Studi Tentang Kualitas Kinerja Transformator Distribusi Dalam Melayani Beban Dengan Regulasi Tegangan Dan Efisiensi Sebagai Parameter (Aplikasi Pada Pt. Pln (Persero) Rayon Medan Kota)

TUGAS AKHIR

STUDI TENTANG KUALITAS KINERJA TRANSFORMATOR

DISTRIBUSI DALAM MELAYANI BEBAN DENGAN

REGULASI TEGANGAN DAN EFISIENSI SEBAGAI

PARAMETER

(Aplikasi Pada PT. PLN (Persero) Rayon Medan Kota)

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro

OLEH :

NIM : 04 0402 062 SUTRISNO PURBA

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

STUDI TENTANG KUALITAS KINERJA TRANSFORMATOR DISTRIBUSI DALAM MELAYANI BEBAN DENGAN REGULASI

TEGANGAN DAN EFISIENSI SEBAGAI PARAMETER (Aplikasi Pada PT. PLN (Persero) Rayon Medan Kota)

OLEH :

NIM : 04 0402 062 SUTRISNO PURBA

Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana Teknik Elektro

Disetujui oleh : Dosen Pembimbing

NIP. 130 836 676 Ir. Satria Ginting

Diketahui oleh :

Ketua Departemen Teknik Elektro FT-USU

NIP. 131 459 554 Ir. Nasrul Abdi, MT

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

ABSTRAK

Transformator merupakan suatu alat listrik statis yang mampu mengubah tenaga

listrik arus bolak balik pada suatu tingkatan tegangan ke tingkat tegangan lain atau dari

suatu tingkatan arus ke tingkatan arus lain dengan frekuensi yang sama melalui prinsip

induksi elektromagnetis. Pada umumnya transformator terdiri atas sebuah inti, yang

terbuat dari besi berlapis, dan dua buah kumparan, yaitu kumparan primer, dan kumparan

sekunder. Rasio perubahan tegangan akan tergantung dari rasio jumlah lilitan pada kedua

kumparan itu. Biasanya kumparan terbuat dari kawat tembaga yang dibelit seputar “kaki”

inti transformator. Salah satu jenis transformator adalah transformator distribusi. Trafo

distribusi adalah merupakan suatu komponen yang sangat penting dalam penyaluran

tenaga listrik dari gardu distribusi ke konsumen. Rendahnya kualitas daya dan tegangan

yang diterima oleh konsumen tidak terlepas dari kualitas kinerja transformator distribusi

dalam melayani beban rendah pula.

Suatu transformator distribusi yang mempunyai kualitas baik, jika transformator

tersebut mempunyai nilai efisiensi yang tinggi dan mempunyai nilai rugi-rugi yang kecil

pada saat melayani beban. Semakin besar efisiensi suatu transformator serta rugi-rugi

yang ditimbulkannya semakin kecil pada saat melayani beban, maka kualitas

transformator tersebut semakin baik dan begitu juga sebaliknya. Regulasi tegangan

transformator adalah suatu bentuk kualitas tegangan dari suatu transformator distribusi

pada sisi beban. Semakin besar regulasi tegangan dari suatu transformator maka semakin

buruklah kualitas tegangan pada sisi beban transformator tersebut dan begitu juga

sebaliknya. Sehingga perlu dilakukan perhitungan nilai efisiensi transformator serta

regulasi tegangannya untuk mengetahui kulitas kinerja transformator tersebut dalam

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur Penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus, Bapa yang ada di

surga atas segala kasih karunia, pengetahuan, dan tuntunannya selama Penulis

melaksanakan studi hingga terselesaikannya tugas akhir ini

Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat bagi Penulis untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatra Utara.

Adapun judul tugas akhir ini adalah :

STUDI TENTANG KUALITAS KINERJA TRANSFORMATOR DISTRIBUSI DALAM MELAYANI BEBAN DENGAN REGULASI TEGANGAN DAN

EFISIENSI SEBAGAI PARAMETER

Selama masa kuliah sampai masa penyelesaian tugas akhir ini, Penulis banyak

memperoleh bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dengan penuh

ketulusan hati, Penulis mengucapkan banyak terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Kedua Orangtua tercinta, G Purba dan E br.Marbun yang selalu memberikan

dukungan, perhatian, dan doa yang tak henti-hentinya selama hidup Penulis.

2. Abangku Robby Fadly Purba S.P dan Sudianto Purba, kakakku Sulastriani

br.Purba, Reni Elpanetti S.Si br.Purba, adekku Sri Oktoria br.Purba dan Renta

br.Purba, yang selalu memberikan dukungan dan cinta yang tulus selalu.

3. Bapak Ir. Nasrul Abdi, MT selaku Ketua Departemen Teknik Elektro, Fakultas

Teknik , Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Rahmat Fauzi ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro,

5. Bapak Ir. Satria Ginting selaku Dosen Pembimbing Penulis yang telah

meluangkan waktu dan tempat untuk membimbing dan membantu Penulis

menyelesaikan Tugas akhir ini.

6. Bapak Ir. Syarifuddin Siregar selaku Dosen Wali Penulis selama menyelesaikan

pendidikan di Universitas Sumatera Utara yang juga banyak memberi

inspirasi,masukan dan dorongan spiritual kepada Penulis dalam menyelesaikan

studi di Departemen Teknik Elektro FT-USU.

7. Bapak Prof.Dr.Ir. Usman Baafai selaku Kepala Laboratorium Elektronika Dasar

Departemen Teknik Elektro FT. USU

8. Seluruh Staff Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Elektro FT-USU

9. Rekan-rekan asisten dan teman-teman di Laboratorium Elektronika Dasar

Departemen Teknik Elektro FT. USU, Jeremia, Rozi, Lutfi, dan Yona, B’ Been,

B’ Juanda, B’ Wiswa dan B’ Martin CS .

10.Semua rekan – rekan di Fakultas Teknik Elektro USU terutama angkatan 2004

yang telah banyak memberi warna dalam hidup Penulis.

11.Teman terbaik yang selalu di hati, Itok Tity (Puyuk), Itok aNCe (si ’C’),

B’Budiman Saragih, Julika, Roy Alfred (si ’Coy’) dan Jeremia Purba (si ’Chev’),

semoga Yesus selalu memberkati jalan kita.

12.Teman-teman di UKM KMK UP FT-USU, Jeko, Batara, Ady, Immanuel,

Irwanto, Marojahan, Juan Rio dan teman-teman yang lainnya yang tidak dapat

penulis sebut satu per satu, yang membantu penulis dalam penyelesaian Tugas

13.Kepada adik kelompokku D’Boul, Niko, Atfen dan Ramli yang banyak

memberikan dukungan dalam doa.

14.Semua orang yang tidak dapat disebutkan satu persatu, Penulis mengucapkan

banyak terima kasih.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, untuk itu

penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi penyempurnaan isi

dan analisa yang disajikan. Akhir kata, semoga tulisan ini bermamfaat bagi

Pembaca.

