan sub transmisi. Salah satu fungsi dari gardu induk adalah

mensuplai tenga listrik kekonsumen yang terletak jauh dari pusat pembangkit

tenaga listrik.

Baik buruknya suatu sistem distribusi dinilai dari beberapa faktor, yaitu :

a. Regulasi tegangan (Jatuh Tegangan)

b. Kontinuitas pelayanan

c. Efisiensi

d. Harga sistem

Suatu sistem distribusi harus memenuhi beberapa persyaratan sebagai berikut :

a. Regulasi tegangan tidak terlalu besar

b. Gangguan terhadap pelayanana tidak boleh terlalu lama

c. Biaya sistem tidak terlalu mahal

Bagian – bagian dari sistem tenaga listrik, yaitu :


1. Sistem distribusi primer, yaitu sistem tenaga listrik dari gardu induk transmisi ke

gardu induk subtransmisi. Jaringan ini merupakan tegangan menegah (TM)

2. Sistem distribusi sekunder, yaitu sistem tenaga listrik yang menyalurkan daya

listrik dari subtransmisi ke gardu induk distribusi. Jaringan ini merupakan

tegangan rendah (TR)

Pada umumnya daya yang sampai ke titik-titik beban pada sistem distribusi primer

lebih kecil dibandingkan daya yang dibangkitkan. Hal ini disebabkan karena adanya

rugi-rugi daya sepanjang jaringan yang disebabkan oleh pemakaian beban oleh

konsumen, panjang saluran yang dipakai, dan luas penghantar. Rugi-rugi daya ini akan

berbeda pada setiap penyulang, tergantung dari besar pemakaian dan luas daerah

pelayanan dari masing-masing penyulang. Dari rugi-rugi daya inilah yang akan

mempengaruhi berapa nilai efisiensi penyaluran untuk menentukan berapa besar energi

itu sampai kepada konsumen.

Setelah saluran transmisi mendekati pusat pemakaian tenaga listrik, yang dapat

merupakan suatu daerah industri atau suatu kota. Tegangan melalui gardu induk (GI)

diturunkan menjadi tegangan menengah (TM) 20kV. Setiap gardu induk (GI)

sesungguhnya merupakan pusat beban untuk suatu daerah pelanggan tertentu, bebannya

berubah-ubah sepanjang waktu sehingga daya yang di bangkitkan dalam pusat-pusat

listrik harus selalu berubah. Perubahan daya yang dilakukan di pusat pembangkit ini

bertujuan untuk mempertahankan tenaga listrik tetap pada frekuensi 50Hz. Proses

perubahan ini dikoordinasikan dengan Pusat Pengaturan Beban (P3B).

Tegangan menengah dari gardu induk (GI) ini melalui saluran distribusi primer, untuk

disalurkan ke gardu-gardu distribusi (GD) atau pemakai tegangan menengah (TM). Dari

saluran distribusi primer, tegangan menegah (TM) diturunkan menjadi tegangan rendah

(TR) 220V/380 V melalui gardu distribusi (GD). Tegangan rendah dari gardu distribusi

disalurkan melalui saluran tegangan rendah ke konsumen tegangan rendah


Gambar 2.3 Skema Sistem Tenaga Listrik

Keterangan Gambar 2.3 :

TR = Tegangan Rendah

TM = Tegangan Menengah

TT = Tegangan Tinggi

TET = Tegangan Ekstra Tinggi

GI = Gardu Induk

GD = Gardu Distribusi

Pada Gambar 2.3 terlihat jelas bahwa arah mengalirnya enegi listrik berawal dari

pusat tenaga listrik melalui saluran-saluran transmisi dan distribusi dan sampai pada

instalasi pemakai yang merupakan unsur utilisasi.


2.3 Sistem Distribusi Primer

Bagian-bagian sistem distribusi primer terdiri dari :

1. Transformator daya, Berfungsi utnuk menurunkan tegangan dari tegangan tinggi

ke tegangan menegah atau sebaliknya.

2. Pemutus tegangan, berfungsi sebagai pengaman yaitu pemutus daya

3. Penghantar, berfungsi sebagai penghubung daya

4. Gardu Hubung, berfungsi menyalurkan daya ke gardu-gardu distribusi tanpa

mengubah tegangan

5. Gardu Distribusi, berfungsi untuk menurunkan tegangan menegah menjadi

tegangan rendah.

Berikut adalah gambar bagian-bagian distribusi primer secara umum.

Gambar 2.4 Bagian-bagian Sistem Distribusi Primer

Keterangan :

1. Transformator daya

2. Pemutus tegangan

3. Penghantar

4. Gardu Hubung

5. Gardu Distribusi


2.3.1 Macam – macam Konfigurasi Distribusi Primer

Di dalam merencanakan sistem distribusi tenaga listrik sangat diperlukan adanya

pedoman untuk menentapkan suatu kriteria bagi perencanaan Saluran Udara Tegangan

Menegah (SUTM) dan tegangan rendah.

