Laporan Penelitian
PENGUJIAN TAPPING TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR DISTRIBUSI 20
Oleh : Ir. Leonardus Siregar, MT Dosen Tetap Fakultas Teknik
LEMBAGA PENELITIAN UNIVERSITAS HKABP NOMMENSEN MEDAN 2013
Kata Pengan Pengantar tar Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yeang maha pengasih, atas segala kasih kasih karuni karunia a dan dan kemu kemurah rahanan-Nya Nya kepada kepada peneli peneliti, ti, sehing sehingga ga peneli penelitia tian n deng dengan an judul judul “Analisa Pengujian Tapping Transpormator Transpormator Distribusi 20 KV.” dapat diselesaikan. diselesaikan. Penelitian ini merupakan salah satu Tri Dharma Perguruan Tinggi di bidang Penelitian Fakultas Teknik Universitas HKBP Nommensen. Dalam melaksanakan penelitian ini, penulis banyak menerima masukan-masukan dan bantuan dar berbagai pihak. Untuk itu dalam ke sempatan ini peneliti mengucapkan banyak terima kasih, khususnya kepada : 1. Bapak Ketua Lembaga Lembaga Penelitian Penelitian Universit Universitas as HKBP Nommensen Nommensen Medan 2. Bapak Bapak Rektor Rektor Unive Universi rsitas tas HKBP HKBP Nomme Nommense nsen n 3. Bapak Dekan Dekan dan Staf Staf Pegawai Pegawai Fakultas Fakultas Teknik Teknik Unive Universitas rsitas HKBP Nommens Nommensen en 4. Bapak Ketua Progr Program am Studi Studi Fakultas Fakultas Teknik Teknik Universit Universitas as HKBP Nommensen Nommensen Medan. Medan. Akhirnya Akhirnya peneliti peneliti menguc mengucapkan apkan banyak banyak terima terima kasih kasih kepada kepada semua pihak pihak yang, semoga semoga penelitian ini berguna berguna bagi institusi institusi Universitas HKBP Nommensen, bagi pembaca maupun masyarakat. Medan, Januari 2013 Peneliti,
Ir. Leonardus Siregar, MT
DAFTAR ISI Kata Pengantar..................................................................................................................... i Dafta Isi .............................................................................................................................. ii Ringkasan .......................................................................................................................... iii I.
Pendahuluan ................................................................................................................ 1 1.1. Latar Belakang ..................................................................................................... 1 1.2. Perumusan Masalah............................................................................................... 1 1.3. Tujuan dan Kegunaan Penelitian ........................................................................... 1
II. Tinjauan Pustaka
........................................................................................................
2
2.1. Jenis-Jenis Hubungan Belitan Transformator Tiga Phasa ....................................... 2 2.2. Tapping ............................................................................................................... 2.2.1. Tap Changer Tanpa beban ............................................................................ .. 2.2.2. Tap Changer Berbeban
4 6
................................................................................... 7
2.3. Variasi Tegangan Selama Perubahan Tapping .................................................... 10 III. Metodologi Penelitian ................................................................................................ 11 3.1. Penggulungan Kumparan (Coil Winding) Belitan.................................................
11
3.1.1. Sisi Sekunder ...............................................................................................
12
3.1.2. Sisi Primer ....................................................................................................
12
3.2. Penyambungan Hubungan Antar Kumparan (Coil Assembly) ............................
14
3.3. Pengujian Transformator ................................................................................... 15 3.3.1. Pengujian Tanpa Beban ..................................................................................
15
3.3.2. Pengujian Hubung Singkat .............................................................................. 16 3.3.3. Peralatan Pengujian .......................................................................................... 3.3.4. Rangkaian Pengujian Beban Nol
17
................................................................... 17
3.3.5. Rangkaian Pengujian Hubung Singkat ............................................................
17
3. 3.6. Pemanfaatan Tapping pada Jaringan Distribusi ...............................................
18
IV. Hasil dan Analisa ....................................................................................................... 19 4.1. Data Hasil Pengujian Beban Nol dan Hasil Perhitungan Percobaan Berbeban ....... 19 4.2. Data Hasil Pengujian Hubungan Singkat ............................................................... 20 4.3. Hasil Perhitungan Pengaturan Tapping ................................................................. 25 V. Kesimpulan .............................................................................................................. Daftar Pustaka
29
.............................................................................................................. 28
RINGKASAN Pusat-pusat pembangkit tenaga listrik berada jauh dari pusat beban, hal ini mengakibatkan kerugian yang cukup besar dalam penyaluran daya listrik. Kerugian tersebut disebabkan oleh saluran yang cukup panjang, sehingga dalam penyaluran daya listrik melalui transmisi maupun distribusi akan mengalami tegangan jatuh ( drop Voltage) sepanjang saluran yang dilalui. Salah satu cara untuk memperbaiki jatuh tegangan adalah dengan pemasangan tapping pada transformator distribusi. Tapping transformator dibuat pada sisi tegangan tinggi dan dibagi dalam lima bagia n. Mengubah posisi tapping sama dengan mengubah jumlah belitan primer dan dikendalikan oleh tap changer. Perubahan nilai perbandingan
belitan
(jumlah belitan primer) akan mempengaruhi rasio
transformator.
Perubahan
rasio
perbandingan
belitan
ini
menyebabkan perubahan tegangan pada sisi tegangan tinggi sementara tegangan rendahnya konstan. Setelah tapping selesai dibuat, dilakukan pengujian untuk mengetahui rugi-rugi transformator. Dari hasil pengujian diperoleh bahwa rugi-rugi transformator pada setiap variasi tapping masih pada batas yang ditentukan.
