Studi Pengujian Vektor Group Transformator Distribusi Tiga Phasa(Aplikasi pada PT. Morawa Electric Transbuana)

STUDI PENGUJIAN VEKTOR GROUP

TRANSFORMATOR DISTRIBUSI TIGA PHASA

( Aplikasi pada PT. Morawa Electric Transbuana )

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana ( S-1 ) pada Departemen Teknik Elektro

Oleh :

NIM : 050402066 MANGIRING MANURUNG

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

STUDI PENGUJIAN VEKTOR GROUP

TRANSFORMATOR DISTRIBUSI TIGA PHASA

( Aplikasi pada PT. Morawa Electric Transbuana ) Oleh :

NIM : 050402066 MANGIRING MANURUNG

Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana Teknik

pada

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

Sidang pada tanggal 03 bulan Juli tahun 2010 di depan Penguji : 1. Ir. Satria Ginting : Ketua Penguji : ... 2. Ir. Mustafrin Lubis : Anggota Penguji : ... 3. Ir. Eddy Warman : Anggota Penguji : ...

Disetujui oleh : Dosen Pembimbing,

NIP : 194911231976031002 Ir. PANUSUR SM. L. Tobing

Diketahui oleh : Pelaksana Tugas Harian

Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU

Prof.Dr.Ir. USMAN BAAFAI NIP: 194510291973021001

ABSTRAK

Transformator adalah suatu peralatan listrik yang dapat memindahkan energi listrik atau memindahkan dan mengubah energi listrik bolak-balik dari satu level ke level tegangan yang lain melalui kinerja satu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Suatu transformator harus dilengkapi dengan name platenya. Menurut standard ANSI dan IEEE sebuah transformator pada saat commisioning (serah-terima) harus diuji terlebih dahulu spesifikasi teknis yang tertera pada name platenya, Salah satu jenis pengujian yang dilakukan adalah pengujian vector group. Pengujian vektor group tersebut dilakukan untuk mempermudah jika suatu transformator dipararelkan, pengujian vektor group dilakukan dengan cara menghubungkan salah satu terminal tegangan tinggi dengan terminal tegangan rendahnya. Pengujian dilakukan untuk mengetahui kebenaran vector group yang tercantum pada name platenya.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul

Studi Pengujian Vektor Group Transformator Distribusi Tiga Phasa (Aplikasi pada PT. Morawa Electric Transbuana)

Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan serta dukungan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terimakasih yang tulus dan sebesar-besarnya kepada :

1. Kedua orang tua, abang, kakak dan adik saya yang tidak pernah berhenti memberi dukungan, semangat dan doanya kepada saya dengan segala pengorbanan dan kasih sayang yang tidak ternilai besarnya.

2. Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai, selaku pelaksana tugas harian Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, dan Bapak Rahmat Fauzi, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

3. Bapak Ir. Panusur S.M L.Tobing sebagai dosen pembimbing tugas akhir saya yang sangat besar bantuannya dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

4. Bapak Ir. Zulkarnaen Pane selaku Dosen Wali penulis selama menyelesaikan pendidikan di kampus Universitas Sumatera Utara.

5. Seluruh staf Pengajar dan pegawai Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

6. Pak Prancis, dan Staf PT. Morawa Electric Transbuana, yang sangat kooperatif pada penulis selama proses pengambilan data.

7. Teman-teman stambuk 2005: Sadak, Fritz, Herman, Joni, Ferry, Edison, Elis, Eko, Windy, Marhon, Beni dan teman-teman 2005 lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.

8. Kepada semua pihak yang banyak memberi dukungan kepada penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini tidak luput dari kesalahan-kesalahan, baik dari segi tata bahasa maupun dari segi ilmiah. Untuk itu, penulis akan menerima dengan terbuka, segala saran dan kritik yang ditujukan untuk memperbaiki Tugas Akhir ini.

Akhir kata, semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi semua pihak.

Medan, Juni 2010 Penulis,

DAFTAR ISI

ABSTRAK --- i

KATA PENGANTAR --- ii

DAFTAR ISI --- iv

DAFTAR GAMBAR --- vii

DAFTAR TABEL --- ix

BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang ---1

I.2 Tujuan Penulisan ---2

I.3 Manfaat Penulisan ---2

I.4 Batasan Masalah ---2

I.5 Metode Penulisan ---3

I.6 Sistematika Penulisan ---3

BAB II TRANSFORMATOR II.1 Umum ---5

II.2 Konstruksi Transformator---7

II.3 Klasifikasi Transformator ---8

II.4 Prinsip Kerja Transformator ---9

II.4.1 Transformator Beban Nol --- 10

II.4.2 Transformator Berbeban --- 13

II.6 Diagram Vektor Transformator --- 17

II.6.1 Transformator Tanpa Beban --- 17

II.6.2 Transformator Berbeban --- 19

II.6.2.1 Transformator Beban Tahanan Murni --- 19

II.6.2.2 Transformator Beban Indukt if --- 20

II.6.2.3 Transformator Beban Kapasitif --- 21

II.7 Transformator Tiga Phasa --- 22

II.7.1 Umum --- 22

II.7.2 Konstruksi Transformator Tiga Phasa --- 23

II.7.3 Hubungan Transformator Tiga Phasa--- 24

II.7.4 Jenis-jenis Hubungan Transformator Tiga Phasa- --- 28

II.8 Kerja Pararel --- 33

BAB III PENGUJIAN TRANSFORMATOR III.1 Polaritas Transformator --- 35

III.2 Vektor Group --- 37

III.3 Pengujian Transformator --- 47

III.1 Pengujian Rutin --- 47

III.2 Pengujian Jenis --- 47

III.3 Pengujian Khusus --- 48

III.4 Pengujian Commisioning (Serah -Terima) --- 49

III.4 Pengujian Vektor Group --- 50

BAB IV ANALISIS PENGUJIAN VEKTOR GROUP TRANSFORMATOR TIGA PHASA

IV.1 Umum --- 57

IV.2 Peralatan Pengujian--- 58

IV.3 Rangkaian Pengujian --- 58

IV.4 Prosedur Pengujian --- 60

IV.5 Data Percobaan --- 62

IV.6 Analisis Percobaan --- 63

BAB V PENUTUP V. Kesimpulan --- 69

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1 Kontruksi transformator tipe inti --- 7