Jaringan tegangan menengah adalah jaringan tenaga listrik yang berfungsi untuk

menghubungkan gardu induk sebagai suplai tenaga listrik dengan gardu-gardu distribusi

maupun ke pelanggan yang memakai tegangan menengah seperti industri.

2.3.1.1 Jaringan Distribusi Primer menurut Susunan Rangkaian

Susunan Rangakain Sistem jaringan distribusi ada beberapa macam, yaitu :

a) Sistem Radial

b) Sistem Loop

c) Sistem Tertutup/Ring

d) Sistem Spindel

e) Sistem Cluster

f) Sistem Grid/Network

A. Sistem Radial


Gambar 2.5 Jaringan Distribusi Sistem Radial

Sistem radial ini merupakan suatu sistem distribusi tegangan menengah yang

paling sederhana, murah, banyak digunakan terutama untuk sistem yang kecil, kawasan

pedesaan. Umumnya digunakan pada SUTM, proteksi yang digunakan tidak rumit dan

keandalannya paling rendah.

Keuntungan / Kerugian :

1. Mudah mengoperasikannya

2. Mudah mencari tegangan

3. Cocok untuk sistem yang sederhana

4. Tidak dapat dimanipulasi bila terjadi gangguan.

B. Sistem Loop

Pada sistem lup terbuka, bagian-bagian fider tersambung melalui alat pemisah

(disconnectors), dan kedua ujung fider tersambung pada sumber energi. Pada suatu

tempat tertentu pada fider, alat pemisah sengaja dibiarkan dalam keadaan terbuka. Pada

asasnya, sistem ini terdiri atas dua fider yang dipisahkan oleh suatu pemisah, yang dapat

berupa sekring, alat pemisah, saklar daya. Terlihat pada Gambar 2.6 bila terjadi

gangguan, bagian saluran dari fider yang terganggu dapat dilepas dan menyambungnya

pada fider yang tidak terganggu. Sistem demikian biasanya dioperasikan secara manual

dan dipakai pada jaringan yang relatif kecil.

Merupakan pengembangan dari sistem radial, sebagai dari diperlukannya

kehandalan yang lebih tinggi dan umumnya sistem ini dapat dipasok dalam satu gardu

induk. Dimungkinkan juga dari gardu induk lain tetapi harus dalam satu sistem di sisi

tegangan tinggi, karena hal ini diperlukan untuk manuver beban pada saat terjadi


gangguan.

Gambar 2.6 Jaringan Distribusi Sistem Loop

Keuntungan/Kerugian :

1. Secara teknis lebih baik dari sistem radial

2. Biaya sedikit lebih mahal karena harus dibangun dua feeder pada jalur yang sama

3. Bisa dimanipulasi bila terjadi gangguan

C. Sistem Tertutup/Ring

Gambar 2.7 Jaringan Distribusi Sitem Tertutup/Ring

Keuntungan/Kerugian :

1. Jumlah konsumen yang besar bisa dijangkau

2. Gangguan salah satu sisi penghantar harus sanggup menampung seluruh beban yang

terpasang pada sistem, disini erat hubungannya dengan rugi tegangan.

3. Mudah operasi

D. Sistem Spindle


Gambar 2.8 Jaringan Sistem Distribusi Spindle

Sistem Spindle merupakan sistem yang relatif handal karena disediakan satu buah

express feeder yang merupakan feeder/penyulang tanpa beban dari gardu induk sampai

gardu hubung / GH refleksi, banyak digunakan pada jaringan SKTM. Sistem ini relatif

mahal karena biasanya dalam pembangunannya sekaligus untuk mengatasi

perkembangan beban dimasa yang akan datang. Proteksinya relatif sederhana hampir

sama dengan sistem open loop. Biasanya ditiap-tiap feeder dalam sistem spindel

disediakan gardu tengah (middle point) yang berfungsi untuk titik manufer apabila

terjadi gangguan pada jaringan tersebut.

E. Sistem Cluster

Gambar 2.9 Jaringan Distribusi Sistem Cluster

Sistem clutser ini hampir mirip dengan sistem spindel. Dalam sistem cluster

tersedia satu express feeder yang merupakan feeder atau penyulang tanpa beban yang

digunakan sebagai titik menufer beban oleh feeder atau penyulang lain dalam sistem


cluster tersebut. Proteksi yang diperlukan untuk sistem yang relatif sama dengan sistem

open loop atau sistem spindle.

Dalam beberapa wilayah sistem jaringan distribusi tersebut juga dikontrol dari

jarak jauh (remot control) oleh Unit Pengatur Distribusi (UPD).

Dengan membuat topologi jaringan yang baik akan didapat performance jaringan yang

handal dan optimal dalam arti akan diperoleh kerugian energi jaringan yang lebih

kecildan pelayanan kepelanggan yang lebih baik.

