Analisis Penggunaan Sistem PendinginONAN/ONAF untuk Meningkatkan

Efisiensi Trafo Pada Beban Lebih diPLTA Sutami-Malang

Oleh:Aditya Nurhidayat 2212105077Dosen Pembimbing:1. I. G. N Satriyadi Hernanda, S.T., M.T.2. Ir. Sjamsjul Anam, MT.

Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro ITS2014

2

Outline

Latar Belakang Perumusan

Masalah Batasan Masalah Tujuan

Data Transformator

Data Sebelumdigunakan Media Pendinginan

Data dengandiberikan Media Pendinginan

Kesimpulan Saran

Pendahuluan Isi Penutup

Next

3

Suatu trafo pada saat beroperasi, dapat mengalami rugi-rugi daya. Rugi-rugi daya tersebut diubah dalam bentuk

panas, sehingga dapat menyebabkan peningkatantemperatur dari trafo. Semakin besar beban yang

diterima oleh trafo, maka rugi-rugi daya menjadi semakinbesar. Hal ini menyebabkan kenaikan temperatur yang tinggi dan dapat melampaui batas kenaikan temperatur

yang diijinkan, sehingga dapat mengakibatkan kerusakanserta umur dari trafo menjadi pendek.

Latar Belakang

Next

4Perumusan Masalah :

2. Pengaruh penggunaan pendingin ONAN/ONAF padabeban lebih

1. Untuk mengetahui pembebanan transformator ketikamencapai beban lebih

Next

5Batasan Masalah :

1. Perubahan resistansi saat terjadi kenaikan temperatur akibatperubahan beban yang besar

2. Pengaruh pembebanan terhadap kenaikan temperatur dantingkat efisiensi trafo tersebut

3. Pengaruh penggunaan pendingin trafo saat temperaturberubah-ubah diakibatkan pembebanan yang berubah-ubahdan peningkatan efisiensi trafo tersebut.

Next

Data Transformator

Next

Next

Transformator

• Rasio tegangan: a =

• Tes Tanpa Beban Cos(φ0) = Pc/V1*Ie = 12020/11000*6.47

= 0,168891387φ0 = 80.27°

Im = Ie*cos φ0 = 6,47*cos 80.27°= 6,47*0.168891387= 1,0927 Ampere

Ic =Ie*sin φ0 = 6,47*sin 80.27°= 6,47*0.9856= 6,3768 Ampere

ie

Next

Analisis rangkaian ekivalentransformator

• Tes Hubung SingkatRek = Zek = Zek = Rek + jXek

Xek =

R2 = R2 = R1 = X2 = X2 = X1 =

isc

Next

Next

Rangkaian ekivalen trafo

• Pengujian trafo (tes tanpa beban dan teshubung singkat) dilakukan dalam keadaantemperatur yang mengacu terhadaptemperature saat pengujian, yaitu Ta = T0 = 22,5°C. maka nilai resistansi adalah:R1 (22,5°C) = 0,0264 ΩR2 (22,5°C) = 1,7221 ΩRc (22,5°C) = 1,725 kΩ

Next

Nilai Resistansi Trafo saat BebanPenuh (full load)

• Resistansi berubah sesuai dengan perubahantemperatur yang terjadi. Dapat menggunakanpers.:

atau

dimana, tembaga α = 0,00382 , danbesi α = 0,005

Sehingga, dalam keadaan beban penuh, diketahuikenaikan resistansi trafo adalah :R1(75°C)=0,0264*[1+0.00382*(75°-22,5°)]=0,03169 ΩR2(75°C)=1,7221*[1+0.00382*(75°-22,5°)] = 2,06474 ΩRc(75°C)=1725*[1+0.005*(75°-22,5°)]=2177,81 Ω

R = R0 [1+α(T - T0)]

Data Sebelum digunakanmedia Pendinginan

Next

Sirkulasi Natural dari Minyakdan Udara

Next

• Menghitung besarnya arus tiap fasa adalah:

Maka, besar arus yang mengalir pada rangkaiantrafo adalah :

Ic = 6,377A (dari tes tanpa beban)

