analisis pengaruh power quality pada transformator dan motor
advertisement
Prosiding SENTIA 2016 – Politeknik Negeri Malang Volume 8 – ISSN: 2085-2347 ANALISIS PENGARUH POWER QUALITY PADA TRANSFORMATOR DAN MOTOR INDUKSI 3 FASA Achmad Ridwan1, Rendra Vivaldy1Sabar Setiawidayat2, Mohamad Mukhsin2 1 Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Widyagama Malang Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Widyagama Malang 1 [email protected], [email protected], [email protected], 2 Abstrak Power quality adalah persoalan perubahan bentuk tegangan, arus atau frekuensi yang dapat menyebabkan kegagalan atau misoperation peralatan, baik peralatan di sisi supply maupun di sisi peralatan konsumen. Permasalahan power quality diantaranya adalah unbalance voltage, over / under voltage, dan harmonisa. Pengujian transformator dan motor induksi 3 fasa pada kondisi gangguan power quality bertujuan untuk menguji performa transformator dan motor induksi 3 fasa antara lain efisiensi transformator dan besar rugi – rugi transformator. Pengujian transformator dilakukan dengan cara membandingkan beban yang terpasang yakni beban linier berupa beban lampu dan beban non linier berupa rectifier 3 fasa dan rectifier 1 fasa. Rectifier 3 fasa, sementara pengujian motor induksi 3 fasa dilakukan dengan cara menginjeksi sumber dengan beban non linier. Hasil pengujian menunjukan bahwa pada transformator, harmonisa arus mengakibatkan pada meningkatnya rugi tembaga (Pcu) pada transformator sedangkan harmonisa tegangan mengakibatkan meningkatnya rugi inti (Pcore). Pada kondisi over voltage rugi inti mengalami kenaikan paling besar. Rectifier 1 fasa yang terpasang pada fasa R memberikan kontribusi ketidaksetimbangan tegangan dan arus. Sementara untuk motor induksi 3 fasa didapat hasil yang sama yakni rugi-rugi total injeksi beban non linear pada sumber mengalami kenaikan dibanding sumber tanpa injeksi beban linier. Kata kunci : Power quality, Harmonisa,Undervoltage, Overvoltage, transformator,motor induksi 3 fasa, rectifier, beban linier, dan beban non linier. merekayasa bentuk gelombang arus dan tegangan listrik, termasuk didalamnya besar dan bentuk gelombang serta kandungan harmonisanya. Untuk rekayasa unbalance dan under voltage digunakan regulator untuk mengatur tegangan. Modul power quality tersebut yakni berupa beban linier berupa beban lampu dan beban non linier berupa rectifier 3 fasa dan rectifier 1 fasa. Rectifier 3 fasa, sementara pengujian motor induksi 3 fasa dilakukan dengan cara menginjeksi sumber dengan beban non linier. 1. Pendahuluan Masalah power quality adalah persoalan perubahan bentuk tegangan, arus atau frekuensi yang dapat menyebabkan kegagalan atau misoperation peralatan, baik peralatan di sisi supply maupun sisi peralatan konsumen [1]. Permasalahan power quality diantaranya adalah unbalance voltage, over / under voltage, dan harmonisa. Unbalance voltage adalah fenomena ketidakseimbangan tegangan terjadi sebagai akibat ketidakksamaan magnitude dan/atau sudut fasa pada setiap tegangan. Undervoltage adalah peristiwa penurunan tegangan yang terjadi secara berkepanjangan. Harmonisa adalah deretan gelombang arus atau tegangan yang frekuensinya merupakan kelipatan bilangan bulat dari frekuensi dasar tegangan atau arus itu sendiri. Pengujian transformator dan motor induksi 3 fasa pada kondisi gangguan power quality bertujuan untuk