Dalam membuat dan menentukan topologi jaringan perlu dilakukan perhitungan-

perhitungan analisa teknis pada jaringan yang meliputi :

1. Analisa airan daya

2. Analisa Hubung Singkat

3. Analisa Drop tegangan

4. Pengaturan beban agar optimal

Keuntungan / Kerugian :

1. Sistem opersai lebih mudah dibandingkan sistem spindle

2. Tidak diperlukan tempat swiching (GH) dalam satu tempat

3. Panjang jaringan bisa lebih pendek untuk kawasan yang sama

4. Swiching bisa dilakukan disepanjang express feeder.

2.3.1.2 Jaringan Distribusi Primer Menurut Bahan konduktornya

Jaringan distribusi SUTM 20 KV pada umumnya menggunakan jenis kawat yaitu

saluran yang konduktornya tidak dilapisi isolasi sebagai pelindung luar (telanjang). Tipe

demikian dipergunakan pada pasangan luar yang diharapkan terbebas dari sentuhan

misalnya untuk jenis kabel yaitu saluran yang konduktornya dilindungi (dibungkus)

lapisan isolasi.

Bahan konduktor yang paling populer digunakan adalah tembaga (copper) dan

aluminium. Tembaga mempunyai kelebihan dibandingkan dengan kawat penghantar


aluminium karena konduktivitas dan kuat tariknya lebih tinggi. Tetapi kelemahannya

ialah untuk besar tahanan yang sama, tembaga lebih berat dari aluminium, dan juga

lebih mahal. Oleh karena itu kawat penghantar aluminium telah menggantikan

kedudukan tembaga. Untuk memperbesar kuat tarik dari kawat aluminium digunakan

campuran aluminium (aluminium alloy). Oleh karena itu ada beberapa macam jenis

konduktor, yaitu :

a. AAC (All-Aluminium Conduktor)

Kawat penghantar yang seluruhnya terbuat dari aluminium

b. AAAC (All-Aluminium-Alloy Conduktor)

Kawat penghantar yang terbuat dari campuran aluminium

c. ACSR (All Conduktor, Stell-Reinforce)

Kawat penghantar aluminium berinti kawat baja

d. ACAR (Aluminium Conduktor, Alloy- Reinforced)

Kawat penghantar aluminium yang diperkuat dengan logam campuran

2.3.1.3 Jaringan Distribusi Primer berdasarkan Susunan Peletakannya

Kebanyakan sistem listrik dibangun dengan sistem tiga phasa. Hal tersebut didasarkan

pada alasan-alasan ekonomi dan kestabilan aliran daya pada beban. Alasan ekonomi

dikarenakan dengan sistem tiga phasa, penggunaan penghantar untuk transmisi menjadi

lebih sedikit. Sedangkan alasan kestabilan dikarenakan pada sistem tiga fase daya

mengalir sebagai layaknya tiga buah sistem phasa tunggal, sehingga untuk peralatan

dengan catu tiga phasa, daya sistem akan lebih stabil bila dibandingkan dengan

peralatan dengan sistem satu phasa. Sistem tiga phasa atau sistem phasa banyak lainnya,

secara umum akan memunculkan sistem yang lebih kompleks, akan tetapi secara prinsip

untuk analisa, sistem tetap mudah dilaksanakan.


Gambar 2.10 Bentuk Gelomang pada Sistem Tiga Phasa

tCosVVa ω×= (Volt) (2.8)

−×=

32πωtCosVVb (Volt) (2.9)

+×=

32πωtCosVVc (Volt) (2.10)

Pada Gambar 2.10 nampak bahwa antara tegangan phasa satu dengan yang

lainnya mempunyai perbedaan phasa sebesar 120o atau 2/3.

Pada umumnya phasa dengan sudut phasa 0o disebut dengan phasa R, phasa dengan

sudut phasa 120o disebut phasa S dan phasa dengan sudut phasa 240o disebut dengan

phasa T. Perbedaaan sudut phasa tersebut pada pembangkit dimulai dari adanya

kumparan yang masing-masing tersebar secara terpisah dengan jarak 120o.

A. Konfigurasi Vertikal

Yaitu bila diantar tiga saluran fasa pada sistem tiga fasa (R,S,T)

saling membentuk garis vertikal (tegak lurus bidang tanah, sejajar dengan posisi

tiangnya.

B. Konfigurasi Horizontal

Yaitu bila diantara tiga saluran fasanya saling membentuk garis

lurus horizontal, terbagi dalam dua macam yaitu : konfigurasi horizontal tanpa

perisai pelindung dan konfigurasi horizontal dengan perisai pelindung.

C. Sistem Y dan Delta

Sistem Y merupakan sistem sambungan pada sistem tiga phasa yang menggunakan

empat kawat, yaitu fase R, S, T dan N. Sistem sambungan tersebut akan menyerupai

huruf Y, yang memiliki empat titik sambungan yaitu pada ujung-ujung huruf dan pada


titik pertemuan antara tiga garis pembentuk huruf. Sistem Y dapat digambarkan dengan

skema pada Gambar 2.14.

