## ANALISIS KETIDAK SEIMBANGAN BEBAN TRANSFORMATOR DAYA
30 MVA 70/20 KV PT.PLN (Persero) ULTG  LAHAT

## SURYA DARMA
Dosen Tetap Yayasan Pada Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Palembang e-mail :Suryadarma.stmt @ gmai.com

## ABSTRAK
Penyediaan  energi  listrik  yang  stabil  dan  kontinu  merupakan  syarat  mutlak  yang  harus dipenuhi dalam memenuhi kebutuhan energi listrik. Namun dalam memenuhi kebutuhan tenaga listrik tersebut  terjadi  pembagian  beban  –  beban  yang  tidak  merata  sehingga  menimbulkan  suatu ketidakseimbangan beban pada transformator yang dampaknya dapat merugikan PLN.  Transformator adalah suatu alat untuk memindahkan daya listrik arus bolak – balik dari suatu rangkaian ke rangkaian lainnya. Sifat terpenting dari pembebanan yang seimbang adalah jumlah phasor dari ketiga tegangan adalah sama dengan nol, begitupula dengan jumlah phasor dari arus pada ketiga fase juga sama dengan nol.  Beberapa  aspek  yang  di  perlukan  untuk  manganalisa  ketidak  seimbangan  beban  pada transformator  daya  tersebut  antara  lain  diperlukan  penggukuran  setiap  jamnya.  Ketidak  seimbangan beban pada transformator daya selalu terjadi dan penyebab ketidak seimbangan tersebut adalah pada beban-beban  pada  pelanggan  jaringan  tegangan  rendah.  Akibat  ketidak  seimbangan  beban  tersebut timbullah  arus  di  netral  trafo.  Arus  yang  mengalir  di  netral  trafo  ini  menyebabkan  terjadinya  losses (rugi-rugi), yaitu losses akibat adanya arus netral pada penghantar netral trafo dan losses akibat arus netral  yang  mengalir  ke  tanah.  Setelah  dianalisis,  diperoleh  bahwa  bila  terjadi  ketidak  seimbangan beban  yang  besar,  maka  arus  netral  yang  muncul  juga  besar,  dan  losses  akibat  arus  netral  yang mengalir ke tanah semakin besar pula.
Kata kunci : Ketidak seimbangan Beban,Taransformator, arus netral, losses.

## 1. PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang [1].[2].[3].
Di  masa  sekarang  kebutuhan  listrik  semakin  meningkat  sejalan  dengan  berkembangnya teknologi.Perkembangan yang pesat ini harus diikuti dengan keandalan energi listrik yang dihasilkan. Saat  ini  tenaga  listrik  merupakan  kebutuhan  yang  utama,  baik  untuk  kebutuhan  sehari-hari  maupun untuk  kebutuhan  industri.Penyediaan  energi  listrik  yang  stabil  dan  kontinu  merupakan  syarat  mutlak yang harus dipenuhi dalam memenuhi kebutuhan energi listrik.  Perkembangan pembangunan di segala  bidang  menuntut  PLN  agar  dapat  menyediakan  tenaga  listrik  sesuai  dengan  kebutuhan konsumen. Namun dalam memenuhi kebutuhan tenaga listrik tersebut terjadi pembagian beban–beban yang tidak merata sehingga menimbulkan suatu ketidak seimbangan beban pada transformator

## 1.2.Tujuan Penelitian
Adapun  tujuan  dalam  penulitian  ini  Mengidentifikasi  ketidak  seimbangan  beban  yang terjadi,Melakukan kajian penyebab ketidak seimbangan beban pada transformator daya,Mencari solusi yang akandigunakan untuk ketidak seimbangan beban pada transformator daya.

## 1.3.Manfaat Penelitian.
Dengan  dilakukan  Penelitian  ini,maka  diharapkan  pihak  perusahaan  yaitu  PT.PLN  (Persero) ULTG  Lahat  dapat  mengatasi  ketidak  seimbangan  beban  yang  terjadi  serta  memberikan  solusi  yang terbaik.

