Analisa Berbagai Hubungan Belitan Transformator 3Phasa Dalam Keadaan Beban Lebih (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik Ft.Usu)

(1)

TUGAS AKHIR

ANALISA BERBAGAI HUBUNGAN BELITAN TRANSFORMATOR 3 PHASA DALAM KEADAAN BEBAN LEBIH

( 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 :

ZUL FAHMI DHUHA NIM: 100402015

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2015

(2)

ANALISA BERBAGAI HUBUNGAN BELITAN TRANSFORMATOR 3 PHASA DALAM KEADAAN BEBAN LEBIH

( APLIKASI PADA LABORATORIUM KONVERSI ENERGI LISTRIK FT. USU)

OLEH :

ZUL FAHMI DHUHA NIM: 100402015

Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelarSarjana Teknik

pada

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

Sidang pada tanggal 12 bulan November tahun 2014 di depan Penguji : 1. Ir. Syamsul Amien, MS. : Ketua Penguji

2. Ir. Raja Harahap, M.T : Anggota Penguji Disetujui oleh : Pembimbing Tugas Akhir,

(Ir. Syamsul Amien, MS.) NIP.195306221981031002

Diketahui oleh :

Ketua Departemen Teknik Elektro,

(Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si.) NIP : 195405311986011002

(3)

ABSTRAK

Pada transformator 3 phasa terdapat berbagai jenis ubungan belitan misalnya delta- delta, wye- wye, wye- delta, delta- wye, zigzag, dan lain- lain. Dari berbagai hubungan ini, apabila di beri pembeban melebihi kapasitas dari transformator akan mempengaruhi effisiensi, regulasi tegangan maupun ketahanan dari belitan akibat dari pembebanan pada transformator itu sendiri.

Dalam tugas akhir ini akan membahas perbandingan masing- masing hubungan belitan terhadap effisiensi, regulasi tegangan, dan kenaikkan suhu yang diakibatkan pembebanan yang melebihi kapasitas transformator di Laboratorium Konversi Energi Listrik Departemen Teknik elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Dari hasil penelitian didapat bahwa hubungan belitan Dd0 memiliki nilai effisiensi yang terbaik, hubungan Yy0dengan nilai regulasi tegangan terbaik dan hubungan belitan Yy0dengan kenaikan suhu terendah dalam keadaan beban lebih yang di bebankan pada transformator.

Kata Kunci :Transformator 3 phasa, beban lebih , hubungan belitan transformator

(4)

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas berkat rahmat dan ridho-Nya Tugas Akhir ini dapat disusun dan diselesaikan, serta shalawat beriring salam penulis sampaikan kepada junjungan Nabi Besar Muhammad SAW.

Tugas Akhir ini adalah bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah:

”ANALISA BERBAGAI HUBUNGAN BELITAN TRANSFORMATOR DALAM

KEADAAN BEBAN LEBIH

( APLIKASI PADA LABORATORIUM KONVERSI ENERGI LISTRIK FT. USU)_”

Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu Ayahanda (Alm. Hasbi) dan Ibunda (Dewi Etta Manurung, S.pd,sd), serta adik-adik tersayang (Devi Ellyentika dan Fakhrul Khafid) yang selalu memberikan semangat dan mendoakan penulis dalam penyelesaian studi hingga menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Selama masa kuliah hingga penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis juga banyak mendapat dukungan, bimbingan, maupun bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Ir. Syamsul Amien, MS, selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhiryang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk

(5)

memberikan bantuan, bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama perkuliahan hingga penyusunan Tugas Akhir ini.

2. Ibu Ir. Windalina Syafiar, selaku Dosen Wali penulis yang senantiasa memberikan bimbingan selama perkuliahan.

3. Bapak Ir. Eddy Warman, M.T, serta Bapak Ir. Raja Harahap, M.T, selaku Dosen Penguji Tugas Akhir yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini.

4. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si., selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU serta Bapak Rachmad Fauzi S.T., M.T. selaku sekretaris Departemen Teknik Elektro FT USU yang banyak memberi motivasi selama penulis menjalani kuliah.

5. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah mendidik penulis menuju jenjang Sarjana.

6. Bapak Isroy Tanjung, ST, selaku Pegawai di Laboratorium Konversi Energi Listrik Fakultas Teknik Elektro USU.

7. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro FT USU yang telah membantu penulis dalam pengurusan administrasi.

8. Teman- teman di Lab. Konversi Energi Listrik, Bang Arfan, Bg Rizky, Diky, Djaka, Bambang, Zein, dan Aspar.

9. Teman- teman 2010, Rimbo, Andika, Irsyad, Suwendri, Lutphi, Ryan, Deni, Rhobby, Mursyid, fatih, Fadlan, Ilham, Andi, Hamdan, Kharisma, Yudha, Hendra, Eden, Selamat Aryadi, Yahya, Sylvester, Dewi, Dwi, Dilla, Puti, Tari, Agil, Rizky, Afron, Cisco, Milan, Rio,

(6)

Martua, Kiel, Martin, Willy, Enda, Riel dan lain- lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu .

10. Seluruh abang dan kakak senior serta adik-adik junior yang telah memberi dukungan dan bantuan.

11. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini belum sempurna karena masih banyak terdapat 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, penulis berharap semoga penulisan Tugas Akhir ini dapat berguna memberikan ilmu pengetahuan bagi kita semua dan hanya kepada Allah SWT-lah penulis menyerahkan diri.

Medan, April 2015 Penulis

Zul Fahmi Dhuha NIM. 100402015

(7)

(8)

DAFTAR ISI

ABSTRAK ...i

KATA PENGANTAR... ii

DAFTAR ISI...v

BAB I...1

PENDAHULUAN ...1

1.1 Latar Belakang ...1

1.2 Perumusan Masalah ...2

1.3 Tujuan ...2

1.4 Batasan Masalah...2

1.5 Manfaat ...3

BAB II ...4

TINJAUAN PUSTAKA...4

2.1 Transformator...4

2.1.1 Konstruksi Transformator...5

2.1.2 Prinsip Kerja Transformator ...7

2.1.3 Transformator Tiga Phasa...10

2.1.4 Konstruksi Transformator Tiga Phasa ...11

2.1.5 Hubungan Belitan Pada Transformator Tiga Phasa...13

2.2 Beban...24

(9)

2.3 Beban Lebih Pada Transformator ...27

2.3.1 Umum ...27

2.3.2 Gangguan Pada Transformator ...27

2.3.3 Batas Ketahanan Transformator ...29

2.3.4 Kemampuan Termal Bahan Transformator ...30

2.4 Effisiensi Dan Regulasi Tegangan ...31

2.4.1 Effisiensi Transformator ...31

2.4.2 Regulasi Tegangan...32

BAB III...33

METODE PENELITIAN...33

3.1 Tempat dan Waktu ...33

3.2 Bahan dan Peralatan ...33

3.3 Variabel yang Diamati ...33

3.4 Prosedur Penelitian...34

3.5 Pelaksanaan Penelitian ...38

3.5.1 Pengambilan Data Dan Pengumpulan Data Yang di Perlukan...38

(10)

vii

BAB IV...40

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ...40

4.1 Umum...40

4.2 Data Percobaan...40

4.3 Analisa Data ...43

BAB V ...71

KESIMPULAN DAN SARAN ...71

5.1 Kesimpulan ...71

5.2 Saran...71

(11)

ABSTRAK

Kata Kunci :Transformator 3 phasa, beban lebih , hubungan belitan transformator

(12)

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Transformator adalah suatu alat listrik yang digunakan untuk menaikkan dan menurunkan tegangan dalam sistem tenaga listrik. Penggunaan transformator sangat penting di bidang kelistrikan.

Dalam penggunaanya, transformator sering mengalami banyak gangguan yang mengakibatkan menurunya effisiensi dari sistem. Gangguan- gangguan ini diantaranya adalah gangguan hubung singkat, gangguan internl transformator dan gangguan beban lebih. Beban lebih sendiri terjadi akibat adanya peningkatan penggunaan daya listrik oleh konsumen karena meningkatnya kebutuhan listrik dari masing- masing konsumen sesuai peningkatan taraf hidup masyarakat Indonesia.

Transformator sendiri dalam aplikasinya digunakan berbagai macam hubungan pada belitan agar meningkatkan effisiensi dari transformator dan meminimalisir rugi- rugi yang mungkin terjadi.

Dalam tugas akhir ini, penulis berusaha menganalisa pengaruh- pengaruh yang terjadi pada saat transformator mengalami gangguan berupa beban lebih pada berbagai hubungan belitan.

(13)

1.2 Perumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dari tugas akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Bagaimana pengaruh beban lebih terhadap transformator.

