Download - PAPER TRAFO DISTRIBUSI
-
7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI
1/25
BAB 2
TEORI UMUM
2.1 Transformator Distribusi
Transformator merupakan suatu alat listrik statis yang mampu mengubah
maupun menyalurkan energi listrik arus bolak balik dari satu atau lebih rangkaian
listrik ke rangkaian listrik arus bolak balik yang lain, melalui suatu gandengan
magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Pada penyaluran tenaga
listrik arus bolak-balik, penggunaan transformator untuk menaikan tegangan sistem
dapat mengurangi rugi-rugi daya saluran [8] [9].
Dalam bidang tenaga listrik pada umumnya pemakaian transformator dapat
dibagi mejadi tiga bagian yaitu:
1. Transformator Distribusi;
2. Transformator Transmisi;
3. Transformator Instrument.
Pada penelitian ini penulis hanya memfokuskan materi transformator khususnya pada
transformator distribusi, dimana transformator distribusi umumnya digunakan sebagai
sub distribusi tenaga listrik yang mendistribusikan energi listrik ke transformator-
transformator distribusi tegangan rendah.
Pada umumnya pusat pembangkit tenaga listrik berada jauh dari pengguna
tenaga listrik, untuk mentransmisikan tenaga listrik dari pembangkit menuju beban
dibutuhkan tegangan yang tinggi seperti tegangan 150 kV atau tegangan ekstra tinggi
Universitas Sumatera Utara
-
7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI
2/25
500 kV. Selanjutnya setelah sampai di pusat pembebanan (pemakai) tegangan
diturunkan kembali menjadi tegangan menengah 20 kV.
Tegangan menengah dari gardu induk ini melalui saluran distribusi primer
untuk disalurkan ke gardu-gardu distribusi atau pemakai tegangan menengah. Dari
saluran distribusi primer, tegangan menengah diturunkan menjadi tegangan rendah
400/230 V melalui transformator distribusi. Tegangan rendah disalurkan melalui
saluran tegangan rendah ke konsumen. Bentuk sederhana dari sistem distribusi tenaga
listrik ditunjukan pada Gambar 2.1 berikut.
Pembangkit ListrikTransformator Penaik Transformator Penurun
Ke GD
Ke Pemakai TM
GD
TM TR
kWH meter
Instalasi
Pemakai TR
TM
GI GI
TT/ET
Pembangkit Saluran
Transmisi
Saluran Distribusi Primer Saluran
Distribusi
Skunder
Utilisasi
Gambar 2.1 Diagram satu garis Sistem Distribusi Tenaga Listrik
Transformator distribusi yang umum digunakan adalah transformator step-
down 20 kV/400V. Pada kumparan primer akan mengalir arus jika kumparan primer
dihubungkan ke sumber tegangan bolak-balik, sehingga pada inti transformator yang
terbuat dari bahan ferromagnet akan terbentuk sejumlah garis-garis gaya magnet
(fluks = )
Universitas Sumatera Utara
-
7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI
3/25
Karena arus yang mengalir merupakan arus bolak balik, maka fluks yang
terbentuk pada inti akan mempunyai arah dan jumlah yang berubah-ubah pula. Fluks
yang dibangkitkan mengalir melalui inti, dan pada inti tersebut terdapat belitan
primer dan sekunder, maka pada belitan primer dan sekunder tersebut akan timbul ggl
(gaya gerak listrik) induksi, tetapi arah ggl induksi primer berlawanan dengan arah
ggl induksi sekunder. Sedangkan frekuensi masing-masing tegangan primer sekunder
adalah sama. Hubungan transformasi tegangan adalah sebagai berikut:
aNN
EE ==
2
1
2
1 ........................................................ (2.1)
dimana:
E1
E
= ggl Induksi di sisi primer (volt)
2
N
= ggl Induksi di sisi sekunder (volt)
1
N
= jumlah belitan di sisi primer (lilit)
2
a = perbandingan transformasi
= jumlah belitan di sisi sekunder (lilit)
2.1.1 Tegangan Umum Primer Transformator Distribusi
Tegangan primer sesuai dengan tegangan nominal pada Jaringan Tegangan
Menengah (JTM) yang terdapat pada ketenaga listrikan di Indonesia 6 kV dan 20 kV.
