## ANALISA EFISIENSI TRANSFORMATOR PENYULANG   YANG DIPENGARUHI OLEH KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN
MENGGUNAKAN APLIKASI ETAP 12.6.0
Mutiar 1 / Grito Sampurno 2
mutiar.tiar@gmail.com
Dosen Teknik Elektro Prodi Teknik Listrik Politeknik Negeri Sriwijaya Palembang 1 Mahasiswa Teknik Elektro Prodi Teknik Listrik Politeknik Negeri Sriwijaya Palembang 2

## ABSTRAK
Beban  yang  tidak  merata  ini  akan  menyebabkan  ketidakseimbangan  pada  jaringan,  sehingga akan  menimbulkan arus yang  mengalir  pada  penghantar  netral yang menyebabkan  rugi-rugi daya dan  penurunan  efisiensi  pada  transformator.  Penelitian  ini  dilakukan  untuk  menganalisa  efisiensi transformator  penyulang  yang  dipengaruhi  oleh  ketidakseimbangan  beban  dengan  simulai  ETAP 12.6.0.  Setelah  dilakukan  perhitungan  dan  dianalisis  didapatkan  efisiensi  transformator  tertinggi terjadi    pada  trafo  gardu  PA  0513  sebesar  sebesar  97,59%  untuk  data  lapangan  sedangkan  pada simulasi ETAP pada gardu PA 0637 sebesar  97,4%, dan efisiensi  trafo gardu terendah  terjadi pada PA 0566 sebesar 48,6% untuk data lapangan dan 49,05% untuk simulasi ETAP.
Kata Kunci : Ketidakseimbangan Beban, Rugi Daya, Efisiensi, Transformator.

## I. PENDAHULUAN

## 1.1. Latar Belakang
Ketidakseimbangan beban dipengaruhi oleh pemakaian pada beban satu fasa R, S, dan T yang beroperasi  tidak  merata.  Pembagian  awal  beban  listrik  tiap  fasa  pada  jaringan  tegangan  rendah sebenarnya  sudah  merata  namun,  seiring  dengan  bertambahnya  jumlah  pelanggan  yang  ingin menggunakan  jasa  energi  listrik  khususnya  pemasangan  sambung  baru  beban  yang  dilakukan  tidak merata,  sehingga  menimbulkan  rugi-rugi  daya  listrik  dan  sistem  pendistribusian  ke  pelanggan  tidak stabil.  Oleh  karena  itu,  dalam  penelitian  ini  penulis  tertarik  mengangkat  judul  mengenai “Analisisa Efisiensi Transformator Penyulang Yang Dipengaruhi Oleh Ketidakseimbangan Beban Menggunakan Aplikasi ETAP 12.6.0 ”.

## 1.2 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Untuk mengetahui keadaan beban puncak gardu distribusi pada penyulang Harimau.
2. Untuk  mengetahui  pengaruh  yang  diakibatkan  dari  keadaan  ketidakseimbangan  beban  gardu distribusi pada penyulang Harimau.

## 1.3 Manfaat Penelitian:
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Dapat menjelaskan keadaan beban puncak gardu distribusi pada penyulang Harimau.
2. Dapat  menjelaskan  pengaruh  yang  diakibatkan  dari  keadaan  ketidakseimbangan  beban  gardu distribusi pada penyulang Harimau.

## 1.4. Ruang Lingkup Penelitian
Pada  penelitian  ini  penulis  telah  membatasi  ruang  lingkup  pembahasan  agar  isi  dan pembahasan menjadi terarah dan dapat dicapai hasil yang diharapkan. Adapun batasan masalah yaitu menganalisa  hasil  perhitungan  dari  pengaruh  ketidakseimbangan  beban  terhadap  efisiensi transformator dan meggunakan perbandingan Aplikasi ETAP12.6.0 .
2 . TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1. Rugi – Rugi Transformator 4
Gambar 2.1 Blok Diagram Rugi – Rugi Pada Transformator.

## 2.2. Efisiensi Transformator
Efisiensi  menunjukan  tingkat  keefisienan  kerja  suatu  peralatan,  dalam  hal  ini transformator  yang  merupakan  perbandingan  rating output (keluaran)  terhadap input -nya (masukkan) yang dinyatakan dengan persamaan berikut:
Efisiensi (η) = = x 100% ................................................................ (2.1) Maka persentase efisiensi adalah : = x 100%  ...................................................................................... (2.2) dimana: Pin = Daya input transformator Pout = Daya output transformator = Pcu + Pi