2. Bagaimana pengaruh hubungan belitan transformator terhadap kinerja, effisiensi transformator.

3. Bagaimana pengaruh beban lebih terhadap kinerja dan effisiensi transformator dengan berbagai jenis hubungan belitan.

4. Bagaimana pengaruh kenaikan arus pada suhu transformator dalam berbagai macam hubungan belitan.

1.3 Tujuan

Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini adala untuk mengetahui pengaruh pembebanan berlebih dari transformator terhadap effisiensi dan ketahanan transformator 3 phasa yang dihubungkan dengan berbagai hubungan belitan.

1.4 Batasan Masalah

Adapun batasan masalah dari penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Pengukuran dan perhitungan arus pada saat transformator diberi gangguan

beban lebih.

2. Beban yang diguanakan adalah beban seimbang. 3. Beban yang digunakan adalah beban linear.

4. Transformator yang digunakan adalah transformator 3 phasa 2 kVA yang terdapat di Laboratorium Konversi Energi Listrik Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara.

(14)

1.5 Manfaat

Adapun manfaat penulisan tugas akhir ini adalah:

1. Untuk memahami pengaruh beban lebih terhadap kinerja dan effisiensi transformator.

2. Untuk mengetahui jenis hubungan yang terbaik dalam mengurangi effek yang tidak di harapkan akibat dari pembebanan berlebih pada trasformator. 3. Menambah wawasan dan pengetahuan bagi pembaca mengenai berbagai hubungan belitan transformator dan pengaruhnya dalam effisiensi, kinerja dan regulasi tegangan baik dalam keadaan normal maupun dalam keadaan beban lebih.

(15)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Transformator

Transformator 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 elektromagnetik[1].

Pada umumnya transformator terdiri atas sebuah inti yang terbuat dari besi berlapis, dan dua buah kumparan, yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder. Rasio perubahan tegangan akan bergantung pada rasio jumlah lilitan pada kedua kumparan tersebut, pada umumnya kumparan terbuat dari tembaga yang dbelitkan pada sekeliling kaki inti transformator.

Penggunaan transformator yang sangat sederhana dan andal merupakan salah satu alasan penting dalam pemakaianya dalam penyaluran tenaga listrik bolak- balik, karena arus bolak- balik sangat banyak digunakan untuk pembangkitan dan penyaluran tenaga listrik. Pada penyaluran tenaga listrik arus bolak- balik terjadi kerugian I2R watt. Kerugian ini akan banyak berkurang apabila tegangan dinaikkan setinggi mungkin. Dengan demikian maka saluran-saluran transmisi tenaga listrik senantiasa mempergunakan tegangang yang lebih tinggi. Hal ini dilakukan terutama untuk mengurangi kerugian energi yang terjadi, dengan cara mempergunakan transformator untuk menaikkan tegangan listrik di pusat listrik dari tegangan generator di pembangkitan sampai menurunkanya pada pusat- pusat beban.

(16)

2.1.1 Konstruksi transformator

Pada dasarnya transformator terdiri dari kumparan primer dan sekunder yang dibelitkan pada inti ferromagnetik. Berdasarkan letak kumparan terhadap inti, transformator terdiri dari dua macam konstruksi yaitu tipe inti( core type) dan tipe cangkang( shell type). Kedua tipe ini menggunakan inti yang berlaminasi yang terisolasi satu sama lain dengan tujuan untuk mengurangi rugi- rugi.

a. Tipe Inti

Tipe inti ini dibentuk dari lapisan besi berisolasi berbentuk persegi dan kumparan transformatornya dibelitkan pada dua sisi persegi. Pada konstruksi tipe inti, lilitan mengelilingi inti besi yang disebut dengan kumparan, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.1 berikut:

(17)

b. Tipe Cangkang

Tipe cangakang terbentuk dari lapisan inti berisolasi, dan kumparan dibelitan di pusat inti, dapat dilihat pada gambar 2.2 berikut:

Gambar 2.2 Gambar transformator tipe cangkang.

Pada transformator ini, kumparan atau belitan transformator dikelilingi oleh inti [2].

(18)

2.1.2 Prinsip Kerja

Skematik diagram transformator 1 phasa dapat dilihat pada gambar 2.3 berikut:

Gambar 2.3 Skematik diagram transformator 1 phasa

Berikut uraian prinsip kerja transformator menggunakan prinsip induksi elektromagnetik:

1. Tegangan bolak- balik V1diberikan pada belitan N1maka pada belitan N1 akan mengalir I1.

2. Arus bolak balik I1yang mengalir pada belitan N1akan menghasilkan gaya gerak magnet pada belitan, yang akan menghasilkan fluks bolak balik dalam inti besi.

3. Akibat timbulnya fluks bolak- balik didalam inti besi, maka akan menghasilkan gaya gerak listrik sebesar (E1).

4. Akibat adanya fluks di N1maka N1 terinduksi ( self induction) dan terjadi pula induksi di kumparan sekunder N2 karena pengaruh induksi dari kumparan primer N1 (mutual induction) yang menyebabkan timbulnya fluks magnet di kumparan sekunder.

(19)

5. Jika belitan N2dihubungkan ke beban, maka pada N2 timbul I2 akibat E2. Hal ini mengakibatkan timbulnya gaya gerak magnet pada N2 dan akibatnya pada beban timbul V2[3].

a. Transformator Dalam Keadaan Tidak Berbeban

Transformator disebut tanpa beban jika kumparan sekunder dalam keadaan terbuka (open circuit). Berikut gambar skematik diagram transformator 1 phasa tanpa beban dapat dilihat pada gambar 2.4 berikut:

Gambar 2.4 Skematik Diagram Transformator 1 Phasa Tanpa Beban

b. Transforamator Dalam Keadaan Berbeban

Skematik diagram transformator 1 phasa dalam keadaan berbeban dapat dilihat pada gambar 2.5 [1]:

(20)

Gambar 2.5 Skematik Diagram Transformator 1 phasa Dalam Keadaan Berbeban.

Arus beban I2 ini akan menimbulkan gaya gerak magnet (ggm) N2I2 yang cenderung menentang fluks bersama yang telah ada akibat arus pemagnetan. Agar fluks bersama itu tidak berubah nilainya, pada kumparan primer harus mengalir arus I2’, yang menentang fluks yang dibangkitkan oleh arus I2, hingga keseluruhan arus yang mengalir pada kumparan primer menjadi:

I1= I0+ I2’ (Ampere)

Bila komponen arus rugi inti (Ic) diabaikan, maka I0=Im, sehingga:

I1= Im+ I2’ (Ampere)

Dimana: I1= arus pada sisi primer (Amp)

I2’= arus yang menghasilkan ɸ 12(Amp)

I0= arus penguat (Amp)

Im= arus pemagnetan (Amp)

(21)

Untuk menjaga agar fluks tetap tidak berubah sebesar ggm yang dihasilkan oleh arus pemagnetan IM, maka berlaku hubungan :

N1Im= N1I1–N2I2

N1Im= N1(Im+I2;)–N2I2

N1I2’= N2I2

Karena Imdianggap kecil, maka I2’= I1sehingga :

N1I1= N2I2

Atau

=

1

2.1.3 Transformator Tiga Phasa

Pada umumnya sistem kelistrikkan diseluruh dunia menggunakan sistem 3 phasa, oleh karena itu transformator juga harus dapat bekerja dengan sistem 3 phasa. Transformator 3 phasa dapat dibentuk dengan menggunakan 2 cara yaitu dengan menggunakan 3 buah transformator 1 phasa yang identik dan menghubungkan belitan ketiga transformator tersebut dan bisa juga membuat transformator dari 3 buah belitan primer, 3 buah belitan sekunder yang dihubungkan dengan 1 inti besi.Transformator 3 phasa ini dikembangkan dengan alasan ekonomis, biaya lebih murah karena bahan yang digunakan lebih sedikit dibandingkan 3 buah transformator satu phasa dengan jumlah daya yang sama

(22)

dengan satu buah transformator daya tiga phasa. Pada prinsipnya transformator 3 phasa sama dengan transformator satu phasa[3].

2.1.4 Konstruksi Transformator Tiga Phasa

Konstruksi transformator 3 phasa dapat dibagi atas 2 macam :

a. Konstruksi Transformator Dengan Menggunakan 3 Buah Trasformator 1 Phasa

Konstruksi ini mempunyai bentuk yang relatif lebih kecil, ringan dan murah. Apabila terjadi gangguan pada salah satu phasa cukup mengganti 1 transformator 1 phasa dan transformator yang lain tidak akan terganggu. Konstruksi ini dapat dilihat pada gambar 2. 6 berikut:

Gambar 2.6 Konstruksi transformator 3 phasa dengan 3 buah transformator 1 phasa.

(23)

b. Konstruksi Dengan Menggunakan 3 Buah belitan Primer, 3 Buah Belitan Sekunder dan 1 Inti Besi.

