## PENGARUH PENYEIMBANGAN BEBAN TRAFO DISTRIBUSI TERHADAP ARUS NETRAL

## Oleh :
Surfa Yondri *), Tri Artono *), Hengki Purnama Sari**)
*)Staf Pengajar Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Padang **) Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Padang Email : surfayondri@yahoo.com

## ABSTRACT
Load balancing is load balancing activities in each phase distribution transformers are not balanced,  the  goal  to  reduce  the  magnitude  of  the  neutral  current  transformer  because inequality  between  phases.  This  activity  was  done  by  measuring  each  phase  transformer load, calculate the average current in each phase, and shifted the burden of heavily loaded phase to phase which has a lot fewer burdens. Load balancing is done on a regular basis every  6  months.  PT.  PLN  (Persero)  Rayon  Bukittinggi  perform  load  balancing  on  the distribution transformer substation 100 KVA Distribution Tabek Gadang Tower 2 times on Wednesday, 15th May 2013 at 19:30 pm and Thursday, 16 May 2013 at 19:30 pm. First, by moving the load phase T to phase S at 18 A. Second, by moving the burden from phase to  phase  R  T  at  9 A.  and  load  phase  T  to  S  phase  by  11  A.  load  balancing  distribution transformers 100 KVA Substation Tabek Gadang Tower is near parity with the transformer neutral currents in 14.18 A.
Keywords : Load balancing, Neutral currents at trafo, Load each phases, Distribution tower trafo of Tabek Gadang.

## PENDAHULUAN
Penyaluran  energi  listrik  yang  jauh dari  pusat-pusat  suplai  energi  listrik menuju  ke  pusat-pusat  beban  atau  ke konsumen,
akan menyebabkan terjadinya  rugi-rugi  daya  (Losses) sepanjang  jaringan  distribusi,  sehingga mengurangi kehandalan mutu pendistribusian energi listrik pada bagian hilir  jaringan  sistem  distribusi.  Salah satu  penyebabnya  yaitu  karena  tidak seimbangnya beban pada trafo distribusi tersebut.  Salah  satu  cara  untuk memperbaiki  rugi-rugi  daya  adalah dengan  menyeimbangkan  beban  trafo distribusi  pada  jaringan  distribusi tersebut.  Beban  yang  seimbang  akan
secara  otomatis  mempunyai  arus  netral yang  kecil.  Untuk  membuktikan  teori tersebut, maka perlu dilakukan penelitian apakah  pengaruh  penyeimbangan  beban terhadap arus netral.

## TUJUAN PENELITIAN
1. Untuk mengetahui bagaimana pengaruh dan proses penyeimbangan beban trafo.
2. Mengurangi arus netral trafo sehingga rugi-rugi daya yang ditimbulkan dapat diperbaiki.
3. Memperpanjang  umur    trafo  dengan meminimalkan arus netralnya.

## PERUMUSAN MASALAH
Terjadinya arus netral yang besar dan losses pada jaringan sistem distribusi merupakan  suatu  permasalahan  yang tidak dapat dihindari dalam pendistribusian  energi  listrik,  dimana permasalahan tersebut disebabkan
karena  perbedaan  yang  mencolok  dari pembagian beban dari fasa R, fasa S dan fasa T pada trafo distribusi.
Besarnya  arus  netral  pada  gardu distribusi  tersebut  akan  menyebabkan terjadinya kerugian  bagi pihak produsen energi  listrik  (PT.  PLN  (Persero)).  Atas dasar  tersebut  permasalahan  yang penulis  bahas  yaitu  mengenai  pengaruh penyeimbangan  beban  trafo  distribusi terhadap arus netral trafo distribusi.

