PERUBAHAN EFISIENSI TERHADAP BEBAN PADA TRANSFORMATOR 1 FASA
Abstrak
[1]Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi Listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain dengan frekuensi yang sama, melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektro-magnet. Secara konstruksinya transformator terdiri atas dua kumparan yaitu primer dan sekunder. Bila kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, maka fluks bolak-balik akan terjadi pada kumparan sisi primer, kemudian fluks tersebut akan mengalir pada inti transformator, dan selanjutnya fluks ini akan mengimbas pada kumparan yang ada pada sisi sekunder yang mengakibatkan timbulnya fluks magnet di sisi sekunder, sehingga pada sisi sekunder akan timbul tegangan.
Kata kunci : Transformator, Perubahan Efisiensi Terhadap Beban.
BAB I
1. PENDAHULUAN
Latar Belakang
[2] Energi listrik memegang peranan yang sangat penting di dalam menunjang segala aktivitas masyarakat, sehingga penyaluran energi listrik diperlukan untuk mensuplai beban-beban yang ada. Transformator diperlukan dalam penyaluran energi listrik yang dapat mentransformasi tegangan dari satu level ke level lain. Seiring dengan waktu banyak masyarakat yang komplain terhadap naiknya harga pembayaran rekening listrik, padahal hal yang menyebabkan terjadinya kenaikan harga rekening listrik itu di akibatkan oleh beberapa rugi dari beban yang mempengaruhi effisiensi transformator. Yang dampaknya terhadap trasformator menjadi mudah panas dan mengakibatkan drop tegangan yang besar sehingga suplai daya dari PLN menjadi besar yang membuat power provider sama-sama rugi.
Bisa dilihat dari bebagai kerugian yang di alami oleh PT PLN yang diantaranya kerugian yang di akibatkan oleh rugi-rugi yang terjadi pada teransformator, sebagai contoh: rugi yang disebabkan oleh bergesekannya molekul partikel-partikel pada inti transformator akibat perubahan flux magnet atau yang disebut histerisis, ada juga akibat induksi pada inti transformator atau eddy current, dan juga rugi-rugi tembaga. Dan sebagai alternatif dari permasalahan tersebut PT PLN menyuplai daya lebih besar yang mengakibatkan PLN rugi.
Transformator memberikan cara yang sederhana untuk mengubah tegangan dari satu harga ke harga yang lainnya. Jika transformator menerima energi pada tegangan rendah dan mengubahnya menjadi tegangan yang lebih tinggi, ia disebut transformator penaik (step up). Jika transformator diberi energi pada tegangan tertentu dan mengubahnya menjadi tegangan yang lebih rendah, ia disebut transformator penurun (step down). Setiap transformator dapat dioperasikan baik sebagai transformator penaik atau penurun, tetapi transformator yang dirancang untuk suatu tegangan, harus digunakan untuk tegangan tersebut.
1.2. Rumusan Masalah
Pengaruh efisiensi sangat mempengaruhi pasokan energi listrik yang keluar dari Transformator.
1.3. Tujuan
Tujuan disusun nya tugas besar ini adalah :
Untuk mengetahui bagaimana cara untuk menentukan transformator yang baik dengan melihat dari efisiensi energi listrik yang keluar dari transformator tersebut.
Untuk mengetahui metode pengaruh torsi terhadap pemilihan daya motor induksi 3 fasa berdasarkan hitungan teoritis
Batasan Masalah
Agar permasalahan yang di bahas dalam tugas besar ini tidak menyimpang jauh dari permasalahan yang di bahas. Maka permasalahan yang di bahas dalam tugas besar ini adalah :
Bagaimana cara kerja motor induksi 3 fasa ?
Bagaimana menentukan daya motor induksi 3 fasa sesuai dengan kebutuhan torsi?
Bagaimana pengaruh torsi terhadap daya motor induksi 3 fasa?
Metologi
Metode yang digunakan untuk menyusun Tugas Besar ini adalah :
Studi Literatur
Tahap ini diperlukan untuk membangun dasar-dasar teori yang diperlukan dalam penyusunan materi, melakukan analisa dari objek dan sasaran yang hendak dicapai.
Observasi data
Observasi data merupakan tahapan yang penting, dalam tahap ini penulis mengumpulkan semua data-data yang akan diolah sebagai pendukung dalam penyusunan Tugas Besar.