Pada Jaringan Tegangan Menengah (JTM) maka tegangan fasa ke netral adalah:
20 kV/ 3 = 11,8 = 12 kV atau biasa disebut tegangan pengenal.
Universitas Sumatera Utara
-
7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI
4/25
2.1.2 Tingkatan Daya Transformator Distribusi
Tegangan Sekunder sesuai dengan tegangan nominal pada Jaringan Tegangan
Rendah (JTR) yang terdapat pada ketenaga listrikan di Indonesia 220V/380V pada
beban tiga fasa. Tingkatan daya transformator distribusi secara umum berdasarkan
SPLN (Standarisasi Perusahaan Listrik Negara tahun 1978) yang digunakan adalah
160 kVA
2.1.3 Hubungan Belitan Transformator Tiga Fasa
[10].
Pada transformator tiga fasa besar tegangan antar fasa (VL-L) dan daya
transformator (kVA) tidak tergantung dari hubungan belitannya. Akan tetapi
tergantung pada tegangan fasa netral (VL-N), dan arus dari masing-masing
transformator tergantung pada hubungan belitannya[8] [9].
Secara umum hubungan belitan transformator tiga fasa terbagi atas dua jenis,
yaitu hubungan wye (Y) dan hubungan delta (). Masing -masing hubungan belitan
ini memiliki karakteristik arus dan tegangan yang berbeda. Pada penelitian ini
transformator yang dijadikan objek penelitian adalah jenis Yzn5. Berikut ini disajikan
uraian singkat tentang jenis hubungan belitan Wye dan jenis hubungan Zig-Zag.
a. Hubungan Wye (Y)
Hubungan ini dapat dilakukan dengan menggabungkan ketiga belitan
transformator yang memiliki rating yang sama dengan mempertemukan ujung-
ujungnya pada satu titik seperti terlihat pada Gambar 2.2.
Universitas Sumatera Utara
-
7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI
5/25
Gambar 2. 2 Transformator Hubungan Y
Dalam hubungan Y dengan memakai kawat netral dalam keadaan seimbang
dapat kita ketahui sebagai berikut:
VR= Vs = VT= Vph
VRs = VsT= VTR= 3 V
(volt)
ph= VL
IR= Is = IT= IL= I
(volt)
ph
dimana :V
(amp)
L
V
= Tegangan line to line (volt)
ph
I
= Tegangan fasa (volt)
L
I
= Arus line to line (amp)
ph
= Arus fasa (amp)
b. Hubungan Bintang-Zigzag
Hubungan bintang-zigzag ini mempunyai tiga buah belitan di sisi primer
terhubung bintang dan enam buah belitan di sisi sekunder masing-masing
dihubungkan zigzag, untuk kelompok hubung transformator Yzn5 diperlihatkan
seperti pada Gambar 2.3.
VTR
VST
VRS
IR
IN
IS
IT
VR
VSVT
R
S
T
N
Universitas Sumatera Utara
-
7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI
6/25
Gambar 2. 3 Transformator Hubungan Bintang-Zigzag (Yzn5)
Besaran di sisi primer:
IR= IS= IT= Iph=IL
V
(amp); arus fasa sama dengan arus line
R= VS= VT= Vph
V
(volt); tegangan fasa
RS= VST= VTR 3= Vph= VL
Besaran di sisi sekunder:
(volt); tegangan line
ir= is= it= iph= iL
v
(amp); arus fasa sama dengan arus line
r= vs= vt= vph
v
(volt); tegangan fasa
rs= vst= vtr 3= vph= vL (volt); tegangan line
SR
T
s
r
t
N
S RT
b2 a2c2
b1 a1c1
b4 a4c4
b3 a3c3
s rt
N
Sisi Sekunder
Sisi Primer
Universitas Sumatera Utara
-
7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI
7/25
2.2 Rugi-rugi dan Pemanasan Pada Transformator Distribusi
Sebagai akibat dari beban non linier antara tiap fasa pada sisi sekunder
transformator (fasa R, fasa S, fasa T) mengalirlah arus di netral transformator [10]. Arus
yang mengalir pada penghantar netral transformator ini menyebabkan losses (rugi-rugi).
