PERLENGKAPAN SISTEM TENAGA

PERLENGKAPAN SISTEM TENAGA

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN TEKNOLOGI INFORMASI FAKULTAS TEKNIK U G M

TRAFO TIGA FASE

(Three Phase Transformer)

Transformer atau Trafo

Transformer adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain, melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi-elektromagnet.

Penggunaan Trafo :

-Tegangan yang dihasilkan sumber tidak sesuai dengan tegangan pemakai.

-Biasanya sumber jauh dari pemakai

sehingga perlu tegangan tinggi (Pada jaringan transmisi).

-Kebutuhan pemakai / beban memerlukan tegangan yang bervariasi

Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi Informasi, UGM

Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi Informasi, UGM

Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi Informasi, UGM

trafo

Trafo Daya 150 kV – 20 kV

OLTC

KUMPARAN

BAGIAN INTERNAL TRAFO

INTI BESI

TANGKI KONSERVATOR

KABEL INC 20 kV

RADIATOR BOK KONTROL OLTC

BOK KONTROL

BUSHING SEKUNDER

BUSHING PRIMER

SILICAGEL KIPAS PENDINGIN

PERLENGKAPAN TRAFO

TANGKI UTAMA SUDDEN PRESSURE

BUCHOLZ

TERMOMETER JANSEN OIL LEVEL

Proteksi Relay

Konstruksi trafo 3 fase

3 buah trafo 1 fase dirangkai

1 buah trafo 3 fase jenis ada 2 :

Core Type Shell Type

KONSTRUKSI

Dian Sulistiadi

Mesin Listrik Dasar

CORE TYPE SHEEL TYPE

Konstruksi Dasar Trafo Tiga Fase

Konstruksi

Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi Informasi, UGM

S

R T

r s t

Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi Informasi, UGM

1 trafo 3 fase terpadu (1 core)

Susunan 3 trafo satu fase, dengan perhitungan P3 Fasa = P1 + P2 + P3

= I1.V1 + I2.V2 + I3.V3 = 3.I.V

Dalam penyusunan menggunakan 3 trafo 1 fase, trafo yang digunakan harus identik!

Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi Informasi, UGM

Untuk tegangan sistem dibawah 230 kV, dapat digunakan satu kesatuan trafo tiga fase terpadu

Tegangan sistem lebih tinggi 230 kV, dapat

menggunakan satu trafo tiga fase yang disusun dari 3 buah trafo satu fase

Penggunaan Trafo dalam Bidang Ketenagaan

TRANSFORMATOR TIGA FASE

 Dipakai untuk tegangan tinggi dan tegangan menengah.

 Prinsip kerjanya sama dengan tiga trafo fase tunggal yang digabungkan dalam sebuah konstruksi.

 Sebenarnya dapat digantikan dengan 3 buah trafo 1 Φ, tetapi dibanding dengan cara tersebut, trafo 3 Φ memberi keuntungan :

 Lebih kompak, irit ruang

 Lebih ringan

 Biaya turun 15%

 Mudah instalasinya

Komponennya relatif kecil dan sederhana

Rugi-rugi relatif kecil

Fibrasi menjadi lebih kecil

Komponen mekanik yang dihubungkan memiliki

input/output yang halus.

Beban (Loads

impedances) harus identik

Jika beban tidak

seimbang akan terjadi perbedaan tegangan pada sistem

 Kelemahan :

Bila salah satu fase rusak maka harus diperbaiki semua.

 Bila dengan 3 trafo 1 Φ , jika salah satu rusak masih dapat digunakan dalam hubungan open Δ dengan konsekuensi kapasitasnya turun dan harus memperbaiki satu yang rusak tersebut.

Sistem Tiga Fase

N S

a

2

3 1

c b R R

R

Sistem Tiga Fase

Sistem Tiga Fase

V_a1 I_b2

V_b2

V_c3

I_c3

I_a1

Diagram phasor

120º

120º

120º

Dengan beban resistif Z=|Z|∟0=R +j0

Arus sefase dengan tegangan (θ=0).

Sistem Tiga Fase

3 Phase Pow ers

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000

0.000 0.005 0.010 0.015 0.020

time (s)

power (W) Phase a1

Phase b2 Phase c3 Total

Sistem Tiga Fase

Aliran daya pada sistem tiga fase adalah konstan

Sifat ini memberikan keuntungan :

Komponennya relatif kecil dan sederhana

Rugi-rugi relatif kecil

Fibrasi menjadi lebih kecil

Komponen mekanik yang dihubungkan memiliki input/output yang halus.