Analisis Data
Setelah pengumpulan data dan observasi data, penganalisaan sangatlah diperlukan agar materi dapat tersusun sesuai dengan tujuan yang ingin dicapai.
Penulisan Laporan
1.6 Urutan Penulisan
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini berisikan latar belakang, rumusan masalah, tujuan, batasan masalah, metodologi dan urutan penulisan.
BAB II LANDASAN TEORI
Pada bab ini berisikan mengenai dasar teori yang telah ada yang berkaitan dengan judul yang diangkat dari literature, buku-buku referensi dan data sheet untuk menunjang pembuatan alat dan penulisan Tugas Besar ini.
BAB III ISI
Pada bab ini dijelaskan umumnya mengenai berbagai macam metode pengaturan kecepatan motor induksi tiga fasa,dan khususnya dalam pengaturan frekuensi terhadap kecepatan motor induksi tiga fasa.
BAB IV SOAL LATIHAN
Pada bab ini di sajikan berbagai macam soal dan penyelesian dalam kehidupan sehari tentang pemilihan daya motor induksi 3 fasa berdasarkan nilai torsi yang di butuhkan
BAB V PROGRAM
Pada bab ini merupakan cara penyeleseian masalah penentuan daya motor induksi 3 fasa dengan menggunakan program computer.
BAB VI PENUTUP
Pada bab ini akan disimpulkan dari hasil analisis yang telah dilakukan dan saran untuk pengembangan lebih lanjut dari Tugas Besar ini.
BAB II
Landasan teori
[3]Transformator ialah sebuah mesin listrik yang dapat memindahkan tenaga listrik dari satu belitan (primer) ke belitan lainnya (sekunder) yang disertai perubahan arus dan tegangan. Pemindahan tenaga listrik ini terjadi dengan tidak memalui hubungan langsung antar belitan tersebut.
Prinsip pemindahan tenaga listrik pada transformator berdasarkan kepada teori Michael Faraday, yang dikenal dengan induksi elektromagnetik. [1]Dalam percobaan lainnya Michael Faraday mencobakan sebuah cincin yang terbuat dari besi lunak, kemudian cincin besi lunak tersebut dililit dengan kawat tembaga berisolasi (Gambar 1).
Bila saklar (S) ditutup, maka akan terjadi rangkaian tertutup pada sisi primer, demikian arus I1 akan mengalir pada rangkaian sisi primer tersebut, sedangkan pada lilitan sekunder tidak ada arus yang mengalir. Tetapi bila saklar (S) ditutup dan dibuka secara bergantian maka jarum galvanometer akan memperlihatkan adanya penyimpangan yang arahnya berubah-ubah kekiri dan kekanan. Perubahan arah penunjukkan jarum galvanometer ini disebabkan adanya tegangan induksi pada lilitan sekunder, sehingga I2 mengalir melalui galvanometer.
Dari percobaan seperti telah dijelaskan diatas Michael Faraday dapat menyimpulkan bahwa tegangan gerak listrik imbas e didalam sebuah rangkaian listrik adalah sama dengan perubahan fluks yang melalui rangkaian-rangkaian tersebut. Jika kecepatan perubahan fluks dinyatakan didalam weber/detik, maka tegangan gerak listrik e dinyatakan dalam Volt, yang dalam bentuk persamaannya adalah :
e=-dɸdt (1)
persamaan (1) ini dikenal dengan hukum Induksi Faraday, tanda negatif menunjukkan bahwa arus induksi akan selalu mengadakan perlawanan terhadap yang menghasilkan arus induksi tersebut. Bila coil terdiri dari N Lilitan, maka tegangan gerak listrik imbas yang dihasilkan merupakan jumlah dari tiap lilitan, dalam bentuk persamaan :
e=-N dɸdt (2)
dan Ndɸ dinamakan tautan fluksi (Flux Linkages) didalam alat tersebut.