## TINJAUAN PUSTAKA

## Keseimbangan Beban
Kebutuhan  pasokan  energi  listrik sudah  menjadi  kebutuhan  utama  bagi masyarakat  saat  ini.  Dengan  demikian dibutuhkan cara penyaluran energi listrik yang  paling  efektif.  Namun  memang tidak akan ada hal yang ideal di dunia ini. Begitu  pula  dengan  penyaluran  energi listrik.  Sistem  penyaluran  energi  listrik yang  dilakukan  di  Indonesia  adalah sistem penyaluran dengan 3 fasa (fasa R, fasa S, dan fasa T).
Selain  itu  Indonesia  juga  memakai sistem  transmisi  dan  distribusi  dimana sistem transmisi adalah sistem penyaluran  daya  dengan  menaikkan tegangan  yang  selanjutnya  diturunkan lagi pada sistem distribusi. Dalam proses menaikkan  dan  menurunkan  tegangan digunakanlah transformator 3 fasa.
Dalam  keadaan  ideal,  transformator 3 fasa akan  mempunyai  nilai  yang sama pada  tiap  fasanya,  yang  berbeda hanyalah sudut fasanya yaitu harus 120°.
Namun  pada  penerapannya,  keadaan ideal  tersebut  sangat  sulit  terjadi dikarenakan tiap  fasa pada sisi  sekunder akan menyalurkan daya tiap fasa dengan beban yang berbeda tiap fasanya. Hal ini akan menyebabkan beban tidak seimbang  pada  masing-masing  fasanya. efek  dari  ketidakseimbangan  fasa tersebut  adalah  akan  timbul  arus  netral. Arus ini akan menyebabkan losses, yaitu losses  akibat  adanya  arus  netral  pada penghantar netral trafo dan losses akibat arus netral yang mengalir ke tanah.

## Syarat Keadaan Seimbang
1. Ketiga  vektor  arus/tegangan  sama besar.
2. Ketiga  vektor  saling  membentuk sudut 120º satu sama lain.

## Keadaan Tidak Seimbang
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.
3. Ketiga  vektor  tidak  sama  besar  dan tidak  membentuk  sudut  120º  satu sama lain. Sebagai akibat dari ketidakseimbangan  beban  antara  tiap- tiap fasa pada sisi sekunder trafo (fasa R, fasa  S,  fasa  T)  mengalir  arus  di  netral trafo.  Arus  yang  mengalir  pada penghantar netral trafo ini menyebabkan losses (rugi-rugi).

## Phasor  Beban  Seimbang  dan  Tidak Seimbang
Gambar  1  memperlihatkan  bentuk diagram  fasor  dari  tegangan  dan  arus dari  sistem  tiga  fasa  yang  dihubungkan
dengan  beban  seimbang.  Hal  ini  dapat kita perhatikan dari bentuk diagram fasor masing-masing  fasa  yang  dipisahkan oleh  sudut  rugi-rugi  atau cos  Ф dari penggunaan  beban  masing-masing  jalur fasa.
Gambar 1. Fasor dari tegangan dan arus dari sistem tiga fasa keadaan seimbang [ http://bersinar2010.files.wordpress.com/ Gambar 2 ]
Jika terjadi beban tidak seimbang pada jaringan distribusi tegangan rendah maka  pada  penghantar  netral  akan mengalir  arus  listrik.  Hal  ini  akan mempertahankan magnitudo tegangan ke titik netral yang melintasi setiap pasa ke beban. Arus-arus saluran tidak sama dan arus  pada  diagram  fasor  tidak  memiliki simetri.
Gambar  2  merupakan  gambar diagram  fasor  dari  tegangan  dan  arus dari  sistem  tiga  fasa  yang  dihubungkan dengan beban yang tidak seimbang.
Gambar 2. Fasor dari tegangan dan arus dari sistem tiga fasa keadaan tidak seimbang [ http://bersinar2010.files.wordpress.com/
Gambar 2 ] Karena pada beban tidak seimbang akan  muncul arus  netral  maka persamaan  untuk  vektor  diatas  adalah  :
I N = I R + I S + I T ≠ 0 Dimana arus netral dapat diperhitungkan dengan rumus berikut :
𝐼 𝑁 = √(𝐼 𝑅 2 ) + (𝐼 𝑆 2 ) + (𝐼 𝑇 2 ) − (𝐼 𝑅 ×  𝐼 𝑆 ) − (𝐼 𝑅 − 𝐼 𝑇 )(𝐼 𝑆 × 𝐼 𝑇 )