## 1.4.Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian yang dilakukan adalah menganalisis ketidak seimbangan beban terhadap transformator daya 30 MVA 70/20 KV PT.PLN (Persero) ULTG Lahat.

## 2.Tinjauan Pustaka.

## 2.1.Transformator Daya .[3].[6]
Transformator merupakan suatu alat magnetoeliktrik yang sederhana, andal, dan efisien untuk mengubah  tegangan  arus  bolak  –  balik  dari  satu  tingkat  ketingkat  yang  lain.  Pada  umumnya transformator terdiri atas sebuah inti, yang terbuat dari besi berlapis, dan duah buah kumparan, yaitu kumparan  primer,  dan  kumparan  skunder.  Secara  umum  dapat  dibedakan  dua  jenis  transformator menurut kontruksinya, yaitu tipe inti, dan tipe cangkang. Pada tipe inti terdapat dua kaki, dan masing masing  kaki  dibelit  oleh  kedua  kumparan.  Sedangkang  tipe  cangkang  mempunyai  tiga  kaki,  dan hanyah kaki yang tengah – tengah yang di belit oleh kumparan.
Transformator adalah suatu alat untuk memindahkan daya listrik arus bolak – balik dari suatu rangkaian ke rangkaian lainnya. Trasnformator terdiri dari tiga komponen pokok yaitu:
 Kumparan pertama ( Primer ) yang bertindak sebagai input
 Kumparan kedua ( Skunder ) yang bertindak sebagai output
 Inti besi yang berfungsi untuk memperkuat medan magnet yang di hasilkan
Gambar.2.1.Bagian-Bagian Transformator
Gambar 2.2 bagan transformator
Dimana
U 1 : Tegangan primer U 2 : Tegangan skunder I 1 : Arus primer I 2 : Arus skunder Np: Jumlah lilitan kumparan primer Ns : jumlah lilitan kumparan skunder

## 2,1. Prinsip Kerja Transformator.[3].[6]
Apabila kumparan primer di hubungkan dengan tegangan sumbaer maka akan menggalir arus bolak  –  balik  (I 1 ) pada  kumparan  tersebut.  Oleh  karena  kumparan  mempunyai  inti,  arus  (I 1 ) menimbulkan fluks magnit yang juga berubah – ubah pada intinya. Akibat adanya fluks magnit yang berubah – ubah, pada kumparan primer akan timbul GGL induksi (e p ).
Besarnya GGL induksi pada kumparan primer adalah:
........................................................................................ (2.1) Dimana : e p : GGL induksi pada kumparan primer Np : jumlah lilitan kumparan primer
Dø : perubahan garis – garis gaya magnet dalam satuan weber
Dt : perubahan waktu dalam satuan detik
Fluks  magnit  yang  menginduksikan  GGL  induksi  (e p )  juga  dialami  oleh  kumparan skunder  karena  merupakan  fluks  bersama  ( mutual  fluks ).  Dengan  demikian  fluks  tersebut menginduksikan GGL induksi e S pada kumparan sekunder.
Besarnya GGL induksi pada  kumparan sekunder adalah:
.........................................................................................(2..2)
Dimana :   N S : jumlah lilitan kumparan sekunder.
Dari  persamaan  (1)  dan  (2)  didapatkan  perbandingan  lilitan  berdasarkan  perbandingan    GGL induksinya

## 2.3. Transformator Tiga Fasa.[3].[6].
Transformator  tiga  fasa  dapat  disusun  dari  tiga  buah  transformator  satu  fasa.  Akan  tetapi biasanya  transformator  tiga  fasa  terdiri  dari  tiga  buah  transformator  satu  fasa  yang  di  fasang  pada  1 inti.
Pada transformator tiga fasa terdapat 3 buah kumparan primer dan kumparan sekunder. Dari ketiga kumparan ( primer/sekunder) dapat di buat hubungan bintang maupun hubungan segitiga.
Gambar. 2.10. Transformator 3 fase yang disusun dari 3 buah transformator 1 fasa

