1410-8178-2012-2-5421.pdf

PROSIDING SEMINAR

PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 26 September 2012

ISSN 1410 – 8178 Koes Indrakoesoma, dkk Buku II hal. 542

PENGARUH KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN

TRANSFORMATOR KERING BHT02 RSG GA SIWABESSY

TERHADAP ARUS NETRAL DAN RUGI-RUGI

Koes Indrakoesoema, Yayan Andryanto, M Taufiq

Pusat Reaktor Serba Guna GA Siwabessy, Puspiptek, Serpong, Tangerang

Email : [email protected]

ABSTRAK

PENGARUH KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN TRANSFORMATOR KERING BHT02 RSG GA SIWABESSY TERHADAP ARUS NETRAL DAN RUGI-RUGI. Ketidakseimbangan beban pada suatu system distribusi tenaga listrik kerap sering terjadi, hal ini dapat dilihat pada beban-beban fasanya. Transformator BHT02 sebagai salah satu dari 3 buah trafo penurun tegangan yang digunakan melayani beban-beban di PRSG melayani beban dengan tegangan 3 fasa dan 1 fasa. Akibat ketidakseimbangan beban tersebut muncullah arus di netral trafo. Arus yang mengalir di netral trafo menyebabkan terjadinya rugi-rugi (losses), yaitu rugi akibat arus netral yang mengalir ke tanah. Arus netral yang timbul pada transformator BHT02 adalah 21,52 A atau terjadi ketidakseimbangan beban sebesar 3,67% dan losses akibat arus netral yang mengalir ke tanah adalah 0,778 Watt. Kata kunci : Ketidakseimbangan beban, arus netral, rugi-rugi

ABSTRAC

THE EFFECT OF UNBALANCED LOAD IN TRANSFORMER BHT02 IN NEUTRAL CURRENT AND LOSSES. The Unbalanced load in electric power distribution system always happen and this fact can be seen in their phases. Transformer BHT02 is one of three step down Transformers in RSG GAS which used for serve of loads in PRSG of 3-phase voltage and 1-phase voltage. The effect of the unbalanced load is appear as a neutral current. These neutral current cause losses, those are losses caused by neutral current flows to ground. Neutral currents that arise in BHT02 transformer is 21.52 A, or unbalanced load of 3.67% and losses due to neutral currents flowing to ground is 0.778 Watts. Keywords: Unbalanced load, neutral current, losses

PENDAHULUAN

aat ini tenaga listrik merupakan kebutuhan yang

utama, baik untuk kehidupan sehari-hari

maupun untuk kebutuhan industri. Hal ini

disebabkan karena tenaga listrik mudah untuk

ditransportasikan dan dikonversikan ke dalam

bentuk tenaga yang lain. Penyediaan tenaga listrik

yang stabil dan kontinyu merupakan syarat mutlak

yang harus dipenuhi dalam memenuhi kebutuhan

tenaga listrik.

Pada sistem tenaga listrik arus bolak-balik,

frekwensi standard untuk Indonesia adalah 50 Hz,

dan sistem distribusi di kelompokkan kedalam dua

bagian yaitu ; sistem jarring distribusi primer dan

biasa disebut Jaring Tegangan Menengah (JTM),

dan sistem jarring distribusi sekunder dan biasa

disebut Jaring Tegangan Rendah (JTR). Fungsi

pokok dari sistem distribusi adalah menyalurkan

dan mendistribusikan tenaga listrik dari gardu induk

ke pusat-pusat atau kelompok beban (gardu

distribusi) dan pelanggan, dengan mutu yang

memadai.

Kelangsungan pelayanan tergantung dari

macam sarana penyalur dan peralatan

pengamannya. Sarana penyalur (jaring distribusi)

tingkatan kelangsungannya tergantung pada macam

struktur jaring yang dipakai dan juga cara

pengoperasiannya, yang pada hakekatnya

direncanakan dan dipilih untuk memenuhi

kebutuhan dan sifat beban.

S

PROSIDING SEMINAR



Koes Indrakoesoma, dkk. ISSN 1410 – 8178 Buku II hal. 543

Dalam memenuhi kebutuhan tenaga listrik,

terjadi pembagian beban-beban yang pada awalnya

merata tetapi karena ketidakserempakan waktu

penyalaan beban-beban tersebut maka

menimbulkan ketidakseimbangan beban yang

berdampak pada penyediaan tenaga listrik.

Ketidakseimbangan beban antara tiap-tiap fasa (fasa

R, fasa S, dan fasa T) inilah yang menyebabkan

mengalirnya arus di netral trafo.

Pada makalah ini akan dilakukan

pengukuran pada fasa-fasa R, S dant T serta pada

kawat netral transformator pada salah satu

transformator kering BHT02, untuk mengetahui

adanya ketidakseimbangan beban pada fasa-

fasanya, baik pada keadaan reaktor operasi (beban

penuh) dan reaktor tidak beroperasi (beban tidak

penuh).

