ANALISIS PERBANDINGAN TEMPERATUR GENERATOR SINKRON TIGA PHASA PADA KONDISI BEBAN SEIMBANG DAN TIDAK
SEIMBANG MENGGUNAKAN THERMOMETER INFRARED
Diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Energi Listrik
Oleh: WAHYU YOGA NIM : 110402003
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
i
ABSTRAK
Generator sinkron merupakan suatu peralatan utama dalam sistem pembangkitan energi listrik. Dalam hal ini beban yang dipasok oleh generator pada umumnya tidak seimbang. Beban tidak seimbang dapat disebabkan karena berbagai macam gangguan asimetri pada sistem tenaga dan kegagalan studi peramalan beban sehingga distribusi beban disetiap phasanya tidak sama.
KATA PENGANTAR
Alhamdulillahirobbil’alamin senantiasa penulis ucapkan kepada Allah
SWT yang telah memberikan kesempatan bagi penulis untuk dapat terlahir di tengah keluarga yang baik dan karena atas izin-Nya lah maka Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Tak lupa pula shalawat dan salam kepada Rasulullah Muhammad SAW yang harus selalu menjadi panutan umat muslim di seluruh dunia.
Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada kedua orang tua terhebat di muka bumi ini yaitu Papa Gatot dan Mama Rahayu yang senantiasa mencurahkan kasih sayang dan doa yang tiada terhitung kepada penulis, tak lupa juga penulis ucapkan terima kasih kepada Abang Citra Wibowo yang selalu memberikan arahan, kesempatan dan bantuannya kepada penulis. Demikian juga kepada Adik Gally Chandra Pratama yang selalu menghibur pada saat penulis mengalami kejenuhan.
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 :
“ANALISIS PERBANDINGAN TEMPERATUR GENERATOR SINKRON TIGA PHASA PADA KONDISI BEBAN SEIMBANG DAN TIDAK
SEIMBANG MENGGUNAKAN THERMOMETER INFRARED”
iii
1. Bapak Ir. Syamsul Amien, M.S, selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir dan Dosen Wali penulis Bapak Yulianta Siregar, ST.MT yang telah banyak meluangkan waktu untuk membimbing dan mengarahkan penulis baik semasa kuliah maupun saat proses penulisan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT-USU juga selaku Dosen Penguji Tugas Akhir, dan Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT-USU.
3. Bapak Ir. Raja Harahap, MT selaku Dosen Penguji yang sudah menguji penulis secara baik dan profesional.
4. Om Isroi Tanjung, ST (Om Roy) selaku Pegawai di Lab. Konversi Energi Listrik FT-USU yang banyak membantu penulis selama proses pengambilan data maupun dalam keseharian dikampus.
5. Seluruh Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Elektro FT-USU yang sudah memberikan bimbingan, arahan maupun ilmu kepada penulis semasa kuliah.
6. Siti Hazar, S.Kom, seorang kekasih hati, teman, sahabat dan penyemangat yang luar biasa. Terima kasih atas kesetiaannya, dukungan dan doanya kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
7. Sahabat terbaikku yang tidak tergantikan Habibi Pranata Aulia Simorangkir (Cipit) yang selalu setia menjadi teman maupun sahabat disaat senang maupun susah.
(Kembaran Zein), Aceng Fikry, Aspar Tidor, Fandi Jali, Sakinah, Zijah Emak, Syahlan Jomblo, Faisal Makan, Ferry, Wasfy, Fadhli Kebo, Tegar Botak, Herry Kakang, Abang Mirza dan teman-teman lainnya yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
9. Senior – seniorku yang baik hatinya dan tidak sombong ( Abang-abang Lab PBL ’09 dan yang sering nongkrong di PBL, Abang-abang ’10 yang sering
nongkrong di Lab Daskon dan lainnya) yang telah bersedia berbagi pengalaman kepada penulis selama masa perkuliahan.
