STUDI PENGURANGAN ARUS INRUSH AKIBAT ENE

(1)

STUDI PENGURANGAN ARUS INRUSH AKIBAT ENERGIZING

PADA TRANSFORMATOR DAYA GARDU INDUK

MENGGUNAKAN METODE SEQUENTIAL PHASE

ENERGIZATION (SPE)

(Studi Kasus Pada PT.PLN)

Tugas Akhir ini Diajukan Untuk Melengkapi Salah Satu Syarat

Untuk

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Elektro

OLEH :

COLIN VINCENT NAPITUPULU

050402092

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSTAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

STUDI PENGURANGAN ARUS INRUSH AKIBAT ENERGIZING PADA TRANSFORMATOR DAYA GARDU INDUK MENGGUNAKAN METODE

SEQUENTIAL PHASE ENERGIZATION (SPE)

(Studi Kasus Pada PT.PLN)

Oleh :

COLIN VINCENT NAPITUPULU

050402092

Tugas Akhir ini Diajukan Untuk Melengkapi Salah Satu Syarat Untuk

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Elektro

Disetujui oleh,

Pembimbing

Ir. SATRIA GINTING

NIP : 19600514 198903 100 2

Diketahui oleh,

Ketua Departemen Teknik Elektro

Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si

NIP. 1954 0531 198601 1002

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSTAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(3)

ABSTRAK

Transformator sangat memegang peranan penting dalam penyaluran energi listrik

mulai dari trafo daya pada pembangkit, gardu induk dan juga trafo distribusi yang biasanya

adalah pasangan luar yang ada pada tiang.

Pada saat energize pada transformator mengakibatkan perubahan fluks

seketika pada inti transformator. Perubahan fluks seketika pada inti transformator akan

mengakibatkan timbulnya arus magnetisasi yang dikenal dengan istilah arus inrush.

Arus inrush dengan nilai puncak beberapa kali arus normal timbul pada saat

energisasi transformator. Arus ini dapat menyebabkan berbagai gangguan pada sistem tenaga

listrik. Oleh karena itu, untuk menjaga kualitas sistem tenaga listrik, metode untuk

meminimalisasi arus ini sangat diperlukan. Salah satu cara untuk mengurangi arus inrush

adalah dengan menggunakan metode Sequential Phase Energization. Dalam metode ini,

faktor faktor seperti delay, waktu switching antara tiap fasa transformator dan nilai tahanan

netral diperhitungkan agar didapatkan hasil yang optimal.

Pada Tugas Akhir ini akan dibahas pengaruh metode Sequential Phase

Energization terhadap arus inrush yang timbul pada transformator daya. Metode yang

digunakan adalah melakukan simulasi dengan perangkat lunak Alternative Transient Program

Electromagnetic Transient Program (ATP-EMTP) untuk mendapatkan performa dari metode

ini. Sebagai model simulasi, digunakan transformator daya Gardu Induk.

Pada akhir dari Tugas Akhir ini, diberikan rekomendasi delay waktu switching

antara tiap fasa dan nilai tahanan netral yang optimal untuk penerapan metode ini pada

(4)

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur Penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah

memberikan berkat dan rahmat-Nya sehingga Tugas Akhir ini yang berjudul “STUDI

PENGURANGAN ARUS INRUSH AKIBAT ENERGIZING PADA TRANSFORMATOR

DAYA GARDU INDUK MENGGUNAKAN METODE SEQUENTIAL PHASE

ENERGIZATION (SPE) ” dapat diselesaikan dengan baik.

Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat bagi penulis untuk memperoleh gelar

Sarjana (Strata 1) di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera

Utara.

Selama masa pendidikan di kampus sampai masa penyelesaian Tugas Akhir ini,

penulis banyak memperoleh bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu dengan

penuh ketulusan hati, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar –besarnya kepada :

1. Kedua Orang Tua penulis (P. Napitupulu dan E. br. Sirait), adik-adik ku Ellen,

Belinda, dan Owen yang selalu mendukung dan memberikan kasih sayang yang tak

ternilai harganya sehingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan hingga saat ini.

