STUDI PERBANDINGAN BELITAN TRANSFORMATOR DISTRIBUSI TIGA FASA PADA SAAT PENGGUNAAN TAP CHANGER (Aplikasi pada PT.MORAWA ELEKTRIK TRANSBUANA)

(1)

STUDI PERBANDINGAN BELITAN TRANSFORMATOR DISTRIBUSI TIGA FASA PADA SAAT PENGGUNAAN TAP CHANGER

(Aplikasi pada PT.MORAWA ELEKTRIK TRANSBUANA)

Bayu T. Sianipar, Ir. Panusur S.M. L.Tobing

Konsentrasi Teknik Energi Listrik, Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA

e-mail: bayu_9nipar@yahoo.co.id Abstrak

Untuk memenuhi kualitas tegangan pelayanan sesuai kebutuhan konsumen (PLN Distribusi), tegangan keluaran transdormator harus dapat dirubah sesuai keinginan. Untuk hal itu, maka pada salah satu kedua sisi belitan transformator dibuat tap (penyadap) untuk merubah perbandingan belitan (ratio) transformator. Tulisan ini membahas mengenai ketepatan perbandingan belitan pada transformator distribusi pada saat penggunaan tap changer, dan analisa ketepatan perbandingan pada toleransi 1%.

Jumlah belitan sekunder transforamator dihitung/diukur secara manual dengan menggunakan alat penghitung jumlah belitan transformator. Kemudian besarnya belitan primer perhitungan diperoleh dengan mengalikan jumlah belitan sekunder terhadap persamaan perbandingan tegangan yang besarnya sama dengan perbandingan belitan. Setelah itu akan dihitung jumlah belitan primer pengukuran dengan mengalikan nilai belitan sekunder dengan data hasil pengukuran (transformator turn ratio). Dengan memperhatikan perbedaan antara hasil analisa belitan perhitungan dan belitan pengukuran, maka didapat hasil bahwa pada beberapa transformator jumlah belitan primernya perlu dilakukan penambahan belitan agar tegangan keluaran dari transformator tersebut sesuai dengan tegangan keluaran yang diharapkan.

Kata Kunci: Transformator, Belitan transforamator, Tap Changer 1. Pendahuluan

Suatu masalah yang terdapat dalam sistem tenaga listrik adalah perubahan tegangan yang diakibatkan jauhnya jarak antara pembangkit dengan beban. Trafo dirancang sedemikian rupa sehingga perubahan tegangan pada sisi masuk/input tidak mengakibatkan perubahan tegangan pada sisi keluar/output, dengan kata lain tegangan di sisi keluar/output-nya tetap.

Alat ini disebut sebagai sadapan pengatur tegangan atau tap changer. Tap changer di bagi dalam 2 bagian yaitu tap changer yang bekerja pada saat berbeban tanpa terjadi pemutusan beban, biasa disebut On Load Tap Changer (OLTC) dan tap changer tanpa beban biasa disebut Off load tap changer.

2. Transformator

Transformator terdiri atas dua buah kumparan ( primer dan sekunder ) yang bersifat induktif. Seperti pada Gambar 1, kedua kumparan ini terpisah secara elektrik namun

berhubungan secara magnetis melalui jalur yang memiliki reluktansi ( reluctance ) rendah.

Apabila kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik maka fluks bolak- balik akan muncul didalam inti yang dilaminasi, karena kumparan tersebut membentuk jaringan tertutup maka mengalirlah arus primer. Akibat adanya fluks di kumparan primer maka di kumparan primer terjadi induksi sendiri ( self induction ) dan terjadi pula induksi di kumparan sekunder karena pengaruh induksi dari kumparan primer atau disebut sebagai induksi bersama ( mutual induction ) yang menyebabkan timbulnya fluks magnet dikumparan sekunder, maka mengalirlah arus sekunder jika rangkaian sekunder dibebani, sehingga energi listrik dapat ditransfer keseluruhan ( secara magnetisasi ).[1]

Secara umum suatu kumparan dialiri arus bolak- balik akan timbul Φ, lalu timbul tegangan induksi sebesar :

(2)

dt N d

e 





(1)

Gambar 1 Prinsip kerja transforamtor a. Transformator Tiga Phasa

Pada prinsipnya, transformator tiga phasa sama dengan transformator satu phasa, perbedaannya adalah seperti perbedaan sistem listrik satu phasa dengan sistem listrik tiga phasa yaitu mengenal sistem bintang ( Y ) dan delta ( Δ ), serta sistem zig-zag ( Z ), dan juga sistem bilangan jam yang sangat menentukan untuk kerja paralel transformator tiga phasa. Untuk menganalisa transformator daya tiga phasa dilakukan dengan memandang atau menganggap transformator tiga phasa sebagai transformator satu phasa, teknik perhitungannya pun sama, hanya untuk nilai akhir biasanya parameter tertentu ( arus, tegangan, dan daya ) transformator tiga phasa dikaitkan dengan nilai

3

.