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perkembangan sistem kelistrikan saat ini telah mengarah pada peningkatan efisiensi dan mutu tegangan dalam penyaluran energi listrik. Peningkatan efisiensi dan mutu tersebut dapat dimulai dari pembangkitan, transmisi, dan distribusi. Pada sisi distribusi, peningkatan efisiensi dapat dilakukan dengan cara mengurangi terjadinya jatuh tegangan pada saluran dengan memberikan tingkat tegangan yang aman bagi peralatan pelanggan. Besarnya tegangan yang diterima oleh konsumen listrik tidaklah sama, hal ini terjadi karena adanya impedansi dari jaringan. Oleh karena itu, jatuh tegangan selalu ada pada setiap bagian dari sistem tenaga, mulai dari sumber sampai ke pelanggan. Jatuh tegangan berbanding lurus dengan besarnya arus dan sudut phasanya. Dengan pemasangan tapping pada trasformator distribusi maka tegangan sekunder dapat dinaikkan maupun diturunkan sehingga diperoleh tegangan yang kostan. Oleh karena itu, tegangan yang sampai pada pelanggan dapat dikendalikan. Adapun tujuan pengendalian tegangan sistem dengan menggunakan tap changer adalah agar penggunaan daya dan tegangan menjadi lebih ekonomis yang maksudnya tegangan yang digunakan sesuai dengan tegangan yang didesain dari peralatan yang dipakai, sampai pada suatu batas tertentu. Penelitian ini akan menganalisa pemasangan tapping dan rugi-rugi transformator distribusi karena pemasangan alat tersebut,sehingga tegangan keluaran dari transformator distribusi tiga phasa dapat dikendalikan. 1.2. Perumusan Masalah Adapun masalah yang dihadapi dalam penelitian ini adalah menjelaskan pemasangan tapping pada sisi tegangan tinggi transformator
distribusi tiga phasa, pemanfaatan
pengendalian
tap
tegangan
dengan
menggunakan
changer,
mengitug
rugi-rugi
transformator distribusi tiga phasa dengan variasi tapping. 1.3. Tujuan dan Kegunaan Penelitian Tujuan dan kegunaan penelitian ini dengan judul
pengujian tapping transformator
distribusi20 kv di Pt Morawa Elektrik Transbuana adalah : 1. Untuk menambah pemahaman tentang pengujian Transformator. 2. Untuk memberikan pemahaman tentang pemasangan tapping pada transformator distribusi tiga phasa. 3. Untuk mengetahui manfaat pengendalian tegangan dengan tap changer.
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Jenis-Jenis Hubungan Belitan Transformator Tiga Phasa Pada transformator tiga phasa terdapat dua hubungan belitan utama yaitu hubungan delta dan hubungan bintang dengan kombinasi Y - Y, Y - Δ, Δ - Y, Δ - Δ, bahkan untuk kasus tertentu belitan sekunder dapat dihubungkan secara berliku-liku ( zig-zag), sehingga diperoleh kombinasi Δ - Z dan Y – Z. Hubungan zig-zag (Z) merupakan sambungan bintang istimewa”, hubungan ini dibuat dengan menambahkan kumparan yang dihubungkan secara segitiga pada kumparan sekunder yang dihubungkan secara bintang. Berikut ini pembahasan hubungan transformator tiga phasa secara umum: 1. Hubungan Wye-Wye ( Y-Y ) Hubunangan ini ekonomis digunakan untuk melayani beban yang kecil dengan tengangan transformasi yang tinggi. Hubungan Y-Y pada transformator tiga phasa dapat dilihat pada Gambar 1 berikut ini.
Gambar 1. Transformator Hubungan Y-Y Pada hubungan Y-Y , tegangan primer pada masing-masing phasa adalah
=
(1)
/ 3
Tegangan phasa primer sebanding dengan tegangan phasa sekunder dan perbandingan belitan transformator. Maka diperoleh perbandingan tegangan pada transformator adalah:
=
√3 √3
=
(2)
2. Hubungan Wye-Delta ( Y-Δ ) Digunakan
sebagai
penaik tegangan untuk sistem tegangan tinggi. Hubungan Y-Δ pada
transformator tiga phasa dapat dilihat pada Gambar 2 berikut ini.
Gambar 2. Transformator Hubungan Y- Δ Pada hubungan ini tegangan kawat ke kawat primer sebanding dengan tegangan
=
phasa primer phasa
=
√3 dan tegangan kawat ke kawat sekunder sama dengan tegangan
. Sehingga diperoleh perbandingan tegangan pada hubungan ini adalah
sebagai berikut:
√3
=
(3)
= 3
3. Hubungan Delta – Wye (Δ–Y ) Umumnya digunakan untuk menurunkan tegangan dari tegangan transmisi ke tegangan rendah. Hubungan Δ–Y pada transformator tiga phasa ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Transformator Hubungan Δ – Y Pada hubungan ini tegangan kawat ke kawat primer sama dengan tegangan phasa primer
=
Φ
dan tegangan sisi sekunder
= √3
φ
. Maka perbandingan tegangan
pada hubungan ini adalah :
=
√3
=
√3
(4)
4. Hubungan Delta-Delta (Δ – Δ ). Hubungan Δ–Δ ini pada transformator tiga phasa ditunjukkan pada Gambar 4 berikut
Gambar 4. Transformator Hubungan Δ – Δ Pada hubungan ini, tegangan kawat ke kawat dan tegangan phasa sama untuk primer dan sekunder transformator
VAB = VBC = VAC = VL. Maka hubungan tegangan
primer dan sekunder transformator adalah sebagai berikut :
VL−L = VL−N (volt)
(5)
VA−B = VBC = VAC (volt)
(6)
dengan :
VL−L = Tegangan line to line VL−N =Tegangan line to netral Sedangkan arus pada transformator tiga phasa hubungan delta dapat dituliskan sebagai berikut :
IL = √3IP (ampere)
(7)
dengan :
IL = Arus line IP = Arus phasa 2.2. Tapping Prinsip pengaturan tegangan sekunder berdasarkan perubahan jumlah belitan pirmer atau sekunder. 1 1
=
2 2
1,
1 dan
2,
2 adalah parameter primer dan sekunder.
