Analisis Perbandingan Pengaruh Beban Seimbang Dan Tidak Seimbang Terhadap Regulasi Tegangan Dan Efisiensi Pada Berbagai Hubungan Belitan Transformator Tiga Fasa (Aplikasi pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU)

(1)

ANALISIS PERBANDINGAN PENGARUH BEBAN SEIMBANG DAN

TIDAK SEIMBANG TERHADAP REGULASI TEGANGAN DAN

EFISIENSI PADA BERBAGAI HUBUNGAN BELITAN

TRANSFORMATOR TIGA FASA

(Aplikasi pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU)

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

Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik

Oleh :

YULIANA TANJUNG NIM : 090402002

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(2)

TUGAS AKHIR

ANALISIS PERBANDINGAN PENGARUH BEBAN SEIMBANG DAN

TIDAK SEIMBANG TERHADAP REGULASI TEGANGAN DAN

EFISIENSI PADA BERBAGAI HUBUNGAN BELITAN

(Aplikasi pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU) Oleh :

YULIANA TANJUNG 090402002

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

pada

(Ir. A. Rachman Hasibuan, MT)

NIP. 194912121980031003

Diketahui oleh:

Ketua Departemen Teknik Elektro,

(3)

ABSTRAK

Transformator merupakan sebuah alat listrik statis yang dapat menyalurkan energi listrik dalam bentuk AC melalui gandengan magnet yang dapat menaikkan atau menurunkan tegangan. Transformator yang digunakan untuk menyalurkan energi listrik adalah transformator tiga fasa. Pada transformator tiga fasa terdapat berbagai hubungan belitan yaitu hubungan Y, ∆,

Z, dan lain-lain. Masing-masing hubungan tersebut memiliki efisiensi dan regulasi tegangan yang berbeda-beda. Dalam Tugas Akhir ini penelitian dilakukan dengan variasi beban kombinasi resistif, induktif dan kapasitif yang seimbang sekaligus tidak seimbang dengan beban yang terhubung wye dan juga delta untuk mendapatkan nilai daya, cos  dan arus beban pada setiap fasa dengan tegangan awal konstan 220 volt. Penelitian menggunakan hubungan belitan Yy0, Yd11, Dd0

dan Dy5. Dari parameter-parameter tersebut akan diperoleh nilai efisiensi dan

regulasi tegangan. Nilai efisiensi yang terbaik adalah pada hubungan belitan Dy5

pada saat beban tidak seimbang terhubung wye yaitu sebesar 87,2% yang memiliki regulasi tegangan paling rendah sebesar 2,32%.

(4)

KATA PENGANTAR

Dengan Nama Allah Yang Maha Pengasih Lagi Maha Penyayang

Syukur Alhamdulillah penulis ucapkan kehadirat Allah SWT atas rahmat dan karunia yang telah dilimpahkan sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Shalawat beriring salam penulis sanjungkan kepada Nabi Muhammad SAW.

Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu Ayahanda (Hamdani M. Age), Ibunda (Kamariah AB), saudari tercinta (Maulina Tanjung S.Si) serta Adinda tersayang (Nur Fatma Tanjung) yang merupakan bagian hidup penulis yang senantiasa mendukung dan mendoakan dari sejak penulis lahir hingga sekarang.

Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah :

PENGARUH BEBAN SEIMBANG DAN TIDAK SEIMBANG TERHADAP

REGULASI TEGANGAN DAN EFISIENSI PADA

BERBAGAI HUBUNGAN BELITAN

(5)

Selama masa perkuliahan sampai masa penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis banyak memperoleh bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan setulus hati penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Ir. A. Rachman Hasibuan, MT selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas segala bimbingan, pengarahan dan motivasi dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT-USU dan Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT-USU.