Sistem Tiga Fase: 3-Kawat

Beban (Loads impedances) harus identik

Jika beban tidak seimbang akan terjadi perbedaan tegangan pada sistem.

a

n

c b Z Z

Z

Sistem Tiga Fase

 Tiga fase, sistem 4 kawat banyak digunakan untuk komersiil dan

industri

 Tiga fase, sistem 3 kawat banyak digunakan pada motor dan

generator

Konstruksi Trafo Tiga Fase

1.Inti Besi

 Inti besi berfungsi untuk mempermudah jalan fluks, yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melalui kumparan.

Dibuat dari lempengan-lempengan besi tipis yang

berisolasi, untuk mengurangi panas (sebagai rugi-rugi besi) yang ditimbulkan oleh “Eddy Current”.

2. Kumparan trafo

 Pada trafo terdapat kumparan primer dan sekunder. Bila kumparan primer

dihubungkan dengan tegangan/arus bolak-balik maka pada kumparan tersebut timbul fluksi yang

menginduksikan tegangan, bila pada rangkaian sekunder ditutup (rangkaian beban) maka akan mengalir arus pada kumparan ini. Jadi kumparan sebagai alat transformasi tegangan dan arus.

3. Minyak trafo

 Minyak Transformator berfungsi sebagai media pendingin dan isolasi. Sebagian besar kumparan dan inti trafo tenaga

direndam dalam minyak, terutama trafo – trafo tenaga yang berkapasitas besar,

karena minyak trafo mempunyai sifat sebagai isolasi dan media pemindah.

4. Bushing

Bushing berfungsi sebagai penyekat antara konduktor dengan tangki trafo.

5. Tangki Utama

Tangki Utama berfungsi sebagai tempat kumparan, inti besi dan minyak trafo.

6. Tangki Konservator

Tangki Konservator berfungsi untuk

menampung minyak cadangan dan uap akibat pemanasan trafo karena arus

beban.

Hubungan Tiga Fase

Hanya ada 6 kombinasi hubungan :

 Delta to Delta – Aplikasi Industri

 Delta to Wye – banyak digunakan untuk komersiil dan industri

 Wye to Delta – untuk transmisi tegangan tinggi

 Wye to Wye – jarang digunakankarena menimbulkan harmonics dan balancing problems.

 Open

 Scott



Hubungan Tiga Fase

5 hubungan trafo 3 fase

wye-wye (Y-Y) seldom used, imbalance and 3^rd harmonics problems

wye-wye-delta (Y-Y-Δ)

frequently used to interconnect high voltage networks (240 kV/345 kV). The delta

winding filters the 3^rd harmonics, equalizes the unbalanced current, and provides a path for ground current

wye-delta (Y-Δ) frequently used as step down (345 kV/69 kV) delta-delta (Δ-Δ) used for medium voltage (15 kV), one of the

transformers can be removed (open delta) delta-wye (Δ-Y) step-up transformer in a generation station

1.HUBUNGAN Y-Y

Gambar 5.48 Trafo tiga fse yang dihubungakan Y-Y

N n

A

B

C

a

b

c

I_A I_a

V_AN V_AB

V_CN

V_BN V_bn

V_an V_cn

V_ab

A a an

AN

I I V

V 



 

s p

N T_{Y Y} N

C c cn

CN B

b bn

BN A

a an

AN

I I V

V I

I V

V I

I V

V     



 

s p

N T_{Y Y} N









30 30

3 3

j j

e e

an ab

AN AB

V V

V V

rate rate

Y

rate

V V

I 3 3

3 S

S 



 Syarat digunakan  Hubungan antara lilitan primer dan sumber harus netral solid (berimpedansi sangat rendah).

 Pada referensi kami ditulis “Hubungan ini sebaiknya dihindari”

karena :

Menyebabkan harmonik.

Voltage tidak seimbang saat beban tidak seimbang.

Y-Y : untuk stabilisasi karena adanya

kawat netral

WYE/WYE Y - Y

Sifat sifat

Paling ekonomis untuk trafo tegangan rendah dan tinggi.

Jarang digunakan,karena masalah harmonik ketiga.

Hanya dapat bekerja dengan baik apabila beban yang didapat seimbang.

