Top Banner

of 25

PAPER TRAFO DISTRIBUSI

Mar 02, 2018

Download

Documents

DeniAdePutra
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
  • 7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI

    1/25

    BAB 2

    TEORI UMUM

    2.1 Transformator Distribusi

    Transformator merupakan suatu alat listrik statis yang mampu mengubah

    maupun menyalurkan energi listrik arus bolak balik dari satu atau lebih rangkaian

    listrik ke rangkaian listrik arus bolak balik yang lain, melalui suatu gandengan

    magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Pada penyaluran tenaga

    listrik arus bolak-balik, penggunaan transformator untuk menaikan tegangan sistem

    dapat mengurangi rugi-rugi daya saluran [8] [9].

    Dalam bidang tenaga listrik pada umumnya pemakaian transformator dapat

    dibagi mejadi tiga bagian yaitu:

    1. Transformator Distribusi;

    2. Transformator Transmisi;

    3. Transformator Instrument.

    Pada penelitian ini penulis hanya memfokuskan materi transformator khususnya pada

    transformator distribusi, dimana transformator distribusi umumnya digunakan sebagai

    sub distribusi tenaga listrik yang mendistribusikan energi listrik ke transformator-

    transformator distribusi tegangan rendah.

    Pada umumnya pusat pembangkit tenaga listrik berada jauh dari pengguna

    tenaga listrik, untuk mentransmisikan tenaga listrik dari pembangkit menuju beban

    dibutuhkan tegangan yang tinggi seperti tegangan 150 kV atau tegangan ekstra tinggi

    Universitas Sumatera Utara

  • 7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI

    2/25

    500 kV. Selanjutnya setelah sampai di pusat pembebanan (pemakai) tegangan

    diturunkan kembali menjadi tegangan menengah 20 kV.

    Tegangan menengah dari gardu induk ini melalui saluran distribusi primer

    untuk disalurkan ke gardu-gardu distribusi atau pemakai tegangan menengah. Dari

    saluran distribusi primer, tegangan menengah diturunkan menjadi tegangan rendah

    400/230 V melalui transformator distribusi. Tegangan rendah disalurkan melalui

    saluran tegangan rendah ke konsumen. Bentuk sederhana dari sistem distribusi tenaga

    listrik ditunjukan pada Gambar 2.1 berikut.

    Pembangkit ListrikTransformator Penaik Transformator Penurun

    Ke GD

    Ke Pemakai TM

    GD

    TM TR

    kWH meter

    Instalasi

    Pemakai TR

    TM

    GI GI

    TT/ET

    Pembangkit Saluran

    Transmisi

    Saluran Distribusi Primer Saluran

    Distribusi

    Skunder

    Utilisasi

    Gambar 2.1 Diagram satu garis Sistem Distribusi Tenaga Listrik

    Transformator distribusi yang umum digunakan adalah transformator step-

    down 20 kV/400V. Pada kumparan primer akan mengalir arus jika kumparan primer

    dihubungkan ke sumber tegangan bolak-balik, sehingga pada inti transformator yang

    terbuat dari bahan ferromagnet akan terbentuk sejumlah garis-garis gaya magnet

    (fluks = )

    Universitas Sumatera Utara

  • 7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI

    3/25

    Karena arus yang mengalir merupakan arus bolak balik, maka fluks yang

    terbentuk pada inti akan mempunyai arah dan jumlah yang berubah-ubah pula. Fluks

    yang dibangkitkan mengalir melalui inti, dan pada inti tersebut terdapat belitan

    primer dan sekunder, maka pada belitan primer dan sekunder tersebut akan timbul ggl

    (gaya gerak listrik) induksi, tetapi arah ggl induksi primer berlawanan dengan arah

    ggl induksi sekunder. Sedangkan frekuensi masing-masing tegangan primer sekunder

    adalah sama. Hubungan transformasi tegangan adalah sebagai berikut:

    aNN

    EE ==

    2

    1

    2

    1 ........................................................ (2.1)

    dimana:

    E1

    E

    = ggl Induksi di sisi primer (volt)

    2

    N

    = ggl Induksi di sisi sekunder (volt)

    1

    N

    = jumlah belitan di sisi primer (lilit)

    2

    a = perbandingan transformasi

    = jumlah belitan di sisi sekunder (lilit)

    2.1.1 Tegangan Umum Primer Transformator Distribusi

    Tegangan primer sesuai dengan tegangan nominal pada Jaringan Tegangan

    Menengah (JTM) yang terdapat pada ketenaga listrikan di Indonesia 6 kV dan 20 kV.