Konstruksi ini lebih umum digunakan, dikarenakan konstruksi ini lebih mudah dalam hal instalasinya dibandingkan dengan konstruksi 3 buah transformator 1 phasa. Seperti halnya dengan transformator 1 phasa, konstruksi transformator 3 phasa ini mempunyai 2 tipe yaitu tipe inti dan tipe cangkang. [4] Konstruksi ini dapat dilihat pada gambar 2.7 berikut:

(a)

(b)

Gambar 2.7 Konstruksi transformator 3 phasa a) tipe inti dan b) tipe cangkang.

(24)

2.1.5 Hubungan Belitan pada Transformator Tiga Phasa

Ketika membicarakan hubungan pada transformator distribusi 3 phasa, akan lebih baik mengingat bahwa untuk membuat transformator bank 3 phasa adalah dengan menghubungkan beberapa transformator satu phasa atau satu buah transformator 3 phasa. Untuk masing- masing transformator, belitan primer atau sekunder dapat dihubungkan baik hubungan delta atau wye. Hubungan wye dapat di tanahkan atau tidak. Akan tetapi, tidak semua kombinasi hubungan dapat bekerja sesuai yang diharapkan, bergantung pada konstruksi transformator, karakteristik beban dan sistem[5].

Beberapa jenis hubungan belitan transformator 3 phasa:

a. Hubungan wye

Hubungan wye atau hubungan bintang dibuat dengan menghubungkan titik awal atau akhir dari ketiga phasa 1 titik yang dinamakan netral. Hubungan ini juga dinamakan hubungan bintang. Hubungan ini memiliki titik netral sehingga dapat dibentuk dengan menggunakan 3 kawat (tanpa netral) dan 4 kawat ( dengan netral). Hubungan ini dapat dilihat pada gambar 2.8 berikut:

(25)

Dari gambar diatas, dapat diketahui:

IR= IS= IT= IL-Ldan IL-L= Iph

Dimana : IL-L= Arusline to line

Iph= Arus phasa

Dan,

VRS= VST= VTR= VL-L

VL-L= 3Vph

Dimana : VL-L= Teganganline to line

Vph= Tegangan phasa

Adapun cara menghubungkan hubungan belitan transformator 3 phasa hubungan wye ditunjukkan pada gambar 2.9 berikut:

(26)

b. Hubungan Delta

Hubungan delta sering disebut juga hubungan mesh, hubungan ini dibuat dengan menghubungkan titik awal belitan dan titik akhir belitan lainnya. Dinamakan delta karena bentuk rangkaian yang terbentuk seperti huruf delta pada bahasa latin. Hubungan ini juga dinamakan hubungan mesh, hal ini dikarenakan hubungan ini membentuk loop. Hubungan ini tidak mempunyai netral dan dibentuk hanya menggunakan 3 kawat.

Hubungan ini dapat dilihat pada gambar 2.9 berikut :

Gambar 2.10 Hubungan Delta

Dari gambar diatas dapat diketahui:

IR= IS= IT= Iph

IR–IT= IS–IR= IT–IS= IL-L= 3Iph

Dimana : Iph= Arus phasa

IL-L= Arusline to line

(27)

VRS= VST= VTR= Vph

VL-L= Vph

Dimana : Vph = Tegangan phasa

VL-L= Teganganline to line

Adapun cara menghubungkan belitan pada jenis hubungan delta pada transformator 3 phasa ditunjukkan pada gambar 2.11 berikut:

Gambar 2.11 Cara menghubungkan belitan hubungan delta

Pada transformator 3 phasa, hubungan belitan dapat di kelompokkan menjadi beberapa bagian berdasarkan metode putaran jam belitan.

Vektor group adalah istilah yang dibuat oleh standar IEC dan manufaktur transformator sampai saat ini. Ini menunjukkan cara menghubungakan belitan dan posisi phasa dari pandangan vektor tegangan. Ditunjukkan dengan:

(28)

1. Huruf menunjukkan konfigurasi dari phasa kumparan. Di sistem 3 phasa, hubungan belitan dikatagorikan oleh Delta (D,d), Star, or Wye (Y, y), interconnected star atau zigzag (Z, z) dan belitan open atau independent. Huruf kapital menunjukkan ke belitan tegangan tinggi (HV), dan tegangan rendah (LV).

2. Huruf (N, n) dimana menunjukkan netral dari belitan hubungan bintang yang digunakan.

3. Nomor menunjukkan pergeseran phasa antara tegangan sisi tegangan tinggi. Nomor ini kelipatan dari 300, menunjukkan sudut dimana vektor dari tegangan rendah (LV) lags atau tertinggal dari kumparan tegangan tinggi (HV). Sudut dari masing- masing kumparan tegangan rendah ditunjukkan dengan “notasi jam”, oleh karena itu jam ditunjukkan oleh pasor belitan ketika belitan tegangan tinggi (HV) ditunjukkan oleh jam 12.[6]

4. Tegangan primer dianggap tegangan tinggi dan tegangan sekunder sebagai tegangan rendah.

5. Angka jam menyatakan bagaimana letak sisi kumparan tegangan tinggi terhadap sisi tegangan rendah.

6. Jarum jam dibuat selalu menunjuk angka 12 dan dibuat berimpit (dicocokkan) dengan vektor phasa tegangan tinggiline to line, bergantung pada perbedaan phasa tegangan rendah (a, b, c), dan letak vektor tegangan rendah ditunjukkan oleh jarum jam.

7. Sudut antara vektor masing- masing hubungan adalah vektor antara tegangan rendah dengan tegangan tinggi.

(29)

Adapun penjelasan berbagai hubungan belitan adalah sebagai berikut: 1. Hubungan Y-Y

Hubungan ini ekonomis untuk distribusi tegangan tinggi. Pada hubungan ini tegangan pada masing- masing phasa VLL= 3VLNsehingga rasio tegangan transformator untuk hubungan ini adalah:

= =

Hubungan ini jarang digunakan karena memiliki beberapa kerugian, diantaranya adalah gangguan harmonisa yang dihasilkan cukup besar. Hubungan ini dapat dilihat pada gambar 2.9 berikut:

Gambar 2.12 Hubungan Belitan Transformator 3 phasa Y-Y

2. Hubungan

Y-Transformator jenis ini sering digunakan disubstationuntuk menurunkan tegangan(Step down). Pada hubungan ini tegangan pada sisi primer VLL-P=

(30)

3VLN-Psedangkan tegangan pada sisi sekunder VLL-S= 3VLN-S, sedangkan rasio transformator hubungan ini adalah

= 3 = 3

Pada hubungan ini tidak terdapat masalah akan adanya harmonisa ketiga, dikarenakan adanya hubungan dibagian sekunder yang menyebabkan arus harmonisa mengalir didalam hubungan belitan . Akan tetapi hubungan ini mempunyai kekurangan yaitu tidak dapat diparalelkan dengan transformator hubungan Y-Y dan . Hubungan ini dapat dilihat pada gambar 2.10 berikut:

(31)

Y-3. Hubungan -Y

Hubungan ini banyak dipakai untuk menaikkan tegangan. Pada hubungan ini tegangan sisi primer VLL-P = VLN-Psedangkan tegangan di sisi sekunder VLL-S = 3VLN-S sehingga ratio transformator hubungan adalah

3 = 3

Sama seperti hubungan tipe Y- , hubungan ini memiliki kekurangan tidak dapat diparalel dengan transformator hubungan lain. Hubungan ini dapat dilihat pada gambar 2.11 berikut:

Gambar 2.14 Hubungan Belitan Transformator 3 phasa -Y

Dan berbagai hubungan belitan lainnya terlihat pada gambar 2.12 berikut [7] :

(32)

(33)

(34)

Gambar 2.15 Gambar berbagai jenis hubungan belitan transformator.

Adapun masing- masing hubungan belitan memiliki penggunaan yang beragam, diantaranya:

- Yd11, Yd1, Dy1, Dy11

a. Umumnya digunakan di transformator distribusi

b. Hubungan Y memfasilitasi beban yang berupa beban 3 phasa maupun 1 phasa.

- Yy0

a. Biasanya digunakan pada transformator besar.

b. Hubungan yang lebih ekonomis pada sistem HV yang digunakan untuk

interkoneksi antara dua sistem yang dideltakan, dan juga untuk memberikan jalur netral pada masing- masing pentanahan.

(35)

- Dd0

a. Ini adalah hubungan yang ekonomis antara LV transformator.

b.Tidak terlalu sulit untuk menghubungkan beban tidak seimbang.

-Yd5

a. Biasanya digunakan pada mesin dan transformator berkapasitas besar pada pembangkit dan sistem distribusi.

b. Netralnya dapat dibebani sampai batasan arus tertentu.

- Berbagai hubungan yang lain

a. banyak digunakan dalam hal penelitian dan lain- lain.

