TUGAS AKHIR STUDI PENGARUH ARUS INRUSH DAN ARUS HUBUNG SINGKAT TERHADAP PENGAMAN TRANSFORMATOR. (Studi Kasus pada PT.PLN (Persero) Cabang Medan)

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR STUDI PENGARUH ARUS INRUSH DAN ARUS HUBUNG SINGKAT TERHADAP PENGAMAN TRANSFORMATOR (Studi Kasus pada PT.PLN (Persero) Cabang Medan) Tugas Akhir ini Diajukan Untuk Melengkapi Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Elektro OLEH : Edison Sitorus DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSTAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

2 STUDI PENGARUH ARUS INRUSH DAN ARUS HUBUNG SINGKAT TERHADAP PENGAMAN TRANSFORMATOR (Studi Kasus pada PT.PLN (Persero) Cabang Medan) Oleh : EDISON SITORUS Tugas Akhir ini Diajukan Untuk Melengkapi Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Elektro Disetujui oleh, Pembimbing IR.SUMANTRI ZULKARNAEN NIP : Diketahui oleh, Pelaksana Harian Ketua Departemen Teknik Elektro PROF.DR.IR. USMAN BAAFAI NIP DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSTAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

3 ABSTRAK Transformator sangat memegang peranan penting dalam penyaluran energi listrik mulai dari trafo daya pada pembangkit, gardu induk dan juga trafo distribusi yang biasanya adalah pasangan luar yang ada pada tiang. Pada saat energize pada transformator mengakibatkan perubahan fluks seketika pada inti transformator. Perubahan fluks seketika pada inti transformator akan mengakibatkan timbulnya arus magnetisasi yang dikenal dengan istilah arus inrush. Arus inrush ini tergantung pada besar kapasitas trafo. Pada prinsipnya arus inrush ini tidak membahayakan pada transformator karena waktunya sangat singkat. Untuk itu perlu dibuat suatu pengamanan dimana pengaman tersebut tidak bekerja pada saat adanya arus inrush. Akan tetapi pada saat gangguan hubung singkat pengaman harus bekerja, karena menghasilkan arus gangguan yang besar dan apabila tidak dihilangkan maka akan dapat merusak peralatan lain. Dengan pertimbangan ekonomis pengaman pada trafo distribusi yang digunakan PLN menggunakan fuse (pelebur). Pada prinsipnya adalah sama akan tetapi penggantian fuse dilakukan secara manual. Untuk itu penting ditinjau karakteristik fuse yang paling tepat yang dipasang dan pertimbangan pertimbangan pemilihan fuse.

4 KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur Penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan berkat dan rahmat-nya sehingga Tugas Akhir ini yang berjudul Studi Pengaruh Arus Inrush dan Arus Hubung Singkat terhadap Pengaman Transformator dapat diselesaikan dengan baik. Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat bagi penulis untuk memperoleh gelar Sarjana (Strata 1) di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Selama masa pendidikan di kampus sampai masa penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis banyak memperoleh bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu dengan penuh ketulusan hati, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar besarnya kepada : 1. Kedua Orang Tua penulis (H. Sitorus dan D. br. Tampubolon), abang saya (M.Sitorus), adek (Rosdiana, Jungjungan, Maju, Daniel) yang selalu mendukung dan memberikan kasih sayang yang tak ternilai harganya sehingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan hingga saat ini. 2. Hakenia Novita Lubis yang memberikan dukungan penuh kepada penulis. 3. Bapak Ir. Sumantri Zulkarnaen sebagai Dosen Pembimbing Tugas Akhir saya yang sangat besar bantuannya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 4. Bapak Ir. Masykur Sjani selaku Dosen Wali penulis selama menyelesaikan pendidikan di. 5. Bapak Ir.Eddy Warman sebagai Ketua Sidang Tugas akhir saya 6. Bapak Ir. Syamsul Amin sebagai Dosen Penguji Tugas Akhir saya. 7. Bapak Ir. Panusur S.M L.Tobing sebagai Dosen Penguji Tugas akhir saya.

