DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2009

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR PENGARUH HARMONISA TERHADAP RUGI-RUGI PADA TRAFO TIANG DAYA 160 KVA (Aplikasi Pada PT.PLN (Persero) Cabang Medan) Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Oleh ADE DODIPUTERA POERBA NIM : DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2009

2 PENGARUH HARMONISA TERHADAP RUGI-RUGI PADA TRAFO TIANG DAYA 160 KVA (Aplikasi Pada PT.PLN (Persero) Cabang Medan) Oleh: ADE DODIPUTERA POERBA NIM : Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana Teknik Elektro Disetujui oleh : Dosen Pembimbing, Ir. SATRIA GINTING NIP : Diketahui oleh : Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU, Ir. NASRUL ABDI, MT NIP : DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2009

3 KATA PENGANTAR Puji dan syukur Penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala kasih karunia, pengetahuan, dan tuntunannya selama Penulis melaksanakan studi hingga terselesaikannya tugas akhir ini Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat bagi Penulis untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatra Utara. Adapun judul tugas akhir ini adalah : PENGARUH HARMONISA TERHADAP RUGI-RUGI PADA TRAFO TIANG DAYA 160 KVA (Aplikasi Pada PT. PLN (Persero) Cabang Medan) Selama masa kuliah sampai masa penyelesaian tugas akhir ini, Penulis banyak memperoleh bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dengan penuh ketulusan hati, Penulis mengucapkan banyak terimakasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Ir. Satria Ginting selaku Dosen Pembimbing Penulis yang telah meluangkan waktu dan tempat untuk membimbing dan membantu Penulis menyelesaikan Tugas akhir ini. 2. Bapak Ir. Nasrul Abdi, MT selaku Ketua Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,. 3. Bapak Rahmat Fauzi ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,. 4. Seluruh Staff Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Elektro FT-USU. 5. Bapak Kasman Goci, selaku Asisten Manajer Sumber Daya Manusia & Administrasi PT. PLN (Persero) Cabang Medan.

4 6. Bapak Suwito, selaku Supervisor Pemeliharaan Distribusi PT. PLN (Persero) Cabang Medan. 7. Seluruh Staff dan Karyawan PT. PLN (Persero) Wilayah Sumetera Utara dan PT. PLN (Persero) Cabang Medan yang telah membantu penulis selama penelitian. 8. Keluarga Tercinta yang mengasihi saya, Opung, Bapak, Ibu, Kakak, dan Adik yang telah memberikan semua kemampuan mereka dalam menyediakan segala kebutuhan saya selama perkuliahan. 9. Semua rekan rekan di Fakultas Teknik Elektro USU terutama angkatan 2004 yang telah banyak memberi warna dalam hidup Penulis. 10. Semua orang yang tidak dapat disebutkan satu persatu, Penulis mengucapkan banyak terima kasih. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi penyempurnaan isi dan analisa yang disajikan. Akhir kata, semoga tulisan ini bermamfaat bagi Pembaca. Medan, Juni 2009 Ade Dodiputera Poerba NIM

5 ABSTRAK Transformator merupakan suatu alat listrik yang bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Namun kecenderungan penggunaan beban-beban elektronik dalam jumlah besar akhir-akhir ini telah menimbulkan masalah yang tidak terkirakan sebelumnya. Berbeda dengan beban-beban listrik yang menarik arus sinusoidal (sebentuk dengan tegangan yang menyuplainya), beban-beban elektronik menarik arus dengan bentuk nonsinusoidal, walaupun disuplai dari sumber tegangan sinusoidal. Beban yang memiliki sifat ini disebut sebagai beban nonlinier, dan beban nonlinier ini merupakan penyebab munculnya harmonisa yang dapat mengganggu sistem distribusi listrik dimana salah satu komponennya adalah transformator. Dalam tugas akhir ini, akan dibahas mengenai bagaimana fenomena harmonisa dan pengaruh yang ditimbulkannya pada transformator sebagai komponen distribusi listrik, serta menganalisa besar rugi-rugi yang ditimbulkan akibat gangguan harmonisa.

6 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... ABSTRAK... DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL... i iii iv vii x BAB I : PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Tujuan Penulisan Manfaat Penulisan Batasan Masalah Metode Penulisan Sistematika Penulisan... 3 BAB II: TRANSFORMATOR 2.1 Umum Konstruksi Transformator Prinsip Kerja Transformator Keadaan Transformator Tanpa Beban Keadaan Transformator Berbeban Rangkaian Ekivalen Transformator Rugi-Rugi dan Efisiensi Transformator... 18

7 2.5.1 Rugi-Rugi Transformator Efisiensi Transformator Transformator Tiga Fasa Umum Konstruksi Transformator Tiga Fasa Hubungan Tiga Fasa Pada Transformator Macam Hubungan Belitan Transformator Tiga Fasa Isolasi Transformator Sistem Pendingin Transformator Pernafasan Transformator BAB III : HARMONISA 3.1 Umum Sumber Harmonisa Beban Linier Beban Non Linier Standarisasi Harmonisa Pengaruh Harmonisa pada Komponen Sistem Distribusi Metode Penghilangan Harmonisa Deret Fourier Simetri Genap Simetri Ganjil Simetri Setengah Gelombang... 54

