mesin arus bolak balik - share...

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id

TE091403

Institut Teknologi Sepuluh NopemberAugust, 2012

Mesin Arus Bolak balik

Part 2 : TRAFO

1

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id

ACARA PERKULIAHAN DAN KOMPETENSIACARA PERKULIAHAN DAN KOMPETENSI2

Pertemuanke-

Kompetensi Dasar

Materi Pokok Indikator keberhasilanProsentase

materi4-7 Memahami

Transformator1. Macam trafo dalam

sistem keelektrikan2. Trafo ideal3. Trafo tidak ideal4. Trafo multi fasa5. Rangkaian Ekivalen6. Testing trafo7. Regulasi Tegangan8. Daya dan efisiensi9. Kerja paralel10. Autotrafo11. Tap changers12. Induksi Regulator

1. Mampu menjelaskan terbangkitnya tegangan induksi pada transformator

2. Mampu menjelaskan aliran daya pada transformator.

3. Mampu menjelaskan penoperasian transformator 3 phasa.

28%

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 3

KONTRUKSI TRAFO

TIPE : Core-form TIPE : Shell-form

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 4

TRAFO IDEAL

Persamaan Tegangan dan Arus untuk trafo ideal

Daya pada trafo Ideal

=

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 5

Transformasi Impedansi untuk trafo Ideal

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 6

Operasi pada Trafo tidak Ideal(OPERATION OF REAL TRANSFORMER)

Operasi tanpa beban (No-load operation)

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 7

Arus tanpa Beban (No-load current) :

1. Arus magnetisasi, im adalah arus yang diperlukan untukmembangkitkan fluks pada inti trafo.

2. Arus rugi-inti, ih+e adalah arus yang dikonversikan menjadi rugihisterisis dan rugi daya karena arus eddy

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 8

Arus magnetisasi (Magnetizing Current):

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 9

Arus magnetisasi:

1. Arus magnetisasi pada trafo tidak berbentuk sinusoidal2. Ketika mencapai puncak fluks terjadi saturasi pada inti trafo, sehingga

untuk menaikkan fluks sedikit saja diperlukan arus magnetisasi yang sangat besar.

3. Komponen fundamental dari arus magnetisasi pada inti tertinggal 90 °terhadap tegangan.

4. Komponen frekuensi yang lebih tinggi pada arus magnetisasimenyebabkan komponen harmonik yang lebih besar

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 10

Arus rugi-inti (Core-loss Current):1. Arus rugi-inti mempunyai bentuk yang tidak liniear karena efek ketidak-

liniearan dari histerisis.2. Komponen fundamental dari arus rugi-inti mempunya fasa yang sama dengan

tegangan pada inti.

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 11

Kurva histerisis trafo (Hysteresis Curve of Transformer)

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 12

Rangkaian ekuivalen untuk trafo tidak ideal(Equivalent Circuit of a Real Transformer)

• Rugi tembaga (Copper losses)•Rugi arus-Eddy (Eddy current losses)•Rugi histerisis (Hysteresis losses)•Fluks bocor (Leakage flux)

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 13

Pendekatan rangkaian ekuivalen trafo tidak ideal(Approximate Equivalent Circuit of a Real Transformer)

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 14

Penyederhanaan rangkaian ekuivalen trafo tidak ideal(Simplified Equivalent Circuit of a Real Transformer)

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 15

Menghitung parameter dari trafo tidak ideal(Determining the Parameter of a Real Transformer)

Test hubung-terbuka (Open-circuit Test):1. Menghitung nilai dari xm2. Menghitung nilai dari rc

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 16

Determining the Parameter of a Real Transformer

Test hubung terbuka (Open-circuit Test)

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 17

Determining the Parameter of a Real Transformer

Test Hubung singkat (hort-circuit Test)1. Menghitung nilai dari re2. Menghitung nilai dari xe