Gambar 2. 2 Kontruksi transformator tipe cangkang --- 8

Gambar 2. 3 Transformator dalam keadaan tanpa beban --- 10

Gambar 2. 4 Transformator dalam keadaan berbeban --- 13

Gambar 2. 5 Rangkaian ekivalen transformator --- 14

Gambar 2. 6 Rangkaian ekivalen transformator dilihat dari sisi primer --- 15

Gambar 2. 7 Penyederhanaan Rangkaian ekivalen transformator --- 16

Gambar 2. 8 Hasil akhir penyederhanaan rangkaian ekivalen transformator --- 16

Gambar 2. 9 Diagram vektor transformator ideal tanpa beban --- 17

Gambar 2. 10 Diagram vektor transformator tak ideal tanpa beban --- 18

Gambar 2. 11 Diagram vektor transformator berbeban tahanan murni --- 20

Gambar 2. 12 Diagram vektor transformator berbeban induktif --- 21

Gambar 2. 13 Diagram vektor transformator berbeban kapasitif --- 22

Gambar 2. 14 Transformator tiga phasa tipe inti --- 23

Gambar 2. 15 Transformator tiga phasa tipe cangkang --- 23

Gambar 2. 16 Transformator tiga phasa hubungan bintang --- 24

Gambar 2. 17 Transformator tiga phasa hubungan segitiga/delta --- 26

Gambar 2. 18 Transformator tiga phasa hubungan zig-zag --- 27

Gambar 2. 19 Transformator hubungan Y-Y --- 29

Gambar 2. 20 Transformator hubungan Y-Δ --- 30

Gambar 2. 22 Transformator hubungan Δ-Δ --- 32

Gambar 2. 23 Kerja pararel transformator --- 33

Gambar 2. 24 Arus sirkulasi pada saat trafo dibebani --- 34

Gambar 3. 1 Polaritas Penjumlahan (Additive Polarity)--- 35

Gambar 3. 2 Polaritas Pengurangan (Subtractive polarity) --- 36

Gambar 3. 3 Pengujian Polaritas transformator --- 36

Gambar 3. 4 Vektor dasar transformator --- 39

Gambar 3. 5 Penggambaran vektor transformator --- 39

Gambar 3. 6 Vektor group transformator terhubung delta --- 40

Gambar 3. 7 Vektor group transformator terhubung bintang --- 40

Gambar 3. 8 Vektor group transformator 3 phasa Dy11 --- 41

Gambar 3. 9 Vektor group transformator hubungan Dyn5 --- 42

Gambar 3. 10 Vektor group transformator hubungan Yz5 --- 43

Gambar 3. 11 Pengujian vektor group transformator hubungan Dy5 --- 53

Gambar 3. 12 Pengujian vektor group transformator hubungan Yd5 --- 54

Gambar 3. 13 Pengujian vektor group dengan trafo bantu --- 55

Gambar 4. 1 Percobaan pada transformator 3θ, 200 kVA, 20kV/400V, Dyn5 --- 58

Gambar 4. 2 Percobaan pada transformator 3θ, 80 kVA, 800V/400V, Dyn5 --- 59

DAFTAR TABEL

Tabel 3. 1 Kelompok hubungan transformator berdasarkan lilitan primer

lagging/leading terhadap lilitan sekunder --- 46

Tabel 3. 2 Kelompok hubungan transformator menurut VDE 0532 --- 47

Tabel 4. 1 Percobaan pada transformator 3θ, 200 kVA, 20kV/400V, Dyn5 --- 62

Tabel 4. 2 Percobaan pada transformator 3θ, 80 kVA, 800V/400V, Dyn5 --- 62

ABSTRAK

Transformator adalah suatu peralatan listrik yang dapat memindahkan energi listrik atau memindahkan dan mengubah energi listrik bolak-balik dari satu level ke level tegangan yang lain melalui kinerja satu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Suatu transformator harus dilengkapi dengan name platenya. Menurut standard ANSI dan IEEE sebuah transformator pada saat commisioning (serah-terima) harus diuji terlebih dahulu spesifikasi teknis yang tertera pada name platenya, Salah satu jenis pengujian yang dilakukan adalah pengujian vector group. Pengujian vektor group tersebut dilakukan untuk mempermudah jika suatu transformator dipararelkan, pengujian vektor group dilakukan dengan cara menghubungkan salah satu terminal tegangan tinggi dengan terminal tegangan rendahnya. Pengujian dilakukan untuk mengetahui kebenaran vector group yang tercantum pada name platenya.

BAB I

PENDAHULUAN

I. 1 Latar Belakang

Transformator adalah suatu alat yang dapat memindahkan dan mengubah besar energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain dengan frekuensi yang sama. Energi listrik yang dipindahkan dan diubah tersebut adalah tegangan dan arus bolak-balik (AC).

Jenis-jenis transformator sangat banyak, tetapi secara umum dapat diklasifikasikan atas tiga jenis, yaitu Transformator Daya, Transformator Distribusi dan Transformator Pengukuran. Dalam aplikasinya di lapangan, transformator yang paling banyak digunakan adalah Transformator Daya dan Transformator Distribusi. Pada umumnya jenis transformator yang digunakan sebagai Transformator Daya dan Transformator Distribusi adalah transformator tiga fasa, karena suplai tegangan dan arus yang masuk dari pembangkit tenaga listrik adalah tegangan dan arus tiga fasa.

Sebuah Transformator pada umumnya dilengkapi dengan nameplate. Pada nameplate biasanya tercantum beberapa keterangan mengenai transformator tersebut, seperti vector group. Untuk mengetahui kebenaran vector group yang tercantum pada nameplatenya, maka dilakukan pengujian vector group. Menurut ANSI dan IEEE ada tiga macam pengujian yang harus dilakukan pada sebuah transformator yaitu, pengujian rutin, pengujian jenis, dan pengujian khusus, serta ditambah pengujian commissioning.

Untuk memenuhi kebutuhan konsumen energy listrik yang besar, maka transformator harus dipararelkan. Adapun syarat dari pararel transformator adalah tegangan dan jumlah phasa harus sama, polaritas transformator harus sama, vector group harus sama untuk transformator tiga phasa.

I. 2 Tujuan dan Manfaat Penulisan

Adapun tujuan utama penulisan Tugas Akhir ini adalah :

1. Memperdalam pengetahuan tentang vector group transformator.

2. Mengetahui cara pengujian vector group transformator distribusi

Manfaat dari penulisan Tugas Akhir ini adalah dengan mengetahui pengujian vektor group transformator maka akan memudahkan dalam mempararelkan transformator.

I. 3 Batasan Masalah

Untuk mendapatkan hasil pembahasan yang maksimal, maka penulis perlu membatasi masalah yang akan dibahas. Adapun batasan masalah dalam Tugas Akhir ini adalah :

1. Membahas pengujian vector group transformator distribusi. 2. Transformator yang digunakan transformator tiga phasa.

3. Data-data yang diperlukan diperoleh dari PT. MORAWA ELECTRIC TRANSBUANA.

I. 4 Metode Penulisan

Metode yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah :

1. Studi literatur

Yaitu dengan mempelajari buku referensi, buku manual, artikel dari media cetak dan internet, dan bahan kuliah yang mendukung dan berkaitan dengan topik tugas akhir ini.

2. Studi Bimbingan

Berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh pihak Departemen Teknik Elektro USU mengenai masalah-masalah yang timbul selama penulisan Tugas Akhir berlangsung.

3. Studi Lapangan

Yaitu melaksanakan percobaan di PT. Morawa Elektric Transbuana

I. 5 Sistematika Penulisan

Tugas Akhir ini disusun berdasarkan sistematika pembahasan sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini berisikan latar belakang, tujuan dan manfaat penulisan, batasan masalah, metodologi penulisan, dan sistematika penulisan.

BAB II TRANSFORMATOR

Bab ini menjelaskan tentang transformator secara umum, kontruksi, prinsip kerja, rangkaian ekivalen, keadaan berbeban dan tidak berbeban, transformator tiga phasa, kerja pararel.

BAB III VEKTOR GROUP TRANSFORMATOR

Bab ini menjelaskan tentang polaritas transformator, vektor group transformator, pengujian transformator, pengujian vektor group transformator.

BAB IV ANALISIS PENGUJIAN VEKTOR GROUP TRANSFORMATOR DISTRIBUSI TIGA PHASA

Bab ini menjelaskan tentang data percobaan, hasil percobaan, analisis data.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisikan beberapa kesimpulan dan saran dari penulisan tugas akhir ini.

BAB II

TRANSFORMATOR

II.1 Umum

Transformator atau trafo adalah suatu peralatan listrik yang dapat memindahkan energi listrik atau memindahkan dan mengubah energi listrik bolak-balik dari satu level ke level tegangan yang lain melalui kinerja satu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik.

Pada umumnya transformator terdiri atas sebuah inti yang terbuat dari besi berlapis, dan dua buah kumparan yaitu kumparan perimer dan kumparan sekunder. Kedua kumparan ini tidak terhubung secara langsung. Satu-satunya hubungan antara kedua kumparan adalah fluks magnetic bersama yang terdapat dalam inti. Salah satu dari kedua kumparan transformator tadi dihubungkan ke sumber daya listrik bolak-balik dan kumparan kedua (serta ketiga jika ada) akan mensuplai daya ke beban. Kumparan transformator yang terhubung kesumber daya dinamakan kumparan primer sedangkan yang terhubung ke beban dinamakan kumparan sekunder, jika terdapat kumparan ketiga dianamakan kumparan tersier.

Transformator digunakan secara luas baik dalam bidang tenaga listrik maupun elektronika. Penggunaan transformator dalam sistem tenaga memungkinkan terpilihnya tegangan yang sesuai dan ekonomis untuk tiap-tiap keperluan misalnya, kebutuhan akan tegangan tinggi dalam pengiriman daya jarak jauh. Penggunaan transformator yang sangat sederhana dan andal merupakan salah satu alasan penting dalam pemakaiannya dalam penyaluran tenaga listrik arus bolak-balik, karena arus bolak–balik sangat banyak

dipergunakan untuk pembangkitan dan penyaluran tenaga listrik. Pada penyaluran tenaga listrik terjadi kerugian sebesar I2R watt, kerugian ini akan banyak berkurang apabila tegangan dinaikkan. Dengan demikian saluran-saluran tenaga listrik senantiasa mempergunakan tegangan yang tinggi.

Tegangan yang paling tinggi di Indonesia pada saat ini adalah 500 kV. Hal ini dilakukan terutama untuk mengurangi kerugian energi yang terjadi. Dan menaikkan tegangan listrik di pusat listrik dari tegangan generator yang biasanya berkisar antara 6-20 kv pada awal saluran transmisi, dan menurukannya pada ujung saluran itu ketegangan yang lebih rendah, dilakukan dengan transformator. Transformator yang dipakai pada jaringan tenaga listrik merupakan transformator tenaga.

Disamping itu, ada jenis – jenis transformator lain yang banyak dipergunakan, dan yang pada umumnya merupakan transformator yang jauh lebih kecil.Misalnya transformator yang dipakai dirumah tangga, yang dipakai pada lampu TL, pesawat radio, televisi dan berbagai alat elektronika lainnya.

II.2 Konstruksi Transformator

Pada umumnya kontruksi transformator terdiri atas bagian-bagian sebagai berikut : 1. Inti (core) yang dilaminasi.

