BAB IV
PEMBAHASAN KONSTRUKSI CORE PADA TRANSFORMATOR
DISTRIBUSI 20/0,4 kV, 315 kVA
(Aplikasi Di PT Trafoindo Prima Perkasa)
4.1. Penentuan dimensi core Transformator Distribusi 20 / 0,4 kV dengan Konstruksi Core Tipe Wound.
Transformator Distribusi 20 / 0,4 kV yang menjadi contoh penentuan core adalah Transformator Distribusi dengan kapasitas 315 kVA dan transformator yang digunakan oleh custemer PT PLN (PERSERO).
Spesifikasi Transformator Distribusi : Kapasitas : 315 kVA Tegangan HV : 20 kV Tegangan LV : 400 V Vector Group : Dyn5
Rugi WFe : 500 W (SPLN D3;2007) Rugi WCu : 3250 W (SPLN D3;2007) Tipe Core : 3 fasa 5 kaki
W2
4.1.1 Gambar Desain Konstruksi Core Tipe Wound
Gambar 4.1. Gambar Desain Konstruksi Core Tipe Wound
Bentuk core tipe Wound dimana memiliki 4 buah Core (inti besi), keterangan angka 1 menunjukan core yang memiliki luas core yang besar dan angka 2 menunjukan core yang memiliki luas core yang kecil. H merupakan tinggi dari core (inti besi). Core pada tipe wound memiliki nilai radius bagian dalam sebesar 5 dan untuk yang luar radiusnya 80, L merupakan lebar core bagian luar dari core (inti besi) baik yang ukuran besar atau kecil. a merupakan lebar jendela core (inti besi) baik yang ukuran besar atau kecil dan b merupakan panjang jendela core (inti besi).
Gambar 4.2. core tipe wound tampak atas
W1
Wcoil
Ycoil
Hcoil
Keterangan untuk W1 merupakan panjang core yang ukuran kecil sedangkan W2 merupakan panjang core yang ukuran besar dan untuk Y merupakan lebar core. Ukuran core tergantung dari besar luas coil yang telah di design yang sesuai dengan kapasitasnya.
a).Tampak atas b). Tampak Samping
Gambar 4.3. Bentuk Coil
Bentuk coil yang dibentuk dengan luas bidangnya berbentuk persegi panjang. Nilai perhitungan design didapat panjang W coil = 188 mm dan Y coil = 158 mm. dengan tinggi Hcoil = 480 mm
Tabel 4.1 design Core transformator distribusi 20/0,4 kV. 315 kVA ITEM W (mm) a (mm) B (mm) L (mm) H (mm) Y (mm) ∅ Inner QTY Core 1 180 185 500 335 650 75 433.35 2 Core 2 180 96 500 246 650 75 376.69 2
4.1.2 Perhitungan Berat Core tipe Wound
Berat core merupakan salah satu pengaruh akibanya timbul rugi inti besi yang dihasilkan. Berat jenis pada material core diketahui sebesar 7,56x10-6 kg/mm3. Berat core dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (3.6) dengan acuan standar SPLN D3;2007 :
Berat jenis material = 7,65x10-6 kg/mm3 Berat Core 1
Berat (kg) = (433,5 + 75) ×π× 75 × (7,65 × 10−6) × 180 = 164,9817985 kg
Jumlah Core 1 terdapat 2 buah core sehingga, Berat (kg) = 2 x 164,9817985 = 329,963597 kg
Berat Core 2
Berat (kg) = (376,69 + 75) ×π× 75 × (7,65 × 10−6) × 180 = 295,0335273 kg
Jumlah core 2 terdapat 2 buah core sehingga,
Jadi total berat core secara keseluruhan adalah Berat total (kg) = Berat Core 1 + Berat Core 2
= 329,963597 + 590,0670546 = 6230634143 kg
4.1.3 Menentukan besar nilai ET dan N2 :
Volt per Turn (ET) merupakan besaran perhitungan pabrikan yang ditetapkan. Sehingga didapat nilai perkiraaan perhitungan
ET (Volt per Turn) = 7.780713 volt⁄turn (perkiraan perhitungan)
Setelah nilai ET (Volt per Turn) didapat dari perkiraan perhitungan Sisi sekunder ( ⅄ ) N2 menggunakan persamaan dari (3.1) Jika diketahui besar nilai VL = 400 V, maka : N2 = 400 √3 ⁄ 7.780713 = 230.940 7.780713 = 29.681 Turn ≈ 30 Turn
Maka dilakukan perhitungan ET kembali dengan nilai N2 = 30 Turn. ET = 230.94030 = 7.698 volt⁄turn (design)
Untuk mendapatkan nilai ET sesuai dengan permintaan spesifikasi, maka jumlah belitan N2 dikurangi menjadi 28 turn dan nilai ET menjadi :
ET =230.940
28
= 8.247860988 volt turn
Dan nilai N1 diambil dari perhitungan Tap 3 didapat nilai NR= 2546 Turn, VR = 20000 V.