menguji performa transformator dan motor induksi 3 fasa antara lain effisiensi transformator dan besar rugi – rugi transformator. Untuk menunjang pembelajaran maka dibuat studi analisis pengaruh power quality pada transformator dan motor induksi 3 fasa. Dalam pungujian power quality pada transformator dan motor induksi 3 fasa menggunakan modul yang 2. Pembahasan 2.1 Tinjauan Pustaka Harmonisa adalah komponen suatu fungsi yang frekuensinya adalah kelipatan bulat dari frekuensi fundamental system [7]. Gelombang harmonisa ini akan menumpang pada gelombang sinus murni (frekuensi fundamental) sehingga akan terbentuk cacat gelombang (distorsi) yang merupakan hasil penjumlahan gelombang sinus murni dengan gelombang harmonisa. B-70 Prosiding SENTIA 2016 – Politeknik Negeri Malang Volume 8 – ISSN: 2085-2347 merekayasa gangguan power quality yakni harmonisa, unbalance voltage, under dan over volatage yang digunakan sebagai alat untuk menganalisa kinerja dari transformator. Data dari modul power quality tersebut akan ditampilkan pada power meter. Parameter yang akan dianalisa yakni rugi – rugi pada transformator dan motor induksi 3 fasa. Line Bus Gambar 1 Gelombang Hasil Penjumlahan Gelombang Sinus Murni dengan Gelombang Harmonisa 3Ο 4N Power Meter TR Step down Sinyal harmonisa memiliki sifat distrukstif terhadap sinyal fundamental serta nilai RMS sinyal secara keseluruhan. Prosentase besarnya gangguan dari harmonisa terhadap sinyal fundamental dinotasikan dalam bentuk Prosentase Total Harmonic Distortion (THD). 3Ο 4N Bus Load TR step up M GS Load Linier & non Linier Motor Generator Gambar 2 Single line diagram Nilai THD untuk arus dinyatakan sebagai berikut ππ»π·π = 2 √∑π π=2 πΌπ πΌ1 (1) Dimana : In : Arus rms harmonisa ke – n I1 : Arus rms fundamental Nilai THD untuk tegangan dinyatakan sebagai berikut ππ»π·π£ = 2 √∑π π=2 ππ π1 Gambar 3 Modul rekayasa power quality (2) 2.3 Pengujian dan analisis Dimana : Vn : Tegangan rms harmonisa ke – n V1 : Tegangan rms fundamental Ketidakseimbangan (unbalance) dari tegangan maupun arus dapat berakibat pada menurunnya performa dari beban 3 fasa yang dicatunya[9]. Sedangkan tinggi rendahnya tegangan yang berada di luar daerah aman (batas – batas toleransi) akan menggangu bahkan dapat menyebabkan kerusakan baik pada perangkat keras maupun perangkat lunaknya. Pengujian transformator terdiri dari pengujian transformator tanpa beban dan berbeban. Pengujian tanpa beban bertujuan untuk mengetahui parameter dari transformator, sedangkan pengujian berbeban untuk menguji pengaruh power quality pada kinerja transformator. Pengujian tanpa beban terdiri dari pengujian open circuit dan close circuit, rangkaian seperti gambar 3, dan hasil pengujian seperti pada tabel 1. W TRAFO 0V A 110 V 2.2 Perancangan sistem AC Berikut ini single line diagram konfigurasi sistem tenaga listrik yang mana dalam skripsi ini akan dianalisa pengaruh variasi beban yang mempengaruhi power quality terhadap kinerja transformator. Rectifier satu fasa dan tiga fasa sebagai pemicu harmonisa. Selain itu tidak seimbangnya beban antar fasa juga berakibat ketidaksetimbangan tegangan (unbalance voltage). Hal-hal tersebut sangat mempengaruhi kinerja dari transformator dan motor induksi 3 fasa. Modul tersebut V 220 V 0V (a) 0V W AC TRAFO 110 V A V 220 V 0V (b) Gambar 4 Rangkaian (a) open circuit dan (b) short circuit B-71 Prosiding SENTIA 2016 – Politeknik