Analisis Pengaruh Kumparan Tersier Terhadap Kinerja Transformator
Tiga Fasa
Epiwardi1, Rachmat Sutjipto2, Heri Sungkowo3 1,2,3Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Malang, Indonesia
1epiwardi@yahoo.co.id, 2rachmat.sutjipto@polinema.ac.id,3 heri.sungkowo@polinema.ac.id
I. PENDAHULUAN
Transformator merupakan peralatan listrik yang sangat berpengaruh pada sistem ketenagalistrikan, mulai dari pembangkit, transmisi, distribusi dan konsumsi. Kinerja operasi transformator ini dapat dilihat dari efisiensi, regulasi tegangan dan aliran arus beban, serta bagaimana transformator tetap dapat beroperasi pada sistem dalam keadaan normal maupun keadaan darurat.
Transformator dirancang untuk menyelurkan energi listrik dengan rugi-rugi sekecil mungkin atau efisiensi yang tinggi. Transformator secara umum terdiri dari dua kumparan yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder. Jika dalam penggunaannya diperlukan tambahan sumber tegangan yang berbeda, dapat dilayani dengan tambahan kumparan tersier, yang disebut sebagai transformator tiga kumparan. Tetapi dilapangan tidak semua transformator daya memiliki kumparan tersier. Bagaimana perbedaan kinerja transformator tiga kumparan antara menggunakan belitan tersier dan tidak.
Dari beberapa literatur menjelaskan berbagai fungsi kumparan tersier, diantaranya kumparan tersier dapat memperbaiki tegangan tidak seimbang yang terjadi pada sisi beban, belitan tersier dihubungkan dalam formasi delta pada transformator tiga kumparan dapat membantu membatasi atau mendistribusikan aliran arus gangguan jika
terjadi hubung singkat dari saluran ke netral, dapat mengurangi ketidakseimbangan sisi primer karena ketidakseimbangan dalam beban tiga fase. Kumparan tersier dapat memasok alat bantu pada tegangan yang berbeda dari belitan primer dan sekunder. Transformator dalam hubungan bintang-bintang (Y-y), beban yang tidak seimbang dapat mengakibatkan perpindahan/pergeseran titik netral dan arus harmonisa ketiga dapat bersirkulasi di antara saluran dan pentanahan/bumi. Permasalahan tersebut dapat diatasi dengan menggunakan belitan stabilisasi (tersier) yang terhubung delta [1,2,3].
Transformator tiga phasa dengan tiga kumparan banyak digunakan dalam power sistem. Ketika rating MVA dari kumparan ketiga bernilai lebih rendah dari kumparan primer maupun kumparan sekunder, maka kumparan ketiga disebut dengan kumparan tersier. Kumparan tersier dapat digunakan ketika beban aktual atau beban tambahan dalam suatu gardu induk harus dipasok pada rating tegangan yang berbeda dari rating tegangan kumparan primer maupun rating tegangan kumparan sekunder. Kumparan tersier dapat dihubungkan ke beberapa komponen kompensasi daya reaktif seperti kondensor, reactor shunt, atau kapasitor bank untuk injeksi daya reaktif ke dalam sistem sehingga tegangan dapat dipertahankan dalam batas yang telah ditentukan. Dalam beberapa aplikasi yang disebutkan, kumparan tersier biasa Abstrak
Transformator merupakan peralatan listrik yang sangat berpengaruh pada sistem ketenagalistrikan. Transformator dirancang untuk menyelurkan energi listrik dengan rugi-rugi sekecil mungkin atau efisiensi yang tinggi. Transformator secara umum terdiri dari dua kumparan yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder. Jika dilapangan diperlukan tambahan sumber tegangan yang berbeda, dapat dilayani dengan kumparan tersier, yang disebut dengan transformator tiga kumparan. Tetapi dilapangan tidak semua transformator daya memiliki kumparan tersier. Pada penelitian ini akan dianalisis tentang pengaruh kumparan tersier terhadap kinerja transformator tiga fasa, khususnya terhadap nilai efisiensi dan regulasi tegangan. Pengambilan data dilakukan di laboratorium Teknik Listrik Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Malang, dengan pengujian pembebanan seimbang dan tidak seimbang. Dari hasil pengujian dan analisis diketahui bahwa penggunaan kumparan tersier berpengaruh lebih baik terhadap efisiensi dan regulasi tegangan transformator tiga fasa tiga kumparan pada pembebanan tidak seimbang dibanding dengan pembebanan seimbang. Pengaruh untuk perbaikan efisiensi pada beban tidak seimbang sebesar 0,63 persen dan regulasi tegangan 3,32 persen, sedangkan Efisiensi dan regulasi tegangan pada beban seimbang relatif sama, dengan perngaruh terhadap efisiensi sebesar 0,15 persen dan regulasi tegangan 0,37 persen.