Rugi-rugi transformator distribusi antara lain:
2.2.1 Losses(rugi-rugi) pada Penghantar Netral
Lossespada penghantar netral transformator ini dapat dirumuskan sebagaiberikut:
NNN RIP =2 .................................................................. (2.2)
dimana:
PN
I
= lossespadapenghantarnetral transformator (watt)
N
R
= arus yang mengalir pada netral transformator (A)
N
Sedangkan losses yang diakibatkan karena arus netral yang mengalir ke tanah
(ground) dapat dihitung dengan perumusan sebagai berikut:
= tahanan penghantar netral transformator ()
GGG RIP =2 .................................................................... (2.3)
dimana:
PG
I
= losses akibat arus netral yang mengalir ke tanah (watt)
G
R
= arus netral yang mengalir ke tanah (A)
G
2.2.2 Rugi-rugi akibat Harmonisa pada Transformator
= tahanan pembumian netral transformator ()
Transformator dirancang untuk menyalurkan daya yang dibutuhkan ke beban
Universitas Sumatera Utara
-
7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI
8/25
dengan rugi-rugi minimum pada frekuensi fundamentalnya. Arus dan tegangan
harmonisa secara signifikan akan menyebabkan panas lebih. Ada dua pengaruh
yang ditimbulkan panas lebih pada transformator ketika arus beban mengandung
komponen harmonisa [11].
a. Harmonisa arus menyebabkan meningkatnya rugi-rugi tembaga yang
dinyatakan dengan:
=
=1
2
n
nnCU RIP ................................................................... (2.4)
dengan: PCU
I
= rugi-rugi tembaga (watt)
n
R
= arus pada belitan trafo (A)
n
b. Harmonisa tegangan menyebabkan meningkatnya rugi-rugi besi, seperti arus
pusar dan rugi-rugi hysteresis. Eddy current (arus pusar) terjadi bila inti dari
sebuah material jenis ferromagnetic (besi) secara elektrik bersifat konduktif.
Konsentrasi arus pusar lebih tinggi pada ujung-ujung belitan transformator karena
efek kerapatan medan magnet bocor pada kumparan yang menyebabkan
fenomena terjadinya arus pusar.
= resistansi belitan trafo ()
Bertambahnya rugi-rugi arus pusar karena harmonisa berpengaruh pada
temperatur kerja transformator yang terlihat pada besar rugi-rugi daya nyata (watt)
akibat arus pusarini.
Universitas Sumatera Utara
-
7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI
9/25
2
1
2 hIPPh
hRECEC =
= ....................................................... (2.5)
dimana:
h = bilangan bulat orde harmonisa
PEC
P
= rugi-rugi arus pusar
EC-R = faktor rugi-rugi arus pusar (ANSI/IEEE Standard C57; PEC-R
I
= 1%)
h
Menurut Standar PLN no 50 nilai rugi-rugi daya transformator distribusi dapat dilihat
pada Tabel 2.1 [10].
= arus rms harmonisa ke-h
Tabel 2.1 Nilai Rugi-rugi Transformator Distribusi
Menurut Standar IEC Publ 76, SPLN 50-1997
KVA (Rating) Rugi-rugi Besi (watt) Rugi-rugi Tembaga (watt)
25
50
100
160
200250
315
400
680
800
1000
1250
1600
115
190
320
400
550600
770
930
1300
1950
2300
2700
3300
700
1100
1750
2000
28503000
3900
4600
6500
10200
12100
15000
18100
Tabel 2.1 menunjukkan standar rugi-rugi yang dikeluarkan oleh IEC Publ. 76, SPLN
50-1997, dimana transformator yang menjadi objek penelitian memiliki kapasitas 160
kVA. Oleh karena itu dari tabel 2.1 diperoleh nilai rugi-rugi besi sebesar 400 watt dan
nilai rugi-rugi tembaga sebesar 2.000 watt.
Universitas Sumatera Utara
-
7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI
10/25
2.3 Beban Listrik Pada Transformator Distribusi
Didalam sistem tenaga listrik dikenal 2 (dua) jenis beban listrik yaitu: Beban
listrik linier dan Beban listrik non linier.