Next

Rugi-Rugi dan efisiensi TrafoSaat beban penuh

I=

Pload loss(full load)=3x (I1² x R1 + Ic² x Rc + I2² x R2)=3x((2046,97)²x0,03169+(6,377)²x2177,81 +

(146,21)² x 2,06747)= 796631,97 W = 796,63 kW

Dengan memperhatikan rugi-rugi daya trafo dan stray losses pada temperatur 75°C (dari data tes trafo pada tabel4.4) dan untuk standard PT.PLN dengan cos φ0=0,85, dapat diketahui efisiensi trafo saat kondisi beban penuhyaitu :

Next

Menghitung rugi daya terhadap beban variabel:

Misal untuk pembebanan = 0,1x beban penuh:PT = [(0,1)² x 73820 + 11400]

= 12138,2 W

Next

Perubahan Temperatur terhadapBeban Variabel

Menghitung kenaikan temperatur trafo:

Dimana: tipe ONAF (m=0,9)Tfl = 75°C ; Ta = 22,5°C ; Tn =32°C

Maka mencari TF(fl) = Tfl – Ta

=75°C – 22,5°C = 52,5°CSehingga,

Next

Kenaikan temperatur trafo terhadap beban variabel

Beban Rugi-Rugi Trafo/fasaTF (°C) Ta (°C) Tn (°C)

(%) (Watt)10 12138,2 9,09 32 41,0920 14352,8 10,57 32 42,5730 18043,8 12,98 32 44,9840 23211,2 16,29 32 48,2950 29855 20,43 32 52,4360 37975,2 25,36 32 57,3670 47571,8 31,07 32 63,0780 58644,8 37,50 32 69,5090 71194,2 44,66 32 76,66

100 85220 52,50 32 84,50110 100722,2 61,02 32 93,02120 117700,8 70,21 32 102,21130 136155,8 80,04 32 112,04140 156087,2 90,51 32 122,51150 177495 101,61 32 133,61

Next

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

160000

180000

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

Ru

gi-r

ugi

(W

)

Beban (%)

Rugi-Rugi Trafo/fasa

0,0010,0020,0030,0040,0050,0060,0070,0080,0090,00

100,00110,00

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150Ken

aika

n te

mp

erat

ur

min

yak

(°C

)

Beban (%)

Kenaikan Temperatur minyak (°C)

Next

Sama halnya dengan perhitungan dalamkondisi beban penuh, mula-mula perludiketahui perubahan resistansi saat beban dantemperatur berubah-ubah. Dengan temperaturacuan dipakai pada saat kondisi bebanpenuh, yaitu Tn = 75°C, dan resistansi padakondisi ini adalahR1(75°C) = 0,03169 ΩR2(75°C) = 2,06747 ΩRc(75°C) = 3697,86 Ω

Next

Rugi-rugi dan Efisiensi pada BebanTertentu saat Operasi Normal

Perubahan resistansi saat beban berubah-ubah

Beban Tn R1 R2 Rc

(%) (°C) (Ω) (Ω) (Ω)10 41,09 0,0283 1,8444 1885,3120 42,57 0,0284 1,8541 1898,0730 44,98 0,0287 1,8700 1918,9140 48,29 0,0290 1,8917 1947,4050 52,43 0,0294 1,9190 1983,1160 57,36 0,0299 1,9515 2025,7070 63,07 0,0305 1,9890 2074,8880 69,50 0,0311 2,0313 2130,4190 76,66 0,0319 2,0784 2192,09100 84,50 0,0327 2,1300 2259,75110 93,02 0,0335 2,1860 2333,25120 102,21 0,0344 2,2464 2412,46130 112,04 0,0354 2,3111 2497,28140 122,51 0,0365 2,3800 2587,60150 133,61 0,0376 2,4530 2683,33 Next

Perubahan arus terhadap beban variabel

Beban I1 I2 Ic

(%) (Ampere) (Ampere) (Ampere)10 204,69 14,62 6,37720 409,38 29,24 6,37730 614,07 43,86 6,37740 818,76 58,48 6,37750 1023,45 73,1 6,37760 1228,14 87,72 6,37770 1432,83 102,34 6,37780 1637,52 116,96 6,37790 1842,21 131,58 6,377100 2046,9 146,2 6,377110 2251,59 160,82 6,377120 2456,28 175,44 6,377130 2660,97 190,06 6,377140 2865,66 204,68 6,377150 3070,35 219,3 6,377 Next