Kata kunci : kumparan, tersier, efisiensi, regulasi, transformator
dihubungkan secara delta yang berfungsi untuk menstabilkan tegangan[1,2].
Gambar 1. Transformator tiga kumparan dengan kumparan tersier terhubung delts
Pada literatur lain tentang pengaruh belitan tersier dalam mengurangi harmonisa, diketahui bahwa transformator hubungan Y-Y dengan penambahan kumparan tersier yang terhubung delta (Y-y-d), dapat memperbaiki tegangan tidak seimbang dan mengurangi harmonisa. Untuk keadaan beban seimbang, tegangan harmonisa berkurang hingga 4,87 V dan arus harmonisa hingga 0,29 mA. Sedangkan pada keadaan beban tidak seimbang, tegangan harmonisa berkurang hingga 1,69 V dan arus harmonisa hingga 0,6 mA[4].
Berdasarkan permasalahan dan literatur terdahulu, maka pada penelitian ini akan dilakukan analisis pengaruh kumparan tersier terhadap kinerja transformator tiga fasa, khususnya pada nilai efisiensi dan regulasi tegangan.
II.METODEPENELITIAN
Metode dan tahapan kegiatan penelitian mulai dari studi literatur sampai pengolahan dan analisis data tentang pengaruh kumparan tersier terhadap efisiensi dan regulasi tegangan transformator tiga fasa tiga kumparan, seperti pada diagram alir gambar 2.
Berikut adalah penjelasan dari diagram alir penelitian: 1. Melakukan studi literatur tentang transformator tiga
kumparan yang meliputi karakteristik efesiensi dan regulasi tegangan, dan analisis pembebanan transformator tiga fasa tiga kumparan dan dua kumparan.
2. Perumusan masalah dan tujuan tentang kinerja transformator tiga kumparan yang akan dianalisis. 3. Merencanakan rangkaian pengujian dan penentuan
parameter pengujian sesuai permasalahan yang akan dianalisis, yaitu pengaruh pemakaian kumparan tersier terhadap efisiensi dan regulasi tegangan,
4. Perakitan rangkaian pengujian sesuai gambar 3 dan pengambilan data untuk kondisi tanpa beban, berbeban seimbang dan tidak seimbang. Data diambil pada transformator tanpa menggunakan kumparan tersier hubungan Y-y dan dengan kumparan tersier hubungan Y-y-d.
5. Perhitungan dan analisis data yang dilakukan terhadap parameter efesiensi dan regulasi tegangan pada transformator hubungan Y-y dan Y-y-d.
