Analisis Tegangan dan Arus pada Sekunder Transformator Tiga Fasa Delta. (Aplikasi pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU)

(1)

Analisis Tegangan dan Arus pada Sekunder Transformator Tiga Fasa Delta

Wye Bila Salah Satu Belitan Primernya Terbuka (Aplikasi pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU)

Diajukan untuk memenuhi persyaratan

menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada

Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Energi Listrik

Oleh

Windi Wirawan

NIM : 120402071

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

(3)

ABSTRAK

Pada saat-saat tertentu, transformator yang digunakan dapat mengalami kerusakan. Contoh kerusakan yang terjadi adalah terputusnya lilitan pada salah satu belitan transformator tiga fasa, kerusakan ini dapat terjadi akibat kegagalan sistem proteksi transformator pada saat arus lebih melalui belitan transformator sehingga terjadi pemanasan berlebih dan dapat berakibat terputusnya penghantar pada lilitan transformator. Tugas Akhir ini berisi tentang bagaimana perbandingan tegangan dan arus pada sekunder transformator tiga phasa saat keadaan normal dan saat salah satu belitan phasa primer mengalami kerusakan. Studi dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU pada transformator 3 fasa 50 hz 2 KVA dengan transformator terhubung delta-wye

Dari hasil penelitian tersebut didapatkan bahwa drop tegangan phasa ke netral sekunder yang terjadi akibat putusnya lilitan pada belitan phasa R primer dalam keadaan tanpa beban adalah 3,2% pada phasa R ; 2,7% pada phasa S ; dan 2,86%, dan saat dibebani 3x350 Watt (48% Kapasitas Trafo), drop tegangan phasa ke netral pada sisi sekunder yaitu 9,54 % pada phasa R ; 4,97 % pada phasa S; dan 5,5 % pada phasa T. Nilai arus beban yang mengalir pada keadaan tersebut juga menjadi berkurang, penurunan arus yang paling besar terjadi pada arus phasa R ketika melayani beban 350 W yaitu 0,16 A lebih kecil dari arus nominal beban.

Kata Kunci : Transformator 3 Phasa, Drop Tegangan, Transformator Delta-Wye, Arus beban

(4)

KATA PENGANTAR

Dengan menyebut nama Allah SWT yang Maha Pengasih lagi Maha Penyayang. Segala Puji bagi Allah SWT atas limpahan nikmat, berkat dan ridho- Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul:

“Analisis Tegangan dan Arus pada Sekunder Transformator Tiga Fasa Delta Wye Bila Salah Satu Belitan Primernya Terbuka”

Tugas akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara.

Tugas akhir ini penulis persembahkan kepada Papa (H. Wirman) dan Mama (Hj. Susilawati) yang telah membimbing dan mendukung penulis dengan kasih sayang hingga saat ini, serta untuk Uni Wilda Wirawati dan Adik Wendra Wirawan yang telah memberikan semangat kepada penulis serta dukungan selama masa studi hingga selesainya tugas akhir ini.

Selama masa kuliah hingga penyelesaian tugas akhir ini, penulis juga banyak mendapatkan dukungan maupun bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin menyampaikan ucapan rasa terima kasih kepada :

1. Bapak Ir. Syamsul Amien, M.S., selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir serta Kepala Laboratorium Konversi Energi Listrik yang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk selalu memberikan bantuan, bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama perkuliahan hingga penyusunan Tugas Akhir ini

(5)

2. Bapak Ir. Eddy Warman, M.T., selaku dosen Penguji Tugas Akhir yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini dan telah banyak motivasi selama masa perkuliahan

3. Bapak Ir. Raja Harahap M.T., selaku Dosen Penguji Tugas Akhir telah banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini serta senantiasa memberikan bimbingan selama perkuliahan

4. Bapak Tigor Hamonangan Nasution, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing akademik yang telah banyak memberi arahan serta masukan selama masa studi

5. Laboran dan Rekan Laboratorium Konversi Energi Listrik Om Roy, Ibas, Gading, Syahrul, Bang Zein, Bang Aspar, Alvi, Akbar

6. Seluruh teman-teman jurusan Teknik Elektro angkatan 2012

7. Rekan-rekan sekretariat hipermaksi Bg Uum, Ridho, Bg Yan, Andre, Dien, Wahyu, Faisal, dan Mayen atas dukungan dan persahabatan selama masa studi penulis

8. Rekan-rekan mahasiswa baik senior maupun junior yang telah banyak membantu penulis selama perkuliahan

9. Semua pihak yang belum dapat disebutkan yang telah membantu penulis semasa perkuliahan.

Penulis menyadari bahwa dalam penulis Tugas Akhir ini masih belum sempurna karena masih terdapat banyak kekurangan baik dari segi isi maupun susunan bahasanya. Saran dan kritik dari pembaca dengan tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan. Akhir kata,

(6)

penulis berharap semoga penulisan Tugas Akhir ini dapat berguna bagi kita semua dan hanya kepada Allah SWT-lah penulis menyerahkan diri.

Medan, Desember 2016 Penulis

Windi Wirawan

(7)

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR TABEL ... x

BAB I PENDAHULUAN ... 1

Latar Belakang ... 1

Rumusan Masalah ... 2

Tujuan Penelitian ... 3

Batasan Masalah ... 3

Manfaat Penulisan ... 4

BAB II DASAR TEORI ... 5

Transformator ... 5

Konstruksi Transformator ... 5

Prinsip Kerja Transformator ... 8

2.3.1 Transformator pada Keadaan Tanpa Beban ... 8

2.3.2 Transformator pada Keadaan Berbeban ... 11

Rangkaian Ekivalen Transformator ... 11

Efisiensi dan Regulasi Tegangan Transformator ... 12

(8)

Transformator Tiga Fasa ... 14

Hubungan Tiga Fasa Dalam Transformator ... 15

Hubungan Belitan Transformator Tiga Fasa ... 17

Gangguan pada Transformator ... 22

Keadaan Transformator Tiga Fasa dengan Salah Satu Belitan Primer Terbuka ... 23

BAB III METODE PENELITIAN ... 25

Tempat dan Waktu ... 25

Peralatan yang Digunakan ... 25

Variabel yang Diamati ... 25

Prosedur Penelitian ... 26

3.4.1 Percobaan Menentukan Perbandingan Belitan Transformator 26 3.4.2 Percobaan Transformator hubungan Delta-Wye Tanpa Beban 27 3.4.3 Percobaan Transformator hubungan Delta-Wye berbeban ... 28

3.4.4 Percobaan Transformator Hubungan Delta-Wye Tanpa Beban dengan Belitan Primer Phasa R Terbuka ... 30

3.4.5 Percobaan Transformator Hubungan Delta-Wye Berbeban dengan Belitan Primer Phasa R Terbuka ... 31

Pelaksanaan Penelitian ... 33

3.5.1 Proses Pengumpulan Data ... 33

3.5.2 Melakukan Analisis Data ... 34

(9)

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 35

Data Percobaan ... 35

4.1.1 Percobaan Menentukan Perbandingan Belitan Transformator 35 4.1.2 Percobaan Transformator hubungan Delta-Wye Tanpa Beban 35 4.1.3 Percobaan Transformator hubungan Delta-Wye Berbeban ... 36