TEORI

Transformator[2]

Transformator merupakan suatu alat listrik

yang mengubah tegangan arus bolak-balik dari satu

tingkat ke tingkat yang lain melalui suatu

gandengan magnet dan berdasarkan prinsip-prinsip

induksi-elektromagnet. Transformator terdiri atas

sebuah inti, yang terbuat dari besi berlapis dan dua

buah kumparan, yaitu kumparan primer dan

kumparan sekunder.

Penggunaan transformator yang sederhana

dan handal memungkinkan dipilihnya tegangan

yang sesuai dan ekonomis untuk tiap-tiap keperluan

serta merupakan salah satu sebab penting bahwa

arus bolak-balik sangat banyak dipergunakan untuk

pembangkitan dan penyaluran tenaga listrik.

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. Jika pada salah satu

kumparan pada transformator diberi arus bolak-

balik maka jumlah garis gaya magnet berubah-ubah,

sehingga pada sisi primer terjadi induksi dan sisi

sekunder menerima garis gaya magnet dari sisi

primer yang jumlahnya berubah-ubah pula. Maka di

sisi sekunder juga timbul induksi, akibatnya antara

dua ujung terdapat beda tegangan.

Daya transformator bila ditinjau dari sisi

tegangan tinggi (primer) dapat dirumuskan sebagai

berikut:[1]

S = √3 . V . I (1)

dimana:

S = daya transformator (kVA)

V = tegangan sisi primer transformator (kV)

I = arus jala-jala (A)

Sehingga untuk menghitung arus beban penuh (full

load) dapat menggunakan rumus

IFL =

√ (2)

dimana:

IFL = arus beban penuh (A)

S = daya transformator (kVA)

V = tegangan sisi sekunder transformator (kV)

Sebagai akibat dari ketidakseimbangan

beban antara tiap-tiap fasa pada sisi sekunder trafo

(fasa R, fasa S, fasa T) mengalirlah arus di netral

trafo. Arus yang mengalir pada penghantar netral

trafo ini menyebabkan losses (rugi-rugi). Losses

pada penghantar netral trafo ini dapat dirumuskan

sebagai berikut:

PN = IN2 RN (3)

dimana:

PN = losses pada penghantar netral trafo (watt)

IN = arus yang mengalir pada netral trafo (A)

RN = tahanan penghantar netral trafo (Ω)

Sedangkan losses yang diakibatkan karena

arus netral yang mengalir ke tanah (ground) dapat

dihitung dengan perumusan sebagai berikut :

PG = I2G RG … (4)

dimana:

PG = losses akibat arus netral yang mengalir ke

tanah (watt)

IG = arus netral yang mengalir ke tanah (A)

RG = tahanan pembumian netral trafo (Ω)

Ketidakseimbangan Beban 3)

Yang dimaksud dengan keadaan seimbang

adalah suatu keadaan di mana :

• Ketiga vektor arus / tegangan sama besar.

• Ketiga vektor saling membentuk sudut 120º satu

sama lain.

Sedangkan yang dimaksud dengan keadaan tidak

seimbang adalah keadaan di mana salah satu atau

kedua syarat keadaan seimbang tidak terpenuhi.

Kemungkinan keadaan tidak seimbang ada 3 yaitu:

• Ketiga vektor sama besar tetapi tidak membentuk

sudut 120º satu sama lain.

• Ketiga vektor tidak sama besar tetapi membentuk

sudut 120º satu sama lain.

• Ketiga vektor tidak sama besar dan tidak

membentuk sudut 120º satu sama lain.

Gambar 1(a) menunjukkan vektor diagram

arus dalam keadaan seimbang. Di sini terlihat

bahwa penjumlahan ketiga vektor arusnya (IR, IS,

IT) adalah sama dengan nol sehingga tidak muncul

arus netral (IN). Sedangkan pada Gambar 1(b)

menunjukkan vektor diagram arus yang tidak

seimbang. Di sini terlihat bahwa penjumlahan

ketiga vektor arusnya (IR, IS, IT) tidak sama dengan

nol sehingga muncul sebuah besaran yaitu arus

netral (IN) yang besarnya bergantung dari seberapa

besar faktor ketidakseimbangannya.

PROSIDING SEMINAR




Gambar 1. Vektor diagram arus

Penyaluran dan Susut Daya

Bila daya sebesar P disalurkan melalui

suatu saluran dengan penghantar netral dan arus-

arus fasanya dalam keadaan seimbang, maka

besarnya daya : 1)

P = 3 V I cos φ (5)

dengan :

P = daya pada ujung kirim

V = tegangan pada ujung kirim

Cos φ = factor daya

Jika I adalah arus rata-rata tiap 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, c

sebagai berikut :

IR = a I

IS = b I (6)

IT = c I

dengan IR , IS dan IT berturut-turut adalah arus fasa

R, S dan T.