2. Dua buah kumparan, kumparan primer dan sekunder. 3. Tangki.

4. Sistem pendingin. 5. Terminal.

6. Bushing.

Secara umum transformator dapat dibedakan dua jenis menurut konstruksinya, yaitu:

1. Tipe inti

Pada transformator tipe inti, kumparan mengelilingi inti dan kontruksi dari intinya berbentuk huruf L atau huruf U.

2. Tipe cangkang

Pada transformator tipe cangkang, kumparan atau belitan transformator dikelilingi oleh inti dan kontruksi intnya berbentuk huruf E, huruf I, dan huruf F..

Gambar 2.2 Kontruksi transformator tipe cangkang.

II.3 Klasifikasi Transformator

Dalam bidang tenaga listrik pemakaian transformator dikelompokkan menjadi :

a. Transformator daya ( > 500 kVA). [2]

b. Tranformator distribusi ( 3-500 kVA). [2]

c. Transformator instrument, digunakan untuk pengukuran yang terdiri atas transformator arus dan transformator tegangan.

Berdasarkan jumlah fasanya transformator dibagi atas 2 yaitu :

1. Transformator satu fasa.

I1.4 Prinsip Kerja Transformator

Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat mengubah dan menyalurkan energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian ke rangkaian listrik yang lain melalui suatu gandengan megnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Transformator di gunakan secara luas baik dalam bidang tenaga listrik maupun elektronika. Penggunaan transformator dalam sistem tenaga memungkinkan terpilihnya tegangan yang sesuai dan ekonomis untuk tiap-tiap keperluan misalnya, kebutuhan akan tegangan tinggi dalam pengiriman daya jarak jauh.

Transformator terdiri atas dua buah kumparan ( primer dan sekunder ) yang bersifat induktif. 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 di dalam 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 di kumparan sekunder, maka mengalirlah arus sekunder jika rangkaian sekunder di bebani, sehingga energi listrik dapat ditransfer keseluruhan (secara magnetisasi ).

[1]

Dimana : e = gaya gerak listrik ( ggl ) [ volt ]

N = jumlah lilitan

dt

φ

d

= perubahan fluks magnet

II.4.1 Keadaan Transformator Beban Nol

Bila kumparan primer suatu transformator dihubungkan dengan sumber tegangan V1 yang sinusoidal, akan mengalirkan arus primer Io yang juga sinusoid dan dengan menganggap belitan N1 reaktif murni. Io akan tertinggal 900 dari V1. Arus primer Io menimbulkan fluks (Ф) yang sefasa dan juga berbentuk sinusoid. Pada Gambar 2.3 dapat dilihat suatu transformator tanpa beban.

V1

I1

N1

E1

E2

N2 V2

φ

Gambar 2.3 Transformator dalam keadaan tanpa beban.

Fluks yang sinusoid ini akan menghasilkan tegangan. Induksi е1 ( Hukum Faraday )

[8]

[8]

Dimana :

= gaya gerak listrik induksi

N1 = jumlah belitan di sisi primer

ω = kecepatan sudut putar Φ = fluks magnetik Harga efektifnya

[8]

Dimana :

= gaya gerak listrik induksi efektif

f = frekuensi

Bila rugi tahanan dan adanya fluksi adanya fluksi bocor di abaikan akan terdapat hubungan :

[8]

Apabila, a < 1, maka transformator berfungsi untuk menaikkan tegangan (step up)

a > 1, maka transformator berfungsi untuk menurunkan tegangan (step down)

Dimana :

= ggl induksi di sisi primer (Volt)

= ggl induksi di sisi sekunder (Volt)

= tegangan terminal di sisi primer (Volt)

= tegangan terminal di sisi sekunder (Volt)

= jumlah belitan di sisi primer

a = faktor transformasi

I1.4.2 Keadaan Transformator Berbeban

Apabila kumparan sekunder di hubungkan dengan beban ZL, I2 mengalir pada kumparan sekunder, dimana I2 = V2 / ZLdengan θ2 = faktor kerja beban, seperti pada Gambar 2.4.

φ2

V1

I1

N1

E1

E2

N2

I2

V2 _Z

φ1

φ2’

Gambar 2.4 Transformator dalam keadaan berbeban.

Arus beban I2 ini akan menimbulkan gaya gerak magnet ( ggm ) N2 I2 yang cenderung menentang fluks ( Ф ) bersama yang telah ada akibat arus pemagnetan Im. Agar fluks bersama itu tidak berubah nilainya, pada kumparan primer harus mengalir arus I2’, yang menentang fluks yang dibangkitkan oleh arus beban I2, hingga keseluruhan arus yang mengalir pada kumparan primer menjadi :

[8]

Bila komponen arus rugi tembaga (Ic) diabaikan, maka Io = Im, sehingga :

[8]

Dimana:

I1 = arus pada sisi primer (ampere)

Io = arus penguat (ampere)

Im = arus pemagnetan (ampere)

Ic = arus rugi-rugi tembaga (ampere)

I1.5 Rangkaian Ekivalen Transformator

Tidak semua fluks (Φ) yang dihasilkan oleh arus pemagnetan IM merupakan fluks bersama (ΦM), sebagian darinya hanya mencakup kumparan primer (Φ1) atau kumparan primer saja (Φ2). Rangkaian ekivalen digunakan untuk menganalisis kerja suatu transformator, adanya fluks bocor Φ1dan Φ2 yang dinyatakan sebagai reaktansi X1 dan X2. Sedangkan untuk rugi tahanan dinyatakan dengan R1 dan R2. Rangkaian ekivalen suatu transformator seperti Gambar 2.5.

E1 E2

I1 I2

I0

R1 X1 _R2 X2

V1 V2 Z_L

XM

RC

IM

IC

Gambar 2.5 Rangkaian ekivalen transformator.

[8]

[8]

[8]

[8]

Sehingga persamaan (2.10) menjadi :

Apabila semua parameter sekunder dinyatakan dalam harga rangkaian primer, maka harganya perlu dikalikan dengan faktor a2, dimana a = E1/E2, sehingga rangkaian ekivalennya seperti Gambar 2.6.

I1 I0

R1 a2R2 a

2

X2 X1

V1 aV2

XM RC

IM IC

a2ZL

I2'

Gambar 2.6 Rangkaian ekivalen transformator dilihat dari sisi primer.

Untuk memudahakan perhitungan, model rangkaian Gambar 2.6 diatas dapat diubah menjadi seperti Gambar 2.7.

I1 I0

R1 a2R2 a

2

X2 X1

V1 aV2

XM RC

IM IC

a2ZL

I2'

Gambar 2.7 Penyederhanaan Rangkaian ekivalen transformator.

Maka dari Gambar 2.7 diperoleh :

[8]

[8]

I1 I0

Rek Xek

V1 aV2

XM RC

IM IC

a2ZL

I2'

Gambar 2.8 Hasil akhir penyederhanaan rangkaian ekivalen transformator.

I1.6 Diagram Vektor Transformator

Diagram vector adalah penggambaran hubungan antara fluks magnetic, tegangan dan arus yang mengalir dalam bentuk vector. Hubungan yang terdapat di antara harga-harga tersebut akan tergantung pada sifat beban, impedansi lilitan primer, dan sekunder, serta rugi-rugi transformator.

I1.6.1 Transformator Tanpa Beban

Apabila transformator tidak dibebani, arus yang mengalir dalam transformator hanya arus pemagnetan (Io) saja. Dalam hal ini :

1. Fluks magnet (Φo) sephasa dengan arus primer tanpa beban (Io) dan lagging 90°

terhadap tegangan sumber V1.

2. Gaya gerak listrik induksi pada sisi primer (E1) besarnya sama dengan V1, tetapi berbeda phasa 180° terhadap tegangan sumber V1.

3. Gaya gerak listrik induksi pada sisi sekunder (E2 = aE1), lagging 90° terhadap fluks magnet (Φo).

Dalam penggambaran, V1 = -E1, dengan menganggap :

1. Rugi-rugi arus pusar dan rugi-rugi hysteresis di dalam inti tidak ada.

2. Rugi-rugi tahanan kawat tembaga tidak ada.

3. Fluks bocor pada kumparan primer dan kumparan sekunder tidak ada, maka vector diagramnya seperti Gambar 2.9.

90° 90°

V1 = -E1 _E2 E₁

Φo

Io

0

Gambar 2.9 Diagram vektor transformator ideal tanpa beban.

Karena transformator tidaklah mungkin ideal, maka rugi-rugi pada transformator harus diperhitungkan, maka :

1. Arus primer tanpa beban (Io) tidak sephasa dengan fluks magnet (Φo), dimana arus primer tanpa bebandapat diuraiakan atas dua komponen yaitu :

[4]

2. Besarnya ggl induksi E1 tidak sama lagi dengan V1 karenaadanya impedansi kumparan primer Z1, sehingga dipeoleh hubungan :

[4]

-E1 E2 E1

Φo

Io

0 Im

Ic

V1

I_oR

1

IoX 1

Gambar 2.10 Diagram vektor transformator tak ideal tanpa beban.