Medan, September 2008

DAFTAR ISI

Abstrak... ...i

Kata Pengantar ... ....ii

Daftar Isi ... ....v

Daftar Gambar... .viii

Daftar Tabel ... ....x

BAB I PENDAHULUAN I. 1 Latar Belakang ... ...1

I. 2 Tujuan Penulisan ... ….2

I. 3 Batasan Masalah ... ….2

I. 4 Metode Penulisan ... ….3

I. 5 Sistematika Penulisan ... ….4

BAB II TRANSFORMATOR II. 1 Umum………...5

II. 2. Konstruksi Transformator………...……….6

II. 3 Prinsip Kerja Transformator...………...8

II.3.1 Keadaan Transformator Tanpa Beban...9

II.3.2 Keadaan Transformator Berbeban...13

II. 4 Rangkaian Ekivalen Transformator...………...15

II.4.1 Pengukuran Beban Nol...19

II.4.2 Pengukuran Hubung Singkat...20

II.5.1 Rugi Tembaga...22

II.5.2 Rugi Besi...22

II. 6 Transformator Tiga Phasa...23

II.6.1 Umum...23

II.6.2 Konstruksi Transformator Tiga Phasa...23

II.6.3 Hubungan Tiga Phasa Pada Transformator...25

II. 7 Sistem Pendingin Transformator...………....32

II. 8 Kegunaan Transformator...33

BAB III TINJAUAN TENTANG TRANSFORMATOR DISTRIBUSI III. 1 Umum………....34

III. 2 Sistem Tiga Phasa...………...36

III. 2.1 Sistem Hubungan Wye ( Y ) Dan Delta ( ∆ )...…….37

III. 2.2 Sistem Hubungan Zig-Zag (Z)...……….38

III. 2.3 Beban Seimbang Terhubung Wye ( Y )…...……….39

III. 2.4 Beban Tidak Seimbang Terhubung Wye (Y )....………...40

III. 3 Daya Dalam Sistem Tiga Phasa...…..41

III. 4 Transformator Distribusi...………42

III. 4.1 Spesifikasi Umum Tegangan Primer Trafo Distribusi...…….44

III. 4.2 Spesifikasi Umum Tegangan Sekunder Trafo Distribusi……….44

III. 4.3 Spesifikasi Umum Tegangan Penyadapan Trafo Distribusi...45

III. 4.4 Spesifikasi Umum Daya Pengenal Trafo Distribusi...45

III. 5 Klasifikasi Beban Transformator Distribusi...………....47

III. 6 Losses Pada Saluran Transformator Distribusi..………....49

III.6.1 Losses Pada Penghantar Phasa...49

III.6.2 Losses Akibat Beban Tidak Seimbang...50

III.6.3 Losses Pada Sambungan Tidak Baik...50

III. 7 Regulasi Tegangan Transformator Distribusi...…..51

III. 8 Efisiensi Transformator Distribusi...………52

BAB IV STUDI TENTANG KUALITAS KINERJA TRANSFORMATOR DISTRIBUSI DALAM MELAYANI BEBAN IV. 1 Umum...…..54

IV.2 Persamaan Yang Digunakan Dalam Perhitungan...…....55

IV.2.1 Perhitungan Persentase Beban Yang Dilayani...55

IV.2.2 Perhitungan Regulasi Tegangan Transformator...55

IV.2.3 Penyaluran Daya Pada Transformator...55

IV.2.4 Losses Yang Terjadi Pada Jaringan Distribusi...56

IV.2.5 Perhitungan Nilai Efisiensi Transformator...56

IV. 3 Metode Pengambilan Data Transformator Distribusi..…………..57

IV. 4 Data Hasil Ukur Beban Transformator Distribusi 160 KVA…...57

IV. 5 Analisa Data...………...63

BAB V PENUTUP Kesimpulan………..…..73

DAFTAR PUSTAKA………..….74

DAFTAR GAMBAR

Gambar

Halaman

Gambar 2.1 Konstruksi transformator tipe inti (core form)... ...7

Gambar 2.2 Konstruksi lempengan logam inti trafo bentuk L dan U ... ...7

Gambar 2.3 Transformator tipe cangkang (shell form) ... ...8

Gambar 2.4 Konstruksi lempengan logam inti trafo bentuk E, I dan F... ...8

Gambar 2.5 Transformator dalam keadaan tanpa beban ... ...10

Gambar 2.6 Rangkaian ekivalen transformator dalam keadaan tanpa beban ... ...10

Gambar 2.7 Gambar vektor transformator dalam keadaan tanpa beban ... ...10

Gambar 2.8 Gambar gelombang Io tertinggal 90o dari V1 ... ...11

Gambar 2.9 Gambar gelombang sin (ωt-90o) tertinggal 90odari Φ………..12

Gambar 2.10 Transformator dalam keadaan berbeban... ...14

Gambar 2.11 Rangkaian ekivalen transformator dalam keadaan berbeban………..14

Gambar 2.12 Rangkaian transformator ideal...16

Gambar 2.13 Diagram vektor model rangkaian ekivalen transformator ideal .... ...16

Gambar 2.14 Gambar rangkaian ekivalen transformator...17

Gambar 2.15 Penyedehanaan rangkaian ekivalen transformator ... ...18

Gambar 2.16 Diagram vektor parameter sekunder pada rangkaian primer………..18

Gambar 2.17 Hasil akhir penyederhanaan rangkaian ekivalen trafo ... ...19

Gambar 2.18 Rangkaian pengukuran beban nol ... ...19

Gambar 2.19 Rangkaian pengukuran hubung singkat... ...21

Gambar 2.21 Blok diagram rugi-rugi pada transformator ... ...22

Gambar 2.22 Konstruksi trafo tiga phasa tipe inti ... ...24

Gambar 2.23 Transformator tiga phasa tipe cangkang ... ...24

Gambar 2.24 Transformator hubungan - Y ... ...26

Gambar 2.25 Transformator hubungan - ∆ ... ...27

Gambar 2.26 Transformator hubungan YY ... ...28

Gambar 2.27 Transformator hubungan Y∆ ... ...29

Gambar 2.28 Transformator hubungan ∆Y ... ...30

Gambar 2.29 Transformator hubungan ∆∆ ... ...31

Gambar 3.1 Gambaran umum distribusi tenaga listrik ... …..…..35

Gambar 3.2 Sistem tiga phasa sebagai sistem tiga phasa tunggal... ...36

Gambar 3.3 Bentuk gelombang dalam sistem tiga phasa ... ...37

Gambar 3.4 Sistem Hubungan Y dan sistem ∆ ... ...38

Gambar 3.5 Sistem Hubungan Zig-Zag (Z) ... ...39

Gambar 3.6 Beban tidak seimbang terhubung bintang empat kawat ... ...40

Gambar 3.7 Transformator Distribusi Tiga Phasa 160 KVA ... ...43

Gambar 3.8 Sambungan Kabel ... ...50

Gambar 4.1 Kurva Karakteristik Pembebanan Trafo Distribusi LWBP dan WBP...71

Gambar 4.2 Grafik Perbandingan Plosses Trafo Distribusi pada WBP dan LWBP...71

Gambar 4.3 Grafik Perbandingan VR Trafo Distribusi pada WBP dan LWBP...……….72

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Nilai Daya Pengenal Transformator Distribusi...46

Tabel 3.2 Nilai Rugi-rugi Transformator Distribusi...46

Tabel 3.3 Klasifikasi Beban Pelanggan Listrik PLN...47

Tabel 4.1 Spesifikasi Umum Transformator Distribusi 160 KVA ... ………58

Tabel 4.2 Data Hasil Ukur Beban Transformator Distribusi 160 KVA………...59

Rayon Medan Kota Lewat Waktu Beban Puncak ( LWBP ) Tabel 4.3 Data Hasil Ukur Beban Transformator Distribusi 160 KVA………...61

Rayon Medan Kota Waktu Beban Puncak ( WBP ) Tabel 4.4 Analisa Data Hasil Ukur Beban Transformator Distribusi 160 KVA…...…...65

Rayon Medan Kota Lewat Waktu Beban Puncak ( LWBP ) Tabel 4.5 Analisa Data Hasil Ukur Beban Transformator Distribusi 160 KVA…...…...69

ABSTRAK

Transformator merupakan suatu alat listrik statis yang mampu mengubah tenaga

listrik arus bolak balik pada suatu tingkatan tegangan ke tingkat tegangan lain atau dari

suatu tingkatan arus ke tingkatan arus lain dengan frekuensi yang sama melalui prinsip

induksi elektromagnetis. Pada umumnya transformator terdiri atas sebuah inti, yang

terbuat dari besi berlapis, dan dua buah kumparan, yaitu kumparan primer, dan kumparan

sekunder. Rasio perubahan tegangan akan tergantung dari rasio jumlah lilitan pada kedua

kumparan itu. Biasanya kumparan terbuat dari kawat tembaga yang dibelit seputar “kaki”

inti transformator. Salah satu jenis transformator adalah transformator distribusi. Trafo

distribusi adalah merupakan suatu komponen yang sangat penting dalam penyaluran

tenaga listrik dari gardu distribusi ke konsumen. Rendahnya kualitas daya dan tegangan

yang diterima oleh konsumen tidak terlepas dari kualitas kinerja transformator distribusi

dalam melayani beban rendah pula.

Suatu transformator distribusi yang mempunyai kualitas baik, jika transformator

tersebut mempunyai nilai efisiensi yang tinggi dan mempunyai nilai rugi-rugi yang kecil

pada saat melayani beban. Semakin besar efisiensi suatu transformator serta rugi-rugi

yang ditimbulkannya semakin kecil pada saat melayani beban, maka kualitas

transformator tersebut semakin baik dan begitu juga sebaliknya. Regulasi tegangan

transformator adalah suatu bentuk kualitas tegangan dari suatu transformator distribusi

pada sisi beban. Semakin besar regulasi tegangan dari suatu transformator maka semakin

buruklah kualitas tegangan pada sisi beban transformator tersebut dan begitu juga

sebaliknya. Sehingga perlu dilakukan perhitungan nilai efisiensi transformator serta

regulasi tegangannya untuk mengetahui kulitas kinerja transformator tersebut dalam

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 LATAR BELAKANG MASALAH

Pada saat sekarang ini, indonesia sedang melaksanakan pembangunan di segala

bidang termasuk di bidang energi. Seiring dengan laju pertumbuhan pembangunan maka

dituntut adanya sarana dan prasarana yang mendukungnya seperti tersedianya energi

listrik yang memadai. Saat ini, energi listrik merupakan kebutuhan yang utama baik

untuk kehidupan sehari-hari maupun untuk kebutuhan industri. Hal ini disebabkan karena

energi listrik mudah untuk dikonversikan ke dalam bentuk energi yang lain. Penyediaan

energi listrik yang stabil dan kontinu merupakan syarat dalam memenuhi kebutuhan

energi listrik. Penyaluran energi listrik ini harus dibarengi dengan kualitas daya dan

tegangan yang disalurkan ke konsumen mempunyai kualitas yang baik. Sehingga

kekontinuan pelayanan energi listrik tetap terjaga dengan baik dengan kualitas energi

yang baik pula. Salah satu alat yang dipakai dalam penyaluran energi listrik tersebut

adalah transformator distribusi.