Negeri Malang Volume 8 – ISSN: 2085-2347 Tabel 1 Hasil pengujian transformator tanpa beban Tabel 2 hasil pengujian transformator berbeban Pengujian transformator berbeban terdiri dari pengujian dengan beban linier dan non linier, serta kondisi under voltage dan over voltage. TRAFO1 N R 0 TRAFO2 220V 0 TRAFO3 220V 0 220V S 110V 110V 0 T CT1 110V 0 CT2 0 CT3 POWER METER Tabel 3 Hasil pengujian under dan over voltage I1+I2+I3+ I1- I2- I3- V1V2 V3VN KONEKSI INPUT PM RECTIFIER 3 FASA RECTIFIER 1 FASA TERKONTROL INPUT OUTPUT M MOTOR DC Gambar 5 Rangkaian pengujian transformator berbeban Untuk pengujian motor induksi 3 fasa beban non linier diposisikan sebagai injeksi gangguan pada sumber tegangan. Rangkaian seperti pada gambar 6 dan hasil pengujian pada tabel 4. Sementara pengujian over dan under voltage dengan cara menaikan dan menurunkan tegangan sumber motor pada kisaran 10 %, hasil pengujian pada tabel 5. Line bus R S T N Input Tegangan Input Arus Beban linier dan non linier M Motor 3 fasa Gambar 6 Rangkaian pengujian motor induksi 3 fasa B-72 Prosiding SENTIA 2016 – Politeknik Negeri Malang Volume 8 – ISSN: 2085-2347 Tabel 4 Hasil pengujian motor induksi 3 fasa πππππ = 2 ∑π π=2 ππ π π (6) Dengan menggunakan persamaan diatas diadapat rugi pada transformator seperti pada tabel 6. Gambar 7 dan gambar 8 menunjukan grafik rugi tembaga dan rugi inti pada transformator, pada grafik tersebut menunjukan ada peningkatan rugi tembaga ketika transformator diberikan beban non linier, hal ini seiring dengan peningkatan THD arus seperti pada tabel 2. Sementra rugi inti meningkat paling tinggi pada kondisi over voltage. Tabel 6 Rugi – rugi pada transformator Tabel 5 Hasil pengujian over dan under voltage Dari hasil pengujian diatas maka untuk melihat pengaruh yang ditimbulkan dari power quality terhadap transformator dan motor induksi 3 fasa dengan cara menghitung rugi – rugi yang muncul. Pada transformator terdapat tiga jenis rugi – rugi antara lain rugi tembaga (PR) : Rugi ini dinyatakan / direpresentasikan dengan resistansi seri pada rangkaian ekivalen, Rugi Hysterisi, Rugi arus – Eddy. πππ’ = πΌπ 2 ∗ π π (3) πππππ = ππ2 π π (4) Gambar 7 Grafik total rugi tembaga pada transformator Berdasarkan pengujian transformator open circuit dan close circuit (tabel 1) didapatkan nilai Rc dan Re. Rugi – rugi transformator dari efek harmonisa yakni rugi tembaga (Pcu) yang diakibatkan harmonisa arus sedangkan rugi rugi inti (Pcore) diakibatkan harmonisa tegangan. Harmonisa arus menyebabkan meningkatnya rugi-rugi tembaga yang dinyatakan dengan Persamaan 4.26(Yogi, Firdaus & feranita,2016 ). πππ’ = ∑~π=2 πΌπ2 ∗ π π (5) Gambar 8 Grafik total rugi inti pada transformator Rugi inti (Pcore) sesuai persamaan 4.24 karena efek dari harmonisa maka tegangan yang disubtutusikan adalah total tegangan harmonisa sehingga menjadi Pada pengujian motor induksi 3 fasa perhitungan untuk mengetahui rugi rugi daya (Watt) pada stator (rugi inti ) dan rotor (rugi lilitan ) serta perhitungan dari bloked motor test (BRT) B-73 Prosiding SENTIA 2016 – Politeknik Negeri Malang Volume 8 – ISSN: 2085-2347 Rugi inti = V. I. pF (7) Rugi lilitan = I2 . R (8) Sedangkan untuk rumus efesiensi motor 3 fasa sebagai berikut : π = (1 − π π’ππ−ππ’πππ‘ππ‘ππ πππ ) π₯ 100 % (9) Gambar 9 Grafik rugi total motor induksi 3 fasa Dengan persamaan diatas didapat rugi pada motor induksi 3 fasa seperti