Mengalami pergeseran fase didalamnya

1. HUBUNGAN Y-Y

Supply Load Network

Transformer

Y-Y

Gambar 5.49 sistem tiga fase untuk menyuplai beban melalui sebuah trafo

Transformer Load

Supply Network

X_{tr_s}

V_an V_{load_an}

V_AN V_{net_AN}

X_net

I_A I_a

N n A

a

X_{tr_s}

V_an V_{load_an}

V_AN

I_A I_a

V_{net_AN}

X_net

Gambar 5.50 Equivalent circuit Trafo Y-Y

Gambar 5.51 equivalent circuit 1 fase untuk sistem trafo tiga fase Y-Y.

Contoh penggunaan Y - Y pada

jaringan listrik

2. HUBUNGAN WYE-DELTA

Gambar 5.52 Travo yang Dihubungkan Wye-delta, arus dan tegangan

A

B

C

N V_AN V_AB

V_BN V_BC

V_CN I_A

I_ba

I_cb V_CA

a

b

c a

b

c

I_a

I_c

I_b V_ab

V_bc

V_ca I_ac

rate rate

rate V V

I 3

3 S

S 

 

A ba ab

AN

I I V

V 



 

s p

N T_{Y Δ} N





 







 _{AN BN AN AN} e ^j120 3 _AN e ^j30

AB V V V V V

V







 







 _{ba ac ba ba} e ^j240 3 _ba e ^j30

a I I I I I

I

Y-Δ : digunakan pada gardu induk (GI) sbg step-down.

Pada kedua konfigurasi di atas terjadi pergeseran fase 30°

Tidak dapat diparalel ke Y-Y atau Δ-Δ

2. HUBUNGAN WYE-DELTA

I_a

I_b

I_c V_ab

V_bc

V_ca V_CN

V_BN V_AN A

B

C

a

b

c I_cb

I_ba

I_ac Transformer

AC AC AC

I_C I_B I_A V_AN

V_BN

V_CN

Supply

I_ab

I_bc I_ca

Load V_AB

V_BC V_CA

I_ac

V_ca

V_bc V_ab

N

Gambar 5.52 Trafo yang Dihibungkan Wye-Delta

2. HUBUNGAN WYE-DELTA

Gambar 5.53 Equivalent circuit 1 fase hubungan Wye-Delta.

X_{tr_s}

V_an V_{s_an} V_AN

I_A I_a

V_{p_AN}

X_{tr_p}

R_{tr_p} R_{tr_s}

X_m R_c

T^spe

Y-

 3 _an e ^j30

ab V

V

an AN ab

AN ab

AB

V V V

V V

T_Y^spe_Δ  V  3 e ^j30 

 

* A ba

* A

* a

I I

I T I

30 * spe

Δ Y

3 ^{ }

   e ^j

Y - ∆

I_a

I_b

I_c V_ab

V_bc

V_ca V_CN

V_BN V_AN A

B

C

a

b

c I_cb

I_ba

I_ac Transformer

AC AC AC

I_C I_B I_A V_AN

V_BN

V_CN

Supply

I_ab

I_bc I_ca

Load V_AB

V_BC V_CA

I_ac

V_ca

V_bc V_ab

N

Wye/delta Y - ∆

Sifat sifat

Sering digunakan untuk operasi step down

Terdapat pergeseran fase didalamnya

Tidak dapat melakukan kerja pararel dengan delta delta maupun y-y

Harmonik ketiga pada delta dimanfaatkan untuk menghasilkan flux sinusoida

Contoh penggunaan hubung

Y - ∆ pada jaringan listrik

3. HUBUNGAN DELTA-WYE

Gambar 5.54 Taravo yang Dihubungakan Delta-Wye

A

B

C

n

a

b c V_BC

I_a I_A

I_b I_c V_AB

V_CA V_ca

V_ab

V_bc V_an

V_bn

V_cn I_C

I_B

I_CA I_AB

I_BC

* A

* a an

AN an

AB ab

AB

I I V

V V

V V

T _  V  ^{ }   3

30 spe

Y Δ

e j







 







 _{AB CA AB AB} e ^j240 3 _AB e ^j30

A I I I I I

I



³⁰



^*

spe Y

Δ^   3 ^{ }

e j AB

* a

* A

* a

I I I

T I

Δ-Y : digunakan pada pembangkit sbg step-up.

