Studi Analisis Pengaruh Harmonisa Terhadap Transformator Distribusi (Aplikasi Pada PT. PLN (Persero) Cabang Medan, Rayon Medan Kota)

(1)

TUGAS AKHIR

STUDI ANALISIS PENGARUH HARMONISA TERHADAP TRANSFORMATOR DISTRIBUSI

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

O L E H

ROY HAKIM PERANGINANGIN NIM : 05 0402 099

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

(2)

STUDI ANALISIS PENGARUH HARMONISA TERHADAP TRANSFORMATOR DISTRIBUSI

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

OLEH

ROY HAKIM PERANGINANGIN NIM : 05 0402 099

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

Disetujui oleh Dosen Pembimbing

IR. THALIB PASARIBU NIP. 19471110197902 1 001

Diketahui oleh

Pelaksana Harian, Ketua Departemen Teknik Elektro

PROF.DR.IR.USMAN S. BAAFAI NIP. 19461022197302 1 001

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

(3)

ABSTRAK

Harmonisa adalah suatu kondisi dimana tegangan atau arus yang sinusoidal dengan frekuensi yang merupakan kelipatan dari frekuensi fundamental dari sistem tenaga. Banyaknya pemakaian peralatan elektronik dan elektronika daya, berupa komputer, UPS, Printer, baterecharger, dan lampu hemat energi yaitu lampu fluorescent dengan elektronika ballast yang merupakan beban tidak linear yang dapat menimbulkan harmonisa. Peralatan beban tidak linear ini pada proses kerjanya, berlaku sebagai saklar yang bekerja pada setiap siklus gelombang dari sumber tegangan.

Adanya harmonisa ini pada jaringan distribusi, ternyata memberi pengaruh pada Transformator Distribusi sebagai komponen tenaga listrik yang langsung berhubungan dengan beban yaitu adanya peningkatan rugi eddy current dan rugi belitan.

Setelah melakukan pengukuran dan penganalisaan kandungan harmonisa pada lima transformator distribusi berdasarkan jenis pelanggan PLN cabang Medan, diketahui adanya harmonisa arus dan harmonisa tegangan pada setiap transformator. Harmonisa arus (dalam %THDI) pada setiap transformator melebihi standard yang ditetapkan IEEE 519 (8%), yaitu 9.0%, 9.7%, 12.82%, 20.56%, 15.79%; sedangkan harmonisa tegangannya (dalam %THDV) tidak melebihi standar (5%), yaitu 1.9%, 1.66%, 2.2%, 2.2%, 2.33%. Akibat adanya harmonisa arus pada trafo menyebabkan bertambahnya rugi eddy current pada setiap transformator. Pertambahan rugi-rugi terbesar terjadi pada trafo 250kVA di Pusat Perbelanjaan, Petisah ( Pembebanan 73.33%), yaitu 1.04%.

(4)

KATA PENGANTAR

Segala Puji dan Hormat serta Kemuliaan bagi Allah Tri Tunggal yang

telah memberkati dan memberi kekuatan sehingga Penulis dapat menyelesaikan

studi dan mengerjakan Tugas Akhir ini sampai selesai.

Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat bagi Penulis untuk

memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera

Utara.

Adapun judul tugas akhir ini adalah :

STUDI ANALISIS PENGARUH HARMONISA TERHADAP TRANSFORMATOR DISTRIBUSI

( Aplikasi Pada PT.PLN (PERSERO) Cabang Medan, Rayon Medan Kota)

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. Wali saya, Kak R. Peranginangin dan Silih J. Sembiring serta bebereku

dan juga Ayahanda S.Peranginangin dan Ibunda T.Tarigan yang selalu

memberikan dukungan, perhatian dan doa yang tidak ada henti-hentinya

selama hidup penulis.

2. Kakak & Abang saya : K’Tepty dan Lae, B’Adil dan B’Gunung serta Kak

Ipar yang di Batam, Bang Terbeluh Peranginangin di Jakarta dan bang

Dani Peranginangin di Perawang yang selalu memberi dukungan dan cinta

yang tulus selalu.

3. Bapak Prof.Dr.Ir Usman Baafai. selaku Ketua Departemen Teknik Elektro,

Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Rahman Faudzi ST,MT selaku Sekretaris Departemen Teknik

Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

5. Bapak Ir. Thalib Pasaribu selaku Dosen Pembimbing Penulis yang telah

meluangkan waktu dan tempat untuk membimbing dan membantu Penulis

(5)

6. Bapak Ir. Soeharwinto ST.MT 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. Seluruh Staff Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Elektro FT-

USU.

8. Teman satu Kelompok Tumbuh Bersama-ku Bezallel ( B’Mue, K’Martha,

Bastana, Budi, Christina, Lemuel) dan Adik Kelompokku Aholiab (

Assyer, Andrew, Jhon, Ivan, Rocky dan Setia) dan juga sahabatku Hans

Tua Sinaga, yang banyak memberi dukungan Doa.

9. Teman-teman Koordinasi UKM KMK USU periode 2008-2009 ( K’Lita,

K’henny, Riama, K’Gohana, K’ Monic, B’Heri dan B’ Jhon)

10. Semua rekan-rekan di Fakultas Teknik, Teknik Elektro USU terutama

angkatan 2005 yang telah banyak memberi warna dalam hidup Penulis.

11.Teman/Abang satu Kos Marakas 55 ( B’Gandi, Josep, Freddy, Daniel,

Niki, Hendra, dan Patar) yang telah banyak menemani hari-hariku.

12. Teman-teman di UKM KMK USU dan KMK USU UP FT dan juga di

PD/PA FILIPI.

13.Pihak PT. PLN ( Persero ) Cabang Medan , Pak Simatupang, Kak Elli,

Bang Habibi, Pak Ferry yang membantu Penulis dalam menyelesaikan

Tugas Akhir ini.

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

mengucapkan banyak Terimakasih.

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 bermanfaat bagi kita semua.