Gambar 1.Percobaan Induksi
Transformator Ideal
Sebuah transformator dikatakan ideal, apabila dalam perhitungan dianggap tidak ada kerugian-kerugian yang terjadi pada transformator tersebut, seperti rugi akibat resistansi, induktansi, arus magnetisasi, maupun akibat fluks bocor. Jika sebuah transformator tanpa beban (Gambar 2), kumparan primernya dihubungkan dengan dengan sumber tegangan arus bolak-balik (abb) sinusoid V1 , maka akan mengalir arus primer I0 yang juga mempunyai bentuk gelombang sinusoidal, bila diasumsikan kumparan N1 merupakan reaktif murni, maka I0 akan tertinggal 90 0 dari V1 .Arus primer ini akan menimbulkan fluks sinusoidal yang sefasa,
Gambar 2. Transformator tanpa beban
ɸ=ɸ maks. sinωt (3)
Fluks yang sinusoidal akan mengkibatkan terbangkitnya tegangan induksi E1
E1= 4,44 N1 fɸ maks (4)
maka pada sisi sekunder, fluks tersebut akan mengakibatkan timbulnya tegangan E2 .
E2= 4,44 N1 fɸ maks (5)
Arus primer yang mengalir pada transformator saat sekunder tanpa beban, bukan merupakan arus induktif murni, tetapi terdiri dari dua komponen arus yaitu arus magnetisasi (Im ) dan arus rugi tembaga (IC ). Arus magnetisasi ini menghasilkan fluks (ɸ).
Gambar 3. Arus Tanpa Beban
Bentuk gelombang arus magnetisasi (Gambar 3) yang berbentuk sinusoidal akan berubah bentuk akibat pengaruh sifat besi (inti) yang tidak linear, sehingga bentuk gelombang berubah seperti yang diperlihatkan pada Gambar 4.Sebuah Transformator Ideal dalam keadaan berbeban, seperti diperlihatkan pada gambar 5. Bila V2= 2. V2 .sinωt, dimana V2 nilai tegangan efektif dari terminal sekunder kemudian I2 = 2. V2Z .sin(ωt-φ), φ adalah sudut impedansi dari beban. Dalam bentuk phasor:
I2 = V2Z= I2 -φ
Dimana
I2 = V2Z dan Z=Z φ
I2 = 2 . V2K sinωt, efektifnya V1 = V2K sedangkan untuk arus :
I2 = 2. I1 .sin(ωt-φ), dalam bentuk phasor : I1 = I2 . K
Impedansi dilihat dari sisi sekunder :
Zin = ZK2 (6)
Transformator Berbeban
Pada sub bab terdahulu telah dijelaskan bagaimana keadaan transformator secara ideal baik saat tanpa beban maupun berbeban. Dalam prakteknya apabila sisi kumparan sekunder transformator diberi beban (Gambar 6.) maka besar tegangan yang di induksikan (E2) tidak akan sama dengan tegangan pada terminal (V2), hal ini terjadi karena adanya kerugian pada kumparan transformator. Apabila transformator diberi beban ZL maka arus I2 akan mengalir pada beban tersebut, arus yang mengalir ini akan mengakibatkan timbulnya gaya gerak magnet (ggm) N2 I2 yang mana arahnya cenderung melawan arah fluks bersama yang telah ada disebabkan arus magnetisasi Im .
Gambar 4. Kurva B – H
Gambar 5. Transformator Ideal
Gambar 6. Transformator Berbeban
Untuk menjaga agar fluks bersama yang telah ada bisa dijaga dipertahankan nilainya, maka pada sisi kumparan primer arus mengalir arus I'2 yang menentang fluks yang dibangkitkan oleh arus beban I'2 , sehingga arus yang mengalir pada sisi kumparan primer menjadi :
I1=I0+I2 dimana I0=Ic+Im , apabila Ic (Rugi besi) diabaikan,maka nilai I0 = Im , sehingga I1= Im+I'2 . Untuk menjaga agar fluks bersama yang ada pada inti transformator tetap nilainya, maka :
N1 I'2 = N1I2, nilai I'2 = I1 bila Im dianggap kecil, sehingga
I1I2 = N1N2 (7)
Rangkaian Ekuivalen
Untuk memudahkan menganalisis kerja transformator tersebut dapat dibuat rang-
kaian ekuivalen dan vektor diagramnya, rangkaian ekuivalen ini dapat dibuat
dengan acuan sisi primer atau acuan sisi sekunder (Gambar 7.).