    Pada Jaringan Tegangan Menengah (JTM) maka tegangan fasa ke netral adalah:

    20 kV/ 3 = 11,8 = 12 kV atau biasa disebut tegangan pengenal.

    Universitas Sumatera Utara

  • 7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI

    4/25

    2.1.2 Tingkatan Daya Transformator Distribusi

    Tegangan Sekunder sesuai dengan tegangan nominal pada Jaringan Tegangan

    Rendah (JTR) yang terdapat pada ketenaga listrikan di Indonesia 220V/380V pada

    beban tiga fasa. Tingkatan daya transformator distribusi secara umum berdasarkan

    SPLN (Standarisasi Perusahaan Listrik Negara tahun 1978) yang digunakan adalah

    160 kVA

    2.1.3 Hubungan Belitan Transformator Tiga Fasa

    [10].

    Pada transformator tiga fasa besar tegangan antar fasa (VL-L) dan daya

    transformator (kVA) tidak tergantung dari hubungan belitannya. Akan tetapi

    tergantung pada tegangan fasa netral (VL-N), dan arus dari masing-masing

    transformator tergantung pada hubungan belitannya[8] [9].

    Secara umum hubungan belitan transformator tiga fasa terbagi atas dua jenis,

    yaitu hubungan wye (Y) dan hubungan delta (). Masing -masing hubungan belitan

    ini memiliki karakteristik arus dan tegangan yang berbeda. Pada penelitian ini

    transformator yang dijadikan objek penelitian adalah jenis Yzn5. Berikut ini disajikan

    uraian singkat tentang jenis hubungan belitan Wye dan jenis hubungan Zig-Zag.

    a. Hubungan Wye (Y)

    Hubungan ini dapat dilakukan dengan menggabungkan ketiga belitan

    transformator yang memiliki rating yang sama dengan mempertemukan ujung-

    ujungnya pada satu titik seperti terlihat pada Gambar 2.2.

    Universitas Sumatera Utara

  • 7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI

    5/25

    Gambar 2. 2 Transformator Hubungan Y

    Dalam hubungan Y dengan memakai kawat netral dalam keadaan seimbang

    dapat kita ketahui sebagai berikut:

    VR= Vs = VT= Vph

    VRs = VsT= VTR= 3 V

    (volt)

    ph= VL

    IR= Is = IT= IL= I

    (volt)

    ph

    dimana :V

    (amp)

    L

    V

    = Tegangan line to line (volt)

    ph

    I

    = Tegangan fasa (volt)

    L

    I

    = Arus line to line (amp)

    ph

    = Arus fasa (amp)

    b. Hubungan Bintang-Zigzag

    Hubungan bintang-zigzag ini mempunyai tiga buah belitan di sisi primer

    terhubung bintang dan enam buah belitan di sisi sekunder masing-masing

    dihubungkan zigzag, untuk kelompok hubung transformator Yzn5 diperlihatkan

    seperti pada Gambar 2.3.

    VTR

    VST

    VRS

    IR

    IN

    IS

    IT

    VR

    VSVT

    R

    S

    T

    N

    Universitas Sumatera Utara

  • 7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI

    6/25

    Gambar 2. 3 Transformator Hubungan Bintang-Zigzag (Yzn5)

    Besaran di sisi primer:

    IR= IS= IT= Iph=IL

    V

    (amp); arus fasa sama dengan arus line

    R= VS= VT= Vph

    V

    (volt); tegangan fasa

    RS= VST= VTR 3= Vph= VL

    Besaran di sisi sekunder:

    (volt); tegangan line

    ir= is= it= iph= iL

    v

    (amp); arus fasa sama dengan arus line

    r= vs= vt= vph

    v

    (volt); tegangan fasa

    rs= vst= vtr 3= vph= vL (volt); tegangan line

    SR

    T

    s

    r

    t

    N

    S RT

    b2 a2c2

    b1 a1c1

    b4 a4c4

    b3 a3c3

    s rt

    N

    Sisi Sekunder

    Sisi Primer

    Universitas Sumatera Utara

  • 7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI

    7/25

    2.2 Rugi-rugi dan Pemanasan Pada Transformator Distribusi

    Sebagai akibat dari beban non linier antara tiap fasa pada sisi sekunder

    transformator (fasa R, fasa S, fasa T) mengalirlah arus di netral transformator [10]. Arus

    yang mengalir pada penghantar netral transformator ini menyebabkan losses (rugi-rugi).

