HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1. Eksperimen Sebelum Penggunaan Transformator Wye-Delta 1. Kondisi beban seimbang
Data-data hasil pengukuran yang dilakukan terhadap besaran-besaran listrik sebelum penggunaan transformator wye-delta pada kondisi beban yang seimbang ditampilkan pada Tabel 4.1. Karena eksperimen dilakukan pada kondisi beban yang seimbang dan dengan arus pada penghantar fasa yang relatif sama, maka penulis hanya mengambil bentuk gelombang dan spektrum harmonisa fasa S sebagai sampel. Bentuk gelombang arus dan spektrum harmonisa dari penghantar fasa S dan netral diperlihatkan pada Gambar 4.1(a),(b) dan Gambar 4.2(a),(b).
Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Sebelum Penggunaan Transformator Wye-Delta Pada Kondisi Beban Seimbang
Besaran Fasa R Fasa S Fasa T Netral
Frekuensi (Hz) 50,118 Tegangan rms (V) 214,36 211,77 212,12 0,59 Arus rms (A) 1,154 1,170 1,173 1,932 THD arus (%) 75,8 74,4 74,4 2194,2 Cos φ (DPF) 0,96 0,94 0,95 - Power Factor 0,74 0,72 0,73 -
Dari Tabel 4.1 dapat dilihat bahwa terdapat sedikit ketidakseimbangan pada tegangan masing-masing fasa ke netral dan juga penurunan tegangan nominal yang seharusnya bernilai 220V. Hal ini terjadi karena sumber tegangan tiga fasa yang digunakan pada saat eksperimen diambil langsung dari sumber PLN
di mana keseimbangan dan besar tegangan pada masing-masing fasa sangat bergantung kepada banyak atau sedikitnya beban (pengguna layanan PLN) di setiap fasa pada suatu waktu tertentu. Meskipun demikian, ketidakseimbangan tegangan pada masing-masing fasa sangatlah kecil sehingga dapat diasumsikan bahwa sumber tiga fasa yang digunakan adalah sumber tiga fasa yang seimbang. Arus pada masing-masing fasa relatif seimbang karena beban yang digunakan pada masing-masing fasa juga seimbang. Akan tetapi arus yang mengalir pada penghantar netral cukup besar nilainya yaitu sekitar 166% dari rata-rata arus yang mengalir pada penghantar fasa. Hal ini dapat terjadi karena keseluruhan beban yang digunakan pada eksperimen adalah lampu hemat energi yang merupakan beban nonlinear.
Nilai THD arus yang terdapat pada masing-masing fasa cukup tinggi yaitu paling besar bernilai 75,8% yang terdapat pada fasa R. Nilai THD arus pada penghantar netral bahkan lebih tinggi lagi yaitu 2194,2%. Pada Gambar 4.1(b) dapat terlihat bahwa arus yang mengalir pada penghantar fasa S terdiri dari komponen arus harmonisa urutan positif (orde ke-7, 13, 19, dan seterusnya), urutan negatif (orde ke-5, 11, 17, dan seterusnya), dan urutan nol (orde ke-3, 9, 15, dan seterusnya). Sedangkan pada Gambar 4.2(b) terlihat bahwa arus yang mengalir pada penghantar netral hanya didominasi oleh komponen arus harmonisa triplen sedangkan komponen arus harmonisa urutan positif dan negatif sangat kecil nilainya dan dapat diabaikan. Hal ini terjadi karena pada penghantar netral, komponen arus harmonisa urutan positif dan negatif pada setiap fasa saling meniadakan (karena berselisih sudut 120°) dan komponen arus harmonisa triplen pada setiap fasa saling menjumlahkan (karena tidak ada perbedaan sudut pada
setiap fasa). Walaupun arus yang mengalir pada penghantar netral hanya terdiri dari komponen arus harmonisa urutan nol saja tetapi dominasi dari komponen arus harmonisa urutan nol terhadap arus fundamental jauh lebih besar dibandingkan dengan dominasi dari komponen arus harmonisa urutan positif, negatif, dan nol yang terdapat pada penghantar fasa. Itulah sebabnya nilai THD arus yang terdapat pada penghantar netral jauh lebih besar dibandingkan dengan THD arus yang terdapat pada penghantar fasa.
