METODOLOGI PENELITIAN
3.2. Pemilihan Transformator Zig-Zag dan Zero Sequence Blocking Transformer
Dalam penelitian ini akan digunakan tiga buah transformator satu fasa masing-masing untuk transformator zig-zag dan zero sequence blocking transformer
sehingga jumlah transformator satu fasa yang digunakan berjumlah 6 unit. Ada dua jenis transformator satu fasa sesuai dengan peruntukkannya. Jenis pertama untuk zero
sequence blocking transformer (diberi kode TR 11, TR 12 dan TR 13) dan jenis
kedua untuk transfomator zig-zag (diberi kode TR 21, TR 22 dan TR23).
3.2.1. Transformator zig-zag
Untuk menentukan kapasitas transformator satu fasa untuk transformator zig-zag dilakukan perhitungan sebagai berikut:
Diasumsikan arus beban yang akan mengalir pada penghantrar fasa (IL) adalah
4A.Arus maksimum yang akan mengalir melalui penghantar netral (IN) adalah:
IN = 1,732 x 4 = 6,928 A
Arus yang mengalir pada masing-masing kumparan transformator zig-zag perfasa adalah:
IZ =IN 3 =
6,928
3 = 2,31 A
Tegangan pada masing-masing kumparan transformator (Vp) adalah 1⁄√3 dari tegangan fasa ke netral:
Vp = 0,577 x 220 = 127 V
Kapasitas transformator:
S = 2,31 x 127 = 293,37 VA
Jadi spesifikasi transformator satu fasa untuk transformator zig-zag adalah:
• Tegangan kumparan: 127 V/127 V
• Kapasitas: 300 VA
• Perbandingan belitan 1 : 1
3.2.2. Zero sequence blocking transformer
Transformator satu fasa yang akan digunakan sebagai Zero sequence blocking
transformer adalah transformator yang telah tersedia di Laboratorium Transmisi dan
Distribusi dimana spesifikasi transformator tersebut adalah 500 VA; 133/133 V. Untuk memeriksa apakah transformator ini bisa digunakan sebagai zero sequence
blocking transformer maka terlebih dahulu harus diketahui impedansi urutan nolnya.
Impedansi urutan nol ini adalah impedansi magnetik dari tranformator satu fasa.
Suatu zero sequence blocking transformer harus mempunyai impedansi urutan nol yang besar dan harus jauh lebih besar dari impedansi urutan nol transformator zig-zag. Berdasarkan hasil pengujian open circuit test dan short circuit test (Lampiran A) terhadap transformator satu fasa yang akan digunakan sebagai zero sequence
blocking transformer (transformator dengan kode TR 11, TR 12 dan TR 13)
impedansi urutan nolnya rata-rata adalah 1111,86 ohm dan nilai ini jauh lebih besar dari dibandingkan dengan impedansi urutan nol transformator transformator zig-zag yang hanya rata-rata 4,4908 + j0,2 ohm. Berdasarkan fakta ini dapat diputuskan bahwa transformator satu fasa 500 VA, 133/133 V dapat digunakan sebagai zero
3.3. Simulasi
Simulasi dilakukan dengan program komputer PSIM pada kondisi tegangan seimbang dan tidak seimbang dengan beban seimbang. Pelaksanaan simulasi bertujuan untuk membuktikan pendekatan kebenaran formulasi yang tersedia terhadap performansi Transformator zig-zag dan Zero sequence blocking transformer
untuk mengurangi arus harmonisa urutan nol atau arus netral pada sistem distribusi tiga fasa empat kawat. Hasil simulasi unumnya dapat dimanfaatkan untuk perkiraan perhitungan dan perencanaan.
Beban yang digunakan dalam simulasi ini adalah penyearah satu fasa yang dibebani oleh kapasitor (C) dan tahanan (R) yang dihubungkan paralel. Parameter-parameter yang digunakan dalam simulasi ini serta sumber perolehan Parameter-parameter tersebut ditunjukkan pada Tabel 3.1 dan rangkaian simulasi ditunjukkan pada Gambar hingga Gambar 3.3. Karena yang akan ditinjau adalah kondisi steady state maka durasi simulasi yang diperlukan adalah antara 0,4 sampai 0,5 detik.
