n

Teknik Elektro – FTI – Univ Mercu Buana

Minggu ke - 12

PENGATURAN TEGANGAN (Regulasi Tegangan) Pengaturan tegangan suatu transformator adalah perubahan tegangan sekunder antara beban nol dan beban penuh pada suatu faktor kerja tertentu, dengan tegangan primer konstan. Pengaturan 

V2 tan pa beban  V2 beban penuh V2 beban penuh

Dengan mengingat model rangkaian yang telah ada (dalam hal ini harga sekunder ditransformasikan ke harga primer):

R1

I1

X1

a2X2

I’2

a2R2

IO V 1

IC RC

IM

a2ZL

XM

Pengaturan 

aV 2

a V2 tan pa beban  a V2 beban penuh a V2 beban penuh

Dari rangkaian di atas ternyata: V2 tanpa beban

= V1

aV2 beban penuh = harga tegangan nominal (dalam hal ini tegangan nominal primer) Sehingga : Pengaturan 

V1  a V2 (no min al) a V2 (no min al)

Contoh Soal :

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Sujono ST, MT.

TRANSFORMATOR

1

Teknik Elektro – FTI – Univ Mercu Buana

Minggu ke - 12

Pengukuran hubung singkat transformator fasa tunggal 15 kVA yang mempunyai perbandingan tegangan 2400/240 V, f=50 Hz, menghasilkan data pengukuran sebagai berikut : -

arus hubung singkat Ihs = 6,25 A

-

tegangan yang dipasang Vhs = 131 Volt

-

daya masukan Phs = 21 watt

Hitung prosentase pengaturan untuk beban dengan Cos  = 0,8 terbelakang. Penyelesaian : Faktor kerja pada keadaan hubung singkat : p.f

=

P Vhs . Ihs

=

214 131 . 6,25

= 0,261 tertinggal = 74,52o

Zek

= =

Vhs Ihs 1310 o 16,25  74,52o

]

= 20,9674,52o ohm Rek

= 20,90 x Cos 74,52o = 5,49 ohm

Xek

= 20,90 x Sin 74,52o = 19,97 ohm

Sehingga : V1

= 2400 (0,8 + j0,6) + 6,25 (5,49 + j19,97) = 1920 + j1440 + 34,3 + j124,8 = 1954,3 + j1564,8 = 2502,2 Volt

Jadi % pengaturan tegangan =

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

2502,2  2400 x 100 %  4,26 % 2400

Sujono ST, MT.

TRANSFORMATOR

2

Teknik Elektro – FTI – Univ Mercu Buana

Minggu ke - 12

KERJA PARALEL Pertambahan beban pada suatu saat menghendaki adanya kerja paralel di antara transformator. Tujuan utama kerja paralel adalah agar beban yang dipikul sebanding dengan kemampuan kVA masing-masing tranformator, hingga tidak terjadi pembebanan lebih yang akan menyebabkan pemanasan lebih terhadap trafo.

Gambar 1. Rangkaian Kerja Paralel Trafo Untuk maksud di atas diperlukan beberapa syarat yaitu : 1. Perbandingan tegangan harus sama Jika perbandingan tegangan tidak sama, maka tegangan induksi pada kumparan sekunder masing-masing transformator tidak sama. Perbedaaan ini menyebabkan terjadinya arus pusar pada kumparan sekunder ketika transformator dibebani. Arus ini menimbulkan panas pada kumparan sekunder tersebut. 2. Polaritas transformator harus sama 3. Tegangan impedansi pada keadaan beban penuh harus sama Dari persamaan rangkaian ekivalen yang lalu diketahui:

Dua transformator yang diparalelkan dapat digambarkan sebagai berikut:

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Sujono ST, MT.

TRANSFORMATOR

3

Teknik Elektro – FTI – Univ Mercu Buana

Minggu ke - 12

Karena

Maka untuk keadaan beban penuh

Persamaan di atas mengandung arti, agar kedua tranformator membagi beban sesuatu dengan kemampuan kVA-nya, sehingga tegangan impedansi pada keadaan beban penuh kedua transformator tersebut harus sama (I 1A x Z1A = I1A x Z1A ). Dengan demikian dapat juga dikatakan bahwa kedua transformator tersebut mempunyai impedansi per unit (pu) yang sama.

