DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR STUDI TENTANG KUALITAS KINERJA TRANSFORMATOR DISTRIBUSI DALAM MELAYANI BEBAN DENGAN REGULASI TEGANGAN DAN EFISIENSI SEBAGAI PARAMETER (Aplikasi Pada PT. PLN (Persero) Rayon Medan Kota) Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro OLEH : SUTRISNO PURBA NIM : DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008

2 STUDI TENTANG KUALITAS KINERJA TRANSFORMATOR DISTRIBUSI DALAM MELAYANI BEBAN DENGAN REGULASI TEGANGAN DAN EFISIENSI SEBAGAI PARAMETER (Aplikasi Pada PT. PLN (Persero) Rayon Medan Kota) OLEH : SUTRISNO PURBA 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 2008

3 ABSTRAK Transformator merupakan suatu alat listrik statis yang mampu mengubah tenaga listrik arus bolak balik pada suatu tingkatan tegangan ke tingkat tegangan lain atau dari suatu tingkatan arus ke tingkatan arus lain dengan frekuensi yang sama melalui prinsip induksi elektromagnetis. Pada umumnya transformator terdiri atas sebuah inti, yang terbuat dari besi berlapis, dan dua buah kumparan, yaitu kumparan primer, dan kumparan sekunder. Rasio perubahan tegangan akan tergantung dari rasio jumlah lilitan pada kedua kumparan itu. Biasanya kumparan terbuat dari kawat tembaga yang dibelit seputar kaki inti transformator. Salah satu jenis transformator adalah transformator distribusi. Trafo distribusi adalah merupakan suatu komponen yang sangat penting dalam penyaluran tenaga listrik dari gardu distribusi ke konsumen. Rendahnya kualitas daya dan tegangan yang diterima oleh konsumen tidak terlepas dari kualitas kinerja transformator distribusi dalam melayani beban rendah pula. Suatu transformator distribusi yang mempunyai kualitas baik, jika transformator tersebut mempunyai nilai efisiensi yang tinggi dan mempunyai nilai rugi-rugi yang kecil pada saat melayani beban. Semakin besar efisiensi suatu transformator serta rugi-rugi yang ditimbulkannya semakin kecil pada saat melayani beban, maka kualitas transformator tersebut semakin baik dan begitu juga sebaliknya. Regulasi tegangan transformator adalah suatu bentuk kualitas tegangan dari suatu transformator distribusi pada sisi beban. Semakin besar regulasi tegangan dari suatu transformator maka semakin buruklah kualitas tegangan pada sisi beban transformator tersebut dan begitu juga sebaliknya. Sehingga perlu dilakukan perhitungan nilai efisiensi transformator serta regulasi tegangannya untuk mengetahui kulitas kinerja transformator tersebut dalam melanyani beban yang seimbang dan tak seimbang.

4 KATA PENGANTAR Puji dan syukur Penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus, Bapa yang ada di surga 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 : STUDI TENTANG KUALITAS KINERJA TRANSFORMATOR DISTRIBUSI DALAM MELAYANI BEBAN DENGAN REGULASI TEGANGAN DAN EFISIENSI SEBAGAI PARAMETER 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. Kedua Orangtua tercinta, G Purba dan E br.marbun yang selalu memberikan dukungan, perhatian, dan doa yang tak henti-hentinya selama hidup Penulis. 2. Abangku Robby Fadly Purba S.P dan Sudianto Purba, kakakku Sulastriani br.purba, Reni Elpanetti S.Si br.purba, adekku Sri Oktoria br.purba dan Renta br.purba, yang selalu memberikan dukungan dan cinta yang tulus selalu. 3. Bapak Ir. Nasrul Abdi, MT selaku Ketua Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,. 4. Bapak Rahmat Fauzi ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,.