4.1.4 Menghitung Bm (Flux Density)
Menggunakan wound core 5 legs dengan dimensi sebagai berikut : Tabel 4.2 Data design tipe Wound core
Data Design tipe Wound Core W 180 mm Y 75 mm a1 185 mm a2 96 mm b 500 mm Ganjal 2 L 1168 mm H 650 mm
Dalam menganalisa Bm (Flux Density) awal perhitungan yang harus di hitung adalah Luas area (A) core dengan menggunakan persamaan dari (3.7). Dengan nilai yang terdapat pada tabel 4.2 maka dapat dihitung :
Acore = 180 × 75 × 2 = 27000 mm2
Untuk luas penampang inti core dengan menggunakan persamaan dari (3.8) dan mengacu kepada tabel 4.2 maka dapat dihitung :
Ai core = 27000 × 0.95 . 10-6 = 0.02565 mm2
Dari nilai Ai core yang telah didapat dari hasil perhitungan sehingga, nilai Bm dengan menggunakan persamaan (3.9) akan didapat :
Bm =
8.247860988 4.44 × 50 × 0.02565 = 1.4484416 ≈ 1.45 Tesla
Setelah nilai Bm didapat dari hasil perhitungan maka nilai Bm akan menentukan besar nilai core loss Watt
kg
⁄ dan Exciting Power VA⁄kg yang akan disesuaikan dengan hasil karakteristik dari bahan material yang digunakan. Karakteristik material bahan core didapat dari pabrikan produk bahan material silicon steel yaitu JFE G-Core.
4.1.5 Menentukan Parameter Core Transformator Distribusi 4.1.5.1. Menentukan nilai core loss transformator distribusi
Gambar 4.4. Kurva Core Loss dari bahan material
Nilai Bm didapat dari hasil perhitungan adalah 1,45 Tesla, maka angka 1,45 Tesla pada kurva core loss ditarik ke kurva core loss dengan frekuensi 50 Hz sehingga akan mendapatkan nilai core loss sebesar 0,76 Watt
kg ⁄ 1.45
4.1.5.2. Menentukan nilai exciting power transformator distribusi
Gambar 4.5. Kurva Exciting Power Dari Bahan Material
Dan untuk nilai Exciting Power, dengan nilai Bm yang didapat dari hasil perhitungan sebesar 1,45 Tesla. Maka angka pada magnetic Flux Density sebesar 1,45 Tesla pada kurva Exciting Power ditarik ke kurva exciting power dengan frekuensi 50 Hz sehingga akan mendapatkan nilai exciting power sebesar 0,98 VA
kg ⁄ 1.45
Gap B Core
Coil
Fixing part
H coil 4.1.6 Perhitungan No Load Losses
Gambar 4.6 Design Core Dan Coil Keterangan :
Gap A = jarak antara coil satu dengan coil lainnya (mm) Gap B = jarak antara coil dengan inti besi yoke (mm) H coil = tinggi Coil (mm)
Dari hasil analisa yang telah dilakukan maka selanjutnya akan ditentukan berapa besar nilai rugi inti besi yang akan dihasilkan dari hasil design yang dibuat.