4.1.4 Percobaan Transformator Hubungan Delta-Wye Tanpa Beban dengan Belitan Primer Phasa R Terbuka ... 37

4.1.5 Percobaan Transformator Hubungan Delta-Wye Berbeban dengan Belitan Primer Phasa R Terbuka ... 37

Analisa Data ... 38

Grafik ... 47

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 51

Kesimpulan ... 51

Saran ... 52

DAFTAR PUSTAKA ... 53 LAMPIRAN

(10)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Konstruksi Transformator Satu Fasa ... 6

Gambar 2.2 Konstruksi Laminasi Inti Transformator Tipe Inti ... 6

Gambar 2.3 Konstruksi Laminasi Inti Transformator Tipe Cangkang ... 7

Gambar 2.4 Polaritas Tegangan Transformator... 7

Gambar 2.5 Transformator Pada Keadaan Tanpa Beban ... 8

Gambar 2.6 Diagram Vektor transformator ideal tanpa beban ... 9

Gambar 2.7 Transformator pada Keadaan Berbeban ... 11

Gambar 2.8 Rangkaian Ekivalen Transformator ... 12

Gambar 2.9 Transformator tiga fasa tipe inti... 14

Gambar 2.10 Transformator Tiga Fasa Tipe Cangkang ... 15

Gambar 2.11 Hubungan Wye ... 15

Gambar 2.12 Hubungan Delta ... 16

Gambar 2.13 Transformator Bank 3 Fasa terhubung Wye-Delta ... 18

Gambar 2.14 Transformator Tiga Fasa Terhubung Wye-Delta... 18

Gambar 2.15 Transformator Bank Tiga Fasa Terhubung Delta-Wye ... 19

Gambar 2.16 Transformator Tiga Fasa Terhubung Delta-Wye... 19

Gambar 2.17 Transformator Bank 3 Fasa terhubung Wye-Wye ... 20

Gambar 2.18 Transformator Tiga Fasa Terhubung Wye-Wye ... 20

Gambar 2.19 Transformator Bank 3 Fasa terhubung Delta-Delta ... 21

Gambar 2.20 Transformator Tiga Fasa Terhubung Delta-Delta ... 22

Gambar 2.21 Keadaan Transformator Tiga Fasa dengan Salah Satu Belitan Primer Terbuka ... 24

(11)

Gambar 3.1 Rangkaian Percobaan Menentukan Perbandingan Belitan Transformator ... 27 Gambar 3.2 Rangkaian Percobaan Transformator hubungan Delta-Wye Tanpa Beban ... 28 Gambar 3.3 Rangkaian Percobaan Transformator hubungan Delta-Wye berbeban ... 29 Gambar 3.4 Rangkaian Percobaan Transformator Hubungan Delta-Wye Tanpa Beban dengan Belitan Primer Phasa R Terbuka ... 30 Gambar 3.5 Rangkaian Percobaan Transformator Hubungan Delta-Wye Berbeban dengan Belitan Primer Phasa R Terbuka ... 32 Gambar 3.6 Diagram Alur Proses Pengambilan data ... 33 Gambar 4.1 Grafik Beban vs Tegangan sekunder transformator phasa R .. 47 Gambar 4.2 Grafik Beban vs Tegangan sekunder transformator phasa S ... 48 Gambar 4.3 Grafik Beban vs Tegangan sekunder transformator phasa T ... 48 Gambar 4.4 Grafik Beban vs Arus pada sekunder transformator phasa R .. 49 Gambar 4.5 Grafik Beban vs Arus pada sekunder transformator phasa S .. 50 Gambar 4.6 Grafik Beban vs Arus pada sekunder transformator phasa T .. 50

(12)

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Tabel Data Hasil Percobaan Menentukan Perbandingan Belitan Transformator ... 35 Tabel 4.2 Tabel Data Hasil Percobaan Transformator hubungan Delta-Wye Tanpa Beban ... 36 Tabel 4.3 Tabel Data Hasil Percobaan Transformator hubungan Delta-Wye Berbeban ... 36 Tabel 4.4 Tabel Data Hasil Percobaan Transformator Hubungan Delta-Wye Tanpa Beban dengan Belitan Primer Phasa R Terbuka ... 37 Tabel 4.5 Tabel Data Hasil Percobaan Percobaan Transformator Hubungan Delta-Wye Berbeban dengan Belitan Primer Phasa R Terbuka ... 37

(13)

BAB 1 PENDAHULUAN Latar Belakang

Energi Listrik merupakan salah satu energi yang penggunaannya sangat luas meliputi penggunaan di industri maupun di rumah tangga. Energi listrik yang baik dapat dilihat dari kualitas dan kontinuitas pelayanan dari energi listrik tersebut.

Kualitas energi listrik dinilai dari kestabilan tingkat tegangan, arus dan frekuensi, sedangkan kontinuitas pelayanan energi listrik dinilai dari kestabilan aliran daya listrik dari pembangkit ke beban. Agar terpenuhinya kebutuhan akan energi listrik, sistem kelistrikan diminta untuk menjaga kualitas dan kontinuitas pelayanan energi listrik. Sistem kelistrikan terdiri dari sistem pembangkitan, sistem penyaluran, dan sistem pendistribusian, dimana ketiga sistem tersebut memiliki rating tegangan yang berbeda. Agar dihasilkan rating tegangan yang sesuai dengan sistem, maka digunakan alat yang dapat mengubah rating tegangan tersebut yaitu transformator.

Transformator merupakan suatu alat yang dapat memindahkan dan/atau mengubah energi listrik dari suatu rangkaian listrik ke rangkaian listrik lainnya dengan suatu perbandingan transformasi tertentu. Energi listrik yang dapat dipakai pada transformator adalah energi listrik bolak-balik. Pada umumnya transformator yang digunakan pada sistem kelistrikan adalah transformator tiga fasa, karena suplai tegangan dan arus dari pembangkit tenaga listrik adalah tegangan dan arus tiga fasa. Transformator diharapkan mampu memindahkan energi listrik dari sistem pembangkit ke sistem penyaluran, serta dari sistem penyaluran ke sistem pendistribusian beban.

BAB I

(14)

Pada saat-saat tertentu, transformator yang digunakan dapat mengalami kerusakan. Contoh kerusakan yang terjadi adalah terputusnya lilitan pada salah satu belitan transformator tiga fasa, kerusakan ini dapat terjadi akibat kegagalan sistem proteksi transformator pada saat arus lebih melalui belitan transformator sehingga terjadi pemanasan berlebih dan dapat berakibat terputusnya penghantar pada lilitan transformator. Agar suplai energi listrik dari ke beban tidak terganggu, maka dilakukan tindakan sementara sebelum perbaikan atau penggantian transformator tersebut yaitu dengan mengoperasikan transformator dengan dua belitan lain yang masih normal.

Dengan demikian, penulis merasa perlu untuk dilakukan pengujian terhadap transformator saat terjadi kerusakan seperti tersebut diatas, sehingga didapat perbandingan tegangan dan arus keluaran transformator pada keadaan normal dengan pada keadaan salah satu belitannya mengalami kerusakan.

Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah tugas akhir ini adalah:

1. Bagaimana cara mengoperasikan transformator saat salah satu belitan primernya mengalami kerusakan.

2. Bagaimana nilai tegangan dan arus keluaran transformator saat salah satu belitan primernya mengalami kerusakan.

3. Bagaimana perbandingan tegangan dan arus keluaran transformator saat salah satu belitan primernya mengalami kerusakan dengan saat

transformator dalam keadaan normal.

(15)

Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah:

1. Memberikan penjelasan apakah transformator dapat dioperasikan pada saat salah satu belitan transformator mengalami kerusakan dengan tegangan dan arus tiga fasa hanya disalurkan melalui dua belitan transformator lainnya.