Gambar 2.11 Sistem Y da Sistem Delta

Sistem hubungan atau sambungan Y, sering juga disebut sebagai hubungan

bintang. Sedangkan pada sistem yang lain yang disebut sebagai sistem Delta, hanya

menggunakan phasa R, S dan T untuk hubungan dari sumber ke beban terlihat pada

Gambar 2.11. Tegangan efektif antar phasa umumnya adalah 380 V dan tegangan

efektif phasa dengan netral adalah 220 V.

2.3.1.3.1 Korelasi Jatuh Tegangan dan Losses terhadap Standar Distribusi

Primer

Panjang sebuah Jaringan Tegangan Menengah (JTM) dapat didesain dengan

mempertimbangkan jatuh tegangan (Drop Voltage) dan susut teknis jaringan.

Jatuh tegangan adalah perbedaan tegangan antara tegangan kirim dan tegangan terima

karena adanya impedansi pada penghantar. Maka pemilihan penghantar (penampang

penghantar) untuk tegangan menengah harus diperhatikan. Berdasarkan SPLN 72:1987

sebuah jaringan Tegangan Menegah dengan kriteria Jatuh Tegangan yang diijinkan

tidak boleh lebih dari 5% (ΔV ≥ 5%).

Jatuh tegangan pada sistem distribusi mencakup jatuh tegangan pada:

1. Penyulang Tegangan Menengah (TM)

2. Transformator Distribusi


3. Penyulang Jaringan Tegangan Rendah

4. Sambungan Rumah

5. Instalasi Rumah

Adapun penyebab Jatuh Tegangan (Drop Tegangan) adalah :

1. Jauhnya jaringan, jauhnya jarak transformator dari Gardu Induk

2. Rendahnya tegangan yang diberikan GI atau rendahnya tegangan transformator

distribusi

3. Sambungan penghantar yang tidak baik, penjamparan disaluran distribusi tidak

tepat sehingga bermasalah di sisi Tegangan Menegah dan Tegangan Rendah.

4. Jenis penghantar atau konektor yang digunakan

5. Arus yang dihasilkan terlalu besar.

Untuk mendapatkan nilai Drop tegangan dan susut yang dikehendaki perlu memasukkan

parameter – parameter antara lain :

1. Ukuran (Luas Penampang) dan jenis Penghantar

2. Beban Nominal Penghantar

3. Panjang Jaringan

Perhitungan Jatuh Tegangan Pada Jaringan Distribusi Primer

Maka untuk saluran distribusi primer besar jatuh tegangan pada saluran distribusi

primer adalah berdasarkan gambar dibawah ini:

Gambar 2.12 Diagram saluran distribusi tenaga listrik

Dengan :

Vs = tegangan sumber (Volt)


VR = tegangan pada sisi penerima (Volt)

R = resistansi saluran (Ω)

X = reaktansi saluran (Ω)

Zsal = Impedansi saluran (Ω)

RL = resistansi beban (Ω)

XL = Reaktansi beban (Ω)

ZL = impedansi beban (Ω)

I = arus beban (A)

∆V = susut tegangan (volt)

Impedansi masing-masing bagian :

Z = R + jX Ω/Km (2.11)

Dari rangkaian yang ditunjukkan dalam Gambar 2.13 diperoleh :

I = Vs /( Zsal + ZL ) atau Vs = I Zsal + I ZL (2.12)

VR = I ZL adalah susut tegangan sepanjang ZL atau tegangan beban, dan I Zsal adalah

susut tegangan sepanjang Zsal atau ∆V.

Penurunan persamaan jatuh tegangan dapat ditentukan dari gambar diagram fasor

transmisi daya pada gambar 2.15:

Gambar 2.13 Diagram Vektor


Pada Gambar 2.17 dapat diperhatikan bahwa persamaan tegangan yang mendasari

diagram vector tersebut adalah :

Vs = VR + I R cosϕ + I X sinϕ (2.13)

Karena faktor (I R cosϕ + I X sinϕ ) pada Gambar 2.14 sama dengan IZ, maka

persamaan menjadi :

Vs = VR + IZ atau Vs - VR = IZ

sehingga ∆V = IZ

( ) ( ){ }ϕϕ sincos XRV +×Ι=∆ (2.14)

Maka untuk saluran distribusi primer perhitungan besar jatuh tegangan pada saluran

distribusi primer untuk sistem tiga fasa adalah:

(2.15)

Besar persentase drop voltage pada saluran distribusi primer dapat dihitung dengan :

%100% ×∆

=∆LLVVV (2.16)

Keterangan:

R = Resistansi saluran (Ohm)

X = Reaktansi saluran (Ohm)

Vs = tegangan di sisi pengirim

Vr = tegangan di sisi penerima

Cos φ = Faktor daya beban

Dari persamaan terlihat, nilai jatuh tegangan ditentukan oleh beberapa faktor,

yaitu daya aktif (P), resistansi dan reaktansi saluran (R dan X) serta daya reaktif (Q).