Dalam pelaksanaannya tiga buah lilitan fasa dalam sisi primer dan sisi sekunder dapat dihubungkan dalam bermacam – macam hubungan, seperti hubungan bintang, hubungan segitiga (delta) dan hubungan kombinasi Y-Y, Y- Δ, Δ-Y dan Δ- Δ. Bahkan dalam kasus tertentu lilitan sekunder dapat dihubungkan secara berliku-liku (zig-zag), sehingga didapatkan kombinasi Δ-Z dan Z-Y.[2]

Pada hubungan wye-wye (Y-Y) Tegangan primer pada masing-masing phasa adalah : VΦp =

3 V

ST

(2) Maka diperoleh perbandingan tegangan transformator :

S a V

P V V

V

st

ST  



3

3 (3)

Pada hubungan wye-delta (Y- Δ) tegangan kawat ke kawat primer sebanding dengan tegangan phasa primer :

VRS =

3

VΦP (4)

Tegangan kawat-kawat sekunder sebanding dengan tegangan phasa :

Vrs = VΦS (5)

Maka diperoleh perbandingan tegangan transformator :

S a V

P V V

V

rs

RS 3 3



 

 (6)

Pada hubungan wye-delta (Δ - Y) tegangan kawat ke kawat primer sebanding dengan tegangan phasa primer :

VRS = VΦP (7)

Tegangan kawat-kawat sekunder sebanding dengan tegangan phasa :

Vrs =

3

VΦS (8)

Maka diperoleh perbandingan tegangan transformator :

3 3

a S V

P V V V

rs

RS  



 (9)

Sedangkan pada hubungan wye-delta (Δ - Δ) diperoleh :

VRS = VST = VRT = VLN (10) Arus pada transforamtor hubungan delta :

IL =

3

IP (11)

b. Tap Changer

Tap changer atau pengubah tapping adalah suatu alat pengubah tegangan dengan mengubah rasio perbandingan belitan transformator untuk mendapatkan tegangan operasi sekunder akibat adanya perubahan tegangan pada sisi primer.

Tegangan keluaran atau tegangan terminal konsumen dapat dikendalikan dengan pemasangan tapping pada sisi primer atau pada sisi sekunder transformator. Perubahan posisi tapping dikendalikan oleh tap changer.[5]

Prinsip pengaturan tegangan sekunder berdasarkan perubahan jumlah belitan primer atau sekunder. V1, N1 dan V2,N2 adalah parameter primer dan sekunder.

2 2 1 1

N V N

V 

(12)

(3)

2 1 1

2

xN

N

V  V

(13)

Tapping dapat dibuat di awal, di akhir dan di tengah belitan transformator ditunjukkan Gambar 2. [6]

a. Tapping akhir

b. Tapping tengah Gambar 2 Posisi tapping pada belitan

transformator

Tap changer tanpa beban biasanya digunakan pada transformator distribusi dimana tegangannya lebih stabil, sehingga pengaturan tappingnya dilakukan pada saat pemasangan transformator kedalam sistem tenaga listrik dan dalam jangak waktu lama.Suatu transformator, tapping dibuat pada sisi primer. Ketika semua belitan primer dalam rangkaian terhubung kesumber tegangan, tegangan sekundernya adalah :

s

xN

N V V

2 2

1



(14)

s r

s xN

N IX V V

1 1 2

  (15)

s

s xN

N N V V

2 1

1 3

2

  (16)

s r

s

xN

N IX V V

2 1 4

 

(17)

s

xN

N V V

2 1

5



(18)

3. Perbandingan Belitan Transformator Distribusi Tiga Phasa pada Saat Penggunaan Tap Changer

Untuk mendapatkan data-data yang diperlukan selama penulisan, penulis melakukan pengamatan dan pengukuran terhadap lima buah transformator di PT. MORAWA ELEKTRIK TRANSBUANA. Adapun kelima transformator tersebut memiliki kapasitas dan jumlah belitan sekunder yang berbeda, namun tipe hubungan belitan, tegangan masukan dan tegangan keluarannya sama.. Pada Tabel 1 ditunjukkan jumlah belitan sekunder untuk masing-masing transformator.

. Tabel 1 Jumlah belitan sekunder pada masing- masing trafo

Kapasitas Transformator

Jumlah belitan sekunder ( kVA ) ( Turn )

50 48

100 30

160 16

200 34

250 40

Data hasil pengukuran perbandingan belitan transformator (TTR) pada tiap tap masing- masing phasa untuk setiap transformator ditunjukkan pada Tabel 2, Tabel , Tabel 3, Tabel 4, Tabel 5, dan Tabel 6.