Bila factor daya di ketiga fasa dianggap

sama, besarnya daya yang disalurkan dapat

dinyatakan :

P = (a + b + c) V I cos φ (7)

TATA KERJA

Pengukuran dilakukan saat reaktor

beroperasi, dimana pengambilan data parameter

listrik pada transformator BHT02 dilakukan pada

tiap fasanya, yaitu daya aktif (P), daya reaktif (Q),

daya semu (S), factor daya (cos tegangan (V),

arus (I) dan arus netral (IN).

Alat ukur yang digunakan adalah HIOKI 3169-20

Clamp On Power HiTester.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Spesifikasi trafo kering yang digunakan

pada PRSG adalah sebagai berikut :

Merk : May and Christie

Tipe : Indoor

Trafo : 3 x 1 fasa

Daya : 1600 kVA

Frekuensi : 50 Hz

Hubungan Primer Sekunder

Delta Bintang (Yn5)

Tegangan (Volt) 1. 21.000 400

2. 20.500

3. 20.000

4. 19.500

5. 19.000

Arus Nominal

(Ampere)

46,2 2309,5

Tegangan hubung

singkat

6%

Gambar 2 memperlihatkan bentuk

transformator BHT02 3 x 1 fasa. Diagram segaris

trafo distribusi di PRSG dapat dilihat pada Gambar

3, dimana salah satu trafo, yaitu BHT02

digambarkan pada posisi tengah.

Gambar 2. Transformator BHT02, 3 x 1 fasa

PROSIDING SEMINAR




Gambar 3. Diagram segaris trafo distribusi di PRSG

Tabel 1. Arus beban dan arus netral Trafo BHT02

PROSIDING SEMINAR




Gambar 4. Grafik arus fasa dan arus netral Trafo BHT02

Tabel 2. Daya pada Trafo BHT02

Gambar 5. Grafik daya pada transformator BHT02

Saat reaktor dioperasikan, pompa primer

dan sekunder yang mempunyai daya besar, akan

menarik arus cukup besar. Arus tiap fasa dan arus

netralnya saat reaktor beroperasi dapat dilihat pada

Tabel 1 dan Gambar 4.

PROSIDING SEMINAR




Tabel 2 dan Gambar 5 memperlihatkan

daya yang diserap oleh trafo BHT02 (P, Q dan S)

dan factor daya (cos φ) saat reaktor dioperasikan.

Analisa Pembebanan Transformator

S = 1600 kVA

V = 400 Volt

Arus beban penuh = IFL =

√

Irata-rata =

Presentasi pembebanan =

Ketidakseimbangan beban transformator

Dari persamaan (6) diperoleh :

a =

b =

;

c =

Rata-rata ketidakseimbangan beban trafo :

= | | | | | |

Hasil perhitungan ini menunjukkan masih

adanya penggunaan beban yang tidak merata pada

tiap-tiap fasa, tetapi ketidakseimbangan beban ini

masih sangat kecil, yaitu < 20% 5)

Analisis losses arus netral

Titik netral transformator BHT02

menggunakan kawat tembaga dengan resistivitas (ρ)

= 1,68 x 10-8

Ω.m yang langsung diketanahkan

dengan panjang 7 meter dengan luas penampang

lintang 70 mm2 seperti terlihat pada Gambar 3.

Tahanan kawat netral (RN) =

Ω

Dari Tabel 1, arus netral (I4) adalah 21,52 A

PN = IN2 x RN = (21,52)

2 x 0,00168 = 0,778 Watt

Daya aktif transformator :

P = = = 1488 kW

sehingga persen losses karena arus netral =

5,22 E-5%

Pembebanan transformator BHT02 masih sangat

rendah, yaitu 43,29% dan arus netralnya rendah,

yaitu 21,52 Ampere sehingga losses di trafo kecil

sekali dan dapat diabaikan.

KESIMPULAN

Ketidakseimbangan beban pada

transformator BHT02 relatif tidak terlalu tinggi

pada tiap-tiap fasanya, sehingga arus netral juga

tidak terlalu tinggi, yaitu hanya 21,52 A.

Pembebanan juga masih rendah, yaitu 43,29%,

sehingga beban trafo pada BHT02 masih dapat

ditingkatkan.

PUSTAKA

1. ZUHAL, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan

Elektronika Daya, PT Gramedia Pustaka,

Jakarta 1995.

2. ABDUL KADIR, Transformator, Jakarta: PT.

Elex Media Komputindo, 1989

3. WILLIAM D STEVENSON, Jr, Analisis Sistem

Tenaga Listrik, Edisi ke 4, diterjemahkan oleh

Ir. Kamal Idris, Penerbit Erlangga, 1984

4. JULIUS SENTOSA SETIADJI, Pengaruh

Ketidakseimbangan Beban Terhadap Arus

Netral dan Losses pada Trafo Distribusi, Jurnal

Teknik Elektro, Vol.6, No.1, Maret 2006: 68-73,

Unkris Petra.

5. Persyaratan Umum Instalasi Listrik 2000 (PUIL

2000), Jakarta: Badan Standarisasi Nasional,

2000

Documents

1410-8178-2012-2-5421.pdf