## Penyebab Beban Pincang
Penyebab  dari  ketidakseimbangan beban  ini  diantaranya  adalah  sebagai berikut :
1. Pasang baru pada  bagian kabel  yang mudah untuk penyambungan. Banyaknya  pemasangan  pelanggan baru  oleh  biro  pada  bagian  kabel yang mudah untuk dipasangi pierching connector tanpa
memperhatikan phasa yang terpasang pada saat itu. Hal ini terjadi sebagian besar  pada  jaringan  SKUTR  yang memakai  kabel  LVTC.  Hal  ini diakibatkan  karena  saat  pemasangan pierching  connector pada  LVTC tersebut, pemasangan harus melonggarkan  kabel  tersebut  dari pilinannya.
2. Banyaknya  pelanggan  pada  suatu sambungan  deret.  Tidak  semua pelanggan  listrik  memiliki  rumah tinggal dekat jaringan, untuk mengatasinya  maka  dibuat  suatu  SR deret.  Peraturannya  suatu  SR  deret dibatasi  maksimal  5  pelanggan  tiap fasanya, namun pada pelaksanaannya banyak  SR  deret  yang  memiliki pelanggan  lebih  dari  5  pelanggan dalam  satu  fasa.  Hal  ini  diakibatkan adanya  penambahan  pelanggan  yang tidak  selalu  terjadi  pada  pelanggan yang  dekat  jaringan  JTR  saja,
melainkan  ada  juga  yang  agak  jauh dari jaringan, sehingga oleh pemasang  diambilkan  dari  jaringan SR  yang  terdekat.  Pemasangan tersebut  tidak  memperhatikan  SR deret  yang  telah  tersambung  pada satu fasa tersebut. Sehingga menyebabkan  beban  pincang  pada trafo  karena  fasa  tersebut  terlalu banyak  menanggung  beban.  Selain mengakibatkan beban pincang banyaknya pelanggan pada suatu SR deret  akan  mengakibatkan  tegangan ujung  pada  SR  dert  tersebut  drop (jauh dari tegangan normal).
3. Kurangnya pengawasan di  lapangan. Dalam  pelaksanaan  pemasangan sambungan  baru,  pada  umumnya pengawas lapangan langsung percaya kepada  pelaksana  bahwa  apa  yang dikerjakan sesuai dengan perintahnya.  Untuk  itu  perlu  dicek ulang  dengan  cara  melakukan pengukuran kembali, kemudian membandingkannya  dengan  hasil pengukuran  sebelum  pelaksanaan pemasangan. Dari data tersebut dapat diketahui  adanya penambahan beban pada phasa terdapat sambungan baru.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pemeliharaan adalah suatu kegiatan yang meliputi  pekerjaan pemeriksaan, pencegahan, perbaikan dan penggantian  peralatan  pada  sistem jaringan  distribusi  secara  terjadwal  atau tidak. Salah satu contoh dari pemeliharaan distribusi adalah penyeimbangan beban. Penyeimbangan  beban  adalah
suatu  kegiatan  yang  terdiri  dari pengukuran  awal,  hingga  pemerataan beban  tiap  fasa  yang  tidak  seimbang (pincang)  yang bertujuan agar arus pada netral  tersebut  berkurang,  sehingga mengurangi kerugian terhadap perusahaan  listrik  (PLN)  tersebut. Pelaksanaan penyeimbangan beban yang
dilakukan  yaitu  pada  tiang  tegangan rendah  (TR)  atau  pada  sambungan rumah (SR).
Penyeimbangan  beban  ini  juga memberikan  pengaruh  yang  besar terhadap  umur  trafo.  Karena  jika  pada salah satu fasa bebannya sudah melebihi batas  yang  diperbolehkan,  maka  akan dapat  menyebabkan  obstick  kabel  pada gardu  tersebut  terbakar.  Beban  yang sudah  melebihi  batas  tersebut  dapat ditandai  dengan  fuse  atau  sekering  pada gardu  akan  panas  dan  mengeluarkan asap  jika  terlalu  berlebihan.  Jika  hal tersebut  terjadi  dan  tidak  segera dilakukan  penyeimbangan  beban  maka dapat  menyebabkan  fasa  tersebut  akan bersinggungan dengan fasa lainnya yang akan  membuat  trafo  tersebut  meledak.
Solusinya yaitu dengan cara memindahkan  sebagian  beban  pada  rute yang  berat  ke  rute  lainnya  yang bebannya masih ringan. Penyeimbangan beban yang dilakukan  PT.  PLN  (persero)  ini  yaitu berdasarkan waktu yang telah ditentukan pelaksanannya  yaitu  1  x  persemester. Tiap  gardu  distribusi  dilaksanakan pengukuran  beban  setiap 6  bulan sekali. Dan  dari  hasil  pengukuran,  maka dilaksanakan  penyeimbangan  beban  jika dibutuhkan.
Dari  sebuah  pengukuran  beban trafo di Rayon Bukittinggi tepatnya pada Gardu  Distribusi  Tabek  Gadang  100 KVA  didapatkan  hasil  pengukuran beban  tak  seimbang.  Dari  pengukuran tersebut terlihat  beban pincang sehingga dimasukkan dalam kegiatan penyeimbang  beban  trafo.    Pengukuran pertama  dilakukan  pada  beban  puncak yaitu  pada  hari  Selasa  14  Mei  2013 pukul    19.30.  Data – data  beban  trafo tersebut sebagai berikut :