Diketahui : Core Loss 𝑊𝑎𝑡𝑡
𝐾𝑔
⁄ = 0.76 (didapat dari kurva core loss)
Exciting Power 𝑉𝐴 𝐾𝑔
⁄ = 0.98 (didapat dari kurva exciting power)
Berat total Core = 623,0634143 Kg K Core = 1.1 (didapat dari ketentuan design)
K Io = 2 (didapat dari ketentuan design)
Gap A = 9 mm Gap B = 20 mm
L Coil (W) = 323,5 mm (didapat dari hasil perhitungan coil) H Coil = 480 mm
Dilakukan perhitungan sebagai berikut :
WFe= Berat Total Core × 𝑊𝑎𝑡𝑡 𝐾𝑔⁄ × KCore
= 623,0634143 × 0.76 × 1.1 = 520,8810144 ≈ 𝟓𝟐𝟎, 𝟖𝟖 𝐖𝐚𝐭𝐭
Dilakukan juga perhitungan untuk mencari nilai arus excitasi adalah sebagai berikut :
I0 = 𝑉𝐴 𝐾𝑔 ⁄ × 𝐵𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐶𝑜𝑟𝑒 𝑘𝑉𝐴 × 10 × 𝐾 𝐼0 = 0.98 × 623,0634143 315 × 10 × 2 = 0.38768 % ≈ 0,39 %
Setelah didapat rugi inti besi dari hasil perhitungan design maka dilakukan perhitungan KR(Kesalahan Relatif) menggunakan persamaan (3.10) di dapatkan hasil perhitungan sebagai berikut :
KR (Kesalahan Relatif) = |Wfestandar xWfeperhit
Wfestandar | x 100%
= |500 x 520,88
500 | x 100%
= |−0,04176|x 100% = 4,176 % ≈ 4,18 %
Nilai rugi inti besi yang dihasilkan dari perhitungan pada Transformator Distribusi 315 kVA adalah WFe = 520,88 Watt dan I0 = 0.39 % sedangkan standar yang menjadi acuan yaitu SPLN D3: 2007 untuk Transformator Distribusi 315 kVA sebesar WFe= 500 Watt dengan Toleransi ± 10 %. Jadi nilai rugi inti besi yang dihasilkan dari hasil perhitungan design sesuai dengan standar.
4.2. Test kondisi No Load Transformator Distribusi 3 Fasa 20/0,4 kV, 315 kVA Tipe Wound Core.
Hasil test uji didapat dari hasil Quality Control(QC), proses yang dilakukan dalam uji rugi inti besi didapat dari hasil pengukuran atau hasil uji QC pada Pengujian Rugi Tanpa Beban (NO LOAD TEST) dan Arus Beban Nol.
Tujuan dari Rugi Tanpa Beban (NO LOAD TEST) dan Arus Beban Nol adalah untuk mengetahui parasit/rugi inti besi dari beban nol Transformator terhadap kapasitas dan
berkenaan dengan efisiensi suatu Transformator. Alat yang digunakan untuk pengujian
ini yaitu :
Panel test karakteristik lengkap dengan factor tegangan (PT) dan factor meter arus (CT).
Power meter digital 3∅, 3 wirw 1000 VAC/20 A.
IVR ( Inductioan Voltage Regulation ) dengan spesifikasi : 3 Fasa 50 HZ
400 V/40-800 V,YNA0.MERK : shanghai voltage regulation MFG co.ltd. Transformator pembantu (auxalary transformator), dengan spesifikasi :
500 A, 50 HZ, 1750/600 V Dd-0 (untuk primer memakai tap changer). Kontaktor 3 Fasa 150 A, 100 A.
MCCB (Moulded Case Circuit Breaker) 3 Fasa 225 A. Kabel sesuai ampere 2500 kVA.
4.2.1 Proses Pengujian No Load Loss Test pada Transformator Distribusi 20/0,4 kV, 315 kVA.
No load loss test (pengujian rugi besi ) dilakukan pada tegangan eksitasi dan
frekuensi tertentu sesuai dengan name plate dari transformator tiga phasa yang
dijadikan objek uji. Tujuan dari Pengujian rugi tanpa beban adalah untuk mengetahui parasit/rugi besi dari beban nol transformator terhadap kapasitas dan berkenaan dengan efisiensi suatu transformator.
No load losses (rugi-rugi tanpa beban) merupakan rugi-rugi yang terkait dengan
eksitasi transformator. No load losses yang diukur meliputi rugi-rugi, yaitu:
Rugi inti. Dielektrik.
Konduktor pada lilitan yang terkait dengan arus bocor.
Semua rugi-rugi yang di sebutkan diatas mempunyai nilai yang berubah terhadap tegangan eksitasi (asutan) yang diberikan ketika pengujian.