I1.6.2 Transformator Berbeban

Bila transformator diberi beban maka pada sisi sekunder terdapat arus (I2) yang mengalir. I2 yang mengalir akan menyebabkan adanya perubahan pada arus yang mengalir di sisi primer. Transformator yang berbeban ini dapat dibagi menjadi 3 bagian ditinjau dari bebannya yaitu tahanan murni, beban induktip dan beban kapasitip.

I1.6.2.1 Beban Tahanan Murni

Apabila pada sisi sekunder transformator ( Gambar 2.5) dihubungkan dengan tahanan murni (R), maka arus akan mengalir pada sisi sekunder transformator sebesar I2. I2 akan berbeda fasa terhadap E2sebasar θ2.

[7] -E1 E2 E1 Φ Io 0 Im Ic V1

I_1R 1

I1X 1

I1

I2

-I2

V2

I2 (R+R 2)

I2X 2

θ2

φ1 θ1

Gambar 2.11 Diagram vektor transformator berbeban tahanan murni.

I1.6.2.2 Beban Induktif

Apabila transformator berbeban induktif, berarti pada sisi sekunder transformator (Gambar 2.5) terdapat R2 + jX2 dan RL + jXL. Dengan adanya harga R2 + jX2 dan RL + jXL, akan mengakibatkan pergeseran phasa antara I2 dan E2 sebesar θ2. Dimana :

[7]

Dan dengan adanya harga R2 + jX2 dan RL + jXL, juga akan mengakibatkan pergeseran phasa antara I2 dan V2sebesar φ2. Dimana :

-E1 E2 E1 Φ Io 0 Im Ic V1

I_1R 1

I1X 1

I1

I2 -I2

V2 I_{2 R}

L

I2X 2

θ2

φ1 θ1

φ2

I2 XL I_{2 R}

2

Gambar 2.12 Diagram vektor transformator berbeban induktif.

I1.6.2.2 Beban Kapasitif

Jika ( Gambar 2.5 ) dihubungkan dengan beban kapasitif, maka arus akan mengalir pada sisi sekunder transformator sebesar I2. Beban kapasitif tersebut akan mengakibatkan pergeseran phasa antara I2 dan E2 sebesar θ2, dan juga akan mengakibatkan pergeseran phasa antara I2 dan V2sebesar φ2. Dimana :

[7]

-E1 E2 E1 Φ Io 0 Im Ic V1

I1R 1

IX1 1

I1

I2

-I2

V2

I2 R L

I_2X

2 θ2

φ1 φ

2

I

2 _X L

I2 R 2

Gambar 2.13 Diagram vektor transformator berbeban kapasitif.

I1.7 Transformator Tiga Phasa II.7.1 Umum

Transformator tiga phasa pada prinsipnya sama dengan transformator satu phasa, perbedaannya adalah pada transformator tiga phasa mengenal adanya hubungan bintang, segitiga dan hubungan zig-zag, dan juga system bilangan jam yang sangat menentukan kerja pararel tiga phasa. Untuk menganalisa transformator tiga phasa dilakukan dengan cara menganggap bahwa 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 dikalikan dengan nilai .

Transformator tiga phasa dikembangkan untuk alasan ekonomis, biaya lebih murah karena bahan yang digunakan lebih sedikit dibandingkan tiga buah transformator satu phasa dengan jumlah daya yang sama dengan satu buah transformator tiga phasa, penerjaannya lebih cepat.

Transformator tiga fasa adalah trafo yang sering dipakai hal ini dikarenakan :

a. Untuk daya yang sama tidak memerlukan ruang yang besar. b. Mempunyai nilai ekonomis.

c. Pemeliharaan persatuan barang lebih murah dan lebih mudah.

II.7.2 Konstruksi Transformator Tiga Phasa

Untuk mengurangi rugi-rugi yang disebabkan oleh arus pusar di dalam inti, rangkaian magnetik biasanya terdiri dari setumpuk laminasi tipis. Dua jenis konstuksi yang biasa digunakan pada transformator tiga phasa seperti pada Gambar 2.14 dan Gambar 2.15.

Np1 Np2 Np3

Ns1 Ns2 Ns3

Np1

Ns1

Np2

Ns2

Np3

Ns3

Gambar 2.15 Transformator tiga phasa tipe cangkang.

II.7.3 Hubungan Transformator Tiga Phasa

Secara umum ada 3 macam jenis hubungan pada transformator tiga phasa yaitu :

1. Hubungan Bintang (Y)

Hubungan bintang ialah hubungan transformator tiga fasa, dimana ujung-ujung awal atau akhir lilitan disatukan. Titik dimana tempat penyatuan dari ujung-ujung lilitan merupakan titik netral. Arus transformator tiga phasa dengan kumparan yang dihubungkan bintang yaitu; IA, IB, IC masing-masing berbeda 120°.

IA IB

IC IN

ZA

Z B

ZC A

B

C N

Dari gambar 2.16 diperoleh bahwa :

[8]

[8]

[8]

[8]

Dimana :

= tegangan line to line (Volt)

= tegangan phasa (Volt)

= arus line (Ampere)

= arus phasa (Ampere)

2. Hubungan Segitiga/ Delta (Δ)

Hubungan segitiga adalah suatu hubungan transformator tiga fasa, dimana cara penyambungannya ialah ujung akhir lilitan fasa pertama disambung dengan ujung mula lilitan fasa kedua, akhir fasa kedua dengan ujung mula fasa ketiga dan akhir fasa ketiga dengan ujung mula fasa pertama. Tegangan transformator tiga phasa dengan kumparan yang dihubungkan segitiga yaitu; VA, VB, VC masing-masing berbeda 120°.

IA

IB

IC

IBC

IAB

ICA

Gambar 2.17 Transformator tiga phasa hubungan segitiga/delta.

Dari gambar 2.17 diperoleh bahwa :

[8]

[8]

[8]

[8]

Dimana :

= tegangan line to line (Volt)

= tegangan phasa (Volt)

= arus line (Ampere)

3. Hubungan Zigzag

Transformator zig–zag merupakan transformator dengan tujuan khusus. Salah satu aplikasinya adalah menyediakan titik netral untuk sistem listrik yang tidak memiliki titik netral. Pada transformator zig–zag masing–masing lilitan tiga fasa dibagi menjadi dua bagian dan masing–masing dihubungkan pada kaki yang berlainan.

Gambar 2.18 Transformator tiga phasa hubungan zig-zag.

Perbandingan Rugi-rugi untuk tiap kumparan yang terhubung Y, Δ, Zig-zag adalah : [2]

[2]

[2]

Dimana :

iY = arus pada kumparan yang terhubung Y ρ = hambatan jenis tembaga

LY = panjang kumparan yang terhubung Y

AY = Luas penampang kumparan yang terhubung Y

AΔ = Luas penampang kumparan yang terhubung Δ

AZZ = Luas penampang kumparan yang terhubung Zig-zag

II.7.4 Jenis-Jenis Hubungan Transformator Tiga Phasa

Dalam pelaksanaanya, tiga buah lilitan phasa pada sisi primer dan sisi sekunder dapat dihubungkan dalam bermacam-macam hubungan, seperti bintang dan segitiga, dengan kombinasi Y-Y, Y-Δ, Δ-Y, Δ-Δ, bahkan untuk kasus tertentu liltan sekunder dapat dihubungakan secara berliku-liku (zig-zag), sehingga diperoleh kombinasi Δ-Z, dan Y-Z. Hubungan zig-zag merupakan sambungan bintang istimewa, hubungan ini digunakan untuk mengantisipasi kejadian yang mungkin terjadi apabila dihubungkan secara bintang dengan beban phasanya tidak seimbang. Di bawah ini pembahasan hubungan transformator tiga phasa secara umum :

1. Hubungan Wye-wye (Y-Y)

Pada hubungan bintang-bintang, rasio tegangan fasa-fasa (L-L) pada primer dan sekunder adalah sama dengan rasio setiap trafo. Sehingga, tejadi pergeseran fasa sebesar 30° antara tegangan fasa-netral (L-N) dan tegangan fasa-fasa (L-L) pada sisi primer dan sekundernya.

Hubungan bintang-bintang ini akan sangat baik hanya jika pada kondisi beban seimbang. Karena, pada kondisi beban seimbang menyebabkan arus netral (IN) akan sama dengan nol. Dan apabila terjadi kondisi tidak seimbang maka akan ada arus netral yang kemudian dapat menyebabkan timbulnya rugi-rugi.

Hubungan Y-Y pada transformator tiga phasa dapat dilihat pada Gambar 2.20. Pada hubungan Y-Y, tegangan masing-masing primer phasa adalah :

[6]

Tegangan phasa primer sebanding dengan tegangan phasa sekunder dan perbandingan belitan transformator maka, perbandingan antara tegangan primer dengan tegangan sekunder pada transformator hubungan Y-Y adalah :

N1R N1S N1T N2r N2s N2t R S T r s t

V1L V1ph V2ph

V2L R S T r s t N1R N1S N1T N2r N2s N2t V1L V 1ph V2ph V2L

Gambar 2.19 Transformator 3 phasa hubungan Y-Y.

