## ANALISA BEBAN TRANSFORMATOR DISTRIBUSI 3 FASA PADA PENYULANG 1 PT. PLN (PERSERO) ULK TARAKAN
Achmad Budiman 1 , Andi Munair 2
1,2 Universitas Borneo Tarakan, Tarakan, Kalimantan Utara, Indonesia
1 achmad1177@gmail.com
2 munaerr_je@gmail.com
Abstract — In the distribution of electrical energy to customers, sometimes  not  all  of  the  energy  generated  reaches  the customer  due  to  losses  incurred  in  the  transformer.  In  this study the authors conducted a focused analysis on the 3 phase distribution  transformer  on  feeder  1  located  at  PT.  PLN (Persero)  ULK  Tarakan  to  determine  the  effect  of  the unbalanced  3 phase  distribution  transformer  load  on  current, power  losses  and  transformer  efficiency.  From  the  results  of the  calculation  of  data  analysis  that  of  the  38  transformers that  can  be  said  to  be  balanced  that  still  meet  the  IEEE standard  requirements  there  are  19  transformers  for  the morning and 12 transformers for the evening. While that can be  said  to  be  unbalanced  that  does  not  meet  IEEE  standards there are 19 transformers for the morning and 26 transformers for  the  evening.  Efficiency  will  be  greater  if  the  incoming power and the outgoing power does not have a large difference or  efficiency  will  be  greater  if  the  losses  (losses)  power  is getting  smaller  but  vice  versa.  Power  losses  due  to  neutral currents  flowing  in  neutral  conductors  can  be  reduced  if  the cross-sectional area is enlarged, but a large cost is required. Keywords —3 phase transformer, load imbalance, and neutral current
Intisari — Transformator  merupakan  salah  satu  perangkat listrik  yang  berperan  penting  dalam  pendistribusian  energi listrik ke pelanggan. Dalam pendistribusian energi listrik ke pelanggan, terkadang tidak semua energi yang dibangkitkan sampai  ke  pelanggan  karena  adanya  rugi-rugi  yang  terjadi pada  transformator.  Pada  penelitian  ini  penulis  melakukan analisa yang terfokus di transformator distribusi 3 fasa pada penyulang  1  yang  terdapat  di  PT.  PLN  (Persero)  ULK Tarakan  untuk  mengetahui  pengaruh  ketidakseimbangan beban  transfomator  distribusi  3  fasa  terhadap  arus,  rugi- rugi  daya dan  efisiensi  transformator.  Dari  hasil perhitungan  analisa  data  bahwa  dari  ke-38  transformator yang  dapat  dikatakan  seimbang  yang  masih  memenuhi syarat  standar  IEEE  ada  19  transformator  untuk  pagi harinya  dan  12  transformator  untuk  malam  harinya. Sedangkan  yang  dapat  dikatakan  tidak  seimbang  yang sudah  tidak  memenuhi  standar  IEEE  ada  19  transformator untuk pagi harinya dan ada 26 transformator untuk malam harinya.  Efisiensi  akan  semakin  besar  apabila  daya  masuk dan  daya  keluar  tidak  mempunyai  selisih  yang  besar  atau efisiensi  akan  besar  apabila  rugi-rugi  ( losses )  daya  semakin kecil namun sebaliknya. Rugi-rugi ( losses ) daya akibat arus netral  yang  mengalir  pada  penghantar  netral  dapat dikurangi  bila  luas  penampang  di  perbesar,  namun diperlukan biaya yang besar Kata  Kunci — Transformator  3  fasa,  ketidakseimbangan beban, dan arus netral