## 1.Hubungan Transformator Tiga Fhasa
Secara umum ada 3 macam jenis hubungan pada transformator tiga phasa yaitu :
1. Hubungan Bintang (Y)
2. Hubungan segi 3 delta (Δ)
3. Hubungan Zigzag
2 . Hubungan bintang (Y).[9].
Hubungan  bintang  ialah  hubungan  transformator  tiga  fasa,  dimana  ujung-ujung  awal  atau akhir lilitan disatukan. Titik dimana tempat penyatuan dari ujung-ujung lilitan merupakan titik netral. Arus transformator tiga phasa dengan kumparan yang dihubungkan bintang yaitu; IA, IB, IC masing- masing berbeda 120°.
Gambar 2.11. Transformator 3 fasa hubungan bintang
Dari gambar diatas diperoleh bahwa :
I A = I B = I C = I L …………………………………………………..(2.34)
I L = Iph …………………………………………………………...(2.35)
V AB = V BC = V CA = V L-L ……………………………………………(2.36) V L-L = √ Vph. ………………………………………………………(2.37) Dimana :    V L-L = tegangan line to line ( Volt )
Vph  = tegangan phasa ( Volt ) Iph   = arus phasa ( Ampere )
IL = arus line ( Ampere )
3 . Hubungan Segitiga/ Delta (Δ) [9].
Hubungan  segitiga  adalah  suatu  hubungan  transformator  tiga  fasa,  dimana  cara penyambungannya  ialah  ujung  akhir  lilitan  fasa  pertama  disambung  dengan  ujung  mula  lilitan  fasa kedua, akhir fasa kedua dengan ujung mula fasa ketiga dan akhir fasa ketiga dengan  ujung mula fasa pertama. Tegangan transformator tiga phasa dengan kumparan yang dihubungkan segitiga yaitu; VA, VB, VC masing-masing berbeda 120°.
Gambar 2.12. Transformator 3 fasa hubungan segitiga/delta
Dari gambar diatas diperoleh bahwa :
I A = I B = I C = I L …………………………………………………….(2.38)
I L = √ Iph ……….……………………………………………….(2.39) V AB = V BC = V CA = V L-L …………………………………………….(2.40) V L-L = Vph ……………………………………………………………(2.41)
Dimana : VL-L = tegangan line to line ( Volt )
Vph  = tegangan phasa ( Volt )
IL = arus line (Ampere ) Iph   = arus phasa ( Ampere )

## 4. Hubungan Zigzag
Transformator zig – zag merupakan transformator dengan tujuan khusus. Salah satu aplikasinya adalah  menyediakan  titik  netral  untuk  sistem  listrik  yang  tidak  memiliki  titik  netral.  Pada
transformator zig – zag masing–masing lilitan tiga fasa dibagi menjadi dua bagian dan masing–masing dihubungkan pada kaki yang berlainan.
Gambar. 2.13. Transformator 3 fasa hubungan zig – zag

## 2,4, Daya Sistem 3 Fase pada Beban Yang Tidak Seimbang. [4].[5]
Sifat  terpenting  dari  pembebanan  yang  seimbang  adalah  jumlah  phasor  dari  ketiga  tegangan adalah sama dengan nol, begitupula dengan jumlah phasor dari arus pada ketiga fase juga sama dengan nol.  Jika  impedansi  beban  dari  ketiga  fase  tidak  sama,  maka  jumlah  phasor  dan  arus  netralnya  (In) tidak sama dengan nol dan beban dikatakan tidak seimbang. Ketidakseimbangan beban ini dapat saja terjadi karena hubung singkat atau hubung terbuka pada beban. Dalam sistem 3 fase ada 2 jenis ketidakseimbangan, yaitu:
1. Ketidakseimbangan pada beban.
2. ketidakseimbangan pada sumber listrik (sumber daya).
Kombinasi  dari  kedua  ketidakseimbangan  sangatlah  rumit  untuk  mencari  pemecahan permasalahannya,  oleh  karena  itu  kami  hanya  akan  ketidakseimbangan  beban  dengan  sumber  listrik yang seimbang.
Gambar 2.14. Ketidakseimbangan beban pada sistem 3 fase.
Pada  saat  terjadi  gangguan,  saluran  netral  pada  hubungan  bintang  akan  teraliri  arus  listrik. Ketidakseimbangan  beban  pada  sistem  3  fase  dapat  diketahui  dengan  indikasi  naiknya  arus  pada
salahsatu fase dengan tidak wajar, arus pada tiap fase mempunyai perbedaan yang cukup signifikan, hal ini dapat menyebabkan kerusakan pada peralatan.

