pengaruh ketidakseimbangan beban transformator - Digilib

PROSIDING SEMINAR
PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR
Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan
Yogyakarta, 26 September 2012
PENGARUH KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN
TRANSFORMATOR KERING BHT02 RSG GA SIWABESSY
TERHADAP ARUS NETRAL DAN RUGI-RUGI
Koes Indrakoesoema, Yayan Andryanto, M Taufiq
Pusat Reaktor Serba Guna GA Siwabessy, Puspiptek, Serpong, Tangerang
Email : [email protected]
ABSTRAK
PENGARUH KETIDAKSEIMBANGAN BEBAN TRANSFORMATOR KERING BHT02
RSG GA SIWABESSY TERHADAP ARUS NETRAL DAN RUGI-RUGI.
Ketidakseimbangan beban pada suatu system distribusi tenaga listrik kerap sering
terjadi, hal ini dapat dilihat pada beban-beban fasanya. Transformator BHT02 sebagai
salah satu dari 3 buah trafo penurun tegangan yang digunakan melayani bebanbeban di PRSG melayani beban dengan tegangan 3 fasa dan 1 fasa. Akibat
ketidakseimbangan beban tersebut muncullah arus di netral trafo. Arus yang mengalir
di netral trafo menyebabkan terjadinya rugi-rugi (losses), yaitu rugi akibat arus netral
yang mengalir ke tanah. Arus netral yang timbul pada transformator BHT02 adalah
21,52 A atau terjadi ketidakseimbangan beban sebesar 3,67% dan losses akibat arus
netral yang mengalir ke tanah adalah 0,778 Watt.
Kata kunci : Ketidakseimbangan beban, arus netral, rugi-rugi
ABSTRAC
THE EFFECT OF UNBALANCED LOAD IN TRANSFORMER BHT02 IN NEUTRAL
CURRENT AND LOSSES. The Unbalanced load in electric power distribution system
always happen and this fact can be seen in their phases. Transformer BHT02 is one
of three step down Transformers in RSG GAS which used for serve of loads in PRSG
of 3-phase voltage and 1-phase voltage. The effect of the unbalanced load is appear
as a neutral current. These neutral current cause losses, those are losses caused by
neutral current flows to ground. Neutral currents that arise in BHT02 transformer is
21.52 A, or unbalanced load of 3.67% and losses due to neutral currents flowing to
ground is 0.778 Watts.
Keywords: Unbalanced load, neutral current, losses
PENDAHULUAN
S
aat ini tenaga listrik merupakan kebutuhan yang
utama, baik untuk kehidupan sehari-hari
maupun untuk kebutuhan industri. Hal ini
disebabkan karena tenaga listrik mudah untuk
ditransportasikan dan dikonversikan ke dalam
bentuk tenaga yang lain. Penyediaan tenaga listrik
yang stabil dan kontinyu merupakan syarat mutlak
yang harus dipenuhi dalam memenuhi kebutuhan
tenaga listrik.
Pada sistem tenaga listrik arus bolak-balik,
frekwensi standard untuk Indonesia adalah 50 Hz,
dan sistem distribusi di kelompokkan kedalam dua
bagian yaitu ; sistem jarring distribusi primer dan
biasa disebut Jaring Tegangan Menengah (JTM),
Buku II hal. 542
dan sistem jarring distribusi sekunder dan biasa
disebut Jaring Tegangan Rendah (JTR). Fungsi
pokok dari sistem distribusi adalah menyalurkan
dan mendistribusikan tenaga listrik dari gardu induk
ke pusat-pusat atau kelompok beban (gardu
distribusi) dan pelanggan, dengan mutu yang
memadai.
Kelangsungan pelayanan tergantung dari
macam
sarana
penyalur
dan
peralatan
pengamannya. Sarana penyalur (jaring distribusi)
tingkatan kelangsungannya tergantung pada macam
struktur jaring yang dipakai dan juga cara
pengoperasiannya,
yang
pada
hakekatnya
direncanakan dan dipilih untuk memenuhi
kebutuhan dan sifat beban.
