PENGARUH PEMBEBANAN TIDAK SEIMBANG TERHADAP RUGI-RUGI DAN EFISIENSI GENERATOR SINKRON TIGA FASA

Transkripsi

1 PENGARUH PEMBEBANAN TIDAK SEIMBANG TERHADAP RUGI-RUGI DAN EFISIENSI GENERATOR SINKRON TIGA FASA (Aplikasi pada Laboratorium Mesin-Mesin Listrik di Pusat Pengembangan dan Pemberdayaan Pendidik dan Tenaga Kependidikan (P4TK) Medan) Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana ( S-1 ) pada Departemen Teknik Elektro Oleh : FERRY DANIEL HUTAGALUNG NIM : DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

2 PENGARUH PEMBEBANAN TIDAK SEIMBANG TERHADAP RUGI-RUGI DAN EFISIENSI GENERATOR SINKRON TIGA FASA (Aplikasi pada Laboratorium Mesin-Mesin Listrik di Pusat Pengembangan dan Pemberdayaan Pendidik dan Tenaga Kependidikan (P4TK) Medan) Oleh : FERRY DANIEL HUTAGALUNG NIM : Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana Teknik Elektro Disetujui oleh : Dosen Pembimbing, Ir. Riswan Dinzi, MT NIP : Diketahui oleh : Pelaksana Tugas Harian Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU Prof.Dr.Ir. Usman Baafai NIP: DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

3 ABSTRAK Beban yang dipasok oleh generator cadangan umumnya tidak seimbang. Kondisi beban yang tidak seimbang akan menyebabkan timbulnya komponen urutan pada arus saluran. Pada sistem tiga fasa-tiga kawat, beban yang tidak seimbang akan menimbulkan arus urutan positif dan arus urutan negatif. Sedangkan pada sistem tiga fasa-empat kawat, beban yang tidak seimbang akan menimbulkan arus urutan positif, negatif dan nol. Arus urutan tersebut akan memperbesar rugi-rugi generator sehingga efisiensi generator akan semakin rendah. Dengan adanya arus urutan nol pada sistem tiga fasa-empat kawat maka rugi-rugi generator akan lebih besar sehingga efisiensi generator akan lebih rendah dibandingkan pada sistem tiga fasa-tiga kawat. Dan semakin besar faktor ketidakseimbangan maka semakin besar rugi-rugi dan semakin rendah efisiensi generator. Dalam tugas akhir ini, penulis menggunakan metode komponen simetris untuk menganalisa rugi-rugi saat pembebanan tidak seimbang yaitu terutama rugi-rugi tembaga kumparan jangkar. i

4 KATA PENGANTAR Segala pujian, hormat dan syukur hanyalah bagi-nya Tuhan Yesus Kristus yang telah memampukan penulis menyelesaikan Tugas Akhir ini. Begitu banyak kesulitan dan permasalahan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini tetapi Tuhan Yesus selalu memiliki cara untuk menolong penulis, Dia selalu mendengar permohonan dan seruan penulis agar Beliau Yang Maha Baik menolong penulis di setiap saat pengerjaan Tugas Akhir ini. Tugas Akhir ini penulis persembahkan teristimewa kepada yang tercinta Ibu, Bapak dan Abang yang selalu memberikan segala dukungan, dana, motivasi dan terlebih doa-doanya. Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah : PENGARUH PEMBEBANAN TIDAK SEIMBANG TERHADAP RUGI-RUGI DAN EFISIENSI GENERATOR SINKRON TIGA FASA Selama penulisan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapatkan bantuan, bimbingan serta dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada : ii

5 1. Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai dan Bapak Rachmad Fauzi, ST, MT selaku Pelaksana Tugas Harian Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,. 2. Bapak Ir. Sumantri Zulkarnain selaku dosen wali penulis yang senantiasa memberikan bimbingan selama perkuliahan hingga menyelesaikan Tugas Akhir ini. 3. Bapak Ir. Riswan Dinzi, MT selaku Dosen Pembimbing yang dengan sabar dan tulus meluangkan waktu dan memberikan pemikiran untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 4. Bapak Ir. A. Rachman Hasibuan dan Bapak Ir. Bonggas L. Tobing yang sudi memberikan ide-ide ataupun pemikiran beliau dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 5. Seluruh Staf Pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis dan seluruh Pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara atas bantuan administrasinya. 6. Bapak Epri, Bapak Naibaho dan Bapak Simatupang selaku Pengajar dan Pembimbing di Laboratorium Mesin-Mesin Listrik Pusat Pengembangan dan Pemberdayaan Pendidik dan Tenaga Kependidikan (P4TK) Medan. 7. Seluruh teman-teman seperjuangan stambuk 2005, Mangiring, David, Fritz, Benny, Herman, Antoni, Umar Sidik, Lamringan, Marhon, Windy, Sadak, Ellis, Alex dan semua teman-teman yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. iii

