Jurnal Ilmiah “DUNIA ILMU” VOL. 2. NO. 4 Desember 2016
STUDI EFISIENSI TRANSFORMATOR DAYA DI GARDU INDUK GIS LISTRIK Oleh : Togar Timoteus Gultom, S.T, MT Dosen Sekolah Tinggi Teknologi Immanuel Medan ABSTRAK Besar kecilnya efisiensi yang dihasilkan oleh transformator dipengaruhi oleh besar kecilnya pembebanan dan oleh rugi-rugi total yang berupa rugi inti dan rugi tembaga yang terdapat pada transformator. Efisiensi transformator merupakan perbandingan antara output (daya keluaran) dengan input (daya masukan).Rugi-rugi transformator ini menyebabkan perbedaan antara daya masukan dan daya keluaran. Semakin besar rugi-rugi yang dihasilkan pada transformator, maka akan semakin besar daya yang hilang pada transformator tersebut. Studi ini bertujuan untuk mengetahui efisiensi transformator daya yang terdapat di Gardu Induk GIS Listrik yaitu transformator daya 1 dan transformator daya 2 . Analisis efisiensi yang didapat pada transformator daya 1 saat beban tertinggi siang 99,42% dan saat beban tertinggi malam 99,44%, sedangkan saat beban terendah siang 99,43% dan saat bebam terendah malam 99,42 %. Adapun untuk transformator daya 2 saat beban tertinggi siang 99,41 % dan saat beban tertinggi malam 99,41 %, sedangkan saat beban terendah siang 99,37% dan saat beban terendah malam 99,41%. Kata Kunci:Efisiensi, Transformator mengalir pada kawat tembaga, rugi yang disebabkan fluks bolak-balik pada inti besi, maupun rugi yang disebabkan arus pusar pada inti besi yang mengakibatkan berkurangnya efisiensi transformator. Efisiensi transformator merupakan perbandingan antara daya keluaran (output) dengan daya masukan (input), dimana besar kecilnya efisiensi yang dihasilkan transformator dipengaruhi besar kecilnya pembebanan. Efisiensi juga dipengaruhi oleh rugi-rugi yang terdapat pada transformator. Rugi-rugi yang terdapat pada transformator adalah rugi-rugi inti
1. Pendahuluan 1.1 Latar Belakang Untuk mengkonversi energi listrik diperlukan peralatan listrik pendukung, diantaranya adalah transformator. Transformator adalah komponen yang sangat penting dalam sistem ketenagalistrikan. Dalam dunia industri, transformator digunakan sebagai alat penurun tegangan (transformator step down) dan sebagai alat penaik tegangan (transformator step up). Pada transformator terdapat rugirugi, baik rugi yang disebabkan arus
142
Jurnal Ilmiah “DUNIA ILMU” VOL. 2. NO. 4 Desember 2016
dan rugi-rugi tembaga, rugi-rugi pada transformator ini menyebabkan perbedaan daya masukan dan daya keluaran. Semakin besar rugi-rugi yang dihasilkan pada transformator maka akan semakin besar daya yang hilang pada transformator tersebut.
saat beban tertinggi dan saat beban terendah. 1.4 Tujuan Penelitian Adapun tujuan dari penulisan jurnal ini adalah sebagai berikut: 1. Untuk mengetahui pengaruh perubahan beban terhadap rugi-rugi pada transformator daya. 2. Untuk mengetahui pengaruh perubahan beban terhadap daya output transformator daya. 3. Untuk mengetahui pengaruh perubahan beban terhadap efisiensi transformator daya untuk setiap perubahan beban.
1.2 Perumusan Masalah Adapun rumusan masalah dari tulisan ini adalah sebagai berikut: 1. Bagaimana pengaruh perubahan beban terhadap rugi-rugi transformator daya? 2. Bagaimanapengaruh perubahan beban terhadap efisiensi transformator daya? 3. Bagaimana pengaruh perubahan beban pada transformator daya terhadap daya output?
1.5 Manfaat Penelitian Adapun manfaat dari tulisan ini yaitu untuk mengetahui efisiensi transformator daya untuk setiap perubahan beban.