Medan, Oktober 2009

Penulis

(6)

05 0402 099

DAFTAR ISI

Abstrak...i

Kata Pengantar...ii

Daftar Isi...iv

Daftar Gambar...vii

Daftar Tabel...ix

BAB I PENDAHULUAN I.1 LatarBelakang...1

I.2 Rumusan Masalah...2

I.3 Tujuan Masalah...2

I.4 Batasan Masalah...2

I.5 Metode Penulisan...3

I.6 Sistematika Penulisan...4

BAB II TRANSFORMATOR II.1 Umum...6

II.2 Kontruksi transformator...7

II.3 Prinsip Kerja Transformator...9

II.3.1 Keadaan Transformator tanpa Beban...10

II.3.2 Keadaan Transformator Berbeban...13

II.4 Rangkaian Ekivalen Transformator...15

II.4.1 Pengukuran Beban Nol...18

II.4.2 Pengukuran Hubung singkat...20

II.5 Rugi-rugi pada Transformator...20

II.5.1 Rugi Tembaga...21

II.5.2 Rugi Besi...21

II.6 Transformator Tiga Phasa...22

(7)

II.6.2 Kontruksi Transformator Tiga Phasa...21

II.6.3 Hubungan Tiga Phasa pada Transformator...24

II.7 Sistem Pendinginan Transformator...30

II.8 Transformator Distribusi...30

II.8.1. Umum...30

II.8.2. Klasifikasi BebanTransformatorDistribusi...33

BAB III HARMONISA III.1 Umum ...38

III.2 Karakteristik Beban...39

III.3 Defenisi Harmonisa...41

III.4 Jenis-Jenis harmonisa... 50

III.5 Sumber-Sumber Harmonisa...51

III.6 Indeks Harmonisa...53

III.6.1 Total Harmonic Distortion...53

III.6.2 Individual Harmonic Distortion...54

III.7 Standard Harmonisa...54

III.8 Pengaruh Harmonisa Pada Trafo Distribusi...55

BAB IV ANALISA PENGARUH HARMONISA PADA TRANSFORMATOR DISTRIBUSI IV.1 Umum...58

IV.2 Persamaan yang digunakan dalam Perhitungan...59

IV.2.1 Perhitungan Arus Beban dan Arus Hubung Singkat.... 59

IV.2.2 Perhitungan Pembebanan Pada Transformator...59

IV.2.3 Perhitungan Analisa THD...60

IV.2.4 Perhitungan Analisa PLL(Load Loss)...60

IV.2.5 Perhitungan Rugi –rugi Transformator... 61

IV.3 Metode Pengambilan Data harmonisa Pada Transformator Distribusi...61

IV.3.1 Data Teknis Alat Ukur... .62

(8)

IV.4 Data Hasil Pengukuran Harmonisa pada Transformator

Distribusi...66

IV.5 Analisa Data Pengaruh Harmonisa pada Transformator

Distribusi...74

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

V.1 Kesimpulan...85

V.2 Saran...86

(9)

DAFTAR GAMBAR

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

Gambar 2.2 Konstruksi lempengan logam inti transformator bentuk L dan U ...8

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

Gambar 2.4 Konstruksi lempengan logam inti transformator 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 e1 tertinggal 90o dari Φ...12

Gambar 2.10 Transformator dalam keadaan berbeban ...13

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

Gambar 2.12 Gambar rangkaian transformator ideal...15

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

Gambar 2.14 Gambar rangkaian ekivalen transformator ...17

Gambar 2.15 Penyederhanaan Rangkaian Ekivalen Transformator ...17

Gambar 2.16 Diagram vektor parameter sekunder pada rangkaian primer ...17

Gambar 2.17 Hasil akhir penyederhanaan rangkaian ekivalen transformator ...18

Gambar 2.18 Rangkaian pengukuran beban nol ...18

Gambar 2.19 Rangkaian Pengukuran hubung singkat ...19

Gambar 2.20 Rangkaian Ekivalen Pengukuran Hubung Singkat ...20

Gambar 2.21 Blok diagram rugi – rugi pada transformator...21

Gambar 2.22 Konstruksi transformator tiga fasa tipe inti...23

Gambar 2.23 Transformator tiga fasa tipe cangkang ...23

Gambar 2.24 Transformator Hubungan-Y...24

Gambar 2.25 Transformator Hubungan Delta ...25

Gambar 2.26 Transformator Hubungan YY ...26

Gambar 2.27 Transformator Hubungan YΔ,………...27

Gambar 2.28 Transformator hubungan ΔY... ..28

(10)

Gambar 2.30 Gambaran Umum Distribusi Tenaga Listrik...31

Gambar 3.1 Gelombang Arus dan Tegangan...38

Gambar 3.2 Karakteristik beban Penerangan...39

Gambar 3.3 Karakteristik beban harian Industri Besar...40

Gambar 3.4 Karakteristik beban harian Industri Kecil ...40

Gambar 3.5 karakteristik Beban pada Komersial ...41

Gambar 3.6 karakteristik Beban pada Rumah Tangga...41

Gambar 3.7 Gelombang Pada Frekuensi Fundamental/Dasar ...42

Gambar 3.8. Bentuk Gelombang Non Sinusiodal...42

Gambar 3.9 Gelombang Pada Harmonik Ketiga...42

Gambar 3.10 Hasil Kali Dari Gelombang Frekuensi Fundamental Dengan Harmonik Yang ketiga...43

Gambar 3.11 Fundamental Phasor ...50

Gambar 3.12 Phasor harmonik 5...50

Gambar 3.13 Phasor Harmonik 3...51

Gambar 3.14 Skema Jaringan sederhana Beban linear ...51

Gambar 3.15 Skema jaringan sederhana beban non linear ...52

Gambar 3.16a One Line Diagram mengalirnya Harmonisa...56

Gambar 3.16b Rangkaian ekivalen mengalirnya Harmonisa...56

Gambar 4.1 Power Quality Analyzer Fluke 435...62

Gambar 4.2 Transformator Tiang ...65

Gambar 4.3 Pengukuran kandungan Harmonisa pada sisi sekunder trafo tiang ...65

Gambar 4.4 Rangkaian Pengukuran pada transformator 3 phasa ...66

Gambar 4.5 Contoh Hasil Pengukuran Harmonisa dengan alat Fluke 435...66

Gambar 4.6 Grafik Perbandingan THD arus dan Tegangan pada masing- masing trafo... 78

(11)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Klasifikasi Beban Pelanggan Listrik PLN ...33

Tabel 2.2 Nilai Daya Pengenal Transformator Distribusi...37

Tabel 2.3 Nilai Rugi-rugi Transformator Distribusi ...37

Table 3.1 Standar Distorsi Arus Untuk Sistem Distribusi...55

Tabel 3.2 Standar Distorsi Tegangan...55

Tabel 4.1 Nilai dari PEC_R ...61

Tabel 4.2 Tehnical data Volt/Amps/Herz ...63

Tabel 4.3 Tehnical data Harmonics ...64

Tabel 4.4 Data Hasil pengukuran pada Transformator ...67

Tabel 4.5 Data Kandungan Harmonisa Arus pada Transformator...67

Tabel 4.6 Data Hasil pengukuran Harmonisa Tegangan pada Transformator...68

Tabel 4.19 Nilai Arus Hubung Singkat dan Arus Beban ...74

Tabel 4.20 Analisa Pembebanan Pada Masing-Masing Transformator...75

Tabel 4.21 Analisa THD Arus pada masing-masing Transformator ...76

Tabel 4.22 Analisa THD Tegangan Pada masing-masing Transformator ...77

Tabel 4.23 Ringkasan PLL pada Transformator 1...80

(12)

ABSTRAK

Harmonisa adalah suatu kondisi dimana tegangan atau arus yang sinusoidal dengan frekuensi yang merupakan kelipatan dari frekuensi fundamental dari sistem tenaga. Banyaknya pemakaian peralatan elektronik dan elektronika daya, berupa komputer, UPS, Printer, baterecharger, dan lampu hemat energi yaitu lampu fluorescent dengan elektronika ballast yang merupakan beban tidak linear yang dapat menimbulkan harmonisa. Peralatan beban tidak linear ini pada proses kerjanya, berlaku sebagai saklar yang bekerja pada setiap siklus gelombang dari sumber tegangan.

