STUDI PENGGUNAAN PENGUBAH SADAPAN BERBEBAN PADA
TRANSFORMATOR UNTUK PERBAIKAN
TEGANGAN PADA REL 20 KV
OLEH :
BINA CITAKARYA PURBA NIM. 050422001
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
ABSTRAK
Salah satu masalah yang terdapat dalam sistem tenaga listrik adalah perubahan atau penurunan tegangan yang sering kali terjadi didalam penyaluran tenaga listrik. Untuk mengantisipasi tegangan keluaran transformator berubah-ubah, transformator utama di gardu induk di lengkapi dengan pengubah sadapan berbeban yang bekerja terhadap setiap perubahan bebannya, sehingga tetap dapat terjaga agar tegangan yang diinginkan tetap konstan. Bila beban meningkat, alat pengatur tegangan ini akan menaikan tegangan menengah di gardu induk dengan mengatur sadapan transformator sisi tegangan 150 KV, guna mengatasi jatuh tegangan pada saluran distribusinya.
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR... i
ABSTRAK... iii
DAFTAR ISI... iv
DAFTAR GAMBAR... vi
DAFTAR TABEL... viii
BAB I PENDAHULUAN 1.1.Latar Belakang Masalah... 1
1.2.Tujuan Penulisan... 2
1.3.Batasan Masalah ... 2
1.4.Metode Penulisan ... 2
1.5.Sistematika Penulisan ... 3
BAB II TEORI DASAR TENTANG TRANSFORMATOR 2.1. Umum... 4
2.2. Prinsip Kerja Transformator ... 6
2.3. Transformator Tanpa Beban ... 7
2.4. Transformator Berbeban ... 9
2.5. Rangkaian Ekivalen dan Karaktristik Transformator Berbeban ... 11
2.6. Diagram Fasor Transformator Berbeban ... 14
2.7. Sistem Pengaturan... 17
2.8. Pengaturan Dengan Transformator ... 18
3.2. Pengaruh Dari Jatuh Tegangan ... 19
3.3. Daya Aktif dan Daya Reaktif... 20
3.4. Pengaturan Tegangan Pada Beban ... 22
3.5. Pengaturan Tegangan Pada Saluran ... 22
3.6. Pengubah Sadapan Berbeban Pada Transformator ... 23
3.7. Pemakaian Pengubah Sadapan Berbeban Pada Transformator... 24
3.8. Fungsi dan Perinsip Kerja Pengubah Sadapan Berbeban ... 25
3.8.1. Fungsi Pengubah Sadapan Berbeban ... 25
3.8.2. Prinsip Kerja Pengubah Sadapan Berbeban... 26
3.9. Persoalan Pemakaian Pengubah Sedapan Berbeban ... 27
3.10. Konsep Dasar Perhitungan Jatuh Tegangan... 27
BAB IV PERHITUNGAN JATUH TEGANGAN 4.1. Data dan Hasil Pengamatan ... 35
4.2. Perhitungan Jatuh Tegangan ... 38
4.3. Jatuh Tegangan Pada Penyulang... 39
4.4. Analisis Hasil Perhitungan... 45
4.5. Pengaturan Sadapan ... 46
4.5.1. Besar Tegangan... 46
4.5.2. Besar Arus... 47
BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan ... 50
5.2. Saran... 51
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Bagian-Bagian Dari Transformator... 4
Gambar 2.2. Rangkaian Transformator... 5
Gambar 2.3.a. Bentuk Gelombang Sinusoidal ... 6
Gambar 2.3.b. Diagram Fasor Pada Transformator ... 6
Gambar 2.4.a. Fluks Magnet ... 7
Gambar 2.4.b. Diagram Vektor Pada Transformator Tanpa Beban... 7
Gambar 2.5. Transformator Berbeban ... 10
Gambar 2.6. Rangkaian Ekivalen Transformator Berbeban ... 11
Gambar 2.7. Rangkaian Ekivalen Transformator Berbeban Lanjutan... 12
Gambar 2.8. Rangkaian Transformator Berbeban Dengan Refrensi Sisi Primer... 13
Gambar 2.9. Rangkaian Transformator Berbeban Dengan Refrensi Sisi Sekunder... 13
Gambar 2.10. Diagram Fasor Transformator Berbeban Induktif (Cosϕ lagging)... 14
Gambar 2.11. Diagram Fasor Transformator Berbeban Resistif (Cosϕ = 1)... 16
Gambar 2.12. Diagram Fasor Transformator Berbeban Kapasitif (Cosϕ leading)... 16
Gambar 3.1. Rangkaian Diagram Satu Fasa ... 20
Gambar 3.3. Konstruksi Sebuah Auto Transformator Dengan Sadapan
Pada Belitan Serinya ... 23
Gambar 3.4. Pengubah Sadapan Berbeban Tipe MS III 300 Y ... 24
Gambar 3.5. Penggunaan Pengubah Sadapan Berbeban Dalam Berbagai Rangkaian Belitan... 25
Gambar 3.6. Prinsip Kerja Pengubah Sadapan Berbeban ... 26
Gambar 3.7.a. Rangkaian Diagram Satu Fasa... 28
Gambar 3.7.b. Diagram Fasor ... 28
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1. Data Teknik Pengubah Sadapan Berbeban ... 36
Tabel 4.2. Data Pengubah Sadapan MR-MA9-III300 ... 36
Tabel 4.3. Sefesifikasi Pada Penyulang ... 37
Tabel 4.4. Data Penghantar Penyulang 20 KV ... 37
Tabel 4.5. Data Beban Penyulang 20 KV ... 38
Tabel 4.6. Nilai Jatuh Tegangan Pada Tiap Penyulang ... 45
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang Masalah
Transformator merupakan suatu peralatan listrik yang berfungsi untuk memindahkan tegangan listrik bolak-balik dari rangkaian primer ke rangkaian listrik sekunder, melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik.
