Seminar Nasional TREnD Technology of Renewable Energy and Development FTI Universitas Jayabaya Juni 2023 Analisa Ketidakseimbangan Beban Terhadap Arus Netral Dan Susut Daya Pada Transformator Distribusi Di PT PLN UP3 Semarang Albert Gifson Hutajulu*).
Muchammad Agum Wicaksono Institut Teknologi PLN *) Corresponding author : albert.
gifson@itpln.
Abstract The target for network losses in 2022 at PT PLN (Perser.
UP3 Semarang is 8%.
However, the achievement of losses in October only reached 10.
One way to do this is to do load balancing.
Balancing is done by exchanging the phases on the PHB-TR.
Based on the calculation results, the imbalance at the RJLS substation: 33%.
RJKS: 5% and MAI: 34%.
After balancing it decreased to RJLS:
16% and MAI: 6%.
The neutral current at the RJLS and MAI substations before balancing RJLS: 22.
and MAI: 2.
69A, after balancing it drops to RJLS: 9.
54% and MAI: 11.
The loss of the neutral current of the transformer before balancing RJKS: 350.
5 W and MAI: 3645.
8 W, after balancing decreased to RJLS: 62.
7 W and MAI: 91.
7 W.
The current losses flowing to the ground before balancing RJLS 1049.
Wand MAI 4651.
2 W.
After balancing it decreased to RJLS 538.
2 W and MAI 1253.
1 W.
Energy losses in percent before balancing RJLS 8.
3% and MAI 26.
After balancing it decreased to 3.
5% RJLS and 2% MAI.
The conclusion obtained is that balancing the load using the phase swapping method on the PHB-TR can reduce the value of unbalance and neutral currents, so that losses can decrease.
Abstrak Target susut jaringan tahun 2022 di PT PLN (Perser.
UP3 Semarang sebesar 8%.
Namun, untuk pencapaian susut di bulan oktober baru mencapai 10,04%.
Salah satu cara yang dilakukan adalah dengan melakukan penyeimbangan beban.
Penyeimbangan dilakukan dengan cara menukar fasa pada PHB-TR.
Berdasarkan hasil perhitungan, ketidakseimbangan pada gardu RJLS: 33%.
RJKS: 5% dan MAI: 34%.
Setelah penyeimbangan turun menjadi RJLS: 16% dan MAI: 6%.
Arus netral pada gardu RJLS dan MAI sebelum penyeimbangan RJLS: 22,54A dan MAI: 2,69A, setelah penyeimbangan turun menjadi RJLS:
9,54% dan MAI: 11,53%.
Rugi-rugi arus netral transformator sebelum penyeimbangan RJKS: 350,5 W dan MAI: 3645,8 W, setelah penyeimbangan turun menjadi RJLS: 62,7 W dan MAI: 91,7 W.
Rugi-rugi arus yang mengalir ke tanah sebelum penyeimbangan RJLS 1049,7 W dan MAI 4651,2 W.
Setelah penyeimbangan turun menjadi.
RJLS 538,2 W dan MAI 1253,1 W.
Rugi-rugi energi dalam persen sebelum penyeimbangan RJLS 8,3% dan MAI 26,78%.
Setelah penyeimbangan turun menjadi RJLS 3,5% dan MAI 4,2%.
Kesimpulan yang diperoleh adalah penyeimbangan beban dengan metode menukar fasa pada PHBTR dapat menurunkan nilai ketidakseimbangan dan arus netral, sehingga penurunan rugi-rugi dapat terjadi.
Kata kunci: Ketidakseimbangan beban, penyeimbangan, susut TREnD - Technology of Renewable Energy and Development Albert Gifson Hutajulu et al / Seminar Nasional TREnD .
2023 31 Ae 40
PENDAHULUAN
Berdasarkan realisasi pencapaian kinerja PT PLN (Perser.
UP3 Semarang target susut pada jaringan tahun 2022 adalah 8%.
Namun untuk pencapaian susut pada bulan Oktober tahun 2022 hanya sebesar 10,04%.