( ) ( ){ }ϕϕ sincos3 XRV +×Ι×=∆


Pengaturan daya aktif erat kaitannya dengan pengaturan frekuensi sistem. Sedangkan

pengaturan daya reaktif akan mempengaruhi nilai tegangan. Oleh karena itu dengan

melakukan pengaturan nilai daya reaktif kita dapat mengatur nilai tegangan.

2.4 Sistem Distribusi Sekunder

Distribusi sekunder mempergunakan tegangan rendah. Sebagaimana halnya dengan

distribusi primer, terdapat pula pertimbangan-pertimbangan perihal kehandalan

pelayanan dan regulasi tegangan. Sistem sekunder dapat terdiri atas empat jenis umum :

1. Pelayanan Dengan Transformator Tersendiri

2. Penggunaan Satu Transformator Untuk Sejumlah Pemakai

3. Bangking Sekunder

4. Jaringan Sekunder

2.4.1 Pelayanan dengan Tranformator Sendiri

Pelayanan dengan transformator tersendiri dilakukan untuk pemakai yang agak besar

atau bila para pemakai terletak agak berjauhan terutama di daerah luar kota, sehingga

saluran tegangan rendahnya akan menjadi terlampau panjang.

Gambar 2.10 Sambungan Pemakai Besar Dengan Gardu Distribusi Tersendiri

Keterangan :


TR = Tegangan Rendah



2.4.2 Penggunaan Satu Transformator Untuk Sejumlah Pemakai

Yang mungkin terbanyak dipakai adalah sistem yang mempergunakan satu

transformator dengan saluran tegangan rendah yang melayani sejumlah pemakai. Sistem

ini memperhatikan beban dan keperluan pemakai yang berbeda-beda sifatnya.

Gambar 2.14 Penggunaan Satu Distribusi untuk Sejumlah Pemakai

2.4.3 Jaringan Sekunder

Suatu jaringan tegangan rendah yang agak besar diisi oleh beberapa transformator, yang

pada gilirannya diisi oleh dua sumber energi atau lebih. Jaringan tegangan rendah ini

melayani suatu jumlah pemakai yang cukup besar. Hal ini dikenal sebagai jaringan

sekunder atau jaringan tegangan rendah


Gambar 2.15 Jaringan Sekunder Tegangan Rendah

Keterangan :


PO = Proteksi Otomatik


TR = Jaringan Sekunder Tegangan Rendah

Sistem jaringan sekunder yang baik pada saat ini memberikan taraf keandalan

pada jaringan tegangan rendah di daerah dengan kepadatan beban yang tinggi, sehingga

biayanya yang tinggi dapat dipertanggungjawabkan dan tingkat keandalan ini dipandang

diperlukan. Pada keadaan tertentu dapat terjadi bahwa satu pelanggan tunggal mendapat

penyediaan tenaga listrik dengan jenis sistem ini yang dikenal dengan nama jaringan

spot (spot networks).

Pada umumnya, jaringan sekunder terjadi dengan menghubungkan semua sisi

tegangan rendah dari gardu-gardu transformator yang diisi oleh dua atau lebih fider

tegangan menengah. Pada sisi tegangan rendah gardu distribusi terdapat saklar daya

yang dioperasikan secara otomatik dan dikenal dengan nama proteksi otomatik. Proteksi

ini akan melepaskan transformator dari jaringan sekunder bilamana pengisian primer

hilang tegangan. Hal ini akan menghindari suatu arus balik dari sisi tegangan rendah ke

sisi tegangan menengah. Saklar daya didukung oleh sebuah sekring sehingga, bilamana


proteksi otomatik gagal, sekring akan bekerja dan melepaskan transformator dari

jaringan sekunder.

Jumlah pengisi primer pada sisi tegangan menengah adalah penting. Bila misalnya

ada hanya dua fider, dapat terjadi bahwa satu fider terganggu, maka akan perlu adanya

kapasitas cadangan transformator yang cukup agar sistem yang masih bekerja tidak

mengalami kelebihan beban. Jenis jaringan ini sering dinamakan jaringan kesiapan

pertama (single-contingency network).

Jaringan sekunder tegangan rendah mendapat pengisian terbanyak dari tiga atau

lebih fider, sehingga bilamana salah satu fider primer terganggu, sisa jaringan sekunder

akan dapat dengan mudah menampung beban dari fider yang terganggu itu. Sistem

demikian dinamakan jaringan kedua (second-contingency network). Jaringan sekunder

tegangan rendah harus didesain sedemikian rupa hingga terdapat pembagian beban dan

pengaturan tegangan (voltage regulation) yang baik pada semua transformator, juga

dalam keadaan salah satu pengisi tegangan menengah terganggu.

2.5 Daya Listrik

Ada beberapa jenis daya listrik yang dibahas pada bab ini, yaitu :

2.5.1 Daya Semu

Daya semu adalah daya yang melewati suatu saluran penghantar yang ada pada jaringan

transmisi maupun jaringan distribusi. Dimana untuk daya semu ini dibentuk oleh

besaran tegangan yang dikalikan dengan besaran arus.