2. Untuk mendapatkan perbandingan tegangan dan arus keluaran pada saat transformator keadaan normal dan saat mengalami kerusakan pada salah satu belitan fasa primernya.

3. Untuk mengetahui nilai drop tegangan yang timbul pada sekunder transformator akibat salah satu fasa belitan primer mengalami kerusakan

Batasan Masalah

Adapun pembatasan masalah yang dilakukan dalam penulisan tugas akhir ini adalah:

1. Pengujian tegangan keluaran dan arus beban saat keadaan gangguan dan keadaan normal adalah belitan primer transformer terhubung delta dan belitan sekunder transformer terhubung wye.

2. Pengujian keadaan gangguan adalah belitan primer fasa R dihubung terbuka.

3. Data yang diperlukan diambil melalui penelitian di Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU.

(16)

4. Transformator yang digunakan adalah transformator tiga fasa pada Laboratorium Konversi Energi Listrik Departemen Teknik Elektro FT- USU.

5. Beban yang digunakan adalah lampu pijar dengan keadaan besaran seimbang.

6. Tidak membahas hubungan belitan transformator yang lain.

7. Tidak membahas rugi-rugi pada transformator.

8. Tidak membahas sistem proteksi pada transformator.

Manfaat Penulisan

Adapun manfaat yang didapat dalam peneitian ini adalah:

1. Untuk memprediksi tegangan dan arus pada sekunder transformator apabila terjadi gangguan terputusnya salah satu lilitan di primer transformator 2. Dapat memberikan informasi dan pembaca mengenai pengaruh terputusnya

lilitan pada salah satu belitan primer transformator terhadap tegangan dan arus pada sekunder transformator

(17)

BAB 2 DASAR TEORI Transformator

Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat mengubah energi listrik dari suatu level tegangan/arus tertentu ke level tegangan/arus yang lain sesuai dengan perbandingan lilitan primer dan sekunder transformator. Penggunaan transformator dalam sistem tenaga memungkinkan terpilihnya tegangan yang sesuai untuk tiap-tiap keperluan misalnya kebutuhan akan tegangan tinggi dalam pengiriman daya listrik jarak jauh. (Zuhal 1990)

Transformator digunakan untuk menaikkan tegangan dari pusat pembangkit menjadi tegangan tinggi di sisi transmisi. Pada sisi transmisi, penaikan tegangan berguna agar rugi-rugi daya sebesar 𝐼²𝑅 yang disalurkan transmisi menjadi lebih kecil. Pada sisi distribusi, transformator digunakan untuk menurunkan tegangan ke level tegangan yang dapat digunakan oleh peralatan listrik di sisi konsumen.

Transformator yang digunakan pada jaringan energi listrik yaitu transformator tenaga dan transformator distribusi. Sedangkan di bidang elektronika, transformator digunakan untuk peralatan-peralatan seperti adaptor, charger elektronik, televisi, radio, dan alat elektronik lainnya.

Konstruksi Transformator

Konstruksi transformator pada dasarnya terdiri dari lilitan dan inti transformator. Inti transformator terbuat dari bahan ferromagnetik berupa plat-plat tipis (laminasi) yang ditumpuk menjadi satu dan terisolasi satu sama lainnya.

BAB II

(18)

Gambar 2.1 Konstruksi Transformator Satu Fasa (a) Tipe Inti

(b)Tipe Cangkang

Gambar 2.2 Konstruksi Laminasi Inti Transformator Tipe Inti

Berdasarkan cara melilitkan lilitan pada inti, transformator dibedakan menjadi transformator tipe inti (core type), dan transformator tipe cangkang (shell type).

(a) (b)

Konstruksi inti memiliki keuntungan yaitu kebocoran fluks yang lebih rendah dibandingkan konstruksi tipe cangkang. (Sudhoff 2014)

Konstruksi laminasi inti pada transformator tipe inti umumnya berbentuk huruf L-L dan huruf U-I seperti ditunjukkan pada Gambar 2.2, sedangkan konstruksi laminasi inti pada transformator tipe cangkang umumnya berbentuk huruf E-I dan huruf E-E seperti ditunjukkan pada Gambar 2.3.

(19)

Gambar 2.4 Polaritas Tegangan Transformator (a) Sama (b) Berlawanan

Gambar 2.3 Konstruksi Laminasi Inti Transformator Tipe Cangkang Kumparan primer ataupun kumparan sekunder dapat dililitkan searah mapun berlawanan arah jarum jam. Hal ini akan menentukan polaritas tegangan transformator tersebut. Jika kumparan primer dan kumparan sekunder dililitkan dengan arah yang sama, maka tegangan sekunder akan sefasa dengan tegangan primer yang ditunjukkan oleh Gambar 2.4 (a), dan jika kumparan primer dan kumparan sekunder dililitkan dengan arah yang berbeda, maka fasa tegangan sekunder akan berlawanan atau berbeda 180° dengan fasa tegangan primer seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 2.4 (b). (Karady and Holbert 2013)

(a) (b)

(20)

Gambar 2.5 Transformator Pada Keadaan Tanpa Beban Prinsip Kerja Transformator

Prinsip kerja transformator adalah ketika kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik akan mengakibatkan mengalirnya arus bolak- balik di sisi primer. Arus bolak-balik ini menimbulkan medan magnet yang berubah-ubah, medan magnet ini akan diperkuat oleh inti besi dan diantarkan inti besi ke kumparan sekunder. Berdasarkan hukum faraday yang menyatakan bahwa

“suatu tegangan induksi akan dihasilkan apabila medan magnet berubah-ubah terhadap waktu pada suatu lilitan”, maka medan magnet tersebut akan menghasilkan tegangan induksi pada sisi sekunder.

𝑒 = −𝑁 ^𝑑ɸ_𝑑𝑡

dimana : 𝑒 = gaya gerak listrik (volt) 𝑁 = Jumlah lilitan

^𝑑ɸ

𝑑𝑡 = perubahan medan magnet terhadap waktu 2.3.1 Transformator pada Keadaan Tanpa Beban

Bila kumparan primer suatu transformator dihubungkan dengan sumber tegangan V1 yang sinusoid, akan mengalirkan arus primer I0 yang juga sinusoid.

Dengan menganggap belitan N1 Induktif murni, I0 akan tertinggal 90° dari V1. (2.1)

(21)

Gambar 2.6 Diagram Vektor transformator ideal tanpa beban

Arus Primer I0 menimbulkan fluks (ɸ) yang sefasa dan juga berbentuk sinusoid. Berdasarkan hukum faraday pada persamaan (2.1) fluks sinusoid ini akan menghasilkan tegangan induksi:

𝑒₁ = −𝑁₁ ^𝑑ɸ_𝑑𝑡

𝑒₁ = −𝑁₁ ^𝑑(ɸ^𝑚𝑎𝑥_𝑑𝑡^{sin 𝜔𝑡)}

𝑒₁ = 𝑁₁ 𝜔ɸ_𝑚𝑎𝑥cos 𝜔𝑡

Persamaan tegangan induksi efektif untuk belitan primer transformator adalah:

𝐸₁ = ^𝑁¹^𝜔ɸ^𝑚𝑎𝑥

√2

𝐸₁ = ^𝑁¹^2𝜋𝑓ɸ_√ ^𝑚𝑎𝑥

2

𝐸₁ = ^𝑁¹^6,28𝑓ɸ^𝑚𝑎𝑥

√2

𝐸₁ = 4,44. 𝑓. 𝑁₁. ɸ_𝑚𝑎𝑥 (2.3)