10.Adik – adik junior ( Doddy jenggot, Memet Anak SMK2, Handoko, Faisal, Ingrid, Ryan, Jhon dan lainnya yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu) yang selalu siap sedia menolong penulis kapan pun dibutuhkan.
11.Seluruh pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah membantu penulis baik secara langsung maupun tidak langsung selama menjalani masa perkuliahan di Departemen Teknik Elektro FT-USU.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi penyempurnaan Tugas Akhir ini. Akhir kata, penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat khususnya bagi penulis pribadi dan juga semua pihak yang membutuhkannya.
Medan, Desember 2015 Penulis
v
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... xii
DAFTAR TABEL ... xvi
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Perumusan Masalah ... 2
1.3. Tujuan Penelitian ... 2
1.4. Manfaat Penelitian ... 3
1.5. Batasan Masalah ... 3
1.6 Metode Penulisan ... 4
1.7 Sistematika Penulisan ... 5
BAB II GENERATOR SINKRON 2.1. Umum ... 7
2.2. Konstruksi Generator Sinkron ... 8
2.3. Prinsip Kerja Generator Sinkron ... 10
2.4. Reaksi Jangkar Generator Sinkron ... 11
2.5. Generator Sinkron Tanpa Beban ... 14
2.6. Generator Sinkron Berbeban ... 15
2.7. Generator Sinkron Tiga Phasa Beban Seimbang ... 16
2.9 Rating Temperatur dan Metode Pengukuran Temperatur
Generator Sinkron ... 21
2.10 Thermometer Infrared ... 24
BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Tempat dan Waktu ... 26
3.2. Peralatan Yang Digunakan ... 26
3.3. Pelaksanaan Penelitian ... 27
3.4 Variabel Yang Diamati ... 27
3.5 Prosedur Penelitian ... 28
BAB IV ANALISIS PERBANDINGAN TEMPERATUR GENERATOR SINKRON TIGA PHASA PADA KONDISI BEBAN SEIMBANG DAN TIDAK SEIMBANG MENGGUNAKAN THERMOMETER INFRARED 4.1. Umum ... 32
4.2. Percobaan Generator Sinkron Dengan Beban Resistif ... 33
4.2.1 Rangkaian Percobaan Pengukuran Temperatur Generator Sinkron Beban Resistif Menggunakan Thermometer Infrared ... 33
4.2.1.1 Generator Sinkron Beban Seimbang Resistif ... 33
a. Prosedur pengujian beban seimbang resistif ... 33
b. Data hasil pengujian beban seimbang resistif ... 34
c. Analisa data beban seimbang resistif ... 35
d. Grafik beban seimbang resistif ... 35
4.2.1.2 Generator Sinkron Beban Tidak Seimbang Resistif ... 36
vii
b. Data hasil pengujian beban tidak seimbang resistif ... 36
c. Analisa data beban tidak seimbang resistif ... 37
d. Grafik beban tidak seimbang resistif... 37
4.2.2 Rangkaian Percobaan Pengukuran Temperatur Generator Sinkron Beban Resistif Menggunakan Metode Pengukuran Resistansi.. 38
4.2.2.1 Generator Sinkron Beban Seimbang Resistif ... 39
a. Prosedur pengujian beban seimbang resistif ... 39
b. Data hasil pengujian beban seimbang resistif ... 40
c. Analisa data beban seimbang resistif ... 41
d. Grafik beban seimbang resistif... 44
4.2.2.2 Generator Sinkron Beban Tidak Seimbang Resistif ... 44
a. Prosedur pengujian beban tidak seimbang resistif ... 44
b. Data hasil pengujian beban tidak seimbang resistif ... 45
c. Analisa data beban tidak seimbang resistif ... 46
d. Grafik beban tidak seimbang resistif... 49
4.3. Percobaan Generator Sinkron Dengan Beban Induktif ... 49