8 BAB IV : PENGARUH HARMONISA TERHADAP RUGI-RUGI PADA TRAFO TIANG DAYA 160 KVA 4.1. Umum Persamaan Yang Digunakan Dalam Perhitungan Perhitungan Arus Beban Penuh dan Arus Hubung Singkat Transformator Analisa Pengaruh Harmonisa pada Transformator Peralatan Yang Digunakan Data Hasil Pengukuran Analisa Data Pengukuran BAB V : PENUTUP 5.1. Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

9 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Konstruksi transformator tipe inti (core form)... 7 Gambar 2.2 Konstruksi inti transformator tipe core form... 7 Gambar 2.3 Konstruksi transformator tipe cangkang (shell form)... 8 Gambar 2.4 Konstruksi inti transformator tipe shell form... 8 Gambar 2.5 Transformator dalam keadaan tanpa beban Gambar 2.6 Arus peneralan dalam rangkaian vektoris dan skematis Gambar 2.7 Transformator dalam keadaan berbeban Gambar 2.8 Rangkaian ekivalen transformator berbeban Gambar 2.9 Model rangkaian ekivalen transformator Gambar 2.10 Diagram vektor model rangkaian ekivalen transformator Gambar 2.11 Penyederhanaan rangkaian ekivalen transformator Gambar 2.12 Parameter sekunder pada rangkaian primer Gambar 2.13 Penyederhanaan akhir rangkaian ekivalen transformator Gambar 2.14 Blok diagram rugi-rugi pada transformator Gambar 2.15 Transformator tiga fasa tipe inti Gambar 2.16 Transformator tiga fasa tipe cangkang Gambar 2.17 Hubungan wye Gambar 2.18 Hubungan delta Gambar 2.19 Transformator hubungan Y-Y Gambar 2.20 Transformator hubungan Y Gambar 2.21 Transformator hubungan -Y Gambar 2.22 Transformator hubungan

10 Gambar 3.1 Gelombang sinus arus dan tegangan Gambar 3.2 Gelombang fundamental, harmonisa ketiga, dan hasil penjumlahannya Gambar 3.3(a) Hubungan antara tegangan, arus, dan daya pada rangkaian resistif murni Gambar 3.3(b) Tegangan mendahului arus (rangkaian induktif) Gambar 3.3(c) Arus mendahului tegangan (rangkaian kapasitif) Gambar 3.4(a) PCC pada primer transformator dimana berbagai pelanggan dilayani Gambar 3.4(b) PCC pada sekunder transformator dimana berbagai pelanggan dilayani Gambar 3.5 (a) Singel-tuned filter (b)first order high-pass filter (c)second order high-pass filter (d) Third order high-pass filter Gambar 3.6 Filter Pasif Seri Gambar 3.7 Low-pass broadband filter Gambar 3.8 C Filter Gambar 4.1 Alat ukur yang digunakan yaitu FLUKE 435 Power Quality Analyzer Gambar 4.2 Letak Pemasangan Kabel Masukan Tegangan dan Arus Gambar 4.3 Hubungan Alat ke Sistem Distribusi Tiga Fasa Gambar 4.4 Contoh Hasil Pengukuran Alat FLUKE 435 Power Quality Analyzer... 62

11 Gambar 4.5 Trafo Tiang Kode MK Gambar 4.6 Grafik Harmonisa Ganjil Terhadap IHD Gambar 4.7 Grafik Pertambahan Rugi-Rugi Tiap Fasa... 73

12 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Klasifikasi bahan isolasi menurut IEC Tabel 2.2 Macam sistem pendingin transformator menurut IEC Tabel 3.1 Batasan Distorsi Tegangan Tabel 3.2 Batasan Distorsi Arus Tabel 3.3 Urutan polaritas harmonisa pada sistem tiga fasa Tabel 3.4 Akibat dari polaritas komponen harmonisa Tabel 4.1 Nilai dari P EC-R Tabel 4.2 Data Hasil Pengukuran Trafo MK Tabel 4.3 Data Hasil Pengukuran Kandungan Harmonisa Arus Ganjil.. 60 Tabel 4.4 Analisa Pembebanan pada Trafo Tiang Tabel 4.5 Analisa THD Tegangan pada Trafo Tiang Tabel 4.6 Analisa THD Arus pada Trafo Tiang Tabel 4.7 Pengaruh Harmonisa Terhadap Netral Trafo Tiang Tabel 4.8 Perhitungan Komponen Rugi - Rugi pada Transformator Fasa R Tabel 4.9 Perhitungan Komponen Rugi - Rugi pada Transformator Fasa S Tabel 4.10 Perhitungan Komponen Rugi - Rugi pada Transformator Fasa T Tabel 4.11 Perhitungan Rugi-Rugi Beban (P LL ) pada Tiap Fasa Tabel 4.12 Rangkuman Analisa Pengaruh Harmonisa Terhadap Rugi-Rugi pada Trafo Tiang Daya 160 kva... 67