2
1
=
1
×
(8)
2
dimana: 1 = Tegangan Primer 1 = Belitan Primer 2 = Tegangan sekunder
Jika sekunder sekunder
1 1 1
berkurang, tegangan per belitan (
×
2 bertambah. Di sisi lain, jika
×
2 juga
1 1
2
) bertambah, sehingga tegangan
1
bertambah sementara
1 tetap,
tegangan
bertambah.
Dengan kata lain, pengurangan belitan primer dengan penambahan belitan Tapping
1
1
mempunyai pengaruh yang sama
2.
dapat dibuat di awal, di akhir dan di tengah belitan transformator,
ditunjukkan Gambar 5 berikut.
Gambar 5. Tapping Akhir dan Tapping Tengah
Ketika arus pada belitan primer dan sekunder mengalir dengan arah yang berlawanan. Arus-arus ini berinteraksi dengan fluks bocor diantara kedua belitan dan menghasilkan gaya radial yang saling tolak-menolak. Gaya radial ini menekan belitan dalam ke inti dan mendorong pelitan luar menjauhi inti. Gaya yang berlawanan ini akan menimbulkan gaya aksial jika tapping dibuat pada belitan transformator. Pada gambar diatas, belitan dengan tapping akhir menimbulkan gaya aksial yang lebih besar dengan belitan dengan tapping tengah. Pada keadaan hubung singkat, gaya aksial yang timbul akan sangat besar. Sehingga posisi tapping yang sering dipakai adalah tapping tengah. Tapping transformator distribusi adalah dari tegangan nominalnya. Jadi tegangan pada sisi primer transformator distribusi mempunyai 5 tapping yaitu: Tapping 1 =
+ (0,1 ×
Tapping 2 =
+ (0,05×
) )
Tapping 3 = Tapping 4 =
− (0,05×
Tapping 5 =
+ (0,1 ×
) )
Jumlah belitan transformator distribusi tiga phasa: • Belitan primer dihubungkan Y 1
=
(9)
√3 /
Dimana : V/T = Tegangan per lilitan • Belitan primer terhubung Δ 1
=
(10)
/
• Jumlah belitan sekunder per kaki, jika belitan terhubung Z 2
=
(11)
3 /
Jika tap changer didisain beroperasi, ketika transformator di luar rangkaian disebut tap changer tanpa beban. Tap changer yang didisain beroperasi ketika transformator dalam rangkaian disebut tap changer berbeban. 2.2.1. Tap Changer Tanpa Beban
Tap changer ini biasanya digunakan pada transformator distribusi, dimana tegangannya lebih stabil. Sehingga pengaturan tappingnya, dilakukan pada saat pemasangan transformator ke dalam sistem tenaga listrik dan dalam jangka waktu yang lama. Tap changer tanpa beban diilustrasikan pada Gambar 6 dan 7. Terdapat enam stut dari 1-6, belitan disadap dalam enam titik, sama dengan jumlah
stut. Tap changer
dihubungkan ke enam titik sadapan melalui stut yang berbentuk lingkaran. Tap changer transformator dapat ditempatkan dimana saja, bisa di bagian atas tangki atau tempat yang memungkinkan lainnya. Jarum penunjuk
dapat diputar melalui pemutar yang ada di luar
tangki. Jika belitan disadap pada interval 2,5%, maka dengan pemutaran jarum penunjuk R menyebabkan: 1. Pada stut 1, 2 ; belitan penuh dalam rangkaian 2. Pada stut 2, 3 ; 97,5% belitan dalam rangkaian 3. Pada stut 3, 4 ; 95% belitan dalam rangkaian
4. Pada stut 4,5 ; 92,5% belitan dalam rangkaian 5. Pada stut 5,6 ; 90% belitan dalam rangkaian
Gambar 6. Penyusunan Posisi Tap Changer Tanpa Beban yang Terhubung Y
Gambar 7 Penyusunan Posisi Tap Changer Tanpa Beban yang Terhubung Stut Jika stut
merupakan posisi akhir dan menjaga jarum penunjuk tidak berputar penuh. tidak ada, jarum penunjuk
dapat tidak menghubungkan belitan. Mengubah
tapping hanya bisa dilakukan, ketika transformator tidak terhubung dengan sumber. Seandainya jarum menunjuk
berada pada stut 1 dan 2. Untuk memindahkannya ke stut 2
dan 3, pertama transformator dilepas dari rangkaian dan kemudian jarum penunjuk R diputar ke posisi stut 2 dan 3. Setelah itu, transformator dihubungkan dengan sumber dan sekarang 97,5% saja belitan pada rangkaian. 2.2.2. Tap Changer Berbeban
Pengubah tapping ini biasanya digunakan untuk perubahan tegangan dalam periode waktu yang singkat. Tegangan keluaran dapat diatur dengan tap changer, tanpa menyebabkan gangguan terhadap sistem. Selama operasi tap changer berbeban: 1. Rangkaian utama tidak harus dilepas kecuali jika menyebabkan percikan api. 2. Tidak ada bagian dari sadapan belitan yang akan terhubung singkat. Salah satu bentuk tap changer berbeban diilustrasikan pada Gambar 8a. Dilengkapi dengan reaktor untuk menjaga sadapan belitan dari hubung singkat. Tapping transformator
dihubungkan ke segmen 1 sampai 5 secara terpisah. Dua stut reaktor sadapan tengah
melalui saklar
dan
dan
, terhubung dengan
, sehingga membuat hubungan dengan
setiap segmen dalam operasi normal. Gambar 8.a, kedua stut terhubung dengan segmen 1 dan seluruh belitan dalam rangkaian. Saklar
,
ditutup. Setengah total arus mengalir melalui
menuju setengah
reaktor pada bagian bawah kemudian ke rangkaian luar. Setengah total arus yang lain mengalir melalui y menuju setengah reaktor pada bagian atas kemudian menuju rangkaian luar. Arus yang mengalir pada bagian atas dan bagian bawah reaktor mengalir dalam arah yang berlawanan. Reaktor dililit dengan dengan arah yang sama, sehingga ggm yang dihasilkan setengah belitan berlawanan dengan ggm yang dihasilkan setengah belitan yang lainnya. Gaya-gaya ini sama besarnya
dan penjumlahannya nol. Reaktor hampir tidak
induktif dan impedansinya sangat kecil. Oleh karena itu, tegangan jatuh pada reaktor sadapan tengah tidak ada.