2.2 Beban

2.2.1 Jenis- Jenis Beban

1. Beban Tiga Phasa Seimbang

Yang dimaksud dengan keadaan seimbang adalah suatu keadaan dimana :

1. Ketiga vektor arus atau tegangan sama besar

2. Ketiga vektor saling membentuk sudut 1200satu sama lain.

Rangkaian beban tiga phasa untuk hubungan Y dapat digambaran seperti gambar 2.13 dibawah ini:

(36)

Gambar 2.16 Rangakaian beban 3 phasa hubungan Wye

Pada keaadaan seimbang bahwa impedansi beban pada masing- masing phasanya adalah sama besarnya, sehingga dapat dituliskan sebagai berikut:

Za= Za=Za=R+jX = IZI<

Dalam hubungan Y, arus line sama dengan arus phasa, dapat ditentukan dengan :

Ia’a= Ian= ; Ib’b= Ibn= ; Ic’c= Icn=

Untuk rangkaian beban tiga phasa terhubung delta dapat dilihat pada gambar 2.14 berikut:

(37)

Pernyataan arus beban untuk hubungan delta:

Iab=

Ibc=

Ica=

Arus saluran Ia’a diperoleh dengan menerapkan hukum arus kirchoff , yaitu:

Ia’a= Iab+ Iac= Iab–Ica

Ib’b= Iba+ Ibc= Ibc–Iab

Ic’c= Ica+ Icb= Ica–Ibc

2. Beban Tiga Phasa Tidak Seimbang

Yang dimaksud dengan keadaan tidak seimbang adalah keadaan dimana salah satu atau kedua syarat keadaan seimbang tidak terpenuhi. Kemungkinan keadaan tidak seimbang ada tiga yaitu:

1. Ketiga vektor sama besar tetapi tidak membentuk sudut 1200 satu sama lain.

2. Ketiga vektor tidak sama besar tetapi membentk sudut 1200satu sama lain. 3. Ketiga vektor tidak sama besar dan tidak membentuk sudut 1200satu sama

(38)

2.3 Beban Lebih Pada Transformator 2.3.1 Umum

Dalam pengoperasianya transformator sering mengalami gangguan, masing- masing gangguan mengakibatkan berbagai hal yang merugikan bagi tansformator. Salah satu gangguan yang sering terjadi yaitu gangguan arus lebih yang disebabkan kondisi beban lebih pada transformator. Beban lebih adalah kondisi dimana beban yang dipikul oleh transformator melebihi dari kapasitas transformator itu sendiri.

2.3.2 Gangguan- Gangguan Pada Transformator

a. Gangguan internal

Gangguan internal adalah gangguan yang terjadi di dlam transformator itu sendiri. Gangguan internal dapat dikelompokkan ke dalam dua kelompok :

a.1 Gangguan yang baru terjadi (incipient Faults)

Adalah gangguan kecil yang apabila tidak segera terdeteksi akan membesar dan akan menyebabkan kerusakan yang lebih serius seperti:

1. terjadi busur api (are) yang kecil dan pemanasan lokal yang dapat disebabkan oleh :

- cara penyambungan yang tidak baik - partial discharg

- Kerusakan isolasi pada penjepit inti. 2. gangguan pada sistem pendingin

(39)

4. gangguan hubung singkat

a.2 Gangguan Eksternal

Yaitu gangguan hubung singkat diluar trafo, gangguan ini dapat dideteksi karena timbulnya arus yang sangat besar, mencapai beberapa kali arus nominal.

Trafo daya dapat beroperasi secara terus menerus pada arus beban nominalnya (100% x INT). Apabila beban yang dilayani lebih besar dari 100%, trafo akan mendapat pemanasan lebih[8].

Efek dari pembebanan pada transformator yang melebihi name plate tidak akan terlihat tanpa membongkar transformator itu sendiri. Sejarah dari pengoperasian transformator akan menjadi indikasi pertama dari kerusakan akibat beban lebih. Transformator mungkin memiliki kemampuan bawaan untuk menangani beban diatas rating nameplate nya. Akan tetapi, pembebanan diatas ratingnya dapat mengakibatkan pengurangan umur transformator. Pengurangan umur ini tidak dapat diperbaiki.

Pemanasan lebih atau beban lebih dapat menyebabkan kerusakan pada transformator. Suhu puncak minyak, suhu ambient, beban (arus), dll dapat dikombinasikan untuk mengetahui suhu dan mengatur kondisi suhu pada transformator[5].

Akibat terjadinya kenaikan arus yang disebabkan oleh adanya peningkatan beban yang melebihi kapasitas transformator maka pada transformator akan mengalami kenaikan suhu yang besarnya[9] :

(40)

Dimana: ∆T= kenaikan temperatur dalam celcius

K= 0,343 (konstanta)

I= arus yang mengalir (ampere)

T= waktu dalam menit

Ω /≠ = ohm per jumlah konduktor.

2.3.3 Batas Ketahanan Transformator

Sesuai dengan SPLN 64:1984 Ketentuan pengaman Trafo Distribusi adalah sebagai berikut :

1. Dilihat dari karakteristik waktu- arusnya maka pengamanan untuk trafo distribusi dibatasi oleh dua garis kerja.

1.1 Garis kerja pertama ( garis batas ketahanan pelebur) yang merupakan dimana pelebur primer tidak boleh bekerja, ditrntukan oleh beban lebih yang masih ditahan oleh trafo tersebut. Beban atau arus lebih yang dimaksud adalah:

- beban lebih ( Beban maksimum)

- arus beban peralihan (cold load pick up)

- hubung singkat JTR (jaringan Tegangan menengah) - Arus inrush trafo

1.2 Garis kedua (garis batas ketahanan trafo) yang merupakan batas ketahanan trafo dimana fuse harus sudah bekerja. Gangguan yang dapat melebihi batas tersebut adalah gangguan hubung singkat disisi primer atau sekunder trafo.

(41)

2. Garis batas ketahanan trafo distribusi umum ditentukan oleh titik- titik berikut:

- 2 x In selama 100 detik - beban lebih - 3 x In selama 10 detik - beban peralihan - 6 x In selama 1 detik - beban peralihan - 15 x In selama 0,1 detik - arus inrush trafo - 25 x In selama 0,01 detik - arus inrush trafo

3. Garis batas ketahanan trafo ditentukan oleh titik- titik berikut: Untuk arus lebih, hubung singkat pada jaringan tegangan rendah: - 3 x In selama 300 detik

- 4,75 x In selama 60 detik - 6,7 x In selama 30 detik - 11,3 x In selama 10 detik

2.3.4 Kemampuan Termal Bahan Transformator

Salah satu bagian terpenting dari transformator adalah belitan/lilitan yang biasanya terbuat dari konduktor tembaga atau alumunium. Saat terjadi gangguan baik beban lebih maupun hubung singkat, akan timbul stress termal akibat gangguan bergantung besarnya gangguan. Untuk masing- masing konduktor, terdapat batas temperatur dimana konduktor tersebut mulai kehilangan kekuatan selama periode waktu tertentu. Konduktor yang dipilih harus tahan terhadap panas yang dihasilkan saat terjadi gangguan. Panas tersebut tidak boleh melebihi batas temperatur konduktor. Batas ketahanan termal untuk tembaga dan alumunium ditunjukkan pada tabel 1 berikut:

(42)

Tabel 2.1 Batas ketahanan suhu bahan Tembaga dan Alumunium

Bahan Batas Temperatur (oC)

Tembaga 250

Aluminium 200

2.4 Effisiensi Dan Regulasi Tegangan 2.4.1 Effisiensi Transformator

Effisiensi adalah perbandingan daya keluaran dan daya maksimum, effisiensi dapat dirumuskan:

Efisiensi η = (Pout/Pin)x 100%

= 100%

= 1 100%

Dimana: rugi = Pcu + Pi

atau = (Pout/Pin)x 100%

= 100%

= 1 + 100%

Dimana : = Effisiensi

Pout = Daya Keluaran dari Transformator (Watt) Pin = Daya Masukkan dari Transformator (Watt) Pcu = Rugi- rugi Tembaga (Watt)

(43)

2.4.2 Regulasi Tegangan

Regulasi tegangan adalah perbandingan antara perubahan tegangan keluaran pada saat tanpa beban dan pada saat beban penuh terhadap tegangan keluaran pada tanpa beban. Regulasi tegangan dapat dirumuskan sebagai berikut:

% = 100%

Dimana :

VR = Regulasi Tegangan

VNL= Tegangan Keluaran Pada Saat Tanpa Beban

(44)

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu

Penelitian ini akan dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Listrik Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara. Penelitian akan dilaksanakan setelah proposal diseminarkan dan disetujui. Lama penelitian direncanakan selama 2 (dua) bulan.