Gambar 4.1 diagram No load current and no load loss test (pengujian arus beban nol dan rugi besi) 1U 1W 1V A W V 2 V 1 1 1 1 1 1 1 1 1 A A W V 2 V 1 1 1 1 1 1 1 1 1 S R T 2N 2U CT 2 w X3 2V X2 LV CT
4.2.2 Perhitungan Rugi Inti Besi (Wfe) dan % I0
4.2.2.1 Parameter Transformator Distribusi Tiga Phasa Yang di Uji Pada No load loss test (Pengujian rugi tanpa beban)
Transformator yang dijadikan objek uji merupakan Transformator tiga
phasa 315 kVA yang mempunyai spesifikasi/parameter sebagai berikut : Frekuensi = 50 Hz
Daya = 315 KVA Vektor grup = Dyn 5
High Voltage = 20000 V
Low Voltage = 400 V
4.2.2.2 Pelaksanaan Pengujian
Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya pengujian dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui parasit/rugi besi dari beban nol
Transformator terhadap kapasitas dan berkenaan dengan efisiensi suatu Transformator. Pengujian dilakukan dengan memberikan supply
tegangan eksitasi sesuai dengan nilai tegangan pada sisi yang di inject.
Pada pengujian sisi yang di inject adalah sisi Low Voltage (LV) dimana
Tegangan disuplai oleh generator supply yang kemudian dilakukan
pengaturan tegangan yang diinject menggunakan regulator yang terpasang pada panel test karakteristik. Dengan memberikan tegangan eksitasi pada Transformator yang diuji akan menghasilkan arus beban nol yang mengalir pada kumparan Transformator. Arus beban nol ini
kemudian dikecilkan terlebih dahulu dengan CT (Current Transformator) yang dihubungkan dengan panel tes karakteristik agar
dapat terbaca pada ampere meter yang terpasang pada panel karakteristik. Dari pengukuran didapat nilai :
Tegangan suplai = 400 V rasio CT = 10
5 = 2x rasio VT = 1500
300 = 5x
Setelah didapat nilai pengukuran maka dicari berapa besar rugi besi yang dihasilkan dari pengujian tanpa beban dan berapa besar nilai percentace arus beban nol. Dapat dihitung sebagai berikut :
Nilai rugi besi (Wfe)
Rugi besi yang tertera pada alat ukur = 54,48 W Rugi besi (Wfe) yang sebenarnya :
Wfe= Pfeterukur × (PT × CT) = Pfeterukur × FM
= 54,48 × 10 = 540,8 Watt
Nilai percentace arus beban nol (I0) :
I0 yang terukur ( ∑ ) = 0,44 A (pada alat ukur)
Nilai I0 yang sebenarnya :
I0 = ∑ × 𝑟𝑎𝑠𝑖oCT = 0,44 × 2 = 0,88 𝐴
Pesentase nilai arus beban nol %I0 :
%Io =𝐼 𝑠𝑒𝑏𝑒𝑛𝑎𝑟𝑛𝑦𝑎 𝐼 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 x 100% %Io = 𝐼 𝑠𝑒𝑏𝑒𝑛𝑎𝑟𝑛𝑦𝑎 𝑃 √3 × 𝑉 x 100% = 0,88 454,663x 100% = 0,193 % ≈ 0,19 %
Setelah didapat rugi inti besi dari hasil test pengujian No Load Loss Test KR (Kesalahan Relatif) dengan menggunakan persamaan (3.10) didapatkan hasil sebagai berikut :
= |500 x 544,8
500 | x 100%
= |−0,0896|x 100% = 8,96 %
Nilai rugi inti besi yang dihasilkan dari test pengujian No Load Loss pada Transformator Distribusi 315 kVA adalah WFe = 544,8 Watt dan I0 = 0.19 % sedangkan standar yang menjadi acuan yaitu SPLN D3: 2007 untuk Transformator Distribusi 315 kVA sebesar WFe = 500 Watt dengan Toleransi ± 10 %. Jadi nilai rugi inti besi yang dihasilkan dari pengujian no load loss test sesuai dengan standar.
Tabel 4.3. Hasil perhitungan dan test uji Rugi Inti Besi pada Transformator Distribusi 20/0,4 kV, 315 kVA. Perhitungan design core Test uji no load loss Standar PLN D3: 2007 keterangan Rugi Inti Besi
(Wfe)
520,88 Watt 544,8 Watt 500 Watt Masih dibatas Standar