Adanya harmonisa ini pada jaringan distribusi, ternyata memberi pengaruh pada Transformator Distribusi sebagai komponen tenaga listrik yang langsung berhubungan dengan beban yaitu adanya peningkatan rugi eddy current dan rugi belitan.

Setelah melakukan pengukuran dan penganalisaan kandungan harmonisa pada lima transformator distribusi berdasarkan jenis pelanggan PLN cabang Medan, diketahui adanya harmonisa arus dan harmonisa tegangan pada setiap transformator. Harmonisa arus (dalam %THDI) pada setiap transformator melebihi standard yang ditetapkan IEEE 519 (8%), yaitu 9.0%, 9.7%, 12.82%, 20.56%, 15.79%; sedangkan harmonisa tegangannya (dalam %THDV) tidak melebihi standar (5%), yaitu 1.9%, 1.66%, 2.2%, 2.2%, 2.33%. Akibat adanya harmonisa arus pada trafo menyebabkan bertambahnya rugi eddy current pada setiap transformator. Pertambahan rugi-rugi terbesar terjadi pada trafo 250kVA di Pusat Perbelanjaan, Petisah ( Pembebanan 73.33%), yaitu 1.04%.

(13)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Pertumbuhan beban listrik pada masa sekarang ini merupakan dampak

dan pengaruh dari pertumbuhan ekonomi. Pertumbuhan beban listrik dapat

dikatakan dua kali dari pertumbuhan ekonominya suatu daerah. Dengan

pertumbuhan ekonomi ini maka kebutuhan atau daya beli masyarakat terhadap

beban listrik semakin meningkat pula, hal ini dapat dilihat semakin meningkatnya

pemakaian peralatan elektronik atau elektronika daya yang semakin meningkat,

seperti : komputer, printer, UPSs(Uninterruptible power supplies), peralatan elektronik yang menggunakan suplay tenaga dengan mengkonvert dari AC ke

DC, lampu fluorescent dengan elektronik ballast, batere charger dan lain-lain.

Tetapi di sisi lain dengan meningkatnya pemakaian peralatan elektronik tersebut

memberi dampak atau memberi pengaruh yang tidak baik pada sistem

ketenagalistrikan. Peralatan computer, UPS, Printer yang disebutkan di atas

dikenal sebagai beban non linear. Beban non linear ini dapat mengakibatkan

munculnya harmonisa pada sistem ketenagalistrikan dalam sistem distribusi

tenaga listrik.

Salah satu komponen dalam sistem ketenagalistrikan dalam sistem

distribusi adalah TRANSFORMATOR DISTRIBUSI, transformator distribusi

(14)

apabila terjadi harmonisa pada transformator distribusi ini maka sangat

mempengaruhi kinerja dan kualitas dari transformator distribusi tersebut .

Oleh karena itu, diperlukan suatu analisa yang memberikan hasil

seberapa besar pengaruh dari harmonisa terhadap Transformator Distribusi.

1.2 Rumusan Masalah

Dari Latar belakang diatas, maka dapat dirumuskan beberapa

permasalahan antara lain :

1. Apakah Harmonisa itu?

2. Dari manakah Sumber harmonisa tersebut?

3. Apa saja parameter dan standar yang dilihat pada Harmonisa ini?

4. Bagaimana hasil analisis pengaruh harmonisa terhadap

Transformator Distribusi?

1.3 Tujuan Masalah

Adapun tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk mempelajari dan

memahami mengenai pengaruh harmonisa terhadap Transformator Distribusi yang

meliputi Pembebanan Transformator dan Rugi-Rugi Transformator.

1.4 Batasan Masalah

Untuk menghindari pembahasan yang terlalu luas, maka penulis akan

membatasi Tugas Akhir ini dengan hal-hal sebagi berikut :

1. Transformator distribusi yang dibahas merupakan Trafo Tiang.

(15)

3. Model yang ditinjau dalam pengukuran harmonisa ini adalah Pengukuran

langsung ke lapangan.

4. Tidak membahas analisis harmonisa transformator dengan menggunkan

Deret fourier dan cara mengurangi harmonisa pada trafo.

5. Pembahasan analisis pengaruh harmonisa terhadap Transformator hanya

sebatas Pembebanan dan rugi-rugi pada Transformator.

1.5 Metode Penulisan

Metode Penulisan yang dilakukan dalam pengerjaan Tugas Akhir ini

meliputi :

1. Studi literatur

Mengambil teori dari buku – buku referensi, jurnal, internet ,dll

2. Studi bimbingan

Diskusi dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh pihak

Departemen Teknik Elektro mengenai masalah – masalah yang timbul

selama penulisan Tugas Akhir berlangsung.

3. Metode pengukuran

Data yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah data yang

diperoleh dengan melakukan pengukuran langsung pada transformator

tiang di lapangan.

4. Analisa Data

(16)

1.6 Sistematika Penulisan

Penulisan Tugas Akhir ini disajikan dengan sistematika penulisan sebagai

berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latarbelakang

masalah rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metode penulisan,

dan sistematika penulisan dari Tugas Akhir ini.

BAB II TRANSFORMATOR

Bab ini menjelaskan tentang transformator secara umum, kontruksi, prinsip

kerja, rangkaian ekivalen, keadaan berbeban dan tidak berbeban, sistem

pendingin transformator, rugi-rugi dan efesiensi. Serta menjelaskan tentang

transformator distribusi dan spesifikasnya, dan jenis-jenis pelanggan/konsumen

PLN.

BAB III HARMONISA

Bab ini menguraikan teori mengenai harmonisa yaitu defenisi harmonisa,

sumber harmonisa, pengaruh harmonisa, jenis harmonisa, indeks harmonisa dan

standard harmonisa.

BAB IV ANALISA PENGARUH HARMONISA PADA

TRANSFORMATOR DISTRIBUSI

Bab ini menjelaskan tentang data-data pengukuran dan analisa pengaruh

harmonisa pada transformator distribusi serta rugi-rugi yang ditimbulkannya,

(17)

BAB V PENUTUP

Bab ini berisi kesimpulan dan saran yang diperoleh dari hasil analisa

data-data pengukuran

(18)

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/arusdengan frekuensi yang sama.