1.2.Tujuan Penulisan
1. Untuk mengetahui bagaimana penggunaan pengubah sadapan berbeban (On Load Tap Changer) sebagai usaha perbaikan tegangan menengah pada jaringan distribusi, dengan studi kasus adalah jaringan distribusi Gardu Induk Paya Geli.
2. Menghitung besarnya jatuh tegangan pada tiap penyulang dari rel 20 KV, dengan studi kasus Gardu Induk Paya Geli.
1.3.Batasan Masalah
Batasan permasalahan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah hanya membahas mengenai pengaturan tegangan dengan menggunakan pengubah sadapan berbeban (On Load Tap Changer) transformator satu Gardu Induk Paya Geli, serta perhitungan jatuh tegangan berdasarkan metode pendekatan, dengan studi kasus Gardu Induk Paya Geli.
1.4.Metode Penulisan
Untuk penulisan Tugas Akhir ini penulis melakukan metode : 1. Metode observasi
Secara langsung melihat dan mengambil data yang diperlukan pada industri dimana tempat untuk mengambil data tersebut adalah pada Gardu Induk Paya Geli.
2. Studi literatur
3. Studi bimbingan / diskusi
Melakukan konsultasi dengan dosen pembimbing.
1.5.Sistematika Penulisan
BAB I : Pendahuluan yang meliputi latar belakang masalah, tujuan penulisan, batasan masalah serta sistematika penulisan.
BAB II : Membahas teori dasar tentang transformator, prinsip kerja transformator serta pengaturan tegangan.
BAB III : Membahas pengubah sadapan berbeban (on load tap changer) di transformator, tentang teori dasar pengubah sadapan berbeban, yang meliputi fungsi umum, prinsip kerja, aplikasi pengubah sadapan (tap changer) pada transformator dan konsep dasar perhitungan jatuh tegangan.
BAB IV : Merupakan penjelasan mengenai data pengamatan serta perhitungan dan analisis dari hasil perhitungan.
BAB II
TEORI DASAR TENTANG TRANSFORMATOR
2.1. Umum
Transformator adalah suatu alat untuk memindahkan daya listrik arus bolak-balik dari suatu rangkaian kerangkaian lainnya secara induksi elektromagnetik. Dalam sistem tenaga, penggunaan transformator memungkinkan terpilihnya tegangan yang sesuai dan ekonomis untuk tiap keperluan. Transformator dapat dibagi menjadi tiga bagian, yaitu transformator pengukuran, transformator arus konstan dan transformator tegangan konstan. Transformator tegangan konstan digunakan pada sistem ketenagaan listrik untuk melayani beban. Pada umumnya transformator tegangan konstan dibagi atas dua bagian yaitu transformator daya dan transformator distribusi.
Bagian-bagian terpenting dari transformator:
1
Gambar 2.1. Bagian-Bagian Dari Transformator 1.Inti besi
Dalam bentuknya yang paling sederhana transformator terdiri atas dua kumparan dan satu induktansi mutual. Kumparan primer adalah yang menerima daya, dan kumparan sekunder tersambung pada beban. Kedua kumparan dibelit pada suatu inti yang terdiri atas material magnetik berlaminasi.
Gambar 2.2. Rangkaian Transformator V1 = Vp : Tegangan sumber (Volt)
V2 = Vs : Tegangan beban (Volt)
i1 : Arus primer (Ampere)
i2 : Arus beban (Ampere)
ep : Tegangan induksi sesaat pada kumparan primer
es : Tegangan induksi sesaat pada kumparan sekunder
N1 = Np : Jumlah lilitan kumparan primer
N2 = Ns : Jumlah lilitan kumparan sekunder b : Fluks magnet bersama (mutual fluks)
Z : Beban
2.2. Prinsip Kerja Transformator
(a) (b)
Gambar 2.3.(a) Bentuk Gelombang Sinusoidal (b) Diagram Fasor Pada Transformator
Pada Gambar 2.1. terlihat tegangan bolak balik (V1) dihubungkan dengan
kumparan primer (N1) sehingga mengalir arus eksitasi (I0) yang berfungsi untuk
memagnetisasi inti transformator dan menghasilkan fluks bolak-balik ( ). Magnetudo arus ini cukup kecil dan tertinggal 90° terhadap V1 (seperti Gambar
2.3.a dan 2.3.b). Fluks tersebut memotong kumparan primer dan sekunder, harganya naik turun dalam arah bolak-balik, sehingga menginduksikan gaya gerak listrik (e) pada kedua kumparan tersebut. Karena kedua kumparan dipotong oleh fluks yang sama, maka gaya gerak listrik yang diinduksikan dalam setiap lilitan dari kedua kumparan adalah sama.
E1 adalah gaya gerak listrik yang diinduksikan dalam kumparan primer
yang disebut induksi sendiri. E1 berlawanan phasa dengan V1 (seperti Gambar
2.3.b). E2 adalah gaya gerak listrik yang diinduksikan dalam kumparan sekunder
yang disebut induksi bersama. Akibat induksi bersama (E2) menghasilkan
sekunder dihubungkan ke beban maka mengalir arus sekunder atau arus beban (I2).
2.3. Transformator Tanpa Beban
Suatu transformator bila sisi primernya diberikan suatu tegangan V1 yang
sinusoidal, maka akan timbul arus primer (I0) yang sinusoidal, dan belitan Np akan
relatif murni sehingga yang terjadi I0 akan tertinggal (lagging) 90° dari V1.
