PERANCANGAN PENGALIH OTOMATIS TRANSFORMATOR HUBUNGAN DELTA-DELTA MENGGUNAKAN SISTEM DIGITAL OLEH : NAMA : RISA RIANI NIM : 080402067 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012
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 : 080402067 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012
PERANCANGAN PENGALIH OTOMATIS TRANSFORMATOR HUBUNGAN DELTA-DELTA MENGGUNAKAN SISTEM DIGITAL OLEH : NAMA : RISA RIANI NIM : 080402067 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 : 19540531 198601 1002 NIP : 19600514 198903 1002
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
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
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
DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... x I. PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Tujuan dan Manfaat... 2 1.3 Batasan Masalah... 2 1.4 Metode Penulisan... 3 1.5 Sistematika Penulisan... 4 II. TRANSFORMATOR... 6 2.1 Umum... 6 2.2 Kontruksi Transformator... 7 2.3 Prinsip Kerja Transformator... 9 2.4 Transformator Berbeban... 12 2.4.1 Resitif... 15 2.4.2 Induktif... 16 2.4.3 Kapasitif... 17 iv
2.5 Transformator Tiga Fasa... 18 2.5.1 Umum... 18 2.5.2 Kontruksi Transformator Tiga Fasa... 19 2.5.3 Hubungan Tiga Fasa Transformator... 20 2.5.4 Jenis Hubungan Belitan Transformator Tiga Fasa... 22 2.6 Transformator Tiga Fasa hubungan Open-delta... 27 III. SISTEM DIGITAL... 32 3.1 Bilangan Biner... 32 3.2 Gerbang Logika Binary... 33 3.2.1 Gerbang AND... 33 3.2.2 Gerbang OR... 35 3.2.3 Pembalik (NOT)... 36 3.3 FLIP-FLOP... 38 3.3.1 FLIP-FLOP JK... 38 3.3.2 FLIP-FLOP D... 39 3.4 IC Logika Praktis... 40 3.4.1 IC seri 7404... 42 3.4.2 IC seri 7408... 43 3.4.3 IC seri 7432... 43 3.4.4 IC seri 7474... 44 3.4.5 IC seri 7476... 45 3.4.6 IC seri 74123... 45 v
IV. SIMULASI RANCANGAN PENGALIH OTOMATIS TRANSFORMATOR HUBUNGAN DELTA-DELTA MENGGUNAKAN SISTEM DIGITAL... 48 4.1 Umum... 48 4.2 Transformator Bank... 52 4.3 Over Current Sensor... 54 4.4 Fault Detector... 59 4.5 Fault Handler... 62 4.6 Reset... 65 V. PENGUJIAN... 68 5.1 Pengujian Over Current Sensor... 68 5.2 Pengujian timer... 72 5.2.1 Pengujian timer fault... 72 5.2.2 Pengujian timer reset... 73 VI. KESIMPULAN DAN SARAN... 75 6.1 Kesimpulan... 75 6.2 Saran... 76 DAFTAR PUSTAKA vi
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... 11 Gambar 2.5 Gambar Gelombang Tegangan (e P ) tertinggal 90 0 dari Fluks (Ф)11 Gambar 2.6 Transformator Keadaan Berbeban... 13 Gambar 2.7 Rangkaian Ekivalen Transformator... 13 Gambar 2.8 Diagram Vektor Transformator... 14 Gambar 2.9 Rangkaian Ekivalen Transformator dari Sisi Primer... 15 Gambar 2.10 Penyederhanaan akhir Rangkaian Transformator... 15 Gambar 2.11 Diagram Vektor Transformator Berbeban Resistif... 16 Gambar 2.12 Diagram Vektor Transformator Berbeban Induktif... 17 Gambar 2.13 Diagram Vektor Transformator Berbeban Kapasitif... 18 Gambar 2.14 Transformator Tiga Fasa tipe Inti... 19 Gambar 2.15 Transformator Tiga Fasa tipe Cangkang... 19 Gambar 2.16 Diagram Vektor Transformator Tiga Fasa tipe Cangkang... 20 Gambar 2.17 Transformator Tiga Fasa hubungan Bintang... 21 Gambar 2.18 Transformator Tiga Fasa hubungan Delta... 22 Gambar 2.19 Transformator Tiga Fasa hubungan YY... 23 Gambar 2.20 Transformator Tiga Fasa hubungan Y... 24 Gambar 2.21 Transformator Tiga Fasa hubungan Y... 25 vii
Gambar 2.22 Transformator Tiga Fasa hubungan... 26 Gambar 2.23 Transformator Tiga Fasa Open-delta Berbeban... 28 Gambar 2.24 Diagram Fasor Tegangan dan Arus Transformator Open-delta.. 28 Gambar 3.1 Rangkaian sederhana logika AND... 34 Gambar 3.2 Simbol gerbang AND... 34 Gambar 3.3 Rangkaian sederhana logika OR... 35 Gambar 3.4 Simbol gerbang dan ekspresi Boolean OR... 35 Gambar 3.5 Simbol NOT... 36 Gambar 3.6 Rangkaian Gabungan NOT, OR dan AND... 37 Gambar 3.7 Rangkaian penyederhanaan gabungan NOT, OR dan AND... 37 Gambar 3.8 Rangkaian Flip-Flop JK... 38 Gambar 3.9 Rangkaian Flip-Flop D... 40 Gambar 3.10 Rangkaian Logika menggunakan IC TTL 7408... 41 Gambar 3.11 Rangkaian Logika menggunakan IC CMOS 4801... 42 Gambar 3.12 Diagram sambungan IC seri 7404... 43 Gambar 3.13 Diagram sambungan IC seri 7408... 43 Gambar 3.14 Diagram sambungan IC seri 7432... 44 Gambar 3.15 Diagram sambungan IC seri 7474... 44 Gambar 3.16 Diagram sambungan IC seri 7476... 45 Gambar 3.17 Diagram koneksi IC seri 74123... 46 Gambar 3.18 Rangkaian Pewaktu... 47 Gambar 4.1 Blok diagram Sistem Simulasi... 49 viii
Gambar 4.2 Diagram Alir Sistem... 51 Gambar 4.3 Rangkaian Skematik Transformer Bank... 53 Gambar 4.4 Rangkaian Skematik Current Sensor... 55 Gambar 4.5 Rangkaian Skematik Komparator... 57 Gambar 4.6 Rangkaian Skematik Fault Detector... 60 Gambar 4.7 Diagram waktu Fault Detector... 61 Gambar 4.8 Rangkaian Skematik Fault Handler... 64 Gambar 4.9 Rangkaian Skematik Reset... 66 Gambar 4.10 Diagram waktu saat kondisi Reset... 67 Gambar 5.1 Grafik Tegangan Sekunder Transformator terhadap Beban... 70 Gambar 5.2 Grafik Tegangan line to line Transformator dan Beban... 71 Gambar 5.3 Grafik Tegangan setting Over Current Sensor... 71 Gambar 5.4 Grafik timer fault... 72 Gambar 5.5 Grafik timer reset... 73 ix
DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Tabel Kebenaran Logika AND... 34 Tabel 3.2 Tabel Kebenaran Logika OR... 35 Tabel 3.3 Tabel Kebenaran NOT... 36 Tabel 3.4 Tabel Flip-Flop JK... 39 Tabel 3.5 Tabel Flip-Flop D... 40 Tabel 3.6 Tabel Kebenaran IC seri 74123... 46 Tabel 5.1 Pengujian Over Current transformator berbeban pada tegangan 220 V... 69 Tabel 5.2 Pewaktu Fault... 72 Tabel 5.3 Pewaktu Reset... 73 x