5 5. Bapak Ir. Satria Ginting selaku Dosen Pembimbing Penulis yang telah meluangkan waktu dan tempat untuk membimbing dan membantu Penulis menyelesaikan Tugas akhir ini. 6. Bapak Ir. Syarifuddin Siregar selaku Dosen Wali Penulis selama menyelesaikan pendidikan di yang juga banyak memberi inspirasi,masukan dan dorongan spiritual kepada Penulis dalam menyelesaikan studi di Departemen Teknik Elektro FT-USU. 7. Bapak Prof.Dr.Ir. Usman Baafai selaku Kepala Laboratorium Elektronika Dasar Departemen Teknik Elektro FT. USU 8. Seluruh Staff Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Elektro FT-USU 9. Rekan-rekan asisten dan teman-teman di Laboratorium Elektronika Dasar Departemen Teknik Elektro FT. USU, Jeremia, Rozi, Lutfi, dan Yona, B Been, B Juanda, B Wiswa dan B Martin CS. 10. Semua rekan rekan di Fakultas Teknik Elektro USU terutama angkatan 2004 yang telah banyak memberi warna dalam hidup Penulis. 11. Teman terbaik yang selalu di hati, Itok Tity (Puyuk), Itok ance (si C ), B Budiman Saragih, Julika, Roy Alfred (si Coy ) dan Jeremia Purba (si Chev ), semoga Yesus selalu memberkati jalan kita. 12. Teman-teman di UKM KMK UP FT-USU, Jeko, Batara, Ady, Immanuel, Irwanto, Marojahan, Juan Rio dan teman-teman yang lainnya yang tidak dapat penulis sebut satu per satu, yang membantu penulis dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

6 13. Kepada adik kelompokku D Boul, Niko, Atfen dan Ramli yang banyak memberikan dukungan dalam doa. 14. 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, September 2008 Sutrisno Purba NIM

7 DAFTAR ISI Abstrak......i Kata Pengantar...ii Daftar Isi...v Daftar Gambar....viii Daftar Tabel...x BAB I PENDAHULUAN I. 1 Latar Belakang...1 I. 2 Tujuan Penulisan....2 I. 3 Batasan Masalah....2 I. 4 Metode Penulisan....3 I. 5 Sistematika Penulisan....4 BAB II II. 1 II. 2. II. 3 TRANSFORMATOR Umum...5 Konstruksi Transformator....6 Prinsip Kerja Transformator II.3.1 Keadaan Transformator Tanpa Beban...9 II.3.2 Keadaan Transformator Berbeban...13 II. 4 Rangkaian Ekivalen Transformator II.4.1 Pengukuran Beban Nol...19 II.4.2 Pengukuran Hubung Singkat...20 II. 5 Rugi-rugi Pada Transformator

8 II.5.1 Rugi Tembaga...22 II.5.2 Rugi Besi...22 II. 6 Transformator Tiga Phasa...23 II.6.1 Umum...23 II.6.2 Konstruksi Transformator Tiga Phasa...23 II.6.3 Hubungan Tiga Phasa Pada Transformator...25 II. 7 II. 8 Sistem Pendingin Transformator Kegunaan Transformator...33 BAB III TINJAUAN TENTANG TRANSFORMATOR DISTRIBUSI III. 1 Umum...34 III. 2 Sistem Tiga Phasa III. 2.1 Sistem Hubungan Wye ( Y ) Dan Delta ( ) III. 2.2 Sistem Hubungan Zig-Zag (Z) III. 2.3 Beban Seimbang Terhubung Wye ( Y ) III. 2.4 Beban Tidak Seimbang Terhubung Wye (Y ) III. 3 Daya Dalam Sistem Tiga Phasa III. 4 Transformator Distribusi III. 4.1 Spesifikasi Umum Tegangan Primer Trafo Distribusi III. 4.2 Spesifikasi Umum Tegangan Sekunder Trafo Distribusi.44 III. 4.3 Spesifikasi Umum Tegangan Penyadapan Trafo Distribusi...45 III. 4.4 Spesifikasi Umum Daya Pengenal Trafo Distribusi...45 III. 4.5 Spesifikasi Umum Rugi-rugi Trafo Distribusi...46

9 III. 5 Klasifikasi Beban Transformator Distribusi III. 6 Losses Pada Saluran Transformator Distribusi III.6.1 Losses Pada Penghantar Phasa...49 III.6.2 Losses Akibat Beban Tidak Seimbang...50 III.6.3 Losses Pada Sambungan Tidak Baik...50 III. 7 Regulasi Tegangan Transformator Distribusi III. 8 Efisiensi Transformator Distribusi BAB IV STUDI TENTANG KUALITAS KINERJA TRANSFORMATOR DISTRIBUSI DALAM MELAYANI BEBAN IV. 1 Umum IV.2 Persamaan Yang Digunakan Dalam Perhitungan IV.2.1 Perhitungan Persentase Beban Yang Dilayani...55 IV.2.2 Perhitungan Regulasi Tegangan Transformator...55 IV.2.3 Penyaluran Daya Pada Transformator...55 IV.2.4 Losses Yang Terjadi Pada Jaringan Distribusi...56 IV.2.5 Perhitungan Nilai Efisiensi Transformator...56 IV. 3 Metode Pengambilan Data Transformator Distribusi IV. 4 Data Hasil Ukur Beban Transformator Distribusi 160 KVA...57 IV. 5 Analisa Data BAB V PENUTUP Kesimpulan DAFTAR PUSTAKA...74 LAMPIRAN