Transformator distribusi merupakan suatu alat yang dipakai dalam pelayanan

energi listrik ke konsumen. Suatu trafo distribusi dikatakan mempunyai kualitas yang

baik dalam melayani beban, jika transformator distribusi tersebut mempunyai nilai

efisiensi yang tinggi dan mempunyai nilai rugi-rugi yang kecil pada saat melayani beban.

Semakin besar efisiensi suatu transformator serta rugi-rugi yang ditimbulkannya semakin

kecil pada saat melayani beban, maka kualitas transformator tersebut semakin baik dan

kualitas tegangan dari suatu transformator distribusi pada sisi beban. Semakin besar

regulasi tegangan dari suatu transformator distribusi maka semakin buruklah kualitas

tegangan pada sisi beban transformator distribusi tersebut dan begitu juga sebaliknya.

Sehingga perlu dilakukan perhitungan nilai efisiensi transformator distribusi serta

regulasi tegangannya untuk mengetahui kulitas kinerja transformator distribusi tersebut

dalam melanyani beban konsumen baik pada keadaan beban seimbang dan tak seimbang.

I.2 TUJUAN PENULISAN

Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini adalah :

1. Mengetahui kualitas kinerja transformator distribusi 160 KVA dalam

melayani beban di PT.PLN (Persero) Rayon Medan Kota

2. Untuk meningkatkan kualitas dan kuantitas pelayanan energi listrik ke

konsumen.

I.3 BATASAN MASALAH

Agar tujuan penulisan tugas akhir ini sesuai dengan yang diharapkan serta

terarah pada judul dan bidang yang telah disebutkan diatas, maka penulis

membatasi permasalahan yang akan dibahas,

1. Parameter yang dibahas hanya regulasi tegangan, serta efisiensi dari

transformator distribusi dalam melayani beban.

2. Tidak membahas tentang rugi-rugi akibat arus netral serta rugi-rugi

yang disebabkan oleh eddy current dan hysteresis.

4. Transformator distribusi yang digunakan adalah transformator

distribusi 160 KVA.

5. Tidak membahas masalah stabilitas dan harmonisa yang terjadi pada

transformator distribusi dalam melayani beban.

I.4 METODE PENULISAN

Untuk dapat menyelesaikan tugas akhir ini maka penulis menerapkan beberapa

metode studi diantaranya :

1. Studi literatur

yaitu dengan membaca teori-teori yang berkaitan dengan topik tugas akhir

ini dari buku-buku referensi baik yang dimiliki oleh penulis atau

diperpustakaan dan juga dari artikel-artikel, jurnal, internet dan lain-lain .

2. Studi lapangan

yaitu dengan melaksanakan pengambilan data hasil ukur beban pada

beberapa transformator distribusi 160 KVA di sisi tegangan rendah (sisi

sekunder) di PT.PLN (Persero) Rayon Medan Kota.

3. Studi bimbingan

yaitu dengan melakukan diskusi tentang topik tugas akhir ini dengan

dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh pihak Departemen Teknik

Elektro USU, dengan dosen-dosen bidang Konversi Energi Listrik, asisten

Laboratorium Konversi Energi Listrik dan teman-teman sesama

I.5 SISTEMATIKA PENULISAN

Tugas akhir ini disusun berdasarkan sistematika penulisan sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN

Bagian ini berisikan latar belakang, tujuan penulisan, batasan masalah,

metode penulisan, dan sistematika penulisan.

BAB II TRANSFORMATOR

Bab ini memberikan penjelasan mengenai transformator secara umum,

konstruksi transformator, prinsip kerja transformator, rangkaian ekivalen

transformator, rugi-rugi pada transformator, transformator tiga phasa,

sistem pendingin transformator, kegunaan transformator.

BAB III TINJAUAN TENTANG TRANSFORMATOR DISTRIBUSI

Bab ini menjelaskan tentang transformator distribusi secara umum,

sistem tiga phasa, daya dalam sistem tiga phasa, transformator distribusi,

klasifikasi beban transformator distribusi, losses pada saluran

transformator distribusi, regulasi tegangan transformator distribusi dan

efissiensi transformator distribusi.

BAB IV STUDI TENTANG KUALITAS KINERJA TRANSFORMATOR

DISTRIBUSI DALAM MELAYANI BEBAN

Bab ini berisi tentang pembahasan secara umum, persamaan yang

digunakan dalam perhitungan, metode pengambilan data transformator

distribusi, data hasil ukur beban transformator distribusi 160 KVA, serta

analisa data.

BAB V PENUTUP

BAB II

TRANSFORMATOR

II.1 UMUM

Transformator merupakan suatu alat listrik statis yang mampu mengubah

maupun untuk menyalurkan energi listrik arus bolak-balik dari satu atau lebih rangkaian

listrik ke rangkaian listrik arus bolak-balik yang lain, melalui suatu gandengan magnet

dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik yang dapat menaikkan/menurunkan

tegangan/arus dengan frekuensi yang sama. Pada umumnya transformator terdiri atas

sebuah inti, yang terbuat dari besi berlapis, dan dua buah kumparan, yaitu kumparan

primer, dan kumparan sekunder. Rasio perubahan tegangan akan tergantung dari rasio

jumlah lilitan pada kedua kumparan itu. Biasanya kumparan terbuat dari kawat tembaga

yang dibelit pada sekeliling “kaki” inti transformator.

Penggunaan transformator yang sangat sederhana dan andal merupakan salah

satu alasan penting dalam pemakaiannya dalam penyaluran tenaga listrik arus

bolak-balik, karena arus bolak–balik sangat banyak dipergunakan untuk pembangkitan dan

penyaluran tenaga listrik. Pada penyaluran tenaga listrik arus bolak-balik terjadi

kerugian energi sebesar I2R watt. Kerugian ini akan banyak berkurang apabila tegangan

dinaikkan setinggi mungkin. Dengan demikian maka saluran–saluran transmisi tenaga

listrik senantiasa mempergunakan tegangan yang tinggi. Hal ini dilakukan terutama

untuk mengurangi kerugian energi yang terjadi, dengan cara mempergunakan

yang biasanya berkisar antara 6 kV sampai 20 kV pada awal transmisi ke tegangan

saluran transmisi antara 100 kV sampai 1000 kV, kemudian menurunkannya lagi pada

ujung akhir saluran ke tegangan yang lebih rendah.

Transformator yang dipakai pada jaringan tenaga listrik merupakan

transformator tenaga. Disamping itu ada jenis–jenis transformator lain yang banyak

dipergunakan, dan yang pada umumnya merupakan transformator yang jauh lebih kecil.

Misalnya transformator yang dipakai di rumah tangga untuk menyesuaikan tegangan

dari lemari es dengan tegangan yang berasal dari jaringan listrik atau transformator yang

lebih kecil, yang dipakai pada lampu TL. Dan yang lebih kecil lagi, transformator–

transformator “mini” yang dipergunakan pada berbagai alat elektronik, seperti pesawat

penerima radio, televisi, dan lain sebagainya.

II.2 KONSTRUKSI TRANSFORMATOR

Pada dasarnya transformator terdiri dari kumparan primer dan sekunder yang

dibelitkan pada inti ferromagnetik. Berdasarkan letak kumparan terhadap inti,

transformator terdiri dari dua macam konstruksi, yaitu tipe inti (core type) dan tipe

cangkang (shell type). Kedua tipe ini menggunakan inti berlaminasi yang terisolasi satu

sama lainnya, dengan tujuan untuk mengurangi rugi-rugi arus eddy.

Tipe inti (Core form)

Tipe inti ini dibentuk dari lapisan besi berisolasi berbentuk persegi dan kumparan

mengelilingi inti besi yang disebut dengan kumparan, seperti yang ditunjukkan pada

Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Konstruksi transformator tipe inti (core form)

Sedangkan konstruksi intinya pada umumnya berbentuk huruf L atau huruf U,

dapat kita lihat pada gambar 2.2.

Gambar 2.2 Konstruksi lempengan logam inti transformator bentuk L dan U

Tipe cangkang (Shell form)

Jenis konstruksi transformator yang kedua yaitu tipe cangkang yang dibentuk

dari lapisan inti berisolasi, dan kumparan dibelitkan di pusat inti, dapat dilihat pada

Gambar 2.3 Transformator tipe cangkang (shell form)

Pada transformator ini, kumparan atau belitan transformator dikelilingi oleh inti.