3. Bapak Ir. M. Zulfin, MT selaku dosen Pembimbing Akademik penulis atas bimbingan dan arahannya dalam menyelesaikan perkuliahan. 4. Bapak Ir. Syamsul Amin, M.Si selaku Kepala Laboratorium Konversi

Energi Listrik Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU. 5. Bapak Isroy Tanjung, ST selaku Pegawai Laboratorium Konversi

Energi Listrik Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektro USU.

6. Seluruh Staf Pengajar di Departemen Teknik Elektro USU dan seluruh Karyawan di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU.

(6)

8. Sahabat spesial penulis Muhammad Ikbal Kurniawan, ST yang selalu mendampingi penulis dalam memberikan dukungan, motivasi dan doa bagi penulis selama penyelesaian penulisan Tugas Akhir.

9. Abang dan Kakak Senior, Bang Ihsan, Bang Aji, Bang Uki, Bang Ari, Bang Mukhlis, Bang Razi, Bang Vahdy, Bang Syawali, Kak Dina. Serta adik-adik junior Uwek-Uwek, Djaka, Bembeng, Diki dan Zubel yang telah berbagi cerita suka duka dan pengalaman kepada penulis.

10. Dan pihak-pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

Akhir kata, Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, masih banyak kesalahan dan kekurangan, namun penulis tetap berharap semoga Tugas Akhir ini bisa bermanfaat dan memberikan inspirasi untuk pengembangan selanjutnya.

Medan, Penulis

(7)

DAFTAR ISI

ABSTRAK... i

KATA PENGANTAR... ii

DAFTAR ISI... v

DAFTAR GAMBAR... xii

DAFTAR TABEL... xvi

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah... 1

1.2 Rumusan Masalah……….. 2

1.3 Tujuan Penulisan... 3

1.4 Manfaat Penulisan... 3

1.5 Batasan Masalah... 3

1.6 Metode Penulisan... 4

1.7 Sistematika Penulisan... 5

BAB II DASAR TEORI 2.1 Umum……… 7

2.2 Konstruksi Transformator……… 8

2.3 Prinsip Kerja Transformator………. 9

2.4 Diagram Fasor Transformator………. 10

2.4.1 Transformator Dalam Keadaan Tidak Berbeban………….. 10

2.4.1.1 Keadaan Transformator Ideal……….. 10

(8)

2.5 Pengukuran Pada Transformator……… 12

2.5.1 Pengukuran Beban Nol………. 13

2.5.2 Pengukuran Hubung Singkat……… 15

2.6 Transformator Tiga Fasa………. 17

2.6.1 Konstruksi Transformator Tiga Phasa………. 17

2.6.1.1 Konstruksi Dengan Menggunakan 3 Buah Transformator 1 Fasa... 17

2.6.1.2 Konstruksi Dengan Menggunakan 3 Buah Belitan Primer, 3 Buah Belitan Sekunder dan 1 Inti Besi………. 18

2.6.2 Hubungan Belitan Pada Transformator Tiga Fasa………… 19

2.6.2.1 Hubungan Wye………... 19

2.6.2.2 Hubungan Delta... 20

2.6.3 Hubungan Transformator Dalam Keadaan Beban Seimbang……… 20

2.6.3.1 HubunganYy0... 20

2.6.3.2 Hubungan Yd11………. 21

2.6.3.3 Hubungan Dd0………. 23

2.6.3.4 Hubungan Dy5……….. 24

2.6.4 Hubungan Transformator Dalam Keadaan Beban Tidak Seimbang……….. 25

2.6.5 Hubungan Wye………. 25

2.6.5.1 Hubungan Tegangan Line dan Tegangan Fasa…….. 25

(9)