Kemudian timbul fluksi (φ) pada arus primer I0 yang sefasa dan sinusoidal juga,
seperti yang terlihat pada Gambar 2.4. = maks sin ωt
Gambar 2.4(a) Fluks Magnet dan (b) Diagram Vektor Pada Transformator Tanpa Beban
Bila kumparan primer (N1) pada Gambar 2.4.a dihubungkan dengan
sumber tegangan V1 yang sinusoidal, maka akan mengalir arus primer (I0) yang
juga sinusoidal dan dengan menganggap belitan N1 adalah induktif murni, I0 akan
tertinggal 90° dari V1 (seperti pada Gambar 2.4.b). Arus primer I0 menimbulkan
fluks bolak-balik yang sefasa dan berbentuk sinusoidal.
Fluks ini menginduksikan tegangan sesaat dalam kumparan primer yang disebut induksi sendiri (e1), dan terjadi pula induksi di kumparan sekunder (e2)
yang disebut induksi bersama (berdasarkan hukum Faraday):
t
Dimana tanda (-) menyatakan arah tegangan induksi yang berlawanan dengan arah penyebabnya (fluks magnet) yang dikenal dengan hukum Lenz.
Dengan mensubstitusikan persamaan (2.1) kedalam persamaan (2.2) dan (2.3) maka pada tiap kumparan diperoleh persamaan:
t Pada kondisi maksimum makscosωt akan bernilai maksimum, yaitu saat ωt = 0°,
maka cosωt =1, maka:
e1 maks = N1ω maks ... (2.6)
e2 maks = N2ω maks ... (2.7)
e1maks = N12π f B A
e2maks = N22π f B A
Harga tegangan induksi diatas adalah harga sesaat, untuk mendapatkan harga efektif suatu gelombang sinus adalah:
2 1
kali tegangan induksi sesaat
maksimumnya, maka:
Sehingga dapat dituliskan:
2
Dengan mengabaikan jatuh tegangan akibat adanya resistansi dan reaktansi pada inti dan kumparan transformator, dengan kata lain bila transformator ideal maka:
a
2.4. Transformator Berbeban
Apabila transformator diberi beban, maka akan mengalir arus I2 pada
kumparan sekunder I2 ini akan menyebabkan perubahan arus yang mengalir pada
Perubahan arus ini akan sama dengan - I2 I2' a =
zL Es
Ep
I1 I2
V2
V1
Gambar 2.5. Transformator Berbeban
Transformator dikatakan berbeban apabila kumparan primer (N1)
dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik dan kumparan sekunder (N2)
dihubungkan dengan beban (ZL), seperti terlihat pada Gambar 2.5 diatas.
Sehingga pada kumparan sekunder akan mengalir arus I2. Arus I2 ini akan
menimbulkan gaya gerak magnet di sekunder sebesar N2I2 yang cenderung
menentang terhadap fluks magnet bersama N1Im yang telah ada akibat arus
pemagnetan. Agar fluks magnet bersama tidak berubah nilainya maka pada kumparan primer harus mengalir arus sebesar I2’ yang menentang fluks yang
dibangkitkan oleh arus beban (I2).
Sehingga keseluruhan arus yang mengalir pada kumparan primer menjadi:
I1 = I0 + I2... (2.11)
Bila komponen arus rugi inti (Iμ) diabaikan, maka I0 = Im
Dengan demikian persamaan (2.11) menjadi:
I1 = Im + I2... (2.12)
N1Im = N1I1 – N2I2... (2.13)
Untuk transformator berbeban, beban disini dapat berupa tahanan murni, beban induktif maupun beban kapasitif.
2.5. Rangkaian Ekivalen Dan Karaktristik Transformator Berbeban
Dengan menggunakan parameter-parameter dari percobaan beban nol dan percobaan hubung singkat maka dapat dibuat rangkaian ekivalen dari transformator berbeban, seperti Gambar 2.6.
ZL
Gambar 2.6. Rangkaian Ekivalen Transformator Berbeban
Untuk mempermudah dalam perhitungan, X0 >> x1; R0 >> r1 dan I0 << I1, seperti
ZL
Gambar 2.7. Rangkaian Ekivalen Transformator Berbeban Lanjutan
Bila ditinjau besar resistansi dan reaktansi pada kedua sisi transformator, maka dapat disimpulkan bahwa; resistansi dan reaktansi di sisi sekunder lebih kecil dari pada resistansi dan reaktansi di sisi primer (r2 < r1 dan x2 <x1), hal ini
karena lilitan kumparan primer lebih banyak dari pada lilitan kumparan sekunder. Berikut ini persamaan-persamaan dari rangkaian ekivalen transformator berbeban: E1 = V1 - I1r1 - I1x1... (2.17)
E2 = I2r2 + I2x2 + V2... (2.18)
Dari perbandingan antara persamaan (2.17) dengan (2.18) didapatkan:
a
a I
I1= 2 ... (2.23)
Atau: I2 = aI1... (2.24)
Bila transformator ditinjau dari sisi primer maka parameter-parameter V1,
r1 dan x1 tidak berubah besarannya, dan E1 = V1 – I1r1 – I1x1 tetap
Masukan persamaan (2.19) dan persamaan (2.24) kedalam persamaan (2.18): E2 = I2r2 + I2x2 + V2
=
a E1
aI1r2 + aI1x2 + V2... (2.25)
Untuk menyederhanakan persamaan diatas, maka dikalikan dengan a
E1 = a2r2 + a2x2 + aV2... (2.26)
Selanjutnya Gambar 2.7 dapat disederhanakan menjadi seperti Gambar 2.8 dengan referensi sisi primer, dimana:
R2 r2’ = a2r2; x2 x2’ = a2x2; V2 V2’ = aV2
Gambar 2.8 Rangkaian Transformator Berbeban Dengan Refrensi Sisi Primer
2
2.6. Diagram Fasor Transformator Berbeban
Menggambarkan diagram arus dan tegangan secara vektoris disebut dengan diagram fasor. Dari parameter-parameter yang didapat maka dapat dibuat diagram fasornya. Tujuan membuat diagram fasor adalah untuk melihat proses transformasi dari primer ke sekunder dengan tidak mengabaikan arus beban nol (I0). Dasar membuat diagram fasor adalah kedudukan I2 terhadap V2 dan dengan
tegangan sebagai refrensi. Dalam hal ini ada tiga kemungkinan, yaitu: 1. I2 tertinggal terhadap V2 berarti bebannya induktif (cosϕ lagging)
2. I2 sephasa dengan V2 berarti bebannya resistif (cosϕ = 1)
3. I2 mendahului terhadap V2 berarti bebannya kapasitif (cosϕ leading)
Berikut ini akan digambarkan ketiga diagram fasor tersebut. Gambar 2.10 dibawah ini adalah salah satu contoh gambar diagram fasor untuk transformator berbeban induktif (cosϕ lagging).