3.2 Bahan dan Peralatan

Percobaan ini menggunakan beberapa peralatan, yaitu: 1. Transformator 3 phasa: 50 Hz, 2000VA 2. PT AC

3. Wattmeter 4. Kabel 5. Multitester

6. Beban (Lampu pijar)

3.3 Variabel yang Diamati

Variabel yang diamati dalam penelitian ini adalah:

1. Arus pada sisi primer dan sekunder saat beban lebih dari masing-masing hubungan belitan.

2. Teganganline to linedanline to netralkeluaran dan beban.

3. Daya keluaran pada saat beban lebih dari masing- masing hubungan belitan.

(45)

4. Daya aktiv pada sistem.

5. Suhu pada saat pengukuran dari masing- masing hubungan belitan.

3.4 Prosedur Penelitian

Adapun prosedur pengambilan data dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Merangkai rangkaian percobaan

Sebelum melakukan percobaan, terlebih dahulu merangkai rangkaian percobaan sesuai dengan percobaan yang dilakukan. Adapun salah satu rangkaian percobaan yang akan digunakan seperti gambar yang terlihat berikut:

1.1 Rangkaian percobaan hubungan belitan Yy0

Gambar 3.1 Rangkaian Percobaan hubungan belitan Yy0 1.2 Rangkaian percobaan hubungan belitan Yd1

(46)

1.3 Rangkaian percobaan hubungan belitan Yd5

Gambar 3.3 Rangkaian Percobaan hubungan belitan Yd5

1.5 Rangkaian percobaan hubungan belitan Yd11

Gambar 3.4 Rangkaian Percobaan hubungan belitan Yd11

1.6 Rangkaian percobaan hubungan belitan Dd0

(47)

1.7 Rangkaian percobaan hubungan belitan Dy1

Gambar 3.6 Rangkaian Percobaan hubungan belitan Dy1

1.8 Rangkaian percobaan hubungan belitan Dy5

Gambar 3.7 Rangkaian Percobaan hubungan belitan Dy5

1.9 Rangkaian percobaan hubungan belitan Dy11

(48)

2. Pengambilan data

Prosedur percobaan yang dilakukan adalah sebagai berikut: - Percobaan tidak berbeban

1. Rangkai peralatan percobaan seperti pada Gambar 3.1 namun sekundernya tidak dihubungkan beban, atur range alat ukur sesuai yang dibutuhkan.

2. Hidupkan PT AC dan semua alat ukur 3. Naikkan tegangan V1.

4. Catat nilai A1 dan V1 dan teganganline to netral

5. Turunkan kembali tegangan V1 sampai 0 Volt dan matikan PT AC serta semua alat ukur.

6. Ulangi poin 1-5 untuk Gambar rangkaian 3.2-3.10 7. Percobaan selesai.

-Percobaan berbeban

1. Rangkai peralatan percobaan seperti gambar 3.1, atur range alat ukur sesuai yang dibutuhkan.

2. Pasang beban pada masing- masing fasa berupa lampu pijar. 3. Hidupkan PT AC dan semua alat ukur.

4. Naikkan tegangan V1 sampai pembacaan P1 menunjukkan 2 kW atau lebih.

5. Catat nilai V1, A1, P1, Ar, As, At, V2, dan P2. 6. Catat suhu belitan selama pengukuran.

(49)

8. Turunkan kembali tegangan V1 sampai 0 volt dan matikan PT AC serta semua alat ukur.

9. Ulangi poin 1-8 untuk hubungan transformator yang lain pada gambar rangkaian 3.2 samapai 3.10.

10. Percobaan selesai.

Data yang di ambil pada percobaan adalah sebagai berikut: - Arus primer dan sekunder saat rangkaian beban lebih. - Teganganline to linedanline to netralkeluaran dan beban - Tahanan penghantar.

- Daya masukan dan jumlah beban. - Suhu transformator dan suhu ruang.

Data-data yang dibutuhkan untuk melakukan perhitungan dan perbandingan antara perhitungan dan data yang diperoleh dari percobaan. Data-data yang dibutuhkan tersebut telah diuraikan pada poin “pengambilan data” diatas. Selanjutnya dilakukan pengolahan data yang diperoleh dari percobaan.

3.5 Pelaksanaan Penelitian 3.5.1 Proses pengumpulan data

Adapun diagram alur dari proses pengambilan data terlihat pada gambar 3.9 berikut:

(50)

Gambar 3.9 Diagram Alir Penelitian

3.5.2 Melakukan Analisa Data Terhadap Data Yang Telah Diperoleh Data yang diperoleh dari hasil pengukuran lalu dianalisa untuk melihat keadaan transformator dengan berbagai macam hubungan belitan dalam kaadaan beban lebih.

(51)

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Umum

Transformator merupakan salah satu peralatan listrik yang umum di pakai dalam sistem kelistrikan. Seperti peralatan listrik umumnya, transformator dibuat menggunakan bahan yang memiliki batasan dalam kemampuanya menahan arus lebih yang melebihi kemampuan peralatan. Dalam penggunaanya, transformator terkadang digunakan melebihi kapasitasnya demi melayani beban yang berkembang dari konsumen secara kontiniu.

Dalam bab ini akan dibahas pengaruh masing- masing hubungan belitan terhadap kemampuan transformator dalam keadaan beban lebih, yang tentunya melebihi kapasitas dari transformator itu sendiri. Effisiensi dan kemampuan dari transformator dalam menahan atau bekerja dalam keadaan beban lebih akan di htung dengan memasukkan data yang telah diperoleh. Dalam hal ini kapasitas trafo 2 kVA.

4.2 Data Percobaan

Dari hasil penelitian di Laboratorium Konversi Energi diperoleh data pengujian sebagai berikut:

a. Hubungan Yy0

Data yang diperoleh melalui hasil percobaan hubungan Yy0 dapat dilihat pada Tabel 4.1 dibawah ini:

(52)

Tabel 4.1 Data percobaan hubungan Yy0 Pembebanan

(%) Pin(kW) Vin L-L VL-L VL-N Iload

Temperatur (oC)

Temperatur setelah 1 menit (oC)

85 1,7 343 219 113 4,42 28 29,5

90 1,8 356 227 118 4,57 28 29,5

97,5 1,95 373 240 124 4,63 28 29,6

100 2 375 242 125 4,65 28 29,6

b. Hubungan Dy1

Data yang diperoleh melalui hasil percobaan hubungan Dy1 dapat dilihat pada Tabel 4.2 dibawah ini:

Tabel 4.2 Data percobaan hubungan Dy1 Pembebanan

(%) Pin(kW) Vin L-L VL-L VL-N Iload

Temperatur (oC)

Temperatur setelah 1 menit (oC)

100 2 215 250 125 4,69 28 29,6

105 2,1 221 250 128 4,76 28 29,6

145 2,9 272 314 158 5,32 28 29,9

c. Hubungan Dy5

Data yang diperoleh melalui hasil percobaan hubungan Dy5 dapat dilihat pada Tabel 4.3 dibawah ini:

Tabel 4.3 Data percobaan hubungan Dy5 Pembebanan

(%) Pin(kW) Vin L-L VL-L VL-N Iload

Temperatur (oC)

Temperatur setelah 1 menit (oC)

100 2 214 225 124 4,66 28 29,6

105 2,1 222 235 130 4,96 28 29,7

(53)

d. Hubungan Dy11

Data yang diperoleh melalui hasil percobaan hubungan Dy11 dapat dilihat pada Tabel 4.4 dibawah ini:

Tabel 4.4 Data percobaan hubungan Dy11 Pembebanan

(%) Pin(kW) Vin L-L VL-L VL-N Iload

Temperatur (oC)

Temperatur setelah 1 menit (oC)

90 1,8 212 235 121 4,65 28 29,5

100 2 226 244 130 4,82 28 29,6

110 2,2 242 269 139 5,01 28 29,7

120 2,4 248 270 143 5,11 28 29,8

e. Hubungan Yd1

Data yang diperoleh melalui hasil percobaan hubungan Yd1 dapat dilihat pada Tabel 4.5 dibawah ini:

Tabel 4.5 Data percobaan hubungan Yd1 Pembebanan

(%) Pin(kW) Vin L-L VL-L VL-N Iload

Temperatur (oC)

Temperatur setelah 1 menit (oC)

90 1,8 350 200 115 4,6 28 29,5

100 2 360 220 127 4,75 28 29,6

120 2,2 375 240 138 4,92 28 29,6

125 2,5 380 260 150 5,09 28 29,8

f. Hubungan Yd5

Tabel 4.6 Data percobaan hubungan Yd5

Pembebanan

(%) Pin(kW) Vin L-L VL-L VL-N Iload

Temperatur (oC)

Temperatur setelah 1 menit (oC)

90 1,8 320 189 109 4,7 28 29,5

100 2 340 201 116 4,81 28 29,6

(54)

g. Hubungan Yd11

Data yang diperoleh melalui hasil percobaan hubungan Yd11 dapat dilihat pada Tabel 4.7 dibawah ini:

Tabel 4.7 Data percobaan hubungan Yd11 Pembebanan

(%) Pin(kW) Vin L-L VL-L VL-N Iload

Temperatur (oC)

Temperatur setelah 1 menit (oC)

90 1,8 335 198 114 4,53 28 29,5

100 2 350 207 120 4,65 28 29,6

120 2,2 376 222 128 4,8 28 29,6

130 2,6 380 225 143 5,03 28 29,9

h. Hubungan Dd0

Data yang diperoleh melalui hasil percobaan hubungan Dd0 dapat dilihat pada Tabel 4.8 dibawah ini:

Tabel 4.8 Data percobaan hubungan Dd0 Pembebanan

(%) Pin(kW) Vin L-L VL-L VL-N Iload

Temperatur (oC)

Temperatur setelah 1 menit (oC)

90 1,8 320 208 121 4,8 28 29,6

100 2 355 231 134 4,89 28 29,7

120 2,2 370 241 139 5,03 28 29,8

4.3 Analisa Data a. Hubungan Yy0

• Keadaan Beban Nol

VL-Lin = 377 volt

(55)

• Keadaan Berbeban

VL-Lin = 343 volt

VL-L= 219 volt

VL-N= 113 volt

ILoad= 4,42 A

Pinput= 1,7 kVA

Poutput = 3 V I cos

= 3 219 4,42 1

= 1674,60 Watt

Effisiensi =ƞ = 100% = , 100% = 98,51 %

% VR = 100% = 100% = 12,4 %

• Kenaikan Suhu

∆T= K. I2. Tmins (Ω /≠)

∆T = 0,343 x 4,42 x 1 menit

= 1,510C / menit

• Inominalprimer=

(56)

• Inominalsekunder=

= = 4,62 A

Dan dengan proses perhitungan yang sama dengan beban yang berbeda dapat dilihat hasil perhitungan nya pada tabel 4.9 berikut:

Tabel 4.9 Hasil Analisa Percobaan Berbeban lebih Hubungan Yy0

b. Hubungan Dy1

• Keadaan Beban Nol

VL-Lin = 248 volt

VL-L= 292 volt

• Keadaan Berbeban

VL-Lin = 215 volt

VL-L= 230 volt

VL-N= 125 volt

ILoad= 4,69 A Pin(kW) Vin L-L VL-L VL-N Iload

Temperatur (oC)

Pout

(kw) %ƞ % VR ∆T( 0

C/m) Inominal primer

Inominal sekunder

1,70 343 219 113 4,42 28 1,67 98,51 - 1,52 3,07 4,62

1,80 356 227 118 4,57 28 1,79 99,70 - 1,57 3,07 4,62

1,95 373 240 124 4,63 28 1,92 98,58 - 1,59 3,07 4,62

(57)

Pinput= 2 kVA

Poutput = 3 V I cos

= 3 230 4,69 1

= 1868 Watt

Effisiensi =ƞ = 100% = 100% = 93,31 %

% VR = 100% = 100% = 21,23 %

• Kenaikan Suhu

∆T= K. I2. Tmins (Ω /≠)

∆T = 0,343 x 4,69 x 1 menit

= 1,60C / menit

• Inominalprimer=

= = 4,66 A

• Inominalsekunder=

= = 3,95 A

Dan dengan proses perhitungan yang sama dengan beban yang berbeda dapat dilihat hasil perhitungan nya pada tabel 4.10 berikut:

(58)

Tabel 4.10 Hasil Analisa Percobaan Berbeban lebih Hubungan Dy1

c. Hubungan Dy5

• Keadaan Beban Nol

VL-Lin = 246 volt

VL-L= 276 volt

• Keadaan Berbeban

VL-Lin = 214 volt

VL-L= 225 volt

VL-N= 124 volt

ILoad= 4,66 A

Pinput= 2 kVA

Poutput = 3 V I cos

= 3 225 4,66 1

= 1813,9 Watt Pin (kW) Vin L-L V L-L V L-N Iload Temperatur (oC)

Pout (kw) %ƞ

VR ∆T( 0

C/m) Inominal primer

Inominal sekunder

2 215 230 125 4,69 28 1,87 93,31 21,23 1,61 4,66 3,96

2,1 221 250 128 4,76 28 2,06 98,03 - 1,63 4,66 3,96

(59)

Effisiensi =ƞ = 100% = , 100% = 90,6 %

% VR = 100% = 100% = 18,4 %

• Kenaikan Suhu

∆T= K. I2. Tmins (Ω /≠)

∆T = 0,343 x 4,66 x 1 menit

= 1,590C / menit

• Inominalprimer=

= = 4,7 A

• Inominalsekunder=

= = 4,18 A

Dan dengan proses perhitungan yang sama dengan beban yang berbeda dapat dilihat hasil perhitungan nya pada tabel 4.11 berikut:

Tabel 4.11 Hasil Analisa Percobaan Berbeban lebih Hubungan Dy5

Pin (kW)

Vin L-L

VL-L VL-N Iload

Temperatur (oC)

Pout (kw) %ƞ

VR ∆T( 0

C/m) Inominal primer

Inominal sekunder

2 214 225 124 4,66 28 1,81 90,70 18,48 1,60 4,70 4,19

2,1 222 235 130 4,96 28 2,02 96,02 - 1,70 4,70 4,19

(60)

a. Hubungan Dy11

• Keadaan Beban Nol

VL-Lin = 225 volt

VL-L= 265 volt

• Keadaan Berbeban

VL-Lin = 212 volt

VL-L= 230 volt

VL-N= 121 volt

ILoad= 4,65 A

Pinput= 2 kVA

Poutput = 3 V I cos

= 3 x 230 4,65 1

= 1852 Watt

Effisiensi =ƞ = 100% = 100% = 92,51 %

% VR = 100% = 100% = 13,2%

• Kenaikan Suhu

∆T= K. I2. Tmins (Ω /≠)

(61)

= 1,590C / menit

• Inominalprimer =

= = 5,13 A

• Inominalsekunder =

= = 4,36 A

Dan dengan proses perhitungan yang sama dengan beban yang berbeda dapat dilihat hasil perhitungan nya pada tabel 4.12 berikut:

Tabel. 4.12 Hasil Analisa Percobaan Berbeban lebih Hubungan Dy11

Pin (kW)

Vin L-L

VL-L VL-N Iload

Temperatur (oC)

Pout

(kw) %ƞ

VR ∆T( 0

C/m) Inominal primer

Inominal sekunder

2 212 230 121 4,65 28 1,85 92,51 13,21 1,59 5,14 4,36

2,2 226 245 130 4,82 28 2,04 92,86 - 1,65 5,14 4,06

2,4 242 255 139 5,01 28 2,21 92,09 - 1,72 5,14 3,92

2,6 248 270 143 5,11 28 2,39 91,80 - 1,75 5,14 3,79

b. Hubungan Dd0

• Keadaan Beban Nol

VL-Lin = 350 volt

VL-L= 286 volt

• Keadaan Berbeban

(62)

VL-L= 208 volt

VL-N= 121 volt

ILoad= 4,8 A

Pinput= 1,8 kVA

Poutput = 3 V I cos

= 3 x 208 4,8 1

= 1727,23 Watt

Effisiensi =ƞ = 100% = , 100% = 96,18 %

% VR = 100% = 100% = 27,27 %

• Kenaikan Suhu

∆T= K. I2. Tmins (Ω /≠)

∆T = 0,343 x 4,8 x 1 menit

= 1,640C / menit

• Inominalprimer=

= = 3,30 A

• Inominalsekunder=

(63)

Dan dengan proses perhitungan yang sama dengan beban yang berbeda dapat dilihat hasil perhitungan nya pada tabel 4.13 berikut:

Tabel. 4.13 Hasil Analisa Percobaan Berbeban lebih Hubungan Dd0

c. Hubungan Yd1

• Keadaan Beban Nol

VL-Lin = 360 volt

VL-L= 224 volt

• Keadaan Berbeban

VL-Lin = 350 volt

VL-L= 200 volt

VL-N= 115 volt

ILoad= 4,6 A

Pinput= 1,8 kVA Pin

(kW)

Vin L-L

VL-L VL-N Iload

Temperatur (oC)

Pout (kw) %ƞ

VR ∆T( 0

C/m) Inominal primer

Inominal sekunder

1,8 320 208 121 4,8 28 1,73 96,18 - 1,65 3,30 4,04

2 355 231 134 4,89 28 1,96 97,83 22,39 1,68 3,30 4,04

(64)

Poutput = 3 V I cos

= 3 x 200 4,6 1

= 1591,6 Watt

Effisiensi =ƞ = 100% = , 100% = 88,4 %

% VR = 100% = 100% = 10,7 %

• Kenaikan Suhu

∆T= K. I2. Tmins (Ω /≠)

∆T = 0,343 x 4,6 x 1 menit

= 1,570C / menit

• Inominalprimer=

= = 3,21 A

• Inominalsekunder=

= = 5,16 A

Dan dengan proses perhitungan yang sama dengan beban yang berbeda dapat dilihat hasil perhitungan nya pada tabel 4.14 berikut:

(65)