Gambar 8.a. Tap Changer Berbeban b. Operasi dari Segmen 1 ke Segmen 2 Ketika perubahan tegangan dibutuhkan, stut
dan
dipindahkan ke segmen 2
dengan urutan operasi sebagai berikut: I. Buka saklar , gambar (
. ). Arus masuk melalui reaktor pada bagian bawah.
Reaktor menjadi sangat induktif dan tegangan jatuhnya besar. Oleh karena itu, reaktor harus didisain menahan arus beban penuh sesaat. II. Stut
tidak dialiri arus, sehingga bisa dipindahkan ke segmen 2 tanpa percikan api.
III. Tutup saklar , gambar (
.
). Belitan transformator antara sadapan 1 dan 2
terhubung melalui reaktor. Impedansi reaktor besar, pada saat arus mengalir dalam satu arah, arus sirkulasi yang mengalir melalui reaktor dan sadapan belitan sangat kecil. Pada keadaan ini, reaktor melindungi sadapan belitan dari hubung singkat. IV. Buka saklar
. Arus masuk mengalir hanya melalui reaktor pada bagian atas,
menyebabkan tegangan jatuh yang besar. V. Pindahkan stut A dari segmen 1 ke segmen 2 dan tutup saklar
. pada saat ini
perpindahan sadapan 1 ke 2 telah selesai. Untuk transformator yang besar, saklar
dan
dapat dibuat dari circuit breaker.
Jenis tap changer berbeban yang lain, juga dilengkapi dengan reaktor sadapan tengah, diilustrasikan pada Gambar 9. Fungsi reaktor adalah melindungi sadapan belitan dari hubungan singkat. Saklar 1, 2, 3, 4 dan 5 dihubungkan dengan sadapan belitan.
Gambar 9. Tapping Berbeban Saklar
pada Gambar 9 ditutup selama operasi normal, dengan saklar 2, 3, 4, 5
dibuka dan saklar 1 ditutup. Pada saat ini, arus mengalir melalui reaktor bagian atas dan reaktor bagian bawah dengan arah yang berlawanan. Perubahan sadapan 1 ke sadapan 2, dilakukan dengan urutan operasi sebagai berikut. i.
Buka saklar S. Sekarang arus total mengalir melalui reaktor pada bagian atas dan tegangan jatuhnya besar.
ii.
Tutup saklar 2. Belitan antara sadapan 1 dan sadapan 2 terhubung melalui reaktor.
iii.
Buka saklar 1. Sehingga arus mengalir melalui reaktor pada bagian bawah dan tegangan jatuhnya besar.
iv.
Tutup saklar S. Arus mengalir melalui kedua bagian reaktor .
Untuk perubahan sadapan 2 ke sadapan 3, urutan operasi di atas diulangi.
2.3. Variasi Tegangan Selama Perubahan Tapping
Asumsikan tapping dibuat pada sisi primer, dimana: 1=
jumlah belitan antara tegangan terminal dengan sadapan 1.
2 = jumlah belitan antara tegangan terminal dengan sadapan 2.
= jumlah belitan sekunder, diasumsikan lebih kecil dari
1 dan
2.
1 = tegangan primer
= arus primer = tahan reaktor ketika arus mengalir pada setengah bagian reaktor. Pada Gambar 8a, ketika semua belitan primer dalam rangkaian, tegangan sekunder 1 adalah: 1
=
1
×
(12)
1
2=
3
=
4
=
5
=
1−
×
(13)
×
(14)
×
(15)
1
2 1 1+ 1− 2 1
2
×
(16)
1
Gambar 10 Variasi Tegangan Selama Perubahan Tapping Perubahan tegangan sekunder
1
ke
2
yang ditunjukkan pada Gambar 10
menjelaskan tegangan sekundernya, pertama-tama berkurang dari akhirnya bertambah ke
.
ke
sampai
Tegangan berubah dari ab,bc,cd, ke de dalam Gambar 8
merupakan tegangan yang paling besar.