Sedangkan konstruksi intinya pada umumnya berbentuk huruf E, huruf I atau huruf F

seperti terlihat pada gambar 2.4.

Gambar 2.4 Konstruksi lempengan logam inti transformator bentuk E, I dan F

II.3 PRINSIP KERJA TRANSFORMATOR

Transformator terdiri atas dua buah kumparan ( primer dan sekunder ) yang

bersifat induktif. Kedua kumparan ini terpisah secara elektris namun berhubungan secara

magnetis melalui jalur yang memiliki reluktansi ( reluctance ) rendah. Apabila

kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan balik maka fluks

jaringan tertutup maka mengalirlah arus primer. Akibat adanya fluks di kumparan

primer maka di kumparan primer terjadi induksi ( self induction ) dan terjadi pula

induksi di kumparan sekunder karena pengaruh induksi dari kumparan primer atau

disebut sebagai induksi bersama ( mutual induction ) yang menyebabkan timbulnya

fluks magnet di kumparan sekunder, maka mengalirlah arus sekunder jika rangkaian

sekunder di bebani, sehingga energi listrik dapat ditransfer keseluruhan (secara

magnetisasi ).

dt d N

e=(−) φ (Volt) ……….( 2.1 )

Dimana : e = gaya gerak listrik (Volt)

N = jumlah lilitan (turn)

dt dφ

= perubahan fluks magnet (weber/sec)

Perlu diingat bahwa hanya tegangan listrik arus bolak-balik yang dapat

ditransformasikan oleh transformator, sedangkan dalam bidang elektronika,

transformator digunakan sebagai gandengan impedansi antara sumber dan beban untuk

menghambat arus searah sambil tetap melakukan arus bolak-balik antara rangkaian.

Tujuan utama menggunakan inti pada transformator adalah untuk mengurangi

reluktansi ( tahanan magnetis ) dari rangkaian magnetis ( common magnetic circuit )

II.3.1 Keadaan transformator tanpa beban

Bila kumparan primer suatu transformator dihubungkan dengan sumber tegangan

menganggap belitan N1 reaktif murni. I0 akan tertinggal 900 dari V1. Arus primer I0

V2 I2

V1 I0

N1 N2

AC

m

Ф

menimbulkan fluks (Ф) yang sefasa dan juga berbentuk sinusoid.

Gambar 2.5 Transformator dalam keadaan tanpa beban

I1 I0

Ic Im

Rc Xm

V1 V2

Gambar 2.6 Rangkaian ekivalen transformator dalam keadaan tanpa beban

V1 E1

I0

Φ

90o 0

ωt V1

I , o Φ

2π

π

o

Gambar 2.8 Gambar gelombang Io tertinggal 90o dari V

t

ω

sin

max

Φ = Φ

1

(weber) ... (2.2)

Fluks yang sinusoid ini akan menghasilkan tegangan induksi е1

dt d N

e1 =− 1 Φ

(Hukum

Faraday):

dt t d

N

e ( maxsin )

1 1

ω Φ

− =

t N

e₁ =− ₁

ω

Φ_max cos

ω

(Volt) ... (2.3)

) 90 sin(

max 1

1 = N Φ wt−

e

ω

(tertinggal 90

o_{dari Φ)}

Dimana :

e1

= gaya gerak listrik (Volt)

N1

Φ = fluks magnetik (weber)

= jumlah belitan di sisi primer (turn)

90o 0

e

i

2

π

π

ωt

Φ 1,

e

2

Φ

Gambar 2.9 Gambar gelombang

e

1 tertinggal 90o

2

max 1 1

Φ = N ω

E

dari Φ

Harga efektif :

2

2 _max

1 1

Φ = N f

E π

2 14 , 3

2 _max

1 1

Φ

= N x f

E

2 28 ,

6 _max

1 1

Φ

= N f

E

max 1 1 =4,44N fΦ

Pada rangkaian sekunder, fluks (Φ) bersama tadi juga menimbulkan :

dt d N

e₂ =− ₂ Φ

t N

e₂ = ₂

ω

Φ_maxcos

ω

(Volt)

Harga efektifnya :

max 2 2 =4,44N fΦ

E (volt)

Bila rugi tahanan dan adanya fluksi bocor diabaikan, maka akan terdapat hubungan :

a N N V V E E

= = =

2 1

2 1

2

1 _{... (2.5)}

Dimana : E1 = ggl induksi di sisi primer (Volt)

E2 = ggl induksi di sisi sekunder (Volt)

V1 = tegangan terminal sisi primer (Volt)

V2 = tegangan terminal sisi sekunder (Volt)

N1 = jumlah belitan sisi primer (turn)

N2

II.3.2 Keadaan transformator berbeban

= jumlah belitan sisi sekunder (turn)

a

= faktor transformasi

Apabila kumparan sekunder di hubungkan dengan beban ZL, I2

L

Z V

I 2

2 =

mengalir pada

’

AC

I1

N1 _ZL

I 2

N2

V_{1 V2}

Ф2Ф 2

‘ Фm

Gambar 2.10 Transformator dalam keadaan berbeban

R1 X1

V1 RC XM

I1 I0

IC IM ZL

I'2

R2 X2

V2

I2

Gambar 2.11 Rangkaian ekivalen transformator dalam keadaan berbeban

Arus beban I2 ini akan menimbulkan gaya gerak magnet (ggm) N2 I2 yang

cenderung menentang fluks (Ф) bersama yang telah ada akibat arus pemagnetan. Agar

fluks bersama itu tidak berubah nilainya, pada kumparan primer harus mengalir arus I2',

yang menentang fluks yang dibangkitkan oleh arus beban I2

'

2 0 1 I I I = +

, hingga keseluruhan arus

yang mengalir pada kumparan primer menjadi:

(Ampere) ……….. (2.6)

Bila komponen arus rugi inti (Ic) diabaikan, maka I0 = Im

'

2 1 I I I = _m+

, sehingga:

Dimana: I1 = arus pada sisi primer (Amp)

I'2 = arus yg menghasilkan Φ'2 (Amp)

I0 = arus penguat (Amp)

Im = arus pemagnetan (Amp)

Ic = arus rugi-rugi inti (Amp)

Untuk menjaga agar fluks tetap tidak berubah sebesar ggm yang dihasilkan oleh

arus pemagnetan IM

M I N1

, maka berlaku hubungan :

= N₁I₁−N₂I₂

M I

N₁ = N₁

(

I_M +I₂'

)

−N₂ I₂

' 2 1I

N = N₂ I₂

Karena I dianggap kecil, maka _M ' ₁

2 I

I = . Sehingga :

1 1I

N = N₂ I₂

1 1 I

V = V₂I₂

II.4 RANGKAIAN EKIVALEN TRANSFORMATOR

Fluks yang dihasilkan oleh arus pemagnetan Im tidak seluruhnya merupakan

fluks bersama (ФM), sebagian mencakup kumparan pimer (Ф1) atau mencakup

kumparan sekunder saja (Ф2) dalam model rangkaian ekivalen yang dipakai untuk

menganalisis kerja suatu transformator, adanya fluks bocor Ф1 dengan mengalami

mengalami proses transformasi dapat ditunjukan sebagai reaktansi X2 sedang rugi

tahanan ditunjukan dengan R1 dan R2

R1 X1 R2 X2

RC X_M

I1 Io I'2

IC IM

V1 E1 E2 V2

N1 N2

I2

ZL

, dengan demikian model rangkaian dapat

dituliskan seperti gambar 2.12.

Gambar 2.12 Gambar rangkaian transformator ideal

ФM

IM

I0

I1

I2'

E1

I1R1

I1X1

V1

I2

V2

I2R2

I2X2

E2

IC

φ

Gambar 2.13 Diagram vektor model rangkaian transformator ideal

Dari diagram vektor diatas dapat pula diketahui hubungan penjumlahan vektor yaitu :

V1 = I1R1 + I1X1 + E

E

E1/E2 = N1/N2 = a atau E1 = a E2

E

, hingga

1 = a (I2R2 + I2X2 + V2

Maka :

)

V1 = I1R1 + I1X1 + a (I2R2 + I2X2 + V2

V

)

1 = I1R1 + I1X1 + a I2R2 + a I2X2 + a V

Karena I'

2

2/I2 = N2/N1 = 1/a atau I2= aI'

Maka:

2

V1 = I1R1 + I1X1 + a (a I'2R2) + a (a I'2X2) + a V

V

2

1 = I1R1 + I1X1 + a2 I'2R2 + a2 I'2X2 + a V

V

2

1 = I1R1 + I1X1 + I'2 (a2 R2 + a2 X2) + a V2 (Volt)...