2.6.5.3 Daya………. 26

2.6.6 Hubungan Delta……….. 27

2.6.6.1 Hubungan Tegangan Line dan Tegangan Fasa……. 28

2.6.6.2 Hubungan Arus Line dan Arus Fasa………. 28

2.6.6.3 Daya………... 28

2.6.7 Hubungan Transformator dalam Keadaan Beban Tidak Seimbang……….. 29

2.6.8 Hubungan Wye……… 30

2.6.8.1 Hubungan Antara Arus Line dan Arus Fasa……….. 30

2.6.8.2 Daya………... 30

2.6.9 Hubungan Delta………. 31

2.6.9.1 Hubungan Antara Arus……….. 31

2.6.9.2 Daya………... 31

2.7 Sifat-Sifat Beban Listrik………. 32

2.7.1 Beban Resistif………. 32

2.7.2 Beban Induktif... 32

2.7.3 Beban Kapasitif... 32

2.8 Efisiensi dan Regulasi Tegangan……… 33

2.10.1 Efisiensi... 33

2.10.2 Regulasi Tegangan... 34

BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian……… 35

3.2 Metode Pengumpulan Data……… 35

(10)

3.4 Peralatan yang Digunakan………... 37

3.5 Rangkaian Pengambilan Data……….. 38

3.5.1 Percobaan Tidak Berbeban... 38

3.5.1.1 Hubungan Yy0... 38

3.5.1.2 Hubungan Yd11……… 38

3.5.1.3 Hubungan Dd0……….. 39

3.5.1.4 Hubungan Dy5……….. 39

3.5.2 Percobaan Berbeban Seimbang Terhubung Wye………….. 40

3.5.2.1 Hubungan Yy0………. 40

3.5.2.2 Hubungan Yd11……… 40

3.5.2.3 Hubungan Dd0……….. 41

3.5.2.4 Hubungan Dy5……….. 41

3.5.3 Percobaan Berbeban Seimbang terhubung Delta………… 42

3.5.3.1 Hubungan Yy0……….. 42

3.5.3.2 Hubungan Yd11………. 42

3.5.3.3 Hubungan Dd0………. 43

3.5.3.4 Hubungan Dy5………. 43

3.5.4 Percobaan Berbeban Tidak Seimbang Terhubung Wye…… 44

3.5.4.1 Hubungan Yy0………. 44

3.5.4.2 Hubungan Yd11………. 44

3.5.4.3 Hubungan Dd0……….. 45

3.5.4.4 Hubungan Dy5………. 45

(11)

3.5.5.2 Hubungan Yd11……… 46

3.5.5.3 Hubungan Dd0……… 47

3.5.5.4 Hubungan Dy5………. 47

3.6 Prosedur Pengambilan Data……… 48

3.6.1 Percobaan Tidak Berbeban……… 48

3.6.3 Percobaan Berbeban Seimbang Terhubung Delta………….. 49

3.6.4 Percobaan Berbeban Tidak Seimbang Terhubung Wye……. 49

3.6.5 Percobaan Berbeban Tidak Seimbang Terhubung Delta…… 50

3.7 Persamaaan yang Digunakan dalam Perhitungan……… 50

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Umum……….. 52

4.2 Data Percobaan……… 53

4.2.1 Percobaan Tidak Berbeban 4.2.1.1 Hubungan Yy0………. 53

4.2.1.2 Hubungan Yd11……… 53

4.2.1.3 Hubungan Dd0………. 54

4.2.1.4 Hubungan Dy5………. 54

4.2.2 Percobaan Berbeban Seimbang Terhubung Wye…………. 54

4.2.2.1 Hubungan Yy0……….. 54

4.2.2.2 Hubungan Yd11……… 55

4.2.2.3 Hubungan Dd0………. 55

(12)