Pada umumnya transformator terdiri dari atas sebuah inti, yang terbuat dari

besi belapis, dan dua buah kumparan, yaitu kumparan primer dan kumparan

sekunder . Rasio perubahan tegangan akan tergantung dari rasio jumlah lilitan

pada kedua kumparan tersebut, pada umumnya kumparan tersebut 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 snagat banyak dipergunakan untuk

pembangkitan dan penyaluran tenaga listrik. Pada penyaluran tenaga listrik arus

bolak-balik terjadi kerugian sebesar I R watt. Kerugian ini akan akna banyak

berkurang apabila tegangan dinaikkan setinggi mungkin. Dengan demikian maka

saluran-saluran transmisi tenaga listrik senantiasa mempergunakan tegangan yang

lebih tinggi. Hal ini dilakukan terutama untuk mengurangi kerugian energi yang

terjadi, dengan cara mempergunakan transformator untuk menaikan tegangan

listrik di pusat listrik dari tegangan generator yang berkisar antara 6 kV samapai

20 kV pada awal transmisi ke tegangan saluran transmisi antara 100 kV sampai

1000 kV, kemudian menurunkannya lagi pada ujung akhir saluran ke teganagn

yang lebih rendah.

2

Dalam bidang tenaga listrik pada umumnya pemakain transformator dapat

(19)

1. Transformator Daya, transformator ini biasanya digunakan di pembangkit

tenaga listrik, untuk menaikkan tegangan pembangkit menjadi tegangan

transmisi.

2. Transformator distribusi, transformator ini pada umumnya digunakan pada

sub distribusi tenaga listrik, yaitu untuk menurunkan tegangan transmisi

menjadi tegangan distribusi.

3. Transformator Instrument,transformator ini gunanya digunakan sebagai alat instrument pengukuran yang terdiri dari transformator arus ( current transformer) dan transformator tegangan (potential transformer).

II.2 KONTRUKSI TRANSFORMATOR.

Pada dasrnya transformator terdiri dari kumparan primer dan sekunder

yang dibelitkan pada inti ferromagnetik. Berdasarkan letak kumparan terhadap

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

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

yang terisolasi satu sama lainnya dengan tujuan untuk mengurangi rugi-rugi dan

arus eddy.

Tipe Inti.

Tipe inti ini dibentuk dari lapisan besi berisolasi berbentuk persegi dan

kumparan transformatornya dibelitkan pada dua sisi persegi. Pada kontruksi tipe

inti, lilitan mengelilingi inti besi yang disebut dengan kumparan, seperti yang

ditunjukakn pada Gambar 2.1

Gambar 2.1 Konstruksi transformator tipe inti (core form)

Sedangkan kontruksi tipe intinya pada umumnya berbentuk L atau huruf U, dapat

(20)

Gambar 2.2 Konstruksi lempengan logam inti transformator bentuk L dan U

Tipe Cangkang (Shell From)

Jenis kontruksi yang kedua ini ini yaitu tipe cangkang yang dibentuk dari

lapisan inti berisolasi, dan kumparan dibelitkan di pusat inti, dapat dilihat paga

Gambar 2.3

Gambar 2.3 Transformator tipe cangkang (shell form)

Pada transformator ini, kumparan atau belitan transformator dikelilingi

oleh inti. Sedangakan kontruksinya 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 meiliki dua buah kumparan yaitu kumparan primer dan

kumparan sekunder, dan kedua kumparan ini bersifat induktif. Kedua kumparan

(21)

memiliki reluktansi ( reluctance ) rendah. Apabila kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik maka fluks bolak-balik akan muncul di

dalam inti yang dilaminasi, karena kumparan tersebut membentuk 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()  (Volt) ……….( 2.1 )

Dimana : e = gaya gerak listrik (Volt)

N = jumlah lilitan (turn)

dt d

= 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 V1 yang sinusoidal, akan mengalirkan arus primer I0 yang juga

(22)

900 dari V1. Arus primer I0 menimbulkan fluks (Ф) yang sefasa dan juga

berbentuk sinusoid.

Gambar 2.5 Transformator dalam keadaan tanpa beban

Gambar 2.6 Rangkaian ekivalen transformator dalam keadaan tanpa beban

(23)

Gambar 2.8 Gambar gelombang Io tertinggal 90o dari V1

maxsin



t (weber)... (2.2)

Fluks yang sinusoid ini akan menghasilkan tegangan induksi е1 (Hukum

Faraday):

dt d N e₁  ₁ 

dt t d

N

e ( max sin )

1 1



 



t N

e₁ ₁



_maxcos



(Volt)... (2.3)

) 90 sin(

max 1

1N  wt

e



(tertinggal 90

o

dari Φ)

Dimana :

e

1 = gaya gerak listrik (Volt)

N1 = jumlah belitan di sisi primer (turn)

ω

= kecepatan sudut putar (rad/sec)

Φ = fluks magnetik (weber)

Gambar 2.9 Gambar gelombang

e

1 tertinggal 90o dari Φ

Harga efektif :

2

max 1 1



 N 

(24)

2 2 _max

1 1



 N f

E  2 14 , 3 2 _max 1 1 

 N x f

E 2 28 , 6 max 1 1 

 N f

E

max 1 14,44N f

E (volt) ... (2.4)

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

dt d N e2  2 

t N

e₂  ₂



_maxcos



(Volt)

Harga efektifnya :

max 2 2 4,44N f

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 = jumlah belitan sisi sekunder (turn)

a

= faktor transformasi

(25)

Apabila kumparan sekunder di hubungkan dengan beban ZL, I2 mengalir

pada kumparan sekunder, dimana

L Z V

I 2

2  .

Gambar 2.10 Transformator dalam keadaan berbeban

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,

hingga keseluruhan arus yang mengalir pada kumparan primer menjadi:

'

2 0

1 I I

I   (Ampere) ……….. (2.6)

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

'

2

1 I I

I  _m  (Ampere) ... (2.7)

Dimana: I1 = arus pada sisi primer (Amp)

I'2 = arus yg menghasilkan Φ'2 (Amp)

(26)

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, maka berlaku hubungan :

= M I

N₁ N₁I₁N₂I₂

= M I

N₁ N₁



IM I₂'



N₂ I₂

=

' 2 1I

N N₂ I₂

Karena I_M dianggap kecil, maka I₂'  I₁. Sehingga :

=

1 1I

N N₂ I₂

=

1 1 I

V V₂ I₂

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 proses transformasi dapat ditunjukan sebagai reaktansi X1 dan

fluks bocor Ф2 dengan mengalami proses transformasi dapat ditunjukan sebagai

reaktansi X2 sedang rugi tahanan ditunjukan dengan R1 dan R2, dengan demikian

model rangkaian dapat dituliskan seperti Gambar 2.12 dan untuk diagram vektor

untuk rangkaian transformator ideal ditunjukkan pada Gambar 2.13

(27)

Gambar 2.13 Diagram vektor model rangkaian transformator ideal

Dari diagram vektor diatas dapat pula diketahui hubungan penjumlahan vektor

yaitu :

V1 = I1R1 + I1X1 + E1

)

2

2 2

.8)

ator dapat disederhanakan menjadi seperti gambar yang

ditunjukkan pada Gambar 2.14 E2 = I2R2 + I2X2 + V2

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

E1 = a (I2R2 + I2X2 + V2)

Maka :

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

V1 = I1R1 + I1X1 + a I2R2 + a I2X2 + a V

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

Maka:

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

V1 = I1R1 + I1X1 + a2 I'2R2 + a2 I'2X2 + a V

V1 = I1R1 + I1X1 + I'2 (a2 R2 + a2 X2) + a V2 (Volt)...