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Penggulungan Kumparan (Coil Winding) Belitan Pemasangan tapping pada transformator distribusi tiga phasa bertujuan untuk menjaga tegangan pada sisi tegangan sekunder selalu konstan, meskipun terjadi perubahan tegangan pada sisi tegangan tinggi dengan menggunakan tap changer. Jenis tap changer yang digunakan adalah tap changer tanpa beban. Studi ini dimaksudkan untuk mengetahui cara pemasangan tap changer tanpa beban dan mengetahui rugi – rugi transformator distribusi tiga phasa pada setiap variasi tapping. Hal yang perlu diperhatikan adalah penggulungan kumparan, penentuan jumlah belitan pada setiap variasi tapping, penyambungan hubungan antar kumparan, pemasangan tap changer tanpa beban dan pengujian rugi-rugi pada setiap variasi tapping. 3.1.1. Sisi Sekunder
Transformator distribusi tiga phasa, 160 KVA, hubungan Y-Zn5, 20 KV/400 volt, Volt/Turn = 7,02. Untuk menentukan jumlah belitan, dapat kita hitung sebagai berikut: •
Hubungan belitan zig-zag pada sisi sekunder. Dari data diatas telah dihitung tegangan per satuan belitan V/T = 7,02.
•
Tegangan nominal line to line sisi sekunder = 400 volt.
•
Tegangan nominal line to netral sisi sekunder = 400/ √3 volt.
•
Tegangan nominal per kaki sisi sekunder =
Volt
Untuk lebih jelasnya, dapat kita perhatikan gambar 11. 38
Gambar 11. Belitan Trafo 3 Phasa 160 KVA dengan Vector Y-Zn5
Terminal-terminal , , , adalah pada sisi primer dan , , ,
pada sisi sekunder dengan
(titik netral) ditarik keluar.
N =
N2 =
V /3 V/ T
(17)
400
3 = 19 belitan tiap kaki 7,02
Dimana: N = Jumlah belitan tiap kaki Jadi belitan per phasa sisi sekunder terbagi menjadi 2 bagian pada setiap kaki, dengan belitan tiap bagian adalah 19 lilitan. Penampang kawat yang dipergunakan untuk sisi sekunder sebanyak 2 batang, sehingga besarnya penampang kawat total adalah 2 x (3,7 x 11) mm². Kawat-kawat ini berbentuk empat persegi yang dibungkus dengan kertas isolasi setebal 4 x 0,05 mm = 0,2 mm. 3.1.2. Sisi Primer
Tegangan pada sisi primer mempunyai 5 tapping yaitu: Tapping 1 = 20 + (0,1 x 20 KV) = 22 KV Tapping 2 = 20 + (0,05 x 20 KV) = 21 KV Tapping 3 = Nominal
= 20 KV
Tapping 4 = 20 - (0,05 x 20 KV) = 19 KV Tapping 5 = 20 - (0,1 x 20 KV)
= 18 KV
Kumparan primer dihubungkan Y, tegangan per satuan belitan = 7,02 sehingga belitan pada masing-masing tapping adalah:
N1 =
V/ √3 V/ T
(18)
Kumparan primer dihubungkan Y, tegangan per satuan belitan = 7,02 sehingga belitan pada masing-masing tapping adalah: Tapping 1 =
22 ⁄ √3 3 ∙10 7,02
= 1809,35 ≈ 1809 belitan
Tapping 2 =
21 ⁄ √3 ∙103 7,02
= 1727,11 ≈ 1727 belitan
Tapping 3 =
20 ⁄ √3 3 ∙10 7,02
= 1644,87 ≈ 1645 belitan
Tapping 4 =
19 ⁄ √3 3 ∙10 7,02
= 1562,62 ≈ 1563 belitan
Tapping 5 =
18 ⁄ √3 ∙103 7,02
= 1480,58 ≈ 1481 belitan
Maka, dapat dicari selisih antartapping dengan perhitungan St = Tn – T(n+1) Keterangan: St = Selisih antartapping T = Tapping n = Jumlah belitan yang awal n+1 = jumlah belitan yang ingin dikurangi dari jumlah belitan Tn Misalnya,
n = Tapping 1 St = T1 – T(1+1) = T1-T2 = 1809-1727 = 82
n = Tapping 2 St = T2 – T(2+1) = T2-T3 = 1727-1645 = 82
dan seterusnya,
Jadi, selisih antar tapping adalah 82 Belitan per phasa pada kumparan primer dibagi menjadi 2 bagian yang dihubungkan seri dengan tiap-tiap bagian adalah 1809/2 = 904,5 belitan dibulatkan menjadi 905 belitan.
Gambar 12. Kumparan Primer yang Terbagi 2 dan Dihubungkan Seri Adapun, hubungan taping dengan gambar 3.3 di atas dapat dilihat dari perhitungan sebagai berikut: Tapping 1 : Urutan 4 ke 5 = 905 + (904-0) = 1908 Tapping 2 : Urutan 5 ke 3 = (904-0) + 823 = 1727
Tapping 3: Urutan 3 ke 6 = 823 + (904-82) = 1645 Tapping 4 : Urutan 6 ke 2 = (904-82) + 741 = 1563 Tapping 5 : Urutan 2 ke 7 = 741 + (904-164) = 1481 Masalah yang harus diperhatikan pada penggulungan kumparan adalah Tensile Strength jangan terlalu besar sehingga mengakibatkan permukaan luar kawat (enamel) retak ataupun rusak. 3.2. Penyambungan Hubungan Antar Kumparan (Coil Assembly)
Kumparan yang telah selesai digulung, kemudian disambungkan antara kumparan yang satu dengan yang lain ,seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Gambar 13. Penyambungan Hubungan Antar Kumparan Untuk membandingkannya dengan kumparan yang telah siap dikerjakan dapat dilihat pada gambar 15.