2.3.1 Beban Listrik Linier
Beban Listrik Linier adalah beban yang tidak mempengaruhi karakteristik dari
tegangan dan arus. Beban linier merupakan beban yang mengeluarkan bentuk
gelombang yang berbentuk linier, dimana arus yang mengalir sebanding dengan
tahanan dan perubahan tegangan.
Pada beban linier ini, bentuk gelombang arus akan mengikuti bentuk
gelombang tegangan yang ditimbulkannya. Bila gelombang tegangan berbentuk
sinusoidal, bentuk gelombang arus juga membentuk sinusoidal (Gambar 2.4).
Contoh-contoh beban listrik linier:
1) Pemanasan Resistif
2) Lampu-lampu Pijar
3) Motor-motor induksi dengan putaran konstan
4) Motor-motor sinkron
Gambar 2.4 Rangkaian Listrik Beban Linier
mechanic switch
Load
Source
Universitas Sumatera Utara
-
7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI
11/25
2.3.2 Beban Listrik Non-Linier
Beban non-linier adalah beban yang mempengaruhi karakteristik dari
tegangan dan arus, sehingga bentuk gelombangnya berubah atau cacat [1] [12]. Beban
non-linier inilah yang menimbulkan atau menghasilkan harmonisa (Gambar 2.5).
Gambar 2.5 Rangkaian Listrik Beban Non Linier
Contoh-contoh Beban Listrik Non Linier:
1) Static Power Converter
2) Electronic Ballast
3) Variabel Frekuensi
4) Arc Furnace
5) Komputer, printer, semikonduktor switching
Beban non linier terbagi atas 2 (dua) beban:
1) Beban non linier yang di industri
a. Tiga fasa power converter
b. DC-Drive
c. AC-Drive
static switch
Load
Source
Universitas Sumatera Utara
-
7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI
12/25
2) Beban non linier Umum/Komersil
a. Electronic ballast
b. Lampu hemat energi (LHE)
c. Komputer
d. Alat-alat elektronik
e. Alat-alat ukur
f. Air Condition (AC)
g. Penerangan gedung pada umumnya
Fasilitas industri modern ditandai oleh beban-beban non linier. Beban ini
dapat membuat distorsi yang signifikan dari total beban fasilitas yang dapat
menimbulkan arus harmonisa ke dalam sistem daya dan menyebabkan distorsi
harmonisa pada tegangan.
Masalah harmonisa ini dipengaruhi oleh kenyataan bahwa beban non linier ini
memiliki faktor daya relatif rendah.
2.4 Efek Harmonisa Pada Transformator Distribusi
Harmonisa adalah pembentukan gelombang-gelombang dengan frekuensi
berbeda yang merupakan perkalian bilangan bulat dengan frekuensi dasarnya. Hal ini
disebut frekuensi harmonisa yang timbul pada bentuk gelombang aslinya sedangkan
bilangan bulat pengali frekuensi dasar disebut angka urutan harmonisa. Misalnya,
frekuensi dasar suatu sistem tenaga listrik adalah 50 Hz, maka harmonisa keduanya
adalah gelombang dengan frekuensi sebesar 100 Hz, harmonisa ketiga adalah
Universitas Sumatera Utara
-
7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI
13/25
gelombang dengan frekuensi sebesar 150 Hz dan seterusnya.
Apabila sistem distribusi mensuplai beban non linier, dimana beban non linier
menghasilkan harmonisa. Tegangan harmonisa ini mengalir dalam sistem yang akan
menghasilkan susut tegangan pada inpedansi sistem. Harmonisa tegangan atau arus
ini akan berkombinasi dengan tegangan atau arus frekuensi fundamental dan
membentuk distorsi gelombang yang terdistorsi seperti dijelaskan pada Gambar 2.7.
Secara umum setiap fungsi periodikf(t) seperti ditunjukkan pada Gambar 2.7
dapat diuraikan menjadi deret trigonometri tak terhingga dan disebut deret Fourier [3]
[4] [13].