(2.2)

(22)

Persamaan tegangan induksi efektif untuk belitan sekunder transformator adalah:

𝐸₂ = ^𝑁²^𝜔ɸ^𝑚𝑎𝑥

√2

𝐸₂ = ^𝑁²^2𝜋𝑓ɸ^𝑚𝑎𝑥

√2

𝐸₂ = ^𝑁²^6,28𝑓ɸ^𝑚𝑎𝑥

√2

𝐸₂ = 4,44. 𝑓. 𝑁₂. ɸ_𝑚𝑎𝑥

Sehingga didapat perbandingan tegangan induksi antara belitan primer dan belitan sekunder dengan membandingkan persamaan (2.3) dan (2.4) yaitu :

𝐸₁

𝐸₂

=

^{4,44.𝑓.𝑁}_{4,44.𝑓.𝑁}¹^.ɸ^𝑚𝑎𝑥

2.ɸ_𝑚𝑎𝑥

Atau

𝐸₁ 𝐸₂

=

^𝑁¹

𝑁₂

dimana :

𝐸₁ = Tegangan pada belitan primer (volt)

𝐸₂ = Tegangan pada belitan sekunder (volt)

𝑓 = frekuensi (Hz)

𝑁₁ = jumlah lilitan primer

𝑁₂ = jumlah lilitan sekunder

(2.4)

(2.5)

(2.6)

(23)

Gambar 2.7 Transformator pada Keadaan Berbeban ɸ_𝑚𝑎𝑥= fluks (weber)

2.3.2 Transformator pada Keadaan Berbeban

Pada keadaan berbeban, kumparan sekunder transformator dihubungkan dengan beban ZL. Akibatnya, I2 mengalir pada kumparan sekunder. Arus beban I2

ini akan menimbulkan gaya gerak magnet (ggm) yang cenderung menentang fluks bersama yang telah ada akibat arus pemagnetan Im. Agar fluks bersama yang telah ada tidak berubah nilainya, maka pada kumparan primer akan mengalir arus I2’, yang menentang fluks yang dibangkitkan oleh arus beban I2. Sehingga arus yang mengalir pada kumparan primer menjadi I0 + I2’.

Rangkaian Ekivalen Transformator

Transformator dapat dimodelkan dengan rangkaian elektrik ekivalen. Berikut ini adalah rangkaian ekivalen sebuah transformator apabila ditinjau dari sisi primer:

(24)

Gambar 2.8 Rangkaian Ekivalen Transformator

Keterangan :

RP = Hambatan primer XP = Reaktansi primer

RS = Hambatan sekunder XS = Reaktansi sekunder

RC = Hambatan inti XM = Reaktansi magnet

Efisiensi dan Regulasi Tegangan Transformator

Efisiensi adalah perbandingan daya keluaran dan daya masukan, efisiensi dapat di rumuskan sebagai berikut:

𝜂 = ^𝑃_𝑃^𝑜𝑢𝑡

𝑖𝑛 𝑥 100%

Karena, 𝑃_𝑂𝑢𝑡 = 𝑉₂. 𝐼₂. cos ɵ₂ 𝑃_𝑖𝑛 = 𝑃_𝑜𝑢𝑡+ Rugi-rugi

(2.8) (2.7)

(25)

𝑃_𝑖𝑛 = 𝑃_𝑜𝑢𝑡+ 𝑃_𝑐𝑢+ 𝑃_{𝑖𝑛𝑡𝑖}

𝑃_𝑖𝑛 = 𝑉₂. 𝐼₂. cos ɵ₂+ 𝑃_𝑐𝑢+ 𝑃_{𝑖𝑛𝑡𝑖}

Maka, dengan mensubtitusikan persamaan (2.7) dan (2.8) ke persamaan (2.6) diperoleh rumus untuk efisiensi adalah:

𝜂 = ^𝑉²^.𝐼²^{.cos ɵ}²

𝑉₂.𝐼₂.cos ɵ₂+ 𝑃_𝑐𝑢+ 𝑃_{𝑖𝑛𝑡𝑖} 𝑥100%

(Tanjung 2015)Dimana:

𝜂 = Efisiensi Transformator 𝑃_𝑜𝑢𝑡 = Daya Keluaran

𝑃_𝑖𝑛 = Daya Masukan 𝑉₂ = Tegangan Sekunder 𝐼₂ = Arus Sekunder cos ɵ₂ = Faktor Kerja Beban 𝑃_𝑐𝑢 = Rugi-rugi Tembaga 𝑃_{𝑖𝑛𝑡𝑖} = Rugi-rugi inti

Regulasi tegangan atau pengaturan tegangan adalah perubahan tegangan sekunder antara beban nol dan beban penuh pada suatu faktor kerja tertentu, dengan tegangan primer konstan dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

Pengaturan Tegangan = ^𝑉^2𝑛𝑙^−𝑉^2𝑓𝑙

𝑉_2𝑓𝑙

(2.9)

(2.10)

(2.11)

(26)

Dimana:

𝑉_2𝑛𝑙 = Tegangan sekunder saat tanpa beban 𝑉_2𝑓𝑙 = Tegangan sekunder saat beban penuh

Transformator Tiga Fasa

Transformator tiga fasa dapat dibentuk menggunakan dua cara yaitu dengan menghubungkan tiga buah transformator satu fasa, dan dengan membuat transformator dari tiga buah belitan primer, tiga belitan sekunder yang dihubungkan dengan satu inti besi, cara ini lebih ekonomis karena menggunakan inti besi yang lebih sedikit dibandingkan jika menggunakan tiga buah transformator satu fasa.

Sama halnya dengan transformator satu phasa, konstruksi transformator tiga phasa terdiri dari dua tipe yaitu tipe inti dan tipe cangkang.

Gambar 2.9 Transformator tiga fasa tipe inti

(27)

Gambar 2.11 Hubungan Wye

Gambar 2.10 Transformator Tiga Fasa Tipe Cangkang

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 dijelaskan dibawah. Baik sisi primer maupun sekunder masing-masing dapat dihubungkan wye ataupun delta. Kedua hubungan ini dapat dijelaskan secara terpisah, yaitu:

1. Hubungan Wye (Y)

Hubungan wye sering disebut juga hubungan bintang, hubungan ini dibuat dengan menghubungkan titik awal atau titik akhir dari ketiga phasa ke 1 titik yang dinamakan netral.

(28)

Gambar 2.12 Hubungan Delta Pada hubungan wye ini, berlaku persamaan:

𝐼_𝑅 = 𝐼_𝑆 = 𝐼_𝑇 = 𝐼_𝐿 (Ampere)

𝐼_𝐿 = 𝐼_𝑝ℎ (Ampere)

𝑉_𝑅𝑆= 𝑉_𝑆𝑇 = 𝑉_𝑅𝑇 = 𝑉_𝐿−𝐿 (Volt)

𝑉_𝐿−𝐿= √3𝑉𝐿−𝑁 (Volt)

Dimana : 𝐼_𝐿 = Arus line

𝐼_𝑝ℎ = Arus Phasa

𝑉_𝐿−𝐿 = Tegangan line-to-line

𝑉_𝐿−𝑁 = Tegangan line-to-netral

2. Hubungan Delta (Δ)

Hubungan Delta ini dibuat dengan menghubungkan titik awal belitan dan titik akhir belitan lainnya.