2. Hubungan Wye-delta (Y-Δ)

Transformator hubungan Y-Δ, digunakan pada saluran transmisi sebagai penaik tegangan. Rasio antara sekunder dan primer tegangan fasa-fasa adalah 1/√3 kali rasio setiap trafo. Terjadi sudut 30° antara tegangan fasa-fasa antara primer dan sekunder yang berarti bahwa trafo Y-Δ tidak bisa diparalelkan dengan trafo Y-Y atau trafo Δ-Δ. Hubungan transformator Y-Δ dapat dilihat pada Gambar 2.21. Pada hubungan ini tegangan kawat ke kawat primer sebanding dengan tegangan phasa primer ( ), dan tegangan kawat ke kawat sekunder sama dengan tegangan phasa ( ), sehingga diperoleh perbandingan tegangan pada hubungan Y-Δ adalah :

N1R N1S N1T N2r N2s N2t R S T r s t V1L V

1ph V2ph V2L

R S T r s t N1R N1S N1T N2r N2s N2t V1L V1ph

V2ph V2L

Gambar 2.20 Transformator 3 phasa hubungan Y-Δ.

3. Hubungan Delta-wye (Δ-Y)

Transformator hubungan Δ-Y, digunakan untuk menurunkan tegangan dari tegangan

transmisi ke tegangan rendah. Transformator hubungan Δ-Y dapat dilihat pada Gambar 2.22.

Pada hubungan Δ-Y, tegangan kawat ke kawat primer sama dengan tegangan phasa primer

( ), dan tegangan sisi sekundernya ( ), maka perbandingan tegangan pada hubungan Δ-Y adalah :

N1R N1S N1T N2r N2s N2t R S T r s t V1L V1ph

V2ph V2L

R S T r s t N1R N1S N1T N2r N2s N2t V1L V1ph V2ph V2L

Gambar 2.21 Transformator 3 phasa hubungan Δ-Y.

4. Hubungan Delta - delta (Δ-Δ)

Pada transformator hubungan Δ-Δ, tegangan kawat ke kawat dan tegangan phasa sama untuk sisi primer dan sekunder transformator (VRS = VST = VTR = VLN), maka perbandingan tegangannya adalah :

[6]

Sedangkan arus pada transformator hubungan Δ-Δ adalah :

[6]

Dimana :

IP = arus phasa N1R N1S N1T N2r N2s N2t R S T r s t V1L V

1ph _{V2ph V}

2L R S T N1R N1S N1T V1L V1ph r s t N2r N2s N2t V2ph V2L

Gambar 2.22 Transformator 3 phasa hubungan Δ-Δ.

II.8 Kerja Pararel

Dua buah transformator dikatakan bekerja secara pararel apabila kedua sisinya (primer dan sekunder) dihubungkan untuk melayani beban.

Kebutuhan pararel disebabkan oleh :

a. Pertumbuhan beban.

b. Meningkatkan keandalan pelayanan. c. Batasan transportasi.

E2A

E1A

E2B

E1B

I2A

I1A

I1total I2total

V1 V₂

beban

I2B

I1B

Gambar 2.23 Kerja pararel transformator.

Adapun syarat untuk kerja pararel adalah :

1. Perbandingan tegangan yang dipararelkan harus sama.

Jika perbandingan tegangan tidak sama, maka tegangan induksi pada kumparan sekunder masing-masing transformator tidak sama, perbedaan tegangan ini akan menyebabkan terjadinya arus sirkulasi Is pada kumparan sekunder ketika transformator dibebani (Gambar 2.11). Dimana arus sirkulasi ini akan mengakibatkan panas pada kumparan sekunder tersebut, besarnya arus sirkulasi adalah :

[7]

XA

RA

XB

RB

IS

b

eban

V1 V2

IA

IB

Itotal

2. Polaritas tegangan harus sama.

Jika hal ini tidak dipenuhi, akan terjadi panas pada trafo yang mempunyai polaritas yang searah dengan arus beban.

3. Tegangan impedansi pada keadaan beban penuh harus sama. 4. Perbandingan reaktansi terhadap tahanan sebaiknya sama.

Apabila perbandingan tahanan dan reaktansi sama, maka kedua transformator tersebut bekerja pada factor daya yang sama.

5. Jumlah fasanya harus sama.

6. Khusus untuk transformator tiga fasa, maka kelompok vector group transformator harus sama.

Jika vektor groupnya tidak sama, maka selisih antara vektor group transformator pertama dengan vektor group transformator kedua sebesar 120°.

BAB III

PENGUJIAN VEKTOR TRANSFORMATOR

III.1 Polaritas Transformator

Polaritas transformator perlu diketahui, terutama untuk membuat sambungan-sambungan atau kerja pararel. Adapun macam polaritas transformator ada 2, yaitu :

1. Polaritas penjumlahan (additive polarity)

2. Polaritas pengurangan (substractrive polarity)

Menurut standar ASA (the American Standard Association), pada sisi tegangan tinggi transformator, terminalnya diberi tanda H1,H2,H3, sedangkan pada sisi tegangan sisi rendahnya diberi tanda X1,X2,X3. Jenis polaritas transformator dapat dilihat seperti Gambar 3.1.

H1

H2

X2

X1

Φ H1 H2

X2 X1

H1

H2

X1

X2

Φ H1 H2

X1 X2

Gambar 3.2 Polaritas Pengurangan (Subtractive polarity).

Dalam menentukan polaritas transformator dapat dilakukan uji polaritas, dimana pengujian daripada polaritas itu sendiri dapat dilihat pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3 Pengujian Polaritas Transformator.

Untuk menentukan polaritas transformator, dapat dilihat dari hasil pengujian dimana hasil yang diperoleh hanya ada kemungkinan, sesuai dengan jenis polaritas transformator. Dalam hal ini untuk menentukan polaritas transformator tersebut adalah :

V’ V

H1 H2

X1 X2

V

H1 H2

X2 X1

V’

1. Apabila Voltmeter V’ > V ( ggl induksi saling menjumlahkan ), maka disebut polaritas penjumlahan.

2. Apabila Voltmeter V’ < V ( ggl induksi saling mengurangi ), maka disebut polaritas pengurangan.

III.2 Vektor Group Transformator

Vektor tegangan primer dan sekunder suatu transformator dapat dibuat searah atau berlawanan dengan mengubah cara melilit kumparan. Untuk transformator tiga phasa, arah tegangan akan menimbulkan perbedaan phasa, arah dan besar perbedaan phasa tersebut akan mengakibatkan adanya berbagai macam kelompok hubungan pada transformator itu.

Dalam menentukan kelompok hubungan diambil beberapa patokan, yaitu :

1. Notasi untuk hubungan delta, bintang dan hubungan zigzag masing-masing adalah D, Y, Z untuk sisi tegangan tinggi dan d, y, z untuk sisi tegangan rendah.

2. Untuk urutan phasa U, V, W untuk tegangan tinggi dan u, v, w untuk tegangan rendah.

3. Tegangan sisi primer dianggap sebagai tegangan tinggi dan tegangan sisi sekunder tegangan rendah.

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

5. Jarum jam panjang dibuat selalu menunjuk angka 12 dan dibuat berimpit (dicocokkan) dengan vector phasa VL tegangan tinggi line to line.

6. Bergantung pada perbedaan phasanya, vector phasa tegangan rendah (u, v, w) dapat dilukiskan, letak vector phasa vl tegangan rendah line to line menunjukkan arah jarum pendek.

7. Sudut antara jarum jam panjang dan pendek adalah pergeseran vector phasa Vdan v.

Ketentuan - ketentuan dalam penentuan angka jam / vektor group transformator adalah :

1. Ketiga phasa tegangan dianggap berselisih 120°.

2. Setiap belitan pada kaki transformator yang sama dianggap mempunyai arah yang sama.

3. Tegangan pada kumparan tegangan tinggi , vektornya dianggap merupakan jarum jam panjang dan tegangan pada kumparan tegangan rendahnya merupakan jarum pendek dari sebuah jam.

4. Pembacaan angka jam harus dari penamaan yang serupa.

Untuk setiap transformator dikenal vektor dasar sebagai berikut : R1 R2 r1 r2 S1 S2 s1 s2 T1 T2 t1 t2 R S T r s t (a) (b)

Gambar 3.4 Vektor dasar Transformator. (a) vektor dasar transformator pada kumparan tegangan tinggi. (b) vektor dasar transformator pada kumparan tegangan rendah.