Tabel 1. Pengukuran beban sebelum
diseimbangkan Fasa / beban Beban Induk Rute 1 Rute 2
R 88 62 27 S 69 61 8 T 104 82 23
Dari  hasil  pengukuran  beban trafo  diatas  dapat  terlihat  bahwa  beban pada phasa T  jauh  lebih  besar dari pada phasa  lainnya,  sedangkan  fasa  S  lebih kecil dibandingkan fasa lainnya sehingga arus  pada  netral  bisa  dikatakan  besar sekali,
yang disebabkan ketidakseimbangannya  beban  ini.  Arus netral tersebut adalah sebagai berikut :
𝐼 𝑁 = √(𝐼 𝑅 2 ) + (𝐼 𝑆 2 ) + (𝐼 𝑇 2 ) − (𝐼 𝑅 ×  𝐼 𝑆 ) − (𝐼 𝑅 − 𝐼 𝑇 )(𝐼 𝑆 × 𝐼 𝑇 ) = √(88 2 ) + (69 2 ) + (104 2 ) − (88 ×  69) − (88 × 104) − (69 × 104) = √7744 + 4761 + 10816 − 6072 − 9152 − 7176 = √23321 − 22400 = √921 I N = 30,35 A Untuk  mengatasi  permasalahan ini  maka  harus  segera  dilaksanakan kegiatan penyeimbang  beban trafo. Dari data  pengukuran  awal,  direncanakan untuk  memindahkan  fasa  T  ke  fasa  S sebanyak  17  A.  Nilai  tersebut  diperoleh dari perhitungan sebagai berikut :
Nilai rata –rata per fasa  = Beban R + Beban S + Beban T 3 = 88+69+104 3 = 261
3 = 87 A
Karena  fasa  R  sudah  mendekati nilai 87 A, sedangkan fasa S kurang dari rata-rata,  maka  dari  itu  fasa  T  yang sudah jauh melebihi nilai rata-rata beban harus  dipindahkan  agar  ketiga  fasa tersebut mendekati nilai seimbang. Agar mencapai  nilai  yang  seimbang,  maka beban  dari  fasa  T  harus  dipindahkan sebanyak  17  A  ke  fasa  S.  Dilihat  dari kedua  rute,  maka  rute  yang  beban  nya dipindahkan yaitu fasa T rute 1 sebanyak 17 A Dengan  memperkirakan  beban yang  digunakan  sekitar  70%  dari  daya pelanggan,  maka  akan  dipindahkan sebanyak 6 pelanggan dari fasa T rute 1 ke fasa S. Yang dipindahkan yaitu fasa T tepatnya  pada  tiang  yang  terletak  2 gawang  dari  gardu  distribusi  tersebut.
Data  pelanggan  tersebut  adalah  sebagai berikut :
Gambar 3. Data pelanggan pertama yang dipindah ke fasa S (4A)
Gambar 4. Data pelanggan kedua yang dipindah ke fasa S (4A)
Gambar 5. Data pelanggan ketiga yang dipindah ke fasa S (4A)
Gambar 6. Data pelanggan keempat yang dipindah ke fasa S (4A)
Gambar 7. Data pelanggan kelima yang dipindah ke fasa S (4A)
Gambar 7. Data pelanggan keenam yang dipindah ke fasa S (6A)
Dari  data  pelanggan  tersebut dapat  diketahui  jumlah  daya  seluruhnya yaitu  sebesar  26  A.  Sedangkan  jika dirata-rata  kan  pemakaian  sebesar  70% maka seluruhnya berjumlah 18 A. Maka seluruh  pelanggan  fasa  T  pada  tiang tersebut, dapat dipindahkan ke fasa S.
Hasil  data  pengukuran  beban puncak setelah dilakukan penyeimbangan beban pada hari rabu 15 mei  2013  pada  pukul  19.30  adalah sebagai berikut:
Tabel 2. Pengukuran beban setelah dilakukan penyeimbangan beban yang pertama Fasa  / beban Beban Induk Rute 1  Rute 2 R 81 60 23 S 79 69 8 T 110 83 24 Dari data tersebut ternyata masih harus dilaksanakan penyeimbangan beban lagi karena ada peningkatan beban pada  salah  satu  fasa  pada  saat pengukuran  beban  puncak.  Hal  ini disebabkan adanya peningkatan pemakaian listrik oleh konsumen dibandingkan dengan malam
sebelumnya. Maka dilaksanakan penyeimbangan  beban  ke  2  pada  hari kamis  16  mei  2013.    Nilai  arus  netral sebelum dilaksanakannya penyeimbangan  beban  adalah  sebagai berikut :
𝐼 𝑁 = √(𝐼 𝑅 2 ) + (𝐼 𝑆 2 ) + (𝐼 𝑇 2 ) − (𝐼 𝑅 ×  𝐼 𝑆 ) − (𝐼 𝑅 − 𝐼 𝑇 )(𝐼 𝑆 × 𝐼 𝑇 ) = √(81 2 ) + (79 2 ) + (110 2 ) − (81 ×  79) − (81 × 110) − (79 × 110)
= √6561 + 6241 + 12100 − 6399 − 8910 − 8690
= √24902 − 23999 = √903
I N = 30,05 A
Dari  hasil  pengukuran  beban tersebut  dapat  dihitung  nilai  rata-rata masing-masing  fasa  dalam  keadaan seimbang adalah sebagai berikut :
Nilai rata –rata per fasa  = Beban R + Beban S + Beban T 3
= 81+79+110 3 = 270 3 = 90 A
Dari  hasil  pengukuran  beban trafo  diatas  dapat  terlihat  bahwa  beban pada phasa T masih jauh lebih besar dari pada  phasa  lainnya.  Dari  nilai  rata-rata tersebut,  maka  yang  harus  dilakukan yaitu  memindahkan  beban  pada  fasa  T sebanyak  9  A  ke  fasa  R,  dan  sebanyak 11  A  ke  fasa  S  agar  nilai  tersebut mencapai niliai yang mendekati keseimbangan.
Berdasarkan  data  tersebut,  maka harus  dilakukan  survei  terlebih  dahulu pelanggan mana yang akan dipindahkan. Dari  survey  tersebut  diperoleh  data pelanggan  yang  akan  dipindahkan  yaitu sebagai berikut :
Gambar 8. Data pelanggan pertama yang dipindah ke fasa S (2A)