## I. PENDAHULUAN
Seiring  pesatnya  pembangunan  di  Kota  Tarakan diberbagai  bidang  maka  dari  itu  dituntut  adanya  sarana
dan  prasarana  yang  dapat  mendukung,  yaitu  sumber tenaga listrik. Saat ini tenaga listrik merupakan kebutuhan yang  sangat  penting,  baik  untuk  kehidupan  sehari-hari maupun kebutuhan industri. Karena sumber tenaga listrik mudah  untuk  disalurkan  dan  dikonversikan  kedalam bentuk  tenaga  lainnya[1].  Penyediaan  tenaga  listrik  yang baik  dan  stabil  merupakan  syarat  mutlak  yang  harus dipenuhi dalam memenuhi kebutuhan tenaga listrik[2]. Transformator  merupakan  salah  satu  perangkat  listrik yang berperan penting dalam pendistribusian energi listrik ke  pelanggan[3].  Dalam  pendistribusian  energi  listrik  ke pelanggan, terkadang tidak semua energi yang dibangkitkan  sampai  ke  pelanggan  karena  adanya  rugi- rugi  yang  terjadi  pada  transformator[4].  Pada  dasarnya dilakukan  pembagian  beban  yang  secara  merata,  karena adanya  ketidaksamaan  waktu  penggunaan  beban  dan kapasitas  beban  akan  menimbulkan  ketidakseimbangan beban  yang  berdampak  pada  persediaan  tenaga  listrik pada transformator distribusi.
Ketidakseimbangan  beban  yang  dimaksudkan  adalah ketidakseimbangan  beban  antar  fasa  (fasa  R,  fasa  S  dan fasa  T)  menyebabkan  arus  mengalir  dipenghantar  netral transformator.  Arus  yang  mengalir  di  penghantar  netral transformator  distribusi  ini  dikatakan  sebagai  rugi-rugi ( losses ) daya.
II. LANDASAN TEORI
A. Transformator Distribusi Transformator  distribusi  adalah  suatu  peralatan  listrik utama  yang  berperan  penting  untuk  penyaluran  daya listrik dalam suatu sistem distribusi, yang berfungsi untuk menurunkan  tegangan  distribusi  primer  yang  merupakan tegangan  menengah  menjadi  tegangan  rendah  pada  sisi sekunder[5].  Transformator  distribusi  yang  umum digunakan  adalah  transformator step  down 20/0.4  kV, tegangan  fasa-fasa  sistem  JTR  adalah  380  V,  karena terjadi drop  voltage maka  tegangan  rak  TR  dibuat  diatas 380  V  agar  tegangan  pada  ujung  beban  menjadi  380  V. Pada kumparan primer akan mengalir arus jika kumparan primer  di  hubungkan  ke  sumber  listrik  bolak-balik, sehingga  pada  inti  transformator  yang  terbuat  dari  bahan feromagnet  akan  terbentuk  sejumlah  garis-garis  gaya magnet (fluks)[6]. Karena arus yang mengalir merupakan arus  bolak-balik  maka  garis-garis  gaya  magnet  (fluks) terbentuk  pada  inti  yang  akan  mempunyai  arah  dan jumlah  yang  berubah-ubah[7].  Jika  arus  yang  mengalir berbentuk  sinusoidal  maka  garis-garis  gaya  magnet (fluks)  yang  terjadi  akan  berbentuk  sinusoidal  pula.
Karena  garis-garis  gaya  magnet  (fluks)  tersebut  yang mana  pada  intinya  terdapat  lilitan  primer  dan  lilitan sekunder  maka  pada  inti  primer  dan  sekunder  tersebut akan  timbul  GGL  (Gaya  Gerak  Listrik)  induksi,  tetapi arah  dari  GGL  induksi  primer  berlawanan  dengan  arah GGL  induksi  sekunder  sedangkan  frekuensi  masing- masing  tegangan  tersebut  sama  dengan  frekuensi sumbernya.