Rugi-rugi dikumparan dan besi trafo

Beban I1²R1 I2²R2 Ic²Rc

(%) (Watt) (Watt) (Watt)10 1184,64 394,22 76668,3120 4763,57 1585,22 77187,1730 10809,94 3597,32 78034,8040 19440,95 6469,54 79193,2050 30813,88 10254,21 80645,5460 45123,12 15016,03 82377,5570 62598,10 20831,33 84377,4480 83501,75 27787,63 86635,5390 108129,38 35983,19 89143,76100 136807,75 45526,75 91895,29110 169894,25 56537,24 94884,25120 207776,25 69143,58 98105,54130 250870,53 83484,45 101554,64140 299622,75 99708,16 105227,55150 354506,93 117972,47 109120,63 Next

Rugi daya total dan efisiensi trafo

Beban Ploss total Stray losses Efisiensi(%) (Watt) (Watt) (%)10 234741,51 9290 93,1420 250607,86 9290 96,2330 277326,17 9290 97,2040 315311,05 9290 97,6150 365140,90 9290 97,7960 427550,08 9290 97,8570 503420,60 9290 97,8480 593774,73 9290 97,7890 699769,00 9290 97,68

100 822689,35 9290 97,55110 963947,20 9290 97,40120 1125076,08 9290 97,23130 1307728,87 9290 97,03140 1513675,37 9290 96,82150 1744800,11 9290 96,59 Next

0,00200000,00400000,00600000,00800000,00

1000000,001200000,001400000,001600000,001800000,002000000,00

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

Ru

gi to

tal (

Wat

t)

Beban (%)

Rugi total (Watt)

90,00

91,00

92,00

93,00

94,00

95,00

96,00

97,00

98,00

99,00

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

Efi

sien

si (%

)

Beban (%)

Efisiensi

Next

Data dengan diberikan media Pendinginan

Next

Sirkulasi minyak natural,ventilasi udara denga udara paksaan

Next

Dimana, TON = 75°C ; TOFF = 60°Cρ=1,293 kg/m³ ; Cp=1,004 kWs / (kg.K)

Maka,ΔT = TON - TOFF

= 75°C - 60°C = 15°C

Next

Penyalaan Media Kipas

ketika temperatur mencapai 75°C, diambilpendekatan untuk beban 90% (Tn =76,66°C)

Q =

Next

Resistansi,rugi daya dan efisiensi dari trafo padatemperatur 60°C adalah:R1 (60°C)=0,03169*[1+0,00382*(60°-75°)]=0,02987

ΩR2 (60°C)=2,06747*[1+0,00382*(60°-75°)]=1,94900

ΩRc (60°C)=2177,81*[1+0.005*(60°-75°)]= 2014,47 Ω

Ploss = 3 x (I1² x R1 + Ic² x Rc + I2² x R2)= 3x((1842,21)² x 0,01125 + (6,377)² x 1996,41 +

(131,58)² x 1,94613 )= 459179,22 Watt

η =

Next

Kenaikan temperatur berikutnya dapatdapat diketahui sbb:Dimana, Q = 21,03 m³/s ; KΔT = 1,0549Maka,

Ternyata didapatkan perbedaan nilai ΔT antara beban 90% dengan 100%, yaitusebesar 17,55° - 15° = 2,55°C. Sehinggadidapatkan temperatur akhir dari trafo = 2,55° + 60° = 62,55°C.