...)3sin()2sin()sin(
...)3cos()2cos()cos()(
030201
0302010
++++
++++=
tBtBtB
tAtAtAAtf
....... (2.6)
atau
)]sin()cos([)( 001
0 thBthAAtf hhh
++=
=
............................. (2.7)
dengan h= 1, 2, 3, ..............
Dimanahh BA dan adalah koefisien dari tiap harmonisa, ditentukan sebagai
berikut :
=T
h dthttfT
A0
cos)(2/
1 ......................................................... (2.8)
=T
h dthttfT
B0
sin)(2/
1 ......................................................... (2.9)
Universitas Sumatera Utara
-
7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI
14/25
Berdasarkan persamaan diatas gelombang tegangan atau arus yang
nonsinusoidal dapat diuraikan menjadi komponen fundamental dan komponen-
komponen harmonisa dan bila dinyatakan dalam deret Fourier adalah :
)sin(
....)sin(3t)2(sint)sin()( 03m02m01m0
thV
tVVVVtv
hm
+
++++= ........ (2.10)
dengan:
=o
V komponen DC dari gelombang tegangan (konstan)
hmmmm VVVV ,....,, 321 = nilai puncak gelombang tegangan
h=1, 2, 3 ..........., = orde harmonisa
Gelombang tegangan fundamental mempunyai frekuensi f0, harmonisa ke-dua
mempunyai frekuensi 2f0, harmonisa ke-tiga mempunyai frekuensi 3f0 dan
harmonisa ke-hmempunyai frekuensi hf0, seperti ditunjukkan Gambar 2.6 [9].
Gambar 2.6 Gelombang tegangan fundamental dan harmonisa ke-3
Universitas Sumatera Utara
-
7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI
15/25
Jika gelombang tegangan fundamental dijumlahkan dengan harmonisa ke-tiga
akan diperoleh bentuk gelombang tegangan yang nonsinusoidal seperti ditunjukkan
dalam Gambar 2.7 [9].
Gambar 2.7 Gelombang non linier dengan menjumlahkangelombang fundamental dan harmonisa ke-3.
2.4.1 Definisi dan Standar Harmonisa yang umum digunakan
a. Orde Harmonisa
Orde dari harmonisa merupakan perbandingan antara frekuensi harmonisa
dengan frekuensi fundamental [1] [2], dimana:
1f
fh h= ........................................................................... (2.11)
dengan:
h= orde harmonisa
fh
f
= frekuensi harmonisa ke-h
1= frekuensi fundamental
Universitas Sumatera Utara
-
7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI
16/25
Sesuai dengan definisi diatas, maka orde harmonisa frekuensi dasarfo adalah 1.
Artinya orde ke-1 bukan harmonisa melainkan frekuensi fundamental dan orde ke-2
sampai orde ke-hyang merupakan harmonisa.
b.Spektrum
Spektrum adalah distribusi dari semua amplitudo komponen harmonisa
sebagai fungsi dari orde harmonisa, dan diilustrasikan menggunakan histogram. Bisa
dikatakan spektrum adalah merupakan perbandingan arus atau tegangan pada
frekuensi harmonisa terhadap arus atau tegangan pada frekuensi fundamental.
Spektrum digunakan sebagai dasar perancangan filter untuk mengurangi harmonisa,
terutama bila yang digunakan adalah filter pasif. Gambar spektrum harmonisa
diperlihatkan pada Gambar 2.8 berikut.
31 50 7
Order harmonisa (h)
(%)I/I 1h
50
100
Gambar 2.8 Gambar spektrum arus harmonisa
c. Harga rms Tegangan dan Arus
Harga rms tegangan [1]:
2
1 2
1
=
=
h
hrms VV ....................................................... (2.12)
Universitas Sumatera Utara
-
7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI
17/25
Harga rms arus :
2
1 2
1
=
=
h
hrms II ................................................. (2.13)
dengan:
=hV Harga rms tegangan untuk harmonisa ke-h(volt)
=hI Harga rms Arus untuk harmonisa ke-h(ampere)
d.Total Harmonic Distortion(THD)
Distorsi harmonisa total disebut dengan Total Harmonic Distortion (THD)
adalah indeks yang menunjukkan total harmonisa dari gelombang tegangan atau arus
yang mengandung komponen individual harmonisa, yang dinyatakan dalam persen
terhadap komponen fundamentalnya [1] [14] [15].