## B. Standar  Nilai  Ketidakseimbangan  (IEEE  std.446- 1980)
Nilai  ketidakseimbangan  arus  bisa  dinyatakan  dalam bentuk  persentase  (%)  sesuai  dengan  standar  IEEE ( Institute of Electrical and Electronic Engineer ) Std. 446- 1980  ( IEEE  Recommended  Pratice  For  Emergency Standby  Power  System  For  Industrial  and  Commercial Application )  yaitu  sebesar  5%  sampai  20%.  Adapun standar dan batas toleransi terlihat pada Tabel. 1
Tabel 1. Standar atau batas toleransi ketidakseimbangan beban
Keterangan: 1,2,5,6 Tegangan pada sumber daya
3,4,7 Dihasilkan dari interaksi antara sumber dan beban
8,9,10 Tergantung pada jumlah beban

## III. METODE PENELITIAN
A. Diagram Alur Penelitian
Gambar 1. Diagram Alur Proses Penelitian

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

## A. Sistem  Tenaga  Listrik  PT.  PLN  (Persero)  ULK Tarakan
PT.  PLN  (Persero)  ULK  Tarakan  memiliki  10 Penyulangyang terhubung dari pembangkit ke beban, dari 10  Penyulangdalam  penelitian  ini  hanya  akan  membahas tentang beban transformator distribusi yang terdapat pada Penyulang1  PT.  PLN  (Persero)  ULK  Tarakan.  Penelitian ini  dilakukan  dengan  cara  mengambil  data  dan  observasi dilapangan,  setelah  itu  dilanjutkan  dengan  menganalisis pembeban  yang  terjadi  di  Penyulang  1.  Apakah pembebanan  yang  terjadi  pada  pagi  hari  sama  dengan pembebanan yang terjadi pada malam hari.

## B. Data  Spesifikasi  Transformator  Distribusi  PT. PLN (Persero) ULK Tarakan
Data  spesifikasi  transformator  distribusi  ini  di  ambil dari  PT.  PLN  (Persero)  ULK  Tarakan.  Beberapa  merek transformator distibusi 3 fasa yang terdapat di Penyulang 1  di  setiap  gardu  memiliki  daya  yang  berbeda-beda  serta pertumbuhan  beban  di  daerah  ini  pun  sangat  pesat sehingga  gardu  distribusi  yang  terdapat  di  Penyulang  1 semuanya  berjumlah  38  gardu  yang  memiliki  kapasitas mulai  dari  25,  50,  100,  160  sampai  200  kVA.  Semakin meningkatnya  pertumbuhan  beban  maka  semakin  tinggi juga  kapasitas  daya  yang  dibutuhkan  pada  gardu distribusi.  Data  spesifikasi  transformator  yang  berada  di
No. Parameter Maksimum 1 Regulasi tegangan keadaan mantap +5,-10 s/d +10%,-15% (ANSI C84,1-1970) adalah +6,-13% 2 Gangguan Tegangan
Drop tegangan sementara tegangan lebih transient -25% s/d -30% Tidak lebih dari 0,5 s -100% dengan lama 4 s/d 20 ms +150% s/d 200% tidak boleh dari 0,2 ms 3 Distorsi tegangan Harmonik 3%-5% (beban linier) 4 Noise Tidak ada standar 5 Variasi frekuensi 50 Hz ± 0,5 Hz sampai 1 Hz 6 Perubahan frekuensi Sekitar 1 Hz 7 Ketidakseimbangan beban 5% s/d 20% mak. Pada setiap fasa 8 Ketidakseimbangan tegangan 3 2,5% s/d 5% 9 Faktor daya 0,18 s/d 0,9 10 Kapasitas beban 0,75 s/d 0,85 (beban terpasang)
Penyulang  1  PT.  PLN  (Persero)  ULK  Tarakan  dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Prakiraan Konsumsi Energi Listrik Kabupaten Berau
Tabel 3. Data Spesifikasi transformator distribusi pada penyulang 1

## C. Data Pengukuran Transformator Distribusi
Data  pengukuran  transformator  distribusi  yang  di peroleh  dari  PT.  PLN  (Persero)  ULK  Tarakan  pada Penyulang  1  terdapat  data  pengukuran  pagi  dan  data pengukuran  malam,  data  pengukuran  dapat  dilihat  pada tabel berikut ini.
Tabel 4. Data pengukuran transformator pada pagi hari
Tabel 5. Data Pengukuran Transformator pada malam hari