DELTA/WYE ∆ - Y

Sifat sifat

Digunakan pada bagian step up jaringan tegangan tinggi

Mengalami pergeseran fase didalamnya

Tidak dapat melakukan kerja pararel

4. HUBUNGAN DELTA-DELTA

Gambar 5.55 Trafo yang Dihubungkan Delta- Delta

A

B

C

a

b c V_AB

I_a I_ba

I_ac I_A

I_AB

I_CA

V_ab

AB ba A

a ab

AB

I I I

I V

V  





s p

N T_Δ-Δ N

 Δ-Δ :

 - untuk mengeliminir harmonik ketiga dan kelipatannya

 - beban unbalance tak berpengaruh

 - jika 1Φ lepas dapat beroperasi sebagai open Δ

DELTA/DELTA ∆ - ∆

Sifat sifat

Ekonomis untuk trafo tegangan rendah dalam jumlah yang besar.

Tidak mengalami pergeseran fase.

Harmonik ketiga dimanfaatkan agar tegangan output dapat sinusoida.

Beban antar fase tidak harus seimbang.

Kehandalan lebih tinggi dari Y/Y

Trafohubungan Primary dan Secondary tegangan Phase

Relation Phase Shift* Windings Placed on the Same

Leg

Y-Y V_AN is in phase with V_an Zero A dan a

Wye-Delta V_AN is in phase with V_ab 30° A dan ab

Delta-Wye V_AB is in phase with V_an –30° AB dan a

Delta-Delta V_AB is in phase with V_ab Zero AB dan ab

* Note: Phase shift lead between line-to-line tegangans, V_AB dan V_ab, dan line-to-neutral tegangans, V_AN dan V_an, dan line aruss, I_A dan I_a.

Tabel variasi hubungan tiga fase

Hubungan Star (Wye) dan Delta

 untuk sistem balance (seimbang) (sistem 3 kawat)

 Banyak diaplikasikan untuk trafo dan mesin

 Hubungan antara tegangan/arus a

n c b

a

c b

Hubungan Star (Wye)

a

n c b

Tegangan Line to line

V_L = V_A - V_B V_A

V_B V_C

tegangan Line to neutral

V_ln = V_A - V_n

V_n

Arus line I_L

arus Line to neutral

I_nl

Arus line sama dengan arus line to neutral I_L= I_nl

tegangan Line to line = √3 line to neutral tegangan

V_L = √3 V_ln

Hubungan Star (Wye)

Nilai magnitude Tegangan Line-to-neutral adalah

sama :

|Van | = |Vbn | = | Vcn| Nilai magnitude Tegangan

Line-to-line adalah sama : |Vab | = |Vbc | = | Vca|

|VL| = 2 x |VLn| cos30º

= 3 |VLn|

V_an V_cn

V_bn

-V_bn

-V_cn -V_an

V_ca

V_ab

V_bc

30º

30º

30º

Hubungan Star (Wye)

Pada hubungan Star, tegangan antar kawat fase akan bernilai

sama dengan

tegangan sistem tiga fasenya. Tetapi

tegangan antara

salah satu kawat fase dengan kawat netral selalu lebih rendah.

Hubungan Delta

a

c b TeganganLine

to line

V_L = V_A - V_B

V_A

V_B V_C

tegangan line to neutral

V_ln = V_A - V_n

Tidak ada titik netral (ground) pada sistem

Vn = V_A +V_B +V_C

Arus Line I_L

Arus line to neutral

I_nl

Arus Line = √3 Arus line to neutral

I_L= √3 I_nl Tegangan Line to

line = tegangan line to neutral

V_L = V_ln

Hubungan Delta

Arus di cabang : I_B: I_ab, I_bc, I_ca

Arus Line : I_L: I_a, I_b, I_c

|I_L| = 2 x |I_B| cos30º

= 3 |IB|

I_ab I_ca

I_bc

-I_ca -I_ab

-I_bc

I_c

I_a I_b

30º

30º

30º

Hubungan Delta

Pada hubungan delta, nilai tegangan antar kawat akan selalu bernilai sama untuk setiap pasangan

kawat yang berbeda (lihat gambar).

Daya Pada Sistem 3 Fase : Hubungan Star dan Delta

Star…

V_L = 3 V_nl, I_L = I_ln daya tiap cabang :

S_B= V_Ln x I_ln*= 1/3 xV_LxI_L*

Total daya:

S_tot = 3S_B

= 3V_LI_L

Delta…

V_L = V_nl, I_L =√3 I_ln daya tiap canbang :

SB= Vln x Iln= 1/3 x VL x IL*

Total daya:

S_tot = 3S_B

= 3V_LI_L Hore Sama!