THD untuk gelombang tegangan adalah:
%1001
2
2
=
=
V
V
THD h
h
V ................................................. (2.14)
dimana :
V1
V
= Tegangan fundamental
h
h = 2, 3, 4 , 5, ........
= Tegangan harmonisa ke-h
THD untuk gelombang arus adalah:
Universitas Sumatera Utara
-
7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI
18/25
%1001
2
2
=
=
I
I
THD h
h
i ................................................. (2.15)
dengan:
=1I Arus fundamental
=hI Arus harmonisa ke-h
=h 2, 3, 4 , 5, ........
e. Total Demand Distortion (TDD)
Distorsi harmonisa (harmonic distortion) paling berarti apabila dimonitor
pada Point of Common Coupling(PCC) dimana beban dihubungkan yang jauh dari
pembangkit. Distorsi harmonisa pada PCC ini cenderung menunjukkan distorsi yang
lebih besar jika arus beban (demand load current) besar dan sebaliknya [1]. Oleh
karena itu total kandungan harmonisa diukur berdasarkan arus beban LI yang
disebut dengan TDD ( Total Demand Distortion). Total Demand Distortion adalah :
%1002
2
=
=
L
h
h
I
I
TDD ...................................................... (2.16)
Hasil perhitungan sebaiknya tidak melebihi atau sama dengan nilai yang ditetapkan
oleh standar yang berlaku. Bila hasilnya lebih maka tingkat harmonisa sistem
membahayakan komponen-komponen sistem dan sebaiknya harus difikirkan cara
menguranginya. Ada dua kriteria yang digunakan dalam analisis distorsi harmonisa,
Universitas Sumatera Utara
-
7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI
19/25
limitasi untuk distorsi arus harmonisa dan distorsi tegangan harmonisa. Standar yang
dipakai untuk limitasi tegangan harmonisa yang terdapat pada PCC adalah IEEE-
519-1992.
f. Standar Batas Distorsi Tegangan dan Batas Distorsi Arus
Standar batas harmonisa tegangan ditentukan oleh tegangan sistem yang
dipakai seperti Tabel 2.2 [16].
Tabel 2.2Batas Harmonisa Tegangan Pada Frekuensi FundamentalMenurut Standar IEEE 519-1992
Tegangan Bus
Pada PCC
Distorsi Tegangan
Individu
(%)
Total Distorsi
Tegangan (THDV)
(%)
V 69 kV
69 kV < V 161 kV
V > 161 kV
3.0
1.5
1.0
5.0
2.5
1.5
Standar Batas Harmonisa Arus sesuai standard IEEE 519-1992 dapat dilihat pada
Tabel 2.3.
Tabel 2.3 Standard Distorsi Arus untuk Sistem Distribusi
Distorsi arus harmonisa maksimum dalam % dari IL
Orde harmonisa individual (ODD harmonics)
Isc / I < 11L 11 h < 17 17 h < 23 23 h < 35 H 35 THD
< 20
20 50
50 100100 1000
> 1000
4
7
1012
15
2
3.5
4.55.5
7
1.5
2.5
45
6
0.6
1
1.52
2.5
0.3
0.5
0.71
1.4
5
8
1215
20
Universitas Sumatera Utara
-
7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI
20/25
dengan:
ISC
I
: arus hubung singkat pada PCC
L
THD : Total Harmonic Distortion (%)
: arus beban fundamental nominal
ISC adalah arus hubung singkat yang ada pada PCC, IL
Pada keadaan normal, arus beban setiap fasa dari beban linier yang
seimbang pada frekuensi dasarnya akan saling menghapuskan sehingga arus
netralnya menjadi nol. Sebaliknya beban non linier satu fasa akan menimbulkan
harmonisa kelipatan tiga ganjil yang disebut triplen harmonisa (harmonisa ke-3,
ke-9, ke-15 dan seterusnya) yang sering disebutzero sequence harmonisa (Tabel 2.4)
[10].
adalah arus nominal
fundamental pada beban.