Gambar 2. Diagram alir penelitian
III.PENGUJIANTRANSFORMATOR
A. Tempat dan Tujuan Pengujian
Pengujian dilakukan di laboratorium Program Studi Teknik Listrik, Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Malang. Tujuan pengujian adalah untuk mengetahui efisiensi dan regulasi tegangan transformator tiga fasa tiga kumparan saat dibebani seimbang dan tidak seimbang dalam hubungan Y-Y tanpa menggunakan kumparan tersier dan hubungan Y-y-d menggunakan kumparan tersier. Pengambilan data meliputi parameter terkait permasalahan, yaitu tegangan, arus, daya, pada sisi primer dan sekunder. Pada sisi primer satuan parameter yang diukur adalah sesuai dengan tegangan sumber, yaitu arus dan tegangan antar fasa. Pada sisi sekunder satuan parameter yang diukur berdasarkan spesifikasi tegangan beban, yaitu arus dan teganga antara fasa dengan netral. B. Alat dan Bahan
1. Transformator tiga kumparan Merek : De Lorenzo Tipe : DL 1080TT
Daya utama : 800 VA daya cadangan: 266 VA Buatan : Italy
Tegangan primer : 380 volt (multy tap) Tegangan sekunder : 220 vol (multy tap) Tegangan tersier : 220 volt
2. Power supply 3. Voltmeter 4. Amper meter 5. Power Meter Kit 6. Modul fitting E27
7. Beban (Lampu pijar 25 – 200 Watt). 8. Kabel penghubung
C. Rangkaian Pengujian
Gambar 3. Rangkaian pengujian transformator D. Langkah-Langkah Pengujian
1. Persiapan dan kalibrasi alat ukur dan power supply yang akan digunakan.
2. Merangkai peralatan sesuai dengan gambar 3 transformator hubungan Y-y .Terminal sisi primer dihubungkan dengan sumber tegangan dan terminal sisi sekunder tanpa beban. Catat data pengujian dan ulangi untuk hubungan Y-y-d.
3. Pengujian beban seimbang hubungan Y-y. Sambungkan beban hubungan bintang dan catat data sesuai dengan variasi beban yang sudah ditetapkan. Lanjutkan pengujian pada hubungan Y-y-d.
4. Pengujian beban tidak seimbang hubungan y dan Y-y-d, sama seperti poin 3. Catat data sesuai dengan variasi beban yang sudah ditetapkan.
TABEL 1. DATA HASIL PENGUJIAN BEBAN SEIMBANG SISI PRIMER
TABEL 2. DATA HASIL PENGUJIAN BEBAN SEIMBANG SISI SEKUNDER
TABEL 3. DATA HASIL PENGUJIAN BEBAN TIDAK SEIMBANG SISI PRIMER
TABEL 4. DATA HASIL PENGUJIAN BEBAN TIDAK SEIMBANG SISI SEKUNDER
IV.HASILDANPEMBAHASAN
A. Data dan Analisa Efisiensi Transformator Tiga Fasa Tiga Kumparan.
Naik turunnya beban selalu diikuti oleh perubahan nilai efisiensi transformator. Efisiensi merupakan persentase perbandingan antara daya output dan daya input. Daya output dipengaruhi oleh pembebanan dan , sedangkan daya input merupakan penjumlahan daya output dan rugi-rugi transformator .Analisis efisiensi menggunakan formula efisiensi (η) transformator [6].
η = #$%&'%&
#$%&'%&(∑ *+,-./+,-= 0123
045623 x 100% (1)
Model analisis efisiensi transformator menggunakan data hasil pengujian TABEL1,II,III dan IV pada beban 50 watt seimbang dengan data sebagai berikut:
Pinput = 186 watt
Poutput = 157 watt
Efisien si (η) =157
186 x 100 % = 84,25 %
Dengan perhitungan yang sama diperoleh nilai efisiensi transformator hubungan y-y dan Y-y-d pada kondisi beban seimbang dan tidak seimbang seperti pada TABEL 5 dan TABEL 6. Berdasarkan data efisiensi, selanjutnya dapat dianalisa nilai rata-rata dan pengaruh penggunaan kumparan tersier terhadap efisiensi transformator tiga fasa.