1.3 Batasan Masalah Mengingat luasnya pembahasan tentang transformator, maka untuk itu penulis perlu membatasi masalah yang dibahas. Dalam pembuatan tulisan ini, penulis membatasi masalah yang akan dibahas yatu : 1. Rugi-rugi yang dihasilkan transformator pada saat beban tertinggi dan saat beban terendah. 2. Efisiensi yang dihasilkan oleh saat pembebanan. 3. Besar daya output yang dihasilkan oleh transformator
2. Metodologi Penelitian 2.1 Metode Penelitian Metode merupakan cara atau prosedur yang digunakan untuk memecahkan masalah penelitian. Adapun metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah 1. Metode Dokumentasi Metode dokumentasi merupakan salah satu metode yang digunakan untuk penelitian ini,dengan cara mengumpulkan data143 144
Jurnal Ilmiah “DUNIA ILMU” VOL. 2. NO. 4 Desember 2016
data yang berhubungan dengan spesifikasi arester dan trafo yang digunakan di Gardu Induk GIS Listrik.
dapatkan hasil penelitian. Analisis ini adalah mengadakan perhitunganperhitungan berdasarkan rumus yang berlaku didalam perhitungan efisiensi transformator daya.
2. Metode Observasis
Rumus yang digunakan untuk menentukan efisiensi transformator daya yaitu:
Metode observasi merupakancara pengambilan data langsung ke tempat penelitian untuk keperluan penulisan penelitian.
Ƞ=
Dalam hal ini penulis langsung ke Gardu Induk untuk mengadakan penelitian mengenai hal-hal yang perlu dicatat sebagai data dalam penelitian.
Pelaksanaan penelitian ini yang pertama dilakukan adalah pengambilan data dengan melakukan pengukuran langsung di gardu induk, lalu menganalisa data dari hasil pengukuran, dimana diambil adalah pembebanan tertinggi dan terendah.
3. Pembahasan Transformator yang terpasang di gardu induk GIS Listrik adalah transformator penurun tegangan 60 MVA, 150/ 20 kV. Terdapat dua buah transformator yang terpasang dengan kapasitas yang sama dan merk yang sama yaitu transformator UNINDO.
2.3 Variabel yang Diamati Variabel yang diamati dalam penelitian ini adalah:
-
× 100 %
dimana : Po = Daya keluaran (MW) Pin = Daya masukan (MW) ∑ 𝑟𝑢𝑔𝑖 = Rugi Total (kW) Rugi total dapat dihitung dengan: ∑ 𝑟𝑢𝑔𝑖 = 𝑃𝑐𝑢 + 𝑃𝑖 dimana : Pcu =Rugi tembaga (kW) Pi = Rugi besi (kW)
2.2 Pelaksanaan Penelitian
-
𝑃𝑜 𝑃𝑜 +∑ 𝑟𝑢𝑔𝑖
Daya aktif transformator daya Daya reaktif transformator daya Arus pada sisi sekunder saat beban tertinggi Arus pada sisi sekunder saat beban terendah
3.1 Pembebanan 3.1.1 Daya Semu Berdasarkan data pembebanan pada tabel 3.1 sampai dengan tabel 3.8, pada tanggal 5 September 2016 sampai dengan tanggal 16 September 2016, dengan mem-perhatikan data arus (Ampere)
2.4 Teknik Analisis Data Dalam penelitian ini teknik analisis data yang digunakan adalah analisis matematis untuk men144 145
Jurnal Ilmiah “DUNIA ILMU” VOL. 2. NO. 4 Desember 2016
yang tertinggi maupun yang terendah, maka dengan menggunakan persamaan, akan didapat besar daya semu yang dihasilkan. Sebagai contoh digunakan data untuk pembebanan transformator daya 1 saat pembebanan tertinggi siang.
konstan tidak tergantung pada pembebanan beban. Beban yang berubah-ubah menyebabkan terjadinya perubahan arus pada kumparan transformator. Perubahan arus menyebabkan besar kecilnya rugi-rugi yang terjadi dikumparan transformator tersebut.