Gambar 7. Rangkaian Ekuivalen Transformator
Gambar 8. Rangkaian Ekuivalen dengan Acuan Sisi Primer
Gambar 9. Rangkaian Ekuivalen dengan Acuan Sisi Primer disederhanakan
Yang dimaksud dengan acuan sisi primer adalah apabila parameter rangkaian sekunder dinyatakan dalam harga rangkaian primer dan harganya perlu dikalikan dengan faktor 1K2 (Gambar 8.) Untuk memudahkan dalam menganalisis, rangkaian ekuivalen pada gambar 8 dapat disederhanakan lagi, seperti diperlihatkan pada gambar 9. Berdasarkan rangkaian diatas kita dapat menentukan nilai parameter yang ada pada transformator tersebut berdasarkan persamaan-persamaan berikut ini.
Impedansi ekuivalen transformator adalah :
Zeq1 = Req1 + jXeq1 (8)
dimana
Req1 =R1+R1K2 (9)
Xeq1 =X1+X1K2 (10)
V1= E1+ I1.R1+ I1.X1 (11)
E2E1= N2N1=K atau E1=E2K (12)
E1= 1K . I2.ZL+I2.R2+I2.X2 sedangkan I2I1= N2N1=K atau I1=I2K
sehingga
E1=1KI2KZL+I2KR2+ I2KX2 (13)
V1=V2K+I1Req1 +jXeq1 (14)
Gambar 10. Rangkaian Ekuivalen dengan Acuan Sisi Sekunder
Rangkaian ekuivalen transformator bisa dibuat dengan acuan sisi sekunder (Gambar 10), untuk itu parameter rangkaian primer harus dinyatakan dalam harga rangkaian sekunder dan harganya perlu dikalikan dengan K2.
Zeq2 = Req2 + jXeq2 (15)
Req2 =R1. K2+R2 (16)
Xeq2 =X1. K2+X2 (17)
E2=K V1- I2.K .R1+I2.K . X1 (18)
V2=K . V1- I2Req2 +jXeq2 (19)
Perkiraan Tegangan Jatuh pada Transformator
Saat sebuah transformator dalam keadaan tanpa beban V1 kira-kira sama nilainya dengan nilainya E1, sehingga E2 = E1 . K. Juga E2 = 0V2, dimana 0V2 adalah terminal tegangan sekunder pada keadaan tanpa beban atau pada keadaan tanpa beban atau 0V2 = K . V1. Perbedaan keduanya adalah sebesar I2 . Zeq2, sedangkan perkiraan tegangan jatuh pada sebuah transformator dengan acuan tegangan sekunder. Tegangan jatuh pada sebuah transformator dipengaruhi oleh nilai beban dan faktor daya yang terhubung pada transformator tersebut.
Faktor Daya " Lagging "
Tegangan jatuh total I2 . Zeq2 = AC = AF dan diasumsikan sama dengan AG. Perkiraan tegangan jatuh :
AG = AD + DG
= I2 . Req2 .cosφ+ I2 . Xeq2 . sinφ dengan asumsi φ1 = φ2 = φ
Gambar 5.26 Transformator Faktor
Daya "Lagging"
Faktor Daya " Leading "
Perkiraan tegangan jatuh untuk faktor daya leading
= I2 . Req2 .cosφ- I2 . Xeq2 . sinφ (20)
Gambar 2.27 Transformator Faktor
Daya "Leading"
Faktor Daya " Unity "
Secara umum, perkiraan tegangan jatuh pada transformator adalah :
= I2 . Req2 .cosφ± I2 . Xeq2 . sinφ (21)
= I1 . Req1 .cosφ± I1 . Xeq1 . sinφ (22)
Gambar 2.28 Transformator Faktor Daya "Unity"
Prosentase tegangan jatuh dilihat dari sisi sekunder :
= Vr .cosφ±Vx . sinφ (23)
[3]Kerugian dan Efisiensi (Randemen) Transformator
Rugi-rugi transformator ada 3 macam, yaitu:
Rugi-rugi tembaga, yaitu rugi yang terdapat pada resistansi murni R. Rugi-rugi tembaga dapat diketahui dengan pengujian transformator hubung singkat . Besarnya rugi tembaga ialah:
Pcu=I2. (R1+R2)
Rugi histerisis, yaitu kerugian yang disebabkan oleh adanya gesekan molekul partikle-partikel pada inti transformator akibat perubahan flux magnet.
