Trafo High Leg Delta – Penjelasan dan Kalkulasi - Wira Electrical Engineering Portal

Isi tampilkan

Daya tegangan tinggi ditransferkan melalui jarak yang sangat jauh. Tegangan ini harus diturunkan ke 120V atau 230V satu fasa untuk memenuhi kebutuhan aplikasi domestik dan perumahan.

Perubahan ini terjadi di dalam trafo. Titik tengah dari salah satu fasa diberikan center-tap dan dihubungkan dengan ground jika lilitan sekunder trafo ini adalah delta.

Hal ini memungkinan untuk sebuah trafo untuk menghasilkan 120V satu fasa untuk beban satu fasa dan 240V tiga fasa untuk beban tiga fasa.

Apa itu High Leg Delta

Delta kaki tinggi atau high leg delta adalah koneksi listrik tiga fasa khusus.

Koneksi ini diberikan pada trafo tiga fasa ketika dibutuhkan untuk menyuplai daya satu fasa atau tiga fasa (atau bank trafo).

Daya tiga fasa terhubung dengan konfigurasi delta, yang mana titik center salah satu satu fasa dihubungkan dengan ground. Ini menghasilkan suplai satu fasa terpisah-fasa (L1 atau L2 ke netral pada diagram di bawah) sama halnya sebagai suplai tiga fasa (L1, L2, dan L3 di sisi kanan).

Kode warna untuk kabel ini adalah jingga (orange), jadi sering disebut dengan “orange-leg” atau “kaki jingga”.

Tanpa memperdulikan klasifikasi L1-L2-L3 pada trafo, high leg biasanya dipasang pada center (tengah) yaitu fasa B pada panel yang bersangkutan.

Selanjutnya dengan revisi NEC 2008, high leg delta dipasang pada fasa C.

Lebih jauh, jika kalian hanya membutuhkan sistem 208V, high leg delta tidak direkomendasikan karena kalian dapat memperolehnya dengan wye-wye, sistem tiga fasa empat kabel yang memberikan 120V dan 208V, daya satu dan tiga fasa.

Bisnis suplai daya listrik membangun trafo untuk menyediakan tingkat tegangan 120V, 208V, dan 240V (satu dan tiga fasa) bergantung pada kebutuhan konsumen untuk suplai high leg delta.

Suplai 4.5k – 7.2kV terhubung ke sisi primer pada trafo tiga fasa step down ini. Trafo kemudian menurunkan tegangan ke 240V, 208V, atau 120V untuk instalasi dan pembangunan komersial dan industri.

Apa Fasa pada High Leg Delta

“Fasa B” umumnya adalah high leg atau fasa dengan tegangan terukur paling tinggi terhadap netral.

Bagian atas leg pada sistem tiga fasa empat kabel sekarang dapat diidentifikasikan sebagai fasa “C” bukan fasa “B” menurut modifikasi 2008 NEC.

A = 0 derajat, B = 90 derajat, dan C = 180 derajat adalah sudut fasa (referensi dari netral). Hal ini tidak seperti standar rangkaian 3Y-208 atau 3D-208, yang memiliki sudut fasa 0, 120, dan 240 derajat.

Apa Kegunaan High Leg Delta

Umum ditemukan pada fasilitas tua dan terpencil. 240V line-ke-line dan 120V line-ke-netral sering digunakan untuk menyediakan layanan ini.

Pada beberapa aspek, layanan high leg delta memberikan hasil yang terbaik: tegangan line-ke-line yang lebih tinggi dari layanan tiga fasa lain, begitu juga tegangan line-ke-netral yang cukup (dua pada fasa) untuk dihubungkan ke perangkat dan penerangan.

Hasilnya, banyak perangkat yang akan menggunakan arus lebih kecil ketika menggunakan 208V, tentu saja mengurangi ukuran kabel dan ukuran breaker.

Perangkat dan penerangan yang membutuhkan 120V dapat dihubungkan secara langsung ke fasa fasa A dan C tanpa menggunakan trafo step-down.