    Rugi-rugi transformator distribusi antara lain:

    2.2.1 Losses(rugi-rugi) pada Penghantar Netral

    Lossespada penghantar netral transformator ini dapat dirumuskan sebagaiberikut:

    NNN RIP =2 .................................................................. (2.2)

    dimana:

    PN

    I

    = lossespadapenghantarnetral transformator (watt)

    N

    R

    = arus yang mengalir pada netral transformator (A)

    N

    Sedangkan losses yang diakibatkan karena arus netral yang mengalir ke tanah

    (ground) dapat dihitung dengan perumusan sebagai berikut:

    = tahanan penghantar netral transformator ()

    GGG RIP =2 .................................................................... (2.3)

    dimana:

    PG

    I

    = losses akibat arus netral yang mengalir ke tanah (watt)

    G

    R

    = arus netral yang mengalir ke tanah (A)

    G

    2.2.2 Rugi-rugi akibat Harmonisa pada Transformator

    = tahanan pembumian netral transformator ()

    Transformator dirancang untuk menyalurkan daya yang dibutuhkan ke beban

    Universitas Sumatera Utara

  • 7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI

    8/25

    dengan rugi-rugi minimum pada frekuensi fundamentalnya. Arus dan tegangan

    harmonisa secara signifikan akan menyebabkan panas lebih. Ada dua pengaruh

    yang ditimbulkan panas lebih pada transformator ketika arus beban mengandung

    komponen harmonisa [11].

    a. Harmonisa arus menyebabkan meningkatnya rugi-rugi tembaga yang

    dinyatakan dengan:

    =

    =1

    2

    n

    nnCU RIP ................................................................... (2.4)

    dengan: PCU

    I

    = rugi-rugi tembaga (watt)

    n

    R

    = arus pada belitan trafo (A)

    n

    b. Harmonisa tegangan menyebabkan meningkatnya rugi-rugi besi, seperti arus

    pusar dan rugi-rugi hysteresis. Eddy current (arus pusar) terjadi bila inti dari

    sebuah material jenis ferromagnetic (besi) secara elektrik bersifat konduktif.

    Konsentrasi arus pusar lebih tinggi pada ujung-ujung belitan transformator karena

    efek kerapatan medan magnet bocor pada kumparan yang menyebabkan

    fenomena terjadinya arus pusar.

    = resistansi belitan trafo ()

    Bertambahnya rugi-rugi arus pusar karena harmonisa berpengaruh pada

    temperatur kerja transformator yang terlihat pada besar rugi-rugi daya nyata (watt)

    akibat arus pusarini.

    Universitas Sumatera Utara

  • 7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI

    9/25

    2

    1

    2 hIPPh

    hRECEC =

    = ....................................................... (2.5)

    dimana:

    h = bilangan bulat orde harmonisa

    PEC

    P

    = rugi-rugi arus pusar

    EC-R = faktor rugi-rugi arus pusar (ANSI/IEEE Standard C57; PEC-R

    I

    = 1%)

    h

    Menurut Standar PLN no 50 nilai rugi-rugi daya transformator distribusi dapat dilihat

    pada Tabel 2.1 [10].

    = arus rms harmonisa ke-h

    Tabel 2.1 Nilai Rugi-rugi Transformator Distribusi

    Menurut Standar IEC Publ 76, SPLN 50-1997

    KVA (Rating) Rugi-rugi Besi (watt) Rugi-rugi Tembaga (watt)

    25

    50

    100

    160

    200250

    315

    400

    680

    800

    1000

    1250

    1600

    115

    190

    320

    400

    550600

    770

    930

    1300

    1950

    2300

    2700

    3300

    700

    1100

    1750

    2000

    28503000

    3900

    4600

    6500

    10200

    12100

    15000

    18100

    Tabel 2.1 menunjukkan standar rugi-rugi yang dikeluarkan oleh IEC Publ. 76, SPLN

    50-1997, dimana transformator yang menjadi objek penelitian memiliki kapasitas 160

    kVA. Oleh karena itu dari tabel 2.1 diperoleh nilai rugi-rugi besi sebesar 400 watt dan

    nilai rugi-rugi tembaga sebesar 2.000 watt.

    Universitas Sumatera Utara

  • 7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI

    10/25

    2.3 Beban Listrik Pada Transformator Distribusi

    Didalam sistem tenaga listrik dikenal 2 (dua) jenis beban listrik yaitu: Beban

    listrik linier dan Beban listrik non linier.