Tabel 2.4Polaritas dari komponen harmonisa
Harmonisa 1 2 3 4 5 6 7 8
Frekuensi 50 100 150 200 250 300 350 400
Urutan + - 0 + - 0 + -
Harmonisa ini dapat menghasilkan arus netral yang lebih tinggi dari arus fasa
karena saling menjumlah di tiap fasanya. Harmonisa pertama urutan polaritasnya
adalah positif, harmonisa kedua urutan polaritasnya adalah negatif dan harmonisa
ketiga urutan polaritasnya adalah nol, harmonisa keempat adalah positif (berulang
berurutan dan demikian seterusnya).
Universitas Sumatera Utara
-
7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI
21/25
Akibat yang ditimbulkan oleh arus urutan nol dari komponen harmonisa (Tabel
2.5) antara lain tingginya arus netral pada sistem tiga fasa empat kawat (sisi
sekunder transformator) karena arus urutan nol (zero sequence) kawat netral 3 kali
arus urutan nol masing-masing fasa.
Tabel 2.5 Akibat dari polaritas komponen harmonisa
Polaritas
Urutan
Dampak dari harmonisa
Pengaruh Pada Sistem Distribusi
Positif - Panas
Negatif - Panas
- Menghambat atau memperlambat putaran motor
Nol - Panas
- Menimbulkan atau menambah arus pada kawat netral
Pengaruh harmonisa pada transformator sering tanpa disadari keberadaannya sampai
terjadi gangguan yang penyebabnya tidak jelas. Hal ini dapat juga terjadi bila
perubahan konfigurasi atau jenis beban yang dicatu. Transformator dan peralatan
induksi lainnya, selalu terpengaruh oleh harmonisa karena transformator itu sendiri
dirancang sesuai dengan frekuensi kerjanya, selain itu transformator juga merupakan
media utama antara pembangkit dengan beban. Frekuensi harmonisa yang lebih
tinggi dari frekuensi kerjanya akan mengakibatkan penurunan efisiensi atau
terjadi kerugian daya tambahan pada transformator.
g. Pengaruh Harmonisa terhadap rugi-rugi Daya Beban
Rugi daya beban penuh PLLdiperoleh dari dua komponen, yaitu rugi-rugiI2R
dan rugi-rugi arus pusar PE.[1] [11].
Universitas Sumatera Utara
-
7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI
22/25
ECLL PRIP +=2 (watt) ................................. (2.17)
Rugi-rugi I2
22hIKP ECEC =
R berbanding lurus terhadap nilai rms arus. Sedangkan rugi-rugi arus
pusar sebanding dengan kwadrat arus dan frekuensi, dan dapat dihitung melalui
persamaan:
..................................... (2.18)
dengan KEC
( )
=2
22
h
h
I
hIK
adalah konstanta sebanding. Faktor K biasanya diperoleh dari literatur
power quality mengenai transformer derating dapat dicari melalui arus harmonisa
seperti persamaan berikut,
.......................................... (2.19)
Hubungan antara faktor K dengan nilai rms total arus harmonisa dalam per unit
ditunjukkan oleh persamaan,
REC
RECh
PKPI
+ += 1 12 (pu) ......................... (2.20)
dengan: PEC-R
h= harmonisa ke h
= faktor rugi-rugi arus pusar
Ih
Untuk menghitung pengaruh harmonisa terhadap rugi-rugi daya transformator
per unit dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut,
= arus harmonisa ke h
( ) += REChhLL PhIIP 222 (p.u) ........................ (2.21)
Universitas Sumatera Utara
-
7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI
23/25
dengan:
PEC-R
hadalah harmonisa ke-h
adalah faktor rugi-rugi arus pusar
Ih
I
adalah arus harmonisa ke-h
h2adalah merupakan komponen rugi-rugiI
2
( ) RECh PhI 22
Rdalam p.u, sedangkan
adalah merupakan komponen rugi-rugi arus pusar dalam p.u
Untuk mencari faktor eddy current lossesdapat dilihat pada nilai PEC-R
Tabel 2.6 Nilai khusus P
Tabel 2.6.