5 8. Bapak Ir. Mustafrind Lubis Sebagai Dosen penguji Tugas akhir saya. 9. Bapak Prof. Dr. Ir.Usman Baafai, selaku Pelaksana Tugas Harian Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik. 10. Bapak Rahmad Fauzi ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik. 11. Seluruh Staf Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik. 12. Pak Swito, Pak Syamsul, Pak Yudi, Pak Heru, Pak Fery (Staf PLN Cabang Medan) dan Pak Franciskus dari PT. Morawa Electric Transbuana yang banyak membantu dalam penulisan Tugas Akhir ini. 13. Teman teman Elektro 2005 : Kristoper, Colin, Richard, Eko Rinal, Daniel, Elis, Rainhard, Fritz, Mangiring, Sadak, Windy, Marhon, Lamringan, Fery, Herman, Rony, Edward, Benni dan teman teman lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu. 14. Kepada semua pihak yang banyak memberi dukungan kepada penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu. Penulis sangat menyadari bahwa Tugas Akhir ini tidak luput dari kesalahan kesalahan baik dari segi tata bahasa, penulisan bahkan mungkin secara ilmiahnya. Untuk itu penulis dengan berbesar hati akan selau menerima dengan terbuka segala saran dan kritik yang nantinya dapat memperbaiki Tugas Akhir ini. Akhir kata, semoga Tugas Akhir ini akan bermanfaat untuk semua pihak Medan, Juni 2010 Penulis

6 DAFTAR ISI ABSTRAK i KATA PENGANTAR..ii DAFTAR ISI... iii DAFTAR GAMBAR.... viii DAFTAR TABEL...xi BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang I.2. Tujuan Penulisan I.3. Batasan Masalah I.4. Metodologi Penulisan. 3 I.5. Sistematika Penulisan. 4 BAB II TRANSFORMATOR II.1. Umum...6 II.2. Konstruksi Transformator II.2.1. Tipe inti ( Core form )... 7 II.2.2. Tipe cangkang ( Shell form )....8 II.3. Prinsip Kerja Transformator II.3.1. Keadaan Transformator Tanpa Beban II.3.2. Keadaan Berbeban..11 II.4. Rangkaian Ekivalen Transformator....12

7 II.4.1. Pengukuran Beban Nol II.4.2. Pengukuran Hubungan Singkat II.5. Operasi Kerja Pararel Transformator. 14 II.6. Rugi rugi dan Efisiensi I.6.1. Rugi tembaga ( Pcu ).16 II.6.2. Rugi besi ( Pi )...16 II.6.3. Efisiensi..17 II Perubahaan Efisiensi Terhadap Beban II Perubahan Efisiensi Terhadap Factor Kerja (Cos Ф) Beban II.7. Persamaan Operasional Transformator Ideal.19 II.7.1. Transformator Fasa Satu II.7.2. Transformator Tiga Fasa. 21 BAB III ARUS INRUSH, ARUS HUBUNG SINGKAT DAN PENGAMAN TRANSFORMATOR III.1. Umum III.2. Arus Inrush III.2.1. Arus Eksitasi III.2.2. Komponen Magnetisasi III.2.3. Fenomena Arus Inrush III.2.4. Perhitungan Arus Inrush...29 III.2.5. Komponen Harmonik Arus Inrush pada Transformator..32

8 III.2.6. Lama Terjadinya Arus Inrush...34 III.3. Arus Hubung Singkat III.3.1. Analisa Gangguan Tiga Fasa dengan Metode Thevenin...39 III.4. Pengaman Pada Transformator III.4.1. Pengaman Transformator Distribusi.42 III.4.2. Pemilihan dan Penggunaan pelebur (sekring) pada Transformator Distribusi..50 BAB IV PERHITUNGAN ARUS INRUSH DAN ARUS HUBUNG SINGKAT PADA SISI PRIMER DAN SEKUNDER TRANSFORMATOR IV.1. Umum IV.2. Perhitungan Arus Nominal dan Arus Maksimum Transformator IV.3. Perhitungan Besar Arus Inrush Maksimum.. 64 IV.4. Lama Terjadinya Arus Inrush dan Definite Time Kerja Fuse...68 IV.5. Perhitugan Nilai Besar Arus Hubung Singkat 3 fasa pada Kedua Sisi Trafo Distribusi..69 IV.5.1. Penyederhanaan Nilai Impedansi Jaringan Distribusi.. 69 IV.5.2. Perhitungan Arus Hubung Singkat pada Sisi Primer Trafo Distribusi F IV.5.3. Perhitugan Besar Arus Hubung Singkat di Sisi Sekunder Trafo Distribusi F IV.6. Analisa Arus Yang Menyebabkan Fuse Bekerja IV.6.1. Saat Terjadi Hubung Singkat di titik F1. 112

9 IV.6.2. Saat Terjadi Hubung Singkat di itik F IV.6.3. Saat terjadi Hubung Singkat di titik F IV.6.4. Saat terjadi hubung singkat di titik F IV.7. Pemilihan Rating Fuse yang digunakan pada Trafo Distribusi BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN V.1. Kesimpulan V.2. Saran DAFTAR PUSTAKA

