Abstrak — Pada  penelitian  ini  akan  membahas  tentang pembuatan  sebuah  alat  yang  dirancang  untuk  menghilangkan fluks  sisa  pada  inti  transformator  satu  fasa  1  kVA.  Tujuan utama  dari  menghilangkan  fluks  sisa  pada  transformator  yaitu untuk  mengurangi  lonjakan  arus inrush ketika  transformator dienergisasi,  dan  meningkatkan  keandalan  dari  transformator tersebut,  hal  ini  lebih  dimaksudkan  untuk  mengurangi  rugi  – rugi yang terjadi akibat adanya fluks sisa.
Saat ini ada banyak metode yang digunakan untuk mereduksi besarnya arus inrush. Diantaranya adalah menggunakan metode shunt kapasitor, variable  frequency  –  constant  voltage (VFCV), dan variable voltage – constant frequency (VVCF). Menggunakan metode variable frequency – constant voltage, alat demagnetisasi yang  dibuat  pada  penelitian  ini  merupakan  sebuah  rangkaian saklar  semikonduktor  yang  dirangkai  dengan input sumber tegangan  DC  dan output yang  dihubungkan  dengan  belitan primer tranformator. Alat ini  berkerja  dengan cara  membolak- balik  polaritas  sumber  tegangan  DC  sesuai  pengaturan  waktu yang  telah  ditentukan,  sehingga  frekuensinya  berubah  dari frekuensi rendah menjadi frekuensi tinggi.
Setelah  dilakukan  proses  demagnetisasi  menggunakan  alat demagnetisasi  tersebut,  besarnya  nilai  arus inrush bisa berkurang hingga lebih dari 50%. Sebagai perbandingan, proses demagnetisasi yang dilakukan menggunakan alat dengan metode yang  lain,  yaitu  VVCF,  hanya  mampu  mengurangi  arus inrush sebesar  37,3%.  Selain  itu,  waktu  yang  dibutuhkan  untuk melakukan  proses  demagnetisasi  menggunakan  metode  VFCV hanya  1,46  detik  saja  atau  1  detik  lebih  cepat  daripada  metode VVCF.
Kata  Kunci —Transformator  satu  fasa,  alat  demagnetisasi, variable frequency – constant voltage.

## I. P ENDAHULUAN
RANSFORMATOR  merupakan  peralatan  induksi  – elektromagnetik  yang  paling  banyak  digunakan  pada sistem  kelistrikan.  Hal  ini  disebabkan  oleh  jaringan transmisi  dan  distribusi  jarak  jauh  yang  diterapkan  di Indonesia.  Jarak  antara  pembangkit  listrik  dan  beban  terletak sangat jauh sehingga  membutuhkan transformator daya  untuk menaikkan  dan  menurunkan  tegangan  agar  rugi  –  rugi  yang dihasilkan  selama  proses  penyaluran  tenaga  listrik  dapat diminimalisir.  Salah  satu  fenomena  transformator  yang  tidak diinginkan  adalah  arus inrush .  Ketika  transformator dihubungkan dengan tegangan arus bolak balik maka akan ada arus  yang  besarnya  melebihi  arus  nominal  yang  melewati belitan  transformator  tersebut,  itulah  yang  dinamakan  arus
inrush .  Besarnya  bisa  8  hingga  10  kali  arus  beban  penuh tergantung dari besarnya fluks sisa pada inti transformator dan impedansi  rangkaian.  Dampak  negatif  yang  dihasilkan  oleh arus inrush diantaranya:
1. Memungkinkan  terjadinya  kesalahan  operasi  pada  sistem pengaman  beban  lebih  dan  gangguan  internal  yang menyebabkan lepasnya transformator dari sistem.
2. Dapat  merusak  transformator  karena  kerusakan  mekanik pada belitan yang teraliri arus inrush.
3. Timbulnya  masalah  kualitas  daya  pada  sistem  kelistrikan ( overvoltages dan voltage sags )
Hal  itu  tentunya  dapat  merugikan  industri  –  industri  yang menggunakan  transformator  sebagai  salah  satu  komponen pada sistem kelistrikannya. Oleh karena itu, diperlukan adanya sebuah  alat  yang  dapat  mengurangi  arus inrush untuk menghindari dampak negatif yang telah disebutkan diatas dan menambah lifetime dari transformator tersebut.
Beberapa  metode  yang  dapat  digunakan  untuk  mengurangi arus inrush transformator  antara  lain, sequential  phase energization, menggunakan  kapasitor, pre-insertion resistor, auxiliary  load ;  metode  pengurangan  fluks  sisa  [1],  [2]  dan metode pengontrolan waktu peralihan ( switching time ) [3], [4]. Tiap – tiap metode itu memiliki kelebihan dan kekurangannya masing  –  masing.  Saat  ini  sudah  ditemukan  metode  paling efektif  untuk  mengurangi  arus inrush, yaitu  dengan mendemagnetisasi inti transformator.
Dalam  Tugas  Akhir  ini,  “Demagnetisasi  Arus Inrush pada Transformator  Satu  Fasa  1  kVA  Menggunakan  Metode Pengurangan  Sisa  Medan  Magnet  dengan  Sumber  Tenaga Berfrekuensi  Sangat  Rendah”,  akan  dikembangkan  metode Variable  Frequency  –  Constant  Voltage (VFCV)  untuk mendemagnetisasi  inti  besi  pada  sebuah  transformator  satu fasa  1  kVA.  Metode  ini  nantinya  dikembangkan  sedemikian rupa  dan  diharapkan  dapat  diaplikasikan  menjadi  sebuah  alat yang memanfaatkan sebuah sumber DC dan dirangkai dengan rangkaian  inverter  DC  ke  AC  agar  menghasilkan  arus  bolak balik  yang  nantinya  diinjeksikan  ke  inti  transformator  dalam rentang  waktu  tertentu  sebelum  dihubungkan  dengan  sumber tegangan 220 Volt (energisasi). Kelebihan dari metode VFCV ini  adalah  proses  demagnetisasi  yang  singkat  sehingga  dapat mempercepat proses energisasi transformator tersebut.