ISSN 1410 – 8178
Koes Indrakoesoma, dkk
PROSIDING SEMINAR
PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR
Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan
Yogyakarta, 26 September 2012
Dalam memenuhi kebutuhan tenaga listrik,
terjadi pembagian beban-beban yang pada awalnya
merata tetapi karena ketidakserempakan waktu
penyalaan
beban-beban
tersebut
maka
menimbulkan ketidakseimbangan beban yang
berdampak pada penyediaan tenaga listrik.
Ketidakseimbangan beban antara tiap-tiap fasa (fasa
R, fasa S, dan fasa T) inilah yang menyebabkan
mengalirnya arus di netral trafo.
Pada makalah ini akan dilakukan
pengukuran pada fasa-fasa R, S dant T serta pada
kawat netral transformator pada salah satu
transformator kering BHT02, untuk mengetahui
adanya ketidakseimbangan beban pada fasafasanya, baik pada keadaan reaktor operasi (beban
penuh) dan reaktor tidak beroperasi (beban tidak
penuh).
TEORI
[2]
Transformator
Transformator merupakan suatu alat listrik
yang mengubah tegangan arus bolak-balik dari satu
tingkat ke tingkat yang lain melalui suatu
gandengan magnet dan berdasarkan prinsip-prinsip
induksi-elektromagnet. Transformator terdiri atas
sebuah inti, yang terbuat dari besi berlapis dan dua
buah kumparan, yaitu kumparan primer dan
kumparan sekunder.
Penggunaan transformator yang sederhana
dan handal memungkinkan dipilihnya tegangan
yang sesuai dan ekonomis untuk tiap-tiap keperluan
serta merupakan salah satu sebab penting bahwa
arus bolak-balik sangat banyak dipergunakan untuk
pembangkitan dan penyaluran tenaga listrik.
Prinsip
kerja
transformator
adalah
berdasarkan hukum Ampere dan hukum Faraday,
yaitu: arus listrik dapat menimbulkan medan
magnet dan sebaliknya medan magnet dapat
menimbulkan arus listrik. Jika pada salah satu
kumparan pada transformator diberi arus bolakbalik maka jumlah garis gaya magnet berubah-ubah,
sehingga pada sisi primer terjadi induksi dan sisi
sekunder menerima garis gaya magnet dari sisi
primer yang jumlahnya berubah-ubah pula. Maka di
sisi sekunder juga timbul induksi, akibatnya antara
dua ujung terdapat beda tegangan.
Daya transformator bila ditinjau dari sisi
tegangan tinggi (primer) dapat dirumuskan sebagai
berikut:[1]
S = √3 . V . I
(1)
dimana:
S = daya transformator (kVA)
V = tegangan sisi primer transformator (kV)
I = arus jala-jala (A)
Sehingga untuk menghitung arus beban penuh (full
load) dapat menggunakan rumus
Koes Indrakoesoma, dkk.
IFL =
(2)
√
dimana:
IFL = arus beban penuh (A)
S = daya transformator (kVA)
V = tegangan sisi sekunder transformator (kV)
Sebagai akibat dari ketidakseimbangan
beban antara tiap-tiap fasa pada sisi sekunder trafo
(fasa R, fasa S, fasa T) mengalirlah arus di netral
trafo. Arus yang mengalir pada penghantar netral
trafo ini menyebabkan losses (rugi-rugi). Losses
pada penghantar netral trafo ini dapat dirumuskan
sebagai berikut:
PN = IN2 RN
(3)
dimana:
PN = losses pada penghantar netral trafo (watt)
IN = arus yang mengalir pada netral trafo (A)
RN = tahanan penghantar netral trafo (Ω)
Sedangkan losses yang diakibatkan karena
arus netral yang mengalir ke tanah (ground) dapat
dihitung dengan perumusan sebagai berikut :
PG = I2G RG …
(4)
dimana:
PG = losses akibat arus netral yang mengalir ke
tanah (watt)
IG = arus netral yang mengalir ke tanah (A)
RG = tahanan pembumian netral trafo (Ω)
3)
Ketidakseimbangan Beban
Yang dimaksud dengan keadaan seimbang
adalah suatu keadaan di mana :
• Ketiga vektor arus / tegangan sama besar.