(2

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 a maka rangakian

(28)

Gambar 2.14 Gambar rangkaian ekivalen transformator

Untuk memudahkan perhitungan, model rangkaian ekivalen transformator

tersebut dapat diubah menjadi seperti Gambar 2.15 :

Gambar 2.15 Penyederhanaan Rangkaian Ekivalen Transformator

(29)

Pada gambar 2.15 di atas dapat di sederhanakan dengan

menggunakan Rek dan Xek yang dapat dihitung dengan persamaan di

bawah ini :

Rek = R1 + a2R2 (Ohm)...(2.9)

Xek = X1 + a2X2 (Ohm)...(2.10)

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

Gambar 2.17 Hasil akhir penyederhanaan rangkaian ekivalen transformator

Untuk menentukan parameter- parameter transformator yang terdapat pada

model rangkaian (rangkaian ekivalen) yaitu Rc, Xm,Rek dan Xek dapat ditentukan

besarnya dengan dua macam pengukuran yaitu dengan pengukuran beban nol dan

pengukuran hubungan singkat.

II.4.1 Pengukuran beban nol

Bentuk sederhana 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.

(30)

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 maka akan diperoleh

harga :

0 2 1 P V

R_c  (Ohm) ... (2.11)

m c

c m

jX R

R jX I

V Z

  

0 1

0 (Ohm)... (2.12)

Dimana :

Z0 = impedansi beban nol (Ohm)

Rc = tahanan beban nol (Ohm)

Xm = reaktansi beban nol (Ohm)

II.4.2 Pengukuran hubung singkat

Bentuk sederhana rangkaian pengukuran hubung singkat dari suatu

transformator dapat ditunjukkan pada Gambar 2.19. 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 pengukuran ini dapat diabaikan. Rangkaian Ekivalen

pengukuran hubungsingkat dapat ditunjukkan pada Gambar 2.20

(31)

[image:31.595.219.409.95.204.2]

Gambar 2.20 Rangkaian Ekivalen Pengukuran Hubung Singkat

Dengan mengukur tegangan Vsc, arus Isc dan daya Psc, akan dapat dihitung

parameter :

2 ) ( sc

sc ek

I P

R  (Ohm) ... (2.13)

ek ek

sc sc

ek R jX

I V

Z    (Ohm) ... (2.14)

2 2

ek ek ek Z R

X   (Ohm) ... (2.15)

II.5 RUGI-RUGI PADA TRANSFORMATOR

Secara umum rugi-rugi yang terjadi pada transformator dapat digambarkan dalam

sebuah blok digram, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.21

Rugi Tembaga Rugi Tembaga

Rugi Besi Histeresis

Dan Eddy Current Kumparan

primer

Fluks Bersama

Kumparan Sekunder

Out Put Sumber

(32)

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 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.

II.5.2 Rugi besi ( Pi )

Rugi besi terdiri atas :

 Rugi histerisis (Ph), yaitu rugi yang disebabkan fluks bolak – balik pada inti besi yang dinyatakan sebagai :

Ph = kh f Bmaks1.6 watt ... (2.17)

Kh = konstanta

Bmaks = Fluks maksimum ( weber )

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

Dirumuskan sebagai :

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

Bmaks = Fluks maksimum ( weber )

Jadi, rugi besi ( rugi inti ) adalah :

(33)

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 (VL-N) serta arus dari masing-masing transformator

tergantung pada hubungan belitannya.

II.6.2 Konstruksi transformator tiga fasa

Untuk mengurangi kerugian yang disebabkan oleh arus pusar di dalam

inti, rangkaian magnetik itu biasanya terdiri dari setumpuk laminasi tipis.

Bentuk sederhana dari kontruksi transformator tiga fasa ditunukkan pada

[image:33.595.148.476.434.565.2]

Gamabar 2.22

(34)

Salah satu jenis konstruksi yang biasa dipergunakan diperlihatkan pada Gambar

[image:34.595.193.410.136.432.2]

2.23 :

Gambar 2.23 Transformator tiga fasa tipe cangkang

Dalam jenis inti (core type) kumparan dililitkan disekitar dua kaki inti magnetik persegi. Dalam jenis cangkang (shell type) kumparan dililitkan sekitar kaki tengah dari 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

(35)

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

[image:35.595.230.417.241.397.2]

ujung-ujungnya pada satu titik seperti terlihat pada Gambar 2.24 di bawah ini.

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 = Tegangan line to line (Volt)

Vph = Tegangan phasa (Volt)

IL = Arus line to line (Amp)

Iph = Arus phasa (Amp)

(36)

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

[image:36.595.193.439.204.336.2]

berikut :

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 = Tegangan line to line (Volt)

Vph = Tegangan phasa (Volt)

IL = Arus line to line (Amp)

Iph = Arus phasa (Amp)

Pada transformator tiga phasa selain terdapat dua hubungan belitan utama

yaitu hubungan delta dan hubungan bintang. Ada empat kemungkinan lain

(37)

1. Hubungan YY Transformator tiga phasa

Hubungan YY pada transformator tiga phasa dapat dilihat pada Gambar

[image:37.595.225.391.149.402.2]

2.26 :

Gambar 2.26 Transformator Hubungan YY

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

3 / LP P V

V_  (Volt) .………( 2. 26 )

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  

 

3 3

………..( 2. 27 )

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

(38)

2. Hubungan YΔ Transformator tiga phasa

Hubungan YΔ pada transformator tiga phasa dapat dilihat pada Gambar

[image:38.595.227.498.149.429.2]

2.27 berikut ini :

Gambar 2.27 Transformator Hubungan YΔ

Pada hubungan ini tegangan kawat ke kawat primer sebanding dengan

tegangan phasa primer V_LP  3V__P dan tegangan kawat ke kawat sekunder sama dengan tegangan phasa VLS = VΦS. Sehingga diperoleh perbandingan tegangan

pada hubungan ini adalah sebagai berikut :

a V

V V

V

S P

LS LP

3 3

 



 _{…………..( 2. 28 )}

Hubungan ini lebih stabil dan tidak ada masalah dengan beban tidak

(39)

3. Hubungan ΔY Transformator tiga phasa

Hubungan ΔY pada transformator tiga phasa ditunjukkan pada Gambar

[image:39.595.204.508.167.458.2]