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 18

Determining the Parameter of a Real Transformer

Test hubung singkat (Short-circuit Test)

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 19

a. Cari dan hitunglah rangkaian ekivalen trafo dengan referensi padakumparan tegangan tinggi-nya

b. Hitunglah regulasi tegangan beban penuh pada pf 0.8 tertinggal.c. Hitunglah rugi-rugi yang terjadi pada pengoperasian poin (b)

POC

Contoh 2-2.Impedansi rangkaian ekuivalen dari trafo 20-kVA, 8000/240-V, 60-Hz, akan dihitung berdasarkan test hubung singkat dan hubung terbuka padasisi kumparan primer. Dari test tersebut dihasilkan nilai-nilai sepertiyang terdapat pada table dibawah ini.

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 20

Regulasi tegangan pada Trafo(Voltage Regulation of Transformer)

Regulasitegangan pada saat beban-penuh atau Full-load voltage regulation (VR):

Keyword to calculate VR: VOLTAGE DROP

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 21

Carilah rangkaian ekuivalen trafo dengan mengacu pada sisi kumparantegangan rendah- nya

POC

Contoh 2-2.Impedansi rangkaian ekuivalen dari trafo 20-kVA, 8000/240-V, 60-Hz, akan dihitung berdasarkan test hubung singkat dan hubung terbuka padasisi kumparan primer. Dari test tersebut dihasilkan nilai-nilai sepertiyang terdapat pada table dibawah ini.

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 22

Diagram Phasor untuk Trafo

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 23

Beban indukif(Inductive Load)

Beban resistif(Resistive Load)

Beban kapasitif(Capacitive Load)

Diagram Phasor untuk Trafo

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 24

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 25

Efisiensi trafo (Efficiency of Transformer)Terdapat tiga jenis rugi-rugi pada trafo:

1. Rugi tembaga (PR) . Rugi ini dinyatakan/direpresentasikandengan resistansi seri pada rangkaian ekivalen.

2. Rugi Hysterisis

3. Rugi arus-Eddy

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 26

Autotrafo (Autotransformer)

AutotransformerConventional transformer

Series Winding

Common Winding

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 27

Autotrafo (Autotransformer)

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 28

1. Digunakan untuk keperluan khusus, yaitu jika rating tegangan primer

dan sekunder tidak jauh berbeda.

2. Tidak terdapat isolasi antara kumparan primer dan sekunder

3. Memerlukan material magnetik yang lebih sedikit untuk rating KVA

yang sama dibandingkan trafo pada umumnya.

4. Dapat dioperasikan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan

(step-up or step down).

Autotrafo (Autotransformer)

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 29

Step-up & Step-down Autotransformer

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 30

Tegangan dan Arus pada Autotransformer

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 31

Tegangan dan Arus pada Autotransformer

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 32

Sin

Sout

Rating daya pada Autotransformer

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 33

Mengeliminaasi IH dari persamaanmenggunakan

Rating daya pada Autotransformer

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 34

Polaritas Trafo (Polarity of Transformer)

Subtractive PolarityE = E1 – E2

Jumper for test

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 35

Additive Polarity

E = E1 + E2

Jumper for test

Polaritas Trafo (Polarity of Transformer)

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 36

Trafo Tiga-phasa (THREE PHASE TRANSFORMER)Hampir semua sistem pembangkit dan distribusi di dunia inimenggunakan sistem tiga phasa, sehingga penggunaan trafo tigaphasa sangat penting untuk menopang sistem tersebut.

Salah satu cara yang paling mudahadalah menggunakan tiga trafo satuphasa yang dirangkai menjadi tigaphasaSebagai alternatif adalah membuattrafo tiga phasa yang terdiri dari tigaset belitan yang digulung pada satuinti besi.