Tabel. 4.14 Hasil Analisa Percobaan Berbeban lebih Hubungan Yd1

d. Hubungan Yd5

• Keadaan Beban Nol

VL-Lin = 340 volt

VL-L= 215 volt

• Keadaan Berbeban

VL-Lin = 320 volt

VL-L= 189 volt

VL-N= 109 volt

ILoad= 4,7 A

Pinput= 1,8 kVA

Poutput = 3 V I cos

= 3 x 189 4,7 1 Pin

(kW)

Vin L-L

VL-L VL-N Iload

Temperatur (oC)

Pout (kw) %ƞ

VR ∆T( 0

C/m) Inominal primer

Inominal sekunder

1,8 350 200 115 4,6 28 1,59 88,42 - 1,58 3,21 5,16

2 360 220 127 4,75 28 1,81 90,39 13,73 1,63 3,21 5,16

2,2 375 240 138 4,92 28 2,04 92,85 - 1,69 3,21 5,16

(66)

= 1536,75 Watt

Effisiensi =ƞ = 100% = , 100% = 85,37 %

% VR = 100% = 100% = 12,09 %

• Kenaikan Suhu

∆T= K. I2. Tmins (Ω /≠)

∆T = 0,343 x 4,7 x 1 menit

= 1,610C / menit

• Inominalprimer=

= = 4,81 A

• Inominalsekunder=

= = 5,37 A

Dan dengan proses perhitungan yang sama dengan beban yang berbeda dapat dilihat hasil perhitungan nya pada tabel 4.15 berikut:

(67)

Tabel. 4.15 Hasil Analisa Percobaan Berbeban lebih Hubungan Yd5

e. Hubungan Yd11

• Keadaan Beban Nol

VL-Lin = 350 volt

VL-L= 212 volt

• Keadaan Berbeban

VL-Lin = 335 volt

VL-L= 198 volt

VL-N= 114 volt

ILoad= 4,53 A

Pinput= 1,8 kVA

Poutput = 3 V I cos

= 3 x 198 4,53 1

= 1551,70 Watt Pin

(kW)

Vin L-L

VL-L VL-N Iload Temperatur (oC)

Pout (kw) %ƞ

VR ∆T( 0

C/m) Inominal primer

Inominal sekunder

1,8 320 189 109 4,7 28 1,54 85,42 - 1,61 3,40 5,38

2 340 201 116 4,81 28 1,67 83,59 12,27 1,65 3,40 5,38

(68)

Effisiensi =ƞ = 100% = , 100% = 86,20 %

% VR = 100% = 100% = 6,60 %

• Kenaikan Suhu

∆T= K. I2. Tmins (Ω /≠)

∆T = 0,343 x 4,53 x 1 menit

= 1,550C / menit

• Inominalprimer=

= = 3,30 A

• Inominalsekunder=

= = 5,45 A

Dan dengan proses perhitungan yang sama dengan beban yang berbeda dapat dilihat hasil perhitungan nya pada tabel 4.16 berikut:

(69)

Tabel. 4.16 Hasil Analisa Percobaan Berbeban lebih Hubungan Yd11

Adapun grafik dari hasil analisa data dapat dilihat pada gambar berikut: a. Grafik P(kWatt) vs effisiensi (%) masing- masing hubungan belitan:

Gambar 4.1 Grafik data percobaan P(kWatt) vs effisiensi (%) hubungan Yy0

Pada gambar 4.1 terlihat bahwa effisiensi transformator mengalami penurunan pada saat pembebanan menuju beban penuh, namun besar effisiensi rata-rata pada hubungan ini cukup baik dibandingkan dengan jenis hubungan lain.

97 98 99 100

1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1

E ff is ie n si ( % )

Daya Beban (kWatt)

Grafik P(kwatt) vs Effisiensi(%)

yy0

Pin (kW)

Vin L-L

VL-L VL-N Iload

Temperatur (oC)

Pout (kw) %ƞ

VR ∆T( 0

C/m) Inominal primer

Inominal sekunder

1,8 335 198 114 4,53 28 1,55 86,19 - 1,55 3,30 5,45

2 350 207 120 4,65 28 1,66 83,19 6,90 1,59 3,30 5,45

2,2 376 222 128 4,8 28 1,84 83,86 - 1,65 3,30 5,45

(70)

Gambar 4.2 Grafik data percobaan P(kWatt) vs effisiensi (%) hubungan Dy1

Pada jenis hubungan ini terlihat kenaikan nilai effisiensi yang cukup signifikan, dimana kenaikkan beban yang melebihi kapasitas peralatan seharusnya mengurangi effisiensi karena adanya effek panas berlebih akibat pembebanan berlebih.

Gambar 4.3 Grafik data percobaan P(kWatt) vs effisiensi (%) hubungan Dy5

Dari gambar 4.3 terlihat effisiensi terlihat naik sebelum turun kembali pada pembebanan yang lain.

92 93 94 95 96 97 98 99 100

0 1 2 3 4

E ff is ie n si ( % )

Daya Beban (kWatt)

Grafik P(kwatt) vs Effisiensi(%)

dy1 88 90 92 94 96 98

1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4

E ff is ie n si ( % )

Daya Beban (kWatt)

Grafik P(kwatt) vs Effisiensi(%)

(71)

Gambar 4.4 Grafik data percobaan P(kWatt) vs effisiensi (%) hubungan Dy11

Pada gambar 4.4 terlihat bahwa effisiensi dari transformator dengan hubungan Dy11 mengalami penurunan effisiensi setelah melewati kapasitas bebannya.

Gambar 4.5 Grafik data percobaan P(kWatt) vs effisiensi (%) hubungan Dd0 91 92 93 94 95 96

0 1 2 3

E ff is ie n si ( % )

Daya Beban (kWatt)

Grafik P(kwatt) vs Effisiensi(%)

dy11 93 94 95 96 97 98 99

0 1 2 3

E ff is ie n si ( % )

Daya Beban (kWatt)

Grafik P(kwatt) vs Effisiensi(%)

(72)

Pada hubngan Dd0 effisiensi dari transformator menurun setelah pembebanan melebihi kapasitas transformator.

Gambar 4.6 Grafik data percobaan P(kWatt) vs effisiensi (%) hubungan Yd1

Pada gambar 4.6 terlihat bahwa nilai effisiensi meningkat sebelum pembembanan berlebih dan menurun setelah diberi beban lebih.

Gambar 4.7 Grafik data percobaan P(kWatt) vs effisiensi (%) hubungan Yd5 88 89 90 91 92 93 94

0 1 2 3

E ff is ie n si ( % )

Daya Beban (kWatt)

Grafik P(kwatt) vs Effisiensi(%)

yd1 83 83.5 84 84.5 85 85.5 86

0 0.5 1 1.5 2 2.5

E ff is ie n si ( % )

Daya Beban (kWatt)

Grafik P(kwatt) vs Effisiensi(%)

(73)

Pada jenis hubungan Yd5 effisiensi terlihat mengalami penurunan pada saat beban penuh namun meningkat pada saat beban lebih, hal ini mungkin disebabkan gangguan pada peralatan.

Gambar 4.8 Grafik data percobaan P(kWatt) vs effisiensi (%) hubungan Yd11

Pada jenis hubungan Yd11 pembebanan berlebih mengakibatkan penurunan effisiensi dari transformator.

b. Grafik P(kWatt) vs Kenaikkan suhu (0C/menit) masing- masing hubungan belitan:

Adapun perhitungan suhu transformator tidak memperhitungkan suhu lingkungan.

76 78 80 82 84 86 88

0 1 2 3

(

)

Daya Beban (kWatt)

Grafik P(kwatt) vs Effisiensi(%)

(74)

Gambar 4.9 Grafik data percobaan P(kWatt) vs Kenaikkan suhu (0C/menit) hubungan Yy0

Pada gambar 4.9 terlihat bahwa kenaikan beban yangdiberikan pada transformator dengan hubungan Yy0 mengakibatkan kenaikan suhu peralatan yang cukup besar permenitnya.

Gambar 4.10 Grafik data percobaan P(kWatt) vs Kenaikkan suhu (0C/menit) hubungan Dy1

Pada hubungan Dy1terlihat bahwa kenaikkan suhu pada saat berbeban lebih cukup besar. 1.5 1.52 1.54 1.56 1.58 1.6

1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1

K e n a ik a n S u h u ( 0C/ m e n it )

Daya Beban (kWatt)

Grafik P(kwatt) vs Kenaikkan Suhu(0_C/menit)

yy0 1.55 1.6 1.65 1.7 1.75 1.8 1.85

0 1 2 3 4

K e n a ik a n S u h u ( 0C/ m e n it )

Daya Beban (kWatt)

Grafik P(kwatt) vs Kenaikkan Suhu(0_C/menit)

(75)

Gambar 4.11 Grafik data percobaan P(kWatt) vs Kenaikkan suhu (0C/menit) hubungan Dy5

Pada hubungan Dy5kenaikan suhu awalnya naik, namun turun kembali. Hal ini tidak sesuai dengan teori dimana kenaikan bebabn tentunya mengakibatkan kenaikan suhu peralatan yang dibebankan.