• Ketiga vektor saling membentuk sudut 120º satu
sama lain.
Sedangkan yang dimaksud dengan keadaan tidak
seimbang adalah keadaan di mana salah satu atau
kedua syarat keadaan seimbang tidak terpenuhi.
Kemungkinan keadaan tidak seimbang ada 3 yaitu:
• Ketiga vektor sama besar tetapi tidak membentuk
sudut 120º satu sama lain.
• Ketiga vektor tidak sama besar tetapi membentuk
sudut 120º satu sama lain.
• Ketiga vektor tidak sama besar dan tidak
membentuk sudut 120º satu sama lain.
Gambar 1(a) menunjukkan vektor diagram
arus dalam keadaan seimbang. Di sini terlihat
bahwa penjumlahan ketiga vektor arusnya (IR, IS,
IT) adalah sama dengan nol sehingga tidak muncul
arus netral (IN). Sedangkan pada Gambar 1(b)
menunjukkan vektor diagram arus yang tidak
seimbang. Di sini terlihat bahwa penjumlahan
ketiga vektor arusnya (IR, IS, IT) tidak sama dengan
nol sehingga muncul sebuah besaran yaitu arus
netral (IN) yang besarnya bergantung dari seberapa
besar faktor ketidakseimbangannya.
ISSN 1410 – 8178
Buku II hal. 543
PROSIDING SEMINAR
PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR
Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan
Yogyakarta, 26 September 2012
HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambar 1. Vektor diagram arus
Penyaluran dan Susut Daya
Bila daya sebesar P disalurkan melalui
suatu saluran dengan penghantar netral dan arusarus fasanya dalam keadaan seimbang, maka
besarnya daya : 1)
P = 3 V I cos φ
(5)
dengan :
P = daya pada ujung kirim
V = tegangan pada ujung kirim
Cos φ = factor daya
Jika I adalah arus rata-rata tiap fasa dalam
penyaluran daya sebesar P pada keadaan seimbang,
maka pada penyaluran daya yang sama tetapi
dengan keadaan tak seimbang besarnya arus-arus
fasa dapat dinyatakan dengan koefisien a, b, c
sebagai berikut :
IR = a I
IS = b I
(6)
IT = c I
dengan IR , IS dan IT berturut-turut adalah arus fasa
R, S dan T.
Bila factor daya di ketiga fasa dianggap
sama, besarnya daya yang disalurkan dapat
dinyatakan :
P = (a + b + c) V I cos φ
(7)
Spesifikasi trafo kering yang digunakan
pada PRSG adalah sebagai berikut :
Merk
: May and Christie
Tipe
: Indoor
Trafo
: 3 x 1 fasa
Daya
: 1600 kVA
Frekuensi : 50 Hz
Primer
Sekunder
Hubungan
Delta
Bintang (Yn5)
Tegangan (Volt)
1. 21.000
400
2. 20.500
3. 20.000
4. 19.500
5. 19.000
Arus Nominal
46,2
2309,5
(Ampere)
Tegangan hubung
6%
singkat
Gambar
2
memperlihatkan
bentuk
transformator BHT02 3 x 1 fasa. Diagram segaris
trafo distribusi di PRSG dapat dilihat pada Gambar
3, dimana salah satu trafo, yaitu BHT02
digambarkan pada posisi tengah.
TATA KERJA
Pengukuran dilakukan saat
reaktor
beroperasi, dimana pengambilan data parameter
listrik pada transformator BHT02 dilakukan pada
tiap fasanya, yaitu daya aktif (P), daya reaktif (Q),
daya semu (S), factor daya (cos
tegangan (V),
arus (I) dan arus netral (IN).
Alat ukur yang digunakan adalah HIOKI 3169-20
Clamp On Power HiTester.