Langkah-langkah penggambaran diagram fasor pada Gambar 2.10 adalah: 1. I2 tertinggal terhadap V2 sebesar sudut ϕ2.
2. ϕ2 = sudut antara I2 dengan V2 dimana arah putar sudut ϕ2 berlawanan
dengan arah putaran jarum jam. 3. I2R2 // I2 dan I2X2 ⊥ I2R2
4. Harga V2 semula adalah harga E2 yang mengalami perubahan akibat
adanya jatuh tegangan I2R2 dan I2X2 pada persamaan
E2 = V2 + I2R2+I2X2, oleh karena X2 = XL (beban induktif) dan Xc = 0
maka E2 > V2
5. E2 segaris dengan E1 dan 0 ⊥ terhadap garis E1 dan E2
6. Io membentuk sudut kecil dengan 0
7. Adanya I2 di kumparan sekunder harus dibarengi oleh I2’ di kumparan
primer
8. I2’ berkomponen dengan Io menghasilkan I1 I1= (I2')2 +(Io)2
9. I1R1 // I1 dan I1X1 ⊥ I1R1
10.V1 = E1 + I1R1 + I1X1
11.ϕ1 = sudut antara I1 dan V1
Gambar 2.11. Diagram Fasor Transformator Berbeban Resistif (Cos ϕ = 1) Pada Gambar 2.11 terlihat I2 sephasa dengan V2, hal ini karena bebannya resistif.
Gambar 2.12. Diagram Fasor Transformator Berbeban Kapasitif (cos ϕ leading). Pada Gambar 2.12 terlihat I2 mendahului terhadap V2, hal ini karena bebannya
2.7. Sistem Pengaturan
Persoalan naik turunnya tegangan atau berkedip sangat penting, dan biasanya berhubungan dengan beban yang tidak normal pada sistem daya.
Ada tiga persyaratan utama untuk pengaturan tegangan :
a. Tegangan tidak boleh naik turun sangat besar atau berkedip. b. Tegangan harus mendekati titik optimum tertentu.
c. Penyebaran tegangan tidak boleh lebih dari batas tegangan yang telah ditentukan.
Meskipun kelangsungan catu daya dapat diandalkan, tidak mungkin mempertahankan tegangan tetap pada sistem distribusi karena tegangan jatuh akan terjadi disemua bagian sistem dan akan berubah dengan adanya perubahan beban.
Bagaimana pun juga, harga pengaturan untuk tiap-tiap beban dengan bermacam-macam faktor daya dapat diperoleh dengan menggunakan rumus pengaturan dibawah ini:
2.8. Pengaturan Dengan Transformator
Transformator merupakan suatu sarana untuk mengatur aliran daya baik nyata maupun reaktif. Konsep yang biasa tentang fungsi transformator dalam suatu sistem daya ialah sebagai pengubah dari suatu tingkat tegangan yang lain, seperti bila sebuah transformator mengubah tegangan suatu generator menjadi tegangan saluran transmisi. Tetapi transformator-transformator yang memberikan kemungkinan sedikit penyetelan pada besarnya tegangan, biasanya dalam daerah sekitar ±10 % dan yang lain menggeser sudut fasa tegangan-tegangan saluran merupakan komponen-komponen yang penting dalam suatu sistem daya.
BAB III
PENGUBAH SADAPAN BERBEBAN
(ON LOAD TAP CHANGER) DI TRANSFORMATOR
3.1. Pengaturan Tegangan
Suatu transformator daya yang dipergunakan pada sistem tenaga listrik dilengkapi dengan alat yang disebut dengan pengubah sadapan (Tap Changer). Pengubah sadapan adalah alat perubah perbandingan transformasi untuk mendapatkan tegangan operasi sekunder yang lebih baik dari tegangan jaringan primer yang berubah-ubah.
Pengubah sadapan dapat beroprasi atau bekerja untuk memindahkan sadapan transformator baik dalam keadaan tanpa beban (Off Load Tap Changer) dan dalam keadaan transformator berbeban ( On Load Tap Changer ) dan juga dapat dioperasikan secara manual maupun otomatis.
Kegunaan pengubah sadapan ini adalah untuk mengatur atau menyesuaikan besaran tegangan sekunder yang keluar agar sesuai dengan yang diinginkan. Sebab pada umumnya letak dari pada beban adalah jauh dari sumber maka ini sangat penting untuk mengatasi terjadinya rugi-rugi tegangan.
3.2. Pengaruh Dari Jatuh Tegangan
Apabila jatuh tegangan yang terlalu besar akan mengakibatkan pengaturan
arus, daya, tahanan dan reaktansi saluran, seperti yang digambarkan pada Gambar 3.1.Sehingga persamaan untuk jatuh tegangan V = IRCosϕ + IXLSinϕ .
