PERANCANGAN PENGALIH OTOMATIS TRANSFORMATOR HUBUNGAN DELTA-DELTA MENGGUNAKAN SISTEM DIGITAL NAMA : RISA RIANI NIM :

Transkripsi

1 PERANCANGAN PENGALIH OTOMATIS TRANSFORMATOR HUBUNGAN DELTA-DELTA MENGGUNAKAN SISTEM DIGITAL OLEH : NAMA : RISA RIANI NIM : DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012

2 TUGAS AKHIR PERANCANGAN PENGALIH OTOMATIS TRANSFORMATOR HUBUNGAN DELTA-DELTA MENGGUNAKAN SISTEM DIGITAL Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Konsentrasi Energi Listrik OLEH : NAMA : RISA RIANI NIM : DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012

3 PERANCANGAN PENGALIH OTOMATIS TRANSFORMATOR HUBUNGAN DELTA-DELTA MENGGUNAKAN SISTEM DIGITAL OLEH : NAMA : RISA RIANI NIM : 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 28 bulan Mei tahun 2012 di depan penguji : 1. Ir. Sumantri Zulkarnaen : Ketua Penguji 2. Ir. Zulkarnaen Pane : Anggota Penguji 3. Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si : Anggota Penguji Diketahui Oleh : Disetujui Oleh : Ketua Departemen Teknik Elektro Pembimbing Tugas Akhir (Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si) ( Ir. Satria Ginting, MT) NIP : NIP :

4 ABSTRAK Penggunaan hubungan delta-delta pada transformator memiliki kelebihan yaitu masih mampu menyalurkan daya hingga 57,7% dari kapasitas total meskipun salah satu transformatornya terbuka (open) dari sistem. Pada tugas akhir ini, kelebihan delta-delta dikembangkan dengan merancang sebuah simulasi sistem back up menggunakan transformator cadangan yang akan menggantikan transformator yang terlepas secara otomatis saat penggunaan daya oleh beban telah mendekati batas kemampuan transformator hubungan open-delta (kondisi fault). Fungsi pendeteksi fault dan pengontrolan dalam sistem simulasi dirancang menggunakan rangkaian logika. Penanganan fault kemudian dilakukan setelah rentang waktu tertentu, guna menjamin fault terjadi secara permanen. Pada akhirnya, implementasi dari rancangan ini diharapkan menghasilkan sebuah sistem yang fault tolerant. Pengujian yang dilakukan terhadap rancangan, diperoleh persentase kesalahan 21,8% pada komponen pendeteksi kegagalan (fault detector). Sementara pada komponen pewaktu (timer) diperoleh persentase kesalahan sebesar 2,3% untuk mendeteksi fault dan 4,4% untuk mereset sistem. Hasil ini menunjukkan rancangan masih perlu pengembangan lagi dan disesuaikan untuk keperluan sebenarnya. i

5 KATA PENGANTAR Segala puji syukur penulis haturkan kehadirat Allah S.W.T yang telah memberikan kemampuan dan ketabahan dalam menghadapi segala cobaan, halangan, dan rintangan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, serta shalawat beriring salam penulis hadiahkan kepada junjungan Nabi Muhammad S.A.W. Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yaitu ayahanda Sawal dan ibunda Lummasari, serta adik Oci Khairani yang merupakan bagian dari hidup penulis yang senantiasa mendukung dan mendoakan dari sejak penulis lahir hingga sekarang. Serta tidak lupa kepada yang teristimewa Ricky Hariady yang telah begitu banyak memberi dorongan dan motivasi sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Tugas akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,. Adapun judul Tugas Akhir ini: PERANCANGAN PENGALIH OTOMATIS TRANSFORMATOR HUBUNGAN DELTA-DELTA MENGGUNAKAN SISTEM DIGITAL Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan, dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada: ii

6 1 Bapak Ir. Satria Ginting, M.T selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas nasehat, bimbingan, dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Ir. Ahri Bariun, M.Sc selaku Penasehat Akademis penulis, atas bimbingan dan arahannya dalam menyelesaikan perkuliahan selama ini. 3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si dan Bapak Rachmad Fauzi ST, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik. 4. Seluruh staf pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis dan seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara atas segala bantuannya. 5. Abang, kakak dan teman-teman di elektro : Kak Taci, B Luthfi, B Gifari, B Suib, B Rudy, B Harry, B Sujek, B Kira, B Prindi, B Cisco, B Harapan, Maria, Aji, Wilvian, Yuli dan Wangto, semoga silaturrahmi kita terus terjaga. 6. Semua pihak yang tidak sempat penulis sebutkan satu per satu. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan baik dari segi materi maupun penyajiannya. Oleh karena itu, saran dan kritik dengan tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian bidang ini sangat penulis harapkan. Akhir kata penulis berserah diri pada Allah SWT, semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi pembaca sekalian. Medan, Mei 2012 Penulis RISA RIANI iii

7 DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... x I. PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan dan Manfaat Batasan Masalah Metode Penulisan Sistematika Penulisan... 4 II. TRANSFORMATOR Umum Kontruksi Transformator Prinsip Kerja Transformator Transformator Berbeban Resitif Induktif Kapasitif iv