    2.3.1 Beban Listrik Linier

    Beban Listrik Linier adalah beban yang tidak mempengaruhi karakteristik dari

    tegangan dan arus. Beban linier merupakan beban yang mengeluarkan bentuk

    gelombang yang berbentuk linier, dimana arus yang mengalir sebanding dengan

    tahanan dan perubahan tegangan.

    Pada beban linier ini, bentuk gelombang arus akan mengikuti bentuk

    gelombang tegangan yang ditimbulkannya. Bila gelombang tegangan berbentuk

    sinusoidal, bentuk gelombang arus juga membentuk sinusoidal (Gambar 2.4).

    Contoh-contoh beban listrik linier:

    1) Pemanasan Resistif

    2) Lampu-lampu Pijar

    3) Motor-motor induksi dengan putaran konstan

    4) Motor-motor sinkron

    Gambar 2.4 Rangkaian Listrik Beban Linier

    mechanic switch

    Load

    Source

    Universitas Sumatera Utara

  • 7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI

    11/25

    2.3.2 Beban Listrik Non-Linier

    Beban non-linier adalah beban yang mempengaruhi karakteristik dari

    tegangan dan arus, sehingga bentuk gelombangnya berubah atau cacat [1] [12]. Beban

    non-linier inilah yang menimbulkan atau menghasilkan harmonisa (Gambar 2.5).

    Gambar 2.5 Rangkaian Listrik Beban Non Linier

    Contoh-contoh Beban Listrik Non Linier:

    1) Static Power Converter

    2) Electronic Ballast

    3) Variabel Frekuensi

    4) Arc Furnace

    5) Komputer, printer, semikonduktor switching

    Beban non linier terbagi atas 2 (dua) beban:

    1) Beban non linier yang di industri

    a. Tiga fasa power converter

    b. DC-Drive

    c. AC-Drive

    static switch

    Load

    Source

    Universitas Sumatera Utara

  • 7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI

    12/25

    2) Beban non linier Umum/Komersil

    a. Electronic ballast

    b. Lampu hemat energi (LHE)

    c. Komputer

    d. Alat-alat elektronik

    e. Alat-alat ukur

    f. Air Condition (AC)

    g. Penerangan gedung pada umumnya

    Fasilitas industri modern ditandai oleh beban-beban non linier. Beban ini

    dapat membuat distorsi yang signifikan dari total beban fasilitas yang dapat

    menimbulkan arus harmonisa ke dalam sistem daya dan menyebabkan distorsi

    harmonisa pada tegangan.

    Masalah harmonisa ini dipengaruhi oleh kenyataan bahwa beban non linier ini

    memiliki faktor daya relatif rendah.

    2.4 Efek Harmonisa Pada Transformator Distribusi

    Harmonisa adalah pembentukan gelombang-gelombang dengan frekuensi

    berbeda yang merupakan perkalian bilangan bulat dengan frekuensi dasarnya. Hal ini

    disebut frekuensi harmonisa yang timbul pada bentuk gelombang aslinya sedangkan

    bilangan bulat pengali frekuensi dasar disebut angka urutan harmonisa. Misalnya,

    frekuensi dasar suatu sistem tenaga listrik adalah 50 Hz, maka harmonisa keduanya

    adalah gelombang dengan frekuensi sebesar 100 Hz, harmonisa ketiga adalah

    Universitas Sumatera Utara

  • 7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI

    13/25

    gelombang dengan frekuensi sebesar 150 Hz dan seterusnya.

    Apabila sistem distribusi mensuplai beban non linier, dimana beban non linier

    menghasilkan harmonisa. Tegangan harmonisa ini mengalir dalam sistem yang akan

    menghasilkan susut tegangan pada inpedansi sistem. Harmonisa tegangan atau arus

    ini akan berkombinasi dengan tegangan atau arus frekuensi fundamental dan

    membentuk distorsi gelombang yang terdistorsi seperti dijelaskan pada Gambar 2.7.

    Secara umum setiap fungsi periodikf(t) seperti ditunjukkan pada Gambar 2.7

    dapat diuraikan menjadi deret trigonometri tak terhingga dan disebut deret Fourier [3]

    [4] [13].

    ...)3sin()2sin()sin(

    ...)3cos()2cos()cos()(

    030201

    0302010

    ++++

    ++++=

    tBtBtB

    tAtAtAAtf

    ....... (2.6)

    atau

    )]sin()cos([)( 001

    0 thBthAAtf hhh

    ++=

    =

    ............................. (2.7)

    dengan h= 1, 2, 3, ..............