4.2.3 Percobaan Berbeban Seimbang Terhubung Delta…………. 56

4.2.3.1 Hubungan Yy0………. 56

4.2.3.2 Hubungan Yd11……… 57

4.2.3.3 Hubungan Dd0………. 57

4.2.3.4 Hubungan Dy5………. 57

4.2.4 Percobaan Berbeban Tidak Seimbang Terhubung Wye…… 58

4.2.4.1 Hubungan Yy0………. 58

4.2.4.2 Hubungan Yd11………. 59

4.2.4.3 Hubungan Dd0... 59

4.2.4.4 Hubungan Dy5……….. 59

4.2.5 Percobaan Berbeban Tidak Seimbang Terhubung delta….. 60

4.2.5.1 Hubungan Yy0………. 60

4.2.5.2 Hubungan Yd11……… 61

4.2.5.3 Hubungan Dd0... 61

4.2.5.4 Hubungan Dy5………. 61

4.3 Analisa Data……… 61

4.3.1.1 Hubungan Yy0………. 62

4.3.1.2 Hubungan Yd11……… 63

4.3.1.3 Hubungan Dd0... 64

4.3.1.4 Hubungan Dy5………. 65

4.3.2 Hasil Analisis Data Percobaan Beban Seimbang Terhubung Wye……….. 66

(13)

4.3.3.1 Hubungan Yy0………. 68

4.3.3.2 Hubungan Yd11……… 69

4.3.3.3 Hubungan Dd0... 70

4.3.3.4 Hubungan Dy5………. 71

4.3.4 Hasil Analisis Data Percobaan Beban Seimbang Terhubung Delta……… 72

4.3.5 Percobaan Berbeban Tidak Seimbang Terhubung Wye….. 72

4.3.5.1 Hubungan Yy0………. 72

4.3.5.2 Hubungan Yd11……… 74

4.3.5.3 Hubungan Dd0... 75

4.3.5.4 Hubungan Dy5………. 77

4.3.6 Hasil Analisis Data Percobaan Beban Tidak Seimbang Terhubung Wye……….. 78

4.3.7 Percobaan Berbeban Tidak Seimbang Terhubung Delta…. 79 4.3.7.1 Hubungan Yy0………. 79

4.3.7.2 Hubungan Yd11……… 80

4.3.7.3 Hubungan Dd0... 81

4.3.7.4 Hubungan Dy5………. 83

4.3.8 Hasil Analisis Data Percobaan Beban Tidak Seimbang Terhubung Delta……….. 84

4.4 Grafik Percobaan………. 85

4.4.1 Efisiensi Vs Beban………... 85

(14)

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan……… 90

(15)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 : Transformator Tipe Inti (Core Type) ... … 8

Gambar 2.2 : Transformator Tipe Cangkang (Shell Type) ... … 8

Gambar 2.3 : Skematik Diagram Transformator 1 Fasa ... … 9

Gambar 2.4 : Skematik Diagram Transformator 1 Fasa Tanpa Beban…... 10

Gambar 2.5 : Diagram Fasor Transformator 1 Fasa Berbeban Dalam Keadaan Tidak Mempunyai Rugi-Rugi... 11

Gambar 2.6 : Diagram Fasor Transformator 1 Fasa dalam Keadaan Berbeban... 11

Gambar 2.7 : Diagram Fasor Transformator 1 Fasa Berbeban dalam Keadaan Sebenarnya……….. 12

Gambar 2.8 : Rangkaian Pengukuran Beban Nol ... .. 13

Gambar 2.9 : Rangkaian Ekivalen Pendekatan Pengukuran Beban Nol... 14

Gambar 2.10 : Rangkaian Pengukuran Hubung Singkat ... .. 15

Gambar 2.11 : Rangkaian Ekivalen Pengukuran Hubung Singkat……… 16

Gambar 2.12 : Transformator 3 Fasa Dengan Menggunakan 3 Buah Transformator 1 Fasa……….... 18

Gambar 2.13 : Gambar Transformator Tiga Fasa Dengan Tiga Buah Belitan Primer Tipe cangkang (Shell Type)……….. 18

Gambar 2.14 : Tiga Buah Belitan Sekunder Dan Satu Inti Besi Tipe Inti (Core Type)……… 19

(16)

Gambar 2.16 : Hubungan Delta………. 20

Gambar 2.17 : Hubungan Belitan Transformator Tiga Fasa Y-Y……… 21

Gambar 2.18 : Vektor Diagram Hubungan Belitan Yy0……… 21

Gambar 2.19 : Hubungan Belitan Transformator Tiga Fasa Y-∆………. 22 Gambar 2.20 : Vektor Diagram Hubungan Belitan Yd11……….. 22