4.3.1 Rangkaian Percobaan Pengukuran Temperatur Generator Sinkron Beban Induktif Menggunakan Thermometer Infrared ... 49
4.3.1.1 Generator Sinkron Beban Seimbang Induktif ... 50
a. Prosedur pengujian beban seimbang induktif ... 50
b. Data hasil pengujian beban seimbang induktif ... 51
c. Analisa data beban seimbang induktif... 51
d. Grafik beban seimbang induktif ... 51
a. Prosedur pengujian beban Tidak seimbang induktif ... 52
b. Data hasil pengujian beban Tidak seimbang induktif ... 53
c. Analisa data beban Tidak seimbang induktif ... 53
d. Grafik beban Tidak seimbang induktif ... 54
4.3.2 Rangkaian Percobaan Pengukuran Temperatur Generator Sinkron Beban Induktif Menggunakan Metode Pengukuran Resistansi.. 54
4.3.2.1 Generator Sinkron Beban Seimbang Induktif ... 55
a. Prosedur pengujian beban seimbang induktif ... 55
b. Data hasil pengujian beban seimbang induktif ... 56
c. Analisa data beban seimbang induktif... 57
d. Grafik beban seimbang induktif ... 58
4.3.2.2 Generator Sinkron Beban Tidak Seimbang Induktif ... 59
a. Prosedur pengujian beban tidak seimbang induktif ... 59
b. Data hasil pengujian beban tidak seimbang induktif ... 60
c. Analisa data beban tidak seimbang induktif... 61
d. Grafik beban tidak seimbang induktif ... 63
4.4 Percobaan Generator Sinkron Dengan Beban Kapasitif ... 64
4.4.1 Rangkaian Percobaan Pengukuran Temperatur Generator Sinkron Beban Kapasitif Menggunakan Thermometer Infrared ... 64
4.4.1.1 Generator Sinkron Beban Seimbang Kapasitif ... 64
a. Prosedur pengujian beban seimbang kapasitif ... 64
b. Data hasil pengujian beban seimbang kapasitif ... 65
c. Analisa data beban seimbang kapasitif ... 66
ix
4.4.1.2 Generator Sinkron Beban Tidak Seimbang Kapasitif ... 67
a. Prosedur pengujian beban tidak seimbang kapasitif ... 67
b. Data hasil pengujian beban tidak seimbang kapasitif ... 67
c. Analisa data beban tidak seimbang kapasitif ... 68
d. Grafik beban tidak seimbang kapasitif ... 68
4.4.2 Rangkaian Percobaan Pengukuran Temperatur Generator Sinkron Beban Kapasitif Menggunakan Metode Pengukuran Resistansi..69
4.4.2.1 Generator Sinkron Beban Seimbang Kapasitif ... 70
a. Prosedur pengujian beban seimbang kapasitif ... 70
b. Data hasil pengujian beban seimbang kapasitif ... 71
c. Analisa data beban seimbang kapasitif ... 72
d. Grafik beban seimbang kapasitif ... 74
4.4.2.2 Generator Sinkron Beban Tidak Seimbang Kapasitif ... 75
a. Prosedur pengujian beban tidak seimbang kapasitif ... 75
b. Data hasil pengujian beban tidak seimbang kapasitif ... 76
c. Analisa data beban tidak seimbang kapasitif ... 77
d. Grafik beban tidak seimbang kapasitif ... 80
4.5 Perbandingan Hasil Pengukuran Suhu Pada Generator Sinkron Tiga Phasa Beban Seimbang Dan Beban Tidak Seimbang ... 80
4.5.1 Perbandingan Pada Beban Resistif ... 80
4.5.1.1 Pengukuran menggunakan Thermometer Infrared ... 80
a. Beban Resistif Seimbang ... 84
b. Beban Resistif Tidak Seimbang ... 85
4.5.2 Perbandingan Pada Beban Induktif ... 87
4.5.2.1 Pengukuran menggunakan Thermometer Infrared ... 87
4.5.2.2 Pengukuran menggunakan Metode Perhitungan Resistansi. 88 4.5.2.3 Perbandingan metode Thermometer Infrared – Perhitungan Resistansi ... 90
a. Beban Induktif Seimbang ... 90
b. Beban Induktif Tidak Seimbang ... 91