(2.12)

(2.13)

(2.14)

(2.15)

(29)

Pada hubungan delta ini, berlaku persamaan:

𝐼_𝑅 = 𝐼_𝑆 = 𝐼_𝑇 = 𝐼_𝐿 (Ampere)

𝐼_𝐿 = √3𝐼𝑝ℎ (Ampere)

𝑉_𝑅𝑆= 𝑉_𝑆𝑇 = 𝑉_𝑅𝑇 = 𝑉_𝐿−𝐿 (Volt)

𝑉_𝐿−𝐿= 𝑉_𝐿−𝑁 (Volt)

Dimana : 𝐼_𝐿 = Arus line

𝐼_𝑝ℎ = Arus Phasa

𝑉_𝐿−𝐿 = Tegangan line-to-line

𝑉_𝐿−𝑁 = Tegangan line-to-netral

Hubungan Belitan Transformator Tiga Fasa

Pada transformator tiga phasa terdapat dua hubungan belitan yang digunakan yaitu hubungan wye dan delta. Ada empat kemungkinan hubungan belitan transformator yaitu hubungan wye-delta, delta-wye, wye-wye, dan delta-delta.

1. Hubungan Wye-Delta

Transformator hubungan ini belitan primernya terhubung secara wye dan belitan sekundernya terhubung secara delta. Hubungan wye-delta ini biasanya digunakan untuk menurunkan tegangan tinggi menjadi tegangan menengah atau tegangan rendah. Hubungan ini menyediakan titik pentanahan netral pada sisi primer. (El-Hawary 2008)

(2.16)

(2.17)

(2.18)

(2.19)

(30)

Gambar 2.13 Transformator Bank 3 Fasa terhubung Wye-Delta (Matsch, Capasitors, Magnetic Circuits and Transformers 2011)

Gambar 2.14 Transformator Tiga Fasa Terhubung Wye-Delta

Pada hubungan ini, tegangan kawat ke kawat primer sebanding dengan √3 tegangan phasa primer dan tegangan kawat ke kawat sekunder sama dengan tegangan phasa sekunder, sehingga diperoleh perbandingan tegangan.

Perbandingan tegangan pada hubungan ini adalah:

𝑉_𝐴𝐵

𝑉_𝑎𝑏

=

^√3𝑉^ɸ𝑃

𝑉_ɸ𝑆

=

√3𝑎

^(2.20)

(31)

Gambar 2.15 Transformator Bank Tiga Fasa Terhubung Delta-Wye

Gambar 2.16 Transformator Tiga Fasa Terhubung Delta-Wye 2. Hubungan Delta-Wye

Hubungan Delta-Wye merupakan hubungan yang paling umum digunakan pada transformator tiga fasa. (Fehr. 2016)

Transformator hubungan ini belitan primernya terhubung secara wye dan belitan sekundernya terhubung secara delta.

Pada hubungan ini, tegangan kawat ke kawat primer sama dengan tegangan phasa primer, dan tegangan kawat ke kawat sekunder sebanding dengan

√3 tegangan phasa sekunder. Maka perbandingan tegangan pada hubungan ini adalah:

(32)

𝑉_𝐴𝐵

𝑉_𝑎𝑏

=

^𝑉^ɸ𝑃

√3𝑉_ɸ𝑆

=

^𝑎

√3

Hubungan ini banyak dipakai untuk menaikkan tegangan, transformator dengan hubungan ini memiliki kekurangan tidak dapat diparalel dengan transformator hubungan lain. (Dhuha 2015)

3. Hubungan Wye-Wye

Transformator hubungan ini belitan primernya terhubung secara wye dan belitan sekundernya terhubung secara wye.

Gambar 2.17 Transformator Bank 3 Fasa terhubung Wye-Wye (Matsch, Capasitor, Magnetic Circuits and Transformers 2011)

Gambar 2.18 Transformator Tiga Fasa Terhubung Wye-Wye (Matsch, Capasitors, Magnetic Circuits and Transformers 2011)

(2.21)

(33)

Pada hubungan ini, tegangan kawat ke kawat primer sama dengan

√3 tegangan phasa primer, dan tegangan kawat ke kawat sekunder sebanding dengan √3 tegangan phasa sekunder. Maka perbandingan tegangan pada hubungan ini adalah:

𝑉_𝐴𝐵

𝑉_𝑎𝑏

=

^√3𝑉^ɸ𝑃

√3𝑉_ɸ𝑆

=

𝑎

Hubungan wye-wye ini jarang digunakan karena memiliki masalah harmonisa ketiga. (Karady and Holbert 2013)

4. Hubungan Delta-Delta

Transformator hubungan ini belitan primernya terhubung secara delta dan belitan sekundernya terhubung secara delta. Transformator jenis ini tidak memiliki pergeseran phasa dan tidak memiliki masalah dengan ketidakseimbangan beban juga dengan harmonisa. (Chapman 2012)

Gambar 2.19 Transformator Bank 3 Fasa terhubung Delta-Delta

(2.22)

(34)

Gambar 2.20 Transformator Tiga Fasa Terhubung Delta-Delta

Pada hubungan ini, tegangan kawat ke kawat primer sama dengan tegangan phasa primer, dan tegangan kawat ke kawat sekunder sama dengan tegangan phasa sekunder. Maka perbandingan tegangan pada hubungan ini adalah:

𝑉_𝐴𝐵

𝑉_𝑎𝑏

=

^𝑉_𝑉^ɸ𝑃

ɸ𝑆

= 𝑎

Hubungan delta-delta ini umumnya digunakan untuk tegangan menengah pada sistem tenaga listrik. (Karady and Holbert 2013)

Gangguan pada Transformator

Gangguan pada transformator dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu internal faults dan through fault. (Sumanto 1991)

- Internal Faults

Internal faults (gangguan di dalam trafo), contohnya adalah:

a. Incipient Faults

- Terjadi busur api (arc) yang kecil dan pemanasan lokal yang dapat disebabkan oleh beberapa hal yaitu cara penyambungan

(35)

konduktor yang tidak baik, partial discharge, maupun kerusakan isolasi pada baut-baut penjepit inti.

b. Gangguan pada sistem pendingin

c. Arus sirkulasi pada trafo yang bekerja secara parallel d. Gangguan hubung singkat

- Through Faults

Jenis gangguan ini dapat dibedakan atas 2 macam, yaitu:

- External short circuit

Yaitu gangguan hubung singkat diluar trafo daya, misalnya hubung singkat di rel, hubung singkat di feeder / penghantar, dan gangguan hubung singkat di sistem yang merupakan sumber bagi trafo tersebut.

- Overload

Trafo dapat beroperasi secara terus-menerus pada arus beban nominalnya. Apabila beban yang dilayani lebih besar dari nominalnya, maka trafo akan mendapat pemanasan berlebih.

Kondisi ini mungkin tidak segera menimbulkan kerusakan pada trafo, tetapi apabila berlangsung terus menerus hal ini akan memperpendek umur isolasi.

Keadaan Transformator Tiga Fasa dengan Salah Satu Belitan Primer Terbuka

Keadaan ini dapat terjadi apabila terjadi pemanasan berlebih pada belitan primer transformator dan proteksi pada transformator gagal bekerja, sehingga dapat

(36)

meleburkan penghantar pada belitan transformator. Hal ini dapat diakibatkan oleh karena gangguan hubung singkat ataupun arus beban yang terlalu besar.

Pada keadaan ini arus yang melewati salah satu belitan transformator bernilai nol. Dilihat dari gambar skematik dibawah IAB = 0. Mengingat bahwa fluksi atau medan magnet ada akibat arus yang mengalir pada penghantar, maka tiadanya arus yang melewati salah satu belitan transformator akan mengakibatkan fluksi pada belitan transformator menjadi nol. (ɸAB=0).