10 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Konstruksi Transformator Tipe Inti ( core form )... 7 Gambar 2.2. Konstruksi Lempengan Logam Inti Transformator Bentul L dan U...8 Gambar 2.3. Transformator Tipe Cangkang ( shell form )... 8 Gambar 2.4. Konstruksi Lempengan Logam Inti Transformator Bentuk E, I dan F...8 Gambar 2.5. Transformator Tanpa Beban Gambar 2.6. Transformator dalam Keadaan Berbeban Gambar 2.7. Rangkaian Ekivalen Sebuah Transformator Gambar 2.8. Rangkaian Dua Transformator Paralel Gambar 2.9. Blok Diagram Rugi Rugi pada Transformator...15 Gambar Kurva Perubahan Efisiensi terhadap Faktor Kerja Gambar Model Transformator 1 Fasa Gambar Model Transformator 3 Fasa Terhubung Y dan Delta Gambar 3.1. Kurva B H Gambar 3.2. Fluks pada Transformator saat Kondisi Transient Gambar 3.3. Arus Inrush Maksimum Gambar 3.4. Arus Transient pada saat Transformator Energize Gambar 3.5. Tegangan dan Komponen Harmonik saat Transformator Energize...32 Gambar 3.6. Tegangan dan Komponen Harmonik saat Transformator Saturasi..33 Gambar 3.7. Grafik Perbandingan Ir' Ip( inrush) tr terhadap τ (inrush) Gambar 3.8. Vektor Diagram untuk Komponen Urutan...38

11 Gambar 3.9. Model Rangkaian Thevenin...40 Gambar Penempatan Fuse dan Lighthing Arester pada Trafo Tiang.. 43 Gambar Karakteristik Arus - Waktu antara Dua Sekring Gambar Single Line Pengaman Trafo Distribusi 200kVA.. 45 Gambar Tipe Fuse Link untuk Pemasangan Luar Gambar Pelebur Jenis Pembatasan Arus Gambar Pelebur Jenis Letupan Kelas 2 Tipe Jatuh Gambar Daerah Kerja Pelebur Primer untuk Mengamankan Trafo Distribusi.. 56 Gambar Contoh Koordinasi antar Pelebur Primer dan Sekunder Gambar 4.1. Diagram Impedansi Simpul Gambar 4.2. Diagram Impedansi Simpul Gambar 4.3. Diagram Impedansi Simpul 5.73 Gambar 4.4. Diagram Impedansi Simpul 6.78 Gambar 4.5. Diagram Impedansi Simpul Gambar 4.6. Diagram Impedansi Simpul Gambar 4.7. Diagram Impedansi Simpul Gambar 4.8. Diagram Impedansi Simpul Gambar 4.9. Diagram Impedansi Simpul Gambar Diagram Impedansi Simpul Gambar Diagram Impedansi Simpul Gambar Diagram Impedansi dari Simpul

12 Gambar Diagram Impedansi Simpul Gambar Diagram Impedansi Simpul Gambar Diagram Impedansi Simpul Gambar Diagram Impedansi Simpul Gambar Diagram Titik Gangguan F1 dan F2.108 Gambar Rangkaian Thevenin Gangguan F Gambar Rangkaian Thevenin Gangguan F Gambar Arah Arus Yang Melewati Fuse Saat Terjadi Gangguan F1.112 Gambar Arah Arus Yang Melewati Fuse Saat Terjadi Gangguan F Gambar Arah Arus Yang Melewati Fuse Saat Terjadi Gangguan F Gambar Arah Arus Yang Melewati Fuse Saat Terjadi Gangguan F4.115

13 DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Nilai Rugi Rugi Transformator Distribusi Tabel 3.1. Nilai τ Inrush ( s) untuk Transformator Distribusi Tabel 3.2. Speed Ratio Fuse Links Tabel 3.3. Daftar Batas Pengaman Trafo Distribusi...48 Tabel 3.4. Batas Awal Ketahanan Hubung Singkat Trafo Distribusi Tabel 3.5. Rekomendasi Arus Pengenal 24 kv Jenis Letupan Sebagai Pengaman Trafo Distribusi di Sisi Primer Tabel 3.6. Rekomendasi Pemilihan Arus Pengenal Pelebur 24 kv Jenis Letupan di Sisi primer dan Sekunder Tabel 3.7. Rekomendasi Pemilihan Arus Pengenal Anak Pelebur 24 kv Jenis Pembatas Arus

14 LAMPIRAN Lampiran 1. Lampiran 2. Gambar Satu Garis Penyulang 20 KV Penyulang TI.3 Senangin Letak Trafo pada Gambar Satu Garis Penyulang 20 KV Penyulang TI.3 Senangin Lampiran 3. Lampiran 4. Lampiran 5. Data Dimensi Jaringan Distribusi 20 KV Penyulang TI.3 Senangin Data Trafo Terpasang Penyulang TI.3 Senangin Rayon Medan Kota Typical Data Transformator Distribusi dan Trafo Tenaga