Faktor daya sistem rata-rata bernilai 0,73 dan dengan pergeseran fasa (displacement power factor) atau Cos φ rata-rata bernilai 0,95. Faktor daya merupakan perbandingan antara daya aktif (W) dengan daya total (VA) termasuk kontribusi dari semua komponen harmonisa. Sedangkan Cos φ adalah perbandingan antara daya aktif dengan daya total tanpa memperhitungkan kontribusi dari komponen harmonisa (hanya komponen fundamental saja).
Gambar 4.1(a) Bentuk Gelombang Arus Fasa S Sebelum Penggunaan Transformator Wye-Delta Pada Kondisi Beban Seimbang
Gambar 4.1(b) Spektrum Arus Harmonisa Fasa S Sebelum Penggunaan Transformator Wye-Delta Pada Kondisi Beban Seimbang
Gambar 4.2(a) Bentuk Gelombang Arus Netral Sebelum Penggunaan Transformator Wye-Delta Pada Kondisi Beban Seimbang
Gambar 4.2(b) Spektrum Harmonisa Arus Netral Sebelum Penggunaan Transformator Wye-Delta Pada Kondisi Beban Seimbang
4.1.2. Kondisi beban tidak seimbang
Data-data hasil pengukuran yang dilakukan terhadap besaran-besaran listrik sebelum penggunaan transformator wye-delta pada kondisi beban yang tidak seimbang ditampilkan pada Tabel 4.2. Sedangkan bentuk gelombang arus dan spektrum harmonisa dari masing-masing penghantar fasa dan netral diperlihatkan pada Gambar 4.3(a) sampai Gambar 4.6(b).
Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Sebelum Penggunaan Transformator Wye-Delta Pada Kondisi Beban Tidak Seimbang
Besaran Fasa R Fasa S Fasa T Netral
Frekuensi (Hz) 50,158 Tegangan rms (V) 220,48 214,37 213,77 0,63 Arus rms (A) 0,829 1,208 1,547 2,047 THD arus (%) 80,8 76,4 74,1 432,0 Cos φ (DPF) 0,97 0,93 0,95 - Power Factor 0,73 0,71 0,73 -
Dari Tabel 4.2 dapat dilihat bahwa untuk eksperimen dengan beban yang tidak seimbang, arus pada masing-masing fasa bervariasi, pada fasa dengan beban yang terbesar arus yang mengalir adalah sebesar 1,547A sedangkan pada fasa dengan beban yang terkecil arus yang mengalir adalah 0,829A. Sebaliknya untuk pengukuran tegangan masing-masing fasa ke netral, fasa dengan beban yang terbesar memiliki tegangan yang terkecil yaitu 213,77V sedangkan fasa dengan beban yang terkecil memiliki tegangan yang terbesar yaitu 220,48V.
THD arus yang mengalir pada penghantar fasa bervariasi mulai dari yang terkecil yaitu 74,1% terdapat pada fasa T hingga yang terbesar yaitu 80,8% terdapat pada fasa R. Dapat dilihat pada Gambar 4.3(b), 4.4(b), dan 4.5(b) bahwa pada penghantar setiap fasa, arus yang mengalir juga terdiri dari komponen arus
urutan positif, negatif, dan nol sama halnya seperti dalam kondisi beban yang seimbang. Untuk THD arus pada penghantar netral, terjadi penurunan yang cukup signifikan dibandingkan dengan eksperimen sebelum penggunaan transformator wye-delta pada kondisi beban seimbang yaitu bernilai 432%. Hal ini menunjukkan bahwa penurunan THD pada penghantar netral tidak selalu diikuti oleh penurunan arus rms. Penurunan THD arus pada penghantar netral pada eksperimen sebelum penggunaan transformator wye-delta dengan beban tidak seimbang dapat terjadi karena pada penghantar netral juga terdapat komponen arus fundamental (orde-1) yang cukup besar, seperti yang terlihat pada Gambar 4.6(b). Untuk faktor daya dan cos φ tidak tampak adanya perbedaan yang signifikan antara eksperimen sebelum penggunaan transformator wye-delta dengan beban yang seimbang maupun tidak seimbang.