Rugi arus eddy pada inti transformator ialah akibat adanya induksi pada inti transformator (kejadiannya mirip dengan arus yang terinduksi pada belitan).
Rugi histerisis dan rugi arus eddy disebut juga dengan rugi besi yang dapat ditentukan dengan pengujian beban nol (tanpa beban). Harga rugi arus eddy dan rugi arus histerisis selalu konstan, sedangkan rugi tembaga berbanding terbalik kuadrat dengan arus beban.
Efisiensi (Randemen)
Efisiensi dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara daya keluaran (output) dengan daya masukan (input).
η=Daya keluaran Daya masukan X 100%
η=E2 . I2.cosφ2E1 . I1 .cosφ1 X 100%
Daya masukan Ialah daya keluaran + rugi-rugi
Efisiensi Trafo
Efisiensi Trafo Untuk setiap mesin atau peralatan listrik, efisiensi ditentukan oleh besarnya rugi-rugi yang terjadi selama operasi normal. Efisiensi dari mesin-mesin berputar/bergerak umumnya antara 50-60% karena ada rugi gesek dan angin. Trafo tidak memiliki bagian yang bergerak/berputar, maka rugi-rugi ini tidak muncul, namun masih tetap memiliki rugi-rugi walaupun tidak sebesar pada peralatan listrik seperti mesin-mesin atau peralatan bergerak lainnya.[5] Trafo daya saat ini rata-rata dirancang dengan besar efisiensi minimal 95%.
Efisiensi transformator adalah perbandingan antara daya output dengan daya input. Secara matematis ditulis :
η=Daya keluar Daya keluar+ Σ rugi X 100%
dimana ΣRugi = Pcu + Pi
η=1- Σ rugiDaya masuk X 100%
BAB III
ISI
Pengaruh pembebanan terhadap efisiensi[10]
Jika trafo kemudian dibebani terus maka losess akan mempunyai karakteristik effisiensi penyaluran daya vs pembebanan trafo seperti berikut :
Gambar .Karakteristik Efisiensi-Pembebanan Trafo
Dari karakteristik di atas terlihat bahwa transformator akan mempunyai effisiensi tertinggi pada saat terjadi pembebanan sebesar 80 % dari pembebanan nominalnya.
[4]Efisiensi trafo dinyatakan dalam angka presentase, pada faktor kerja cos φ=0,2 efisiensi trafo mencapai sekitar 65%. Pada beban dengan faktor kerja cos φ= 1,0, efisiensi trafo bisa mencapai 90%,
Rugi Cu (Pcu) = I12 . Req1 atau I22 . Req 2 = Wc
Rugi Inti (Pi) = Rugi Histeris + Rugi Arus Pusar
= Ph + Pe
Req1V1.cosφ1=PiV1.I1.I1 cosφ1
Pi = I12 . Req1
dari persamaan diatas dapat ditarik kesimpulan, untuk beban tertentu, efisiensi maksimum terjadi ketika rugi tembaga = rugi inti.
BAB IV
SOAL
BAB VI
PROGRAM
BAB VI
PENUTUP
DAFTAR PUSTAKA
[1] Prih Sumardjati, Sofian Yahya, Ali Mashar, Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik Jilid , Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan, Jakarta, 2008
[2] Lailiyana Farida, Analisis Kualitas Transformator Daya 150 KV/70 KV Di Gi Banaran Berdasarkan Hasil Pengujian Isolasi Minyak Menggunakan Metode Stokastik, Jurusan Teknik Elektro-FTI, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Kampus Keputih-Sukolilo, Surabaya-60111, 2009
[3] Kismet Fadillah,Wurdono, Intalasi Motor- Motor Listrik jilid 1, Angkasa, Bandung, 1999
[4] Siswoyo, Teknik Listrik Distribusi Jilid 1, Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan, Jakarta, 2008
[5] Linsley, Trevon, Instalasi Listrik Tingkat Lanjut, edisi ketiga, Erlangga, Jakarta, 2004
[6] Ermawanto, Analisa Berlangganan Listrik Antara Tegangan Menengah (TM) Dengan Tegangan Rendah (TR) Dan Analisa Efisiensi Trafo Dalam Rangka Konservasi Energi Kampus Undip Tembalang,