S = √3. 𝑉. 𝐼 S= √3. 20000 𝑘𝑉 .1086 𝐴 S = 37,57 MVA Sedangkan untuk mendapatkan nilai dari cos 𝜑, dapat dihitung dengan persamaan:
Untuk mendapatkan rugi-rugi tembaga disetiap pembebanan, maka dapat dihitung dengan menggunakan persamaan, dan dengan menengambi contoh pada data pembebanan transformator daya 1, rugi tembaga dapat dihitung dengan:
𝑃 (𝑀𝑊)
cos𝜑 =𝑆 (𝑀𝑉𝐴)
𝑆
33,9 (𝑀𝑊)
2
Pt2=(𝑆2 ) × 𝑃𝑡1
cos𝜑 = 37,57 (𝑀𝑉𝐴)
1
cos𝜑 = 0,90 Maka Po dapat dicari dengan : 𝑃𝑜 = 𝑉. 𝐼 cos 𝜑 𝑃𝑜 = 20000 (𝑘𝑉).1086 (𝐴).0,90 𝑃𝑜 = 19,548 𝑀𝑊
37570 (𝑘𝑉𝐴) 2
Pt2= (60000 (𝑘𝑉𝐴)) × 220 𝑘𝑊 Pt2= 86,39 kW Rugi total = Rugi inti + rugi tembaga = 38 kW + 86,39 kW = 124,39 Kw Maka, efisiennsi dapat dihitung dengan:
3.1.2 Rugi-rugi Inti (Pi) Rugi-rugi inti yang terjadi dapat dicari dengan memperhitungkan operasi transformator dalam keadaan tanpa beban. Dalam keadaan normal, rugi inti adalah konstan tidak tergantung pada besarnya beban. Dari data yang diperoleh dari perusahaan bahwa transformator UNINDO memiliki rugi inti 38 kW dan rugi tembaga beban penuh sebesar 220 kW.
Ƞ= Ƞ=
𝑃𝑜 𝑃𝑜 +∑ 𝑟𝑢𝑔𝑖
× 100 %
19548 𝑘𝑊 19548 𝑘𝑊 + 124,25 𝑘𝑊
× 100%
Ƞ = 99,36 % Dengan cara yang sama dapat dihitung berapa besar daya semu (S), cos 𝜑 , Po, Pcu, Rugi total dan Efisiensi pada tanggal 5 September sampai dengan 16 September 2016.
3.1.3 Rugi-rugi Tembaga (Pt) Rugi-rugi transformator berbeban merupakan rugi tembaga, sebab rugi inti merupakan rugi yang
145 146
Jurnal Ilmiah “DUNIA ILMU” VOL. 2. NO. 4 Desember 2016
3.1.4 Pembebanan dan Efisiensi Transformator Daya 1 3.1.4.1 Data Pembebanan Tertinggi Siang TD 1 Tabel 3.1 siang
Pembebanan tertinggi TD 1
Gambar 3.1 Perbandingan daya saat pembebanan terhadap efisiensi TD 1 pada beban tertinggi siang Grafik diatas menampilkan data-data saat terjadi pembebanan, maka dilihat juga pengaruhnya terhadap nilai efisiensinya.
Efisiensi rata-rata = 99,38%
Dari grafik diatas terlihat bahwa perubahan daya pada transformator daya 1 maupun pada transformator daya 2, baik saat beban tertinggi maupun beban terendah mempengaruhi efisiensi transformator walaupun nilainya tidak terlalu signifikan. Hal ini sesui dengan persamaan :
3.2Analisis Hasil Penelitian Untuk mempermudah analisa, maka perlu dibuat grafik-grafik yang menampilkan data-data yang telah ada. Berdasarkan data-data diatas, maka beberapa hal yang dapat dijadikan perbandingan, diantaranya ditampilkan pada grafik di berikut ini : 3.2.1
Ƞ=
Perbandingan Daya saat Pembebanan Terhadap Efisiensi Transformator
𝑃𝑜 𝑃𝑜 +∑ 𝑟𝑢𝑔𝑖
× 100 %
Dilihat dari persamaan diatas, hal yang turut mempengaruhi efisiensi adalah rugi-rugi transformator itu sendiri. Namun karena rugi-rugi transformator tergolong kecil bila di bandingkan dengan daya yang dikeluarkan transformator, maka hal ini juga berpengaruh sedikit pada transformator.