Tabel 3.1 Parameter yang Digunakan Dalam Simulasi
No Komponen Parameter Sumber perolehan
parameter 1 Tegangan Sumber
Seimbang (Vpeak) 311∠ 00, 311∠ -1200, 311∠ 1200 Asumsi Tidak Seimbang (Vpeak) 311∠ 00, 283∠ 1150, 339∠ 2500 Asumsi 2 Impedansi sumber dan
jala-jala
0,5 Ω; 0,2 mH Asumsi
No Komponen Parameter Sumber perolehan parameter 4 Zero sequence blocking
transformer: TR 11 TR 12 TR 13 R1= 2,1061 Ω, R2= 2,1061 Ω X1 = 0,01125 H, X2 = 0,01125 H Xm = 4,0578 H R1= 2,065 Ω, R2= 2,065 Ω X1 = 0,01165 H, X2 = 0,01165 H Xm = 3,2826 H R1= 2,1119 Ω, R2= 2,1119 Ω X1 = 0,01153 H, X2 = 0,01153 H Xm = 3,2825 H
Pengujian beban nol dan hubung singkat (lihat Lampiran A) Transformator Zig-zag: TR 21 TR 22 TR 23 R1 = 2,7822 Ω, R2 = 2,8934 Ω X1 = 0,000412 H, X2 = 0,000412 H Xm = 4,1529 H R1 = 1,9401 Ω, R2 = 1,9401 Ω X1 = 0,00026 H, X2 = 0,00026 H Xm = 4,0902 H R1 = 1,9584 Ω, R2 = 1,9584 Ω X1 = 0,0001437 H, X2 = 0,0001437 H Xm = 3,5710 H
Pengujian beban nol dan hubung singkat (lihat Lampiran A)
5 Penyearah satu fasa Rangkaian paralel R dan C
Diode threshold voltage = 0,73 V Tahanan dioda = 0,0087 Ω
Nilai tahanan R = 100 Ω
Nilai kapasitansi C = 125μF
Asumsi
3.3.1. Rangkaian simulasi
Rangkaian simulasi ditunjukkan pada Gambar 3.1 hingga Gambar 3.3. Rangkaian simulasi tersebut digunakan untuk tegangan sumber seimbang dan tidak seimbang. Pada gambar-gambar tersebut ditunjukkan pula titik-titik pengukuran
tegangan dan arus. Parameter yang digunakan dalam simulasi ini sudah ditampilkan pada Tabel 3.1.
Gambar 3.1 Rangkaian Simulasi Sebelum Pengurangan Arus Harmonisa Urutan Nol dengan Tegangan Seimbang
Gambar 3.2 Rangkaian Simulasi Pengurangan Arus Harmonisa Urutan Nol Oleh Transformator Zig-Zag dengan Tegangan Seimbang
Gambar 3.3 Rangkaian Simulasi Pengurangan Arus Harmonisa Urutan Nol Oleh ZSBT dan Transformator Zig-Zag dengan Tegangan Seimbang
3.4. Eksperimen
Untuk mendapatkan hasil penelitian yang lebih nyata dan objektif dilakukan eksperimen di Laboratorium. 1 (satu) unit alat ukur three phase power quality
analyzer merk FLUKE model 435 digunakan untuk mengukur bentuk gelombang dan
spektrum tegangan, arus dan parameter lainnya. Dari hasil pengukuran itu akan lebih jelas pengaruh penggunaan zero sequence blocking transformer dan transformator zig-zag untuk mengurangi arus harmonisa urutan nol pada sistem distribusi tiga fasa empat kawat dengan beban satu fasa non linear. Beban non linear yang digunakan adalah lampu hemat energi dengan daya 215 W per fasa sehingga daya total beban tiga fasa adalah 645 W.
3.4.1. Bahan dan peralatan yang digunakan
Bahan dan peralatan yang akan digunakan pada eksperimen adalah:
1. Tiga unit transformator satu fasa masing-masing 500 VA; 133/133 Volt, untuk zero sequence blocking transformer.
2. Tiga unit transformator satu fasa masing-masing 300 VA; 127/127 Volt dengan kumparan bifilar, untuk tranformator zig-zag.
3. Sembilan buah lampu hemat energi 18 W/ 220 Volt dan 21 buah lampu hemat energi 23 W/ 220 Volt.
4. Satu unit alat ukur three phase power quality analyzer merk FLUKE
18 W 3 bh 23 W 7 bh 18 W 3 bh 23 W 7 bh 23 W 7 bh 18 W 3 bh MCB 16A 3P MC MC MC ON OFF MCB 6A 1P R T S N 3 bh 7 bh 3 bh 7 bh 3 bh 7 bh
5. Satu set peralatan untuk instalasi rangkaian eksperimen antara lain adalah: MCB 3P 16 A, MCB 1P 6A, magnetic contactor 9 A, kabel kontrol, push-button switch, terminal block dan saklar.