Untuk memudahkan penggambaran dibuat seperti Gambar 3.5

R1 R2 S1 S2 T1 T2 r1 r2 s1 s2 t1 t2

R1 R2 S1 S2 T1 T2 R S T R1 R2 S1 S2 T1 T2 R S T (a) (b) (C) (d)

Gambar 3.6 Vektor group Transformator. (a) dan (c) Transformator dihubungkan secara delta/ segitiga. (b) dan (d) vektor group transformator terhubung delta.

R1 R2 S1 S2 T1 T2 R S T (a) (b) R1 R2 S1 S2 T1 T2 R S T (c) (d)

Gambar 3.7 Vektor group Transformator. (a) dan (c) Transformator dihubungkan secara Y. (b) dan (d) vektor group transformator terhubung Y/ bintang.

R1

R2

S1

S2

T1

T2

R

S T

(a)

(b)

s1

s2

t1

t2

r

s

t

(c)

(d) r1

r2

Teg.Tinggi

Teg.Rendah

R

S r

s

(e)

Gambar 3.8 Vektor group Transformator 3 phasa Dy11. (a) Transformator pada sisi

tegangan tingggi dihubungkan secara delta, (c) Transformator pada sisi tegangan

R1

R2 S1

S2 T1

T2

R

S T

(a)

(b)

s1

s2 t1

t2

r

s _t

(c)

(d) r1

r2 Teg.Tinggi

Teg.Rendah

R

S r s (e) n

Gambar 3.9 Transformator hubungan Dyn5. (a) Transformator pada sisi

tegangan tingggi dihubungkan segitiga/delta, (c) Transformator pada sisi tegangan rendah dihubungkan secara Y/bintang, (e) vektor SR dan sr membentuk angka jam 5.

R1 R2 S1 S2 T1 T2 R S T (a) (b) s1 s2 t1 t2 r r (d) r1 r2 Teg.Tinggi Teg.Rendah R S r s (e) n s3 s4 t3 t4 (c) r3 r1 s1 t1 s t r4 r3 t t3 s3 s

Gambar 3.10 Transformator hubungan Yz5. (a) Transformator pada sisi

tegangan tingggi dihubungkan Y/bintang, (c) Transformator pada sisi tegangan rendah dihubungkan secara Zig-zag, (e) vektor SR dan sr membentuk angka jam 5.

Kelompok hubungan transformator yang umum digunakan sesuai dengan normalisasi pabrik (VDE 0532) adalah :

1. Angka jam 0 atau group A, hubungan Dd0, Yy0, Dz0.

2. Angka jam 6 atau group B, kelompok hubungan Dd6, Yy6, Dz6.

3. Angka jam 5 atau group C, kelompok hubungan Dy5, Yd5, Yz5.

4. Angka jam 11 atau group D, kelompok hubungan Dy11, Yd11, Yz11.

Menurut SPLN 50 tahun 1997, ada 4 macam transformator yang dibedakan berdasarkan kelompok vector dan titik netralnya, yaitu :

1. Kelompok vektor Yzn5

Transformator hubungan Yzn5, digunakan pada transformator yang berkapasitas sampai dengan 160 kVA.

2. Kelompok vektor Dyn5

Transformator hubungan Dyn5, digunakan pada transformator yang berkapasitas 200 kVA sampai dengan 250 kVA.

3. Kelompok vektor YNyn0

Transformator tipe hubungan ini, digunakan pada transformator yang dipasang pada system jaringa n distribusi tiga phasa 4 kawat.

4. Kelompok vektor Ynd5

Transformator hubungan Ynd5, digunakan pada transformator yang digunakan pada pembangkit listrik (misalnya : PLTD).

Tabel 3.1 Kelompok hubungan transformator berdasarkan lilitan primer lagging/leading terhadap lilitan sekunder.

Phase shift (deg) Hubungan

0 Yy0 Dd0 Dz0

30 lag Yd1 Dy1 Yz1

60 lag Dd2 Dz2

120 lag Dd4 Dz4

150 lag Yd5 Dy5 Yz5

180 lag Yy6 Dd6 Dz6

150 lead Yd7 Dy7 Yz7

120 lead Dd8 Dz8

60 lead Dd10 Dz10

III.3 Pengujian Transformator

Menurut ANSI dan standard IEEE, pengujian transformator terdiri atas tiga macam pengujian, yaitu : pengujian rutin, pengujian jenis, dan pengujian khusus serta ditambah pengujian commisioning (serah-terima).

III.3.1 Pengujian Rutin

Pengujian rutin adalah pengujian yang dilakukan terhadap setiap transformator, meliputi:

a. Pengujian tahanan isolasi.

b. Pengujian tahanan kumparan.

c. Pengujian perbandingan belitan Pengujian vector group.

d. Pengujian rugi besi dan arus beban kosong.

e. Pengujian rugi tembaga dan impedansi.

f. Pengujian tegangan terapan (Withstand Test).

g. Pengujian tegangan induksi (Induction Test).

III.3.2 Pengujian Jenis

Pengujian jenis adalah pengujian yang dilaksanakan terhadap sebuah trafo yang mewakili trafo-trafo lainnya yang sejenis, guna menunjukkan bahwa semua trafo jenis memenuhi persyaratan yang belum dilakukan dengan pengujian rutin. Pengujian jenis meliputi:

1. Pengujian Kenaikan Suhu.

2. Pengujian Tegangan Impuls Atau Impedansi.

3. Pengujian tegangan tembus oli.

III.3.3 Pengujian Khusus

Pengujian khusus adalah pengujian yang lain dari pengujian rutin dan pengujian jenis dilaksanakan atas persetujuan pabrik dengan pembeli dan hanya dilaksanakan terhadap satu atau lebih trafo dari sejumlah trafo yang dipesan dalam sebuah kontrak. Pengujian khusus meliputi :

1. Pengujian Dielektrik.

2. Pengujian Impedansi urutan nol pada trafo tiga phasa.

3. Pengujian Hubung Singkat.

4. Pengujian Harmonik pada arus beban kosong.

5. Pengujian tingkat bunyi akuistik.

III.3.4 Pengujian Commisioning (pengujian serah terima)

Pengujian commissioning merupakan pengujian pada transformator yang dilakukan antara pembeli dan penjual transformator sebelum transformator itu digunakan. Adapun tujuan pengujian ini dilakukan untuk memastikan bahwa keadaan transformator itu dalam kondisi prima dan siap pakai. Adapun pengujian serah terima meliputi :

1. Pengukuran rugi beban nol (kW).

2. Persentase arus beban nol.

3. Persentase tegangan impedansi untuk beberapa terminal hubung-sadap.

4. Rugi-rugi pembebanan (kW) untuk beberapa terminal hubung-sadap.

5. Persentase pengaturan tegangan pada factor daya tertentu untuk beberapa terminal hubung-sadap.

6. Kenaikan temperatur (°C) pada : minyak bagian atas, kumparan primer, dan kumparan sekunder, untuk beberapa waktu lamanya (beberapa jam atau sehari penuh).

7. Pengukuran tahanan pada kumparan primer dan kumparan sekunder per phasa, dan pengukuran tahanan isolasi (megger) antara kumparan primer dengan kumparan sekunder, antara kumparan primer dengan pentanahan, antara kumparan sekunder dengan pentanahan.

8. Pengukuran rasio/perbandingan tegangan untuk mengetahui persentase kesalahan (ratio error).

9. Pengukuran impedansi hubung singkat dan impedansi urutan nol.

10.Pemeriksaan polaritas dan vector group.

11.Pengukuran tingkat kebisingan (noise level), yang dilakukan dengan menempatkan mikrofon pengukur di dekat beberapa bagian transformator.

III.4 Pengujian Vektor Group Transformator

Angka jam suatu transformator memang dapat diukur, maka untuk mengukur bilangan jam suatu transformator dilakukan dengan cara menghubungkan dua terminal yang sama hurufnya antara sisi tegangan tinggi dengan sisi tegangan rendah ( misal: W - w ), kemudian pada sisi tegangan tinggi di supply tegangan rendah, kemudian diukur tegangan teminal yang lainnya seperti :

U-u

U-v

V-v

V-u

Bila tegangan antara dua terminal pada sisi tegangan tinggi adalah E, dan tegangan antara dua terminal pada sisi sekunder adalah e, maka dengan menggunakan hukum-hukum ilmu segitiga, dapat diperoleh bahwa tegangan yang diukur antara terminalnya adalah :

Terminal, U-u, Tegangan = [1]

V-v, = [1]

V-u, = [1]

Angka-angka atau rumus –rumus yang digunakan adalah pada umumnya pendekatan, biasanya perbandingan rasio besar, sehingga persamaan di atas hanya berlaku khusus untuk golongan hubungan dengan angka jam 0. Dengan menggunakan rumus pendekatan, maka untuk golongan hubungan jam 0, 5, 6, dan 11 berlaku :

1. Jam 0 :

[1]

[1]

[1]

[1]

2. Jam 5 :

[1]

[1]

[1]

3. Jam 6 :

[1]

[1]

[1]

[1]

4. Jam 11 :

[1]

[1]

[1]

[1]

Dimana : E = tegangan terminal sisi tegangan tinggi

e = tegangan terminal sisi tegangan rendah

Secara umum pengujian vektor group dilakukan untuk mengetahui kebenaran vektor group yang tercantum pada nameplate transformator. Pengujian dilakukan dengan cara menghubungkan salah satu terminal tegangan tinggi dengan terminal tegangan rendah. Misal vektor group transformator adalah Dy5.