Meskipun sistem tidak memiliki label indikasi, hal yang mudah untuk diperhatikan karena fasa “B” (rangkaian #3 dan #4) dan setiap rangkaian ketiga setelahnya adalah breaker tiga polar atau tidak ada apa-apa.

Saat ini, beban satu fasa dan tiga fasa digunakan secara terpisah, contohnya, 120V fasa terpisah (pencahayaan dan lain-lain) dan 240V hingga 600V tiga fasa (motor besar).

Pada beberapa yurisdiksi, bagaimanapun, melarang penggunaan lebih dari satu jenis untuk layanan penyediaan listrik, jadi kita hanya memiliki pilihan antara 120/240 fasa terpisah, 208 satu fasa, atau tiga fasa delta, 120/208 tiga fasa wye, atau 277/480 tiga fasa wye (atau 347/600 tiga fasa wye di Kanada).

Koneksi High Leg Delta

Ada dua cara untuk memperoleh koneksi high leg delta.

Metode pertama adalah menggunakan trafo tiga fasa (atau tiga trafo satu fasa), yang memiliki empat kabel yang keluar dari sisi sekunder, tiga fasa, dan sebuah netral terhubung sebagai center tap pada salah satu belitan.

Metode kedua adalah konfigurasi delta terbuka, dan membutuhkan dua trafo.

Satu trafo terhubung ke satu fasa pada rangkaian distribusi primer overhead untuk menyediakan daya pada rangkaian (trafo ini akan lebih besar dari dua trafo lain).

Trafo kedua terhubung ke fasa lain dalam rangkaian, dengan sisi sekundernya terhubung ke satu sisi pada satu sisi sekunder trafo daya dan sisi lain pada trafo ini disebut “high leg”.

Nilai tegangan antara tiga fasa adalah identik, sedangkan nilai tegangan tiap fasa dan netral adalah berbeda.

Tegangan fasa-ke-netral pada dua dari fasa akan setengah dari tegangan fasa-ke-fasa. Tegangan fasa-ke-netral akan ⅓ dari tegangan fasa-ke-fasa yang tersisa. Jika A-B, B-C, dan C-A semuanya adalah 240V, A-N dan C-N akan 120V, tetapi B-N akan 208V.

Koneksi konfigurasi wye, koneksi delta tanpa ground, dan delta ground pada sudut semuanya adalah contoh dari suplai tiga fasa. Koneksi ini tidak memiliki high leg dan tidak menghasilkan listrik satu fasa terbagi.

Koneksi Trafo High Leg Delta

Koneksi high leg delta adalah ketika salah satu belitan pada sisi sekunder trafo delta diberikan center tap dan terhubung ground. Koneksi red leg, wild leg atau koneksi orange leg adalah sebutan untuk mendeskripsikan kondisi ini.

Dengan melakukan ini, kita dapat menciptakan fasa terpisah atau tiga fasa delta terhubung ke suplai.

Koneksi ini umum digunakan di Amerika Utara, umum di Amerika Serikat. Kita dapat memperoleh suplai 120V, tiga 240V, dan 208V dengan menggunakan koneksi high leg delta.

High leg mengacu pada fasa yang memiliki suplai 208V terhadap ground.

Dimanapun koneksi ini dibuat, konduktor harus diberi tanda permanen dengan warna jingga (orange).

Sekunder hubung wye atau bintang dengan center point yang terhubung ground adalah pengganti yang baik untuk high leg delta. Koneksi ini mampu untuk menyediakan baik koneksi tiga fasa atau satu fasa.

Tegangan high leg delta

Amati skematik koneksi tiga fasa empat kabel di bawah:

Perbedaan tegangan antar fasa adalah,

$\begin{align*}V_{AB}=V_{BC}=V_{CA}\end{align*}$

Rumus di bawah dapat digunakan untuk menghitung tegangan fasa ke netral:

$\begin{align*}V_{AN}&=\frac{V_{AB}}{2}\\V_{BN}&=\frac{V_{AB}}{2}\\V_{CN}&=1.743V_{AN}=1.743V_{BN}\end{align*}$

Jika V_AB dibuat 240V,

$\begin{align*}V_{AN}&=\frac{240}{2}=120V\\V_{BN}&=\frac{240}{2}=120V\\V_{CN}&=1.743\times120=208V\end{align*}$

Umumnya, konektor 208V tidak digunakan.