10 DAFTAR GAMBAR Gambar Halaman Gambar 2.1 Konstruksi transformator tipe inti (core form) Gambar 2.2 Konstruksi lempengan logam inti trafo bentuk L dan U...7 Gambar 2.3 Transformator tipe cangkang (shell form)...8 Gambar 2.4 Konstruksi lempengan logam inti trafo bentuk E, I dan F Gambar 2.5 Transformator dalam keadaan tanpa beban...10 Gambar 2.6 Rangkaian ekivalen transformator dalam keadaan tanpa beban...10 Gambar 2.7 Gambar vektor transformator dalam keadaan tanpa beban...10 Gambar 2.8 Gambar gelombang Io tertinggal 90 o dari V Gambar 2.9 Gambar gelombang sin (ωt-90 o ) tertinggal 90 o dari Φ..12 Gambar 2.10 Transformator dalam keadaan berbeban Gambar 2.11 Rangkaian ekivalen transformator dalam keadaan berbeban..14 Gambar 2.12 Rangkaian transformator ideal...16 Gambar 2.13 Diagram vektor model rangkaian ekivalen transformator ideal...16 Gambar 2.14 Gambar rangkaian ekivalen transformator...17 Gambar 2.15 Penyedehanaan rangkaian ekivalen transformator...18 Gambar 2.16 Diagram vektor parameter sekunder pada rangkaian primer..18 Gambar 2.17 Hasil akhir penyederhanaan rangkaian ekivalen trafo...19 Gambar 2.18 Rangkaian pengukuran beban nol...19 Gambar 2.19 Rangkaian pengukuran hubung singkat Gambar 2.20 Rangkaian ekivalen pengukuran hubung singkat

11 Gambar 2.21 Blok diagram rugi-rugi pada transformator...22 Gambar 2.22 Konstruksi trafo tiga phasa tipe inti...24 Gambar 2.23 Transformator tiga phasa tipe cangkang...24 Gambar 2.24 Transformator hubungan - Y...26 Gambar 2.25 Transformator hubungan Gambar 2.26 Transformator hubungan YY...28 Gambar 2.27 Transformator hubungan Y...29 Gambar 2.28 Transformator hubungan Y...30 Gambar 2.29 Transformator hubungan...31 Gambar 3.1 Gambaran umum distribusi tenaga listrik Gambar 3.2 Sistem tiga phasa sebagai sistem tiga phasa tunggal Gambar 3.3 Bentuk gelombang dalam sistem tiga phasa...37 Gambar 3.4 Sistem Hubungan Y dan sistem...38 Gambar 3.5 Sistem Hubungan Zig-Zag (Z)...39 Gambar 3.6 Beban tidak seimbang terhubung bintang empat kawat...40 Gambar 3.7 Transformator Distribusi Tiga Phasa 160 KVA...43 Gambar 3.8 Sambungan Kabel...50 Gambar 4.1 Kurva Karakteristik Pembebanan Trafo Distribusi LWBP dan WBP...71 Gambar 4.2 Grafik Perbandingan P losses Trafo Distribusi pada WBP dan LWBP...71 Gambar 4.3 Grafik Perbandingan V R Trafo Distribusi pada WBP dan LWBP Gambar 4.4 Grafik Perbandingan Efisiensi Trafo Distribusi Pada WBP dan LWBP...72

12 DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Nilai Daya Pengenal Transformator Distribusi...46 Tabel 3.2 Nilai Rugi-rugi Transformator Distribusi...46 Tabel 3.3 Klasifikasi Beban Pelanggan Listrik PLN...47 Tabel 4.1 Spesifikasi Umum Transformator Distribusi 160 KVA Tabel 4.2 Data Hasil Ukur Beban Transformator Distribusi 160 KVA...59 Rayon Medan Kota Lewat Waktu Beban Puncak ( LWBP ) Tabel 4.3 Data Hasil Ukur Beban Transformator Distribusi 160 KVA...61 Rayon Medan Kota Waktu Beban Puncak ( WBP ) Tabel 4.4 Analisa Data Hasil Ukur Beban Transformator Distribusi 160 KVA Rayon Medan Kota Lewat Waktu Beban Puncak ( LWBP ) Tabel 4.5 Analisa Data Hasil Ukur Beban Transformator Distribusi 160 KVA Rayon Medan Kota Waktu Beban Puncak ( WBP )