Akibat dari ɸAB=0 adalah tidak ada tegangan induksi yang dihasilkan oleh belitan primer fasa tersebut, sehingga GGL induksi hanya dihasilkan oleh dua belitan primer yang masih normal lainnya. Akibatnya, tegangan yang diinduksikan pada sisi sekunder akan menjadi berkurang.

IAB = 0

Gambar 2.21 Keadaan Transformator Tiga Fasa dengan Salah Satu Belitan Primer Terbuka

(37)

BAB 3

METODE PENELITIAN Tempat dan Waktu

Penelitian dilaksanakan pada Laboratorium Konversi Energi Listrik Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara pada Bulan Oktober Tahun 2016.

Peralatan yang Digunakan

1. Transformator Tiga Phasa 2000 VA 2. Power Supply AC

3. Voltmeter 4. Amperemeter 5. Lampu Pijar 6. Kabel Penghubung

Variabel yang Diamati

Variabel – variabel yang diamati dalam penelitian ini meliputi:

- Perbandingan tegangan primer dan tegangan sekunder transformator - Tegangan dan arus pada beban

- Drop tegangan sekunder akibat terbukanya salah satu belitan primer transformator

BAB III

(38)

Prosedur Penelitian

Adapun percobaan yang dilakukan untuk mendapatkan data yang diperlukan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Percobaan menentukan perbandingan belitan transformator 2. Percobaan transformator hubungan delta-wye tanpa beban 3. Percobaan transformator hubungan delta-wye berbeban

4. Percobaan transformator hubungan delta-wye tanpa beban dengan belitan primer phasa R terbuka

5. Percobaan transformator hubungan delta-wye berbeban dengan belitan primer phasa R terbuka

3.4.1 Percobaan Menentukan Perbandingan Belitan Transformator

Alat-alat yang dibutuhkan dalam melakukan percobaan ini adalah sebagai berikut:

1. 1 (satu) unit transformator tiga phasa 2. 1 (satu) unit power supply tiga phasa 3. 2 (dua) unit voltmeter

4. Kabel penghubung

Adapun prosedur percobaan adalah sebagai berikut:

1. Rangkailah rangkaian percobaan seperti pada Gambar 3.1

(39)

AC

PT

AC V1 V2

Belitan Primer Belitan Sekunder S

Gambar 3.1 Rangkaian Percobaan Menentukan Perbandingan Belitan Transformator

2. Tutup saklar pada power supply, naikkan tegangan sumber secara bertahap, dan catat besar tegangan yang terbaca pada Voltmeter-1 dan Voltmeter-2 untuk 3(tiga) keadaan besaran tegangan yang berbeda 3. Turunkan tegangan sumber hingga nol, kemudian buka saklar pada

power supply

4. Selanjutnya, lakukan langkah 2-3 untuk dua belitan phasa lainnya.

3.4.2 Percobaan Transformator hubungan Delta-Wye Tanpa Beban

1. 1 (satu) unit transformator tiga phasa 2. 1 (satu) unit power supply tiga phasa 3. 6 (enam) unit voltmeter

4. Kabel penghubung

(40)

P T A C

Δ Y

V1

V2 V3

V4

V₅

V6

2. Tutup saklar pada power supply, naikkan tegangan sumber hingga besar tegangan line-netral sekunder transformator mencapai 220 volt.

3. Catat nilai pembacaan tegangan pada Voltmeter-1, Voltmeter-2, Voltmeter-3, Voltmeter-4, Voltmeter-5, dan Voltmeter-6

4. Turunkan tegangan pada power supply hingga nol volt

3.4.3 Percobaan Transformator hubungan Delta-Wye berbeban

4. 1 unit Clamp Meter 5. Kabel penghubung 6. Lampu pijar

7. Rangkaian beban

Gambar 3.2 Rangkaian Percobaan Transformator hubungan Delta-Wye Tanpa Beban

(41)

P T A C

Δ Y

V₁

V2 V3

V4

B

E B A N

I1

I₂

I3

V5

V6

1. Rangkailah rangkaian percobaan seperti pada Gambar 3.3 berikut:

2. Tutup saklar pada power supply, naikkan tegangan sumber dengan nilai yang sama dengan percobaan 3.4.2

3. Tutup saklar beban lampu pijar

5. Ukur arus yang mengalir pada beban masing-masing phasa dengan menggunakan clamp meter

6. Buka kembali saklar beban

7. Turunkan tegangan pada power supply hingga nol volt.

Gambar 3.3 Rangkaian Percobaan Transformator hubungan Delta-Wye berbeban

(42)

P T A C

V₁

V₂ V₃

V₄

V5

V6

3.4.4 Percobaan Transformator Hubungan Delta-Wye Tanpa Beban dengan Belitan Primer Phasa R Terbuka

4. Kabel penghubung

Gambar 3.4 Rangkaian Percobaan Transformator Hubungan Delta- Wye Tanpa Beban dengan Belitan Primer Phasa R Terbuka

(43)

3.4.5 Percobaan Transformator Hubungan Delta-Wye Berbeban dengan Belitan Primer Phasa R Terbuka

4. 1 unit Clamp Meter 5. Kabel penghubung 6. Lampu pijar

7. Rangkaian beban

(44)

P T A C

Δ Y

V1

V2 V3

V₄

B

E B A N

I1

I2

I3

V5

V6

3. Tutup saklar beban lampu pijar

5. Ukur arus yang mengalir pada beban masing-masing phasa dengan menggunakan clamp meter

6. Buka kembali saklar beban

Gambar 3.5 Rangkaian Percobaan Transformator Hubungan Delta-Wye Berbeban dengan Belitan Primer Phasa R Terbuka

(45)

Pelaksanaan Penelitian 3.5.1 Proses Pengumpulan Data

Adapun diagram alur dari proses pengambilan data terlihat pada gambar 3.6 berikut:

Mulai

Melakukan Percobaan Penentuan Perbandingan Belitan

Transformator

Catat dan analisa data percobaan

Melakukan percobaan transformator delta-wye

tanpa beban

Catat Tegangan pada rangkaian, analisis data

percobaan

1

Melakukan Percobaan Transformator hubungan delta- wye tanpa beban dengan belitan

primer fasa R terbuka

Bandingkan Hasil data percobaan pada dua keadaan hubungan

transformator

selesai Melakukan percobaan

transformator delta-wye berbeban

Catat Tegangan dan Arus pada

rangkaian, analisis data

percobaan

1

Catat Tegangan pada rangkaian, analisis data

percobaan

Melakukan Percobaan Transformator hubungan delta-

wye berbeban dengan belitan primer fasa R terbuka

Catat Tegangan dan Arus pada rangkaian, analisis

data percobaan

Menarik Kesimpulan

Gambar 3.6 Diagram Alur Proses Pengambilan data

(46)

3.5.2 Melakukan Analisis Data

Data yang diperoleh dari hasil pengukuran lalu dianalisa untuk membandingkan tegangan, arus serta konstanta transformasi transformator pada hubungan transformator delta-wye dengan hubungan transformator delta-wye dengan belitan primer phasa R terbuka.

(47)

BAB 4

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

Data Percobaan

Dari hasil penelitian di Laboratorium Konversi Energi diperoleh data pengujian yang akan dipaparkan pada subbab dibawah ini.