Berikut ini ditampilkan grafik perbandingan daya saat pembebanan terhadap efisiensi pada transformator daya 1
146 147
Jurnal Ilmiah “DUNIA ILMU” VOL. 2. NO. 4 Desember 2016
Dari persamaan perubahan rugi tembaga terhadap perubahan daya juga dapat diketahui dengan :
3.2.2 Perbandingan Daya saat Pembebanan Terhadap Rugi-rugi Transformator Berikut ini akan di tunjukkan grafik perbandingan daya saat pembebanan terhadap rugi-rugi total pada transformator daya 1 dan transformator daya 2.
𝑆
2
Pt2 = (𝑆2 ) × 𝑃𝑡1 1
Bahwa dengan persamaan diatas dapat diketahui bahwa perubahan daya juga mempengaruhi tembaga.
4. Kesimpulan dan Saran 4.1 Kesimpulan Berdasarkan hasil perhitungan pada bab sebelumnya, maka dapat diambil beberapa kesimpulan, yaitu : 1. Semakin besar perubahan beban transformator daya yang terjadi, maka akan mempengaruhi daya output transformator daya tersebut.
Gambar 3.2 Perbandingan daya saat pembebanan terhadap rugi TD 1 pada beban tertinggi siang. Grafik diatas menampilkan data-data saat terjadi pembebanan, maka dilihat juga pengaruhnya terhadap nilai rugi-rugi yang terjadi pada transformator. Dimana rugi-rugi transformator ini akan berpengaruh terhadap efisiensi transformatornya.
2. Semakin besar beban yang terpasang maka akan semakin besar pula rugi-rugi tembaga transformator yang dihasilkan yang mana akan mempengaruhi besarnya efisiensi.
Dari grafik diatas terlihat bahwa pada saat terjadi perubahan daya pada transformator daya 1 dan transformator daya 2, maka akan terjadi perubahan rugi-rugi total transformator. Dalam hal ini, terjadi perubahan rugi tembaga pada transformator, sedangkan rugi inti tidak berubah, dimana :
3
Rugi total = Rugi inti + Rugi tembaga
147 148
Analisis efisiensi yang didapat pada transformator daya 1 saat beban tertinggi siang 99,42% dan saat beban tertinggi malam 99,44%, sedangkan saat beban terendah siang 99,43% dan saat bebam terendah malam 99,42 %. Adapun untuk transformator daya 2 saat beban tertinggi siang 99,41 % dan saat beban tertinggi
Jurnal Ilmiah “DUNIA ILMU” VOL. 2. NO. 4 Desember 2016
malam 99,41 %, sedangkan saat beban terendah siang 99,37% dan saat beban terendah malam 99,41%. 4.2 Saran Adapun saran dari peneliti sebagai pengembangan dari tugas akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Dalam pengoperasian transformator sebaiknya besar beban yang dipasang harus sesuai dengan standar yang telah ditentukan. 2. Perawatanuntuk transformator harus terus dilakukan secara berkala sesuai dengan yang ditetapkan oleh pabrikan, agar transformator tetap dapat beroperasi dengan baik.
1.
2. 3.
4.
5.
Daftar Pustaka Kadir, Abdul. 2010. Transformator. Jakarta : Universitas Indonesia (UI-Press). PLN. 2009. Pedoman O&M Trafo Tenaga, Jakarta. Sharma, Sanjeev. 2007. Basics of Electrical Enggineering. New Delhi : I.K. International Tobing, Bonggas L. 2003. Peralatan Tegangan Tinggi. Jakarta : PT. Gramedia Pustaka Utama. Zuhal. 1993. Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya. Jakarta : PT. Gramedia Pustaka Utama. 148 149