## 2.3. Perhitungan Arus Beban Penuh Transformator
Daya  transformator  bila  ditinjau  dari  sisi  tegangan  tinggi  (primer)  dapat  dirumuskan sebagai berikut:
S = √ .V . I  .......................................................................................................... (2.3) 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 : I FL = √ ............................................................................................................... (2.4)
dimana :
I FL = Arus beban penuh (A)
S = Daya Transformator (kVA)
V = Tegangan sisi sekunder transformator (kV)
Besarnya persentase kenaikan beban yang dilayani dapat dihitung dengan :
% pembebeanan = x 100% ......................................... (2.5)
dimana :
I rata – rata beban = Arus rata – rata beban yang digunakan (A) I beban penuh transformator = Arus beban penuh transformator (A)
2.4. Ketidakseimbangan Beban 2
Yang dimaksud dengan keadaan seimbang adalah suatu keadaan dimana:
1. Ketiga vector arus / tegangan sama besar.
2. Ketiga  vektor  saling membentuk  sudut  120.
Sedangkan yang dimaksud dengan keadaan tidak seimbang adalah keadaan dimana salah satu atau kedua syarat keadaan seimbang tidak terpenuhi. Kemungkinan keadaan tidak seimbang ada tiga, yaitu:
1. Ketiga vektor sama besar tetapi tidak membentuk sudut 120 0 satu sama lain.
2. Ketiga vektor tidak sama besar tetapi membentuk sudut 120 0 satu sama lain.
3. Ketiga vektor tidak sama besar dan tidak membentuk sudut 120 0 satu sama lain.
Pada  gambar  2.26a  menunjukkan  diagram  vektor  arus  dalam  keadaan  seimbang.  Disini terlihat  bahwa  penjumlahan  ketiga  vektor  aruisnya  (IR,  IS,  IT)  adalah  sama  dengan  nol  sehingga tidak  muncul  arus  netral  (IN).  Sedangkan  pada  gambar  2.26b  menunjukkan  vektor  diagram  arus yang  tidak  seimbang.  Disini  terlihat  bahwa  penjumlahan  ketiga  vektor  arusnya  (I R ,  I S ,  I T )  tidak sama dengan nol sehingga muncul sebuah besaran yaitu arus netral (IN) yang besarnya bergantung dari seberapa besar faktor ketidakseimbangannya.
Gambar 2.2 Vektor Diagram Arus.
2.5. Perhitungan Ketidakseimbangan Beban 3
I rata – rata =
Dimana besarnya arus fasa dalam keadaan seimbang (I) sama dengan besarnya arus rata – rata, maka koefisien a, b dan c diperoleh dengan :
a = ....................................................................................................................... (2.6)
b = ....................................................................................................................... (2.7)
c = ....................................................................................................................... (2.8)
Pada keadaan seimbang, besarnya koefisien a, b, dan c adalah 1. Dengan demikian rata – rata ketidakseimbangan beban (dalam %) adalah :
% ketidakseimbangan = |   | |   | |   | x 100%  ........................................... (2.15)
2.6. Rugi-rugi Akibat Adanya Arus Netral Pada Saluran Netral Sekunder Transformator Sebagai akibat dari ketidakseimbangan beban antara tiap-tiap fasa pada sisi sekunder trafo (fasa  R,  fasa  S,  fasa  T)  mengalirlah  arus  netral  trafo.  Arus  yang  mengalir  pada  penghatar  netral trafo menyebabkan rugi-rugi. Rugi-rugi pada penghantar netral trafo ini dapat dirumuskan sebagai berikut:
PN  = IN2.RN  ........................................................................................................ (2.9) Dimana:
P N = Rugi-rugi pada penghantar netral trafo (watt)
I N = Arus yang menngalir pada netral trafo (A) R N = Tahanan penghantar netral trafo ( Ω ).

## 3. METODOLOGI PENELITIAN
Metode  penelitian  ini  dilakukan  dengan  pengumpulan  data  -  data  trasformator,  tranformator yang digunakan adalah transformator penyulang harimau yang mana merupakan salah satu penyulang yang  mendapat  aliran  energy  dari  trasformator  daya  3  (TD-3)  dengan  kapasitas  30  MVA  di  gardu induk  Siguntang  yang  lingkup  jaringannya  di  kelola  oleh  PT.  PLN  (Persero)  WS2JB  Unit  Layanan Pelanggan (ULP) Rayon Riva .