Gambar 2. Rangkaian Ekivalen Kerja Paralel Trafo 4. Perbandingan reaktansi terhadap tahanan sebaiknya sama Apabila perbandingan R/X sama, maka kedua transformator tersebut akan bekerja pada faktor kerja yang sama. Contoh Soal : Dua transformator 3 fasa yang mempunyai perbandingan tegangan yang sama bekerja secara paralel dan menyalurkan beban total 800 kW pada Cos  = 0,8 terbelakang. Kemampuan trafo tersebut adalah sebagai berikut : Trafo

Kemampuan

Tahanan p.u.

Reaktansi p.u.

A

400 kVA

0,02

0,04

B

600 kVA

0,01

0,05

Tentukan daya keluaran dan faktor kerja masing-masing trafo tersebut.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Sujono ST, MT.

TRANSFORMATOR

4

Teknik Elektro – FTI – Univ Mercu Buana

Minggu ke - 12

Penyelesaian : Misalkan kVA dasar yang digunakan = 1000 kVA Sehingga : Tahanan trafo A : Ra = 0,02 x

1000 = 0,05 400

Reaktansi trafo A : Xa = 0,04 x Tahanan trafo B : Rb = 0,01 x

1000 = 0,1 400

1000 = 0,0167 600

Reaktansi trafo B : Xb = 0,05 x

1000 = 0,0833 600

Bila Cos  = 0,8 terbelakang dan daya (P) = 800 kW, maka bisa ditentukan daya semu (kVA) : S = 800 – j600 Sehingga : SB

= (800 – j600)

(0,05  j0,1) (0,05  j0,1)  (0,0167  j0,0833)

= (800 – j600)

0,05  j0,1 0,677  j1,833

= 414 - j392 SA

= S – SB = (800 – j600) – (414 - j392) = 386 – j208

Trafo B : Daya P = 414 kW ; S = 570 kVA, Cos  = 0,726 terbelakang. Trafo A : Daya P = 386 kW ; S = 440 kVA, Cos  = 0,876 terbelakang. Ternyata trafo A mendapat beban kVA yang lebih besardari kemampuan kerja maksimum. Hal ini tentunya tidak diharapkan terjadi. Untuk kedua trafo tersebut diambil batasan beban agar keduanya menerima beban yang sesuai atau tidak melampaui kVA kerja.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Sujono ST, MT.

TRANSFORMATOR

5

Teknik Elektro – FTI – Univ Mercu Buana

Minggu ke - 12

Batasan tersebut adalah : SA =

SB = =

ZA x S A = SA = 400 kVA 0o ZA ZA x SB ZB (0,02  j0,04) x 600 kVA (0,01  j0,05)

= 507,69 – j138,46 = 526,23 kVA -15,15o Batasan kVA yang diperbolehkan untuk kedua trafo diatas agar diperoleh pembagian kVA rating (kerja) yang sesuai adalah sebesar : S

= 400 + 507,69 – j138,46 = 918,19 kVA -8,67o

RUGI DAN EFISIENSI

Gambar 3. Diagram Rugi Daya dan Efisiensi Pada Trafo 1. Rugi Tembaga (PCu) Rugi yang disebabkan arus beban mengalir pada kawat tembaga dapat ditulis sebagai :

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Sujono ST, MT.

TRANSFORMATOR

6

Teknik Elektro – FTI – Univ Mercu Buana

Minggu ke - 12

Karena arus pada beban berubah-ubah, rugi tembaga juga tidak konstan tergantung pada beban. 2. Rugi Besi (Pi) Rugi besi terdiri atas : 1. Rugi histerisis, yaitu rugi yang disebabkan fluks bolak-balik pada inti besi, yang dinyatakan sebagai:

= konstanta = fluks maksimum (weber).