6. Lima belas meter kabel NYMHY 4 x 2,5 mm2.
3.4.2. Rangkaian eksperimen
Gambar 3.4 menunjukkan rangkaian dasar eksperimen yang akan dilakukan. Gambar tersebut menunjukkan pula tipikal suatu sistem distribusi tiga fasa empat kawat.
Gambar 3.4 Rangkaian Eksperimen Sebelum Pengurangan Arus Harmonisa Urutan Nol
MCB 16A 3P MC MC MC ON OFF MCB 6A 1P N TRAFO ZIG-ZAG
setiap fasa terdapat beban lampu hemat energi 215 W sehingga beban total tiga fasa adalah 645 W. Penggunaan lampu hemat energi ini dimaksudkan sebagai sumber arus harmonisa urutan nol.
Gambar 3.5. dan Gambar 3.6 menunjukkan rangkaian eksperimen pengurangan arus harmonisa urutan nol oleh transformator zig-zag (trafo zig-zag) dan kombinasi zero sequence blocking transformer (ZSBT) dan transformator zig-zag. Untuk penyederhanaan zero sequence blocking transformer dan transformator zig-zag digambarkan dalam bentuk balok.
Gambar 3.5 Rangkaian Eksperimen Pengurangan Arus Harmonisa Urutan Nol Oleh Transformator Zig-Zag
MCB 16A 3P MC MC MC ON OFF MCB 6A 1P R T S N TRAFO ZIG-ZAG ZSBT
Gambar 3.6 Rangkaian Eksperimen Pengurangan
Arus Harmonisa Urutan Nol Oleh zero sequence blocking transformer
dan Transformator Zig-Zag
3.4.3. Teknik pengukuran
Pengukuran dilakukan dengan tegangan sumber daya berbentuk sinusoidal seimbang dan dengan beban seimbang. Untuk melakukan pengukuran terhadap parameter-parameter yang diperlukan, digunakan power quality analyzer FLUKE
model 435 atau disebut dengan PQ meter. Pengukuran dilakukan baik pada sisi
sumber maupun pada sisi transformator zig-zag. Diagram penyambungan untuk melaksanakan pengukuran oleh PQ meter tersebut pada sisi sumber dan pada transformator zig-zag berturut-turut ditunjukkan pada Gambar 3.7 dan Gambar 3.8.
18 W 3 bh 23 W 7 bh 18 W 3 bh 23 W 7 bh 23 W 7 bh 18 W 3 bh MCB 16A 3P MC MC MC ON OFF MCB 6A 1P R T S N 3 bh 7 bh 3 bh 7 bh 3 bh 7 bh FLUKE 435 probe tegangan probe arus 1 2 3 N G N L3 L2 L1
R T S MCB 16A 3P MC MC ON OFF MCB 6A 1P N TRAFO ZIG-ZAG FLUKE 435 MC probe tegangan probe arus 1 2 3 N L1 L2 L3 N G
Gambar 3.8 Diagram Penyambungan Pengukuran Oleh PQ Meter Pada Sisi Transformator Zig-Zag
Pengukuran akan dilakukan pada ketiga macam rangkaian eksperimen (Gambar 3.4 hingga Gambar 3.6) dengan titik-titik pengukuran seperti yang ditunjukkan pada Tabel 3.2.
Tabel 3.2 Titik Pengukuran Pada Eksperimen
No Eksperimen Rangkaian Titik Pengukuran 1 Sebelum pengurangan
harmonisa
Gambar 3.4
Pada sisi sumber
2 Sesudah pengurangan harmonisa oleh trafo zig-zag
Gambar 3.5
Pada sisi sumber dan trafo zig-zag
3 Sesudah pengurangan harmonisa oleh ZSBT dan trafo zig-zag
Gambar 3.6
Pada sisi sumber dan trafo zig-zag
Pada setiap rangkaian akan dilakukan pengukuran terhadap parameter-parameter berikut yaitu:
1. Volt dan ampere: untuk mengetahui nilai rms tegangan dan arus pada setiap fasa dan netral.
2. Daya dan energi: untuk mengetahui nilai daya aktif (W), daya total (VA), daya reaktif (VAR), faktor daya (power factor) dan displacement power
factor(Cos φ).
3. Scope: untuk mengetahui bentuk gelombang tegangan dan arus pada setiap fasa dan netral.
4. Harmonisa: untuk mengetahui spektrum tegangan dan arus pada setiap fasa dan netral, harmonisa tegangan dan arus pada setiap fasa dan netral. Tidak semua data yang diperoleh ditampilkan pada Bab IV. Data yang akan ditampilkan nanti disesuaikan dengan keperluan pembahasan. Data-data terkait lainnya dan foto dokumentasi dilampirkan pada Lampiran 2 dan 3.
58
BAB IV