## 3. METODOLOGI  PENELITIAN

## 3.1.Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian  dilakukan  pada  PT.PLN  (Persero)  ULPT  LAHAT  tentang  Ketidak  Seimbangan beban  pada  Transformator  Daya  30  MVA  70/20  KV  Garduk  Induk  Lahat  dengan  pengamatan  serta Analisis selama waktu satu bulan saja.

## 3,2.Metode Pengumpulan Data
Metode Pengumpulan Data dilakukan dengan cara sebagai berikut :
1.Metode  Observasi  langsung  Dilapangan  tempat  objeck  penelitian  dengan  mengadakan  pengamatan pada Transformator daya 30 MVA 70/20 KV di PT.PLN (Persero) ULPT LAHAT
2.Studi  Literatur  yaitu  mengumpulkan  data-data  dari  buku  Referensi  dan  jurnal-jurnal  yang  relevan dengan objectk yang di teliti
3.Wawancara  secara  langsung  dengan  stake  holder  yang  ada,tanya  jawab  pada  pegawai  pelaksana sebagai pemegang data-data yang akan dibutuhkan sesuai objectk yang akan diteliti di Gardu Induk PT.PLN (Persero) ULPT LAHAT.

## 3.3.Pengolahan Data
1.Perhitungan Arus Beban Penuh Transformator.
2.Ketidak seimbangan Beban.
3.Rugi-Rugi Daya
4.Menentukan Tegangan Titik Netral

## 3.4.Analisa Data.[7].[8].[9].
Setelah tahap pengumpulan Data  dan perhitungan ,selanjutnya melakukan analisa data yang akan  dikembangkan  berdasarkan  Literatur  yang  dipahami  dan  dipelajari  adalah  mencari  kelayakan ketidak  seimbangan  beban  pada  Transformator  daya  30  MVA  70?20  KV  Gardu  Induk  ULPT  Lahat berdasarkan penelitian pengumpulan data dan hasil Analisa untuk mendapatkan informasi yang harus disimpulkan.

## 4. Perhitungan Dan Analisis
4.1.Data Transformator 30 MVA 70/20 KV
a. Daya Nominal :30 MVA b. Pabrik : UNINDO c. Buatan : Indonesia d. Tipe / Model : TTUB 150/30000 e. Frekuensi : 50Hz
f. TeganganImpedansi
: 11,42% g. Type Pendinginan : ONAN h. VektorGrup : YNyn0 / YNd5 i. Tahanan PentanahanTransformator : 40 Ohm j. TahananTransformator : 1,8 Ohm

## 4.2.Hasil Pengeluaran Tegangan Murni
Tegngan input hasil dari peninjauan voltmeter rata – rata perhari( per jam ) V RS = 20,00 kV V RT = 20,03 kV
V ST = 20,07 kV
ArusBeban :
I R = 559 A I S = 564 A
I T = 564 A
Gambar 4.1. Skema aliran arus listrik pada sisi skunder transformator 30 MVA