2. Rugi “arus eddy” yaitu rugi yang disebabkan arus pusar pada inti besi. Dirumuskan sebagai:

Jadi , rugi besi (rugi inti) adalah:

3. Efisiensi Efisiensi dinyatakan sebagai : 

daya keluar daya keluar total rugi   1 daya masuk daya keluar  total rugi daya daya masuk

Di mana total rugi =

4. Perubahan Efisiensi Terhadap Beban Perubahan efisiensi terhadap beban dinyatakan sebagai :

Agar  maksimum, maka :

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Sujono ST, MT.

TRANSFORMATOR

7

Teknik Elektro – FTI – Univ Mercu Buana

Minggu ke - 12

Jadi,

Artinya : Untuk beban tertentu, efisiensi maksimum terjadi ketika rugi tembaga = rugi besi. 5. Perubahan Efisiensi terhadap Faktor Kerja (cos ) Beban Perubahan Efisiensi terhadap Faktor Kerja ( cos ) Beban dapat dinyatakan sebagai:

bila

konstan,

maka :

Contoh Soal : Sebuah trafo 100 kVA mempunyai rugi tembaga 1,5 kW pada keadaan beban penuh dan rugi besi 0,5 kW.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Sujono ST, MT.

TRANSFORMATOR

8

Teknik Elektro – FTI – Univ Mercu Buana

Minggu ke - 12

Gambarkan kurva efisiensi terhadap beban untuk faktor kerja bernilai satu, 0,8 dan 0,6, seandainya trafo tesebut dibebani : 25 kVA ; 50 kVA ; 60 kVA ; 75 kVA ; 100 kVA dan 125 kVA Penyelesaian : Untuk faktor kerja 0,6 rugi besi Pi = 0,5 kW tetap untuk setiap pembebanan pada frekuensi konstan. 1. Rugi tembaga pada beban 25 kVA = 

25   100  

2

x 1,5 = 0,09375

Total rugi pada beban 25 kVA = 0,5 + 0,09375 = 0,59375 kW Efisiensi= =

25 x Cos  x 100 % 25 x Cos   total rugi

(25 x 0,6) x 100 % (25 x 0,6)  0,59375

= 96,16 % Dengan cara yang sama di atas, maka rugi dan efisiensi untuk setiap pembebanan dapat ditentukan seperti tertera dalam tabel berikut ini : Tabel 1 Rugi dan efisiensi untuk Cos  = 0,6

S (kVA) 25 50 60 75 100 125

Rugi Tembaga (kW) 0,09375 0,37500 0,54000 0,84375 1,50000 2,34375

Rugi Inti (kW) 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5

Total Rugi (kW) 0,59375 0,87500 1,04000 1,34375 2,00000 2,84375

Pmasuka n (kW) 15,59375 30,87500 37,04000 46,34750 62,00000 77,84375

Efisiensi (%) 96,19 97,16 97,19 97,10 96,77 96,34

Tabel 2 Rugi dan efisiensi untuk Cos  = 0,8

S (kVA) 25

Rugi Tembaga (kW) 0,09375

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Rugi Inti (kW) 0,5

Total Rugi (kW) 0,59375

Sujono ST, MT.

Pmasuka n (kW) 20,5937

Efisiensi (%) 97,11

TRANSFORMATOR

9

Teknik Elektro – FTI – Univ Mercu Buana

Minggu ke - 12

50

0,37500

0,5

0,89375

60

0,54000

0,5

1,04000

75

0,84375

0,5

1,34375

100

1,50000

0,5

2,00000

125

2,34375

0,5

2,84375

5 40,8750 0 49,0400 0 61,3437 5 82,0000 0 102,843 75

97,85 97,87 97,80 97,56 97,23

Tabel 3 Rugi dan efisiensi untuk Cos  = 0,8 Rugi Tembaga (kW) 0,09375

Rugi Inti (kW) 0,5

Total Rugi (kW) 0,59375

50

0,37500

0,5

0,89375

60

0,54000

0,5

1,04000

75

0,84375

0,5

1,34375

100

1,50000

0,5

2,00000

125

2,34375

0,5

2,84375

S (kVA) 25

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Sujono ST, MT.

Pmasuka n (kW) 25,5937 5 50,8750 0 61,0400 0 76,3437 5 102,000 00 127,843 75

Efisiensi (%) 97,68 98,28 98,29 98,23 98,04 97,77

TRANSFORMATOR

10