Gambar 15. Kumparan yang Selesai Dihubungkan
Sedangkan untuk tapping ditunjukkan pada gambar berikut:
Gambar 16. Tapping Sisi Primer Setelah transformator selesai dan dimasukkan ke dalam tangki, dilakukan pengujian beban nol dan pengujian hubung singkat untuk menentukan rugi-rugi transformator pada setiap variasi tapping. 3.3. PENGUJIAN TRANSFORMATOR
Persamaan yang digunakan dalam menganalisa karakteristik transformator tiga fasa adalah sama dengan analisa karakteristik pada transformator satu fasa, hanya saja besarannya diganti dengan besaran tiga fasa. 3.3.1. Pengujian Beban Nol
Persamaan
yang
digunakan
dalam
menganalisa
karakteristik
beban
nol
transformator tiga fasa, terutama adalah rugi-rugi inti transformator tiga fasa tesebut. Sehingga didapat karkteristik rugi-rugi beban nol terhadap kenaikan tegangan. Sedangkan arus beban nol yang mengalir ada dua komponen, yaitu : 1. Arus rugi-rugi inti atau arus penguat yaitu arus yang aktif yang dapat menimbulkan rugi-rugi int i ( Ic = Io Cos Φ ). 2. Arus yang timbul karena adanya fluks yang menimbulkan arus eddy dan arus hysteresis yang dikenal dengan arus magnetisasi. ( Im = Io Sin Φ ). Pada keadaan beban nol, Io sangat kecil maka rugi-rugi tembaga pada sisi primer dapat diabaikan, jadi rugi-rugi yang ada praktis hanya rugi-rugi besi. Daya beban nol dapat dihitung dengan persamaan:
P0 = 3VLI0 cos Φ Dimana, P0 = Daya pada beban nol ( rugi-rugi inti ) (watt)
(3.3)
VL = Tegangan saluran pada sisi primer (volt) I0 = Arus beban nol (ampere) Untuk menghitung faktor daya beban nol pada transformator tiga fasa dapat dihitung sebagai berikut :
cos ϕC =
P0 √3V1I0
(3.4)
Untuk mencari besar tahanan pada inti besi adalah :
=
1
1
=
(3.5)
cos
Untuk mencari reaktansi magnetisasi adalah :
=
1
1
=
(3.6)
0 sin
Pada keadaan tanpa beban
0
=
hysteresis + eddy current
dengan hysteresis =
=
0
dan
eddy current
=
2 0 0
3.2.2. Pengujian Hubung Singkat
Dalam percobaan ini terminal sekunder transformator dihubung singkat. Tujuannya agar didapat karakteristik daya hubung singkat yang merupakan rugi-rugi tembaga kumparan belitan transformator. Dan juga karakteristik tegangan jatuh yang terjadi akibat adanya arus hubung singkat. Perhitungan yang digunakan untuk mencari karakteristik hubung singkat tersebut adalah sebagai berikut : Untuk mencari impedansi hubung singkat, dimana R
=
+
= R + R ʹ dan X
=
= X + X ʹ, maka (3.7)
Untuk mencari rugi-rugi daya pada kumparan:
=
(3.8)
Sedangkan tegangan jatuh dalam belitan primer dan sekunder: Vsc = Isc + Zsc
(3.9)
3.3.3. Peralatan Pengujian
Pengujian ini menggunakan beberapa peralatan, yaitu : 1. Transformator 3θ, 160 KVA, 20KV/400 V, hubungan Y-Zn5 2. Voltage Regulator 500 V Maxwell Electric Taiwan 3. Wattmeter 3θ 4. Ammeter (YEW skala 2 – 10 A) 5. Voltmeter (YEW skala 300 – 750 volt) 3.3.4. Rangkaian Pengujian Beban Nol
Gambar 3.7 Rangkaian Pengujian Beban Nol Prosedur Pengujian Beban Nol : 1. Letakkan trafo pada tempat yang cukup aman. 2. Peralatan dirangkai seperti gambar 3. Hidupkan Power Supply. 4. Naikkan tegangan
1
secara bertahap dengan mengatur tegangan keluaran dari
Power Supply. 5. Untuk setiap kenaikan tegangan 6. Turunkan kembali tegangan
1 catat
pembacaan alat ukur
1, dan
1 dan matikan kembali Power Supply.
7. Percobaan selesai. 3.3.5. Rangkaian Pengujian Hubung Singkat
Gambar 3.8 Rangkaian Pengujian Hubung Singkat
1.
Prosedur Pengujian Hubung Singkat 1. Letakkan trafo pada tempat yang cukup aman. 2. Peralatan dirangkai seperti gambar 3. Hidupkan Power Supply. 4. Naikkan tegangan
1
secara bertahap dengan mengatur tegangan keluaran dari
Power Supply. 5. Untuk setiap kenaikan arus
1
catat pembacaan alat ukur
1
dan
1.
6. Turunkan kembali arus I1 dan matikan kembali Power Supply. 7. Percobaan selesai. 3. 3.6. Pemanfaatan Tapping pada Jaringan Distribusi
Gambar 3.9 Sistem Tenaga Listrik Tapping diset pada tegangan nominal pada saat pemakaian transformator distribusi pada jaringan, tetapi letak pemakaian transformator pada jaringan distribusi menyebabkan tegangan pada sisi tegangan tinggi berubah dari tegangan nominalnya. Sehingga diperlukan pengaturan tapping. Mekanisme pengaturan tapping pada jaringan distribusi: 1. Transformator dengan tapping nominal dirangkai pada jaringan distribusi. 2. Ukur tegangan sekunder. 3. Jika tegangan sekunder tidak sama dengan 400 volt, maka diperlukan pengaturan tapping. 4. Transformator lepaskan dari jaringan. 5. Atur kembali tapping sehingga tegangan sekunder menjadi 400 volt. 6. Transformator dengan tapping yang baru dirangkai pada jaringan.