Sehingga, perlu dilakukan upaya untuk menurunkan susut agar target susut sebesar 8% dapat tercapai.
Salah satu upaya yang dilakukan untuk menurunkan nilai susut pada jaringan adalah dengan melakukan penyeimbangan beban pada gardu Menurut pegawai PT PLN (Perser.
UP3 Semarang, terdapat kemungkinan ketidakseimbangan beban pada Gardu RJLS.
RJKS dan MAI yang berlokasi di Semarang Tengah.
Hal tersebut disebabkan karena masing-masing pelanggan pada gardu RJLS.
RJKS dan MAI tersebut memiliki beban yang berbeda-beda dan waktu pemakaian yang berbeda- beda Dari hasil pengukuran waktu beban puncak (WBP) didapatkan besarnya arus pada gardu RJLS (IR = 26A.
IS = 14A.
IT = 54A), gardu RJKS (IR = 279A.
IS = 257A.
IT = 297A) dan gardu MAI (IR = 87A.
IS = 99A.
IT = 98A).
Dari hasil pengukuran tersebut nantinya akan dilakukan perhitungan dan analisa, apakah ketidakseimbangan oleh beban yang terjadi pada gardu RJLS.
RJKS dan MAI masih dalam kondisi yang diizinkan atau tidak.
Dalam penelitian ini juga akan dilakukan analisa perhitungan arus netral dan susut sebelum dan sesudah dilakukan penyeimbangan.
Diharapkan nantinya setelah dilakukan penyeimbangan beban, ketidakseimbangan beban yang terjadi dapat menurun dan target susut pada jaringan sebesar 8% pada tahun 2022 dapat tercapai.
Sebelumnya, sudah banyak berbagai macam penelitian yang membahas mengenai pengaruh ketidakseimbangan beban terhadap arus netral dan susut pada transformator.
Pada penulisan penelitian ini akan membahas mengenai hal yang sama terkait dengan ketidakseimbangan beban.
Namun, dalam penelitian akan dilakukan perbandingan metode penyeimbangan beban antara penyeimbangan dengan menukar fasa PHB-TR dan penyeimbangan dengan memindahkan sambungan rumah (SR), dengan objek penelitian pada gardu RJLS.
RJKS dan MAI.
METODE PENELITIAN
Metode Penelitian Sumber data Penelitian ini termasuk jenis penelitian komparatif, yaitu dengan membandingkan nilai rata-rata ketidakseimbangan beban, arus netral transformator, susut sebelum dan sesudah dilakukan penyeimbangan beban.
Data diperoleh dari PT PLN (Perser.
UP3 Semarang.
Jenis data Data transformator distribusi Data pengukuran waktu beban puncak (WBP) Data karakteristik kabel alumunium Data penyeimbangan beban Teknik pengambilan data Observasi lapangan Wawancara Metode Analisis Data Untuk menghitung arus rata-rata pada gardu dapat dirumuskan dengan:
yaycIycaycycaOeycycaycyca = yaycI yaycI yaycN Sehingga presentase pembebanan transformator dapat dirumuskan dengan:
yaycIycaycycaOeycycaycyca ycu 100% yayaya TREnD - Technology of Renewable Energy and Development % ycyyceycoycayceycaycaycuycaycu = Albert Gifson Hutajulu et al / Seminar Nasional TREnD .
2023 31 Ae 40 Analisa ketidakseimbangan Apabila [I] merupakan arus tiap phasa yang disalurkan pada kondisi seimbang dengan daya yang sama, sehingga arus tiap phasa yang disalurkan pada kondisi tidak seimbang dengan daya yang sama dapat disimbolkan dengan a, b dan c:
yaycI = yca .
yaycI = yca .
yaycN = yca .
Apabila pada kondisi seimbang, nilai koefisien a, b dan c sama dengan I, sehingga untuk menghitung rata-rata ketidakseimbangan beban sebagai berikut:
% ycoyceycycnyccycaycoycyceycnycoycaycaycuyciycaycu = [.
caOe.
caOe.
caOe.
