Mesin Arus Bolak balik - Share ITS
advertisement
Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Mesin Arus Bolak balik TE091403 Part 2 : TRAFO Institut Teknologi Sepuluh Nopember August, 2012 Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 1 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 2 ACARA PERKULIAHAN DAN KOMPETENSI Pertemuan Kompetensi keDasar 4-7 Memahami Transformator Materi Pokok 1. Macam trafo dalam sistem keelektrikan 2. Trafo ideal 3. Trafo tidak ideal 4. Trafo multi fasa 5. Rangkaian Ekivalen 6. Testing trafo 7. Regulasi Tegangan 8. Daya dan efisiensi 9. Kerja paralel 10. Autotrafo 11. Tap changers 12. Induksi Regulator Indikator keberhasilan 1. Mampu menjelaskan terbangkitnya tegangan induksi pada transformator 2. Mampu menjelaskan aliran daya pada transformator. 3. Mampu menjelaskan penoperasian transformator 3 phasa. Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO Prosentase materi 28% Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 3 KONTRUKSI TRAFO TIPE : Core-form Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO TIPE : Shell-form Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id TRAFO IDEAL Persamaan Tegangan dan Arus untuk trafo ideal Daya pada trafo Ideal = Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 4 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Transformasi Impedansi untuk trafo Ideal Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 5 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Operasi pada Trafo tidak Ideal (OPERATION OF REAL TRANSFORMER) Operasi tanpa beban (No-load operation) Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 6 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Arus tanpa Beban (No-load current) : 1. 2. Arus magnetisasi, im adalah arus yang diperlukan untuk membangkitkan fluks pada inti trafo. Arus rugi-inti, ih+e adalah arus yang dikonversikan menjadi rugi histerisis dan rugi daya karena arus eddy Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 7 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Arus magnetisasi (Magnetizing Current): Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 8 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Arus magnetisasi: 1. Arus magnetisasi pada trafo tidak berbentuk sinusoidal 2. 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 magnetisasi menyebabkan komponen harmonik yang lebih besar Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 9 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Arus rugi-inti (Core-loss Current): 1. Arus rugi-inti mempunyai bentuk yang tidak liniear karena efek ketidakliniearan dari histerisis. 2. Komponen fundamental dari arus rugi-inti mempunya fasa yang sama dengan tegangan pada inti. Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 10 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Kurva histerisis trafo (Hysteresis Curve of Transformer) Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 11 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 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) Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 12 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Pendekatan rangkaian ekuivalen trafo tidak ideal (Approximate Equivalent Circuit of a Real Transformer) Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 13 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Penyederhanaan rangkaian ekuivalen trafo tidak ideal (Simplified Equivalent Circuit of a Real Transformer) Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 14 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Menghitung parameter dari trafo tidak ideal (Determining the Parameter of a Real Transformer) Test hubung-terbuka (Open-circuit Test): 1. Menghitung nilai dari xm 2. Menghitung nilai dari rc Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 15 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Determining the Parameter of a Real Transformer Test hubung terbuka (Open-circuit Test) Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 16 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Determining the Parameter of a Real Transformer Test Hubung singkat (hort-circuit Test) 1. Menghitung nilai dari re 2. Menghitung nilai dari xe Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 17 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Determining the Parameter of a Real Transformer Test hubung singkat (Short-circuit Test) Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 18 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Contoh 2-2. Impedansi rangkaian ekuivalen dari trafo 20-kVA, 8000/240-V, 60-Hz, akan dihitung berdasarkan test hubung singkat dan hubung terbuka pada sisi kumparan primer. Dari test tersebut dihasilkan nilai-nilai seperti yang terdapat pada table dibawah ini. POC a. b. c. Cari dan hitunglah rangkaian ekivalen trafo dengan referensi pada kumparan tegangan tinggi-nya Hitunglah regulasi tegangan beban penuh pada pf 0.8 tertinggal. Hitunglah rugi-rugi yang terjadi pada pengoperasian poin (b) Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 19 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 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 Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 20 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Contoh 2-2. Impedansi rangkaian ekuivalen dari trafo 20-kVA, 8000/240-V, 60-Hz, akan dihitung berdasarkan test hubung singkat dan hubung terbuka pada sisi kumparan primer. Dari test tersebut dihasilkan nilai-nilai seperti yang terdapat pada table dibawah ini. POC Carilah rangkaian ekuivalen trafo dengan mengacu pada sisi kumparan tegangan rendah- nya Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 21 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Diagram Phasor untuk Trafo Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 22 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 23 Diagram Phasor untuk Trafo Beban indukif (Inductive Load) Beban resistif (Resistive Load) Beban kapasitif (Capacitive Load) Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 24 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Efisiensi trafo (Efficiency of Transformer) Terdapat tiga jenis rugi-rugi pada trafo: 1. Rugi tembaga (PR) . Rugi ini dinyatakan/direpresentasikan dengan resistansi seri pada rangkaian ekivalen. 