## D. Data Perhitungan Transformator Distribusi
Dari  data  pengukuran  kita  dapat  menghitung  analisis beban  puncak,  segitiga  daya,  analisis  ketidakseimbangan beban,  analisis  akibat  dari  ketidakseimbangan  beban, analisis rugi-rugi ( losses ) daya dan efisiensi transformator distribusi  pada  gardu  SDM  17  yang  terdapat  pada Penyulang 1.

## E. Analisis Beban Puncak Transformator
Dalam  analisis  beban  ini  perlu  diketahui  terlebih dahulu arus beban penuh denganmenggunakan persamaan berikut dan nilai dari Tabel (3) adalah:
dengan: I F = Arus beban penuh pada beban 3 fasa (A) S = Daya pada transformator (VA) V L- =Tegangan pada sisi sekunder transformator pada tabel spesifikasi (V)
Untuk  mencari  arus  rata-rata  dengan  persamaan  (2.3) adalah:
1. Pada pagi hari (nilai dari tabel 4)
2. Pada Malam hari (nilai dari tabel 5)
Jadi  persentase  pembebanan  dapat  dihitung dengan persamaan adalah:
a. Pagi hari :
b. Malam hari :
Dari hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa beban puncak terjadi pada pagi hari yaitu 84%.

## F. Analisis Segitiga Daya pada Transformator
Untuk  mencari  daya  semu  dengan  persamaan sebagai berikut.
1. Pada pagi hari nilai dari tabel 4. 𝑆 = 𝑉 𝐿 − 𝐿 × 𝐼 𝑟𝑎𝑡𝑎 − 𝑟𝑎𝑡𝑎 =384×336,02 =129.031,68 𝑉𝐴
=129,03 𝑘𝑉𝐴
2. Pada malam hari nilai dari tabel 5.
𝑆 = 𝑉 𝐿 − 𝐿 × 𝐼 𝑟𝑎𝑡𝑎 − 𝑟𝑎𝑡𝑎 =382×311,19 =118.874,58 𝑉𝐴 =118,88 𝑘𝑉𝐴
S = Daya semu 3 fasa (VA)
V L-L = Tegangan 3 fasa (V) I rata-rata = Arus rata-rata 3 fasa (A)
Untuk Mencari daya aktif dengan persamaan sebagai berikut :
1. Pada pagi hari nilai dari tabel 3 dan 4
2. Pada malam hari dari tabel 3 dan 5

## G. Analisis Ketidakseimbangan Beban
Dengan  persamaan  berikut,  koefisien  a,  b  dan  c dapat diketahui besarnya, dimana besarnya arus perfasa dalam  keadaan  seimbang  ( 3×𝐼 ) sama  dengan  besarnya arus  rata-rata  ( 𝐼 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 ) dengan  persamaan-persamaan berikut:
1. Pada pagi hari nilai dari tabel 4.
Jadi  persentase  ketidakseimbangan  beban  dalam(%) adalah :