] ycu 100% .
Analisis Arus netral Untuk mengetahui besarnya arus netral dalam keadaan tidak seimbangan adalah:
yaycA = Oo(.
aycI cos 0 yayc ycaycuyc 240 yayc cos .
aycI sin 0 yayc ycycnycu 240 yayc sin .
2 ) .
Analisis Pemerataan Beban Untuk menganalisis pemerataan beban dengan metode memindahkan sambungan rumah (SR), dilakukan dengan cara sebagai berikut:
Ir = (Irata-rat.
Ae Ir awal Is = (Irata-rat.
Ae Is awal It = (Irata-rat.
Ae It awal Analisa Rugi-rugi Arus Netral Rugi-rugi sebagai akibat arus netral transformator dapat dihitung melalui penggunaan rumus:
PN = IN2 x RN Analisa Rugi-rugi Arus yang Mengalir ke Tanah Untuk menghitung nilai rugi-rugi .
yang diakibatkan oleh arus netral transformator yang mengalir ke tanah, maka dapat menggunakan persamaan PG = IG2 .
Analisa Rugi-rugi Energi dalam Persen Untuk menghitung energi yang tersalurkan dapat menggunakan rumus sebagai W = V .
I .
cos yuc .
Sehingga, rugi-rugi energi dalam persen (%) adalah:
ycIycyciycn Oe ycycyciycn yceycuyceycyciycn (%) = ycIycyciycnOeycycyciycn yceycuyceycyciycn ycycaycycaOeycycaycyca ycu 100% yaycuyceycyciycn ycycaycuyci yccycnycycaycoycycycoycaycu TREnD - Technology of Renewable Energy and Development .
Albert Gifson Hutajulu et al / Seminar Nasional TREnD .
2023 31 Ae 40
HASIL DAN PEMBAHASAN
Data Teknis Trafo Tabel 1.
Data Teknis Trafo
Merk
SINTRA
STARLITE
SINTRA
Daya Trafo 100 kVA 150 kVA 149 kVA Tegangan 20 kV/400 V 250 kV 250 kV Tahun Trafo 3 Fasa 3 Fasa 3 Fasa Tipe Gardu Cantol Portal Portal Arus Nominal 144,34 A 360,84 A 380,34 A Data Pengukuran Gardu Pengukuran gardu RJLS.
RJKS dan MAI dilakukan pada waktu beban puncak (WBP).
Gardu RJLS Tabel 2.
Data Pengukuran Gardu RJLS
ARUS (A)
TOTAL
Jurusan Ground Tahanan 33,55 33,55 Gardu RJKS Tabel 3.
Data Pengukuran Gardu RJKS
ARUS (A)
i TOTAL Jurusan Ground Tahanan TREnD - Technology of Renewable Energy and Development Albert Gifson Hutajulu et al / Seminar Nasional TREnD .
2023 31 Ae 40 Gardu MAI Tabel 4.
Data Pengukuran Gardu MAI
ARUS (A)
i TOTAL Jurusan Ground Tahanan Data Kabel Aluminium (NFA2X) Tabel 5.
Data Tahanan Kabel Alumunium NFA2X
FASA
Resistansi
Penghantar pada Resistansi
Penghantar pada Buah x mm2 Nbuah
x mm2
Ohm/km Ohm/km 3 x 70mm2 1 x
0,443
0,69
Konstruksi Kabel
NETRAL
Menghitung Pembebanan Gardu RJLS Dari hasil pengukuran beban gardu, dapat dilakukan perhitungan arus rata-rata dengan menggunakan rumus pada persamaan .
sebagai berikut:
yaycI yaycI yaycN
26 14 40
yaycIycaycycaOeycycaycyca = = 26,6 ya yaycIycaycycaOeycycaycyca = Sehingga, dengan menggunakan persamaan .
besarnya persentase pembebanan trafo pada gardu RJLS adalah:
yaycycaycycaOeycycaycyca % ycyyceycoycayceycaycaycuycaycu = ycu 100 % yayaya ycu 100 % = 18,42% 144,34 Dengan menggunakan rumus yang sama, maka hasil perhitungan pembebaban gardu pada gardu RJKS 76,93 % dan MAI 25,94 %.
