STUDI PENGGUNAAN SISTEM PENDINGIN UDARA TEKAN UNTUK MENINGKATKAN EFISIENSI TRANSFORMATOR PADA BEBAN LEBIH (APLIKASI PADA PLTU LABUHAN ANGIN, SIBOLGA) Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro

  MENINGKATKAN EFISIENSI TRANSFORMATOR PADA BEBAN LEBIH (APLIKASI PADA PLTU LABUHAN ANGIN, SIBOLGA) Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi listrik OLEH : YOHANNES ANUGRAH BUTAR-BUTAR NIM: 080402072 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014

  1

  STUDI PENGGUNAAN SISTEM PENDINGIN UDARA TEKAN UNTUK MENINGKATKAN EFISIENSI TRANSFORMATOR PADA BEBAN LEBIH (APLIKASI PADA PLTU LABUHAN ANGIN, SIBOLGA) Oleh : YOHANNES ANUGRAH BUTAR-BUTAR 080402072 Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana Teknik Elektro Disetujui oleh : Dosen Pembimbing, Ir. EDDY WARMAN, MT NIP : 19541220 198003 1002 Diketahui oleh : Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU Ir. SURYA TARMIZI KASIM, M.Si NIP : 19540531 98601 1002 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014

  2 Suatu transformator bila dibebani, maka akan timbul rugi tembaga pada belitan transformator dan inti yang diubah menjadi panas. Panas yang ditimbulkan dapat menaikkan temperatur transformator. Semakin besar beban yang diterima, menyebabkan kenaikan temperatur yang semakin tinggi, rugi-rugi menjadi semakin besar, dan efisiensi menjadi turun. Oleh sebab itu diberikan pendinginan dengan pendingin udara tekan yang bertujuan untuk menurunkan temperatur pada transformator.

  Pada tugas akhir ini akan dianalisis secara spesifik tentang efisiensi dari transformator. Pembebanan yang bervariasi dapat menyebabkan perubahan temperatur dari transformator. Untuk mendapatkan tingkat efisiensi yang lebih baik, maka dapat dilakukan dengan jalan menurunkan temperatur transformator sehingga rugi-ruginya akan turun dan umur dari transformator menjadi lebih panjang.

  Dari hasil analisis didapatkan bahwa rugi-rugi daya transformator menjadi lebih kecil dan temperatur dapat terjaga dibawah batas yang diijinkan saat diberikan pendinginan. Sehingga, efisiensi transformator juga meningkat. Pada saat diberikan pendinginan, didapatkan perbandingan rugi-rugi dan efisiensi transformator: Beban 80% ; T n = 57,58oC ; P loss

  = 4391,936kVA ; η=97,38%; Beban 130% ; T = 67,24oC ; P

  n loss

  = 11917,448kVA ; η =96,11% ; Beban 150% ; T n = 77,14oC ; P loss

  = 1559,26kVA ; η =95,12%. Dengan menjaga temperatur di bawah batas yang diizinkan, maka transformator dapat dibebani lebih besar, bahkan sanggup lebih dari 150.

  Kata kunci : Transformator tenaga, resistansi, temperatur, rugi-rugi, efisiensi.

  i Segala Puji dan Syukur Penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, oleh karena berkat dan juga kasihNya sehingga penulis diberikan kesempatan untuk dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.

  Adapun judul dari Tugas Akhir ini adalah : “Studi Penggunaan Sistem

  

Pendingin Udara Tekan Untuk Meningkatkan Efisiensi Transformator

(Aplikasi pada PLTU Labuhan Angin, Sibolga)”. Dan Tugas Akhir ini

  merupakan salah satu syarat utama agar penulis dapat memperoleh gelar kesarjanaan pada Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknin Universitas Sumatera Utara.

  Tidak lupa Penulis juga ingin menyampaikan rasa hormat, dan juga terima kasih yang sebesar-besarnya untuk orang tua penulis yaitu Drs. K Butar-butar selaku bapak dari Penulis dan juga R. Simanjuntak selaku ibu dari Penulis, yang telah membesarkan, mendidik saya, dan juga kepada abang saya Pendeta Iswandi Butar-butar, STh dan istrinya Ennovrida Dolok Saribu, Spd, abang saya Jepry Butar-butar, ST, abang saya Antoni Butar-butar, SH, dan adik saya Erwin Butar- butar, AMd yang senantiasa selalu memberikan support secara moral dan juga materil dan juga tidak lupa selalu mendoakan Penulis.

  Dalam kesempatan ini juga, Penulis tak lupa ingin mengucapakan rasa hormat dan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

  1. Bapak Ir. Eddy Warman, MT, selaku Dosen Pebimbing Tugas Akhir, yang dengan ikhlas dan sangat sabar dalam memberikan dukungan, bimbingan, masukan yang sangat membangun, dan juga motivasi dalam penulisan Tugas Akhir ini.

  2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si, selaku Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

  3. Bapak Rahmad Fauzi, ST.MT, selaku sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, 4.

Seluruh Staf pengajar di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik

  Universitas Sumatera Utara, yang telah memberikan bekal ilmu kepada Penulis selama mengikuti Perkuliahan. ii Seluruh karyawan di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, yang telah memberikan bekal ilmu kepada Penulis selama mengikuti perkuliahan.