2. Rugi Hysterisis 3. Rugi arus-Eddy Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 25 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 26 Autotrafo (Autotransformer) Series Winding Conventional transformer Autotransformer Common Winding Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Autotrafo (Autotransformer) Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 27 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Autotrafo (Autotransformer) 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). Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 28 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Step-up & Step-down Autotransformer Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 29 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Tegangan dan Arus pada Autotransformer Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 30 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Tegangan dan Arus pada Autotransformer Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 31 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 32 Rating daya pada Autotransformer Sout Sin Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Rating daya pada Autotransformer Mengeliminaasi IH dari persamaan menggunakan Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 33 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 34 Polaritas Trafo (Polarity of Transformer) Jumper for test Subtractive Polarity E = E1 – E2 Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 35 Polaritas Trafo (Polarity of Transformer) Jumper for test Additive Polarity E = E1 + E2 Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Trafo Tiga-phasa (THREE PHASE TRANSFORMER) Hampir semua sistem pembangkit dan distribusi di dunia ini menggunakan sistem tiga phasa, sehingga penggunaan trafo tiga phasa sangat penting untuk menopang sistem tersebut. Salah satu cara yang paling mudah adalah menggunakan tiga trafo satu phasa yang dirangkai menjadi tiga phasa Sebagai alternatif adalah membuat trafo tiga phasa yang terdiri dari tiga set belitan yang digulung pada satu inti besi. Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 36 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Implementasi trafo tiga phasa 3 x satu phasa 1 x tiga phasa Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 37 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 38 Jenis dari trafo tiga phasa Tipe Core (Core Type) Tipe Shell (Shell Type) Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 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 tiga phasa, yaitu : Setiap phasa pada trafo tiga phasa mempunyai karakteristik seperti trafo satu phasa yang sudah dipelajari. Impedansi, regulasi tegangan, effisiensi dan perhitungan sejenis untuk trafo tiga phasa dapat dilakukan dengan berbasis satu phasa menggunakan cara yang sama seperti yang telah dipelajari pda trafo satu phasa. Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 39 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Trafo dengan koneksi Y-Y Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 40 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Diagram tegangan Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 41 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Permasalahan pada Trafo dengan koneksi Y-y •Jika beban pada rangkaian trafo tidak seimbang, maka tegangan pada phasa trafo menjadi sangat tidak seimbang. •Harmonik ke tiga menjadi besar Solusi •Menggunakan pentanahan langsung (Solidly ground) di titik netral trafo •Menambahkan belitan ke-tiga (tertiary winding) yang dikoneksikan delta. Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 42 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 43 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Trafo dengan koneksi Y-D Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 44 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Diagram Tegangan Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 45 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 46 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Karakteristik trafo dengan koneksi Y-D •Harmonik ketiga terperangkap tersirkulasi di sisi delta, sehingga tidak 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. Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 47 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Trafo dengan koneksi D-Y Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 48 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Diagram tegangan Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 49 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 50 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Trafo dengan koneksi D-D Tidak mempunyai permasalahan dengan pergeseran phasa, ketidak seimbangan dan harmonik ke tiga Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 51 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 52 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Diagram Tegangan Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 53 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Operasi Parallel Trafo Alasan mengapa mengoperasikan paralel dua atau lebih trafo. •Beban bertambah sehingga melebihi kapasitas trafo. •Lebih murah/ekonomis dibandingkan dengan mengganti trafo dengan kapasitas yang lebih besar •Memiliki kelebihan jika ditinjau dari segi keandalan. Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 54 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Jika beban melebihi rating transformator, maka perlu menghubungkan transformator kedua secara paralel 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 ke bus bar yang sama. Jika tidak, EMF induksi pada kedua trafo di kumparan sekunder yang mempunyai polaritas berbeda akan menghasilkan rangkaian ekivalen hubung singkat yang fatal/mematikan. Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 55 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Kerja paralel trafo (Paralleling Transformer) Bagaimana pengoperasikan dua atau lebih trafo secara paralel? •Semua trafo harus dihubungkan secara tepat menurut polaritasnya menyebabkan gangguan seperti kasus hubung singkat. •Trafo yang diparalelkan harus mempunyai perbedaan sudut phasa nol pada sisi sekunder dan urutan phasa harus dihubungkan dengan tepat menyebabkan arus putar (circulating current) dan dapat berakibat gangguan. •Semua trafo harus mempunyai ratio tegangan yang sama untuk menghindari arus putar (circulating current) pada kondisi beban nol meningkatnya rugirugi tembaga •Impedansi dasar per unit(berdasarkan rating MVA) setiap trafo harus sama atau perbedaan harus sekecil mungkin mengakibatkan pembebanan yang tidak seragam/tidak sama. Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 56 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Perbagian beban pada kerja paralel trafo (Load Division in Paralleling Transformer) Trafo akan terbebani secara proportiaonal dengan perhitungan sebagai berikut: Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 57 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 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, reaktansi 0.045-pu. Kedua trafo harus menanggung beban bersama 800-kVA, pf 0.8 tertinggal. Hitunglah bagaimana kedua trafo membagi bebannya jika tegangan sisi sekunder kedua trafo adalah 440-Volt. Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 58 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Perbedaan rasio tegangan (Unequal Voltage Ratio) Jika Vnl trafo-trafo tersebut tidak sama Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 59 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Effisiensi maksimum (Maximum Efficiency) Efisiensi maksimum tercapai jika rugi tembaga dan rugi inti adalah sama Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 60 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Effisiensi maksimum (Maximum Efficiency) Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 61 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 62 Contoh Hasil test Trafo 20-kVA adalah sebagai berikut: OC test SC test a. b. Voltage (V) 200 60 Current (A) 4 10 Power (W) 120 300 Hitunglah efisiensi trafo ketika dibebani penuh dengan pf 0.8 tertinggal (lagging) Hitunglah efisiensi maksimum dan pembebanannya pada pf seperti soal diatas. Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Effisiensi harian (All-day Efficiency) Rugi inti adalah konstan, tidak tergantung beban Efisiensi harian tergantung pada “bagaimana trafo dibebani dalam sehari atau 24 jam” Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 63 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Contoh Sebuah trafo mempunyai efisiensi maksimum 98% ketika dibebani 15-kVA dengan pf 1 (unity power factor). Bandingkan efisiensi hariannya untuk pembebanan sebagai berikut : a. Beban penuh 20-kVA selama 12jam/hari dan tanpa beban untuk waktu yang lain b. 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. Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 64 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 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 di hubungkan ke belitan ini untuk keperluan injeksi daya reaktif •Untuk menstabilkan kondisi beban tidak seimbang •Mereduksi tegangan harmonisa ke-3 •Sebagai titik pengukuran dan pengetesan. Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 65 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Suplai tiga phasa dari dua trafo (Three Phase Supply from Two Transformers) Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 66 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id 67 Rangkaian Open-Delta (Open Delta Connection) Sumber tiga phasa-Beban tiga phasa - Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Rangkaian Open-Delta (Open Delta Connection) X X X X X X X X + Salah satu dari trafo mengkonsumsi daya reaktif sementara yang lain membangkitkan Batasan kemampuan daya reaktif adalah 0.577 Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 68 Teknik Elektro-ITS Surabaya share.its.ac.id Contoh 2-2. Impedansi rangkaian ekuivalen dari trafo 20-kVA, 8000/240-V, 60-Hz, akan dihitung berdasarkan test hubung singkat dan hubung terbuka pada sisi kumparan primer. Dari test tersebut dihasilkan nilai-nilai seperti yang terdapat pada table dibawah ini. POC a. b. c. Carilah rangkaian ekivalen trafo dengan acuan sisi tegangan tinggi Hitunglah regulasi tegangan beban penuh pada pf 0.8 tertinggal Hitunglah rugi-rugi trafo pada point b. Mesin Arus Bolak Balik Part 2 : TRAFO 69