Untuk 1 phasa yaitu :

Ι×=VS (2.17)

Untuk 3 phasa yaitu :

Ι××= VS 3 (2.18)

Dimana :

S = Daya semu ( VA)

V = Tegangan yang ada (KV)

I = Besar arus yang mengalir (A)

2.5.2 Daya aktif

Daya aktif (daya nyata) adalah daya yang dipakai untuk menggerakkan berbagai macam

seperti : gerakan motor listrik atau mekanik, daya aktif ini merupakan pembentukkan

dari besar tegangan yang kemudian dikalikan dengan besaran arus dan faktor dayanya.

Untuk 1 phasa :

ϕCosVP ×Ι×= (2.19)

Untuk 3 Phasa :

ϕCosVP ×Ι××= 3 (2.20)

Dimana :

P = Daya Aktif (Watt)



2.5.3 Daya reaktif

Daya reaktif untuk 1 phasa yaitu :


ϕSinVQ ×Ι×= (2.21)

Untuk 3 phasa :

ϕSinVQ ×Ι××= 3 (2.22)

Dimana :

P = Daya Aktif (Watt)



2.5.1 Faktor Daya

Faktor daya adalah perbandingan antara daya nyata dalam satuan watt dan daya reaktif

dalam satuan VoltAmpere Reaktif (VAR) dari daya yang disalurkan oleh pusat-pusat

pembangkit ke beban. Nilai faktor daya inimempengaruhi jumlah arus yang mengalir

pada saluran untuk suatu beban yang sama.

Faktor daya salah satunya disebabkan oleh penggunaan peralatan pada pelanggan

yang menyimpang dari syarat-syarat penyambungan yang telah di tetapkan, dapat

mengakibatkan pengaruh balik terhadap saluran, antara lain faktor daya yang rendah

dan ketidakseimbangan beban. Rendahnya faktor daya disebabkan karena melebarnya

sudut fasa antara arus dan tegangan. Faktor daya yang terlalu rendah mengakibatkan

rugi yang sangat besar pada saluran. Pergeseran sudut fasa antara arus dan tegangan di

tentukan oleh sifat impedansi beban (resistif, induktif, kapasitif) yang dihubungkan

dengan sumber arus bolakbalik tersebut. Apabila beban mempunyai impedansi yang

bersifat resistif, maka arus dan tegangan sefasa atau besarnya pergeseran sudut fasa

sama dengan nol. Dengan demikian faktor daya sama dengan satu (unity power factor).

Impedansi beban bersifat induktif, vektor arus (I) terbelakang dari vektor

tegangan (V), kondisi tersebut disebut faktor daya tertinggal (lagging power factor),

seperti ditunjukkan dalam Gambar 2.16 Sedangkan untuk impedansi beban yang

bersifat kapasitif, vektor arus (I) mendahului vektor tegangan (V), keadaan tersebut


dinamakan faktor daya mendahului (leading power factor), seperti ditunjukkan dalam

Gambar 2.17

Gambar 2.16 Faktor daya tertinggal

Rumus Faktor Daya Tertinggal yaitu :

ϕϕ SinV

SinV=

Ι××Ι×

==SP Faktor)(Power DayaFaktor (2.23)

Gambar 2.17 Faktor daya mendahului

ϕϕ CosV

CosV=

Ι××Ι×

==SPFaktor)(Power DayaFaktor

(2.24)

2.6 Transformator Distribusi

Transformator distribusi merupakan salah satu alat yang memegan peranan penting

/menyalurkan arus atau energi listrik dengan tegangan distribusi supaya jumlah energi

yang tercecer dan hilang sia-sia diperjalanan tidak terlalu banyak.

Transformator distribusi umumnya digunakan adalah transformator Step Down

20KV/400V. Tegangan phasa ke phasa sistem jaringan rendah adalah 380 V. Karena

terjadi drop tegangan, maka pada rak tegangan rendah dibuat menjadi 400V agar

tegangan pada ujung penerima tidak lebih kecil dari 380V.


Transformator distribusi dapat berfasa tunggal atau phasa tiga dan ukurannya

berkisar dari kira-kira 5 kVA. Impedansi transformator distribusi ini pada umumnya

sangat rendah, berkkisar dari 2% untuk unit-unit yang kurang dari dari 50kVA sampai

dengan 4% untuk unit-unit yang lebih besar dari 100 KVA.