Next

Resistansi,rugi daya dan efisiensi dari trafo padatemperatur 62,5°C adalah: R1(62,55°C)=0,01207*[1+0,00382*(62,55°-76,66°)]=0,01136 Ω R2(62,55°C)=2,0784*[1+0,00382*(62,55°-76,66°)]=1,96640 Ω Rc (62,55°C)=2177,81*[1+ 0,005*(62,55°-76,66°)]=2024,2 Ω

Ploss = 3 x (I1² x R1 + Ic² x Rc + I2² x R2)=3x((2046,9)²x0,01136+(6,377)²x2024,2+(146.2)²x1,96640)

= 515829,6 Watt

η =

Next

Resistansi pada beban bervariasi dengan diberikanpendinginan media kipas

Beban ΔT Tn R1 R2 Rc

(%) (°C) (°C) (Ω) (Ω) (Ω)

90 15,00 60,00 0,01125 1,94613 1996,41

100 17,55 62,55 0,01136 1,96640 2024,20

110 20,49 65,49 0,01150 1,98969 2056,14

120 23,83 68,83 0,01165 2,01624 2092,55

130 27,62 72,62 0,01182 2,04632 2133,82

140 31,89 76,89 0,01202 2,08024 2180,33

150 36,68 81,68 0,01224 2,11828 2232,51

Next

Rugi-rugi di kumparan dan besi trafo saat diberikanpendinginan oleh media kipas

Beban I1²R1 I2²R2 Ic²Rc

(%) (Watt) (Watt) (Watt)

90 38164,95 33693,98 81186,08

100 47607,95 42030,75 82316,57

110 58287,73 51459,41 83615,22

120 70292,85 62058,14 85096,02

130 83727,49 73918,94 86774,07

140 98713,33 87149,20 88665,50

150 115391,45 101873,51 90787,54

Next

Rugi daya total dan efisiensi trafo saat diberikanpendinginan oleh media kipas

Beban Ploss Total Stray Losses Daya Kipas Effisiensi

(%) (Watt) (Watt) (Watt) (%)

90 459135,04 9290 3980,45 98,45

100 515865,82 9290 3980,45 98,43

110 580087,09 9290 3980,45 98,40

120 652341,05 9290 3980,45 98,36

130 733261,50 9290 3980,45 98,30

140 823584,12 9290 3980,45 98,23

150 924157,50 9290 3980,45 98,15

Next

Perbandingan temperatur minyak trafo sebelum dansesudah diberikan pendinginan

0

20

40

60

80

100

120

140

160

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

Tem

per

atu

rm

inya

k(°

C)

Beban (%)

natural forced

Next

Perbedaan rugi-rugi saat sebelum dan sesudah diberikanpendinginan oleh media kipas

0

200000

400000

600000

800000

1000000

1200000

1400000

1600000

1800000

2000000

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

Ru

gi-r

ugi

(Wat

t)

Beban (%)

Ploss Total (Watt) PlossTotal kipas (Watt)

Next

Perbedaan efisiensi sebelum dan sesudah diberikanpendinginan oleh media kipas

90

91

92

93

94

95

96

97

98

99

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

efis

ien

si(%

)

Beban (%)

Effisiensi (%) ONAN Effisiensi (%) kipas

Next

KESIMPULAN

Resistansi suatu rangkaian ekivalen transformator dapat berubah-ubahdengan nilai yang berbanding lurus dengan perubahan temperatur. Semakintinggi temperatur, maka resistansi juga akan semakin besar. Dibandingkanresistansi antara tanpa beban dan saat beban penuh, didapat nilai kenaikanresistansi sekitar 1,2x-nya saat resistansi beban penuh (temperatur 75°C)terhadap resistansi tanpa beban (temperatur 22.5°C).

Semakin besar beban yang diterima oleh transformator, menyebabkan rugi-rugi menjadi besar dan menyebabkan temperatur dari transformatormeningkat. Dimana kenaikan rugi-rugi daya ini mendekati linier terhadapkenaikan beban dan kenaikan titik puncak efisiensi dicapai pada beban 60-70%.

Next

Dengan menjaga batas temperatur yang diijinkan, maka transformator dapatdibebani lebih besar tapi baiknya dibatasi hingga beban 140%.

KESIMPULAN

Rugi-rugi daya transformator menjadi lebih kecil saat penyalaan kipasdibanding pada pendingin udara natural ketika beban mencapai 90% atauketika temperatur mencapai sekitar 75°C. Sehingga mengakibatkan nilaiefisiensi mengalami kenaikan sekitar 1% antara beban menggunakan udaranatural dengan udara paksa (penyalaan kipas).

Next

SARAN

Untuk setting penyalaan kipas, sebaiknya disetting pada temperatur yang lebih rendah (bias kurang dari 75°C) agar dapat diperoleh manfaat daripenggunaan pendingin secara maksimal.