4.5.3 Perbandingan Pada Beban Kapasitif ... 92
4.5.3.1 Pengukuran menggunakan Thermometer Infrared ... 92
4.5.3.2 Pengukuran menggunakan Metode Perhitungan Resistansi. 94 4.5.3.3 Perbandingan metode Thermometer Infrared – Perhitungan Resistansi ... 96
a. Beban Kapasitif Seimbang ... 96
b. Beban Kapasitif Tidak Seimbang ... 97
4.6 Perbandingan Hasil Pengukuran Suhu Antar Jenis Beban ... 99
4.6.1 Pengukuran Menggunakan Thermometer Infrared ... 99
4.6.1.1 Perbandingan beban seimbang Resistif, Induktif dan Kapasitif ... 99
4.6.1.2 Perbandingan beban tidak seimbang Resistif, Induktif dan Kapasitif ... 100
xi
dan Kapasitif ... 102 4.6.2.2 Perbandingan beban tidak seimbang Resistif, Induktif
dan Kapasitif ... 104 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Konstruksi sederhana generator sinkron ... 8
Gambar 2.2 Prinsip kerja generator sinkron ... 10
Gambar 2.3 Model Reaks Jangkar ... 13
Gambar 2.4 Kurva karakteristik dan rangkaian ekivalen generator Sinkron tanpa beban ... 14
Gambar 2.5 Kurva karakteristik dan rangkaian ekivalen generator Sinkron berbeban ... 15
Gambar 2.6 Sistem beban tiga fasa terhubung Y beserta fasornya ... 16
Gambar 2.7 Sistem beban tiga fasa terhubung ∆ beserta fasornya ... 17
Gambar 2.8 Vektor diagram arus seimbang dan tidak seimbang ... 19
Gambar 2.9 Beban Tiga Fasa Tidak Seimbang Terhubung Bintang Pada Sistem Tiga Fasa - Empat Kawat dan Sistem Tiga Fasa – Tiga Kawat ... 20
Gambar 3.1 Diagram alir penelitian ... 28
Gambar 4.1 Rangakaian percobaan pengukuran suhu Generator Sinkron tiga phasa beban resistif dengan menggunakan thermometer infrared ... 33
Gambar 4.2 Grafik temperatur generator sinkron tiga phasa beban resistif seimbang menggunakan thermometer infrared... 35
Gambar 4.3 Grafik temperatur generator sinkron tiga phasa beban resistif tidak seimbang menggunakan thermometer infrared ... 38
xiii
Gambar 4.5 Grafik temperatur generator sinkron tiga phasa beban resistif seimbang menggunakan metode perhitungan resistansi ... 44 Gambar 4.6 Grafik temperatur generator sinkron tiga phasa beban resistif tidak seimbang menggunakan metode perhitungan resistansi .. 49 Gambar 4.7 Rangkaian percobaan pengukuran suhu Generator Sinkron
tiga phasa beban Induktif dengan menggunakan
thermometer infrared ... 49 Gambar 4.8 Grafik temperatur generator sinkron tiga phasa beban
induktif seimbang menggunakan thermometer infrared ... 52 Gambar 4.9 Grafik temperatur generator sinkron tiga phasa beban induktif tidak seimbang menggunakan thermometer infrared ... 54 Gambar 4.10 Rangkaian percobaan dan rangkaian kontrol pengukuran
Beban Induktif menggunakan metode perhitungan resistansi . 55 Gambar 4.11 Grafik temperatur generator sinkron tiga phasa beban induktif seimbang menggunakan metode perhitungan resistansi ... 59 Gambar 4.12 Grafik temperatur generator sinkron tiga phasa beban induktif tidak seimbang menggunakan metode perhitungan resistansi 63 Gambar 4.13 Rangakaian percobaan pengukuran suhu Generator Sinkron tiga phasa beban Kapasitif dengan menggunakan
thermometer infrared ... 64 Gambar 4.14 Grafik temperatur generator sinkron tiga phasa beban