## 4.3.Perhitungan
1.Menentukan Arus Pembebanan Penuh Transformator
Daya : S = 30 MVA Tegangan : V = 20 kV
√
√

## Arus rata – rata pengukuran

## 2.Menentukan Persentase Pembebanan Transformator

## 3.Menentukan Persentase Tidak Seimbang
Untuk transformator 30 MVA menentukan koefisien a, b, dan c
Maka :
Maka :
Maka :
Pada keadaan beban seimbang, koefisian a, b, dan c adalah 1. Dengan demikian rata – rata beban tidak seimbang ( dalam % ) adalah :
Beban tidak seimbang adalah : [(   ) (  –  ) (   )]
: [(       ) (         ) (         )]
: 0,16%
4.4.Perhitungan rugi-Rugi Daya.
1.Menentukan Impedansi Transformator
Impedansi transformator dapat di tentukan dengan persamaan dasar sebagai berikut :

## UntukTransformator 30 MVA
Dari data – data yang telah di berikan tegangan perfasa dengan asumsi tegangan fasa seimbang adalah :

## √
V = 11,544012 kV
Data transformatorperfasa
Arus nominal transformator adalah :
Makadiperoleh :
Impedansi transformator perfasa adalah :
( )
(  )

## =  18,65Ω
= 10%. 18,65 Ω = 1,8 Ω

## 2.Menentukan Rugi-Rugi Daya.
Disini di tentukanrugi – rugi daya transformator pada saat beban tidak seimbang.
Dimana :

## Didapar sebesar 15,6
R th = tahanan pentanahan di titik netral terdiri dari tahanan tanah dan tahanan netral sebesar 40 + 4,5 Ω = 44,5 Ω.
Gambar 4.2. menentukan rugi – rugi daya transformator
Jadi rugi daya akibat ketidak seimbangan beban
= ( 15,6 ) 2 . 44,5 Ω= 10829,5 watt
Nilai losses inibiladiasumsikan dalam persen adalah :

## 4.5.Perhitungan Tegangan  Titik Netral
Tegangan titik netral terjadi karenaa danya beban yang tidak seimbang pada sistem tiga fasa. Dampak dari ketidak seimbang tersebut menyebabkan bergesernya titik netral.
Pergeseran  titik  netral  ini  tergantung  dari  besar  kecilnya  arus  dari  masing  –  masing  fasa. Bilaarus dengan fasa seimbang, maka titik netral tidak akan bergeser.
Pergeseran  ini  menyebabkan  terjadinya  tegangan  antara  titik  netral  dengan  titik  pentanahan, sehingga akan timbul arus tanah. Besarnya tegangan antara titik netral dengan titik pentanahan dapat ditentukan dengan menggunakan teganan yang terjadi pada masing – masing fasa, dengan perhitungan secara vektoris yaitu :
V R = 20,00 kV
V S = 20,03 kV
V T = 20,07 kV
Disini di asumsikan bahwa sudut antar fasa seimbang, yaitu sebesar 120 o maka secara viktoris, jumlah tegangan antar fasa adalah :
√( ) ( )
Makaakan di peroleh :
√(     ) (     ) (     )(     )
√

## √
Vector tegangan yang terjadi adalah seperti gambar berikutini :
Gambar 4.2. Vector tegangan fasa transformator
Oleh karena tegangan (V R + V T ) dan tegangan V S mempunyai vector yang berlawanan, maka tegangan titik netral dapat di tentukan sebagai berikut : V N = (V R + V T ) – V S = =

## 4.6.Analisa
Dari  hasil  perhitungan  dapat  dilihat  bahwa,  dengan  adanya  ketidak  seimbangan  beban  pada transformator akan menimbulkan ketidak seimbangan arus, dan akan mengakibatkan rugi – rugi daya u ntuksetiap fasa yang tidak seimbang, yaitu:
Tabel 4.1 Hasil Perhitungan