(2.8)

Dari rangkaian transformator ideal diatas, apabila semua nilai parameter sekunder

dinyatakan pada sisi rangkaian primer, harganya perlu dikalikan dengan faktor a2,

dimana X'2 = X2 a2 , R'2 = R2 a2 , dan I'2 = I2

R1 X1

V1 RC XM

I

1

I

0

I

C

I

M

I'

2

R'2 X'2

V'

2₌

a

V

2

a Z2 L

[image:30.612.163.489.516.672.2]

a maka :

Untuk memudahkan perhitungan, model rangkaian ekivalen transformator

tersebut dapat diubah menjadi seperti gambar 2.15 dibawah ini :

I1

I

o

I

C

I

M

RC

X

M

V1

R

1

X

1

a

2

R

2

a

2

X2

a

2

ZL

aV

2

I'

2

Gambar 2.15 Penyederhanaan rangkaian ekivalen transformator

ФM

IM I0

I1

I’2

I1R1

I1X 1

V1

aV2 aI’2R2

aI’2X

2

IC

[image:31.612.148.408.411.588.2]

φ

Gambar 2.16 Diagram vektor parameter sekunder pada rangkaian primer

Gambar 2.15 di atas dapat di sederhanakan dengan menggunakan Rek dan Xek

R

yang dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini :

Xek = X1 + a2X2

I1

Rek

Xek

I0

Im

Xm

Rc

Ic

I2'

a2Z

L

aV2

V1

(Ohm)...(2.10)

[image:32.612.188.459.166.297.2]

Sehingga rangkaian di atas dapat diubah seperti gambar 2.17 di bawah ini :

Gambar 2.17 Hasil akhir penyederhanaan rangkaian ekivalen transformator

Parameter transformator yang terdapat pada model rangkaian (rangkaian

ekivalen) Rc, Xm, Rek dan Xek

II.4.1 Pengukuran beban nol

dapat ditentukan besarnya dengan dua macam

pengukuran yaitu pengukuran beban nol dan pengukuran hubungan singkat.

Rangkaian pengukuran beban nol atau tanpa beban dari suatu transformator

dapat ditunjukkan pada gambar 2.18 Umumnya untuk pengukuran beban nol semua

instrumen ukur diletakkan di sisi tegangan rendah (walaupun instrumen ukur terkadang

diletakkan di sisi tegangan tinggi), dengan maksud agar besaran yang diukur cukup

besar untuk dibaca dengan mudah.

AC V

A W

Gambar 2.18 Rangkaian pengukuran beban nol

Dalam keadaan tanpa beban bila kumparan primer di hubungkan dengan sumber

tegangan V1, maka akan mengalir arus penguat I0. Dengan pengukuran daya yang

masuk (P0), arus penguat I0 dan tegangan V1

0 2 1

P V R_c =

maka akan diperoleh harga :

(Ohm)... (2.11)

m c

c m

jX R

R jX I

V Z

+ = =

0 1

0 (Ohm) ... (2.12)

Dimana :

Z0

R

= impedansi beban nol (Ohm)

c

X

= tahanan beban nol (Ohm)

m = reaktansi beban nol (Ohm)

II.4.2 Pengukuran hubung singkat

Hubungan singkat berarti terminalnya dihubung singkatkan, sehingga hanya

impedansi Zek = Rek + j Xek yang membatasi arus.

Karena harga Rek dan Xek ini relatif kecil maka harus dijaga agar tegangan

masuk (Vsc) cukup kecil, sehingga arus yang dihasilkan tidak melebihi arus nominal.

Harga I0 akan relatif sangat kecil bila dibandingkan dengan arus nominal, sehingga pada

AC V

A W

[image:34.612.210.448.172.287.2]

N1 N2 A

Gambar 2.19 Rangkaian Pengukuran hubung singkat

Isc Rek Xek

[image:34.612.226.424.342.459.2]

Vsc

Gambar 2.20 Rangkaian ekivalen pengukuran hubung singkat

Dengan mengukur tegangan Vsc, arus Isc dan daya Psc

2 ) ( _sc

sc ek

I P

R =

, akan dapat dihitung

parameter :

(Ohm) ... (2.13)

ek ek

sc sc

ek R jX

I V

Z = = + (Ohm) ... (2.14)

2 2

ek ek ek Z R

II.5 RUGI-RUGI PADA TRANSFORMATOR

Rugi Tembaga Rugi Tembaga

Rugi Besi Histeresis

[image:35.612.111.531.175.316.2]

Dan Eddy Current

Gambar 2.21 Blok diagram rugi – rugi pada transformator

1I.5.1 Rugi tembaga ( Pcu )

Rugi yang disebabkan arus mengalir pada kawat tembaga yang terjadi pada

kumparan sekunder dapat ditulis sebagai berikut :

Pcu = I2

II.5.2 Rugi besi ( Pi )

R (Watt) ... (2.16)

Formula ini merupakan perhitungan untuk pendekatan. Karena arus beban berubah –

ubah, rugi tembaga juga tidak konstan bergantung pada beban. Dan perlu diperhatikan

pula resistansi disini merupakan resistansi AC.

Rugi besi terdiri atas :

• Rugi histerisis (Ph), yaitu rugi yang disebabkan fluks bolak – balik pada inti

besi yang dinyatakan sebagai :

Sumber Kumparan

primer

Fluks Bersama

Kumparan Sekunder

Ph = kh f Bmaks1.6

• Rugi arus eddy (Pe) , yaitu rugi yang disebabkan arus pusar pada inti besi.

watt ... (2.17)

Kh = konstanta

Bmaks = Fluks maksimum ( weber )

Dirumuskan sebagai :

Pe = ke f2 B2maks (Watt) ... (2.18)

Kh = konstanta

Bmaks = Fluks maksimum ( weber )

Jadi, rugi besi ( rugi inti ) adalah :

Pi = Ph + Pe (Watt) ... (2.19)

II.6 TRANSFORMATOR TIGA PHASA

II.6.1 Umum

Tiga transformator berfasa satu dapat dihubungkan untuk membentuk bank-3

fasa (susunan 3 fasa = 3 phase bank) dengan salah satu cara dari berbagai cara

menghubungkan belitan transformator. Pada tiga buah transformator satu fasa yang

dipakai sebagai transformator tiga fasa setiap kumparan primer dari satu transformator

dijodohkan dengan kumparan sekundernya. Hendaknya dicatat bahwa pada

transformator tiga fasa ini besar tegangan antar fasa (VL-L) dan daya transformator

(KVA) tidak tergantung dari hubungan belitannya. Akan tetapi tegangan fasa netral (V

L-N

II.6.2 Konstruksi transformator tiga fasa

) serta arus dari masing-masing transformator tergantung pada hubungan belitannya.

Untuk mengurangi kerugian yang disebabkan oleh arus pusar di dalam inti,

SEKUNDER PRIMER

R S T

[image:37.612.166.492.93.225.2]

r _{s t}

Gambar 2.22 Konstruksi transformator tiga fasa tipe inti

Salah satu jenis konstruksi yang biasa dipergunakan diperlihatkan pada gambar 2.23 :

R

S

T

r

s

t

PRIMER

SEKUNDER

Gambar 2.23 Transformator tiga fasa tipe cangkang

Dalam jenis inti (core type) kumparan dililitkan disekitar dua kaki inti magnetik

[image:37.612.207.446.301.594.2]

inti berkaki tiga dengan laminasi silikon-steel. Umumnya digunakan untuk transformator

yang bekerja pada frekuensi dibawah beberapa ratus Hz. Silikon-steel memiliki

sifat-sifat yang dikehendaki yaitu murah, rugi inti rendah dan permeabilitas tinggi pada rapat

fluks tinggi. Inti transformator yang dipergunakan dalam rangkaian komunikasi pada

frekuensi tinggi dan tingkat energi rendah, kadang-kadang dibuat dari campuran tepung

ferromagnetik yang dimanfaatkan sebagai permalloy.

II.6.3 Hubungan tiga fasa dalam transformator

Secara umum hubungan belitan tiga fasa terbagi atas dua jenis, yaitu hubungan

wye (Y) dan hubungan delta (Δ). Masing-masing hubungan belitan ini memiliki

karakteristik arus dan tegangan yang berbeda-beda, selanjutnya akan dijelaskan dibawah

ini. Baik sisi primer maupun sekunder masing-masing dapat dihubungkan wye ataupun

delta. Kedua hubungan ini dapat dijelaskan secara terpisah, yaitu :

1. Hubungan wye (Υ)

Hubungan ini dapat dilakukan dengan menggabungkan ketiga belitan

transformator yang memiliki rating yang sama dengan mempertemukan ujung-ujungnya

I R

I T I S I N R

S

T N

PRIMER

Gambar 2.24 Transformator Hubungan-Y

Dalam hubungan-Y dengan memakai kawat netral dalam keadaan seimbang

dapat kita ketahui sebagai berikut :

ph T S

R V V V

V = = = (Volt) ... (2.20)

ph TR

ST

RS V V V

V = = = 3 (Volt) ... (2.21)

ph T S R

L I I I I

I = = = = (Amp) ... (2.22)

Dimana: VL

V

= Tegangan line to line (Volt)

ph

I

= Tegangan phasa (Volt)

L

I

= Arus line to line (Amp)

2. Hubungan delta (Δ)

Hubungan delta ini juga mempunyai tiga buah belitan dan masing-masing

memiliki rating yang sama dengan menghubungkannya berbentuk segitiga, seperti

terlihat pada gambar 2.25.