Gambar 4.16 Rangkaian percobaan dan rangkaian kontrol pengukuran beban Kapasitif menggunakan metode perhitungan resistansi ... 70 Gambar 4.17 Grafik temperatur generator sinkron tiga phasa beban kapasitif seimbang menggunakan metode perhitungan resistansi ... 75 Gambar 4.18 Grafik temperatur generator sinkron tiga phasa beban kapasitif tidak seimbang menggunakan metode perhitungan resistansi 80 Gambar 4.19 Grafik perbandingan suhu generator saat beban resistif seimbang dan tidak seimbang pengukuran menggunakan
Thermometer Infrared ... 82 Gambar 4.20 Grafik perbandingan suhu generator saat beban resistif seimbang dan tidak seimbang pengukuran menggunakan metode
perhitungan resistansi ... 83 Gambar 4.21 Grafik perbandingan metode thermometer infrared dengan
perhitungan resistansi pada beban resistif seimbang ... 85 Gambar 4.22 Grafik perbandingan metode thermometer infrared dengan
perhitungan resistansi pada beban resistif tidak seimbang .... 86 Gambar 4.23 Grafik perbandingan suhu generator saat beban induktif
seimbang dan tidak seimbang pengukuran menggunakan
Thermometer Infrared ... 88 Gambar 4.24 Grafik perbandingan suhu generator saat beban induktif
seimbang dan tidak seimbang pengukuran menggunakan
metode perhitungan resistansi ... 89 Gambar 4.25 Grafik perbandingan metode thermometer infrared dengan
xv
Gambar 4.26 Grafik perbandingan metode thermometer infrared dengan
perhitungan resistansi pada beban Induktif tidak seimbang .. 92 Gambar 4.27 Grafik perbandingan suhu generator saat beban kapasitif
seimbang dan tidak seimbang pengukuran menggunakan
Thermometer Infrared ... 94 Gambar 4.28 Grafik perbandingan suhu generator saat beban kapasitif
seimbang dan tidak seimbang pengukuran menggunakan
metode perhitungan resistansi ... 95 Gambar 4.29 Grafik perbandingan metode thermometer infrared dengan
perhitungan resistansi pada beban Kapasitif seimbang ... 97 Gambar 4.30 Grafik perbandingan metode thermometer infrared dengan
perhitungan resistansi pada beban Kapasitif tidak seimbang.. 98 Gambar 4.31 Grafik perbandingan suhu ketiga jenis beban dalam keadaan seimbang, pengukuran menggunakan Thermometer Infrare.. . 100 Gambar 4.32 Grafik perbandingan suhu ketiga jenis beban dalam keadaan tidak seimbang, pengukuran menggunakan
Thermometer Infrared ... 102 Gambar 4.33 Grafik perbandingan suhu ketiga jenis beban dalam keadaan seimbang, pengukuran menggunakan metode perhitungan
resistansi ... 103 Gambar 4.34 Grafik perbandingan suhu ketiga jenis beban dalam keadaan tidak seimbang, pengukuran menggunakan metode
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Temperature rise for large motors with 1.0 sevice factor ... 22 Tabel 4.1 Data hasil pengukuran suhu dengan thermometer infrared
Beban resistif seimbang ... 34 Tabel 4.2 Data hasil pengukuran suhu dengan thermometer infrared
Beban resistif tidak seimbang ... 37 Tabel 4.3 Data hasil percobaan DC test pada generator sinkron tiga phasa
dengan beban resistif seimbang ... 40 Table 4.4 Data hasil perhitungan suhu generator sinkron tiga phasa beban
resistif seimbang menggunakan metode pengukuran resistansi.. 43 Tabel 4.5 Data hasil percobaan DC test pada generator sinkron tiga phasa
dengan beban resistif tidak seimbang ... 45 Table 4.6 Data hasil perhitungan suhu generator sinkron tiga phasa beban