R1 R2 S1 S2 T1 T2 R S T (a) (b) s1 s2 t1 t2 r s t (c) (d) r1 r2 Teg.Tinggi Teg.Rendah R S r s (e) R S T r s t (f)

Gambar 3.11 Pengujian vektor Transformator hubungan Dy5.

Dari gambar 3.11 (f) pengujian vektor group transformator hubungan Dy5, yang dilakukan dengan cara menghubungkan terminal R pada sisi tegangan tinggi dan terminal r pada sisi tegangan rendah, vektor group tersebut dinyatakan sesuai dengan name plate transformator jika hasi pengukuran :

R S T

R

S T

(a)

(b) Teg.Tinggi

r s t

t

Teg.Rendah

r s

(c)

(d)

T

S s t (e)

S T

t

s

(f)

R r

Gambar 3.12 Pengujian vektor Transformator hubungan Yd5.

Dari gambar 3.12 (f) pengujian vektor group transformator hubungan Yd5, yang dilakukan dengan cara menghubungkan terminal R pada sisi tegangan tinggi dan terminal r pada sisi tegangan rendah, vektor group tersebut dinyatakan sesuai dengan name plate transformator jika hasi pengukuran :

Penentuan angka jam dapat juga dilakukan sebagaimana dikemukakan oleh Ritchter yaitu dengan menggunakan sebuah transformator pembantu yang diketahui vektor groupnya. Sedapat mungkin rasio perbandingan transformator pembantu ini tidak terlampau jauh berbeda dengan transformator yang akan diperiksa.

Transformator yang akan diperiksa mempunyai terminal U, V, W utuk sisi tegangan tinggi, dan pada sisi tegangan rendah yaitu u,v,w. sedangkan transformator pembantu memiliki terminal-terminal pada sisi tegangan tinggi U’, V’, W’, dan pada 'sisi tegangan rendah u’, v’, w’.

Gambar 3.13 Pengujian vektor group dengan trafo bantu.

Dari Gambar 3.13, tiga tahanan dalam bentuk bintang dihubungkan pada tegangan rendah yang akan diperiksa, kemudian titik bintang tahanan tersebut dihubungkan dengan titik bintang transformator pembantu, Kemudian diukur :

u-u’ , u-v’, dan u-o

Harga-harga yang diperoleh digambarkan pada diagram bintang u’-v’-w’, dan diperoleh titik u dan dengan demikian diperoleh sudut α, sudut α ini menunjukkan angka jam relatif terhadap transformator pembantu

BAB IV

ANALISIS PENGUJIAN VEKTOR GROUP

TRANSFORMATOR DISTRIBUSI TIGA PHASA

IV.1 Umum

Vektor group suatu transformator merupakan hubungan phasa antara tegangan pada sisi tegangan tinggi dengan teagangan pada sisi tegangan rendah. Jam digunakan sebagai referensi, karena satu putaran terdiri atas 12 jam, dan 1 putaran 360°, maka tiap 1 jam menyatakan 30°. Berarti jam 1 = 30°, jam 2 = 60°, jam 3 = 90°, jam 6 = 180° serta jam 12 = 360° atau 0°.

Studi ini dilakukan untuk mengetahui bagaimana cara pengujian vector group suatu transformator distribusi, dan juga untuk mempermudah apabila suatu transformator mau dipararelkan.

Pengujian vector grop ini dilakukan dengan cara mengubungkan 2 terminal yang sama hurufnya, antara sisi tegangan tinggi dan sisi tegangan rendah, kemudian pada sisi tegangan tinggi disupply dengan tegangan rendah.

IV.2 Peralatan Pengujian

Pengujian ini menggunakan beberapa peralatan :

1. Transformator 3θ, 200 kVA, 20kV/400V, Dyn5

2. Transformator 3θ, 80 kVA, 800V/400V, Dyn5

3. Transformator 3θ, 100 kVA, 20kV/400V, Ynd5

4. Voltage Regulator

5. Voltmeter

IV.3 Rangkaian Pengujian

1. Percobaan pada transformator 3θ, 200 kVA, 20kV/400V, Dyn5

U

V

W

v u

w P

T A C

2. Percobaan pada transformator 3θ, 80 kVA, 800V/400V, Dyn5

U

V

W

v u

w P

T A C

Gambar 4.2 Percobaan pada transformator 3θ, 80 kVA, 800V/400V, Dyn5

3. Percobaan pada transformator 3θ, 100 kVA, 20kV/400V, Ynd5

U

V

W

v u

w P

T A C

IV.4 Prosedur Percobaan

1. Percobaan pada transformator 3θ, 200 kVA, 20kV/400V, Dyn5.

a. Letakkan transformator pada tempat yang cukup aman.

b. Peralatan dirangkai seperti Gambar 4.1, kemudian hubungkan terminal tegangan tinggi (U) dengan termninal tegangan rendah (u).

c. Hidupkan power supply PTAC.

d. Naikkan tegangan PTAC secara bertahap sampai 200 Volt.

e. Ukur tegangan pada terminal : V-v; V-w; W-w; W-v

f. Turunkan kembali tegangan PTAC dan matikan power supply.

g. Percobaan selesai.

2. Percobaan pada transformator 3θ, 80 kVA, 800V/400V, Dyn5.

h. Letakkan transformator pada tempat yang cukup aman.

i. Peralatan dirangkai seperti Gambar 4.2, kemudian hubungkan terminal tegangan tinggi (U) dengan termninal tegangan rendah (u).

j. Hidupkan power supply PTAC.

k. Naikkan tegangan PTAC secara bertahap sampai 200 Volt.

l. Ukur tegangan pada terminal : V-v; V-w; W-w; W-v

n. Percobaan selesai.

3. Percobaan pada Transformator 3θ, 100 KVA, 20 kV/400 V, Ynd5.

a. Letakkan transformator pada tempat yang cukup aman.

b. Peralatan dirangkai seperti Gambar 4.3, kemudian hubungkan terminal tegangan tinggi (U) dengan termninal tegangan rendah (u)

c. Hidupkan power supply PTAC.

d. Naikkan tegangan PTAC secara bertahap sampai 200 Volt.

e. Ukur tegangan pada terminal : V-v; V-w; W-w; W-v

f. Turunkan kembali tegangan PTAC dan matikan power supply.

IV.5 Data Percobaan

Pada percobaan ini, terminal U pada sisi tegangan tinggi dan u pada sisi tegangan rendah di jumper, dan di supply dengan tegangan 200 V.

Tabel 4.1 Percobaan pada Transformator 3θ, 200 KVA, 20 kV/400 V, Dyn5

Terminal T.Tinggi

Supply Tegangan

Hasil Pengukuran

Hasil Pengukuran

Hasil Pengukuran

U-V 200 V U-v = 0,4 V V-v = 204 V W-v = 201 V

V-W 200 V U-w = 0,4 V V-w = 204 V W-w = 204 V

W-U 200 V

Tabel 4.2 Percobaan pada transformator 3θ, 80 kVA, 800V/400V, Dyn5

Terminal T.Tinggi

Supply Tegangan

Hasil Pengukuran

Hasil Pengukuran

Hasil Pengukuran

U-V 200 V U-v = 106 V V-v = 298 V W-v = 200 V

V-W 200 V U-w= 106 V V-w= 298 V W-w= 298 V

Tabel 4.3 Percobaan pada Transformator 3θ, 100 KVA, 20 kV/400 V, Ynd5

Terminal T.Tinggi

Supply Tegangan

Hasil Pengukuran

Hasil Pengukuran

Hasil Pengukuran

U-V 200 V U-v = 0,4 V V-v = 204 V W-v = 200 V

V-W 200 V U-w = 0,4 V V-w = 204 V W-w = 204 V

W-U 200 V

IV.6 Analisis Percobaan

1. Transformator 200 KVA, 20 kV/400 V, Dyn5

Tegangan yang disupply 200 Volt, hasil pengukuran :

E = tegangan pengukuran pada sisi tegangan tinggi (E = 200 Volt)

e = tegangan pengukuran pada sisi tegangan rendah ( )

Tegangan Terminal :

V-v = 204 Volt; V-w = 204 Volt; W-v = 201 Volt; W-w = 204 Volt; U-v = U-w = 0,4 Volt.