Gambar 3.1 Rangkaian Diagram Satu Fasa Dimana:
R = r.l, (ohm/fasa) XL= xl, (ohm/fasa)
Vk= Tegangan ujung pengirim(Volt)
Vt= Tegangan ujung penerima (Volt)
Perlu diketahui bahwa untuk faktor daya yang jelek, jatuh tegangan pada tahanan saluran adalah kecil pengaruhnya jika dibandingkan dengan jatuh tegangan di reaktansi saluran. Dari faktor inilah jatuh tegangan dapat dikurangi atau diperbaiki.
3.3. Daya Aktif dan Daya Reaktif
Dalam sistem listrik bolak-balik, tidak selalu arus harus sefasa dengan tegangan. Arus dapat tertinggal (lagging) terhadap tegangan sebesar sudut ϕ (Gambar 3.2b), atau arus juga dapat mendahului (leading) terhadap tegangan sebesar sudut ϕ (Gambar 3.2c). Arus tertinggal terhadap tegangan terjadi apabila komponen yang dilewati oleh arus bersifat induktif dan apabila arus melewati komponen yang bersifat kapasitif maka arus akan mendahului tegangan sebesar sudut ϕ. Untuk induktor arus yang mengalir akan tertinggal terhadap tegangan sebesar 90°, dan untuk kapasitor arus yang mengalir akan mendahului tegangan sebesar 90°. Secara umum hubungan antara tegangan dan arus dalam bentuk diagram vektor dapat dilihat pada Gambar 3.2.
(a) Arus Sefasa Dengan Tegangan
(b) Arus Tertinggal Terhadap Tegangan Sebesar ϕ
(c) Arus Mendahului Terhadap Tegangan Sebesar ϕ Gambar 3.2. Hubungan Tegangan dan Arus Dalam Sistem Arus Bolak-Balik
disebut daya nyata atau daya aktif (P) dan hubungan tegangan (V) dengan arus komponen Y disebut daya reaktif (Q). Dalam bentuk persamaan kedua komponen daya diatas dapat ditulis:
P = V I Cosϕ (watt) Q = V I Sinϕ (VAR)
3.4. Pengaturan Tegangan Pada Beban
Jaringan distribusi untuk kawasan tertentu kegiatan operasi di koordinir oleh pusat pengaturan distribusi, terutama untuk mengatasi gangguan. Di Indonesia persentase daya listrik yang dipakai masih banyak untuk beban penerangan dan pemakaian terbesar dari penerangan listrik adalah masyarakat banyak. Adapun penerangan yang diperoleh dari lampu listrik sangat dipengaruhi oleh perubahan tegangan sehingga yang dipakai sebagai dasar tegangan adalah tegangan nominal lampu listrik. Jadi diusahakan agar tegangan pada jaringan berada pada batas yang diperbolehkan untuk tegangan lampu listrik.
3.5. Pengaturan Tegangan Pada Saluran
Pengaturan tegangan pada saluran banyak digunakan untuk mengatur tegangan pada penyulang, agar tegangan yang sampai pada pelanggan masih berada pada batas-batas yang diijinkan.
tegangan menengah. Pengaturan tipe sadapan pada dasarnya merupakan sebuah auto transformator dengan sadapan pada belitan serinya seperti pada Gambar 3.3.
Gambar 3.3. Konstruksi Sebuah Auto Transformator Dengan Sadapan Pada Belitan Serinya
3.6. Pengubah Sadapan Berbeban Pada Transformator
Untuk dapat mengatur tegangan primer jaringan distribusi dan menjaga tegangan sistem yang sampai pada pelanggan industri maupun domestik masih memenuhi syarat, secara umum dan praktis transformator dilengkapi dengan suatu alat, seperti pengatur tegangan berbeban pada gardu induk. Untuk itu transformator utama di gardu induk yang memasok jaringan distribusi primer, dilengkapi dengan pengubah sadapan berbeban yaitu tegangan dapat diubah tanpa memutus sirkitnya. Pengubah sadapan berbeban ini dapat mengubah perbandingan belitan dari transformatornya, sadapan dapat dibuat pada belitan tegangan tinggi maupun tegangan rendah.
bertujuan untuk mengetahui kapasitas sadapan tersebut. Sebagai contoh tipe MS III 300 Y yang dapat dilihat pada Gambar 3.4, dan dapat pula dilihat gambar pengubah sadapan berbeban pada Lampiran II.
Tipe MS III 300 Y, berarti: MS = Tipe sadapan III = Jumlah fasa
300 = Maksimum arus mengalir Y = Terhubung bintang
Gambar 3.4. Pengubah Sadapan Berbeban Tipe MS III 300 Y
3.7. Pemakaian Pengubah Sadapan Berbeban Pada Transformator
Untuk hubungan satu fasa pengaturan tegangan dengan penggunaan pengubah sadapan berbeban dapat dilihat pada contoh rangkaian satu fasa pada Gambar 3.5b. Untuk penempatan pengubah sadapan berbeban dapat dilihat pada Lampiran II.
Gambar 3.5. Penggunaan Pengubah Sadapan Berbeban Dalam Berbagai Rangakaian Belitan
(a) Tiga Fasa (b) Satu Fasa
3.8. Fungsi dan Prinsip Kerja Pengubah Sadapan Berbeban
3.8.1. Fungsi Pengubah Sadapan Berbeban
Pengubah sadapan berbeban merupakan salah satu bagian utama transformator yang berfungsi untuk melayani pengaturan tegangan transformator, dengan cara memilih ratio tegangan tanpa harus melakukan pemadaman.
3.8.2. Prinsip Kerja Pengubah Sadapan Berbeban
Pengaturan tegangan baik sisi sekunder maupun primer dilakukan dengan cara memilih ratio tegangan transformator. Untuk memilih ratio tegangan yang dikehendaki dilakukan dengan cara mengurangi atau menambah jumlah kumparan, melalui bantuan pemilih sadapan dan saklar pengalih.