2.28 berikut ini :

Gambar 2.28 Transformator hubungan ΔY

Pada hubungan ini tegangan kawat ke kawat primer sama dengan tegangan

phasa primer VLP = VΦP dan tegangan sisi sekunder VLS  3VS. Maka perbandingan tegangan pada hubungan ini adalah :

a V

V V

V

S P

LS

LP 3

3  



 _{………( 2. 29 )}

Hubungan ini memberikan keuntungan yang sama dan beda phasa yang

(40)

4. Hubungan ΔΔ Transformator tiga phasa

[image:40.595.215.498.121.429.2]

Hubungan ini dapat dilihat pada Gambar 2.29 berikut ini :

Gambar 2.29 Transformator hubungan ΔΔ

Pada hubungan ini tegangan kawat ke kawat dan tegangan phasa sama

untuk primer dan sekunder transformator VLP = VΦP dan VLS = VΦS. Maka

hubungan tegangan primer dan sekunder transformator adalah sebagai berikut :

a V V V V

S P

LS

LP  

 

………..( 2. 30 )

Perbedaan phasa pada hubungan ini tidak ada dan stabil terhadap beban

(41)

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

minyak dengan udara yang dihembuskan.

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 TRANSFORMATOR DISTRIBUSI II.8.1 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 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

(42)

dapat merupakan suatu daerah industri atau suatu kota, tegangan melalui gardu

induk diturunkan menjadi tegangan menengah 20 kV.

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.

Bentuk sederhana dari sistem distem distribusi tenaga listrik dapat ditunjukkan

[image:42.595.217.492.266.663.2]

pada Gambar 2.30

Gambar 2.30 Gambaran Umum Distribusi Tenaga Listrik

(43)

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 sejumlah garis-garis gaya magnet (fluks =  ). 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 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 _...(2.31)

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

= ggl induksi di sisi sekunder (volt)

2

E

= jumlah belitan sisi primer (turn)

1

N

= jumlah belitan sisi sekunder (turn)

2

N

(44)

II.8.2 KLASIFIKASI BEBAN PADA 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 2.1 berikut ini adalah klasifikasi

pelanggan listrik yang dilayani oleh PLN :

Tabel 2.1 Klasifikasi Beban Pelanggan Listrik PLN

Beban Yang Dilayani No Golongan Tarif Batas Daya

1 S-1 / TR 220 VA

450 VA

900 VA

1300 VA

2200 VA TARIF S

( Sosial )

2

3

4

5

6

S-2 / TR

S-2 / TR _{> 2200 VA s/d 200 KVA}

S-3 / TM > 200 KVA

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 TARIF R

( Perumahan )

6 R-3 / TR > 6600 VA

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 TARIS B

( Bisnis )

6 B-3 / TM > 200 KVA

1 I-1 / TR s/d 450 VA

2 I-1 / TR 900 VA

3 I-1 / TR 1300 VA

TARIF I

(45)

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

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 = Pelanggan Listrik Perumahan

B = Pelanggan Listrik Bisnis

I = Pelanggan Listrik Insdustri

P = Pelanggan Listrik Perkantoran

TR = Tegangan Rendah

TM = Tegangan Menengah

TT = Tegangan Tinggi

LPJU = Lampu Penerangan Jalan Umum

Berikut ini jenis-jenis /spesifikasi umum dari Transformator Distribusi

yang sering digunakan :

(46)

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 _

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 dapat digunakan secara serentak (simultan).

(47)

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.

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).

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 2.2, sedang

yang bertanda * adalah nilai-nilai standar transformator distribusi yang dipakai

(48)

Tabel 2.2 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

Spesifikasi Umum Rugi-rugi Transformator Distribusi

Berbagai nilai dari rugi-rugi transformator distribusi menurut SPLN 50

[image:48.595.176.475.111.280.2]

tahun 1997 dapat dilihat pada Tabel 2.3 berikut ini :

Tabel 2.3 Nilai Rugi-rugi Transformator Distribusi

(49)

BAB III

HARMONISA

III.1. UMUM

Dalam sistem tenaga listrik bolak-balik di Indonesia yang merupakan

sistem listrik ideal dikatakan apabila bentuk gelombang tegangan dan arus yang

disalurkan dan bentuk gelombang yang dihasilkan adalah merupakan gelombang

sinus murni. Sistem tenaga listrik pada umumnya dirancang untuk beroperasi pada

frekuensi 50Hz atau 60Hz, khusus di Indonesia menggunakan standar IEC ( International Electrotechnical Commision ) yaitu menggunakan frekuensi 50Hz.

Dalam sistem tenaga listrik yang ideal, fungsi tegangan dan arus yang

bergantung pada pada waktu t dapat dinyatakan dalam persamaan berikut ini:

Fungsi tegangan, v(t) = V.sin( ωt )………..(3.1)

Fungsi arus,i(t) = I.sin( ωt ± φ ). ……….(3.2)

Dimana ω adalah kecepatan sudut dari gelombang periodik dan φ adalah beda

sudut fasa antara gelombang arus dan tegangan. Sudut φ akan bertanda positif (+)

jika arus mendahului tegangan dan negatif (-) jika arus tertinggal dari tegangan.

Gambar 3.1 menunjukkan bentuk arus dan tegangan yang berdasarkan persamaan

diatas.

Gambar 3.1 Gelombang Arus dan Tegangan.

Suatu kualitas daya listrik dikatakan baik bila frekuensi yang dihasilkan

(50)

berkembangnya produksi dan pemakaian peralatan-peralatan yang menggunakan

bahan-bahan yang terbuat dari bahan semikonduktor seperti komputer, baterre

charger, UPS, dan lain sebagainya peralatan-peralatan yang menggunakan dioda

dan thyristor, dapat memberikan dampak pada sistem tenaga listrik, yaitu adanya

adanya perubahan bentuk gelombangnya, yaitu gelombang arus dan tegangan

yang mengalami distorsi atau yang dikenal dengan cacat gelombang. Cacat

gelombang ini pada umumnya berupa adanya pelipatan frekuensi fundamental

pada gelombang keluaranya.

III.2. KARAKTERISTIK BEBAN

Alat-alat pemakaian tenaga listrik secara umum dapat dibagi dalam empat

kelompok besar : penerangan, tenaga, pemanasan/pendingin, dan elektronik.

Data kelompok penerangan termasuk lampu-lampu pijar dan flouresen,

neon, uap merkuri, uap sodium dan lampu metal halide. Beban Tenaga umumnya

terdiri atas berbagai jenis motor listrik dan untuk beban pemanasan banyak

terdapat pada industri sedangkan radio, televisi, sinar-x, peralatan laser, komputer,

peralatan digital , penyearah, osilator dan alat-alat lampu yang dioperasikan

dengan elektronik.