TREnD - Technology of Renewable Energy and Development Albert Gifson Hutajulu et al / Seminar Nasional TREnD .
2023 31 Ae 40 Menghitung Ketidakseimbangan Gardu RJLS Ketidakseimbangan beban dapat dihitung dengan menggunakan rumus:
yaycI 26 ya yaycI 14 ya yaycN 40 ya IR = a [ I ] Maka yaycI = ya = 26,6 ya = 0,97 IS = b [ I ] Maka yaycI = ya = 26,6 ya = 0,52 IT = c [ I ] Maka yaya = ya = 26,6 ya = 1,5 Sehingga persentase ketidakseimbangan beban pada gardu RJLS adalah:
% ycoyceycycnyccycaycoycyceycnycoycaycaycuyciycaycu = [.
caOe.
caOe.
caOe.
] ycu 100% [.
,97Oe.
,52Oe.
,5 Oe.
] .
,03 0,48 0,.
ycu 100% ycu 100% = 33% Dengan menggunakan rumus yang sama, maka hasil perhitungan ketidakseimbangan beban pada gardu RJKS 5% dan MAI 34%.
Oleh karena itu, gardu RJLS dan MAI harus dilakukan penyeimbangan agar nilai ketidakseimbangan memenuhi batas yang Menghitung Arus Netral Gardu RJLS Besarnya arus netral pada gardu RJLS adalah:
yaycA = Oo(.
aycI cos 0 yayc ycaycuyc 240 yayc cos .
aycI sin 0 yayc ycycnycu 240 yayc sin .
2 ) = 22,54 A Dengan menggunakan rumus yang sama, maka hasil perhitungan arus netral pada gardu MAI 72,69 A Menghitung Rugi-rugi Arus Netral Transformator Gardu RJLS PN = IN2 x RN = .
2 x 0,69 = 350,56 Watt Dengan menggunakan rumus yang sama, maka maka hasil perhitungan rugi-rugi arus netral pada gardu MAI 3645,85 W.
Menghitung Rugi-rugi Arus yang Mengalir ke Tanah Gardu RJLS PG = IG2 .
= .
4 ohm = 1049,76 Watt Dengan menggunakan rumus yang sama, maka hasil perhitungan rugi-rugi arus yang mengalir ke tanah pada gardu MAI 4651,24 W.
Menghitung Rugi-rugi Energi Gardu RJLS Dengan mengasumsikan bahwa selama periode beban puncak/selama 4 jam nyala TREnD - Technology of Renewable Energy and Development Albert Gifson Hutajulu et al / Seminar Nasional TREnD .
2023 31 Ae 40 konstan, maka:
Penergi = PN x t = 0,35 x 4 = 1,4 kWh Dengan mengasumsikan besar ycaycuycI = 0,85 maka:
ycO = ycO.
ycaycuyc yuc.
yc = 220ycO.
22,54 .
0,85.
= 16,859 ycoycOEa Sehingga, rugi-rugi energi dalam persen adalah sebagai berikut:
ycIycyciycn Oe ycycyciycn yceycuyceycyciycn (%) = ycIycyciycn Oe ycycyciycn yceycuyceycyciycn ycycaycyca Oe ycycaycyca ycu 100% yaycuyceycyciycn ycycaycuyci yccycnycycaycoycycycoycaycu 1,4 yaycOEa ycu 100% = 8,3 % 16,859 yaycOEa Dengan menggunakan rumus yang sama, maka rugi-rugi energi dalam persen pada gardu MAI adalah 26,78%.
Penyeimbangan dengan cara memindahkan sambungan rumah (SR) Penyeimbangan Pada Gardu RJLS Dalam perhitungan sebelumnya diketahui bahwa arus rata-rata pada gardu adalah 26,67A.