## Gambar 9. Data pelanggan kedua yang dipindah ke fasa S (10A)
Gambar 10. Data pelanggan ketiga yang dipindah ke fasa S (4A)
Pelanggan  yang dipindah ke fasa S  yaitu  sebanyak  3  pelanggan  dengan total  beban  yang  dipindahkan  yaitu sebanyak 16 A. Beban yang dipindahkan tersebut  adalah diperkirakan beban  yang digunakan  berjumlah  70%  dari  batas beban. Sehingga nilainya mendekati nilai yang  harus  dipindahkan.  Sedangkan pelanggan  yang  dipindahkan  ke  fasa  R yaitu sebagai berikut :
Gambar 11. Data pelanggan pertama yang dipindah ke fasa R (4A)
Gambar 12. Data pelanggan kedua yang dipindah ke fasa R (4A)
Gambar 13. Data pelanggan ketiga yang dipindah ke fasa R (4A)
Gambar 14. Data pelanggan keempat yang dipindah ke fasa R (2A)
Setelah  selesai  memindahkan beban  sesuai  dengan  data  pelanggan diatas,  maka  setelah  itu  dilakukan pengukuran  beban  puncak.  Pada  saat melakukan  pengukuran  beban  puncak pada  malamnya  pukul  19.30  diperoleh data sebagai berikut :
Tabel 3. Pengukuran beban setelah dilakukan penyeimbangan beban kedua mendekati seimbang Fasa  / beban Beban Induk Rute 1  Rute 2 R 88 61 26 S 83 75 8 T 99 76 23 Setelah  selama  3  hari  kami melakukan kegitan penyeimbangan beban trafo pada gardu tabek gadang ini, dimulai  dari  pemilihan  trafo  yang memiliki  beban  yang  tak  seimbang, perbaikan sambungan deret,  pengukuran beban puncak setelah perbaikan sambungan  deret,  pemindahan  beban dari  fasa  yang  memiliki  beban  yang berat ke fasa  yang  memiliki  beban  yang ringan  per  rutenya,  pengukuran  beban puncak lagi setelah pekerjaan
pemindahan  beban,  setelah  beban  sudah dianggap  mendekati  seimbang  barulah pekerjaan  dilapangan  dikatakan  selesai.
Berkat ketabahan dan keringat dilapangan kami dapatkan hasil pekerjaan  yang  memuaskan  berupa pengukuran beban puncak yang mendekati seimbang. Dengan mendapatkan  beban  yang  mendekati seimbang,  tentunya  juga  diperoleh  arus netral yang kecil. Nilai arus netral setelah dilaksanakannya  penyeimbangan  beban adalah sebagai berikut :
𝐼 𝑁 = √(𝐼 𝑅 2 ) + (𝐼 𝑆 2 ) + (𝐼 𝑇 2 ) − (𝐼 𝑅 ×   𝐼 𝑆 ) − (𝐼 𝑅 − 𝐼 𝑇 )(𝐼 𝑆 × 𝐼 𝑇 ) = √(88 2 ) + (83 2 ) + (99 2 ) − (88 ×  83) − (88 × 99) − (83 × 99) = √7744 + 6889 + 9801 − 7304 − 8712 − 8217 = √24434 − 24233 = √201 I N = 14,18 A
Dari  pengukuran  beban  puncak diatas  dapat  kita  lihat  setelah  beban mendekati  seimbang  atau  bisa  dibilang seimbang  arus  netralnya  menjadi  lebih kecil,  yang  mana  sebelum  beban seimbang  arus  netral  totalnya  30,35  A dan  setelah  bebannya  diseimbangkan arus netral totalnya menjadi 14,18 A.