Dalam hubungan delta pada keadaan seimbang dapat kita ketahui sebagai

berikut :

R

T I

R

S IS

IT

I R - I T

I S-_{I R}

I T -I_S

SEKUNDER

Gambar 2.25 Transformator Hubungan Delta

ph T S

R R I I

I = = = (Amp) ... (2.23)

ph L

S T T S T

R I I I I I I I

I − = − = − = = 3 (Amp) ... (2.24)

ph TR ST

RS V V V

V = = = (Volt) ... (2.25)

Dimana : VL

V

= Tegangan line to line (Volt)

ph

I

= Tegangan phasa (Volt)

L

I

= Arus line to line (Amp)

Pada transformator tiga phasa selain terdapat dua hubungan belitan utama yaitu

hubungan delta dan hubungan bintang. Ada empat kemungkinan lain hubungan

transformator tiga phasa yaitu :

1. Hubungan YY Transformator tiga phasa

Hubungan YY pada transformator tiga phasa dapat dilihat pada gambar 2.26

berikut ini :

. .

. .

. .

+

+ +

-a a'

b b'

c c'

Np1 Ns1

Ns2

Ns3 Np2

Np3

[image:41.612.229.424.283.548.2]

VLP V_{Фp VФs VLS}

Gambar 2.26 Transformator Hubungan YY

Pada hubungan Y-Y , tegangan primer pada masing-masing phasa adalah :

3 /

LP P V

Tegangan phasa primer sebanding dengan tegangan phasa sekunder dan

perbandingan belitan transformator. Maka diperoleh perbandingan tegangan pada

transformator adalah :

a V V V

V

S P

LS

LP = =

φ φ

3 3

………..( 2. 27 )

Pada hubungan Y-Y ini jika beban transformator tidak seimbang maka tegangan

pada phasa transformator tidak seimbang.

2. Hubungan YΔ Transformator tiga phasa

Hubungan YΔ pada transformator tiga phasa dapat dilihat pada gambar 2.27

berikut ini :

. .

. .

. .

a a'

b b'

c c'

Np1 Ns1

Ns2

Ns3 Np2

Np3

VLP _VLS

V _p

V_Фs

[image:42.612.224.426.395.668.2]

Ф

Pada hubungan ini tegangan kawat ke kawat primer sebanding dengan tegangan

phasa primer V_LP = 3V_φP dan tegangan kawat ke kawat sekunder sama dengan

tegangan phasa VLS = VΦS

a V

V

V V

S P

LS LP

3 3

= =

φ φ

. Sehingga diperoleh perbandingan tegangan pada hubungan

ini adalah sebagai berikut :

…………..( 2. 28 )

Hubungan ini lebih stabil dan tidak ada masalah dengan beban tidak seimbang

dan harmonisa.

3. Hubungan ΔY Transformator tiga phasa

Hubungan ΔY pada transformator tiga phasa ditunjukkan pada gambar 2.28

berikut ini :

VLS

. .

. .

. .

+ +

-a a'

b

b' c

c'

Np1 _Ns1

Ns2

Ns3 Np2

Np3

VLP V _p V s

[image:43.612.209.441.400.681.2]

-Ф Ф

Pada hubungan ini tegangan kawat ke kawat primer sama dengan tegangan phasa

primer VLP = VΦP dan tegangan sisi sekunder VLS = 3VφS. Maka perbandingan

tegangan pada hubungan ini adalah :

a V

V

V V

S P

LS

LP 3

3 =

= φ

φ _{………( 2. 29 )}

Hubungan ini memberikan keuntungan yang sama dan beda phasa yang sama

seperti pada hubungan YΔ.

4. Hubungan ΔΔ Transformator tiga phasa

Hubungan ini dapat dilihat pada gambar 2.29 berikut ini :

VLS

. .

. .

. .

+ +

-a a'

b _b'

c c'

Np1 _Ns1

Ns2

Ns3 Np2

Np3

VLP V _p

V_s

-Ф

[image:44.612.215.444.348.632.2]

Ф

Pada hubungan ini tegangan kawat ke kawat dan tegangan phasa sama untuk

primer dan sekunder transformator VLP = VΦP dan VLS = VΦS

a V V V V

S P

LS

LP = =

φ φ

. Maka hubungan

tegangan primer dan sekunder transformator adalah sebagai berikut :

………..( 2. 30 )

Perbedaan phasa pada hubungan ini tidak ada dan stabil terhadap beban tidak

seimbang dan harmonisa.

II.7 SISTEM PENDINGIN TRANSFORMATOR

a. Pendingin Alamiah

1. Air Nutarul Cooling (AN) yaitu pendingin dengan tidak menggunakan bantuan

apapun kecuali udara biasa.

2. Oil-Immersed Natural Cooling (ON) yaitu transformator dimasukkan ke dalam

minyak transformator.

3. Oil-Immersed Forced-oil circulation With Natural Cooling (OFN) yaitu

transformator dimasukkan ke dalam minyak yang dialirkan.

b. Pendingin Buatan (udara)

1. Oil-Immersed Forced-Oil Circulation With Air Blast Cooling (OFB) yaitu

transformator dimasukkan ke dalam minyak yang dialirkan dengan udara yang

dihembuskan.

2. Oil-Immersed Air Blast Cooling (OB) yaitu transformator dimasukkan dalam

3. Air Blast Cooling (AB) yaitu pendingin dengan udara yang dihembuskan.

c. Pendingin Buatan (air)

1. Oil Immersed Water Cooling (OW) yaitu transformator dimasukkan dalam minyak

dan pendingin juga dibantu dengan air.

2. Oil Immersed Forced-Oil-Circulation With Water Cooling (OFW) yaitu

transformator dimasukkan dalam minyak yang dialirkan, pendingin juga dibantu

dengan air.

II.8 KEGUNAAN TRANSFORMATOR

Dalam penggunaannya pada sistem tenaga listrik, transformator dapat digunakan

sebagai berikut :

 Transformator Generator, digunakan di pembangkit untuk menaikkan tegangan

generator menjadi tegangan yang lebih tinggi untuk keperluan transmisi daya listrik.

 Transformator Gardu Induk, digunakan untuk menurunkan tegangan tinggi dari

suatu sistim transmisi ke suatu harga tegangan menengah untuk keperluan distibusi.

 Transformator Distribusi, digunakan untuk menurunkan tegangan menengah ke

tegangan rendah untuk keperluan distribusi dan pemakaian.

 Transformator Pengukuran, digunakan untuk pengukuran listrik.

 Transformator-transformator Khusus, digunakan untuk tujuan khusus seperti

BAB III

TINJAUAN TENTANG TRANSFORMATOR DISTRIBUSI

III.1 UMUM

Suatu sistem tenaga listrik terdiri dari tiga bagian utama : pusat pembangkit

listrik, saluran transmisi , dan sistem distribusi. Pemakaian energi yang diberikan kepada

para pelanggan bukanlah menjadi tanggung jawab PLN. Suatu sistem distribusi yang

menghubungkan semua beban terjadi pada stasiun pembantu atau substation, dimana

dilaksanakan transformasi tegangan.

Pada jaringan distribusi, beban-beban yang terpasang ke sistem melalui

transformator distribusi direncanakan memilki suatu beban yang setimbang. Tetapi pada

kenyataannya, dalam jaringan distribusi beban yang terpasang kepada konsumen pada

umumnya adalah beban satu phasa. Hal seperti inilah yang dapat menimbulkan sistem

distribusi tiga phasa yang tidak setimbang. Akibat adanya beban tidak setimbang ini,

maka besarnya arus tiap phasa tidak sama sehingga berdampak terhadap daya keluaran

dari transformator tersebut yang akan mempengaruhi kemampuan transformator tersebut

dalam melayani bebannya.

Pada umumnya pusat pembangkit tenaga listrik berada jauh dari pengguna tenaga

listrik. Untuk mentransmisikan tenaga listrik dari pembangkit ini, maka diperlukan

penggunaan tegangan tinggi 150 kV atau tegangan ekstra tinggi 500 kV. Setelah saluran

transmisi mendekati pusat pemakaian tenaga listrik, yang dapat merupakan suatu daerah

industri atau suatu kota, tegangan melalui gardu induk diturunkan menjadi tegangan

Tegangan menengah dari gardu induk ini melalui saluran distribusi primer untuk

disalurkan ke gardu-gardu distribusi atau pemakai tegangan menengah. Dari saluran

distribusi primer, tegangan menengah diturunkan menjadi tegangan rendah 400/230 V

melalui gardu distribusi. Tegangan rendah dari gardu distribusi disalurkan melalui

saluran tegangan rendah ke komsumen tegangan rendah.