Gambar 2.21 : Hubungan Belitan Transformator Tiga Fasa ∆-∆……….. 22

Gambar 2.22 : Vektor Diagram Hubungan Belitan Dd0……… 23

Gambar 2.23 : Hubungan Belitan Transformator Tiga Fasa Δ-Y……….. 24

Gambar 2.24 : Vektor Diagram Hubungan Belitan Dy5……… 24

Gambar 2.25 : Besar Tegangan dan Arus pada Hubungan Wye pada Sisi Sekunder……… 25

Gambar 2.26 : Besar Tegangan dan Arus pada Hubungan Delta pada Sisi Sekunder………... 27

Gambar 2.27 : Ilustrasi Arus yang Berbeda Pada Setiap Coil Dengan Kondisi Beban Tidak Seimbang………. 31

Gambar 3.1 : Rangkaian Percobaan Tidak Berbeban hubungan Yy0………. 38

Gambar 3.2 : Rangkaian Percobaan Tidak Berbeban Hubungan Yd11……… 38

Gambar 3.3 : Rangkaian Percobaan Tidak Berbeban Hubungan Dd0………. 39

Gambar 3.4 : Rangkaian Percobaan Tidak Berbeban Hubungan Dy5... 39

Gambar 3.5 : Rangkaian Percobaan Beban Seimbang Hubungan Yy0 Terhubung Wye ... … 40

(17)

Gambar 3.7 : Rangkaian Percobaan Beban Seimbang Hubungan Dd0

Terhubung Wye. ... .. 41 Gambar 3.8 : Rangkaian Percobaan Beban Seimbang Hubungan Dy5 Terhubung

Wye. ... .. 41 Gambar 3.9 : Rangkaian Percobaan Beban Seimbang Hubungan Yy0

Terhubung Delta………. 42

Gambar 3.10 : Rangkaian Percobaan Beban Seimbang Hubungan Yd11

Terhubung Delta……… 42

Gambar 3.11 : Rangkaian Percobaan Beban Seimbang Hubungan Dd0

Gambar 3.12 : Rangkaian Percobaan Beban Seimbang Hubungan Dy5 Terhubung

Delta………... 43

Gambar 3.13 : Rangkaian Percobaan Beban Tidak Seimbang Hubungan Yy0

Terhubung Wye………. 44

Gambar 3.14 : Rangkaian Percobaan Beban Tidak Seimbang Hubungan Yd11

Gambar 3.15 : Rangkaian Percobaan Beban Tidak Seimbang Hubungan Dd0

Gambar 3.16 : Rangkaian Percobaan Beban Tidak Seimbang Hubungan Dy5

Gambar 3.17 : Rangkaian Percobaan Beban Tidak Seimbang Hubungan Yy0

Gambar 3.18 : Rangkaian Percobaan Beban Tidak Seimbang Hubungan Yd11

(18)

Gambar 3.19 : Rangkaian Percobaan Beban Tidak Seimbang Hubungan Dd0

Terhubung Delta………. 47

Gambar 3.20 : Rangkaian Percobaan Beban Tidak Seimbang Hubungan Dy5 Terhubung Delta……… 47

Gambar 4.1 : Beban Terhubung Wye……….. 70

Gambar 4.2 : Beban Terhubung Delta………. 75

Gambar 4.3 : Grafik Data Percobaan Efisiensi Vs Beban……….. 92

Gambar 4.4 : Grafik Data Percobaan Efisiensi Vs Beban……… 93

Gambar 4.5 : Grafik Data Percobaan Efisiensi Vs Beban……… 94

Gambar 4.6 : Grafik Data Percobaan Efisiensi Vs Beban………... 95

Gambar 4.7 : Grafik Data Regulasi Tegangan Vs Beban…………...…….... 96

Gambar 4.8 : Grafik Data Regulasi Tegangan Vs Beban………... 96

Gambar 4.9 : Grafik Data Regulasi Tegangan Vs Beban………... 97

(19)