  6. Terima kasih juga kepada sahabat-sahabat penulis yang telah memberikan dukungan dalam suka dan duka, kepada Bang Marthin Tarigan yang selalu mensupport moril, dan teman-teman seperjuangan Angkatan 2008, Johannes Sibarani, Louis Sirait, Parulian Sandy, Basofi Simanjuntak, dan teman-teman seperjuangan DOTA dan futsal angkatan 2008,dan teman-teman maen futsal dan jongkok, Oloni Simanjuntak, Kevin Pinem, Dea Silalahi, Samuel, Nuzul, James Purba, dan bang Pane, dan teman-teman di elektro yang tidak dapat Penulis sebutkan satu per satu, semoga hubungan kekerabatan kita terus terjaga.

  Medan, 26 Maret 2013 Penulis

  Yohannes Anugrah Butar-butar iii

  ABSTRAK ..................................................................................................... i KATA PENGANTAR ..................................................................................... ii DAFTAR ISI .................................................................................................... iv DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... vi DAFTAR TABEL ............................................................................................ vii

  BAB I. PENDAHULUAN

  1.1

  1 Latar Belakang Masalah .................................................................

  1.2

  2 Rumusan Masalah ..........................................................................

  1.3

  2 Tujuan Penulisan Tugas Akhir .......................................................

  1.4

  3 Batasan Masalah ............................................................................

  1.5

  3 Metodologi Penulisan ...................................................................

  1.6

  3 Sistematika Penulisan ...................................................................

  BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Definisi Transformator .............................................................

  5 2.2 Prinsip Kerja Transformator ....................................................

  6 2.3 Konstruksi Transformator .......................................................

  7 2.4 Polaritas Transformator ............................................................

  16 2.5 Pendingin Transformator .....................................................

  17 2.5.1 Trafo Minyak dengan Pendingin Sendiri ...........................

  19 2.5.2 Trafo Minyak dengan Pendingin Udara secara Paksaan ....

  19 2.5.3 Trafo Minyak dengan Pendingin Air .................................

  19 2.5.4 ... Trafo Minyak dengan Pendinginan Minyak secara Paksa

  19 iv

  v 2.6.1 Kondisi Trafo Ideal ............................................................

  28 2.11 Efisiensi Trafo .....................................................................

  40 3.6 Perubahan Resistansi terhadap Temperatur .........................

  39 3.5 Kipas Pendingin ...................................................................

  37 3.4 Kontrol Pendinginan ............................................................

  37 3.3 Metode Konstruksi dan Karakteristik Operasi Trafo ..........

  35 3.2 Sistem Pendingin pada Transformator ................................

  33 BAB III. SISTEM PENDINGINAN TRANSFORMATOR 3.1 Metode Pendinginan dan Klarifikasi dari Peralatan ............

  30 2.12.2 Tes Hubung Singkat .........................................................

  30 2.12.1 Tes Hubungan Terbuka ....................................................

  29 2.12 Testing Trafo .......................................................................

  27 2.10.2 Rugi Besi ..........................................................................

  20 2.6.2 Trafo Ideal Tidak Berbeban ...............................................

  26 2.10.1 Rugi Tembaga ..................................................................

  26 2.10 Rugi-rugi Trafo ....................................................................

  25 2.9 Rating Trafo .........................................................................

  25 2.8 Rangkaian Ekivalen Trafo ...................................................

  23 2.7.2 Arus Eksitasi ......................................................................

  23 2.7.1 Arus Magnetisasi ................................................................

  23 2.7 Karakteristik Trafo Ideal .....................................................

  22 2.6.4 Karakteristik Trafo Ideal ....................................................

  20 2.6.3 Trafo Ideal Berbeban .........................................................

  42

  vi

  4.5.3 Rugi-rugi dan Efisiensi pada Beban tertentu saat Operasi Normal ...........................................................................................

  80 DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................

  79 5.2 Saran ....................................................................................

  73 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ..........................................................................

  66 4.6.2 Penyalaan Kipas Grup Kedua ............................................

  65 4.6.1 Penyalaan Kipas Grup Pertama ..........................................

  59 4.6 Pengoperasian saat memakai Media Pendinginan ...............

  55

  BAB IV. ANALISIS PERHITUNGAN DATA TRAFO 4.1 Umum ..................................................................................

  53 4.5.2 Perubahan Temperatur terhadap Beban Variabel ..............

  53 4.5.1 Rugi-rugi dan Efisiensi Trafo saat Berbeban Penuh ..........

  52 4.5 Pengoperasian Sebelum memakai Media Pendingin ...........

  49 4.4 Nilai Tahanan dari Transformator saat Berbeban Penuh .....

  47 4.3 Analisa dari Rangkaian Ekivalen Transformator ................

  46 4.2 Data Percobaan Transformator ............................................

  82

  vii Gambar 2.1 Bagan dari Transformator ..............................................................