Gambar 4.3(a) Bentuk Gelombang Arus Fasa R Sebelum Penggunaan Transformator Wye-Delta Pada Kondisi Beban Tidak Seimbang
Gambar 4.3(b) Spektrum Arus Harmonisa Fasa R Sebelum Penggunaan Transformator Wye-Delta Pada Kondisi Beban Tidak Seimbang
Gambar 4.4(a) Bentuk Gelombang Arus Fasa S Sebelum Penggunaan Transformator Wye-Delta Pada Kondisi Beban Tidak Seimbang
Gambar 4.4(b) Spektrum Arus Harmonisa Fasa S Sebelum Penggunaan Transformator Wye-Delta Pada Kondisi Beban Tidak Seimbang
Gambar 4.5(a) Bentuk Gelombang Arus Fasa T Sebelum Penggunaan Transformator Wye-Delta Pada Kondisi Beban Tidak Seimbang
Gambar 4.5(b) Spektrum Arus Harmonisa Fasa T Sebelum Penggunaan Transformator Wye-Delta Pada Kondisi Beban Tidak Seimbang
Gambar 4.6(a) Bentuk Gelombang Arus Netral Sebelum Penggunaan Transformator Wye-Delta Pada Kondisi Beban Tidak Seimbang
Gambar 4.6(b) Spektrum Harmonisa Arus Netral Sebelum Penggunaan Transformator Wye-Delta Pada Kondisi Beban Tidak Seimbang
4.2. Eksperimen Setelah Penggunaan Transformator Wye-Delta 4.2.1. Kondisi beban seimbang
Data-data hasil pengukuran yang dilakukan terhadap besaran-besaran listrik setelah penggunaan transformator wye-delta pada kondisi beban yang seimbang ditampilkan pada Tabel 4.3. Sedangkan bentuk gelombang arus dan spektrum harmonisa dari penghantar fasa S dan netral diperlihatkan pada Gambar 4.7(a),(b) dan Gambar 4.8(a),(b). Bentuk gelombang dan spektrum harmonisa arus netral pada sisi transformator wye-delta juga diperlihatkan pada Gambar 4.9(a),(b).
Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Setelah Penggunaan Transformator Wye-Delta Pada Kondisi Beban Seimbang
Besaran Fasa R Fasa S Fasa T Netral
Frekuensi (Hz) 50,255 Tegangan rms (V) 220,09 217,63 217,79 0,36 Arus rms (A) 1,082 1,074 1,099 1,152 THD arus (%) 57,9 59,9 56,3 2117,4 Cos φ (DPF) 0,98 0,96 0,97 - Power Factor 0,84 0,81 0,83 -
Dari Tabel 4.3 dapat terlihat bahwa terjadi penurunan arus pada penghantar fasa dan penghantar netral. Arus pada penghantar fasa yang semula (sebelum penggunaan transformator wye-delta) masing-masing bernilai 1,154A, 1,170A, dan 1,173A turun menjadi 1,082A, 1,074A, dan 1,099A. Penurunan ini rata-rata sebesar 9.26%. Penggunaan transformator wye-delta juga menyebabkan arus pada penghantar netral juga berkurang yaitu dari sebelumnya 1,932A menjadi 1,152A. Ini berarti telah terjadi pengurangan arus pada penghantar netral sebesar 40,4%. Walaupun arus pada penghantar netral masih sedikit lebih besar dari rata-rata arus pada penghantar fasa yaitu dengan persentase sebesar 106% tetapi hal ini telah jauh berkurang dibandingkan dengan sebelum pemakaian transformator wye-delta yaitu sebesar 166%.
THD arus pada masing-masing fasa juga terlihat mengalami penurunan di mana sebelumnya THD arus yang terbesar bernilai 75,8% setelah penggunaan transformator wye-delta turun menjadi 59,9%. Begitu juga dengan THD arus pada penghantar netral yang sebelumnya bernilai 2194,2% turun menjadi 2117,4%. Hal ini menunjukkan bahwa dengan penggunaan transformator wye-delta, komponen arus harmonisa pada penghantar fasa maupun netral telah mengalami penurunan. Dari spektrum harmonisa fasa S pada Gambar 4.7(b) terlihat bahwa telah terjadi penurunan besar arus urutan nol bila dibandingkan dengan tanpa penggunaan transformator wye-delta.