## 3.1. Data Beban Puncak Gardu Distribusi Penyulang Harimau
Tabel 3.1 Data Beban Puncak Gardu Distribusi Penyulang Harimau 2021
No Nama Gardu Kapasitas Trafo (KVA) Waktu Pengukuran Jurusan Arus (A) R S T N 1 PA0255 400 19:54:00 A 91 64 81 34 B 35 64 47 35 C - - - - D - - - - Total 126 128 128 69 2 PA0257 160 20:02:00 A 48 99 85 39 B 63 47 37 33 C 17 0 0 17 D 5 40 12 33 Total 133 186 134 122 3 PA0356 200 19:16:00 A 106 107 66 48 B 5 1 0 4 C - - - - D - - - - Total 111 108 66 52 4 PA0407 160 19:42:00 A 63 28 40 14 B 93 81 37 67 C - - - - D - - - - Total 156 109 77 81 5 PA0457 200 19:34:00 A 135 147 115 46 B 0 0 10 10 C 28 78 43 41 D - - - - Total 163 225 168 97 6 PA0513 50 18:35:00 A 20 35 54 24 B - - - - C - - - - D - - - - Total 20 35 54 24 7 PA0566 25 19:12:00 A 0 2 3 4 B - - - - C - - - -
D - - - - Total 0 2 3 4 8 PA0637 100 19:25:00 A 28 45 41 16 B - - - - C - - - - D - - - - Total 28 45 41 16 9 PA0663 100 20:28:00 A 5 22 4 16 B - - - - C - - - - D - - - - Total 5 22 4 16 10 PA0726 100 21:01:00 A 53 27 24 34 B 52 13 57 41 C - - - - D - - - - Total 105 40 81 75

## 4. HASIL DAN ANALISA
4.1 Hasil Perhitungan Menggunakan Data Lapangan

## 4.1.1 Perhitungan Efisiensi Transformator PA 0257
Berdasarkan  tabel  3.1  terdapat  gardu  distribusi  yang  keadaan  pembebanannya    mengalami ketidakseimbangan  dan  dapat  mempengaruhi  efisiensi  transformator  yang  dipakai.  Adapun  Langkah untuk  mencari  nilai  efisiensi  transformator  yang  dikarenakan  pembebanan  dalam  keadaan  tidak seimbang sebagai berikut :
a. Data Transformator
Merk Trafo : Sintra Nomor : PA 0257 Daya : 160 kVA Tegangan : 400/230 V Kabel Input : AAAC 150 mm 2 , R : 0,210 Ω/km Kabel Output : NYY 120 mm 2 , R : 0,153 Ω/km Cos φ : 0,85 Rugi Inti Besi : 400 W Rugi Tembaga : 10.746,873 W Rugi Netral : 2.277,252 W

## b. Arus Beban Penuh
Untuk  menentukan  arus  beban  penuh  maka  digunakan  rumus  pada persamaan  (2.21)  sebagai berikut:
I FL
= √ = 231,2 A
c. Arus Rata – Rata dan Persentase Beban Puncak
Untuk menghitung besar arus rata- rata maka digunakan rumus pada persamaan (2.23) sebagai berikut :
I rata – rata = I rata – rata =
I rata – rata = 151 A Untuk menghitung persentase beban maka digunakan rumus pada persamaan (2.22) sebagai berikut : % pembebanan = x 100%
% pembebanan = x 100%
% pembebanan = 65,31%
d. Ketidakseimbangan Beban
Oleh  karena  arus  fasa  dalam  keadaan  seimbang  adalah  arus  rata-rata  maka dalam kasus ini digunakan  koefisien  kesimbangan  beban dimana  a  =  b =  c  =  1. Sehingga  untuk  menghitung keseimbangan beban digunakan rumus (2.24 ; 2.25 ; 2.26) sebagai berikut:
a = = = 0,88 A b = = = 1,23 A c = = = 0.88 A
Untuk menghitung persentase ketidakseimbangan maka digunakan rumus (2.27) sebagai berikut :
% ketidakseimbangan = |   | |   | |   | x 100%
% ketidakseimbangan = |      | |      | |      | x 100%
% ketidakseimbangan = 15,66%
e. Rugi – Rugi Daya
Dengan  menggunakan  rumus  persamaan  rugi-rugi  daya  dapat  dihitung  sebagai berikut : ∑ = Pi + Pcu + Pn ∑ = 0,4 + 10,746873+ 2,277252 = 13,424398 KW
f. Efisiensi Transformator
Untuk  menghitung  efisiensi  transformator  dengan  menggunakan  rumus persamaan (2.15):
Efisiensi (η) = x 100% Pout =(a + b + c) x V x I x cos ф =(0,88+1,23+0,88) x 400 x 151 x 0,85 = 153,5066 kW Efisiensi (η) = x 100% = 91,95%
Dari perhitungan diatas menggunakan data lapangan, dapat diketahui besarnya nilai persentase pembebanan  dan  ketidakseimbangan  beban  pada  gardu  distribusi  penyulang  harimau  pada  table dibawah ini.
Tabel 4.1 Persentase Pembebanan, Ketidakseimbangan, Efisiensi Terhadap Standar SPLN 50  – 1997 Tahun 2021.
Nama Gardu Pembebanan Transformator (%) Ketidakseimbangan Beban (%) Efisiensi (η) % SPLN 50 - 1997 PA0255 22,02 1 93,4 Pembebanan dan Efisiensi Tidak Mencapai PA0257 65,31 15,66 91,95 Efisiensi Tidak Mencapai
PA0356 32,87 20 94,84 Efisiensi Tidak Mencapai PA0407 41,08 24,6 93,63 Efisiensi Tidak Mencapai PA0457 64,12 14,66 91,22 Efisiensi Tidak Mencapai PA0513 50,27 32,33 97,59 Efisiensi Tidak Mencapai PA0566 4 95 48,6 Pembebanan dan Efisiensi Tidak Mencapai PA0637 26,3 17,3 97,4 Efisiensi Tidak Mencapai PA0663 7,1 42,3 96,1 Pembebanan dan Efisiensi Tidak Mencapai PA0726 52,11 31 94,92 Efisiensi Tidak Mencapai