## KESIMPULAN
Dari pembahasan diatas maka dapat diambil beberapa kesimpulan antara lain adalah sebagai berikut :
1. Penyeimbangan  beban  trafo  yang dilakukan dapat memperkecil  losses yang  terjadi  pada  JTR,  hal  ini ditandai  dengan  mengecilnya  arus yang mengalir pada bagian netral.
2. Semakin  besar  ketidakseimbangan beban pada transformator maka arus netral  dan  losses  di  saluran  netral transformator semakin besar pula.
3. Besar  arus  netral  sebelum  beban diseimbangkan  yaitu  30,35  A, sedangkan setelah dilakukan penyeimbangan beban maka diperoleh  arus  netral  sebesar  14,18 A. Hal ini terbuki bahwa
penyeimbangan
beban dapat memperkecil arus netral trafo. DAFTAR PUSTAKA
Edminister, Joseph A. 1994. Rangkaian Listrik . Jakarta : Schaum
Fitzgeral, A.E dkk. 1985. Dasar-Dasar Elektroteknik . Jakarta : Erlangga
http://bersinar2010.files.wordpress.com http://electricdot.wordpress.com/2012/10 /15/pengaruh-
ketidakseimbangan-
pembebanan-pada-trafo- distribusi
Pirade, Yulius Salu. 2009. “Studi Beban Tidak Seimbang Terhadap Arus Netral Pada Transformator Distribusi” .MEKTEK.XI (3) : 181-183
Wijaya, Muchtar. 2000. “Dasar -Dasar Mesin Listrik” . Jakarta : Djambatan