    Dimanahh BA dan adalah koefisien dari tiap harmonisa, ditentukan sebagai

    berikut :

    =T

    h dthttfT

    A0

    cos)(2/

    1 ......................................................... (2.8)

    =T

    h dthttfT

    B0

    sin)(2/

    1 ......................................................... (2.9)

    Universitas Sumatera Utara

  • 7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI

    14/25

    Berdasarkan persamaan diatas gelombang tegangan atau arus yang

    nonsinusoidal dapat diuraikan menjadi komponen fundamental dan komponen-

    komponen harmonisa dan bila dinyatakan dalam deret Fourier adalah :

    )sin(

    ....)sin(3t)2(sint)sin()( 03m02m01m0

    thV

    tVVVVtv

    hm

    +

    ++++= ........ (2.10)

    dengan:

    =o

    V komponen DC dari gelombang tegangan (konstan)

    hmmmm VVVV ,....,, 321 = nilai puncak gelombang tegangan

    h=1, 2, 3 ..........., = orde harmonisa

    Gelombang tegangan fundamental mempunyai frekuensi f0, harmonisa ke-dua

    mempunyai frekuensi 2f0, harmonisa ke-tiga mempunyai frekuensi 3f0 dan

    harmonisa ke-hmempunyai frekuensi hf0, seperti ditunjukkan Gambar 2.6 [9].

    Gambar 2.6 Gelombang tegangan fundamental dan harmonisa ke-3

    Universitas Sumatera Utara

  • 7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI

    15/25

    Jika gelombang tegangan fundamental dijumlahkan dengan harmonisa ke-tiga

    akan diperoleh bentuk gelombang tegangan yang nonsinusoidal seperti ditunjukkan

    dalam Gambar 2.7 [9].

    Gambar 2.7 Gelombang non linier dengan menjumlahkangelombang fundamental dan harmonisa ke-3.

    2.4.1 Definisi dan Standar Harmonisa yang umum digunakan

    a. Orde Harmonisa

    Orde dari harmonisa merupakan perbandingan antara frekuensi harmonisa

    dengan frekuensi fundamental [1] [2], dimana:

    1f

    fh h= ........................................................................... (2.11)

    dengan:

    h= orde harmonisa

    fh

    f

    = frekuensi harmonisa ke-h

    1= frekuensi fundamental

    Universitas Sumatera Utara

  • 7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI

    16/25

    Sesuai dengan definisi diatas, maka orde harmonisa frekuensi dasarfo adalah 1.

    Artinya orde ke-1 bukan harmonisa melainkan frekuensi fundamental dan orde ke-2

    sampai orde ke-hyang merupakan harmonisa.

    b.Spektrum

    Spektrum adalah distribusi dari semua amplitudo komponen harmonisa

    sebagai fungsi dari orde harmonisa, dan diilustrasikan menggunakan histogram. Bisa

    dikatakan spektrum adalah merupakan perbandingan arus atau tegangan pada

    frekuensi harmonisa terhadap arus atau tegangan pada frekuensi fundamental.

    Spektrum digunakan sebagai dasar perancangan filter untuk mengurangi harmonisa,

    terutama bila yang digunakan adalah filter pasif. Gambar spektrum harmonisa

    diperlihatkan pada Gambar 2.8 berikut.

    31 50 7

    Order harmonisa (h)

    (%)I/I 1h

    50

    100

    Gambar 2.8 Gambar spektrum arus harmonisa

    c. Harga rms Tegangan dan Arus

    Harga rms tegangan [1]:

    2

    1 2

    1

    =

    =

    h

    hrms VV ....................................................... (2.12)

    Universitas Sumatera Utara

  • 7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI

    17/25

    Harga rms arus :

    2

    1 2

    1

    =

    =

    h

    hrms II ................................................. (2.13)

    dengan:

    =hV Harga rms tegangan untuk harmonisa ke-h(volt)

    =hI Harga rms Arus untuk harmonisa ke-h(ampere)

    d.Total Harmonic Distortion(THD)

    Distorsi harmonisa total disebut dengan Total Harmonic Distortion (THD)

    adalah indeks yang menunjukkan total harmonisa dari gelombang tegangan atau arus

    yang mengandung komponen individual harmonisa, yang dinyatakan dalam persen

    terhadap komponen fundamentalnya [1] [14] [15].