Gambar 4.12 Grafik data percobaan P(kWatt) vs Kenaikkan suhu (0C/menit) hubungan Dy11

1.58 1.6 1.62 1.64 1.66 1.68 1.7 1.72

1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4

K e n a ik a n S u h u ( 0C/ m e n it )

Daya Beban (kWatt)

Grafik P(kwatt) vs Kenaikkan Suhu(0_C/menit)

dy5 1.55 1.6 1.65 1.7 1.75 1.8

0 1 2 3

K e n a ik a n S u h u ( 0C/ m e n it )

Daya Beban (kWatt)

Grafik P(kwatt) vs Kenaikkan Suhu(0_C/menit)

(76)

Pada hubungan Dy11 terlihat kenaikan suhu pada masing- masing pembebanan.

Gambar 4.13 Grafik data percobaan P(kWatt) vs Kenaikkan suhu (0C/menit) hubungan Dd0

Sama halnya dengan jenis hubungan yang lain, suhu peralatan mengalami kenaikan akibat dari adanya kenaikan beban pada hubungan Dd0.

1.64 1.66 1.68 1.7 1.72 1.74

0 0.5 1 1.5 2 2.5

K e n a ik a n S u h u ( 0C/ m e n it )

Daya Beban (kWatt)

Grafik P(kwatt) vs Kenaikkan Suhu(0_C/menit)

(77)

Gambar 4.14 Grafik data percobaan P(kWatt) vs Kenaikkan suhu (0C/menit) hubungan Yd1

Pada gambar 4.14 terlihat bahwa kenaikan suhu hubungan meningkat seiring penambahan beban.

Gambar 4.15 Grafik data percobaan P(kWatt) vs Kenaikkan suhu (0C/menit) hubungan Yd5

Pada jenis hubungan Yd5 sama halnya dengan hubungan Yd1 mengalami keenaikan suhu akibat pembebanan berlebih pada transformator.

1.55 1.6 1.65 1.7 1.75 1.8

0 1 2 3

K e n a ik a n S u h u ( 0C/ m e n it )

Daya Beban (kWatt)

Grafik P(kwatt) vs Kenaikkan Suhu(0_C/menit)

yd1 1.6 1.62 1.64 1.66 1.68 1.7

0 0.5 1 1.5 2 2.5

K e n a ik a n S u h u ( 0C/ m e n it )

Daya Beban (kWatt)

Grafik P(kwatt) vs Kenaikkan Suhu(0_C/menit)

(78)

Gambar 4.16 Grafik data percobaan P(kWatt) vs Kenaikkan suhu (0C/menit) hubungan Yd11

Pada gambar 4.16 terlihat bahwa hubungan ini sama seperti hubungan lain, mengalami peningkatan suhu pada masing- masing pembebanan.

Adapun grafik dari keseluruhan rangkaian ditunjukkan pada grafik berikut:

1.5 1.55 1.6 1.65 1.7 1.75

0 1 2 3

K e n a ik a n S u h u ( 0C/ m e n it )

Daya Beban (kWatt)

Grafik P(kwatt) vs Kenaikkan Suhu(0_C/menit)

(79)

Gambar 4.17 Grafik daya beban (kWatt) vs Effisiensi (%)

Gambar diatas adalah grafik daya beban vs effisiensi untuk keseluruhan hubungan yang dibahas. Pada gambar terlihat bahwa masing- masing hubungan memiliki kurva yang berbeda- beda untuk effisiensi dalam keadaan beban lebih. Hal ini disebabkan oleh jenis hubungan dan pengaruh kondisi peralatan yang mempengaruhi pengukuran.

70 75 80 85 90 95 100

1 1.5 2 2.5 3

Daya Beban (kWatt)

Grafik P(kwatt) vs Effisiensi

yy0 dy1 Dy5 Dy11 Dd0 Yd1 Yd5 Yd11

(80)

Gambar 4.18 Grafik daya beban (kWatt) vs Kenaikan Suhu (0C/menit) 1.5 1.55 1.6 1.65 1.7 1.75 1.8 1.85

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

K e n a ik a n S u h u ( 0C/ m e n it )

Daya Beban (kWatt)

Grafik P(kwatt) vs Kenaikkan

Suhu(

_C/menit)

Yy0 dy1 dy5 dy11 dd0 yd1 yd5 yd11

(81)

Pengukuran dan perhitungan kenaikan temperatur untuk masing- masing hubungan belitan ditunjukkan pada gambar 4.18 diatas. Dari grafik tersebut terlihat bahwa pengaruh pembebanan mengakibatkan kenaikan temperatur pada masing-masing hubungan, pengukuruan dan perhitungan sendiri dilakukan tanpa memperhitungkan suhu lingkungan.

(82)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

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

1. Dari hasil analisis percobaan berbeban lebih pada transformator 3 phasa pada masing- masing hubungan belitan didapatkan bahwa effisiensi terbaik terdapat pada hubungan belitan Dd0 yaitu hubungan yang biasa digunakan pada transformator dengan tegangan rendah.

2. Dari hasil analisis percobaan berbeban lebih pada transformator 3 phasa pada masing- masing hubungan belitan didapatkan bahwa regulasi tegangan terbaik terdapat pada hubungan belitan Yy0 yaitu hubungan yang biasa digunakan pada tegangan tinggi.

3. Akibat beban lebih yang diberikan pada transformator 3 phasa terjadi kenaikan suhu yang bervariasi untuk masing- masing hubungan belitan, kenaikan suhu belitan tertinggi terjadi pada hubungan Dy1, dan kenaikan suhu terendah terdapat pada hubungan belitan Yy0.

5.2 Saran

Adapun saran dari penulis sebagai pengembangan dari Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:

(83)

2. Melakukan penelitian dengan jenis beban yang berbeda dan pengaruh harmonisa terhadap transformator dalam keadaan bergangguan.

(84)

DAFTAR PUSTAKA

[1] Zuhal, “Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya”, Penerbit Gramedia, Jakarta, 1988.

[2] Lumbanraja, Hotdas, “Pengaruh Beban Tidak Seimbang Terhadap Effisiensi Transformator Tiga Fasa Hubungan Open-Delta”, Repository USU, 2008.

[3] Wijaya, Mochtar, “Dasar- Dasar Mesin Listrik”, Djambatan, Jakarta, 2001.

[4] Prajiwazhari, “Analisa Perbandingan Pengaruh Pembebanan Terhadap Regulasi Tegangan dan Effisiensi Pada Berbagai Hubungan Belitan Transformator Tiga Phasa (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT. USU”, Repository USU, 2012

[5] Harlow, James.H, “Electric Power Transformer Engineering”, CRC Press LLC, Florida, 2004

[6] Jargstorf, Johannes, "Effect of Demand Respon on Transformer Lifetime Expectation", IEEE PES Innovation Smart Grid Europe, Berlin, 2012.

[7] https://electricalnotes.wordpress.com/2012/05/23/vector-group-of-transformer

[8] Sumanto, "Teori Transformator", Penerbit Andi Offset, Yogyakarta, 1991.

[9] Palmer-Bucle, Peter,"Characteristic Of Transformer Parameter During Internal Wnding Faults Based On Experimental Measurements", IEEE Power System, Texas, 1999.

(1)

Gambar 4.17 Grafik daya beban (kWatt) vs Effisiensi (%)

70 75 80 85 90 95 100

1 1.5 2 2.5 3

Daya Beban (kWatt)

Grafik P(kwatt) vs Effisiensi

yy0 dy1 Dy5 Dy11 Dd0 Yd1 Yd5 Yd11

(2)

69 Gambar 4.18 Grafik daya beban (kWatt) vs Kenaikan Suhu (0C/menit)

1.5 1.55 1.6 1.65 1.7 1.75 1.8 1.85

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

K e n a ik a n S u h u ( 0C/ m e n it )

Daya Beban (kWatt)

Grafik P(kwatt) vs Kenaikkan

Suhu(

_C/menit)

Yy0 dy1 dy5 dy11 dd0 yd1 yd5 yd11

(3)

(4)

71 BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

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

1. Dari hasil analisis percobaan berbeban lebih pada transformator 3 phasa pada masing- masing hubungan belitan didapatkan bahwa effisiensi terbaik terdapat pada hubungan belitan Dd0 yaitu

hubungan yang biasa digunakan pada transformator dengan tegangan rendah.

2. Dari hasil analisis percobaan berbeban lebih pada transformator 3 phasa pada masing- masing hubungan belitan didapatkan bahwa regulasi tegangan terbaik terdapat pada hubungan belitan Yy0 yaitu

hubungan yang biasa digunakan pada tegangan tinggi.

belitan Yy0.

5.2 Saran

Adapun saran dari penulis sebagai pengembangan dari Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:

(5)

2. Melakukan penelitian dengan jenis beban yang berbeda dan pengaruh harmonisa terhadap transformator dalam keadaan bergangguan.

(6)

73 DAFTAR PUSTAKA