EC-R
Transformer test data and the procedure in ANSI/IEEE Standard C57.110 [1]
Type MVA Voltage %PEC-R
Dry 1
1.5 1.5
5 kV HV15 kV HV
3 8
12 209 - 15
Oil-Filled 2.52.5 to 5
> 5
480 V LV480 V LV
480 V LV
11 5
9 - 15
2.5 Sistem Distribusi dan Transformator Distribusi di Kompleks BMM
Dalam sub bab ini akan dijelaskan diagram satu garis sistem distribusi,
spesifikasi transformator, jenis komposisi beban dan data gangguan serta perawatan
transformator di kompleks BMM.
Gambar 2.9 Diagram satu garis sistem distribusi di Kompleks BMM
3 Restoran besar 23.100 VA
2 Restoran biasa 13.200 VA
10 Ruko dan Perkantoran 22.000 VA
4 Usaha Internet 17.600 VA
1 Usaha Cucian (Laundry)10.600 VA
TM GD
TR
Universitas Sumatera Utara
-
7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI
24/25
Diagram satu garis ditunjukkan pada Gambar 2.9. Sedangkan jenis dan jumlah beban
terpasang seperti ditunjukkan oleh Tabel 2.7 dengan total beban sebesar 86.500 VA.
2.5.1 Spesifikasi Transformator Distribusi di Kompleks BMM
Spesifikasi Transformator Distribusi yang terdapat di Kompleks BMM
Medan adalah seperti di bawah ini,
Pabrik Pembuat : MORAWA
Type : Outdoor
Daya : 160 KVATegangan : 20 KV/400 volt
Hubungan : Yzn5
Impedansi : 4%
Transformator : 3 fasa
Pendingin : Onan
2.5.2 Komposisi Beban Terpasang di Kompleks BMM
Komposisi beban terpasang di kompleks BMM dapat dilihat pada Tabel 2.7
dibawah ini. Beban tersebut yang dianggap signifikan dan mempunyai andil dalam
menimbulkan distorsi harmonisa.
Tabel 2.7 Data beban pelanggan komplek BMM
Universitas Sumatera Utara
-
7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI
25/25
No Data beban Daya Jenis beban
1 3 restoran besar
VA23100
VA7700 Air Conditiion, lampu hemat energi,komputer, dll
2 2 restoran biasa
VA13200
VA6600
Air Conditiion, lampu hemat energi,
komputer, dll
3 Ruko dan perkantoran
berjumlah 10 bangunan VA22000
VA2200 Air Conditiion, lampu hemat energi,
komputer, dll
4 4 usaha warung internet
VA17600
VA4400
Komputer, lampu hemat energi,komputer, dll
5 1 usaha cucian 10600 VA Mesin cuci, pengering, lampu hemat
energi, komputer, dll
Total Beban tersambung 86.500 VA
2.5.3 Sejarah Perkembangan Transformator Distribusi di Kompleks BMM
Sejak dibangun pada tahun 2000, Kompleks BMM menggunakan kapasitas
transformator sebesar 100 kVA. Lalu dengan pesatnya pembangunan dan
meningkatnya jumlah penghuni kompleks, maka kapasitas transformator perlu
ditingkatkan. Adapun data gangguan dan penggantian transformator distribusi di
Kompleks BMM dapat dilihat pada Tabel 2.8.
Tabel 2.8 Data penggantian transformator distribusi di Kompleks BMMTahun Transformator Kapasitas transformator Pergantian
Transformator
lama
Transformator
pengganti
2006 1 kali pergantian Dari 100 kVA
menjadi 100 kVA
Unindo Jakarta Sintra Jakarta
2006 1 kali pergantian Dari 100 kVA menjadi 160kVA
Sintra Jakarta Unindo Jakarta
2007 1 kali pergantian Dari 160 kVA menjadi 100
kVA
Unindo Jakarta Unindo Jakarta
2007 1 kali pergantian Dari 100 kVA menjadi 125kVA
Unindo Jakarta Bambang Jaya
2007 1 kali pergantian Dari 125 kVA menjadi 100
kVA
Bambang Jaya Sintra Jakarta
2008 2 kali pergantian Dari 100 kVAmenjadi 100 kVA
Sintra JakartaMorawa Medan
Morawa MedanBambang Jaya
2009 1 kali pergantian Dari 100 kVAmenjadi 160 kVA
Bambang Jaya Morawa Medan