## 2. Pada malam hari nilai diambil dari tabel 5.
Jadi  persentase  ketidakseimbangan  beban  dalam (%) adalah :

## H. Analisis Efisiensi Transformator
Untuk  mengetahui  nilai  efisiensi  adalah  dengan menggunakan persamaan sebaai berikut :
1. Pada Pagi hari tabel 3 dan 4
𝑃 𝑜𝑢𝑡 = (𝑎+𝑏+𝑐) 𝑉 𝐿−𝑁 ×  𝐼 𝐿−𝑁 ×  𝑐𝑜𝑠𝜑 =(1,05+1,03+0,92)222×194×0,85 =109.823,4 𝑊 = 109,82 kW
Jadi efisiensi transformator pada pagi hari adalah :
2. Pada malam hari tabel 3 dan 5
𝑃 𝑜𝑢𝑡 = ( 𝑎 + 𝑏 + 𝑐) 𝑉 𝐿 − 𝑁 × 𝐼 𝐿 − 𝑁 × 𝑐𝑜𝑠𝜑 = 1,08+1,02+0,90 221×179,67× 0,85 =101.253,02 𝑊 =101,25 𝑘𝑊 Jadi efisiensi transformator pada malam hari adalah :
η = Efisiensi transformator (%) P in = Daya masuk (W)
P out = Daya keluar (W)
P losses = P N
Dari hasil perhitungan dengan persamaan diatas kita dapat mengetahui  ketidakseimbangan  beban  yang  terjadi  pada pagi hari dan malam hari. Ketidakseimbangan beban lebih besar  terjadi  pada  pagi  hari  karena  penggunaaan  beban pada  transformator  SDM  17  adalah  perkantoran  yang dimana  beban  yang  digunakan  lebih  besar  di  pagi  hari daripada  malam  harinya.  Untuk  perhitungan  selanjutnya dapat  dilihat  pada  Tabel  6  dan  7  dengan  menggunakan persamaan-persamaan diatas.
Tabel 6. Data hasil perhitungan transformator pada pagi hari
Tabel 7 data hasil perhitungan transformator pada malam hari
Dari hasil perhitungan didapatlah persentase pembebanan yang ada di Penyulang 1 PT. PLN (Persero) ULK  Tarakan.  Nilai  ketidakseimbangan  bisa  dinyatakan dalam bentuk persentase (%) sesuai dengan standar IEEE Std.  446  1980  ( IEEE  Recommended  Pratice  For Emergency  Standby  Power  System  For  Industrial  and Commercial Application ) nilai toleransi 5% sampai 20%. Ketidakseimbangan beban yang terjadi pada transformator  distribusi  dikarenakan  beban-beban  yang berada  di  fasa  R,  fasa  S  dan  fasa  T  tidak  seimbang (memiliki  selisih  yang  jauh).  Pada  dasarnya  dilakukan pembagian  beban  yang  secara  merata,  karena  adanya ketidaksamaan  waktu  penggunaan  beban  dan  kapasitas beban  maka  timbullah  ketidakseimbangan  beban  yang berdampak  pada  penyediaan  tenaga  listrik  pada transformator  distribusi  SDM  17.  Untuk  mengurangi ketidakseimbangan  beban  yang  terjadi  dapat  dilakukan pemerataan beban  yang ada di fasa  R, fasa S dan  fasa T. Akibat  terjadinya  ketidakseimbangan  beban  yang  terjadi pada  fasa  R,  fasa  S  dan  fasa  T  di  transformator  maka timbullah arus netral  yang  mengalir di penghantar  netral. Selain  itu  timbulah  rugi-rugi( losses )  pada  penghantar netral yang hasilnya dapat dilihat pada Tabel 8 dan 9.
Tabel 8. Data hasil perhitungan rugi-rugi ( losses ) yang mengalir pada penghantar netral pada transformator yang masih dalam keadaan seimbang
Tabel 9. Data hasil perhitungan rugi-rugi ( losses ) yang mengalir pada penghantar netral pada transformator yang sudah tidak dalam keaadan seimbang
Arus  netral  yang  mengalir  di  penghantar  netral transformator dapat menimbulkan rugi-rugi ( losses ) daya. Besar  kecilnya  rugi-rugi  ( losses )  dayayang  terjadi dipengaruhi oleh besar kecilnya arus netral yang mengalir pada penghantar netral dan dari hasil perhitungan efisiensi juga  dapat  diketahui  untuk  memperoleh  nilai  efisiensi yang besar maka harus diusahakan rugi-rugi ( losses ) daya yang terjadi kecil.