BAB IV HASIL DAN ANALISA Penelitian ini dilakukan dengan cara melakukan penelitian dan mengambil data pada PT. MORAWA ELEKTRIK TRANSBUANA. Penelitian ini memberikan hasil mengenai langkah-langkah pemasangan tapping dan rugi-rugi transformator distribusi tiga phasa dalam bentuk grafik. Dari masing-masing grafik yang diperoleh, dapat diketahui pengaruh perubahan jumlah belitan pada setiap variasi tapping terhadap rugi- rugi hubung singkat atau rugi-rugi tembaga. Sehingga dapat diperoleh kesimpulan bahwa jumlah belitan sangat mempengaruhi rugi-rugi hubung singkat tersebut. 4.1. Data Hasil Pengujian Beban Nol dan Hasil Perhitungan Percobaan Berbeban
Data yang diperoleh dari pengujian beban nol: Tabel 4.1 Data Pengujian Beban Nol No.
1 (Volt)
1 (Amp)
P1 Watt)
1
170
0,24
64
2
200
0,27
84
3
225
0,30
108
4
250
0,33
138
5
275
0,36
156
6
300
0,395
188
7
325
0,43
224
8
350
0,47
256
9
375
0,52
308
10
400
0,57
368
Perhitungan pada beban nol dilakukan sebagai berikut :
64 = 0,90 √3 1 1 √3 ×170 ×0,24 ∅=arc.Cos 0,90 .0,90) = 25,84 ∅= Sin 25,84 = 0, 435
cos = ( Arus rugi-rugi besi
=
1
cos
=
Reaktansi magnetisasi
1
=
= 0,24 ×0,90 = 0,216 =
Arus rugi-rugi besi magnetisasi Tahanan inti besi
1
1
sin
= 0,24 ×0,435 = 0,1044
170
= 0,216 = 787,04 Ω =
1
170
= 0,1044 = 1628,35
Dengan cara yang sama, data selanjutnya dapat ditentukan sehingga didapat tabel analisa data sebagai berikut : Tabel 4.2 Hasil Perhitungan Percobaan Berbeban
( Ω)
(Ω)
( Ω)
( )
No.
cos ∅
1.
0,90
783,04
1686,5
0,216
0,1008
2.
0,90
826,45
1666,7
0,242
0,12
3.
0,92
812,27
1875
0,277
0,12
4.
0,97
783,70
2906,98
0,319
0,086
5.
0,91
833,33
1833
0,33
0,15
6.
0,92
833,33
1935,48
0,36
0,155
7.
0,92
821,5
1994,79
0,4
0,163
8.
0,97
770,93
2916,67
0,454
0,12
9.
0,92
791,14
1785,71
0,474
0,21
10.
0,93
754,72
1904,76
0,53
0,21
Rugi-Rugi Beban Nol
P1(Watt) 400
368 308
300 200 100 64
84
108
138
156
188
224
256
0 170 200 225 250 275 300 325 350 375 400
V1 (Volt)
Gambar 4.1 Karakteristik Daya Beban Nol 4.2. Data Hasil Pengujian Hubungan Singkat
• Tapping 1 = 22 KV,
1
160000
= √3 = √3×22000 = 4,2
Data yang diperoleh dari pengujian hubung singkat: Tabel 4.3 Data Pengujian Hubung Singkat pada Tapping 22 KV No.
1 (Amp)
1 (Volt)
1 (Watt)
1.
1
194
90
2.
2
385
390
3.
3
585
880
4.
4
800
1640
5.
4,2
902
1980
=
Impedansi hubungan singkat
=
Tahanan hubung singkat
1 2 1
1 1
194 = 194 Ω 1
90 1
= 2 = 90 Ω 2
=
Reaktansi hubung singkat
=
= 1942 −902 = 171,86 Ω
2
−
Dengan cara yang sama, data selanjutnya dapat ditentukan sehingga didapat tabel analisa data sebagai berikut : Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Pengujian Hubung Singkat pada Tapping 22 KV
(Ω)
No.
(Ω)
(Ω)
1.
194
90
171,86
2.
192,5
98,75
165,24
3.
195
97,78
168,71
4.
200
102
171,74
5.
214,76
112,24
183,1
1(
2500
)
2000
1980 1640
1500 1000
880
500
390 90
0 1
2
1(
3)
4
4,2
Gambar 4.2 Karakteristik Daya Hubung Singkat pada Tapping 22 KV • Tapping 2 = 21 KV 1
=
√3
=
160000 = 4,4 √3 ×21000
Data pengujian hubung singkat dapat ditabelkan seperti ditunjukkan pada Tabel 4.5 No.
1 (Amp)
1 (Volt)
1.
1
170
80
2.
2
355
360
3.
3
545
880
4.
4
710
1500
5.
4,4
805
1996
Analisa Data : Impedansi hubungan singkat
=
1 1
=
170 = 170 Ω 1
1 (Watt)
=
Tahanan hubung singkat
1 2 1
80 1
= 2 = 80 Ω 2
=
Reaktansi hubung singkat
= 1702 −802 = 150 Ω
2
−
Dengan cara yang sama, data selanjutnya dapat ditentukan sehingga didapat tabel analisa data sebagai berikut : Tabel 4.6 Hasil Perhitungan Pengujian Hubung Singkat pada Tapping 21 KV
(Ω)
No.
(Ω)
(Ω)
1.
194
90
171,86
2.
192,5
98,75
165,24
3.
195
97,78
168,71
4.
200
102
171,74
5.
214,76
112,24
183,1
1(
2500
)
2000
1996
1500
1500
1000
880
500
360 80
0 1
2
1 (
)
3
4
4,4
Gambar 4.3 Karakteristik Daya Hubung Singkat pada Tapping 21 KV
• Tapping 3 = 20 KV
=
1
√3
=
160000 = 4,6 √3 ×20000
Data yang diperoleh dari pengujian hubung singkat: Tabel 4.7 Data Pengujian Hubung Singkat pada Tapping 20 KV No.