Gambar 2. Transformator BHT02, 3 x 1 fasa
Buku II hal. 544
ISSN 1410 – 8178
Koes Indrakoesoma, dkk
PROSIDING SEMINAR
PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR
Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan
Yogyakarta, 26 September 2012
Gambar 3. Diagram segaris trafo distribusi di PRSG
Tabel 1. Arus beban dan arus netral Trafo BHT02
Koes Indrakoesoma, dkk.
ISSN 1410 – 8178
Buku II hal. 545
PROSIDING SEMINAR
PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR
Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan
Yogyakarta, 26 September 2012
Gambar 4. Grafik arus fasa dan arus netral Trafo BHT02
Tabel 2. Daya pada Trafo BHT02
Gambar 5. Grafik daya pada transformator BHT02
Saat reaktor dioperasikan, pompa primer
dan sekunder yang mempunyai daya besar, akan
menarik arus cukup besar. Arus tiap fasa dan arus
Buku II hal. 546
netralnya saat reaktor beroperasi dapat dilihat pada
Tabel 1 dan Gambar 4.
ISSN 1410 – 8178
Koes Indrakoesoma, dkk
PROSIDING SEMINAR
PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR
Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan
Yogyakarta, 26 September 2012
Tabel 2 dan Gambar 5 memperlihatkan
daya yang diserap oleh trafo BHT02 (P, Q dan S)
dan factor daya (cos φ) saat reaktor dioperasikan.
Analisa Pembebanan Transformator
S = 1600 kVA
V = 400 Volt
Arus beban penuh = IFL =
Daya aktif transformator :
P=
=
= 1488 kW
sehingga persen losses karena arus netral =
5,22 E-5%
Pembebanan transformator BHT02 masih sangat
rendah, yaitu 43,29% dan arus netralnya rendah,
yaitu 21,52 Ampere sehingga losses di trafo kecil
sekali dan dapat diabaikan.
√
Irata-rata =
Presentasi
pembebanan
Dari Tabel 1, arus netral (I4) adalah 21,52 A
PN = IN2 x RN = (21,52)2 x 0,00168 = 0,778 Watt
=
KESIMPULAN
Ketidakseimbangan beban transformator
Dari persamaan (6) diperoleh :
a=
b=
;
Ketidakseimbangan
beban
pada
transformator BHT02 relatif tidak terlalu tinggi
pada tiap-tiap fasanya, sehingga arus netral juga
tidak terlalu tinggi, yaitu hanya 21,52 A.
Pembebanan juga masih rendah, yaitu 43,29%,
sehingga beban trafo pada BHT02 masih dapat
ditingkatkan.
c=
PUSTAKA
Rata-rata ketidakseimbangan beban trafo :
=
|
| |
| |
|
Hasil perhitungan ini menunjukkan masih
adanya penggunaan beban yang tidak merata pada
tiap-tiap fasa, tetapi ketidakseimbangan beban ini
masih sangat kecil, yaitu < 20% 5)
Analisis losses arus netral
Titik
netral
transformator
BHT02
menggunakan kawat tembaga dengan resistivitas (ρ)
= 1,68 x 10-8 Ω.m yang langsung diketanahkan
dengan panjang 7 meter dengan luas penampang
lintang 70 mm2 seperti terlihat pada Gambar 3.
Tahanan kawat netral (RN) =
Ω
Koes Indrakoesoma, dkk.
1. ZUHAL, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan
Elektronika Daya, PT Gramedia Pustaka,
Jakarta 1995.
2. ABDUL KADIR, Transformator, Jakarta: PT.
Elex Media Komputindo, 1989
3. WILLIAM D STEVENSON, Jr, Analisis Sistem
Tenaga Listrik, Edisi ke 4, diterjemahkan oleh
Ir. Kamal Idris, Penerbit Erlangga, 1984
4. JULIUS SENTOSA SETIADJI, Pengaruh
Ketidakseimbangan Beban Terhadap Arus
Netral dan Losses pada Trafo Distribusi, Jurnal
Teknik Elektro, Vol.6, No.1, Maret 2006: 68-73,
Unkris Petra.
5. Persyaratan Umum Instalasi Listrik 2000 (PUIL
2000), Jakarta: Badan Standarisasi Nasional,
2000
ISSN 1410 – 8178
Buku II hal. 547