Secara umum dalam sistem ketenagalistrikan, pemakaian tenaga listrik

pada empat kelompok besar diatas tidak megkonsumsi tenaga listrik pada pada

waktu yang bersamaan. Pemakaian beban untuk keperluan penerangan adalah

yang paling sederhana, karena pada umunyatenaga listrik hanya digunakan mulai

pukul 18.00 sampai dengan pukul 06.00. Gambar 3.2 menunjukkan kurve beban

harian untuk penerangan.

Gambar 3.2 Karakteristik beban Penerangan.

Pemakaian beban untuk keperluan tenaga( industri kecil dan besar),

umumnya bekerja 24 jam untuk industri besar dan industri kecil hanya bekerja

(51)

pada saat pagi saja, dan nilainya sangat kecil, selebihnya hampir kontiniu,

sedangkan untuk industri kecil perubahan beban sangat mencolokanatara siang

dan malampada Gambar 3.3 menunjukkan karakteristik beban harian untuk

industri besar, dan Gambar 3.4 memnujukkan karakteristik beban harian untuk

industri kecil.

Gambar 3.3 Karakteristik beban harian Industri Besar.

Gambar 3.4 Karakteristik beban harian Industri Kecil

Pemakaian beban untuk daerah komersil dan untuk keperluan rumah

tangga bervariasi dan beban puncak terjadi pada antara pukul 17.00 sampai

dengan pukul 21.00. Gambar 3.5 memperlihatkan kurva beban untuk daerah

(52)

Gambar 3.5 karakteristik Beban pada Komersial

Gambar 3.6 karakteristik Beban pada Rumah Tangga

III.3 DEFENISI HARMONISA

Harmonisa didefenisikan sebagai cacat gelombang sinus yang terjadi

disebabkan oleh interaksi antara bentuk gelombang sinus sistem dengan

gelombang lain yang mempunyai frekuensi kelipatan integer ( bilangan bulat ) dari frekuensi fundamentalnya.( di Indonesia adalah 50 Hz).

Harmonisa merupakan suatu fenomena yang timbul dari pengoperasian

beban listrik yang sebagian besar diakibatkan dari beban non linear, dimana akan

terbentuk gelombang yang berfrekuensi tinggi yang merupakan kelipatan dari

frekuensi fundamentalnya, dalam hal ini 50Hz, sehingga bentuk gelombang arus

maupun tegangan yang idealnya adalah sinusiodal murni akan cacat akibat distorsi

harmonisa yang terjadi.

Jika frekuensi pada 50/60 Hz ( Indonesia menggunakan 50 Hz) dikatakan

sebagai frekuensi fundamental/ frekuensi dasar( f ), maka jika gelombang tersebut

mengalami distorsi atau harmonik dikatakan bila mengalami kelipatan frekuensi

(53)

150 Hz dan harmonisa ke-n memiliki frekuensi nf. Gelombang-gelombang ini

akan menumpang pada gelombang frekuensi dasarnya dan akan terbentuk

gelombang cacat yang merupakan penjumlahan antara gelombang murni dengan

gelombang harmoniknya. Gambar 3.7 menunjukkan gelombang pada frekunsi

fundamental/dasar(f) yang tidak terdistorsi, Gambar 3.8 menunjukkan

Gelombang yang tidak sinusiodal, Gambar 3.9 menunjukkan gelombang pada

harmonik ketiga(3f), dan pada Gambar 3.10 menunjukkan hasil kali dari

gelombang frekuensi fundamental dengan harmonik yang ketiga.

Gambar 3.7 Gelombang Pada Frekuensi Fundamental/Dasar.

(54)

Gambar 3.9 Gelombang Pada Harmonik Ketiga

Gambar 3.10 Hasil Kali Dari Gelombang Frekuensi Fundamental Dengan

Harmonik Yang Ketiga.

Pada Gambar 3.9 ditunjukkan bahwa gelombang harmonisa yang ketiga

terbentuk menjadi tiga periode gelombang yang berulang pada saat gelombang

yang berulang pada saat gelombang yang fundamentalnya masih berlangsung

dalam satu periode.Hal ini juga untuk gelombang yang lainnya, seperti gelombang

Harmonisa yang ke lima juga terbentuk menjadi lima periode gelombang yang

lebih kecil lagi amplitudonya saat gelombang harmonisa yang fundamental dari

gelombang tersebut masih berlangsung dalam satu periode.

III.3. JENIS-JENIS HARMONISA

Berdasarkan dari urutaan ordenya, Harmonisa dapat dibedakan menjadi

harmonisa ganjil dan harmonisa Genap. Sesuai dengan namanya harmonisa ganjil

adalah harmonisa ke 1, 5, 7, 9, dan seterusnya. Sedangkan Harmonisa Genap

merupakan harmonisa ke 2, 4, 6, 8 dan seterusnya. Namun harmonisa pertama

(55)

frekuensi fundamental dari gelomabang periodik. Sedangkan harmonisa 0

mewakili konstanta atau komponen DC dari gelombang.

Berdasarkan urutan fasanya, harmonisa dapat dibagi menjadi 3 bagian

yaitu :

1. Harmonisa urutan Positif

Harmonisa urutan positif ini mempunyai urutan fasa yang sama dengan

harmonisa dasarnya. Gambar 3.11 menunjukkan fundamental phasor,

merupakan harmonisa urutan positif.

Gambar 3.11 Fundamental Phasor

2. Harmonisa urutan Negatif

Harmonisa urutan negatif memilki urutan fasa yang berlawanan harmonisa

[image:55.595.229.419.259.388.2]

dasarnya, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.12 .

Gambar 3.12 Phasor harmonik 5

3. Harmonisa urutan Kosong/nol

Phasor harmonik 3 yang ditunjukkan pada Gambar 3.13 merupakan

phasor harmonisa urutan nol.

(56)

III.4. SUMBER-SUMBER HARMONISA

Pada sistem tenaga listrik ada dua jenis rangkaian yaitu rangkaian linear

dan rangkaian non-linear. Beban listrik yang mejadi sumber harmonisa dapat

dikelompokjan menjadi 2 macam yaitu :

1. Beban Linear.

Beban linear adalah beban yang memberikan bentuk gelombang keluran

yang linear, artinya arus yang mengalir sebanding dengan impendansi dan

perubahan tegangan.Pada beban yang linear, bentuk gelombang arus akan

mengikuti bentuk gelombang tegangannya. Kalau bentuk gelombang

tegangan sumbernya sinusiodal, maka gelombang arus yang mengalir juga

akan sinusiodal.

Pada Gambar 3.14 ditunjukkan bentuk sederhana rangkaian linear.

Gambar 3.14 Skema Jaringan sederhana Beban linear

2. Beban Non Linear.

Baban non linear adalah bentuk gelombang keluarnanya tidak sebanding

dengan tegangan dalam setengah siklus sehingga bentuk gelombang arus

maupun tegangan keluarannya tidak sama dengan gelombang

masukkannya( mengalami Distorsi).