Perhitungan High Leg Delta

Anggap sisi tegangan rendah 120/240V trafo terhubung high leg delta, dengan high leg pada fasa ‘c’.

Nilai tegangan line-ke-line akan bernilai sama:

$\begin{align*}V_{ab}&=V_{bc}=V_{ca}=240V\end{align*}$

Tegangan line-ke-netral pada fasa ‘a’ dan ‘b’ dihitung dengan cara di bawah karena belitan di antara mereka diberikan center tap:

$\begin{align*}V_{an}&=V_{bn}=\frac{V_{ab}}{2}=120V\end{align*}$

Tegangan fasa-netral pada fasa ‘c’ di sisi lain akan berbeda:

$\begin{align*}V_{cn}=\sqrt{V_{ac}^2-V_{an}^2}\approx208V\end{align*}$

Ini dapat didemonstrasikan menggunakan notasi sudut untuk menuliskan persamaan KVL yang dimulai dari ground netral:

$\begin{align*}&0+120\angle0^o+240\angle0^o\\=&0+120\angle0^o+240(-5)\angle0^o+240\frac{\sqrt{3}}2{}\angle90^o\\=&0+120\angle0^o-120\angle0^o+240\frac{\sqrt{3}}2{}\angle90^o\\=&240\frac{\sqrt{3}}2{}\angle90^o\\=&120\sqrt{3}\angle90^o\end{align*}$

Atau:

$\begin{align*}&0+120\sin(0^o)+240\sin(120^o)\\=&0+0+240\frac{\sqrt{3}}{2}\approx207.8\end{align*}$

Kode Warna High Leg Delta

High leg, biasanya dibuat pada fasa “B”, dibutuhkan oleh kode NEC untuk ditandai dengan warna oranye (terkadang disebut dengan red leg delta) atau artian lain yang sesuai.

Bagaimanapun, dimana meteran menjadi bagian dari panel board atau switchboard, high leg dapat dibuat di fasa “C” untuk menyesuaikan desain meteran fungsi.

Switchboard dan panel board harus ditandai secara permanen dengan tanda yang dapat dilihat, dibaca secara permanen sesuai dengan modifikasi NEC dalam hal ini.

Kalian bisa mengacu pada National Electric Codes, seperti kode warna kabel NEC atau kode warna regional lain.

Kita menggunakan NEC + kode warna kabel umum untuk rangkaian 120V, 208V, 240V, 1 fasa, dan 3 fasa.

Aktif 1 atau Line 1 = biru
Aktif 2 atau Line 2 = jingga (high leg delta)
Aktif 3 atau Line 3 = hitam
Kabel netral = putih
Hijau = kabel ground tanpa konduktor

Untuk tiga kabel line pada sistem tiga fasa high leg delta, warna yang direkomendasikan adalah hitam, oranye, dan biru, dengan warna jingga menandakan high leg delta. Dengan kata lain, di antara kabel aktif lain, high leg delta harus tetap sama.

Untuk kabel konduktor tegangan, jangan gunakan hijau, hijau bergaris kuning, atau konduktor polos. Kabel tembaga, bukan kabel aluminium, sebaiknya digunakan untuk kabel panel box utama untuk mengurangi resistansi dan panas.

High Leg Delta vs Delta Terbuka

Untuk menyediakan suplai tiga fasa ke beban, trafo koneksi delta terbuka menggunakan dua trafo satu fasa. Sebuah sistem V-V adalah nama lain sistem koneksi delta terbuka.