4.1.1 Percobaan Menentukan Perbandingan Belitan Transformator

Data yang diperoleh melalui hasil percobaan menentukan perbandingan belitan transformator dapat dilihat pada Tabel 4.1 dibawah ini:

Tabel 4.1 Tabel Data Hasil Percobaan Menentukan Perbandingan Belitan Transformator

4.1.2 Percobaan Transformator hubungan Delta-Wye Tanpa Beban

Data yang diperoleh melalui hasil percobaan transformator hubungan delta- wye tanpa beban dapat dilihat pada Tabel 4.2 dibawah ini:

Fasa R Fasa S Fasa T

Voltmeter-1 Voltmeter-2 Voltmeter-1 Voltmeter-2 Voltmeter-1 Voltmeter-2

30 Volt 49,8 Volt 30 Volt 49,2 Volt 30 Volt 49,4 Volt 60 Volt 99 Volt 60 Volt 98,3 Volt 60 Volt 98,7 Volt 90 Volt 148 Volt 90 Volt 147,6 Volt 90 Volt 147,6 Volt

BAB IV

(48)

Tabel 4.2 Tabel Data Hasil Percobaan Transformator hubungan Delta-Wye Tanpa Beban

V1 V2 V3 V4 V5 V6

134 Volt 134 Volt 134 Volt 220 Volt 221 Volt 216 Volt

4.1.3 Percobaan Transformator hubungan Delta-Wye Berbeban

Data yang diperoleh melalui hasil percobaan transformator hubungan delta- wye berbeban dapat dilihat pada Tabel 4.3 dibawah ini:

Tabel 4.3 Tabel Data Hasil Percobaan Transformator hubungan Delta-Wye Berbeban

V1 V2 V3 V4 V5 V6

I1 I2 I3

0,85 Amp 0,86 Amp 0,83 Amp

V1 V2 V3 V4 V5 V6

I1 I2 I3

1,49 Amp 1,5 Amp 1,47 Amp

Beban Lampu Pijar = 3x200 Watt

(49)

4.1.4 Percobaan Transformator Hubungan Delta-Wye Tanpa Beban dengan Belitan Primer Phasa R Terbuka

Data yang diperoleh melalui hasil percobaan transformator hubungan delta- wye tanpa beban dengan belitan primer phasa R terbuka dapat dilihat pada Tabel 4.4 dibawah ini:

Tabel 4.4 Tabel Data Hasil Percobaan Transformator Hubungan Delta-Wye Tanpa Beban dengan Belitan Primer Phasa R Terbuka

V1 V2 V3 V4’ V5’ V6’

4.1.5 Percobaan Transformator Hubungan Delta-Wye Berbeban dengan Belitan Primer Phasa R Terbuka

Data yang diperoleh melalui hasil percobaan transformator hubungan delta- wye tanpa beban dengan belitan primer phasa R terbuka dapat dilihat pada Tabel 4.5 dibawah ini:

Tabel 4.5 Tabel Data Hasil Percobaan Percobaan Transformator Hubungan Delta- Wye Berbeban dengan Belitan Primer Phasa R Terbuka

V1 V2 V3 V4’ V5’ V6’

I1’ I2’ I3’

0,81 Amp 0,84 Amp 0,82 Amp

(50)

V1 V2 V3 V4’ V5’ V6’ 134 Volt 134 Volt 134 Volt 199 Volt 210 Volt 204 Volt

I1’ I2’ I3’

1,43 Amp 1,49 Amp 1,46 Amp

Analisa Data

- Perbandingan Tegangan / Faktor transformasi (a) 𝑎 =𝑉₁

𝑉₂

 Phasa R 𝑎₁ = 𝑉₁₁

𝑉₂₁ = 49,8

99 = 0,6

𝑎₂ = 𝑉₁₂ 𝑉₂₂ = 60

99= 0,61

𝑎₃ = 𝑉₁₃

𝑉₂₃ = 90

147,6= 0,61

𝑎 = ^𝑎¹^{+ 𝑎}₃²^+𝑎³ = 0,6+0,61+0,61

3 = 0,606 ≌ 0,61

 Phasa S 𝑎₁ = 𝑉₁₁

𝑉₂₁ = 30

49,2= 0,61 Beban Lampu Pijar = 3x350 Watt

(51)

𝑎₂ = 𝑉₁₂

𝑉₂₂ = 60

98,3= 0,61

𝑎₃ = 𝑉₁₃

𝑉₂₃ = 90

147,6= 0,61

𝑎 = ^𝑎¹^{+ 𝑎}₃²^+𝑎³ = 0,61+0,61+0,61

3 = 0,61

 Phasa T 𝑎₁ = 𝑉₁₁

𝑉₂₁ = 30

49,4= 0,61

𝑎₂ = 𝑉₁₂

𝑉₂₂ = 60

98,7= 0,61

𝑎₃ = 𝑉₁₃

𝑉₂₃ = 90

147,6= 0,61

𝑎 =^𝑎¹^{+ 𝑎}₃²^+𝑎³ = 0,61+0,61+0,61

3 = 0,61

Maka, dari analisa data diatas didapat bahwa perbandingan transformasi transformator tiga fasa tersebut adalah 0,61

- Drop tegangan sekunder transformator akibat terbukanya belitan phasa R saat tanpa beban

 VRN

VD = 𝑉₄− 𝑉₄′

(52)

= 220 - 213 = 7 volt

%VD = ^𝑉⁴^−𝑉⁴^′

𝑉₄ 𝑥100%

= ^220−213

220 𝑥100%

= 3,2 %

 VSN

VD = 𝑉₅− 𝑉₅′

= 221 - 215 = 6 volt

%VD = ^𝑉⁵^−𝑉⁵^′

𝑉₅ 𝑥100%

= ^221−215

221 𝑥100%

= 2,7 %

 VTN

VD = 𝑉₆− 𝑉₆′

= 216 – 210 = 6 volt

%VD = ^𝑉⁶^−𝑉⁶^′

𝑉₆ 𝑥100%

= ^216−210

216 𝑥100%

(53)

= 2,86 %

- Drop tegangan sekunder transformator akibat terbukanya belitan phasa R saat berbeban lampu pijar 200 W

 VRN

VD = 𝑉₄− 𝑉₄′_{𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛=200𝑊}

= 220 – 206 = 14 volt

%VD = ^𝑉⁴^−𝑉⁴^′^{𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛=200𝑊}

𝑉₄ 𝑥100%

= ^220−206

220 𝑥100%

= 6,36 %

 VSN

VD = 𝑉₅− 𝑉₅′_{𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛=200𝑊}

= 221 - 213 = 8 volt

%VD = ^𝑉⁵^−𝑉⁵^′^{𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛=200𝑊}

𝑉₅ 𝑥100%

= ^221−213

221 𝑥100%

= 3,62 %

 VTN

VD = 𝑉₆− 𝑉₆′_{𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛=200𝑊}

(54)

= 216 - 208 = 8 volt

%VD = ^𝑉⁶^−𝑉⁶^′^{𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛=200𝑊}

𝑉₆ 𝑥100%

= ^216−208

216 𝑥100%

= 3,7 %

- Drop tegangan sekunder transformator akibat terbukanya belitan phasa R saat berbeban lampu pijar 350 W

 VRN

VD = 𝑉₄− 𝑉₄′_{𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛=200𝑊}

= 220 – 199 = 21 volt

%VD = ^𝑉⁴^−𝑉⁴^′^{𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛=200𝑊}

𝑉₄ 𝑥100%

= ^220−199

220 𝑥100%

= 9,54 %

 VSN

VD = 𝑉₅− 𝑉₅′_{𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛=200𝑊}

= 221 - 210 = 11 volt

(55)