    THD untuk gelombang tegangan adalah:

    %1001

    2

    2

    =

    =

    V

    V

    THD h

    h

    V ................................................. (2.14)

    dimana :

    V1

    V

    = Tegangan fundamental

    h

    h = 2, 3, 4 , 5, ........

    = Tegangan harmonisa ke-h

    THD untuk gelombang arus adalah:

    Universitas Sumatera Utara

  • 7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI

    18/25

    %1001

    2

    2

    =

    =

    I

    I

    THD h

    h

    i ................................................. (2.15)

    dengan:

    =1I Arus fundamental

    =hI Arus harmonisa ke-h

    =h 2, 3, 4 , 5, ........

    e. Total Demand Distortion (TDD)

    Distorsi harmonisa (harmonic distortion) paling berarti apabila dimonitor

    pada Point of Common Coupling(PCC) dimana beban dihubungkan yang jauh dari

    pembangkit. Distorsi harmonisa pada PCC ini cenderung menunjukkan distorsi yang

    lebih besar jika arus beban (demand load current) besar dan sebaliknya [1]. Oleh

    karena itu total kandungan harmonisa diukur berdasarkan arus beban LI yang

    disebut dengan TDD ( Total Demand Distortion). Total Demand Distortion adalah :

    %1002

    2

    =

    =

    L

    h

    h

    I

    I

    TDD ...................................................... (2.16)

    Hasil perhitungan sebaiknya tidak melebihi atau sama dengan nilai yang ditetapkan

    oleh standar yang berlaku. Bila hasilnya lebih maka tingkat harmonisa sistem

    membahayakan komponen-komponen sistem dan sebaiknya harus difikirkan cara

    menguranginya. Ada dua kriteria yang digunakan dalam analisis distorsi harmonisa,

    Universitas Sumatera Utara

  • 7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI

    19/25

    limitasi untuk distorsi arus harmonisa dan distorsi tegangan harmonisa. Standar yang

    dipakai untuk limitasi tegangan harmonisa yang terdapat pada PCC adalah IEEE-

    519-1992.

    f. Standar Batas Distorsi Tegangan dan Batas Distorsi Arus

    Standar batas harmonisa tegangan ditentukan oleh tegangan sistem yang

    dipakai seperti Tabel 2.2 [16].

    Tabel 2.2Batas Harmonisa Tegangan Pada Frekuensi FundamentalMenurut Standar IEEE 519-1992

    Tegangan Bus

    Pada PCC

    Distorsi Tegangan

    Individu

    (%)

    Total Distorsi

    Tegangan (THDV)

    (%)

    V 69 kV

    69 kV < V 161 kV

    V > 161 kV

    3.0

    1.5

    1.0

    5.0

    2.5

    1.5

    Standar Batas Harmonisa Arus sesuai standard IEEE 519-1992 dapat dilihat pada

    Tabel 2.3.

    Tabel 2.3 Standard Distorsi Arus untuk Sistem Distribusi

    Distorsi arus harmonisa maksimum dalam % dari IL

    Orde harmonisa individual (ODD harmonics)

    Isc / I < 11L 11 h < 17 17 h < 23 23 h < 35 H 35 THD

    < 20

    20 50

    50 100100 1000

    > 1000

    4

    7

    1012

    15

    2

    3.5

    4.55.5

    7

    1.5

    2.5

    45

    6

    0.6

    1

    1.52

    2.5

    0.3

    0.5

    0.71

    1.4

    5

    8

    1215

    20

    Universitas Sumatera Utara

  • 7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI

    20/25

    dengan:

    ISC

    I

    : arus hubung singkat pada PCC

    L

    THD : Total Harmonic Distortion (%)

    : arus beban fundamental nominal

    ISC adalah arus hubung singkat yang ada pada PCC, IL

    Pada keadaan normal, arus beban setiap fasa dari beban linier yang

    seimbang pada frekuensi dasarnya akan saling menghapuskan sehingga arus

    netralnya menjadi nol. Sebaliknya beban non linier satu fasa akan menimbulkan

    harmonisa kelipatan tiga ganjil yang disebut triplen harmonisa (harmonisa ke-3,

    ke-9, ke-15 dan seterusnya) yang sering disebutzero sequence harmonisa (Tabel 2.4)

    [10].

    adalah arus nominal

    fundamental pada beban.