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 37

Implementasi trafo tiga phasa

3 x satu phasa 1 x tiga phasa

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 38

Jenis dari trafo tiga phasa

Tipe Core (Core Type)

Tipe Shell (Shell Type)

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 39

Koneksi Trafo (Transformer Connections)

Belitan primer dan sekunder trafo dapat secara independen dihubungkan wye(Y) ataupun delta (d). Hal ini memberikan empat kemungkinan koneksi dari trafo tigaphasa, yaitu :

Setiap phasa pada trafo tiga phasa mempunyai karakteristik seperti trafosatu phasa yang sudah dipelajari.

Impedansi, regulasi tegangan, effisiensi dan perhitungan sejenis untuk trafo tiga phasadapat dilakukan dengan berbasis satu phasa menggunakan cara yang sama seperti yang telah dipelajari pda trafo satu phasa.

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 40

Trafo dengan koneksi Y-Y

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 41

Diagram tegangan

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 42

Permasalahan pada Trafo dengan koneksi Y-y

•Menggunakan pentanahan langsung (Solidly ground) di titik netral trafo

•Menambahkan belitan ke-tiga (tertiary winding) yang dikoneksikan delta.

•Jika beban pada rangkaian trafo tidak seimbang, makategangan pada phasa trafo menjadi sangat tidak seimbang.

•Harmonik ke tiga menjadi besar

Solusi

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 43

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 44

Trafo dengan koneksi Y-D

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 45

Diagram Tegangan

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 46

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 47

Karakteristik trafo dengan koneksi Y-D

•Harmonik ketiga terperangkap tersirkulasi di sisi delta, sehinggatidak timbul masalah dengan harmonik ke tiga.

•Lebih stabil terhadap operasi beban yang tidak seimbang

•Tegangan sisi sekunder bergeser 30° tertinggal (lagging) terhadap tegangan sisi primer.

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 48

Trafo dengan koneksi D-Y

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 49

Diagram tegangan

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 50

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 51

Trafo dengan koneksi D-D

Tidak mempunyai permasalahan dengan pergeseran phasa, ketidakseimbangan dan harmonik ke tiga

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 52

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 53

Diagram Tegangan

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 54

Operasi Parallel Trafo

Alasan mengapa mengoperasikan paralel dua atau lebihtrafo.

•Beban bertambah sehingga melebihi kapasitas trafo.•Lebih murah/ekonomis dibandingkan denganmengganti trafo dengan kapasitas yang lebih besar

•Memiliki kelebihan jika ditinjau dari segi keandalan.

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 55

Jika beban melebihi rating transformator, maka perlu menghubungkan transformator kedua secaraparalel dengan transformator pertama.

Kumparan primer terhubung ke bus bar sumber, sedangkan kumparan sekunder dihubungkan ke bus bar beban.

Pada saat mem-paralel-kan trafo, polaritas yang sama dari trafo yang di paralelkan harus terhubung kebus bar yang sama.

Jika tidak, EMF induksi pada kedua trafo di kumparan sekunder yang mempunyai polaritas berbedaakan menghasilkan rangkaian ekivalen hubung singkat yang fatal/mematikan.

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 56

Kerja paralel trafo (Paralleling Transformer)

Bagaimana pengoperasikan dua atau lebih trafo secara paralel?

•Semua trafo harus dihubungkan secara tepat menurut polaritasnyamenyebabkan gangguan seperti kasus hubung singkat.

•Trafo yang diparalelkan harus mempunyai perbedaan sudut phasa nol pada sisisekunder dan urutan phasa harus dihubungkan dengan tepatmenyebabkanarus putar (circulating current) dan dapat berakibat gangguan.

•Semua trafo harus mempunyai ratio tegangan yang sama untuk menghindariarus putar (circulating current) pada kondisi beban nolmeningkatnya rugi-rugi tembaga

•Impedansi dasar per unit(berdasarkan rating MVA) setiap trafo harus samaatau perbedaan harus sekecil mungkin mengakibatkan pembebanan yang tidak seragam/tidak sama.