8 2.5 Transformator Tiga Fasa Umum Kontruksi Transformator Tiga Fasa Hubungan Tiga Fasa Transformator Jenis Hubungan Belitan Transformator Tiga Fasa Transformator Tiga Fasa hubungan Open-delta III. SISTEM DIGITAL Bilangan Biner Gerbang Logika Binary Gerbang AND Gerbang OR Pembalik (NOT) FLIP-FLOP FLIP-FLOP JK FLIP-FLOP D IC Logika Praktis IC seri IC seri IC seri IC seri IC seri IC seri v

9 IV. SIMULASI RANCANGAN PENGALIH OTOMATIS TRANSFORMATOR HUBUNGAN DELTA-DELTA MENGGUNAKAN SISTEM DIGITAL Umum Transformator Bank Over Current Sensor Fault Detector Fault Handler Reset V. PENGUJIAN Pengujian Over Current Sensor Pengujian timer Pengujian timer fault Pengujian timer reset VI. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA vi

10 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Kontruksi Transformator Tipe Inti (core type)... 8 Gambar 2.2 Kontruksi Transformator Tipe Cangkang (shell type)... 8 Gambar 2.3 Aliran Fluks pada Transformator... 9 Gambar 2.4 Gambar Gelombang I tertinggal 90 0 dari V Gambar 2.5 Gambar Gelombang Tegangan (e P ) tertinggal 90 0 dari Fluks (Ф)11 Gambar 2.6 Transformator Keadaan Berbeban Gambar 2.7 Rangkaian Ekivalen Transformator Gambar 2.8 Diagram Vektor Transformator Gambar 2.9 Rangkaian Ekivalen Transformator dari Sisi Primer Gambar 2.10 Penyederhanaan akhir Rangkaian Transformator Gambar 2.11 Diagram Vektor Transformator Berbeban Resistif Gambar 2.12 Diagram Vektor Transformator Berbeban Induktif Gambar 2.13 Diagram Vektor Transformator Berbeban Kapasitif Gambar 2.14 Transformator Tiga Fasa tipe Inti Gambar 2.15 Transformator Tiga Fasa tipe Cangkang Gambar 2.16 Diagram Vektor Transformator Tiga Fasa tipe Cangkang Gambar 2.17 Transformator Tiga Fasa hubungan Bintang Gambar 2.18 Transformator Tiga Fasa hubungan Delta Gambar 2.19 Transformator Tiga Fasa hubungan YY Gambar 2.20 Transformator Tiga Fasa hubungan Y Gambar 2.21 Transformator Tiga Fasa hubungan Y vii

11 Gambar 2.22 Transformator Tiga Fasa hubungan Gambar 2.23 Transformator Tiga Fasa Open-delta Berbeban Gambar 2.24 Diagram Fasor Tegangan dan Arus Transformator Open-delta.. 28 Gambar 3.1 Rangkaian sederhana logika AND Gambar 3.2 Simbol gerbang AND Gambar 3.3 Rangkaian sederhana logika OR Gambar 3.4 Simbol gerbang dan ekspresi Boolean OR Gambar 3.5 Simbol NOT Gambar 3.6 Rangkaian Gabungan NOT, OR dan AND Gambar 3.7 Rangkaian penyederhanaan gabungan NOT, OR dan AND Gambar 3.8 Rangkaian Flip-Flop JK Gambar 3.9 Rangkaian Flip-Flop D Gambar 3.10 Rangkaian Logika menggunakan IC TTL Gambar 3.11 Rangkaian Logika menggunakan IC CMOS Gambar 3.12 Diagram sambungan IC seri Gambar 3.13 Diagram sambungan IC seri Gambar 3.14 Diagram sambungan IC seri Gambar 3.15 Diagram sambungan IC seri Gambar 3.16 Diagram sambungan IC seri Gambar 3.17 Diagram koneksi IC seri Gambar 3.18 Rangkaian Pewaktu Gambar 4.1 Blok diagram Sistem Simulasi viii

12 Gambar 4.2 Diagram Alir Sistem Gambar 4.3 Rangkaian Skematik Transformer Bank Gambar 4.4 Rangkaian Skematik Current Sensor Gambar 4.5 Rangkaian Skematik Komparator Gambar 4.6 Rangkaian Skematik Fault Detector Gambar 4.7 Diagram waktu Fault Detector Gambar 4.8 Rangkaian Skematik Fault Handler Gambar 4.9 Rangkaian Skematik Reset Gambar 4.10 Diagram waktu saat kondisi Reset Gambar 5.1 Grafik Tegangan Sekunder Transformator terhadap Beban Gambar 5.2 Grafik Tegangan line to line Transformator dan Beban Gambar 5.3 Grafik Tegangan setting Over Current Sensor Gambar 5.4 Grafik timer fault Gambar 5.5 Grafik timer reset ix

13 DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Tabel Kebenaran Logika AND Tabel 3.2 Tabel Kebenaran Logika OR Tabel 3.3 Tabel Kebenaran NOT Tabel 3.4 Tabel Flip-Flop JK Tabel 3.5 Tabel Flip-Flop D Tabel 3.6 Tabel Kebenaran IC seri Tabel 5.1 Pengujian Over Current transformator berbeban pada tegangan 220 V Tabel 5.2 Pewaktu Fault Tabel 5.3 Pewaktu Reset x