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 : Data Percobaan Tidak Berbeban Hubungan Yy0 ... ... 53

Tabel 4.2 : Data Percobaan Tidak Berbeban Hubungan Yd11 ... ... 53

Tabel 4.3 : Data Percobaan Tidak Berbeban Hubungan Dd0 ... ... 54

Tabel 4.4 : Data Percobaan Tidak Berbeban Hubungan Dy5 ... ... 54

Tabel 4.5 : Data Beban Hubungan Yy0, Yd11, Dd0, Dy5... 54

Tabel 4.6 : Data Percobaan Berbeban Seimbang R L C Terhubung Wye Hubungan Yy0 ... .... 55

Tabel 4.7 : Data Percobaan Berbeban Seimbang R L C terhubung Wye Hubungan Yd11………. 55

Tabel 4.8 : Data Percobaan Berbeban Seimbang R L C terhubung Wye Hubungan Dd0……….. 55

Tabel 4.9 : Data Percobaan Berbeban Seimbang R L C terhubung Wye Hubungan Dy5……….. 56

Tabel 4.10 : Data Percobaan Berbeban Seimbang R L C terhubung Delta Hubungan Yy0……….. 56

Tabel 4.11 : Data Percobaan Berbeban Seimbang R L C terhubung Delta Hubungan Yd11……….. 57

Tabel 4.12 : Data Percobaan Berbeban Seimbang R L C terhubung Delta Hubungan Dd0……….. 57

Tabel 4.13 : Data Percobaan Berbeban Seimbang R L C terhubung Delta Hubungan Dy5………. 57

(20)

Tabel 4.15 : Data Percobaan Berbeban Tidak Seimbang R L C terhubung

Wye Hubungan Yy0……….. 58

Tabel 4.16 : Data Percobaan Berbeban Tidak Seimbang R L C terhubung Wye Hubungan Yd11... 59

Tabel 4.17 : Data Percobaan Berbeban Tidak Seimbang R L C terhubung Wye

Hubungan Dd0……….. 59

Tabel 4.18 : Data Percobaan Berbeban Tidak Seimbang R L C terhubung Wye Hubungan Dy5……….. 59

Tabel 4.19 : Data Percobaan Berbeban Tidak Seimbang R L C terhubung Delta Hubungan Yy0………. 60

Tabel 4.20 : Data Percobaan Berbeban Tidak Seimbang R L C terhubung Delta Hubungan Yd11………. 60

Tabel 4.21 : Data Percobaan Berbeban Tidak Seimbang R L C terhubung

Delta Hubungan Dd0……… 61

Tabel 4.22 : Data Percobaan Berbeban Tidak Seimbang R L C terhubung Delta Hubungan Dy5………. 61

Tabel 4.23 : Hasil Analisis Percobaan Beban Seimbang Terhubung Wye

Hubungan Yy0……… 62

Hubungan Yd11……….. 63

Hubungan Dd0……… 65

(21)

Tabel 4.27 : Hasil Analisis Percobaan Beban Seimbang Terhubung Delta

Hubungan Yy0……… 68

Hubungan Yd11……….. 69

Hubungan Dd0………. 70

Hubungan Dy5………. 71

Tabel 4.31 : Hasil Analisis Percobaan Beban Tidak Seimbang Terhubung

Wye Hubungan Yy0……….. 73

Wye Hubungan Yd11……….. 74

Wye Hubungan Dd0……… 76

Wye Hubungan Dy5………. 78

Delta Hubungan Yy0……… 80

Delta Hubungan Yd11……… 81

Tabel 4.37 : Hasil Analisis Percobaan Beban Tidak Seimbang Terhubung Delta Hubungan Dd0………. 82