Suatu pengubah sadapan berbeban terdiri dari pemilih tap (tap selector). Saklar pengalih (diverter switch) dan bagian-bagian pembantu (related auxiliaries) seperti pada Gambar 3.6.
Pemilih Sadapan
Resistor Peralihan
Kontak Pengalih Pengaturan
Belitan Belitan Utama
Gambar 3.6. Prinsip Kerja Pengubah Sadapan Berbeban
3.9. Persoalan Pemakaian Pengubah Sedapan Berbeban.
Ada berbagai persoalan yang timbul sehubungan dengan pemakaian pengubah sadapan. Karena saklar pengalih itu melaksanakan perpindahan hubungan didalam minyak, maka minyak itu cepat memburuk. Oleh karena itu minyak pengubah sadapan harus dipisahkan dari minyak isolasi transformator dengan dinding pemisah. Minyak yang telah memburuk ini perlu disaring, tergantung dari keadaan untuk mencegah turunnya kekuatan isolasinya. Penyaringan minyak dapat dilakukan dengan penyaring minyak yang dapat bekerja dalam keadaan transformator bertegangan. Karena frekuensi bekerjanya saklar pengalih ini tinggi, maka keausan kontak harus mendapat perhatian juga.
3.10. Konsep Dasar Perhitungan Jatuh Tegangan
Pada dasarnya jatuh tegangan (voltage drop) yang terjadi dalam suatu sistem tenaga listrik disebabkan oleh adanya arus yang mengalir pada impedansi (Z), baik itu impedansi yang ada pada jaringan ataupun peralatan listrik lainnya yang terdapat dalam sistem tersebut. Besarnya jatuh tegangan secara umum merupakan selisih antara tegangan sumber (Vk) dengan tegangan nominal di ujung
beban atau jaringan (Vt).
Gambar 3.7 (a) Rangkaian Diagram Satu Fasa (b) Diagram Fasor
Jatuh tegangan yang terjadi pada jaringan distribusi 20 kV diakibatkan oleh nilai resistansi dan reaktansi dari saluran. Gambar 3.7a menerangkan bahwa nilai resistansi terhubung seri dengan nilai reaktansi. Sehingga besar jatuh tegangan dapat diketahui melalui analisis perhitungan.
Sesuai dengan defenisi jatuh tegangan adalah:
V= Vk −Vt ... (3.1) Dengan,
Gambar 3.7b merupakan diagram fasor dari Gambar 3.7a dengan titik O sebagai pusat dari lingkaran dengan jari-jari od = Vk, kita buat lingkaran sehingga
memotong perpanjangan Vt pada titik e. Jadi Vk=Oe =Oa+ac+ce. Oleh karena
ce<<Vk; ce dapat diabaikan, sehingga Vk ≈Oa+ac.
Selanjutnya, Oa = Vt ; ac = ab+bc dimana ab=IRcosϕt dan bc=IXLsinϕt ; sehingga
ac = dV=IRcosϕt + IXLsinϕt
Selanjutnya Vk dapat ditulis dalam bentuk:
Vk ≈Vt + dV
Vt + IRcos≈ ϕt + IXLsinϕt
Atau
Vk-Vt≈ IRcosϕt + IXLsinϕt
Sesuai dengan defenisi diatas : V ≅ Vk − ΔVt maka didapat:
V ≅ IRcosϕt + IXLsinϕt ... (3.2)
Jatuh tegangan dalam prosen
Jatuh tegangan dalam prosen menurut defenisi :
%
Vt biasanya diambil tegangan sistem yang bersangkutan, dalam hal ini Vf yang
merupakan tegangan fasa sistem, jadi persamaan tersebut dapat di tulis dalam bentuk :
V =Vk −Vt ≅ IRcosϕt + IXLsinϕt
Sehingga persamaan dapat ditulis sebagai berikut:
( )
% cos sin 100%%= Δ ≅ + ×
⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ Δ
f V
t IXL t IR V
Vf
V ϕ ϕ
... (3.3)
Dengan Vf adalah tegangan fasa nominal atau tegangan pengenal dari sistem yang
BAB IV
PERHITUNGAN JATUH TEGANGAN
4.1. Data dan Hasil Pengamatan
Data Transformator Unit I Gardu Induk Paya Geli - Kapasitas : 60 MVA
- Tegangan : 150KV/20KV - Frekuensi : 50 HZ
- Phasa : 3
Transformator dilengkapi dengan beban melalui delapan penyulang seperti pada Gambar 4.1. Diagram satu garis Gardu Induk Paya Geli pada Lampiran I.
Transformator I Switch
PG1
PG2
PG3
PG4 PG5
PG6 PG7
PG8 Rel
Data teknik pengubah sadapan berbeban dapat dilihat pada Tabel 4.1 berikut: Plat nama transformator I Gardu Induk Paya Geli pada Lampiran I.
Tabel 4.1. Data Teknik Pengubah Sadapan Berbeban
Keterangan Kapasitas
Jumlah fasa 3
Merek MR Type MA9
Motor 0,55 kw 50 HZ
Data pengubah sadapan MR-MA9-III300 seperti pada Tabel 4.2 Tabel 4.2. Data Pengubah Sadapan MR-MA9-III300
Tegangan Tinggi Tegangan Rendah
Sadapan Hubungan Kontak
Besar resistansi dan induktansi per-km dapat dilihat pada Tabel 4.3 dibawah ini. Seperti pada Lampiran I.