pada tabel 8. Gambar 8 menunjukan rugi total pada motor induksi 3 fasa mengalami kenaikan, seiring kenaikan THD pada sumber, hal ini akibat dari beban non linear yang terpasang pada sisi sumber tegangan. Sementara gambar 9 menunjukan efesiensi motor induksi 3 fasa mengalami penurunan terhadap kinerja motor 3 fasa, dikarenakan adanya gangguan rectifier yang mengakibatkan rugi-rugi pada motor meningkat. Pengujian blocked motor test dilakukan hanya untuk mengetahui nilai dari reaktansi lilitan, berikut rumus untuk mencari reaktansi lilitan yaitu : R = P / ( I. PF ) (10) Sehinga : 37.678 R= = 134.9015396 Ω 0.49 . −0.57 Tabel 7 Pengujian blocked motor test (BRT) Gambar 10 grafik efisiensi motor induksi 3 fasa Tabel 8 Rugi – rugi pada motor induksi 3 fasa 3. Penutup 3.1. Kesimpulan Setelah dilakukan proses perencanaan, pembuatan dan pengujian alat serta membandingkan dengan teori-teori penunjang, dan dari data yang didapat maka dapat disimpulkan: 1. 2. 3. 4. 5. B-74 Harmonisa yang dihasilkan dan terbaca pada power meter adalah harmonisa ganjil dan sampai orde ke 15. Harmonisa arus mengakibatkan pada meningkatnya rugi tembaga (Pcu) pada transformator sedangkan harmonisa tegangan mengakibatkan meningkatnya rugi inti (Pcore). Pada kondisi over voltage rugi inti transformator mengalami kenaikan paling besar. Rectifier 1 fasa yang terpasang pada fasa R memberikan kontribusi ketidaksetimbangan tegangan dan arus sehingga menyebabkan meningkatnya rugi tembaga dan rugi inti pada transformator. Pada motor induksi rugi total mengalami kenaikan ketika sumber tegangan terinjeksi beban non linier, seiring kenaikan THD. Prosiding SENTIA 2016 – Politeknik Negeri Malang Volume 8 – ISSN: 2085-2347 6. 7. Untuk mencari nilai Reaktansi lilitan (R) dilakukan pengujian bloked motor test. Effisiensi adalah rasio daya output dibanding daya input. Pada transformator nilai yang didapat efisiensi beban linier lebih rendah dibanding efisiensi pada beban non linier karena power faktor yang terukur ada kenaikan saat trafo dibebani beban non linier. Sedangkan pada motor induksi 3 fasa nilai efisiensi mengalami penurunan. Cahyani, Arfinna, Soeprapto dan Soemarwanto, 2014, Studi Analisis Pengaruh Harmonisa Beban Nonlinier Rumah Tangga Terhadap Hasil Penunjukan KWh Meter Digital 1 Fasa. Publikasi Jurnal Ilmiah, Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan, Universitas Brawijaya, Fakultas Teknik, Jurusan Elektro, Malang. Dahlan, Mohammad, 2009. Akibat Ketidakseimbangan Beban Terhadap Arus Netral dan Losses Pada Transformator Distribusi. Fakultas Teknik Universitas Muria Kudus. 3.2. Saran Hal-hal yang perlu disarankan pengembangan perangkat ini, adalah: untuk Dugan, Roger C & Mc Granaghan, Mark F, 2003. Electrical Power Systems Quality. McGrawHill: Digital Engineering Library. [www.digitalengineeringlibrary.com]. 1. Pemilihan komponen dengan tingkat kepresisian yang tinggi perlu diperhatikan untuk menghasilkan modul dengan output presisi, seperti pemilihan CT (Current Transformer) dengan klas dibawah 1, pemilihan dioda dengan kualitas yang lebih baik. 2. Desain modul pembangkit harmonisa diharapkan mampu menghasilkan kontribusi harmonisa yang lebih tinggi dan beban lebih bervariasi untuk rangkian rectifier 1 fasa maupun 3 fasa. 3. Penggunaan variasi beban non linier yang lebih banyak misalnya inverter, speed drive motor dan non linier lain dibutuhkan untuk menghasilkan hasil pengujian yang lebih maksimal. 