6 8. Serta semua abang senior dan adik junior yang telah bersedia berbagi pengalaman dan motivasi kepada penulis. 9. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa banyak kekurangan dalam penulisan Tugas Akhir ini. Penulis sangat mengharapkan kritik dan saran dari pembaca untuk menyempurnakan Tugas Akhir ini. Kiranya Tugas Akhir ini dapat bermanfaat dan menambah pengetahuan bagi kita semua. Medan, Juni 2010 Penulis Ferry Daniel Hutagalung NIM : iv

7 DAFTAR ISI Abstrak... i Kata Pengantar... ii Daftar Isi... v Daftar Gambar... viii Daftar Tabel... x Daftar Grafik... xii BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang... 1 I.2. Tujuan dan Manfaat Penulisan... 2 I.3. Batasan Masalah... 3 I.4. Metode Penulisan... 3 I.5. Sistematika Penulisan... 4 BAB II GENERATOR SINKRON TIGA FASA II.1. Umum... 6 II.2. Komponen Generator Sinkron... 7 II.3. Prinsip Kerja Generator Sinkron II.4. Reaksi Jangkar Generator Sinkron II.5. Identifikasi dan Penentuan Parameter Generator Sinkron II.6. Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron v

8 II.7. Diagram Fasor Generator Sinkron BAB III RUGI-RUGI DAN EFISIENSI GNERATOR SINKRON TIGA FASA III.1. Umum III.2. Rangkaian Beban Tiga Fasa Seimbang III.3. Rugi-Rugi dan Efisiensi Generator Sinkron Saat Berbeban Seimbang III.4. Rangkaian Beban Tiga Fasa Tidak Seimbang III.5. Sintesis Fasor Tak Simetris Dari Komponen Komponen Simetrisnya III.6. Operator a III.7. Komponen Simetris Fasor Tak Simetris III.8. Impedansi Urutan dan Rangkaian Urutan III.9. Rugi-Rugi dan Efisiensi Generator Sinkron Saat Berbeban Tidak Seimbang BAB IV PENGARUH PEMBEBANAN TIDAK SEIMBANG TERHADAP RUGI-RUGI DAN EFISIENSI GENERATOR SINKRON TIGA FASA IV.1. Umum IV.2. Peralatan Yang Digunakan IV.3. Pengujian Menentukan Parameter Generator Tiga Fasa 64 IV.3.1. Pengujian Beban Nol IV.3.2. Pengujian Hubung Singkat IV.3.3. Pengukuran Tahanan Jangkar Arus Searah IV.3.4. Menentukan Impedansi dan Reaktansi Sinkron IV.3.5. Pengukuran Impedansi Jangkar Urutan Negatif IV.3.6. Pengukuran Impedansi Jangkar Urutan Nol vi

9 IV.4. Pengujian Berbeban Seimbang IV.5. Pengujian Berbeban Tidak Seimbang Pada Sistem Tiga Fasa - Tiga Kawat Dengan Faktor Ketidakseimbangan (UF) yang Berbeda IV.6. Pengujian Berbeban Tidak Seimbang Pada Sistem Tiga Fasa - Empat Kawat Dengan Faktor Ketidakseimbangan (UF) yang Berbeda IV.7. Pengujian Berbeban Tidak Seimbang Dengan Faktor Ketidak- Seimbangan (UF) Tetap IV.8. Analisa Secara Grafik Pengaruh Pembebanan Tidak Seimbang Terhadap Rugi-Rugi dan Efisiensi Generator Sinkron Tiga Fasa BAB V PENUTUP V.1. Kesimpulan V.2. Saran DAFTAR PUSTAKA vii

10 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Konstruksi Generator Sinkron... 7 Gambar 2.2. Bentuk-Bentuk Alur... 8 Gambar 2.3. Rotor Kutub Menonjol Gambar 2.4. Rotor Kutub Silinder Gambar 2.5. Model Reaksi Jangkar Gambar 2.6. Karakteristik Beban Nol Gambar 2.7. Karakteristik Hubung Singkat Gambar 2.8. Diagram Fasor Saat Hubung Singkat Gambar 2.9. Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron Gambar Penyederhanaan Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron Gambar Rangkaian Ekivalen Generator Sinkron Tiga Fasa Gambar Diagram Fasor Generator Sinkron Gambar 3.1. Sistem Beban Tiga Fasa Seimbang Terhubung Y Beserta Diagram Fasornya Gambar 3.2. Sistem Beban Tiga Fasa Seimbang Terhubung Beserta Diagram Fasornya Gambar 3.3. Diagram Aliran Daya Generator Sinkron Gambar 3.4. Beban Tiga Fasa Tidak Seimbang Terhubung Bintang Pada Sistem Tiga Fasa-Empat Kawat dan Sistem Tiga Fasa-Tiga Kawat Gambar 3.5. Tiga Himpunan Fasor Seimbang Yang Merupakan Komponen Simetris Dari Tiga Fasor Tak Seimbang Gambar 3.6. Penjumlahan Secara Grafis Komponen-Komponen Pada Gambar 3.5 Untuk Mendapatkan Tiga Fasor Tak Seimbang viii