Penggunaan transformator wye-delta juga meningkatkan faktor daya dari sistem yang sebelumnya rata-rata bernilai 0,73 menjadi rata-rata bernilai 0,83.
Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa transformator wye-delta memiliki impedansi urutan nol yang sangat kecil dibandingkan dengan impedansi
urutan positif dan negatifnya. Hal ini menyebabkan arus urutan nol dapat mengalir pada transformator wye-delta, sedangkan arus urutan positif dan negatif tidak dapat mengalir. Hal ini diperlihatkan pada Gambar 4.9(b) di mana arus yang mengalir menuju transformator wye-delta didominasi oleh komponen arus harmonisa urutan nol, sedangkan komponen arus harmonisa urutan positif dan negatif bernilai sangat kecil. Hasil pengukuran di sisi transformator wye-delta seperti pada rangkaian Gambar 3.3 untuk nilai tegangan dan arus ditunjukkan pada Tabel 4.4.
Tabel 4.4 Hasil Pengukuran di Sisi Transformator Wye-Delta Pada Kondisi Beban Seimbang
Besaran Fasa R Fasa S Fasa T Netral
Tegangan rms (V) 217,90 215,48 215,84 0,48
Arus rms (A) 0,322 0,323 0,325 0,943
Terlihat pada Tabel 4.4 bahwa arus netral yang menuju transformator wye-delta, terbagi tiga dan kembali keluar menuju sumber harmonisanya dari setiap fasa. Hal ini sesuai dengan yang telah dibahas pada Sub-bab 2.6 Persamaan (2.19).
Gambar 4.7(a) Bentuk Gelombang Arus Fasa S Setelah Penggunaan Transformator Wye-Delta Pada Kondisi Beban Seimbang
Gambar 4.7(b) Spektrum Arus Harmonisa Fasa S Setelah Penggunaan Transformator Wye-Delta Pada Kondisi Beban Seimbang
Gambar 4.8(a) Bentuk Gelombang Arus Netral di Sisi Sumber Setelah Penggunaan Transformator Wye-Delta Pada Kondisi Beban Seimbang
Gambar 4.8(b) Spektrum Harmonisa Arus Netral di Sisi Sumber Setelah Penggunaan Transformator Wye-Delta Pada Kondisi Beban Seimbang
Gambar 4.9(a) Bentuk Gelombang Arus Netral di Sisi Transformator Wye-Delta Setelah Penggunaan Transformator Wye-Delta Pada Kondisi Beban Seimbang
Gambar 4.9(b) Spektrum Harmonisa Arus Netral di Sisi Transformator Wye-Delta Setelah Penggunaan Transformator Wye-Delta Pada Kondisi Beban Seimbang
4.2.2. Kondisi beban tidak seimbang
Data-data hasil pengukuran yang dilakukan terhadap besaran-besaran listrik setelah penggunaan transformator wye-delta pada kondisi beban yang tidak seimbang ditampilkan pada Tabel 4.5. Sedangkan bentuk gelombang arus dan spektrum harmonisa dari masing-masing fasa dan netral diperlihatkan pada Gambar 4.10(a) sampai Gambar 4.13(b). Bentuk gelombang dan spektrum harmonisa arus netral pada sisi transformator wye-delta juga diperlihatkan pada Gambar 4.14(a),(b).