TABEL 5. EFISIENSI TRANSFORMATOR TIGA FASA HUBUNGAN Y-y DAN Y-y-d BEBAN SEIMBANG
Dari data TABEL 5 dapat dianalisa nilai pengaruh penggunaan kumparan tersier terhadap efisiensi transformator tiga fasa beban seimbang sebagai berikut: Diketahui efisiensi rata-rata beban seimbang (ղbs) Y-y adalah 88,81 % dan ղbs Y-y-d = 88,68%. Maka nilai pengaruh efisiensi (Pղbs) adalah :
Pղbs =ղbs Y − y − d − ղbs Y − y
ղbs Y − y x 100 % Pղbs =88,81 − 88,68
88,68 x 100 % 𝑃ηps = 0,15 %
TABEL 6. EFISIENSI TRANSFORMATOR TIGA FASA HUBUNGAN Y-y DAN Y-y-d BEBAN TIDAK SEIMBANG
Dari data TABEL 6 dapat dianalisa nilai pengaruh penggunaan kumparan tersier terhadap efisiensi
transformator tiga fasa beban tidak seimbang sebagai berikut:
Diketahui efisiensi rata-rata beban tidak seimbang (ղbts) Y-y adalah 91,09 % dan ղbts Y-y-d = 91,66 %. Maka nilai pengaruh efisiensi (Pղbts) adalah :
Pղbts =ղbts Y − y − d − ղbts Y − y
ղbts Y − y x 100 % Pղbts =91,66 − 91,09
91,09 x 100 % Pηpts = 0,63 %
Gambar 4. Grafik efisiensi transformator Y-y dan Y-y-d beban seimbang dan tidak seimbang
Dari hasil analisa dan grafik gambar 4 terlihat bahwa efisiensi pada beban seimbang hubungan Y-y dan Y-y-d relatif sama, dengan selisih 0,15 persen. Untuk beban tidak seimbang terdapat pengaruh penggunaan kumparan tersier yang lebih besar, yaitu 0,63 persen lebih baik, dengan nilai refisiensi rata-rata hubungan Y-y 91.09 persen dan Y-y-d 91,66 persen.
B. Data dan Analisa Regulasi Tegangan Transformator Tiga Fasa Tiga Kumparan.
Regulasi tegangan suatu transformator adalah perubahan tegangan sekunder pada saat tanpa beban (Vstb) dengan tegangan sekunder saat berbeban (Vsb), pada tegangan primer (Vp) yang konstan. Berikut adalah analisis penentuan regulasi tegangan (Vreg) dengan formula berikut[5].
VR =VW(3X56X YZYX5)[VW(YZ\YZYX5)
VW(YZ\YZYX5) x 100% (2)
Model analisis regusi tegangan menggunakan data hasil pengujian TABEL 2 pada beban seimbang 50 watt fasa S (Vs) dengan data sebagai berikut:
Tegangan tanpa beban Vstb = 229 Volt Tegangan tanpa beban Vsb = 222 Volt Regulasisi (Vreg) =Vstb − Vsb
Vsb x 100 % =229 − 222
= 3,15 %
Dengan metode yang sama, didapatkan nilai regulasi tegangan transformator tiga fasa tiga kumparan hubungan Y-y dan Y-y-d, dengan variasi pembebanan seimbang dan tidak seimbang pada TABEL 7 dan TABEL 8. Selanjutnya Pengaruh penggunaan kumparan tersier terhadap regulasi tegangan transformator tiga fasa beban seimbang dan tidak seimbang hubungan Y-y dan Y-y-d dapat dihitung dari selisih regulasi tegangan rata-rata (VR) dalam prosentase.