Pembangkit Listrik

Transformator Penaik

Transformator Penurun

TM

GI

GI TT/TET

Ke Pemakai TM Ke GD

GD TM

TR

kWH meter

Instalasi Pemakai TR

Pembangkit

Saluran Transmisi

Saluran Distribusi Primer

Saluran Distribusi Sekunder

[image:48.612.165.447.210.676.2]

Utilisasi

III.2 SISTEM TIGA FASA

Kebanyakan sistem tenaga listrik dibangun dengan sistem tiga fasa. Hal tersebut

didasarkan pada alasan-alasan ekonomi dan kestabilan aliran daya pada beban. Alasan

ekonomi dikarenakan dengan sistem tiga fasa, penggunaan penghantar untuk transmisi

menjadi lebih sedikit. Sedangkan alasan kestabilan dikarenakan pada sistem tiga fasa

daya mengalir sebagai layaknya tiga buah sistem fasa tunggal, sehingga untuk peralatan

dengan catu tiga fasa, daya sistem akan lebih stabil bila dibandingkan dengan peralatan

sistem satu fasa.

Sistem tiga fasa atau sistem fasa banyak lainnya secara umum akan memunculkan

sistem yang lebih kompleks, akan tetapi secara prinsip untuk analisa sistem tetap mudah

dilaksanakan. Sistem tiga fasa dapat digambarkan dengan suatu sistem yang terdiri dari

tiga sistem fasa tunggal, sebagai berikut :

+ -+ + - -VR VS VT + + + - - -3 2π j Ve 3 2π j

Ve− V

Gambar 3.2 Sistem tiga fasa sebagai tiga sistem fasa tungga l

t V

V_R = cosω ... (3.1)

      + = 3 2

cos ωt π

V

V_S ... (3.2)

      − = 3 2

cos ωt π

V

Sedangkan bentuk gelombang dari sistem tiga fasa yang merupakan fungsi waktu

ditunjukkan pada gambar berikut :

VR

VS

VT

VP

-VP

0,5

-0,5

Gambar 3.3 Bentuk gelombang pada sistem tiga fasa

Pada Gambar 3.3 tampak bahwa antara tegangan fasa satu dengan fasa yang

lainnya mempunyai perbedaan sudut fasa sebesar 120o atau 2π/3. Pada umumnya fasa

dengan sudut fasa 0o disebut sebagai sebagi fasa R, fasa dengan sudut fasa 120o disebut

sebagai fasa S dan fasa dengan sudut fasa 240o disebut sebagai fasa T. Perbedaan sudut

fasa tersebut pada pembangkit dimulai dari adanya kumparan yang masing-masing

tersebar secara terpisah dengan jarak 120o.

III.2.1 Sistem Hubungan Wye (Y) dan Delta (∆)

Sistem Y merupakan sistem sambungan pada sistem tiga fasa yang menggunakan

empat kawat, yaitu fasa R, S, T dan N. Sistem sambungan tersebut akan menyerupai huruf

Y yang memiliki empat titik sambungan, yaitu pada ujung-ujung huruf dan pada titk

petemuan antara tiga garis pembentuk huruf. Sistem Y dapat dapat dilihat seperti pada

ZT

ZR ZS

R S

T

(a)

ZTR

R

S T

ZRS

ZST

[image:51.612.134.485.75.275.2]

(b)

Gambar 3.4 Sistem Hubungan Y dan sistem ∆

Sistem hubungan atau sambungan Y sering juga disebut sebagai hubungan

bintang. Sedangkan pada sistem yang lain yang disebut sebagai sistem ∆, hanya

menggunakan phasa R, S, dan T untuk hubungan dari sumber ke beban, sebagaimana

Gambar 3.4(b) di atas. Tegangan efektif antara phasa umumnya adalah 380 V dan

tegangan efektif phasa dengan netral adalah 220 V.

III.2.2 Sistem Hubungan Zig-Zag (Z)

Hubungan zig-zag adalah hubungan bintang dari kumparan-kumparan phasa suatu

transformator phasa banyak, dimana tiap kumparan phasa dibentuk dari bagian-bagian

yang mempunyai tegangan imbas yang phasanya bergeser. Pada sistem ini juga hanya

menggunakan phasa R, S, dan T . Sistem hubungan zig-zag dapat dilihat pada Gambar

Z

_R

R

S

T

Z

_S

Z

_T

I

S [image:52.612.208.396.80.295.2]

I

R

I

T

Gambar 3.5 Sistem Hubungan Zig-Zag (Z)

III.2.3 Beban Seimbang Terhubung Wye (Y)

Untuk sumber beban yang tersambung bintang (star) atau Y, hubungan antara

besaran listriknya adalah sebagai berikut :

3

line star

V

V = (Volt) ... (3.4)

line star I

I = (Amp) ... (3.5)

line line star star star I V I V Z 3 =

= (Ohm) ... (3.6)

star line star line line line star star

star I Z

Z V I V I V

S = × × = × = = × 2 ×

2

3 3

3 ... (3.7)

ϕ

cos

S

P = (Watt) ... (3.8)

ϕ

sin

S

III.2.4 Beban Tidak Seimbang Terhubung Wye (Y)

Pada sistem ini masing-masing fasa akan mengalirkan arus yang tak seimbang

menuju netral (pada sistem empat kawat). Sehingga arus netral merupakan penjumlahan

secara vektor arus yang mengalir dari masing-masing fasa.

R

S

T N

IR

IS

[image:53.612.202.395.213.347.2]

IT

Gambar 3.6 Beban tidak seimbang terhubung bintang empat kawat

R RN R

Z V

I = (Amp) ... (3.10)

S SN S

Z V

I = (Amp) ... (3.11)

T TN T

Z V

I = (Amp) ... (3.12)

T S R

N I I I

III.3 DAYA DALAM SISTEM TIGA PHASA

Daya sesaat pada suatu sumber sinusoida satu phasa juga berbentuk sinusoida

dengan frekwensi dua kali frekwensi sumbernya. Maka :

(

ϖ θ

)

θ − −

=VI Cos VI Cos t

P 2 (Watt)………(3.14)

Persamaan 3.14 di atas dapat diterapkan pada setiap phasa dalam suatu sistem tiga

phasa seimbang. Satu-satunya perubahan yang diperlukan adalah adanya pergeseran

phasa 120o

(

ϖ θ

)

θ − −

=V I Cos V I Cos t PR p p p p 2

di antara phasa-phasanya itu. Sesuai dengan hal tersebut, untuk

masing-masing phasa dapat ditulis :

(Watt)………..(3.15)

(

o

)

p p p

p

S V I Cos V I Cos t

P = θ − 2ϖ −θ −120 (Watt)………...(3.16)

(

o

)

p p p

p

T V I Cos V I Cos t

P = θ − 2ϖ −θ −240 (Watt)………...(3.17)

Dengan phasa R dipilih sebagai phasa acuan, Vp dan Ip

(

)

(

)

(

)

[

]

) 18 . 3 ....( ... ... ... ... ... ... ... ) ( 3 240 2 120 2 2 3 Watt Cos I V P t Cos t Cos t Cos I V Cos I V P P P P P p p o o p p p p T S R θ θ ϖ θ ϖ θ ϖ θ = − − + − − + − − = + + =

menyatakan nilai-nilai efektif

tegangan phasa, dan arus phasanya serta θ menyatakan sudut impedansi beban tiga phasa

seimbang yang menyerap daya. Jadi daya sesaat keseluruhannya adalah :

Untuk suatu sistem tiga phasa yang dihubungkan secara Y, maka :

p

l V

V = 3 (Volt) ……….(3.19)

p l I

I = (Amp)...………...(3.20)

Untuk suatu sistem tiga phasa yang dihubungkan secara ∆, maka :

p l V

p

l I

I = 3 (Amp)...(3.22)

Untuk hubungan Y, dengan menggunakan persamaan 3.19 dan 3.20, maka didapatkan :

θ θ V I Cos Cos

I V

P l l l

l

3 3

3 =

= (Watt)………..(3.23)

Untuk hubungan Δ, dengan menggunakan persamaan 3.21 dan 3.22 maka didapatkan :

θ θ VI Cos Cos

I V

P l l

l

l 3

3

3 =

= (Watt)..………(3.24)

Tampak bahwa kedua pernyataan diatas menunjukkan bahwa daya dalam suatu

sistem tiga phasa adalah sama, baik untuk hubungan Y ataupun Δ bila dayanya

dinyatakan dalam besaran-besaran salu ran ( line ). Tetap i p erlu diin g at bahwa θ

menyatakan sudut impedansi beban perphasa dan bukan sudut antara Vl dengan Il

Karena arus yang mengalir merupakan arus bolak-balik, maka fluks yang

terbentuk pada inti akan mempunyai arah dan jumlah yang berubah-ubah. Jika arus yang

mengalir berbentuk sinusoidal, maka fluks yang terjadi akan berbentuk sinusoidal pula.