Kemudian menghitung jumlah beban yang lebih dan kurang dari tiap fasa:
IR = 26,67 Ae 26 = 0,67 A IS = 26,67 Ae 14 = ( ) 12,67 A IT = 26,67 Ae 40 = (-) 13,33 A Besarnya arus beban yang akan dipindahkan dari fasa T adalah 13,33 A.
Untuk mengetahui banyaknya pelanggan yang harus dipindahkan untuk arus 13,33 A adalah: Misalkan dipindahkan satu pelanggan, dimana daya 1 pelanggan adalah 1300 VA dengan tegangan 230 V, maka:
ycI yaycNycycaycuycyceyceyc = ycO = 230 = 5,65 ya Kemudian, besarnya Itransfer dikalikan dengan faktor kebersamaan.
Faktor kebersamaan untuk pelanggan dengan daya terpasang sama diambil 0,85.
Sehingga, 5,65 x 0,85 = 4,80 A.
Perhitungan dilakukan hingga mendapatkan nilai Itransfer sebesar 14 A atau mendekati.
Dari tabel 6 diatas, pada pelanggan fasa T akan dipindahkan sebanyak 9 pelanggan dengan daya masing-masing sebesar 1300 VA ke fasa R dan fasa S.
Dari hasil simulasi yang sudah dilakukan, maka dapat dikatakan bahwa penyeimbangan dengan metode memindahkan sambungan rumah (SR) lebih mendapatkan hasil yang maksimal.
Beban pada masing-masing jurusan menjadi setimbang.
Namun, kekurangan dari metode ini adalah perlu pengecekan masing-masing fasa pada setiap pelanggan, membutuhkan waktu yang lama dan biaya yang sangat besar.
Sedangkan metode penyeimbangan dengan menukar fasa pada PHB- TR merupakan cara yang paling praktis dan mudah dilakukan.
Beban pada gardu dapat Selain itu metode ini juga lebih cepat pengerjaannya, tidak memerlukan material dan hasilnya bisa langsung kelihatan.
Sehingga pada penelitian ini akan diambil penyeimbangan dengan metode menukar fasa pada PHB-TR.
TREnD - Technology of Renewable Energy and Development Albert Gifson Hutajulu et al / Seminar Nasional TREnD .
2023 31 Ae 40 Tabel 6.
Banyaknya Pelanggan Yang Harus Pindah
Jumlah Pelanggan Total Daya
(VA)
I transfer
(A)
4,80
9,60
14,41
19,21
24,02
28,82
33,63
38,43
43,23
48,04
Menghitung Ketidakseimbangan.
Arus Netral dan Rugi-rugi Setelah Penyeimbangan Beban Dengan menggunakan data hasil penyeimbangan dan rumus yang sama, maka diperoleh hasil seperti terlihat pada tabel 7:
Tabel 7.
Kesetimbangan RugiArus
Rugi
Gardu Ketidakseimbangan Netral
Arus
Netral
Rugi-Rugi Arus ke Tanah
RugiRugi Energi
RJLS
9,54 A
62,79 W
538,34 W
3,5 %
MAI
61,16 A
91,73 W
1253,1 W
4,2 %
ANALISIS HASIL PERHITUNGAN
Dari hasil pengolahan data, persentase pembebanan transformator pada gardu RJLS.
RJKS dan MAI masih dalam kondisi normal dengan tingkat pembebanan yang baik, masih dalam batas standar yang diizinkan berdasarkan edaran direksi PT PLN (Perser.
Nomor:
E/DIR/2014, dimana persentase pembebanan transformator terhadap kapasitas dibawah Kemudian, dari hasil perhitungan persentase ketidakseimbangan beban pada gardu RJLS.
RJKS dan MAI sebelum dilakukan penyeimbangan beban adalah RJLS: 33%.
RJKS: 5% dan MAI: 34%.