11 Gambar 3.7. Rangkaian Urutan Generator Sinkron Gambar 4.1. Rangkaian Pengujian Beban Nol Gambar 4.2. Rangkaian Pengujian Hubung Singkat Gambar 4.3. Rangkaian Pengukuran Tahanan Jangkar Arus Searah Gambar 4.5. Rangkaian Pengukuran Impedansi Jangkar Urutan Nol Gambar 4.6. Rangkaian Pengujian Berbeban Seimbang Gambar 4.7. Rangkaian Pengujian Berbeban Tidak Seimbang Sistem Tiga Fasa -Tiga Kawat Dengan Faktor Ketidakseimbangan (UF) yang Berbeda Gambar 4.8. Rangkaian Pengujian Berbeban Tidak Seimbang Sistem Tiga Fasa- Empat Kawat Dengan Faktor Ketidakseimbangan (UF) yang Berbeda Gambar 4.9. Rangkaian Pengujian Berbeban Tidak Seimbang Dengan Faktor Ketidakseimbangan (UF) Tetap ix

12 DAFTAR TABEL Tabel 4.1. Hasil Pengujian Beban Nol Tabel 4.2. Hasil Pengujian Hubung Singkat Tabel 4.3. Hasil Pengukuran Tahanan Jangkar Arus Searah Tabel 4.4. Hasil Analisa Data Pengukuran Tahanan Jangkar Arus Searah Tabel 4.5. Hasil Pengukuran Impedansi Jangkar Urutan Negatif Tabel 4.6. Hasil Pengukuran Impedansi Jangkar Urutan Nol Tabel 4.7. Parameter Urutan Positif Tabel 4.8. Parameter Urutan Negatif Tabel 4.9. Parameter Urutan Nol Tabel Hasil Pengujian Berbeban Seimbang Tabel Hasil Analisa Data Pengujian Berbeban Seimbang Tabel Hasil Pengujian Berbeban Tidak Seimbang Sistem Tiga Fasa-Tiga Kawat Dengan Faktor Ketidakseimbangan (UF) yang Berbeda Tabel Hasil Analisa Data Pengujian Berbeban Tidak Seimbang Sistem Tiga Fasa-Tiga Kawat Dengan Faktor Ketidakseimbangan (UF) yang Ber- beda x

13 Tabel Hasil Pengujian Berbeban Tidak Seimbang Sistem Tiga Fasa-Empat Kawat Dengan Faktor Ketidakseimbangan (UF) yang Berbeda Tabel Hasil Analisa Data Pengujian Berbeban Tidak Seimbang Sistem Tiga Fasa-Empat Kawat Dengan Faktor Ketidakseimbangan (UF) yang Ber- beda Tabel Hasil Pengujian Berbeban Tidak Seimbang Dengan Faktor Ketidak- seimbangan (UF) 10% Tabel Hasil Pengujian Berbeban Tidak Seimbang Dengan Faktor Ketidak- seimbangan (UF) 20% Tabel Hasil Analisa Pengujian Berbeban Tidak Seimbang Dengan Faktor Ketidakseimbangan (UF) 10% Tabel Hasil Analisa Pengujian Berbeban Tidak Seimbang Dengan Faktor Ketidakseimbangan (UF) 20% xi

14 DAFTAR GRAFIK Grafik 4.1. Hasil Pengujian Beban Nol Grafik 4.2. Hasil Pengujian Hubung Singkat Grafik 4.3. Perbandingan Rugi-Rugi Total Generator Grafik 4.4. Perbandingan Rugi-Rugi Tembaga Jangkar Grafik 4.5. Perbandingan Efisiensi Generator Grafik 4.6. Perbandingan Rugi-Rugi Total Generator Antara UF 10% Dengan UF 20% Grafik 4.7. Perbandingan Rugi-Rugi Tembaga Jangkar Antara UF 10% Dengan UF 20% Grafik 4.8. Perbandingan Efisiensi Generator Antara UF 10% Dengan UF 20% xii