TABEL 7. REGULASI TRANSFORMATOR TIGA FASA HUBUNGAN Y-y DAN Y-y-d BEBAN SEIMBANG
Dari data TABEL 7 dapat dianalisis nilai pengaruh penggunaan kumparan tersier terhadap regulasi tegangan transformator beban seimbang. Diketahui regulasi rata-rata beban tidak seimbang Vreg Y-y adalah 5,34 % dan Vreg Y-y-d = 5,36 %
Selisih Vreg =Vreg Y − y − Vreg Y − y − d
Vreg Y − y x 100 %
Selisih Vreg =5,34 − 5,36
5,34 x 100 % = -0,37 %
TABEL 8. REGULASI TRANSFORMATOR TIGA FASA HUBUNGAN Y-y DAN Y-y-d BEBAN TIDAK SEIMBANG
Dari data TABEL 8 dapat dianalisis nilai pengaruh penggunaan kumparan tersier terhadap regulasi tegangan transformator beban tidak seimbang. Diketahui regulasi rata-rata Vreg Y-y= 4,98 % dan Vreg Y-y-d = 4,82 %
Selisih Vreg =Vreg Y − y − Vreg Y − y − d
Vreg Y − y − d x 100 % Selisih Vreg =4,98 − 4,82
4,82 x 100 % = 3,32 %
Gambar 5. Grafik regulasi tegangan transformator Y-y dan Y-y-d beban seimbang dan tidak seimbang
Dari hasil analisa dan grafik gambar 5 terlihat bahwa regulasi tegangan pada beban seimbang hubungan Y-y dan Y-y-d relatif sama, dengan selisih 0,37 persen. Untuk beban tidak seimbang terdapat pengaruh penggunaan kumparan tersier yang lebih besar, yaitu 3,32 persen lebih baik, dengan nilai regulasi tegangan Y-y 4,98 persen dan Y-y-d 4,82 persen
V.KESIMPULANDANSARAN A. Dari hasil analisa Kesimpulan
dan pembahasan yang dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Efisiensi pada beban seimbang hubungan Y-y dan Y-y-d relatif sama, Y-y-dengan selisih 0,15 persen. Untuk beban tidak seimbang terdapat pengaruh penggunaan kumparan tersier yang lebih besar, dengan nilai 0,63 persen lebih baik, dengan nilai refisiensi rata-rata hubungan Y-y 91.09 persen dan Y-y-d 91,66 persen. 2. Regulasi tegangan pada beban seimbang hubungan
Y-y dan Y-Y-y-d relatif sama, dengan selisih 0,37 persen. Untuk beban tidak seimbang terdapat pengaruh penggunaan kumparan tersier yang lebih besar, yaitu 3,32 persen lebih baik, dengan nilai regulasi tegangan Y-y 4,98 persen dan Y-y-d 4,82 persen
B. Saran
Dalam pengujian sebaiknya menggunakan sumber tegangan yang stabil dan seimbang, agar mendapatkan data pengujian yang lebih akurat. Pengujian dapat dilanjutkan untuk pembebanan dan jenis beban yang berbeda.
REFERENSI
[1] Akhtar, Engr Irvan. “Role of Tertiary Winding in a Power Transformer”.www.linkedin.com/pulse/ role-tertiary-winding-power-transformer-akhtar-pe-msc-eng-bsc-eng. (akses tanggal 12 Juli 2020)
[2] Jha, Abhishek. “In what way is the tertiary winding used in transformers”. www.quora.com/In-what-way-is-the-tertiary-winding-used-in-transformers (akses tanggal 12 Juli 2020)
[3] K.,Harrij Mukti. “Analisis Kinerja Transformator Tiga Belitan Sebagai Generator Step-Up Transformer”. Teknik Elektro Politeknik Negeri Malang.2013
[4] Prasetta, Andre., Hari Purnomo, Unggul Wibawa. ”Pengaruh penggunaan belitan tersier pada transformator hubungan Y-Y dalam mengurangi harmonisa”. Jurnal Mahasiswa TEUB. Vol 5. 2017.
[5] Wibowo, Ray.”Pengaturan tegangan(Regulasi
tegangan)”.www.academia.edu/31330559/PENGATURAN_ TEGANGAN_Regulasi_Tegangan.(diakses 12 Juli 2020).
[6] Silalahi, Mikael.”Menentukan regulasi dan efisiensi transformator”.www.scribd.com/document/438397808/MEN