Sistem Tiga Fase:

daya aktif, reaktif dan daya semu

Hubungan antara daya aktif (P), daya reaktif (Q), dan daya semu (S) pada sistem tiga fase sama seperti hubungan ketiga daya pada sistem satu fase.

Sistem Tiga Fase:

daya aktif, reaktif dan daya semu

S² = P² + Q² cos θ = P / S Where:

S = daya semu tiga fase

P = |S| cos(θ) = daya aktif tiga fase (VA)

Q = |S| sin(θ) = daya reaktif tiga fase (VAR) cos θ = faktor daya

θ = sudut fase antara arus dan tegangan

Menghubungkan tiga trafo 1 fase menjadi satu trafo tiga fase

Ketika 3 x trafo 1 fase dipakai untuk

membentuk 1 x trafo 3 fase, maka lilitan primer dan

sekundernya

dihubungkan dalam hubungan wye atau delta.

Menghubungkan tiga trafo 1 fase menjadi satu trafo tiga fase

Trafo 3 fase yang dibuat dari 3 x trafo 1 fase, lebih mahal daripada 1 x trafo 3 fase yang sebenarnya. Karena inti

besinya (core) yang lebih

banyak/besar (tidak efisien).

Menghubungkan tiga trafo 1 fase

menjadi satu trafo tiga fase

Jam Trafo

Jam trafo adalah gambaran perbedaan atau pergeseran sudut antara primer dan sekunder suatu trafo ( R-r, S-s, T-t). Perbedaan sudut tersebut digambarkan dengan vektor dan akan membentuk seperti jam. kalau dalam bahasa inggris, namanya vector group of transformer.

Tiap satu bilangan jam mewakili beda sudut 30 derajat.



Trafo 3 fasa 2 belitan memiliki beberapa macam konfigurasi belitan.

Apabila dilihat dari jenis penyusunan belitan antar fasa maka ada dua macam tipe belitan yaitu : belitan Wye (star) dan belitan delta.

Angka Jam Trafo

- gambar vektor tegangan tinggi dan tegangan rendah sebuah trafo daya 3 fase

0

4 5

9

1

8

3

V

W U

v u

w

- untuk memparalel trafo 3 fase

- trafo-trafo yang akan diparalel harus mempunyai angka jam yang sama

JAM TRAFO

Jam trafo merupakan bilangan yang menunjukkan posisi lilitan primer (high voltage winding) dan lilitan sekunder (low voltage winding).

Jarum panjang selalu menunjuk angka 12 merupakan sudut fase dari h.v, dan jarum pendek akan

menunjukkan sudut fase l.v.

 Sudut yang menunjukkan posisi lilitan primer dan

sekunder pada trafo 3Φ seperti pada penunjukan jarum jam.

 Arah vektor tegangan yang berlawanan menimbulkan perbedaan fase.

 Patokan kelompok hubungan arah dan beda fase :

Notasi untuk hubung delta, bintang dan zig-zag tegangan tinggi

 D,Y,Z tegangan tinggi

 d,y,z  tegangan rendah

 Untuk fase

U, V, W  tegangan tinggi u, v, w  tegangan rendah

Asumsi : - Tegangan primer dianggap tegangan tinggi.

- Tegangan sekunder sebagai tegangan rendah.

Ketentuan-ketentuan :

1. Angka jam menunjukkan letak sisi kumparan tegangan tinggi terhadap tegangan rendah.

2. Jarum jam panjang dibuat selalu menunjuk angka 12 dan dibuat berimpit dengan vektor fase VL tegangan tinggi line to line.

3. Jarum pendek menunjuk vektor fase vl tegangan rendah.

4. Bergantung perbedaan fasenya, vektor u,v,w bisa dilukiskan.

5. Sudut antara jarum panjang dan pendek adalah pergeseran antara vektor fase V dan v.

Gambar jam trafo dan lilitan primer dan sekunder

V

U W

12 1

2

3

4 5

6 7

8 9

10

11

W U

V

~

~

Nomor Grup

Nomor group Phase

displacement Bilangan jam

I 0^O 0

II 180^O 6

III -30^O 1

IV +30^O 11

Simbol hubungan kumparan

Letak

kumparan

Hubungan 3 fase designat ion

High voltage Delta Star

Interconnected star

D Y Z Low volatage Delta

Star

Interconnected star

d y z

Contoh hubungan Y-Y dengan sudut 0

^o

High voltage low voltage

Contoh hubungan Z-D dengan sudut 0

^o

(Zd0)

Contoh hubungan Y-D dengan sudut -30

^o

(Yd1)