    Tabel 2.4Polaritas dari komponen harmonisa

    Harmonisa 1 2 3 4 5 6 7 8

    Frekuensi 50 100 150 200 250 300 350 400

    Urutan + - 0 + - 0 + -

    Harmonisa ini dapat menghasilkan arus netral yang lebih tinggi dari arus fasa

    karena saling menjumlah di tiap fasanya. Harmonisa pertama urutan polaritasnya

    adalah positif, harmonisa kedua urutan polaritasnya adalah negatif dan harmonisa

    ketiga urutan polaritasnya adalah nol, harmonisa keempat adalah positif (berulang

    berurutan dan demikian seterusnya).

    Universitas Sumatera Utara

  • 7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI

    21/25

    Akibat yang ditimbulkan oleh arus urutan nol dari komponen harmonisa (Tabel

    2.5) antara lain tingginya arus netral pada sistem tiga fasa empat kawat (sisi

    sekunder transformator) karena arus urutan nol (zero sequence) kawat netral 3 kali

    arus urutan nol masing-masing fasa.

    Tabel 2.5 Akibat dari polaritas komponen harmonisa

    Polaritas

    Urutan

    Dampak dari harmonisa

    Pengaruh Pada Sistem Distribusi

    Positif - Panas

    Negatif - Panas

    - Menghambat atau memperlambat putaran motor

    Nol - Panas

    - Menimbulkan atau menambah arus pada kawat netral

    Pengaruh harmonisa pada transformator sering tanpa disadari keberadaannya sampai

    terjadi gangguan yang penyebabnya tidak jelas. Hal ini dapat juga terjadi bila

    perubahan konfigurasi atau jenis beban yang dicatu. Transformator dan peralatan

    induksi lainnya, selalu terpengaruh oleh harmonisa karena transformator itu sendiri

    dirancang sesuai dengan frekuensi kerjanya, selain itu transformator juga merupakan

    media utama antara pembangkit dengan beban. Frekuensi harmonisa yang lebih

    tinggi dari frekuensi kerjanya akan mengakibatkan penurunan efisiensi atau

    terjadi kerugian daya tambahan pada transformator.

    g. Pengaruh Harmonisa terhadap rugi-rugi Daya Beban

    Rugi daya beban penuh PLLdiperoleh dari dua komponen, yaitu rugi-rugiI2R

    dan rugi-rugi arus pusar PE.[1] [11].

    Universitas Sumatera Utara

  • 7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI

    22/25

    ECLL PRIP +=2 (watt) ................................. (2.17)

    Rugi-rugi I2

    22hIKP ECEC =

    R berbanding lurus terhadap nilai rms arus. Sedangkan rugi-rugi arus

    pusar sebanding dengan kwadrat arus dan frekuensi, dan dapat dihitung melalui

    persamaan:

    ..................................... (2.18)

    dengan KEC

    ( )

    =2

    22

    h

    h

    I

    hIK

    adalah konstanta sebanding. Faktor K biasanya diperoleh dari literatur

    power quality mengenai transformer derating dapat dicari melalui arus harmonisa

    seperti persamaan berikut,

    .......................................... (2.19)

    Hubungan antara faktor K dengan nilai rms total arus harmonisa dalam per unit

    ditunjukkan oleh persamaan,

    REC

    RECh

    PKPI

    + += 1 12 (pu) ......................... (2.20)

    dengan: PEC-R

    h= harmonisa ke h

    = faktor rugi-rugi arus pusar

    Ih

    Untuk menghitung pengaruh harmonisa terhadap rugi-rugi daya transformator

    per unit dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut,

    = arus harmonisa ke h

    ( ) += REChhLL PhIIP 222 (p.u) ........................ (2.21)

    Universitas Sumatera Utara

  • 7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI

    23/25

    dengan:

    PEC-R

    hadalah harmonisa ke-h

    adalah faktor rugi-rugi arus pusar

    Ih

    I

    adalah arus harmonisa ke-h

    h2adalah merupakan komponen rugi-rugiI

    2

    ( ) RECh PhI 22

    Rdalam p.u, sedangkan

    adalah merupakan komponen rugi-rugi arus pusar dalam p.u

    Untuk mencari faktor eddy current lossesdapat dilihat pada nilai PEC-R

    Tabel 2.6 Nilai khusus P

    Tabel 2.6.