## Transformator 30 MVA
Arusbebanpenuh 866,02 A Arus rata – rata 562,33 A Persentasepembebanan 64 % Persentasetidakseimbang 0,16 % Tegangan ( V ) 11,54 kV Data transformatorperfasa 10.000 kVA Arus nominal 866,24 A Impedansitransformatorperfasa 13,32 ohm Sumber data Hasil Perhitungan
Dengan  terjadinya  ketidak  seimbangan  tersebut,  maka  akan  menimbulkan  pergeseran  titik netral sebesar pada transformator 30 MVA. Bila dilihat besarnya tegangan antara (V R + V T ) dan  tegangan  V S .  Maka  pergeseran  titik  netral  adalah  keara  hsis  itegangan  (V R +  V T ).    di  bebani sebesar 64,93%. Sedangkan keadaan tidak seimbnag bebannya adalah 0,1%. Yang berarti transformato rtersebut  belum  berbeban  penuh,  tapi  sudah  mengalami  ketidak  seimbangan  beban.  Ketidak seimbangan beban tersebut mengakibatkan ketidak seimbangan arusbeban, sehingga rugi – rugi daya tidak merata yang mengakibatkan terjadinya pergeseran titik netral.

## 5.Penutup.

## 5.1. Kesimpulan Dan Saran
Dari  hasil  analisa  ketidak  seimbangan  beban  pada  transformato    daya  30  MVA  70/20  kV  di  Gardu Induk Lahat, didapat perhitungan arus beban penuh (I FL ) sebesar ,dengan arus rata – rata (I RT )
,  dan  persen  tase  pembebanan
.Untuk  persentase  koefisien  tidak  seimbang  sebesar 0,16 %  dengan  rugi  –  rugi  daya  akibat  keadaan  ketidak  seimbangan  baban  (  0,045  kVA  ) Tegangan pada titik netral di peroleh yaitu sebesar .

## 5.2.Saran
Pada  penggunaan      transformator  30  MVA  di  Gardu  induk  Lahat  yang  secara  langsung  mensuplai Energi listrik kekonsumen secara kontinyu memiliki ketidak seimbangan pada fasa R, dan di usahakan agar pembagian beban biasa merata agar tidak ada arus yang mengalir kenetral.

## DAFTAR PUSTAKA
[1].  Dewanto  Bagus  A.S.  2010. Pengaruh  Variasi  Pembebanan  Terhadap  Tegangan  Incoming  Dan Outgoing  Trafo  Distribusi  20  kV .  Tugas  Akhir.  Jurusan  Teknik  Elektro  Fakultas  Teknik Universitas Negeri Malang.
[2],DahlanMoh.ISSN1979-6870. Akibat Ketidakseimbangan Beban Terhadap Arus Netral dan Losses Pada Tranformator Distribusi.FakultasTeknikUniversitas Maria Kudus.
[3]. Kadir Abdul. 1989. Transformator, PT Elex Media Komputindo, Kelompok Gramedia, Jakarta, Indonesia
[4].  MaxtradaBico.2008. Pengaruh  Ketidak  Seimbangan  Beban  Antara  Fasa–  Fasa  Menggunakan Transformator  Dengan  Fasa  Netral  Terhadap  Hasil  Pengukuran. Lembaga  Penelitian Universitas Indonesia
[5]. Rabudi,Andri. 2009. Analisa Ketidak Seimbangan Beban Pada Trasnformator Daya 15 MVA di GarduInduk Bukit Siguntang Palembang, Lembaga Penelitian Universitas PGRI Palembang ( TidakDipublikasikan )
[6]. Sumanto. 1991 . TeoriTrasformator, Yogyakarta, Indonesia
[7]. SukmadiTejo, 2009. WinardiBambang, Perhitungan Dan Aanalisis Keseimbangan Beban Pada Sistem  Distribusi  20  KV  Terhadap  Rugi-Rugi  Daya  (STUDI  KASUS  PADA  PT.  PLN  UPJ SLAWI) Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro.
[8] Sibarani David E. 2009 . Pengaruh Pemerataan Beban Terhadap Rugi – Rugi Jaringan Tegangan Rendah  Transformator  Distribusi  (AplikasiPada  PT.  PLN  (  Persero  )  Rayon  Medan kota.FakultasTeknik. Universitas Sumatra Utara Medan.
[9].  LumbanrajaHotdes. 2008. Pengaruh  Beban  TIdak  Seimbang  Terhadap  Efisiensi  Transformator Tiga Fasa Hubungan Open-Delta.FakultasTeknik. Universitas Sumatra Utara Medan.