%VD = ^𝑉⁵^−𝑉⁵^′^{𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛=200𝑊}

𝑉₅ 𝑥100%

= ^221−210

221 𝑥100%

= 4,97 %

 VTN

VD = 𝑉₆− 𝑉₆′_{𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛=200𝑊}

= 216 - 204 = 12 volt

%VD = ^𝑉⁶^−𝑉⁶^′^{𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛=200𝑊}

𝑉₆ 𝑥100%

= ^216−204

216 𝑥100%

= 5,5 %

- Perbandingan arus yang mengalir

 Pada saat beban = 200 W

Arus yang dibutuhkan lampu untuk menghasilkan daya 200 W adalah

I = P/V. Cosɵ = 200/220.1

= 0,91 A

(56)

IR = 0,85 A

Lebih rendah 0,06 A dari Arus yang dibutuhkan lampu sehingga daya yang dihasilkan lampu berkurang menjadi : V.I.Cosɵ = 214.0,85.1 = 182 W

I’R = 0,81

Lebih rendah 0,1 A dari arus yang dibutuhkan lampu sehingga daya yang dihasilkan lampu berkurang menjadi :

V.I.Cosɵ = 206.0,81.1 = 166,9 W

IS = 0,86

Lebih rendah 0,05 A dari arus yang dibutuhkan lampu sehingga daya yang dihasilkan lampu berkurang menjadi : V.I.Cosɵ = 216.0,86.1 = 185,8 W

I’S = 0,84

V.I.Cosɵ = 213.0,84.1 = 178,9 W

IT = 0,83

(57)

V.I.Cosɵ = 212.0,83.1 = 175,9 W

I’T = 0,82

V.I.Cosɵ =208.0,82.1 = 170,6 W

 Pada saat beban = 350 W

Arus yang dibutuhkan lampu untuk menghasilkan daya 200 W adalah

I = P/V. Cosɵ = 350/220.1

= 1,59 A

IR = 1,49 A

Lebih rendah 0,1 A dari Arus yang dibutuhkan lampu sehingga daya yang dihasilkan lampu berkurang menjadi : V.I.Cosɵ = 211.1,49.1 = 314,4 W

I’R = 1,43 A

(58)

IS = 1,5 A

Lebih rendah 0,09 A dari arus yang dibutuhkan lampu sehingga daya yang dihasilkan lampu berkurang menjadi : V.I.Cosɵ = 212.1,5.1 = 318 W

I’S = 1,49

V.I.Cosɵ = 210.1,49.1 = 312,9 W

IT = 1,47

I’T = 1,46 A

(59)

180 190 200 210 220 230

0 200 350

Grafik Beban (W) Vs Tegangan (V)

VRN VRN'

Gambar 4.1 Grafik Beban vs Tegangan pada sekunder transformator phasa R

Grafik

1. Grafik Tegangan vs Beban pada sekunder transformator phasa R Keterangan :

VRN = Tegangan Line-to-netral pada phasa R sekunder transformator

VRN’ = Tegangan Line-to-netral pada phasa R sekunder transformator pada saat belitan primer phasa R terbuka

2. Grafik Tegangan vs Beban pada sekunder transformator phasa S Keterangan:

VSN = Tegangan Line-to-netral pada phasa S sekunder transformator VSN’ = Tegangan Line-to-netral pada phasa S sekunder transformator

pada saat belitan primer phasa R terbuka

(60)

204 206 208 210 212 214 216 218 220 222

0 200 350

Grafik Beban (W) Vs Tegangan (V)

VSN VSN'

Gambar 4.2 Grafik Beban vs Tegangan pada sekunder transformator phasa S

195 200 205 210 215 220

0 200 350

Grafik Beban (W) Vs Tegangan (V)

VTN VTN'

Gambar 4.3 Grafik Beban vs Tegangan pada sekunder transformator phasa T

3. Grafik Tegangan vs Beban pada sekunder transformator phasa T

Keterangan:

VTN = Tegangan Line-to-netral pada phasa T sekunder transformator

VTN’ = Tegangan Line-to-netral pada phasa T sekunder transformator pada saat belitan primer phasa R terbuka

(61)

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

0 200 350

Grafik Beban (W) Vs Arus (A)

IR IR'

Gambar 4.4 Grafik Beban vs Arus pada sekunder transformator phasa R

4. Grafik Arus vs Beban pada sekunder transformator phasa R Keterangan:

IR = Arus yang mengalir pada phasa R sekunder transformator

IR’ = Arus yang mengalir pada phasa R sekunder transformator sekunder transformator pada saat belitan primer phasa R terbuka

5. Grafik Arus vs Beban pada sekunder transformator phasa S Keterangan:

IS = Arus yang mengalir pada phasa S sekunder transformator

IS’ = Arus yang mengalir pada phasa S sekunder transformator sekunder transformator pada saat belitan primer phasa R terbuka

(62)

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

0 200 350

Grafik Beban (W) Vs Arus (A)

IS IS'

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

0 200 350

Grafik Beban (W) Vs Arus (A)

IT IT'

Gambar 4.6 Grafik Beban vs Arus pada sekunder transformator phasa T

Gambar 4.5 Grafik Beban vs Arus pada sekunder transformator phasa S

6. Grafik Arus vs Beban pada sekunder transformator phasa T Keterangan:

IT = Arus yang mengalir pada phasa T sekunder transformator IT’ = Arus yang mengalir pada phasa T sekunder transformator

sekunder transformator pada saat belitan primer phasa R terbuka

(63)

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan pembahasan yang dilakukan, diperoleh kesimpulan sebagai berikut:

1. Transformator tiga phasa dalam keadaan gangguan terbukanya salah satu belitan primer mengakibatkan terjadinya drop tegangan phasa ke netral pada sisi sekunder yaitu 3,2% pada phasa R ; 2,7% pada phasa S

; dan 2,86% pada phasa T saat tanpa beban. Kemudian, ketika transformator dibebani 3x200 Watt (30% Kapasitas Trafo), drop tegangan phasa ke netral pada sisi sekunder yaitu 6,36 % pada phasa R

; 3,62% pada phasa S ; dan 3,7% pada phasa T. Kemudian, ketika transformator dibebani 3x350 Watt (48% Kapasitas Trafo), drop tegangan phasa ke netral pada sisi sekunder yaitu 9,54 % pada phasa R

; 4,97 % pada phasa S; dan 5,5 % pada phasa T

2. Mengacu kepada SPLN No.7 tahun 1987 yang mengizinkan susut tegangan ujung penerima maksimal 10%, karena susut tegangan terbesar yang didapat pada percobaan ini adalah 9,54% (<10%), maka transformator dengan keadaan terbuka salah satu belitan primer masih dapat digunakan dengan beban 48% atau kurang dari kapasitas trafo dalam rentang waktu tertentu.

3. Drop Tegangan yang terjadi pada sekunder transformator saat salah satu belitan transformator terbuka mengakibatkan arus beban menjadi lebih

BAB V

(64)

kecil, penurunan arus yang paling besar terjadi pada arus phasa R ketika melayani beban 350 W yaitu 0,16 A lebih kecil dari arus nominal beban lampu pijar tersebut.

Saran

Adapun saran dari penulis sebagai pengembangan dari tugas akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Melakukan penelitian dengan hubungan belitan transformator lainnya 2. Melakukan penelitian dengan kapasitas transformator yang lebih besar 3. Melakukan penelitian dengan beban induktif dan beban kapasitif