    EC-R

    Transformer test data and the procedure in ANSI/IEEE Standard C57.110 [1]

    Type MVA Voltage %PEC-R

    Dry 1

    1.5 1.5

    5 kV HV15 kV HV

    3 8

    12 209 - 15

    Oil-Filled 2.52.5 to 5

    > 5

    480 V LV480 V LV

    480 V LV

    11 5

    9 - 15

    2.5 Sistem Distribusi dan Transformator Distribusi di Kompleks BMM

    Dalam sub bab ini akan dijelaskan diagram satu garis sistem distribusi,

    spesifikasi transformator, jenis komposisi beban dan data gangguan serta perawatan

    transformator di kompleks BMM.

    Gambar 2.9 Diagram satu garis sistem distribusi di Kompleks BMM

    3 Restoran besar 23.100 VA

    2 Restoran biasa 13.200 VA

    10 Ruko dan Perkantoran 22.000 VA

    4 Usaha Internet 17.600 VA

    1 Usaha Cucian (Laundry)10.600 VA

    TM GD

    TR

    Universitas Sumatera Utara

  • 7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI

    24/25

    Diagram satu garis ditunjukkan pada Gambar 2.9. Sedangkan jenis dan jumlah beban

    terpasang seperti ditunjukkan oleh Tabel 2.7 dengan total beban sebesar 86.500 VA.

    2.5.1 Spesifikasi Transformator Distribusi di Kompleks BMM

    Spesifikasi Transformator Distribusi yang terdapat di Kompleks BMM

    Medan adalah seperti di bawah ini,

    Pabrik Pembuat : MORAWA

    Type : Outdoor

    Daya : 160 KVATegangan : 20 KV/400 volt

    Hubungan : Yzn5

    Impedansi : 4%

    Transformator : 3 fasa

    Pendingin : Onan

    2.5.2 Komposisi Beban Terpasang di Kompleks BMM

    Komposisi beban terpasang di kompleks BMM dapat dilihat pada Tabel 2.7

    dibawah ini. Beban tersebut yang dianggap signifikan dan mempunyai andil dalam

    menimbulkan distorsi harmonisa.

    Tabel 2.7 Data beban pelanggan komplek BMM

    Universitas Sumatera Utara

  • 7/26/2019 PAPER TRAFO DISTRIBUSI

    25/25

    No Data beban Daya Jenis beban

    1 3 restoran besar

    VA23100

    VA7700 Air Conditiion, lampu hemat energi,komputer, dll

    2 2 restoran biasa

    VA13200

    VA6600

    Air Conditiion, lampu hemat energi,

    komputer, dll

    3 Ruko dan perkantoran

    berjumlah 10 bangunan VA22000

    VA2200 Air Conditiion, lampu hemat energi,

    komputer, dll

    4 4 usaha warung internet

    VA17600

    VA4400

    Komputer, lampu hemat energi,komputer, dll

    5 1 usaha cucian 10600 VA Mesin cuci, pengering, lampu hemat

    energi, komputer, dll

    Total Beban tersambung 86.500 VA

    2.5.3 Sejarah Perkembangan Transformator Distribusi di Kompleks BMM

    Sejak dibangun pada tahun 2000, Kompleks BMM menggunakan kapasitas

    transformator sebesar 100 kVA. Lalu dengan pesatnya pembangunan dan

    meningkatnya jumlah penghuni kompleks, maka kapasitas transformator perlu

    ditingkatkan. Adapun data gangguan dan penggantian transformator distribusi di

    Kompleks BMM dapat dilihat pada Tabel 2.8.

    Tabel 2.8 Data penggantian transformator distribusi di Kompleks BMMTahun Transformator Kapasitas transformator Pergantian

    Transformator

    lama

    Transformator

    pengganti

    2006 1 kali pergantian Dari 100 kVA

    menjadi 100 kVA

    Unindo Jakarta Sintra Jakarta

    2006 1 kali pergantian Dari 100 kVA menjadi 160kVA

    Sintra Jakarta Unindo Jakarta

    2007 1 kali pergantian Dari 160 kVA menjadi 100

    kVA

    Unindo Jakarta Unindo Jakarta

    2007 1 kali pergantian Dari 100 kVA menjadi 125kVA

    Unindo Jakarta Bambang Jaya

    2007 1 kali pergantian Dari 125 kVA menjadi 100

    kVA

    Bambang Jaya Sintra Jakarta

    2008 2 kali pergantian Dari 100 kVAmenjadi 100 kVA

    Sintra JakartaMorawa Medan

    Morawa MedanBambang Jaya

    2009 1 kali pergantian Dari 100 kVAmenjadi 160 kVA

    Bambang Jaya Morawa Medan