Transformator dapat dibebani lebih dari lebih dari 140% secara optimal dantetap berada pada batas temperatur yang diijinkan, salah satunya bisamenambahkan group penyalaan media kipas.

Next

[1]. Abdul Kadir, Transformator, Jakarta: PT. Elex Media Komputindo, 1989.[2]. Bharat Heavy Electrical, Transformer, New Delhi : Tata McGraw-Hill Publishing

Company Ltd.,2003.[3]. Bernard Hochart, Power Transformer Handbook, Saint-Ouen :Alsthom

Transformer Division, 1980.[4]. Charles I. Hubert, Preventive Maintenance of Electrical Equipment, USA :

McGraw Hill Book Company, 1969.[5]. GerdBalzer, Bernhard Boehle, Kurt Haneke, Hans George Kaiser, Rolf

Pohlmann, Wolfgang Tettenborn, Switchgear Manual-ninth edition, Mannheim : ABB SchaltanlagenGmbh, 1987.

[6]. J.E. Hobson, R.L. Witzke, Transmission and Distribution, Westing House, 1976.[7]. Log Sheet Pengoperasian GI Sutami Malang, Malang : PT. PLTA PJB, 1 April

2014.[8]. Osaka Transformer Co.LTD manual book, Osaka : Osaka Transformer

Company, 1981.[9]. Siswanto, Power Transformer Fault Diagnostics, Jakarta : IMC, 2009[10]. WijayaMochtar, Dasar-dasarMesinListrik, Jakarta :Djambatan, 2001.[11]. Zuhal, DasarTenagaListrik, Bandung : ITB, 1991.[12]. www.abb.com

Daftar Pustaka

LAMPIRAN

Trafo GI Sutami MalangStandardMVA RatingTegangan PrimerTegangan SekunderFrekuensiTipe TrafoImpedansiPendinginan

JEC-168 (1988)39 MVA11 kV154 kV50 Hz3x1 fasa, hubungan Y/Δ5%ONAN/ONAF

previous

LAMPIRAN

tap position Connection (V)

Name Plate

Measured Error (%)

HV LV HV LV Ratio

1 161000/√3 11000 8,4503 +0.05

2 154000/√3 11000 8,0829 +0.03

3 147000/√3 11000 7,7155 ±0.00

LAMPIRAN

tegangan=> V1 (kV) V1 10,45V2 11V3 11,55Vav 11

arus=> Ie (Ampere) I1 3,51test tanpa I2 5,58beban I3 10,32

Iav 6,47daya=> P1 (kW) W1 9,6

W2 11,58W3 14,88Wav 12,02

Rugi besi (kW) Pfe 11,4tegangan=> Vsc (kV) V1 8,93

V2 8,65V3 8,65Vav 8,74

arus=> Isc (Ampere) I1 140I2 146

test hubung I3 153singkat Iav 146,33

daya=> Psc (kW) W1 71,25W2 72,5W3 77,5Wav 73,75

rugi tembaga (kW) Pcu 94,51

LAMPIRAN

Temperatur 22.5°C 75°C

Wtot (Watt) 61320 73820

Ip²Rp (Watt) 34700 41780

Is²Rs (Watt) 26620 32040

Stray Losses (Watt) 11180 9290

LAMPIRAN

Bagian-bagian trafo Metode pengukuran temperatur

Batas kenaikan temperature (°C)

BS-171 IEC-76 JEC-168

Kumparan Sirkulasi minyaknatural

Metode resistansi

65 65 75

Sirkulasi minyakpaksaan

Metoderesistansi

65 65 65

Minyak Minyak yang kontak langsung dengan atmosfer

Metodethermometer

55 55 55

Minyak yang tidak kontak

langsung dengan atmosfer

Metode termometer

60 60 60

LAMPIRAN

Material Koefisien temperatur, Ω/°CAlumuniumAntimoniumBismuthKuninganTembagaSilverBesiMagnesiumMercuryMonel metalNichromeNikelPlatinumBajaTungstenSeng

0.00390.00360.0040.0020.003820.00380.0050.0040.000890.0020.00040.0060.0030.00420.00450.0037