Karena fluks tersebut mengalir melaui inti yang mana pada inti tersebut terdapat belitan .

III.4 TRANSFORMATOR DISTRIBUSI

Transformator distribusi yang umum digunakan adalah transformator step-down

20KV/400V. Tegangan fasa ke fasa sistem jaringan tegangan rendah adalah 380 V.

Karena terjadi drop tegangan, maka pada rak tegangan rendah dibuat di atas 380 V agar

tegangan pada ujung penerima tidak lebih kecil dari 380 V.Pada kumparan primer akan

mengalir arus jika kumparan primer dihubungkan ke sumber tegangan bolak-balik,

sehingga pada inti tansformator yang terbuat dari bahan ferromagnet akan terbentuk

primer dan sekunder, maka pada belitan primer dan sekunder tersebut akan timbul ggl

(gaya gerak listrik) induksi, tetapi arah ggl induksi primer berlawanan dengan arah ggl

induksi sekunder. Sedangkan frekuensi masing-masing tegangan sama dengan frekuensi

sumbernya. Hubungan transformasi tegangan adalah sebagai berikut :

a N N E

E

= =

2 1

2 1

... (3.25)

Dimana : E₁ = ggl induksi di sisi primer (volt)

2

E = ggl induksi di sisi sekunder (volt)

1

N = jumlah belitan sisi primer (turn)

2

N = jumlah belitan sisi sekunder (turn)

[image:56.612.193.422.405.684.2]

a = perbandingan transformasi

III.4.1 Spesifikasi Umum Tegangan Primer Transformator Distribusi

Tegangan primer sesuai dengan tegangan nominal sistem pada jaringan tegangan

menengah (JTM) yang berlaku dilingkungan ketenagalistrikan yaitu 6 KV dan 20 KV.

Dengan demikian ada dua macam transformator distribusi yang dibedakan oleh tegangan

primernya, yaitu :

a. Transformator distibusi bertegangan primer 6 KV

b. Transformator distribusi betegangan primer 20 KV

Catatan :

Pada sistem distribusi tiga phasa, 4 kawat, maka transformator phasa

tunggal yang dipasang tentunya mempunyai tegangan pengenal

KV KV ₁₂

3

20 ₌

III.4.2 Spesifikasi Umum Tegangan Sekunder Transfomator Distribusi

Tegangan sekunder ditetapkan tanpa disesuaikan dengan tegangan nominal sistem

jaringan tegangan rendah (JTR) yang berlaku dilingkungan PLN (127 V & 220 V untuk

sistem phasa tunggal dan 127/220 V dan 220/380 V untuk sistem tiga phasa), yaitu

133/231 V dan 231/400 V (pada keadaan tanpa beban). Dengan demikian ada empat

macam transformator distribusi yang dibedakan oleh tegangan sekundernya, yaitu :

a. Transformator distribusi bertegangan sekunder 133/231 V

b. Transformator distribusi bertegangan sekunder 231/400 V

c. Transformator distribusi bertegagan sekunder 133/231 V dan 231/400 V yang

Catatan :

Bilamana dipakai tidak serentak maka dengan bertegangan sekunder

231/400 V daya transformator tetap 100 % daya pengenal, sedang dengan

tegangan sekunder 133/231 V dayanya hanya 75 % daya pengenal.

d. Transformator distribusi bertegangan sekunder 133/231 V dan 231/400 V

yang digunakan terpisah.

III.4.3 Spesifikasi Umum Penyadapan (Taping) Transformator Distribusi

Ada tiga macam penyadapan tanpa beban (STB), yaitu :

a. Sadapan tanpa beban tiga langkah : 21 ; 20 ; 19 KV

b. Sadapan tanpa beban lima langkah : 22 ; 21 ; 20 ; 19 ; 18 KV

c. Sadapan tanpa beban lima langkah : 21 ; 20,5 ; 20 ; 19,5 ; 19 KV

Penyadapan dilakukan dengan pengubah sadapan (komutator) pada keadaan

tanpa beban pada sisi primer.

Catatan :

Nilai-nilai tegangan sadapan, khususnya penyadapan utama (principle

tapping), adalah nilai-nilai yang bersesuaian dengan besaran-besaran

pengenal (arus, tegangan, daya).

III.4.4 Spesifikasi Umum Daya Pengenal Transformator Distribusi

Nilai-nilai daya pengenal tranformator distribusi yang lebih banyak dipakai dalam

SPLN 8° : 1978 IEC 76 – 1 (1976) seperti pada tabel 3.1, sedang yang bertanda * adalah

Tabel 3.1 Nilai Daya Pengenal Transformator Distribusi

KVA KVA KVA

5 6,3 8 10 12,5 16* 20 25* 31,5 40 50* 63 80 100* 125 160* 200* 250* 315* 400* 500* 630* 800* 1000* 1250* 1600* dst

III.4.5 Spesifikasi Umum Rugi-rugi Transformator Distribusi

Berbagai nilai dari rugi-rugi transformator distribusi menurut SPLN 50 tahun

[image:59.612.152.452.94.269.2]

1997 dapat dilihat pada tabel 3.2 berikut ini :

Tabel 3.2 Nilai Rugi-rugi Transformator Distribusi

III.5 KLASIFIKASI BEBAN TRANSFORMATOR DISTRIBUSI

Tujuan utama dari adanya alat transformator distribusi dalam sistem tenaga listrik

adalah untuk mendistribusikan tenaga listrik dari gardu induk ke sejumlah pelanggan atau

konsumen. Pada Tabel 3.3 berikut ini adalah klasifikasi pelanggan listrik yang dilayani

[image:60.612.91.497.231.708.2]

oleh PLN :

Tabel 3.3 Klasifikasi Beban Pelanggan Listrik PLN

Beban Yang Dilayani No Golongan Tarif Batas Daya

TARIF S

( Sosial )

1 S-1 / TR 220 VA

2

3

4

5

6

S-2 / TR

S-2 / TR

S-2 / TR

S-2 / TR

S-2 / TR

450 VA

900 VA

1300 VA

2200 VA

> 2200 VA s/d 200 KVA

S-3 / TM > 200 KVA

TARIF R

( Perumahan )

1 R-1 / TR s/d 450 VA

2 R-1 / TR 900 VA

3 R-1 / TR 1300 VA

4 R-1 / TR 2200 VA

5 R-2 / TR > 2200 VA – 6600 VA

6 R-3 / TR > 6600 VA

TARIS B

( Bisnis )

1 B-1 / TR s/d 450 VA

2 B-1 / TR 900 VA

3 B-1 / TR 1300 VA

4 B-1 / TR 2200 VA

5 B-2 / TR > 2200 VA s/d 200 KVA

6 B-3 / TM > 200 KVA

1 I-1 / TR s/d 450 VA

TARIF I

( Industri )

3 I-1 / TR 1300 VA

4 I-1 / TR 2200 VA

5 I-1 / TR > 2200 VA s/d 14 KVA

6 I-2 / TR > 14 KVA s/d 200 KVA

7 I-3 / TM > 200 KVA

8 I-4 / TT > 30000 KVA

TARIF P

( Perkantoran )

1

2

3

4

5

P-1 / TR

P-1 / TR

P-1 / TR

P-1 / TR

P-1 / TR

s/d 450 VA

900 VA

1300 VA

2200 VA

> 2200 VA s/d 200 KVA

P-2 / TM > 200 KVA

P-3 / TR LPJU

Keterangan :

S = Pelanggan Listrik Sosial

R = Pelangga n Listrik Perumahan

B = Pelanggan Listrik Bisnis

I = Pelanggan Listrik Insdustri

P = Pelanggan Listrik Perkantoran

TR = Tegangan Rendah

TM = Tegangan Menengah

TT = Tegangan Tinggi

III.6 LOSSES PADA SALURAN TRANSFORMATOR DISTRIBUSI

Yang dimaksud dengan losses adalah perbandingan antara energi listrik yang

disalurkan (PS) dengan energi listrik yang terpakai (PP).

% 100

× − =

S P S

P P P

Losses ... (3.26)

III.6.1 Losses Pada Penghantar Fasa

Jika suatu arus mengalir pada suatu penghantar, maka pada penghantar tersebut

akan terjadi rugi-rugi energi menjadi energi panas karena pada penghantar tersebut

terdapat resistansi. Rugi-rugi dengan beban terpusat di ujung dirumuskan :

V

∆ = I

(

Rcosϕ + Xsinϕ

)

l (Volt) ... (3.27)

P

∆ = 3I2 Rl (Watt) ... (3.28)

Sedangkan jika beban terdistribusi merata di sepanjang saluran, maka rugi-rugi

energi yang timbul adalah :

V

∆ = I

(

Rcosϕ Xsinϕ

)

l

2 2

+ 

   

 _{(Volt) ... (3.29)}

P

∆ = I