4. Pengujian dengan berbagai tipe hubungan tranformator atau pada transformator 3 fasa akan menghasilkan hasil pengujian yang lebih maksimal. 5. Untuk pengembangan selanjutnya diharapkan alat ini bisa dikembangkan dengan penambahan variasi filter harmonisa. Dugan, R.C; Rizy, 2001, Harmonic Considerations for Electrical Distribution Feeders. National Technical Information Service, Report No. ORNL/Sub/81-95011/4 (Cooper Power Systems as Bulletin 87011, “Electrical Power System Harmonics, Design Guide”). Fachrudin, 1998. Pemodelan Komponen Jaringan Distribusi Dan Beban Industri Yang Memperhitungkan Kualitas Tenaga Listrik, Institut teknologi Sepuluh Nopember, Program Pasca Sarjana, Program Studi Teknik Elektro, Bidang Keahlian Sistem Tenaga Listrik, Surabaya. Guntoro, Hanif, 2010. Kualiatas Daya (Power Quality) – Bagian 1, http://dunialistrik.blogspot.com/2010/03/kua litas-daya-listrik-power-quality.html. Hadiputra, Hendra Rizki, Nugroho, Agung, dan Karnoto, 2011. Perancangan Modul generator Harmonisa Arus Listrik Dan Analisa Harmonisa Arus Yang Dibangkitkan. jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro. Daftar Pustaka Hart, Daniel W, 2011. Power Electronics. McGraw-Hill, a business unit of The McGraw-Hill Companies, Inc., 1221 Avenue of the Americas, New York, NY 10020. Anonym. 2016. EMS Ethernet Module. Surabaya: Innovative Electronics Atmel. 2010. datasheet Atmega328. Atmel Corporation San Jose: Hakim, Muhammad Lukmanul, 2014. Makalah Seminar Kerja Praktek Penggunaan Static VAR Compensator Sebagai Sistem Kompensasi di PT. Krakatau Daya Listrik. Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro. Amalia, Rizka dan Nazir, Refdinal, 2015, Pemodelan Dan Simulasi Beban Non – Linier 3-Fasa Dengan Metoda sumber Arus Harmonik. Jurnal Nasional teknik Elektro vol:4 No. 2, September 2015, Universitas Andalas, Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Elektro, Padang. Hasugian, hofbe, dan Tobing, Panusur SML, 2014. Analisis Pengaruh Harmonisa Terhadap Panas Pada Belitan Transformator Distribusi. SIGUNDA ENSIKOM Vol 6 No. Arrillaga, J. And N.R. Watson,2003, Power System Harmonics. 2nd ed, John Wiley & sons, New York. B-75 Prosiding SENTIA 2016 – Politeknik Negeri Malang Volume 8 – ISSN: 2085-2347 3 / Maret 2014, Universitas Sumatera Utara, Fakultas Teknik, Departemen Teknik Elektro, Kosentrasi Teknik Energi Listrik, Medan. Luqman Assaffat, 2010. Analisa factor-faktor yang mempengaruhi tingkat harmonisa pada motor induksi tiga fasa tipe rotor sangkar tupai. Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Semarang. Scheider Electric, Datasheet of Power Logic PM 5110. Schneider Electric. Sumarno, 2008, Voltage Unbalance Penyebab Overheating. http://soemarno.org/. Suyamto, 2009. Analisis Daya dan Torsi pada Motor Induksi. Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir, Badan Tenaga Nuklir Nasional, Jl. Babarsari Kotak Pos 6101 YKBB Yogyakarta. Wibowo, Richard, 2014. Pembuatan Modul Transformator Pada Workshop Mesin Listrik. Universitas Widyagama, Fakultas Teknik, Jurusan Elektro, Konsentrasi Telekomunikasi, Malang. Yogi, Mohd Yusus, Firdaus, dan Feranita, 2016. Analisa Konfigurasi Hubungan Primer Dan Sekunder Transformator 3 Fasa 380/24 V Terhadap Beban Non Linier. Jom FTEKNIK Volume 3 No.1 / Feb 2016, Universitas Riau, Jurusan Teknik Elektro, Pekanbaru. B-76