Besarnya perbandingan belitan pada transformator 50kVA ditunjukkan Tabel 2.

Tabel 2 Data perbandingan belitan pada Transformator 50 kVA

Tapping R S T

Tapping

1 90,975 90,985 90,97 Tapping

2 86,65 86,645 86,63 Tapping

3 82,305 82,305 82,297 Tapping

4 77,97 77,97 77,963 Tapping

5 73,645 73,655 73,625

(4)

Tapping R S T

Tapping

1 95,246 95,243 95,243 Tapping

2 90,93 90,931 90,92 Tapping

3 86,634 86,631 86,63 Tapping

4 82,247 82,247 82,234 Tapping

5 77,928 77,926 77,971 Besarnya perbandingan belitan pada transformator 160kVA ditunjukkan Tabel 4.

Tapping R S T

Tapping

1 95,28 95,284 95,298 Tapping

2 90,918 90,916 90,912 Tapping

3 86,584 86,582 86,575 Tapping

4 82,248 82,244 82,241 Tapping

5 77,915 77,911 77,906 Besarnya perbandingan belitan pada transformator 200kVA ditunjukkan Tabel 5.

Tapping R S T

Tapping

1 90,905 90,915 90,94 Tapping

2 86,573 80,58 86,58 Tapping

3 82,258 82,265 82,26 Tapping

4 77,924 77,94 77,92 Tapping

5 73,594 73,594 73,604

Tapping R S T

Tapping

1 90,145 90,152 90,116 Tapping

2 88,007 88,815 87,983 Tapping

3 85,85 85,85 85,815 Tapping

4 83,685 83,682 83,642 Tapping

5 81,55 81,551 81,505 Hubungan belitan transformatornya ditunjukkan Gambar 3.

Gambar 3 Hubungan belitan transformator 3 phasa tipe Y-zn5

4. Analisa Perbandingan Belitan Transformator

Tap yang dipakai pada tiap transformator adalah sebesar 5% dan untuk tiap transformator dilakukan 5 tapping. Besarnya tegangan masukan awal tiap transformator adalah 20kV. Setelah dilakukan 5 tapping, maka besar tegangan masukan untuk masing-masing trafo adalah 22kV,21kV,20kV,19kV, dan 18kV.

Sedangkan untuk tegangan keluaran yang diinginkan adalah 400/231 Volt.

Karena tipe transformator yang digunakan adalah tipe Y-zn5, maka jumlah belitan primer dapat dihitung bedasarkan persamaan (19)

Np = _s

s

p

N

V V 



 1

3 (19)

Persamaan (19) berlaku untuk semua transformator. Sedangkan besarnya pernbandingan belitan dapat diperoleh dari perbandingan tegangan masukan tiga phasa dengan tegangan keluaran saru phasa. Dengan

(5)

memberikan nilai toleransi sebesar



1 % maka aka diperoleh besarnya nilai perbandingan belitan maksimum dan perbandingan belitan minimum. Dengan mengalikan jumlah belitan sekunder dengan nilai perbandingan belitan maksimum dan minimumnya maka akan diperoleh batasan nilai maksimum dan minimum jumlah belitan primer dari tiap transformator.

Kemudian untuk jumlah belitan berdasarkan pengukuran dapat diperoleh dengan mengalikan jumlah belitan sekunder dengan data hasil pengukuran perbandingan belitan transformator pada Tabel 2.a sampai Tabel 2.e.

Hasil seluruh perhitungan data yang dilakukan kemudian dimasukkan kedalam sebuah tabel seperti pada Tabel 3 sampai Tabel 7. Kemudian dilakukan analisa terhadap masing- masing transforamator berdasarkan masing- masing tabel.

Pada Tabel 7 jumlah belitan berdasarkan pengukuran berada diluar rentang maksimum maupun minimum. Jadi pada transformator ini jumlah belitan primer harus ditambah minimal 169 lilitan sampai maksimum 254 lilitan.

Tabel 7 Jumlah belitan pada pengukuran dan perhitungan Transformator 50 kVA Tapping Pengukuran Perhitungan

R S T Max Min

Tapping

1 4367 4367 4367 4621 4526 Tapping

2 4159 4159 4158 4407 4320 Tapping

3 3951 3951 3950 4197 4114 Tapping

4 3743 3743 3742 3988 3909 Tapping

5 3535 3535 3534 3778 3703 Pada Tabel 8 jumlah belitan transformator berdasarkan pengukurannya sesuai dengan hasil perhitungan, jadi pada transformator ini tidak ada penambahan maupun pengurangan belitan.