resistif tidak seimbang menggunakan metode pengukuran
resistansi ... 48 Tabel 4.7 Data hasil pengukuran suhu dengan thermometer infrared
Beban Induktif seimbang ... 51 Tabel 4.8 Data hasil pengukuran suhu dengan thermometer infrared
Beban Induktif tidak seimbang ... 53 Tabel 4.9 Data hasil percobaan DC test pada generator sinkron tiga phasa
dengan beban induktif seimbang ... 56 Table 4.10 Data hasil perhitungan suhu generator sinkron tiga phasa beban
xvii
dengan beban induktif tidak seimbang ... 60 Table 4.12 Data hasil perhitungan suhu generator sinkron tiga phasa beban
induktif tidak seimbang menggunakan metode pengukuran
resistansi ... 62 Tabel 4.13 Data hasil pengukuran suhu dengan thermometer infrared
Beban Kapasitif seimbang ... 65 Tabel 4.14 Data hasil pengukuran suhu dengan thermometer infrared
Beban Kapasitif tidak seimbang ... 68 Tabel 4.15 Data hasil percobaan DC test pada generator sinkron tiga phasa
dengan beban kapasitif seimbang ... 71 Table 4.16 Data hasil perhitungan suhu generator sinkron tiga phasa beban
kapasitif seimbang menggunakan metode pengukuran resistansi.. 74 Tabel 4.17 Data hasil percobaan DC test pada generator sinkron tiga phasa
dengan beban kapasitif tidak seimbang ... 76 Table 4.18 Data hasil perhitungan suhu generator sinkron tiga phasa beban
kapasitif tidak seimbang menggunakan metode pengukuran
resistansi ... 80 Tabel 4.19 Data perbandingan suhu generator beban resistif pada keadaan
seimbang dan tidak seimbang pengukuran menggunakan
Thermometer Infrared ... 81 Tabel 4.20 Data perbandingan suhu generator beban resistif pada keadaan
perhitungan resistansi pada beban resistif seimbang ... 84 Tabel 4.22 Data perbandingan metode thermometer infrared dengan
perhitungan resistansi pada beban resistif tidak seimbang ... 85 Tabel 4.23 Data perbandingan suhu generator beban Induktif pada keadaan
seimbang dan tidak seimbang pengukuran menggunakan
Thermometer Infrared ... 87 Tabel 4.24 Data perbandingan suhu generator beban Induktif pada keadaan
seimbang dan tidak seimbang pengukuran menggunakan metode perhitungan resistansi ... 88 Tabel 4.25 Data perbandingan metode thermometer infrared dengan
perhitungan resistansi pada beban Induktif seimbang ... 90 Tabel 4.26 Data perbandingan metode thermometer infrared dengan
perhitungan resistansi pada beban Induktif tidak seimbang ... 91 Tabel 4.27 Data perbandingan suhu generator beban Kapasitif pada keadaan
seimbang dan tidak seimbang pengukuran menggunakan
Thermometer Infrared ... 93 Tabel 4.28 Data perbandingan suhu generator beban Kapasitif pada keadaan
seimbang dan tidak seimbang pengukuran menggunakan metode perhitungan resistansi ... 94 Tabel 4.29 Data perbandingan metode thermometer infrared dengan
perhitungan resistansi pada beban Kapasitif seimbang ... 96 Tabel 4.30 Data perbandingan metode thermometer infrared dengan
xix
menggunakan Thermometer Infrared ... 99 Tabel 4.32 Tabel perbandingan jenis beban dalam keadaan tidak seimbang
menggunakan Thermometer Infrared ... 101 Tabel 4.33 Tabel perbandingan jenis beban dalam keadaan seimbang
menggunakan metode perhitungan resistansi ... 102 Tabel 4.34 Tabel perbandingan jenis beban dalam keadaan tidak seimbang