2. Bapak Ir. Satria Ginting sebagai Dosen Pembimbing Tugas Akhir saya yang sangat

besar bantuannya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

3. Bapak Ir. Syarifuddin Siregar sebagai Dosen Penguji Tugas Akhir saya.

4. Ibu Syiskayana ST, MT sebagai Dosen Penguji Tugas akhir saya.

5. Bapak Ir. Kasmir Tandjung selaku Dosen Wali penulis selama menyelesaikan

pendidikan di Universitas Sumatera Utara.

6. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim selaku Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas

(5)

7. Bapak Rahmad Fauzi ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas

Teknik Universitas Sumatera Utara.

8. Seluruh Staf Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara.

9. Teman – teman Elektro stambuk 2005 : Edi Darwin, Kristoper, Alexander, Daniel,

Richard Purba, Richard Sianipar, Jonson, Eko Rinal, Elis, Rainhard, Fritz, Sadak,

Herman, Rony, Edward, Edison, Edi Mercis dan teman – teman lain yang tidak dapat

penulis sebutkan satu per satu.

10.Teman – teman satu kost penulis Ade Manurung, Desiman Simangunsong, dan teman

– teman lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.

11.Kepada semua pihak yang banyak memberi dukungan kepada penulis yang tidak

dapat disebutkan satu persatu.

Penulis sangat menyadari bahwa Tugas Akhir ini tidak luput dari kesalahan –

kesalahan baik dari segi tata bahasa, penulisan bahkan mungkin secara ilmiahnya. Untuk itu

penulis dengan berbesar hati akan selau menerima dengan terbuka segala saran dan kritik

yang nantinya dapat memperbaiki Tugas Akhir ini.

Akhir kata, semoga Tugas Akhir ini akan bermanfaat untuk semua pihak

Medan, Juni 2011

(6)

DAFTAR ISI

ABSTRAK………...………i

KATA PENGANTAR………...……….….ii

DAFTAR ISI………...………...…….iv

DAFTAR GAMBAR………...……...….…….…vii

DAFTAR TABEL………...………...ix

BAB I ... I PENDAHULUAN... 1

I.1 Latar Belakang ... 1

I.2 Tujuan Dan Manfaat Penulisan Tugas Akhir ... 2

I.3 Batasan Masalah ... 2

I.4 Metodologi Penulisan ... 2

I.5 Sistematika Penulisan... 3

BAB II ... 5

TRANSFORMATOR... 5

II.1. Umum ... 5

II.2 KONSTRUKSI TRANSFORMATOR... 5

II.3. Prinsip Kerja Transformator... 7

II.3.1. Keadaan Transformator Tanpa Beban ... 9

II.3.2. Keadaan Berbeban... 10

(7)

II.4.1. Pengukuran Beban Nol ... 11

II.4.2. Pengukuran Hubungan Singkat ... 12

II.5. Operasi Kerja Paralel Transformator ... 12

II.6. Rugi – Rugi dan Efisiensi ... 14

1I.6.1. Rugi Tembaga ( Pcu ) ... 14

II.6.2. Rugi Besi ( Pi ) ... 15

II.6.3. Efisiensi ... 15

II.6.3.1. Perubahaan Efisiensi terhadap Beban ... 16

II.6.3.2. Perubahan Efisiensi terhadap Factor Kerja (Cos Ф) Beban ... 16

II.7. Persamaan Operasional Transformator Ideal ... 17

II.7.1. Transformator Fasa Satu ... 19

II.7.2. Transformator Tiga Fasa ... 20

II.8 ARUS INRUSH... 21

II.8.1 Umum ... 21

II.8.2 Arus Eksitasi ... 21

II.8.3 Komponen Magnetisasi ... 21

II.8.4 Fenomena Arus Inrush ... 24

II.8.5 Perhitungan Arus Inrush ... 27

II.8.6 Komponen Harmonik Arus Inrush pada Transformator ... 30

II.8.7 Lama Terjadinya Arus Inrush ... 32

BAB III ... 35

III. 1. METODE SEQUENTIAL PHASE ENERGIZATION ... 35

III.2 SKEMA PENGURANGAN ARUS INRUSH ... 38

III.3. GARDU INDUK PEMATANG SIANTAR ... 42

III.3.1Penjelasan Teknis Gardu Induk PT.PLN (Persero) P3B Sumatera UPT. Pematangsiantar... 42