Karena efisiensinya rendah dibandingkan sistem delta-delta (delta tertutup), sistem koneksi delta terbuka normalnya hanya dipasang pada situasi darurat (dimana digunakan saat operasi standar).

Kita sebaiknya mendeskripsikan sistem ini dengan bantuan nilai numerik khusus.

Asumsikan kalian memiliki tiga trafo satu fasa 10 kVA. Mereka terhubung dalam sistem delta tertutup jika mereka terhubung dalam koneksi delta (baik sisi primer dan sekunder).

Berapa besar beban tiga fasa seimbang yang dapat disediakan oleh kombinasi ini?

Jawabannya adalah kombinasi ini dapat menyediakan beban tiga fasa seimbang masing-masing 30 kVA. Setiap trafo akan dibebani hingga 10 kVA, yang mana berarti akan bekerja dengan kapasitas penuh.

Mari kita andaikan satu dari trafo rusak dan butuh untuk diperbaiki. Sistem yang tersisa akan beroperasi dalam mode delta terbuka (contohnya dalam delta terbuka, kita memiliki dua trafo satu fasa).

Sekarang, berapa besar beban tiga fasa seimbang yang dapat disediakan oleh kombinasi ini?

Jawabannya adalah kita saat ini memiliki dua trafo satu fasa 10 kVA, tetapi kita tidak mampu memberikan 20 kVA, beban tiga fasa seimbang.

Kombinasi ini dapat menyediakan beban tiga fasa seimbang hingga 17.32 kVA. Tiap trafo akan dibebankan 10 kVA, yang berarti akan bekerja dengan kapasitas penuh.

Jika dibandingkan dengan sistem delta tertutup, sistem delta terbuka ini akan memiliki efisiensi lebih rendah. Karena kedua trafo bekerja dengan beban penuh (contohnya 10 kVA), rugi-rugi nya juga akan beban penuh, tetapi outputnya akan setengah (output 17.32 kVA bukan 20 kVA).

Jika output pada sistem delta terbuka dapat mencapai 20 kVA, efisiensi sistem delta tertutup dan delta terbuka akan setara, dan bukannya tiga trafo satu fasa, dua trafo satu fasa dapat memadai untuk menyediakan beban tiga fasa di belahan dunia.

Hasilnya, kalian dapat terus menyuplai tiga fasa sebagai sistem delta terbuka, tetapi dengan efisiensi lebih rendah.

Keuntungan High Leg Delta

Sistem bekerja sebagai sistem satu fasa terpisah jika high leg tidak digunakan, yang mana merupakan pengaturan suplai yang sering dilakukan di Amerika Serikat.

Satu bank trafo dapat menyuplai baik daya tiga fasa dan satu fasa terpisah.

Ketika beban tiga fasa lebih kecil jika dibandingkan dengan beban keseluruhan, dua trafo terpisah dapat digunakan daripada tiga trafo “delta” atau “tiga fasa”, dengan biaya yang lebih rendah dan variasi tegangan lebih banyak.

Hal ini dikenal dengan “high leg delta terbuka” karena memiliki kapasitas lebih rendah daripada delta.

Kerugian High Leg Delta

Penyeimbangan beban akan buruk jika beban satu fasa secara signifikan lebih besar dari beban tiga fasa.

Tiga trafo menyediakan suplai untuk sebagian besar kebutuhan, dua di antaranya lebih kecil dari yang ketiga, dan trafo ketiga yang lebih besar akan diberikan center tap dan terhubung dengan ground.

Salah satu tegangan fasa-ke-netral lebih tinggi dari dua lainnya (biasanya fasa “B”). jika beban satu fasa dihubungkan dengan high leg (ketika orang yang bersangkutan tidak tahu bahwa high leg memiliki tegangan lebih tinggi), beban akan menerima tegangan lebih tinggi.

Hal ini akan merusak beban.

Ketika hanya dua trafo yang digunakan, biasanya ada batasan beban high leg ke netral. Berdasarkan salah satu website manufaktur trafo, beban high leg ke netral seharusnya tidak melebihi 5% dari kapasitas trafo.