Mesin Arus Bolak Balik

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


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%


3

KONTRUKSI TRAFO

TIPE : Core-form


TIPE : Shell-form


TRAFO IDEAL

Persamaan Tegangan dan Arus untuk trafo ideal

Daya pada trafo Ideal =


4


Transformasi Impedansi untuk trafo Ideal


5


Operasi pada Trafo tidak Ideal (OPERATION OF REAL TRANSFORMER) Operasi tanpa beban (No-load operation)


6


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


7


Arus magnetisasi (Magnetizing Current):


8


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


9


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.


10


Kurva histerisis trafo (Hysteresis Curve of Transformer)


11


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)


12


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


13


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


14


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


15


Determining the Parameter of a Real Transformer Test hubung terbuka (Open-circuit Test)


16


Determining the Parameter of a Real Transformer Test Hubung singkat (hort-circuit Test) 1. Menghitung nilai dari re 2. Menghitung nilai dari xe


17


Determining the Parameter of a Real Transformer Test hubung singkat (Short-circuit Test)


18


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)


19


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


20



POC

Carilah rangkaian ekuivalen trafo dengan mengacu pada sisi kumparan tegangan rendah- nya


21


Diagram Phasor untuk Trafo


22


23

Diagram Phasor untuk Trafo Beban indukif (Inductive Load)

Beban resistif (Resistive Load)

Beban kapasitif (Capacitive Load)




24


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


25


26

Autotrafo (Autotransformer) Series Winding

Conventional transformer

Autotransformer Common Winding



Autotrafo (Autotransformer)


27


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).


28


Step-up & Step-down Autotransformer


29


Tegangan dan Arus pada Autotransformer


30


Tegangan dan Arus pada Autotransformer


31


32

Rating daya pada Autotransformer

Sout Sin



Rating daya pada Autotransformer

Mengeliminaasi IH dari persamaan menggunakan


33


34

Polaritas Trafo (Polarity of Transformer) Jumper for test

Subtractive Polarity E = E1 – E2



35

Polaritas Trafo (Polarity of Transformer) Jumper for test

Additive Polarity E = E1 + E2



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.


36


Implementasi trafo tiga phasa

3 x satu phasa

1 x tiga phasa


37


38

Jenis dari trafo tiga phasa

Tipe Core (Core Type)

Tipe Shell (Shell Type)



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.


39


Trafo dengan koneksi Y-Y


40


Diagram tegangan


41


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.


42



43


Trafo dengan koneksi Y-D


44


Diagram Tegangan


45



46


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.


47


Trafo dengan koneksi D-Y


48


Diagram tegangan


49



50


Trafo dengan koneksi D-D

Tidak mempunyai permasalahan dengan pergeseran phasa, ketidak seimbangan dan harmonik ke tiga


51



52


Diagram Tegangan


53


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.


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.


55


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.


56


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

Trafo akan terbebani secara proportiaonal dengan perhitungan sebagai berikut:


57


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.


58


Perbedaan rasio tegangan (Unequal Voltage Ratio) Jika Vnl trafo-trafo tersebut tidak sama


59


Effisiensi maksimum (Maximum Efficiency)

Efisiensi maksimum tercapai jika rugi tembaga dan rugi inti adalah sama


60


Effisiensi maksimum (Maximum Efficiency)


61


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.



Effisiensi harian (All-day Efficiency)

Rugi inti adalah konstan, tidak tergantung beban

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


63


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.


64


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.


65


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


66


67

Rangkaian Open-Delta (Open Delta Connection) Sumber tiga phasa-Beban tiga phasa

-



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


68



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.


69

Mesin Arus Bolak Balik

Recommend Documents