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 57

Perbagian beban pada kerja paralel trafo(Load Division in Paralleling Transformer)

Trafo akan terbebani secara proportiaonal dengan perhitungan sebagai berikut:

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 58

Contoh

Trafo satu phasa 600-kVA dengan resistansi 0.012-pu dan reaktansi 0.06-pu dihubungkan paralel dengan trafo 300-kVA, resistansi 0.014-pu, reaktansi0.045-pu. Kedua trafo harus menanggung beban bersama 800-kVA, pf 0.8 tertinggal. Hitunglah bagaimana kedua trafo membagi bebannya jika tegangansisi sekunder kedua trafo adalah 440-Volt.

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 59

Perbedaan rasio tegangan (Unequal Voltage Ratio)

Jika Vnl trafo-trafo tersebut tidak sama

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 60

Effisiensi maksimum (Maximum Efficiency)

Efisiensi maksimum tercapai jika rugi tembaga dan rugi inti adalah sama

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 61

Effisiensi maksimum (Maximum Efficiency)

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 62

Contoh

Hasil test Trafo 20-kVA adalah sebagai berikut:

Voltage (V) Current (A) Power (W)OC test 200 4 120SC test 60 10 300

a. Hitunglah efisiensi trafo ketika dibebani penuh dengan pf 0.8 tertinggal (lagging)

b. Hitunglah efisiensi maksimum dan pembebanannya pada pf sepertisoal diatas.

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 63

Effisiensi harian (All-day Efficiency)

Rugi inti adalah konstan, tidak tergantung beban

Efisiensi harian tergantung pada “bagaimana trafodibebani dalam sehari atau 24 jam”

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 64

Contoh

Sebuah trafo mempunyai efisiensi maksimum 98% ketika dibebani 15-kVA dengan pf 1 (unity power factor). Bandingkan efisiensi hariannya untukpembebanan sebagai berikut :a. Beban penuh 20-kVA selama 12jam/hari dan tanpa beban untuk waktu yang

lainb. Beban penuh 20 kVA selama 4jam/hari dan 0.4 beban penuh untuk waktu

yang lain

Diasumsikan trafo selalu dibebani dengan pf. 1 (unity power factor) setiap hari.

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 65

Trafo tiga belitan (Three Winding Transformer)

Tujuan penggunaan belitan ke-tiga (tertiary winding)

•Untuk men-suplai peralatan di substation (gardu induk/switchgear) yang mempunyai tegangan berbeda dengan belitan primer dan sekunder.•Kompensator statis atau berputar (stator or rotating compensator) dapat dihubungkan ke belitan ini untuk keperluan injeksi daya reaktif•Untuk menstabilkan kondisi beban tidak seimbang•Mereduksi tegangan harmonisa ke-3•Sebagai titik pengukuran dan pengetesan.

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 66

Suplai tiga phasa dari dua trafo(Three Phase Supply from Two Transformers)

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 67

Rangkaian Open-Delta (Open Delta Connection)

Sumber tiga phasa-Beban tiga phasa

-

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 68

+Salah satu dari trafo mengkonsumsi daya

reaktif sementara yang lain membangkitkan

Batasan kemampuan daya reaktif adalah0.577

X

X

X

X

X

X

XX

Rangkaian Open-Delta (Open Delta Connection)

Part 2 : TRAFOMesin Arus Bolak Balik

Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 69

a. Carilah rangkaian ekivalen trafo dengan acuan sisi tegangan tinggib. Hitunglah regulasi tegangan beban penuh pada pf 0.8 tertinggalc. Hitunglah rugi-rugi trafo pada point b.

69

POC

Contoh 2-2.Impedansi rangkaian ekuivalen dari trafo 20-kVA, 8000/240-V, 60-Hz, akan dihitung berdasarkan test hubung singkat dan hubung terbuka padasisi kumparan primer. Dari test tersebut dihasilkan nilai-nilai sepertiyang terdapat pada table dibawah ini.