Tabel 4.3. Sefesifikasi Pada Penyulang
Arus maksimum Jenis Ukuran Resistansi
(ohm/km)
Data penghantar penyulang 20 KV seperti pada Tabel 4.4 Tabel 4.4. Data Penghantar Penyulang 20 KV
Data beban penyulang 20 KV seperti pada Tabel 4.5
Tabel 4.5. Data Beban Penyulang 20 KV
Beban Tertinggi Beban Terendah
Siang Malam Siang Malam
Penyulang S (MVA)
S (MVA)
S (MVA)
S (MVA)
PG1 (Udang) 2,60 2,60 1,04 1,04
PG2 (Tripang) 8,141 8,31 4,33 4,50
PG3 (Gurita) 9,01 6,24 3,98 3,98
PG4 (Ketam) 4,15 4,33 2,08 2,08
PG5 (Kepiting) 4,85 5,54 2,42 2,77
PG6 (Pari) 9,70 9,01 2,77 3,46
PG7 (Rajungan) 3,81 4,85 1,39 2,08
PG8 (Sotong) 6,24 5,54 0,35 0,35
4.2. Perhitungan Jatuh Tegangan
Untuk mencari jatuh tegangan di 8 peyulang digunakan persamaan 3.11. dimana nilai I, S dan ldapat dilihat pada Tabel 4.4, Tabel 4.5 dan Lampiran I. Dimana: r = Tahanan per fasa, dalam ohm/km
x = Reaktansi per fasa, dalam ohm/km R = l.r, dalam ohm/fasa
XL= l.x, dalam ohm/fasa
%
= 2.3,14.50.0,414.10-3 = 0,13 ohm/km
4.3. Jatuh Tegangan Pada Penyulang
Beban Tertinggi Siang (Pukul 07.00 s/d 16.00)
1) ( V%)PG1 = S×l×k
= 2,60 x 5,1 x 0,061%
2) ( V%)PG2 = S×l×k
= 8,141 x 7,560 x 0,061%
= 3,75%
3) ( V%)PG3 = S×l×k
= 9,01 x 6,68 x 0,061%
= 3,67%
4) ( V%)PG4 = S×l×k
= 4,15 x 3,50 x 0,061%
= 0,89%
5) ( V%)PG5 = S×l×k
= 4,85 x 2,05 x 0,061%
= 0,61%
6) ( V%)PG6 = S×l×k
= 9,70 x 6,14 x 0,061%
= 3,63%
7) ( V%)PG7 = S×l×k
= 3,81 x 7,71 x 0,061%
= 1,79%
8) ( V%)PG8 = S×l×k
= 6,24 x 1,492 x 0,061%
Beban Tertinggi Malam (Pukul 17.00 s/d 06.30)
1) ( V%)PG1 = S×l×k
= 2,60 x 5,1 x 0,061%
= 0,81%
2) ( V%)PG2 = S×l×k
= 8,31 x 7,560 x 0,061%
= 3,83%
3) ( V%)PG3 = S×l×k
= 6,24 x 6,68 x 0,061%
= 2,54%
4) ( V%)PG4 = S×l×k
= 4,33 x 3,50 x 0,061%
= 0,92%
5) ( V%)PG5 = S×l×k
= 5,54 x 2,05 x 0,061%
= 0,69%
6) ( V%)PG6 = S×l×k
= 9,01 x 6,14 x 0,061%
= 3,37%
7) ( V%)PG7 = S×l×k
= 4,85 x 7,71 x 0,061%
8) ( V%)PG8 = S×l×k
= 5,54 x 1,492 x 0,061%
= 0,50%
Beban Terendah Siang (Pukul 07.00 s/d 16.00)
1) ( V%)PG1 = S×l×k
= 1,04 x 5,1 x 0,061%
= 0,32%
2) ( V%)PG2 = S×l×k
= 4,33 x 7,560 x 0,061%
= 1,99%
3) ( V%)PG3 = S×l×k
= 3,98 x 6,68 x 0,061%
= 1,62%
4) ( V%)PG4 = S×l×k
= 2,08 x 3,50 x 0,061%
= 0,44%
5) ( V%)PG5 = S×l×k
= 2,42 x 2,05 x 0,061%
= 0,30%
6) ( V%)PG6 = S×l×k
= 2,77x 6,14 x 0,061%
7) ( V%)PG7 = S×l×k
= 1,39 x 7,71 x 0,061%
= 0,65%
8) ( V%)PG8 = S×l×k
= 0,35 x 1,492 x 0,061%
= 0,032%
Beban Terendah Malam (Pukul 17.00 s/d 06.30)
1) ( V%)PG1 = S×l×k
= 1,04 x 5,1 x 0,061%
= 0,32%
2) ( V%)PG2 = S×l×k
= 4,50 x 7,560 x 0,061%
= 2,10%
3) ( V%)PG3 = S×l×k
= 3,98 x 6,68 x 0,061%
= 1,62%
4) ( V%)PG4 = S×l×k
= 2,08 x 3,50 x 0,061%
= 0,44%
5) ( V%)PG5 = S×l×k
= 2,77 x 2,05 x 0,061%
6) ( V%)PG6 = S×l×k
= 3,46 x 6,14 x 0,061%
= 1,29%
7) ( V%)PG7 = S×l×k
= 2,08 x 7,71 x 0,061%
= 0,98%
8) ( V%)PG8 = S×l×k
= 0,35 x 1,492 x 0,061%
= 0,032%
Tabel 4.6. Nilai Jatuh Tegangan Pada Tiap Penyulang Beban Tertinggi Beban Terendah
Siang Malam Siang Malam
Penyulang Jatuh Tegangan
4.4. Analisis Hasil Perhitungan
Dari perhitungan diatas maka didapat analisis:
a. Besarnya jatuh tegangan pada gardu distribusi berbeda-beda, hal ini disebabkan oleh jarak penyulang yang terlalu panjang dan beban yang tidak sama antara penyulang.
4.5 Pengaturan Sadapan
Prinsip pengaturan tegangan sekunder berdasarkan perubahan jumlah belitan primer atau sekunder. V1, N1 dan V2, N2 adalah parameter primer dan sekunder.