III.3.3 Metode Pendinginan Transformator ... 50

(8)

BAB IV ... 63

ANALISA PERHITUNGAN PEMODELAN DAN SIMULASI ... 63

4.1 Konfigurasi Sistem ... 63

4.2 Pemodelan... 64

4.3 SIMULASI... 66

4.3.1 Simulasi Tanpa Menggunakan Metode SPE ... 66

4.3.2 Simulasi Menggunakan Metode SPE... 72

4.3 Perbandingan Antara Arus Inrush Tanpa dan ... 76

BAB V ... 78

PENUTUP ... 78

(9)

DAFTAR GAMBAR

Gambar. 2.2 Konstruksi lempengan logam inti transformator bentul L dan U ... 6

Gambar 2.3. Transformator tipe cangkang ( shell form ) ... 7

Gambar. 2.4. Konstruksi lempengan logam inti transformator bentuk E, I dan F ... 7

Gambar 2.5. Transformator Tanpa Beban ... 9

Gambar 2.6. Transformator dalam Keadaan Berbeban. ... 10

Gambar 2.7. Rangkaian Ekivalen Sebuah Transformator ... 11

Gambar 2.8. Rangkaian Dua Transformator Paralel. ... 13

Gambar 2.9. Blok Diagram Rugi – Rugi pada Transformator... 14

Gambar 2.10. Kurva Perubahan Efisiensi terhadap Factor Kerja ... 17

Gambar 2.11. Model Transformator 1 Fasa... 19

Gambar 2.12. Model Transformator 3 Fasa terhubung Y dan Delta ... 20

Gambar2.13. Kurva B – H ... 23

Gambar 2.14 Fluks pada Transformator saat Kondisi Transient ... 26

Gambar 2.15 Arus Inrush Maksimum ... 27

Gambar 2.16 Arus Transient pada saat Transformator Energize ... 28

Gambar 2.17 Tegangan dan Komponen Harmonik saat Transformator Energize... 31

Gambar 2.18 Tegangan dan Komponen Harmonik saat Transformator Saturasi ... 32

Gambar2.19 Grafik perbandingan ( ) '

Gambar 3.1 Skema Metode Sequential Phase Energization ... 36

Gambar 3.2 rangkaian Metode SPE ... 37

Gambar 3.3 nilai arus inrush yang dipengaruhi nilai Rn pada trafo 30 kVA ... 38

Gambar 3.4 (a) Rangkaian ekivalen trafo phasa pertama energisasi dilihat dari sisi primer. ... 39

(10)

Gambar 3.5 Kontruksi Inti Besi ... 45

Gambar 3.6 Bushing Transformator Tenaga ... 46

Gambar 3.7 Konservator Transformator Tenaga ... 47

Gambar 3.8 Dehydrating Filter Breather ... 49

Gambar 3.9 Kontruksi Kipas Pendingin ... 49

Gambar 4.1 one line diagram Trafo 60 MVA ... 63

Gambar 4.2 Pemodelan one line diagram gambar 4.1 pada software atp ... 67

Gambar 4.3.Tegangan Belitan Primer pada phasa 1 Tanpa Metode SPE ... 68

Gambar 4.4 Tegangan Belitan Primer pada phasa 2 Tanpa Metode SPE ... 68

Gambar 4.5.Tegangan Belitan Primer pada phasa ke 3 Tanpa Metode SPE ... 68

Gambar 4.6. Arus Inrush pada Fasa 1 Tanpa Metode SPE ... 69

Gambar 4.9.Tegangan Belitan Primer-G pada Ketiga Fasa Tanpa Metode SPE ... 70

Gambar 4.10. Kurva Arus Inrush pada Ketiga Fasa Tanpa Metode SPE ... 70

Gambar 4.11 Pemodelan Metode Sequential Phase Energization dengan ATP ... 73

Gambar 4.12 Arus Inrush pada Fasa 1 dengan metode SPE ... 73