1 (Amp)
1 (Volt)
1 (Watt)
1.
1
165
60
2.
2
320
320
3.
3
480
760
4.
4
650
1400
5.
4,6
760
1880
Analisa Data :
=
Impedansi hubungan singkat
=
Tahanan hubung singkat
1 2 1
1 1
165 = 165 Ω 1
60 1
= 2 = 60 Ω 2
=
Reaktansi hubung singkat
=
2
−
= 1652 −602 = 153,7
Dengan cara yang sama, data selanjutnya dapat ditentukan sehingga didapat tabel analisa data sebagai berikut : Tabel 4.8 Hasil Perhitungan Pengujian Hubung Singkat pada Tapping 20 KV
(Ω)
No.
(Ω)
(Ω)
1.
165
60
153,7
2.
160
80
138,56
3.
160
84,44
135,9
4.
162,5
87,5
136,93
5.
165,22
84,85
141,77
1 (
)
2000
1880
1500
1400
1000 760 500
320 60
0 1
2
1 (
)3
4
4,6
Gambar 4.4 Kurva Karakteristik Daya Hubung Singkat pada Tapping 20 KV • Tapping 4 = 19 KV 1
=
√3
=
160000 = 4,8 √3 ×19000
Data yang diperoleh dari pengujian hubung singkat: Tabel 4.9 Data Pengujian Hubung Singkat pada Tapping 19 KV No.
1 (Amp)
1 (Volt)
1 (Watt)
1.
1
164
55
2.
2
300
340
3.
3
440
720
4.
4
595
1340
5.
4,8
720
1960
=
Impedansi hubungan singkat
=
Tahanan hubung singkat
1 2 1
1 1
164 = 164 Ω 1
55
= 2 = 55 Ω 1
2
=
Reaktansi hubung singkat
=
= 1642 −552 = 154 Ω
2
−
Dengan cara yang sama, data selanjutnya dapat ditentukan sehingga didapat tabel analisa data sebagai berikut : Tabel 4.10 Hasil Perhitungan Pengujian Hubung Singkat pada Tapping 19 KV
(Ω)
No.
( Ω)
(Ω)
1.
164
55
154,5
2.
150
85
123, 6
3.
146,67
80
122,93
4.
148,75
83,75
122,9
5.
150
85,07
123,54
1(
2500
)
2000
1960
1500
1340
1000 720 500
340 55
0 1
2
1(
3 )
4
4,8
Gambar 4.5 Karakteristik Daya Hubung Singkat pada Tapping 19 KV • Tapping 5 = 18 KV 1
=
√3
=
160000 = 5,1 √3 ×18000
Data yang diperoleh dari pengujian hubung singkat: Tabel 4.11 Data Pengujian Hubung Singkat pada Tapping 18 KV No.
1 (Amp)
1 (Volt)
1 (Watt)
1.
1
165
50
2.
2
270
320
3.
3
400
680
4.
4
545
1280
5.
5
675
1920
6.
5,1
697
1984
Analisa Data : 1
=
Impedansi hubungan singkat
=
Tahanan hubung singkat
1 2 1
1
165 = 165 Ω 1
50 1
= 2 = 50 Ω 2
=
Reaktansi hubung singkat
=
2
−
= 1652 −502 = 157,24 Ω
Dengan cara yang sama, data selanjutnya dapat ditentukan sehingga didapat tabel analisa data sebagai berikut :
Tabel 4.12 Hasil Perhitungan Pengujian Hubung Singkat pada Tapping 18 KV
(Ω)
No.
(Ω)
( Ω)
1.
165
50
157,24
2.
135
80
108, 74
3.
133,33
75,56
109,85
4.
136,25
80
110,29
5.
135
76,8
111,03
6.
136,67
76,28
113,4
1(
)
2500 2000
1920 1984
1500 1280 1000 680
500
320 50
0 1
2
3
1(
)
4
5
5,1
Gambar 4.6 Karakteristik Daya Hubung Singkat pada Tapping 18 KV 4.3. Hasil Perhitungan Pengaturan Tapping
Asumsikan tegangan sekunder pada
masing-masing jarak, pada saat pemakaian
transformator distribusi dengan tapping nominal adalah sebagai berikut: 10
= 420
30
= 400
50
= 380
Dari nilai-nilai di atas dapat dihitung tegangan pada sisi tegangan tinggi yaitu: 10
30
50
420 ×1645 = 21 √3×19 400 = ×1645 = 20 √3×19 380 = ×1645 = 19 √3×19
=
Jadi, transfromator yang digunakan pada masing-masing jarak adalah: 1. Jarak 10 km menggunakan transfromator dengan tapping 2. 2. Jarak 30 km menggunakan transformator dengan tapping 3. 3. Jarak 50 km menggunakan transformator dengan tapping 4.
BAB V KESIMPULAN
Dari pembahasan yang telah dilakukan, maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut : 1. Transformator distribusi 3θ, 160 KVA, Y-Zn5 mempunyai 5 tapping yang dibuat pada sisi tegangan tinggi dengan tegangan 22 KV, 21 KV, 20 KV, 19 KV dan 18 KV serta tegangan rendahnya 400 KV Standar PLN. 2. Pada pengujian beban nol, ketika tegangan V,
1 =
1=
170 V,
1=
64 W dan pada
= 400
368 W. Jadi rugi-rugi besi akan bertambah ketika tegangan semakin
dinaikkan. 3. Pada pengujian hubung singkat, jika rangkaian dialiri arus 4A pada setiap variasi tapping, rugi-rugi tembaganya akan semakin kecil ketika tapping semakin dinaikkan.