## V. KESIMPULAN
Dari hasil perhitungan dan analisa data dapat diambil kesimpulan seperti berikut:
A. Waktu  Beban  Puncak  (WBP)  terjadi  pada  pagi  hari dimana  persentase  pembebanan  adalah  84%  lebih besar  daripada  persentase  pembebanan  di  malam harinya  adalah  77,80%.  Dimana  penggunaan  beban transformator SDM 17 adalah untuk perkantoran yang lebih  banyak  menggunakan  energi  listrik  dipagi harinya dari pada malam harinya.
B. Dari  ke-38  transformator  yang  dapat  dikatakan seimbang  yang  masih  memenuhi  syarat  standar  IEEE ada  32  transformator  untuk  pagi  harinya  dan  31 transformator  untuk  malam  harinya.  Sedangkan  yang dapat  dikatakan  tidak  seimbang  yang  sudah  tidak memenuhi  standar  IEEE  ada  6  transformator  untuk pagi  harinya  dan  ada  7  transformator  untuk  malam harinya.
C. Besar  kecilnya  selisih  nilai  beban  arus  pada  fasa  R, fasa  S  dan  fasa  T  akan  mempengaruhi  nilai  rata-rata kesetidakseimbangan  beban  dan  nilai  arus  yang mengalir dipengahantar netral transformator.
D. Rugi-rugi ( losses ) daya yang terjadi pada transformator  akan  semakin  besar  apabila  arus  yang mengalir  di  penghantar  netral  transformator  semakin besar dan sebaliknya.
E. Efisiensi akan semakin besar apabila daya  masuk dan daya  keluar  tidak  mempunyai  selisih  yang  besar  atau efisiensi  akan  besar  apabila  rugi-rugi  (losses)  daya semakin kecil namun sebaliknya.
F. Rugi-rugi  ( losses )  daya  akibat  arus  netral  yang mengalir  pada  penghantar  netral  dapat  dikurangi  bila luas  penampang  di  perbesar,  namun  diperlukan  biaya yang besar.

## REFERENSI
[1]   Cekdin,  Cekmas  dan  Barlian,  Taufik.  2013. Transmisi Daya Listrik . Yogyakarta: ANDI
Yogyakarta.
[2]  Handajadi,  Wiwik.  (2010).  “ Optimalisasi  dan Peningkatan  Efesiensi  Penggunaan  Energi  Listrik pada  Peralatan  Listrik  Untuk  Proses  Kimia ”. Prosiding  Seminar  Nasional  Aplikasi  SAINS  dan Teknologi. Institu SAINS & Teknologi AKPRINDO. Yogyakarta. Hal. A56-A60
[3]  Hidayat,  Sopiar  Noor.  2017. Analisa  Beban Transformator Distribusi 3 Fasa Pada Feeder 3 PT.
PLN  Nunukan .  Skripsi.  Tarakan:  Univ.  Borneo Tarakan.
[4]   Kadir, Abdul. 2000. Distribusi dan Utilisasi Tenaga Listrik. Jakarta:Penerbit  Universitas  Indonesia  (UI- Press)
[5]  Siregar, MHD. Arifin.
2013. Analisis
Ketidakseimbangan  Beban  pada  Transformator Distribusi  Di  PT.  PLN  (Persero)  Rayon  Panam Pekan Baru . Pekan Baru: Univ. Islam Negeri Sultan Syarif Kasim Riau.
[6]  Suhadi,  dkk.  2008. Teknik  Distribusi  Tenaga  Listik Jilid  1 .  Jakarta:  Direktorat  Pembinaan  Sekolah Menengah Kejuruan.
[7]  Tanjung,  Abrar. 2012. Analisis Sistem Distribusi 20 kV  Untuk  Memperbaiki  Kinerja  dan  Keandalan Sistem Distribusi Menggunakan Electrical Transient Analisys  Program .  Skripsi.  Pekan  Baru:  Univ. Lancang Kuning.
[8]   (2017)  kmi.  [Online].  Available: www.kmi.co.id standart specification: IEC 60202-1