## 4.1.2.  Hasil Perhitungan Menggunakan simulasi ETAP 12.6.0
Tabel  4.2  Persentase  Pembebanan,  Ketidakseimbangan,  dan  Efisiensi  dari  ETAP  12.6.0  Terhadap Standar SPLN 50 – 1997 Tahun 2021.
Nama Gardu Pembebanan Transformator (%) Ketidakseimbangan Beban (%) Efisiensi (η) % SPLN 50 - 1997 PA0255 22,14 0,56 93,8 Pembebanan dan Efisiensi Tidak Mencapai PA0257 66,46 16 92,85 Efisiensi Tidak Mencapai PA0356 33,1 20 94,49 Efisiensi Tidak Mencapai PA0407 49,88 25,3 93,74 Efisiensi Tidak Mencapai PA0457 65,05 14,66 91,51 Efisiensi Tidak Mencapai PA0513 50,78 33,33 97,38 Efisiensi Tidak Mencapai PA0566 4 95 49,05 Pembebanan dan Efisiensi Tidak Mencapai PA0637 26,3 17,3 97,4 Efisiensi Tidak Mencapai PA0663 7,1 42,3 96,09 Pembebanan dan Efisiensi Tidak Mencapai PA0726 52,82 31,7 95,28 Efisiensi Tidak Mencapai 4.2 Analisa
Untuk  kondisi  nilai  efisiensi  tertinggi  pada  perhitungan  manual  sendiri  terdapat  pada  gardu distribusi  PA  0513  dengan  nilai  persentase  di  angka  97,59%  dan  untuk  kondisi  terendah  sendiri terdapat  pada  gardu  distribusi  PA  0566  dengan  nilai  persentase  di  angka  48,6%.  Sedangkan  pada simulasi ETAP didapatkan nilai persentase terbesar terhitung di gardu distribusi PA 0637 dengan nilai persentase efisiensi transformator 97,4% dan untuk nilai persentase yang rendah terhitung pada gardu distribusi  PA  0566  dengan  nilai  persentase  efisiensi  transformator  49,05%.  Dari  hasil  perhitungan yang  telah  diperoleh  menghasilkan  bahwa  kondisi  transformator  gardu  distribusi  penyulang  harimau rata – rata semua gardu distribusi tidak ada yang mencapai standar yang mengacu ke pada SPLN 50 – 1997 tentang spesifikasi transformator bahkan ada yang nilai efisiensinya yang jauh untuk mencapai standar  yaitu  pada  gardu  distribusi  PA  0566  mendapatkan  nilai  efisiensi  49,05%  untuk  simulasi aplikasi ETAP dan 48,6%.

## 5. PENUTUP
1. Terdapat  ada  5  transformator  di  gardu  distribusi  pada  penyulang  harimau  yang              mengalami ketidakseimbangan buruk yaitu >= 25%.
2. Ketidakseimbangan beban dapat  mempengaruhi efisiensi karena akan ada arus yang mengalir pada penghantar netral saat kondisi pembebanan transformator mengalami ketidakseimbangan sehingga menyebabkan adanya  rugi-rugi daya yang dapat menurunkan nilai efisiensi transformator yang digunakan.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Prast, Eko. 2011. Generator Electrical Protection System. ( http://projects87.blogspot.com/2009/02/generator-electrical-protection-relay.html , diakses  25 April 2021).
[2] Rakhman  Alief.  2020.  Relai-proteksi-pada-transformator.  ( https://rakhman.net/electrical- id/relay-proteksi-pada-transformator/ , diakses 25 April 2021).
[3] Hidayatullah,
Nur. 2011. Fungsi Relay / Rele Proteksi.
( http://blog.umy.ac.id/hidayat/2011/11/08/fungsi-relay-rele-proteksi/ , diakses 25 April 2021).
[4] Saputra, Bayu. 2012. Syarat Relay Pengaman.
( http://bayu93saputra.blogspot.com/2012/10/syarat-relay-pengaman.html ,  diakses  25  April 2021).