(57)

Gambar 3.15 Rangkaian Non Linear

Dari dua macam beban diatas, yang paling mampu menjadi sumber Harmonisa

adalah beban non linear. Hal ini disebabkan karena adanya komponen

semikonduktor yang mana dalam proses kerjanya berlaku sebagai saklar yang

bekerja pada setiap siklus gelombang dari sumber tegangan. Selain itu harmonisa

dapat juga ditimbulkan oleh peralatan penyearah khususnya peralatan yang

menggunakan penyearah dioda dan thyristor. Dimana kita ketahui bahwa fungsi

penyearah secara umum adalah mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah.

Dalam pemakaian konverter sebagai sumber daya listrik dapat membawa suatu

kerugian pada jaringan listrik yang merusak bentuk gelombang tegangan dan arus

bolak-balik sehingga tidak merupakan gelombang sinus murni.

Peralatan-Peralatan yang dapat menjadi sumber harmonisa :

 Peralatan industri

Mesin Las, UPS( uninterruptible power suplies ), kontrol kecepatan motor

dan lain sebagianya.

 Perlengkapan Kantor.

Komputer, Mesin fotocopy, mesin fax,air conditioning load, elevator,

drive, dan sebagainya.

 Perlengkapan rumah tangga

(58)

III.5. INDEKS HARMONISA

Dalam menganalisa harmonik terdapat beberapa indeks yang penting

untuk menggambarkan efek dari harmonik pada komponen sistem tenaga.

III.5.1 Total Harmonic Distortion/ THD

THD didefenisikan sebagai persentase total komponen harmonik terhadap

komponen fundamentalnya . Indeks ini digunakan untuk mengukur deviasi bentuk

gelombang periodik yang mengandung harmonik dari gelombang sinus sempurna.

Pada saat terjadi gelombang sinus sempurna maka nilai THD adalah nol. Berikut

ini adalah rumus THD untuk tegangan dan arus.

THD tegangan :

2 2 2 1 V V THD h h V



_

 ... (3.3)

THD arus :

2₂ 2 1 I I THD h h I



_

 ... ... . (3.4)

Vh ; Ih adalah komponen harmonik. V1 ; I1 adalah komponen

fundame

lah

total arus yang terdistorsi oleh harmonik terhadap frekuensi fundamentalnya. ntal

%VTHD adalah persentase jumlah total tegangan yang terdistorsi oleh

harmonik terhadap frekuensi fundamentalnya dan %ITHD adalah persentase jum

100 % x V V V s h

THD  ... ... (3.5)

100 % x I I I s h

 ... . (3.6)

k

k THD

Dimana :

Vh : tegangan harmoni

Vs : Tegangan sistem

(59)

Is : arus sistem

III.5.2

ai rms arus fundamental adalah 60A. maka nilai IHD

ketiga dan kelima adalah :

Individual Harmonic Distortion/IHD

Individual Harmonic distortion merupakan rasio nilai rms dari harmonic individual terhadap nilai rms fundamental. Sebagai contoh, nilai rms arus harmonik ketiga pada beban non linier adalah 20 A. Nilai rms dari arus harmonik

kelima adalah 15 A, dan nil

60

3  IHD 20

= 33% = 0.333

60 5

IHD 15

atan

ini digunakan oleh Institude Of Electrical and Electronics Engineers (IEEE).

untuk harmonisa arus ( %ITHD) dan batasan

rmon

( Point of Common Coupling ), sedangkan IL adalah arus beban

omina

rekunsi fundamentalnya. %VTHD ditentukan oleh tegangan

istem

= 0.25

= 25 %

Dengan pengertian ini maka nilai IHD1 akan selalu 100%, kesepak

III.6. STANDAR HARMONISA

Standar harmonisa yang digunakan adalah standar IEEE 519 “ IEEE

Recommended Practices and Requiretment for harmonic Control in electric in

Electrical Power System “, ada dua kriteria yang digunakan untuk mengevaluasi

distorsi harmonisa yaitu: batasan

ha isa tegangan (%VTHD).

%ITHD adalah persentase jumlah total arus yang terdistorsi oleh

harmonisa terhadap frekuensi fundamentalnya. Untuk menentukan %ITHD

tergantung dari besarnya rasio dari Isc/IL. Isc adalah arus hubng singkat yang ada pada PCC

n l.

%VTHD adalah persentase jumlah total tegangan yang terdistorsi oleh

harmonisa terhadap f

(60)

Pada Tabel 3.1 ditunjukkan batasan harmonisa arus berdasarkan IEEE

519, sedangkan

Table usi

M im r nt o %

Tabel 3.2 menunjukkan batasan harmonisa tegangan.

3.1 Standar Distorsi Arus Untuk Sistem Distrib

ax um ha monic curre dist rtion in IL

Individual harmonic order ( ODD harmonics)

Isc/IL <11 11 h<17 17 h<23 23 h<35 H ≥ 35 THD

<20 4 2 1.5 0.6 0.3 5

20 – 50 7 3.5 2.5 1 0.5 8

50 – 100 10 4.5 4 1.5 0.7 12

100 –1000 12 5.5 5 2 1 15

>1000 15 7 6 2.5 1.4 20

.2 S i T

System voltage

Tabel 3 tandar Distors egangan

Maximum distortion (in %)

Below 69 kV 69 – 138 kV >138 kV

Individual harmonic 3.0 1.5 1.0

Total harmonic 5.0 2.5 1.5

III.7. PENGARUH HARMONISA PADA TRAFO DISTRIBUSI

Transformator distribusi dirancang untuk menyalurkan daya yang

dibutuhkan ke beban dengan rugi-rugi minimum pada frekuensi fundamentalnya.

Pada Transformator, yang akan mengalami kerugian daya adalah kumparan

(61)

menambah kerugian daya berupa panas lebih. Ada 3 pengaruh yang ditimbulkan

itas transformator hanya untuk kVA beban yang dibutuhkan,

rus harmonik dapat mengakibatkan arus rms trafo menjadi lebih besar dari

rms menyebabkan rugi-rugi pada penghantar

juga be

bertambahnya rugi-rugi inti yang sebanding terhadap kuadrat arus beban rms

dan ku

eddy karena harmonik berpengaruh nyata

pada tem eratur kerja transformator . Hal ini akan dapat terlihat pada besar

rugi-rugi da at

aan :

PCE = ( Σ I_h 2

x h

2

) P_EC-R_{... (3.7)}

an

h = Arus rms harmonik ke_n

gi arus Eddy

c.Rugi-Rugi inti.

oleh panas lebih tersebut pada transformator yaitu :

a. Arus RMS.

Jika kapas

a

kapasitasnya. Meningkatnya arus

rtambah.

b. Rugi - Rugi Arus Eddy (Pce)

Rugi arus eddy perlu diamati karena