Setelah dilakukan penyeimbangan, besarnya persentase ketidakseimbangan beban pada gardu RJLS dan MAI menjadi RJLS: 16% dan MAI: 6%.
Ketidakseimbangan beban pada gardu menyebabkan munculnya arus netral transformator.
Dari hasil perhitungan, besarnya arus netral transgormator pada gardu RJLS dan MAI sebelum penyeimbangan adalah RJLS: 22,54 A dan MAI: 72,69 A.
Setelah dilakukan penyeimbangan.
TREnD - Technology of Renewable Energy and Development Albert Gifson Hutajulu et al / Seminar Nasional TREnD .
2023 31 Ae 40 besarnya arus netral transformator pada gardu RJLS dan MAI menjadi RJLS: 9,54 A dan MAI:
11,54 A.
Arus netral pada transformator mengakibatkan timbulnya rugi-rugi.
Sehingga arus tidak sepenuhnya dapat tersalurkan ke pelanggan.
Hal tersebut dapat merugikan PLN dan pelanggan.
Rugi-rugi yang dibahas pada penelitian ini adalah rugi-rugi arus netral, rugi-rugi arus ke tanah dan rugi-rugi energi.
Berdasarkan hasil perhitungan, besarnya rugi-rugi arus netral sebelum penyeimbangan RJLS: 350,56 W dan gardu MAI: 3645,8 W.
Setelah dilakukan penyeimbangan mengalami penurunan pada gardu RJLS: 62,79 W dan MAI: 91,73 W.
Kemudian untuk rugirugi arus ke tanah pada gardu RJLS dan MAI sebelum penyeimbangan sebesar 1049,76 W dan 4651,24 W.
Setelah dilakukan penyeimbangan mengalami penurunan, pada gardu RJLS: 538,24 W dan MAI: 1253,16 W.
Untuk rugi-rugi energi dalam persen sebelum penyeimbangan pada gardu RJLS: 8,3% dan MAI: 26,78%.
Setelah dilakukan penyeimbangan, rugi-rugi energi dalam persen mengalami penurunan.
Pada gardu RJLS: 3,5% dan MAI: 4,2% Dari hasil perhitungan yang sudah dilakukan dapat dikatakan bahwa dengan melakukan penyeimbangan beban maka rugi-rugi yang terjadi pada transformator dapat diminimalisir.
Dengan demikian, diharapkan target susut sebesar 8% di PT PLN (Perser.
UP3 Semarang pada tahun 2022 dapat tercapai.
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil perhitungan, ketidakseimbangan pada gardu RJLS: 33%.
RJKS: 5% dan MAI: 34%.
Setelah penyeimbangan.
RJLS: 16% dan MAI: 6%.
Arus netral pada gardu RJLS dan MAI sebelum penyeimbangan RJLS: 22,54A dan MAI: 2,69A.
Setelah penyeimbangan.
RJLS: 9,54% dan MAI: 11,53%.
Besar rugi-rugi energi dalam persen sebelum penyeimbangan RJLS: 8,3% dan MAI: 26,78%, setelah penyeimbangan.
RJLS: 3,5% dan MAI:
4,2%.
Kesimpulan yang diperoleh, penyeimbangan beban dengan metode menukar fasa PHBTR dapat menurunkan nilai ketidakseimbangan dan arus netral, sehingga dapat menurunkan susut yang terjadi.
Pengukuran beban pada gardu dapat dilaksanakan recara rutin, sehingga apabila terdapat ketidakseimbangan beban maka dapat segera dilakukan penyeimbangan.
Penyambungan pelanggan baru harus terorganisir dengan melihat data pembebanan sehingga tidak terjadi penumpukan beban pada salah satu fasa.
UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima kasih ditujukan kepada Bapak Gati selaku manajer pemeliharaan PT PLN (Perser.
UP3 Semarang.
Bapak Hendra selaku SDM PT PLN (Perser.
UP3 Semarang, yang telah mengizinkan untuk melakukan pengambilan data dan percobaan di UP3 Semarang.
DAFTAR PUSTAKA