Tabel 4.5 Hasil Pengukuran Setelah Penggunaan Transformator Wye-Delta Pada Kondisi Beban Tidak Seimbang
Besaran Fasa R Fasa S Fasa T Netral
Frekuensi (Hz) 50,135 Tegangan rms (V) 218,65 213,95 213,58 0,39 Arus rms (A) 0,819 1,096 1,414 1,224 THD arus (%) 49,2 58,7 61,9 482,6 Cos φ (DPF) 1,00 0,93 0,97 - Power Factor 0,88 0,79 0,81 -
Dari Tabel 4.5 dapat dilihat bahwa dengan penggunaan transformator wye-delta pada kondisi beban yang tidak seimbang juga dapat mengurangi besar arus yang mengalir pada penghantar netral. Besar arus netral sebelum penggunaan transformator wye-delta adalah sebesar 2,047A sedangkan setelah penggunaan transformator wye-delta turun menjadi 1,224A. Persentase penurunan ini adalah sebesar 40,2%. Bila dibandingkan dengan persentase penurunan arus netral saat sebelum penggunaan transformator wye-delta yaitu sebesar 40,4%, dapat dikatakan bahwa baik dalam kondisi yang seimbang maupun tidak seimbang, persentase penurunan arus pada penghantar netral setelah penggunaan transformator wye-delta adalah tetap (stabil).
THD arus yang mengalir pada masing-masing fasa juga mengalami penurunan yaitu paling besar bernilai 61,9% dibandingkan dengan sebelum penggunaan transformator wye-delta yaitu paling besar bernilai 80,8%. THD arus pada penghantar netral mengalami kenaikan dibandingkan dengan sebelum penggunaan transformator wye-delta yaitu dari 432,0% menjadi 482,6%.
Sehingga dapat disimpulkan bahwa kenaikan nilai THD arus pada penghantar netral tidak selalu diikuti dengan kenaikan nilai arus rms pada penghantar netral.
Faktor daya setelah penggunaan transformator wye-delta mengalami kenaikan yang sebelumnya rata-rata bernilai 0,72 naik menjadi 0,82. Sedangkan untuk cos φ tidak tampak adanya perubahan yang berarti baik sebelum maupun setelah penggunaan transformator wye-delta. Hasil pengukuran di sisi transformator wye-delta untuk nilai tegangan dan arus ditunjukkan pada Tabel 4.6.
Tabel 4.6 Hasil Pengukuran di Sisi Transformator Wye-Delta Pada Kondisi Beban Tidak Seimbang
Besaran Fasa R Fasa S Fasa T Netral
Tegangan rms (V) 219,01 214,26 213,76 0,50
Arus rms (A) 0,346 0,311 0,339 0,971
Gambar 4.10(a) Bentuk Gelombang Arus Fasa R Setelah Penggunaan Transformator Wye-Delta Pada Kondisi Beban Tidak Seimbang
Gambar 4.10(b) Spektrum Arus Harmonisa Fasa R Setelah Penggunaan Transformator Wye-Delta Pada Kondisi Beban Tidak Seimbang
Gambar 4.11(a) Bentuk Gelombang Arus Fasa S Setelah Penggunaan Transformator Wye-Delta Pada Kondisi Beban Tidak Seimbang
Gambar 4.11(b) Spektrum Arus Harmonisa Fasa S Setelah Penggunaan Transformator Wye-Delta Pada Kondisi Beban Tidak Seimbang
Gambar 4.12(a) Bentuk Gelombang Arus Fasa T Setelah Penggunaan Transformator Wye-Delta Pada Kondisi Beban Tidak Seimbang
Gambar 4.12(b) Spektrum Arus Harmonisa Fasa T Setelah Penggunaan Transformator Wye-Delta Pada Kondisi Beban Tidak Seimbang
Gambar 4.13(a) Bentuk Gelombang Arus Netral di Sisi Sumber Setelah Penggunaan Transformator Wye-Delta Pada Kondisi Beban Tidak Seimbang
Gambar 4.13(b) Spektrum Harmonisa Arus Netral di Sisi Sumber Setelah Penggunaan Transformator Wye-Delta Pada Kondisi Beban Tidak Seimbang
Gambar 4.14(a) Bentuk Gelombang Arus Netral di Sisi Transformator Wye-Delta Setelah Penggunaan Transformator Wye-Delta Pada Kondisi Beban Tidak
Seimbang
Gambar 4.14(b) Spektrum Harmonisa Arus Netral di Sisi Transformator Wye-Delta Setelah Penggunaan Transformator Wye-Wye-Delta Pada Kondisi Beban Tidak
4.3. Rangkuman Hasil Eksperimen Sebelum dan Setelah Penggunaan