Jika N1 berkurang, tegangan perbelitan (V1/N1) bertambah, sehingga
tegangan sekunder 2 1 1 N
N V
× bertambah. Di sisi lain, jika N2 bertambah sementara
N1 tetap, tegangan sekunder 2 1 1 N
N V
× juga bertambah. Dengan kata lain,
pengurangan belitan primer N1 mempunyai pengaruh yang sama dengan penambahan belitan N2.
4.5.1. Besar Tegangan
Sadapan 1 = VN + (0,105 x VN) = 150 + ( 0,105 x 150) = 165,75 KV
Sadapan 2 = VN + (0,09x VN) = 150 + ( 0,09 x 150) = 163,5 KV
Sadapan 3 = VN + (0,075 x VN) = 150 + ( 0,075 x 150) = 161,25 KV
Sadapan 4 = VN + (0,06 x VN) = 150 + ( 0,06 x 150) = 159 KV
Sadapan 5 = VN + (0,045 x VN) = 150 + ( 0,045 x 150) = 156,75 KV
Sadapan 6 = VN + (0,03 x VN) = 150 + ( 0,03 x 150) = 154,5 KV
Sadapan 7 = VN + (0,015 x VN) = 150 + ( 0,015 x 150) = 152,25 KV
Sadapan 8 = Nominal = 150 KV
Sadapan 9 = VN - (0,015 x VN) = 150 - ( 0,015 x 150) = 147,75 KV
Sadapan 10 = VN - (0,03 x VN) = 150 - ( 0,03 x 150) = 145,5 KV
Sadapan 1 1 = VN - (0,045 x VN) = 150 - ( 0,045 x 150) = 143,25 KV
Sadapan 1 2 = VN - (0,06 x VN) = 150 - ( 0,06 x 150) = 141 KV
Sadapan 1 3 = VN - (0,075 x VN) = 150 - ( 0,075 x 150) = 138,75 KV
Sadapan 1 4 = VN - (0,09 x VN) = 150 - ( 0,09 x 150) = 136,5 KV
Sadapan 1 5 = VN - (0,105 x VN) = 150 - ( 0,105 x 150) = 134,25 KV
Sadapan 1 6 = VN - (0,12 x VN) = 150 - ( 0,12 x 150) = 132 KV
Sadapan 1 7 = VN - (0,135 x VN) = 150 - ( 0,135 x 150) = 129,75 KV
Sadapan 1 8 = VN - (0,15 x VN) = 150 - ( 0,15 x 150) = 127,5 KV
Pada sisi sekunder transformator daya tegangan dibuat konstan 20 KV
4.5.2. Besar Arus
Maka besar arus pada sadapan 1 sampai sadapan 18 sisi primer transformator daya:
I1 =
KV KVA
.
3 = 3.165,75 60000
I16 =
Dan besar arus pada sisi sekunder transformator daya:
Is =
Agar lebih jelas data pengubah sadapan dapat dilihat pada Tabel 4.7 berikut ini: Tabel 4.7. Data Pengubah Sadapan MR-MA9-III300
Tegangan Tinggi Tegangan Rendah
Sadapan Hubungan Kontak
BAB V
PENUTUP
5.1. KESIMPULAN
1. Perbaikan jatuh tegangan dapat dilakukan dengan memperbesar tegangan ujung kirim.
2. Dari hasil perhitungan diperoleh bahwa penggunaan pengubah sadapan berbeban pada transformator dapat mengatur tegangan keluaran transformator sesuai dengan yang diinginkan
3. Besarnya jatuh tegangan pada tiap penyulang berbeda-beda, hal ini disebabkan oleh jarak penyulang yang terlalu panjang dan beban yang tidak sama antara penyulang.
4. Melalui hasil perhitungan diatas dapat diketahui bahwa jatuh tegangan paling besar adalah 3,83 %, hal ini masih sesuai dengan batas toleransi (maximum + 5% dan minimum - 10% dari tegangan nominalnya).
5.2. SARAN
Adapun saran-saran penulis setelah menyusun Tugas Akhir ini adalah:
1. Sebaiknya minyak isolasi pengubah sadapan berbeban dipisahkan dari minyak isolasi transformator karena proses pemindahan sadapan sangat sering terjadi sehingga dapat mempengaruhi kekuatan dielektrik minyak isolasi.
DAFTAR PUSTAKA
1. Basri, Hasan., “Sistem Distribusi Daya Listrik”, ISTN, Jakarta Selatan, 1997.
2. Blume,The late L.F, Boyajian. A, Camilli. G., “Transformer Engineering”, General Electric Company, New York, 1951.
3. Gonen, Turan., “Electric Power Distribution System Engineering”, McGraw-Hill Book Co-Sngapore, 1986.
4. Kadir, Abdul., “Distribusi dan Utilisasi Tenaga Listrik”, UI-Press, Jakarta, 2000.
5. Kadir, Abdul., ”Transformator”, Pradnya Paramita, Jakarta,1981.
6. Pabla, AS., ”Sistem Distribusi Daya Listrik”, (Diterjemahkan oleh: Hadi Abdul.Ir Erlangga, Elektro Indonesia, 1991).
7. Stevenson, William D, JR., “Analisa Sistem Tenaga Listrik”, (Diterjemahkan oleh: Idris, Kamal.Ir, Erlangga, Jakarta, 1994).
8. Sulasono., “Teknik Dan Sistem Distribusi Daya Listrik”, Badan Penerbit Universitas Diponegoro, Semarang, 2001.
Gambar Penempatan Pengubah Sadapan Berbeban Pada Transformator
TAP SELECTOR PENGGERAK
MEKANI K
TANGKI
SI LI CAGEL BATANG
PENGGERAK DI VERTER SWI TCH
KONSERVATOR