2.7 Persamaan-persamaan yang digunakan untuk menganalisa kualitas kinerja

transformator distribusi dalam melayani beban adalah sebagai berikut :

2.7.1 Perhitungan Arus Beban Penuh Transformator Distribusi

Telah diketahui bahwa daya transformator distribusi bila ditinjau dari sisi

tegangan tinggi ( sisi primer) maka dapat dirumuskan sebagai berikut :

IVS ××= 3 (2.25)

Dengan :

S = daya transformator (Kva)

V = Tegangan sisi primer transfomator (V)

I = Arus jala-jala (A)

Dengan demikian, untuk menghitung arus beban penuh (full load) dapat menggunakan

rumus :

LL

inFL V

SI

3= (2.26)

Dengan :

IFL = arus beban penuh transformator (A)

Sin = Daya transformator saat beban (kVA)

VLL = Tegangan sisi primer transformator / Tegangan jala-jala (V)

2.7.2 Perhitungan Resistansi Dan Induktansi Keseluruhan Dari Saluran Primer

Yang Menuju Transformator


a) Tahanan Total saluran distribusi primer dari gardu induk sampai pada sisi primer

transformator adalah:

IV

RR LLsaluran ×= (2.27)

Dengan :

R = Resistansi penghantar (Ω)

VLL = Tegangan sisi primer/ tegangan jala-jala(V)

I = Arus pada penghantar (A)

b) Induktansi total saluran distribusi primer dari gardu induk sampai pada sisi primer

transformator adalah:

IVXX LL

saluran ×= (2.28)

Dengan :

X = Reaktansi penghantar (Ω)

V = Tegangan sisi primer/ tegangan jala-jala(V)

Dimana :

∆S = Rugi daya Semu (VA)

∆P = Rugi daya Aktif (Watt)

∆Q = Rugi daya Reaktif (VAR)

V = Tegangan Trafo (V)

I = Arus pada Penghantar (I)

2.7 Rugi-rugi Pada Jaringan Distribusi

Dalam proses transmisi dan distribusi tenaga listrik seringkali dialami rugirugi daya

yang cukup besar yang diakibatkan oleh rugi-rugi pada saluran dan juga rugi-rugi pada

trafo yang digunakan. Kedua jenis rugi-rugi daya tersebut memberikan pengaruh yang


besar terhadap kualitas daya serta tegangan yang dikirimkan ke sisi pelanggan. Nilai

tegangan yang melebihi batas toleransi akan dapat menyebabkan tidak optimalnya kerja

dari peralatan listrik di sisi konsumen. Selain itu rugi-rugi daya yang besar akan

menimbulkan kerugian finansial di sisi perusahaan pengelola listrik.

Yang dimaksud losses adalah perbedaan antara energi listrik yang disalurkan (Ps)

dengan energi listrik yang terpakai (Pp).

%100×−

=S

Ps

PPP

Losses (2.32)

Berikut adalah penjelasan mengenai rugi-rugi yang terjadi pada jaringan distribusi.

2.8.1 Rugi-rugi Saluran

Pemilihan jenis kabel yang akan digunakan pada jaringan distribusi merupakan faktor

penting yang harus diperhatikan dalam perencanaan dari suatu sistem tenaga listrik.

Jenis kabel dengan nilai resistansi yang kecil akan dapat memperkecil rugi-rugi daya.

Besar rugi-rugi daya pada jaringan distribusi dapat ditulis sebagai berikut:

RLosses 23 Ι×= (2.33)

Dimana,

Losses = rugi-rugi pada saluran (Watt)

R = resistansi saluran per fasa (Ohm)

I = arus yang mengalir per fasa (Ampere)

Nilai resistansi dari suatu penghantar merupakan penyebab utama rugi-rugi daya

yang terjadi pada jaringan distribusi. Nilai resistansi dari suatu penghantar dipengaruhi

oleh beberapa parameter. Berikut adalah persamaan resistansi

penghantar:

AlR ρ

= (2.34)


Dimana,

R = resistansi saluran (ohm)

r = resistivitas bahan penghantar (ohm-meter)

l = panjang penghantar (meter)

A = luas penampang (m2)

Dari rumus di atas terlihat terdapat tiga parameter yang mempengaruhi nilai

resistansi suatu penghantar, yaitu panjang penghantar, bahan penghantar dan luas

permukaan penghantar.

Panjang dari suatu penghantar tergantung dari jarak distribusi ke pelanggan.

Sehingga nilai tersebut tidak dapat diubah secara bebas. Sedangkan resistivitas bahan

tergantung dari bahan penghantar yang digunakan. Parameter ini dapat diubah-ubah

tergantung dari pemilihan bahan penghantar yang digunakan. Selain itu parameter yang

dapat diubah-ubah secara bebas adalah luas penampang dari penghantar. Dimana

semakin besar penampang dari suatu penghantar akan mengurangi nilai resistansi

saluran.

Akan tetapi dalam pengubahan luas penampang penghantar harus memperhatikan

faktor efisiensinya. Dengan demikian untuk mengurangi resistansi saluran pada jaringan

distribusi, kita dapat mengganti jenis bahan penghantar yang digunakan dengan bahan

yang nilai resistivitasnya rendah serta memperbesar luas permukaan penghantar.