R S T Max Min

Tapping

1 2857 2857 2857 2888 2829 Tapping

2 2728 2728 2728 2755 2700 Tapping

3 2599 2599 2599 2623 2571 Tapping

4 2467 2467 2467 2492 2443 Tapping

5 2338 2338 2339 2361 2314 Pada Tabel 9 jumlah belitan transformator berdasarkan pengukurannya sesuai dengan hasil perhitungan, jadi pada transformator ini tidak ada penambahan maupun pengurangan belitan.

R S T Max Min

Tapping

1 1524 1525 1525 1540 1509 Tapping

2 1455 1455 1455 1469 1440 Tapping

3 1385 1385 1385 1399 1371 Tapping

4 1316 1316 1316 1329 1303 Tapping

5 1247 1247 1246 1259 1234 Pada Tabel 10 didapat bahwa jumlah belitan berdasarkan pengukuran berada dibawah hasil perhitungan, jadi jumlah belitan primer harus ditambah minimal 114 lilitan dan maksimal 182 lilitan.

R S T Max Min

Tapping

1 3091 3091 3092 3274 3206 Tapping

2 2943 2740 2944 3122 3060 Tapping

3 2797 2797 2797 2973 2914 Tapping

4 2649 2650 2649 2824 2769 Tapping

5 2502 2502 2503 2676 2623

(6)

Pada Tabel 11 didapat bahwa jumlah belitan berdasarkan pengukuran berada dibawah hasil perhitungan, jadi jumlah belitan primer harus ditambah minimal 166 lilitan dan maksimal 246 lilitan.

R S T Max Min

Tapping

1 3606 3606 3605 3851 3771 Tapping

2 3520 3553 3519 3673 3600 Tapping

3 3434 3434 3433 3498 3429 Tapping

4 3347 3347 3346 3323 3257 Tapping

5 3262 3262 3260 3148 3086 Penambahan belitan bertujuan untuk mendapatkan tegangan keluaran yang sesuai dengan yang diinginkan.

Kesimpulan

Dari hasil perhitungan dan analisis data maka dapat disimpulkan:

1. Untuk suatu perbandingan belitan, semakin besar jumlah lilitan sekunder pada transformator distribusi semakin besar juga jumlah lilitan primernya.

2. Dikarenakan kesalahan pembacaan pada alat penggulungan belitan transformator pada saat penggulungan belitan transformator, pada hasil TTR masing- masing trafo, jumlah lilitan primer tidak sesuai dengan hasil perhitungan, maka dilakukan pengurangan atau penambahan jumlah lilitan yaitu, pada trafo 50kVA dlikakukan penambahan 169 sampai 254 lilitan, pada trafo 200kVA penambahan 114 sampai 182 lilitan, dan pada trafo 250kVA penambahan 166 sampai 246 lilitan.

Sedangkan untuk trafo 100 dan 160 kVA jumlah lilitan primer sudah sesuai dengan batas toleransi 1%.

3.

Jika didapati tegangan masukan pada transformator distribusi yang menggunakan tap changer tidak sesuai dengan tegangan primer yang ditentukan untuk tiap tapping, maka harus dipilih salah satu tap yang akan menghasilkan tegangan keluaran yang lebih mendekati tegangan keluaran yang ditetapkan atau tegangan keluaran yang diinginkan

dengan mengutamakan keselamatan proteksi

Ucapan Terimakasih

Penulis mengucapkan terimakasih kepada Bapak Ir. Panusur S.M. L.Tobing dan juga staff dan pegawai di PT. MORAWA ELEKTRIK TRANSBUANA atas bantuannya dalam menyelesaikan penelitian ini.

Referensi

[1] Wijaya, Mochtar,”Dasar-Dasar Mesin Listrik”, Penerbit Djambatan, Jakarta , 2001.

[2] Chapman Stephen J, “Electric Machinery Fundamentals”,Second Edition Mc Graw Hill Companies, New York, 1991.

[3] Theraja, B.L. & Theraja, A.K., “A Text Book of Electrical Technology”, New Delhi, S.Chand and Company Ltd., 2001.

[4] Gonen, Turan,”Electric Power distribution System Engineering”,Mc Graw-Hill Book Company, Singapore 1986.

[5] Stigant, S. Austen and A.C. Franklin,”The J&P transformer Book”,newness-

Butterworths,London,1973

[6] http://ojandonk.com/2011/04/25/transforme r-electrical-design/

[7] http://xa.yimg.com/kq/groups/26952859/13 55756370/name/Review_Desain_Trafo.pdf [8] Grigsby, Leo L.,”Electric Power

Enginering” , CRC Press LLC, Florida, 2000.