  31 Gambar 2.11 Diagram Tes Hubungan Tertutup (a) Rangkaian Untuk Tes (b) Rangkaian Ekivalen untuk Hubungan Tertutup ............................

  50 Gambar 4.4 Rangkaian Ekivalen Transformator dengan Parameter-parameter yang telah didapatkan dalam Analisis ...........................................

  49 Gambar 4.3 Diagram untuk Tes Hubungan Tertutup: (a) Rangkaian untuk Tes (b) Rangkaian Ekivalen untuk Hubungan Tertutup .......................

  46 Gambar 4.2 Diagram untuk Tes Hubungan Terbuka:(a).Rangkaian untuk Tes (b). Rangkaian Ekivalen untuk Hubungan Terbuka ......................

  40 Gambar 4.1 Main Transformator Unit 1 PLTU Labuhan Angin, Sibolga ........

  34 Gambar 3.1 Kipas Pendingin.............................................................................

  33 Gambar 2.12 Rangkaian Ekivalen untuk Hubungan Tertutup ............................

  25 Gambar 2.10 Diagram Tes Hubungan Terbuka (a) Rangkaian Untuk Tes (b) Rangkaian Ekivalen untuk Hubungan Terbuka .............................

  6 Gambar 2.2 Rangkaian Pengganti Transformator .............................................

  24 Gambar 2.9 Rangkaian Ekivalen Transformator ...............................................

  22 Gambar 2.8 Loop Histerisis dari Trafo Tidak Ideal ..........................................

  21 Gambar 2.7 Trafo Ideal dalam Keadaan Berbeban ...........................................

  16 Gambar 2.6 Trafo Ideal dalam Keadaan Tidak Berbeban .................................

  13 Gambar 2.5 Polaritas Trafo ...............................................................................

  8 Gambar 2.4 Pendingin Sirip dan Kipas .............................................................

  7 Gambar 2.3 Trafo (a) Tipe Inti dan (b) Tipe Cangkang ....................................

  52

  viii Variabel .........................................................................................

  57 Gambar 4.6 Grafik Kenaikan Temperatur Transformator terhadap Beban Variabel .........................................................................................

  57 Gambar 4.7 Grafik Pengaruh Pembebanan terhadap Rugi Daya Transformator 64 Gambar 4.8 Grafik Pengaruh Pembebanan terhadap Efisiensi Transformator .

  64 Gambar 4.9 Grafik Perbedaan Rugi-rugi saat Sebelum dan Sesudah diberikan Pendinginan oleh Kipas Grup Pertama ..........................................

  72 Gambar 4.10 Grafik Perbedaan Efisiensi saat Sebelum dan Sesudah diberikan Pendinginan oleh Kipas Grup Pertama ..........................................

  72 Gambar 4.11 Grafik Perbedaan Rugi-rugi saat Sebelum dan Sesudah diberikan Pendinginan oleh Kipas Grup Pertama dan Kedua .......................

  76 Gambar 4.12 Grafik Perbedaan Efisiensi saat Sebelum dan Sesudah diberikan Pendinginan oleh Kipas Grup Pertama dan Kedua .......................

  79

  ix Tabel 3.1 Klasifikasi Metode Pendinginan Transformator ...................................

  61 Tabel 4.8 Rugi-rugi pada Kumparan dan Besi Transformator ..............................

  75 Tabel 4.14 Rugi-rugi di Kumparan dan Besi Trafo saat diberikan Pendinginan oleh Kipas Grup Pertama dan Kedua ....................................................

  71 Tabel 4.13 Resistansi pada Beban Bervariasi dengan diberikan Pendinginan oleh Kipas Grup Kedua ................................................................................

  70 Tabel 4.12 Rugi Daya Total dan Efisiensi Trafo saat diberikan Pendinginan oleh Kipas Grup Pertama ..............................................................................

  70 Tabel 4.11 Rugi-rugi di Kumparan dan Besi Trafo saat diberikan Pendinginan oleh Kipas Grup Pertama ......................................................................

  63 Tabel 4.10 Resistansi pada Beban Bervariasi dengan diberikan Pendinginan oleh Kipas Grup Pertama ..............................................................................

  62 Tabel 4.9 Rugi daya total dan Efisiensi Transformator ........................................

  60 Tabel 4.7 Perubahan Arus terhadap Beban Variabel ............................................

  35 Tabel 3.2 Rating Sistem Isolasi Transformator .....................................................

  56 Tabel 4.6 Perubahan Resistansi saat Beban Berubah-ubah ...................................

  48 Tabel 4.5 Kenaikan Temperatur Trafo Terhadap Beban Variabel ........................

  48 Tabel 4.4 Data rugi-rugi transformator .................................................................

  47 Tabel 4.3 Data Tes Tanpa Beban dan Tes Hubung Singkat Transformator .........

  46 Tabel 4.2 Urutan Tap changer Gardu Induk PLTU Labuhan Angin, Sibolga ......

  43 Tabel 4.1 Name Plate Transformator ....................................................................

  37 Tabel 3.3 Koefisien Temperatur dan Resistansi pada Material Kondukto ...........

  75

  x Kipas Grup Pertama dan Kedua ............................................................

  75