2.8.2 Rugi Pada Penghantar Phasa

Jika suatu arus mengalir pada suatu penghantar, maka pada penghantar tersebut akan

terjadi rugi-rugi energi menjadi energi panas karena pada penghantar tersebut terdapat

resistansi. Rugi-rugi dengan beban terpusat di ujung dirumuskan:


( )LXRV ϕϕ sincos +Ι=∆ (2.35)

RLP 23Ι=∆ (2.36)

Sedangkan jika beban terdistribusi merata di sepanjang saluran, maka rugi-rugi energi

yang timbul adalah :

( )LXRIV ϕϕ sincos2

2

+

=∆ (2.37)

RLP2

213

=∆ (2.38)

Dengan :

I : Arus yang mengalir pada penghantar (Ampere)

R : Tahanan pada penghantar (Ohm / km)

X : Reaktansi pada penghantar (Ohm / km)

L : Panjang penghantar (Kms)

2.8.3 Rugi-Rugi Akibat Beban Tak Seimbang

Akibat pembebanan di tiap phasa yang tidak seimbang, maka akan mengalir arus pada

hantaran netral. Jika di hantaran pentanahan netral terdapat nilai tahanan dan dialiri

arus, maka kawat 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:

NRNP 2Ι=∆ (2.39)

Dimana :

P = losses yang timbul pada konektor (watt)

IN = arus yang mengalir melalui kawat netral (ampere)


RN = tahanan pada kawat netral (ohm)

2.8.4 Rugi-rugi Pada Sambungan Tidak Baik

Losses ini terjadi karena di sepanjang jaringan tegangan rendah terdapat 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 2.18 Sambungan Kabel

Besarnya rugi-rugi daya Aktif pada sambungan untuk tiga fasa dalam sisi primer

dirumuskan :

RP ×Ι×=∆ 23 (2.40)

Dimana :

P = losses yang timbul pada konektor (watt)

I = Arus yang mengalir melalui konektor (ampere)

R = Tahanan konektor (ohm)

X = Reaktansi konektor (ohm)


2.9 Sifat Beban Listrik

Dalam suatu rangkaian listrik selalu dijumpai suatu sumber dan beban. Bila sumber

listrik DC, maka sifat beban hanya bersifat resistif murni, karena frekuensi sumber DC

adalah nol.

Reaktansi induktif (XL) akan menjadi nol yang berarti bahwa induktor tersebut akan

short circuit. Reaktansi kapasitif (XC) akan menjadi tak berhingga yang berarti bahwa

kapasitif tersebut akan open circuit. Jadi sumber DC akan mengakibatkan beban beban

induktif dan beban kapasitif tidak akan berpengaruh pada rangkaian. Bila sumber listrik

AC maka beban dibedakan menjadi 3 sebagai berikut :

2.9.1 Beban Resistif

Beban resistif yang merupakan suatu resistor murni, contoh : lampu pijar, pemanas.

Beban ini hanya menyerap daya aktif dan tidak menyerap daya reaktif sama sekali.

Tegangan dan arus se-fasa. Secara matematis dinyatakan : R = V / I

Gambar 2.19 Arus dan tegangan pada beban resistif

2.9.2 Beban Induktif

Beban induktif adalah beban yang mengandung kumparan kawat yang dililitkan pada

sebuah inti biasanya inti besi, contoh : motor – motor listrik, induktor dan

transformator. Beban ini mempunyai faktor daya antara 0 – 1 “lagging”. Beban ini

menyerap daya aktif (kW) dan daya reaktif (kVAR). Tegangan mendahului arus sebesar

φo. Secara matematis dinyatakan : XL = 2πf.L


Gambar 2.20 Arus, tegangan dan GGL induksi-diri pada beban induktif

Untuk Sistem Tiga Phasa pada sistem distribusi primer, beban ini menyebabkan rugi

daya aktif yang termanfaatkan yang mengalir dari sumber arus ke sisi beban.

Adapun Rumus Rugi daya beban Aktif adalah sebagai berikut :

totalphasa RP 23Ι=∆ (2.41)

2.9.3 Beban Kapasitif

Beban kapasitif adalah beban yang mengandung suatu rangakaian kapasitor. Beban ini

mempunyai faktor daya antara 0 – 1 “leading”. Beban ini menyerap daya aktif (kW) dan

mengeluarkan daya reaktif (kVAR). Arus mendahului tegangan sebesar φo. Secara

matematis dinyatakan : XC = 1 / 2πfC


Gambar 2.21 Arus, tegangan dan GGL induksi-diri pada beban kapasitif

Untuk Sistem Tiga Phasa pada sistem distribusi primer, beban ini menyebabkan

rugi daya Induktif - kapasitif yang tidak begitu terbeban.manfaatkan dari sumber ke sisi

beban.

Adapun Rumus Rugi daya Beban Kapasitif adalah sebagai berikut :

23 totalphasa XQ Ι=∆ (2.42)

Dimana :

Iphasa : Arus yang mengalir pada phasa (A)

R : Resistansi (Ohm)

X : Reaktansi (Ohm)


penting di baca

Documents