Dengan menggunakan rumus pendekatan pada persamaan (3.9), (3.10), (3.11), (3.12) maka:

V-w = 204 Volt = 200 + 4 ≈ E + 0,87 e

W-v = 200 Volt ≈E

W-w = 204 Volt = 200 + 4 ≈ E + 0,87 e

U1 U2 V1 V2 W1 W2 U V W (a) (b) v1 v2 w1 w2 u v w (c) (d) u1 u2 Teg.Tinggi Teg.Rendah U V u v (e) U V W u v w (f) n

Dari hasil pengujian vektor group Dyn5, diperoleh :

Berdasarkan hasil analisis, vektor group transformator yang diuji sesuai dengan name platenya.

2. Transformator 80 KVA, 800 V/400 V, Dyn5

Tegangan yang disupply 200 Volt, hasil pengukuran :

E = tegangan pengukuran pada sisi tegangan tinggi (E = 200 Volt)

e = tegangan pengukuran pada sisi tegangan rendah ( )

Tegangan Terminal :

V-v = 298 Volt; V-w = 298 Volt; W-v = 200 Volt; W-w = 298 Volt; U-v = U-w = 106 Volt.

Dengan menggunakan rumus pendekatan pada persamaan (3.9), (3.10), (3.11), (3.12) , maka :

V-v = 298 volt = 200 + 98 ≈ E + 0,87 e

V-w = 298 Volt = 200 + 98 ≈ E + 0,87 e

W-v = 200 Volt = E

U1 U2 V1 V2 W1 W2 U V W (a) (b) v1 v2 w1 w2 u v w (c) (d) u1 u2 Teg.Tinggi Teg.Rendah U V u v (e) U V W u v w (f) n

Dari hasil pengujian vektor group Dyn5, diperoleh :

Berdasarkan hasil analisis, vektor group transformator yang diuji sesuai dengan name platenya.

3. Transformator 100 KVA, 20 kV/400 V, Ynd5

Tegangan yang disupply 200 Volt, hasil pengukuran :

E = tegangan pengukuran pada sisi tegangan tinggi (E = 200 Volt)

e = tegangan pengukuran pada sisi tegangan rendah ( )

Tegangan Terminal :

V-v = 204 Volt; V-w = 204 Volt; W-v = 200 Volt; W-w = 204 Volt; U-v = U-w = 0,4 Volt.

Dengan menggunakan rumus pendekatan pada persamaan (3.9), (3.10), (3.11), (3.12) maka:

V-v = 204 volt = 200 + 4 ≈ E + 0,87 e

V-w = 204 Volt = 200 + 4 ≈ E + 0,87 e

W-v = 200 Volt = E

U V W

U

V W

(a)

(b) Teg.Tinggi

u v w

w Teg.Rendah

u v

(c)

(d)

W

V v w (e)

V W

w v

(f) U u n

n

n

Dari hasil pengujian vektor group Ynd5, diperoleh :

Berdasarkan hasil analisis, vektor group transformator yang diuji sesuai dengan name platenya.

BAB V

PENUTUP

V. Kesimpulan

Kesimpulan yang diperoleh dari studi pengujian vekor group trafo distribusi tiga phasa adalah :

1. Dari hasil pengukuran yang diperoleh dengan cara menghubungkan terminal U pada sisi tegangan tinggi dan u pada sisi tegangan rendahnya, maka diperoleh perbandingan rasio tegangan. Untuk vektor group jam 5 diperoleh, tegangan antara U-v = U-w dan V-v =V-w = W-w > W-v.

2. Berdasarkan perbandingan rasio tegangan hasil pengukuran, maka vektor group transformator yang diuji sesuai dengan vektor group yang tercantum pada name plate transformator.

DAFTAR PUSTAKA

1. Kadir, Abdul “ Transformator ”, Jakarta: PT. Elex Media Komputindo, 2000.

2. Winders, Jr., John J., “ Power Transformer Principles and Aplications ”, New York: Marcell Dekker, Inc., 2002.

3. Lazar, Irwin, “ Electrical System Analysis and Design for Industrial Plant,s ”, McGraw- Hill Book Company, 1980.

4. The J & P, “ Tansformer Book”, London, Newnes Butter Worths 1961.

5. Kulkarni, S.V., Kaparde, S.A, “Transformer Enginering Design and Practice ”,

Indian Institute of Tecnology, Bombay Mumbai, India, 2004.

6. Chapman, Stephen J, “ Electric Machinery Fundamental ” McGraw-Hill Book Company, 1985.

7. Wijaya, Mochtar, S.T “ Dasar-Dasar Mesin Listrik ”, Jakarta, Djambatan, 2001.

8. Zuhal, “ Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya ”, Edisi Kelima , Penerbit Gramedia, Jakarta, 1995.

9. IEE Standard Test Code for Liquid-Imersed Distribution, Power, and Regulating Transformer.

10.Standar Perusahaan Listrik Negara ( SPLN ) 50 : 1987.

2. Transformator 80 KVA, 800 V/400 V, Dyn5

Tegangan yang disupply 200 Volt, hasil pengukuran :

E = tegangan pengukuran pada sisi tegangan tinggi (E = 200 Volt)

e = tegangan pengukuran pada sisi tegangan rendah ( )

Tegangan Terminal :

V-v = 298 Volt; V-w = 298 Volt; W-v = 200 Volt; W-w = 298 Volt; U-v = U-w = 106 Volt. Dengan menggunakan rumus pendekatan pada persamaan (3.9), (3.10), (3.11), (3.12) , maka :

V-v = 298 volt = 200 + 98 ≈ E + 0,87 e V-w = 298 Volt = 200 + 98 ≈ E + 0,87 e W-v = 200 Volt = E

U1 U2 V1 V2 W1 W2 U V W (a) (b) v1 v2 w1 w2 u v w (c) (d) u1 u2 Teg.Tinggi Teg.Rendah U V u v (e) U V W u v w (f) n

Dari hasil pengujian vektor group Dyn5, diperoleh :

Berdasarkan hasil analisis, vektor group transformator yang diuji sesuai dengan name platenya.

3. Transformator 100 KVA, 20 kV/400 V, Ynd5

Tegangan yang disupply 200 Volt, hasil pengukuran :

E = tegangan pengukuran pada sisi tegangan tinggi (E = 200 Volt)

e = tegangan pengukuran pada sisi tegangan rendah ( )

Tegangan Terminal :

V-v = 204 Volt; V-w = 204 Volt; W-v = 200 Volt; W-w = 204 Volt; U-v = U-w = 0,4 Volt. Dengan menggunakan rumus pendekatan pada persamaan (3.9), (3.10), (3.11), (3.12) maka:

V-v = 204 volt = 200 + 4 ≈ E + 0,87 e V-w = 204 Volt = 200 + 4 ≈ E + 0,87 e W-v = 200 Volt = E

U V W

U

V W

(a)

(b) Teg.Tinggi

u v w

w

Teg.Rendah

u v

(c)

(d)

W

V v w

(e)

V W

w

v

(f) U u n

n

n

Dari hasil pengujian vektor group Ynd5, diperoleh :

Berdasarkan hasil analisis, vektor group transformator yang diuji sesuai dengan name platenya.

BAB V

PENUTUP

V. Kesimpulan

Kesimpulan yang diperoleh dari studi pengujian vekor group trafo distribusi tiga phasa adalah :

1. Dari hasil pengukuran yang diperoleh dengan cara menghubungkan terminal U pada sisi tegangan tinggi dan u pada sisi tegangan rendahnya, maka diperoleh perbandingan rasio tegangan. Untuk vektor group jam 5 diperoleh, tegangan antara U-v = U-w dan V-v =V-w = W-w > W-v.

2. Berdasarkan perbandingan rasio tegangan hasil pengukuran, maka vektor group transformator yang diuji sesuai dengan vektor group yang tercantum pada name plate transformator.

DAFTAR PUSTAKA

1. Kadir, Abdul “ Transformator ”, Jakarta: PT. Elex Media Komputindo, 2000.

2. Winders, Jr., John J., “ Power Transformer Principles and Aplications ”, New York: Marcell Dekker, Inc., 2002.

3. Lazar, Irwin, “ Electrical System Analysis and Design for Industrial Plant,s ”, McGraw- Hill Book Company, 1980.

4. The J & P, “ Tansformer Book”, London, Newnes Butter Worths 1961.

5. Kulkarni, S.V., Kaparde, S.A, “Transformer Enginering Design and Practice ”, Indian Institute of Tecnology, Bombay Mumbai, India, 2004.

6. Chapman, Stephen J, “ Electric Machinery Fundamental ” McGraw-Hill Book Company, 1985.

7. Wijaya, Mochtar, S.T “ Dasar-Dasar Mesin Listrik ”, Jakarta, Djambatan, 2001. 8. Zuhal, “ Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya ”, Edisi Kelima , Penerbit

Gramedia, Jakarta, 1995.

9. IEE Standard Test Code for Liquid-Imersed Distribution, Power, and Regulating Transformer.

10.Standar Perusahaan Listrik Negara ( SPLN ) 50 : 1987. 11.Standar Nasional Indonesia ( SNI ) 60076-8 : 2009.