## Demagnetisasi Arus
Inrush pada Transformator Satu Fasa 1 kVA Menggunakan Metode Pengurangan Sisa Medan Magnet dengan Menggunakan Sumber Tenaga Berfrekuensi Sangat Rendah
Dicky Wahyu Darmawan, I Made Yulistya Negara, dan Dedet Candra Riawan Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111
E-mail : dicky.wahyu.1994@gmail.com , yulistya@ee.its.ac.id , dedet@ee.its.ac.id
T

## II. TINJAUAN PUSTAKA

## A. Arus Inrush Transformator
Saat  transformator  pertama  kali  dihubungkan  ke  sumber tegangan  bolak  -  balik,  maka  akan  muncul  aliran  arus magnetisasi  yang  mengalir  melalui  kumparan  primer  dari transformator.  Arus  tersebut  digunakan  untuk  proses energisasi  yaitu  agar  muncul  fluks  pada  inti  ferromagnetik. Arus magnetik pada awal proses energisasi biasanya memiliki nilai hingga 8 hingga 12 kali lebih besar dari arus beban penuh transformator.  Arus  itulah  yang  dinamakan  arus inrush dan merupakan  salah  satu  fenomena  transien  yang  dapat  terjadi pada sistem kelistrikan. Besarnya nilai arus inrush tergantung dari  magnitudo  tegangan  sumber,  fluks  sisa  di  dalam  inti transformator,  dan  impedansi  total  dari  rangkaian  saat dihubungkan  dengan  sumber  tegangan  listrik.  Arus  ini diperlukan  sampai  nilai  maksimum  fluks  mencapai  kondisi tunak dan inti menjadi jenuh [5], [6]. Arus inrush terdiri dari 2 bagian  antara  lain  arus  magnetisasi,  yakni  arus  yang diperlukan  untuk  menghasilkan  fluks  pada  inti  transformator, dan  arus  rugi  inti,  yakni  arus  yang  diperlukan  untuk  rugi histerisis dan rugi arus eddy terjadi.

## Gambar 1 Pengaruh fluks sisa terhadap arus inrush [1]
Arus inrush terjadi di dalam transformator ketika fluks sisa tidak  memenuhi  nilai  sesaat  fluks  dalam  kondisi  tunak.  Laju perubahan  fluks  sesaat  di  dalam  transformator  sebanding dengan  jatuh  tegangan  sesaat  pada  lilitan  yang  terhubung sumber.  Selama  transformator  beroperasi  secara  kontinyu, kondisi  fluks  puncak  berada  di  nilai  negatif  saat  tegangan berada pada titik  nol. Namun, selama  proses  energisasi,  fluks pada inti transformator harus bermula pada titik nol. Sehingga untuk  menaikkan  tegangan  dari  nol  fluks  magnet  akan mencapai  nilai  puncak  berkali  lipat  dibandingkan  dengan kondisi  normal.  Akibat  ketidaklinieran  karakteristik  kurva magnetisasi,  pada  kondisi  saturasi  jumlah  gaya  gerak  magnet yang tidak sebanding dibutuhkan untuk membangkitkan fluks magnet.  Sehingga  arus  kumparan  yang  dibutuhkan  untuk membuat  gaya  gerak  magnet  agar  dapat  menimbulkan  fluks pada  inti  transformator  akan  meningkat  dibandingkan  pada kondisi normal.
Gambar  1  menunjukkan  pengaruh  fluks  sisa  terhadap besarnya  nilai  arus  inrush  yang  mengalir  pada  kumparan primer  transformator  saat  pertama  kali  dienergisasi  dengan sumber  tegangan  bolak  –  balik.  Dapat  dilihat,  saat  tidak  ada fluks  sisa  pada  inti  transformator,  arus  inrush  hanya  sebesar 200  Ampere.  Sedangkan  saat  ada  fluks  sisa,  terjadi  lonjakan arus  hingga  mencapai  3  kali  lipat.  Tentu  hal  tersebut  bisa sangat  merugikan  karena  dapat  menyebabkan  kegagalan
koordinasi  sistem  proteksi  arus  lebih  dan  merusak  belitan transformator apabila keadaan tersebut terjadi terus menerus.

## B. Metode Variable Frequency – Constant Voltage (VFCV)
Ada  banyak  cara  untuk  mengurangi  besarnya  arus inrush dan  mendemagnetisasi  fluks  sisa  pada  inti  transformator. Salah  satu  cara  yang  paling  mudah  adalah  menggunakan metode  VFCV  atau Variable  Frequency  –  Constant  Voltage , gambar  2 . Metode  ini  memanfaatkan  sumber  tegangan  DC yang  diubah  menjadi  keluaran  tegangan  AC  berbentuk  kotak. Frekuensi  yang  digunakan  berubah  tiap  setengah  periode dengan  frekuensi  awalan  yang  sangat  rendah.  Seiring berjalannya  waktu,  frekuensi  tadi  akan  bertambah  cepat  di setiap periode setengah gelombang.

## Gambar 2 Metode VFCV [1]
Prinsip  pengurangan  fluks  sisa  menggunakan  metode demagnetisasi ini didapatkan dari hukum Faraday yaitu ketika sebuah  sumber  searah  dihubungkan  ke  induktor,  maka  arus pada induktor tersebut akan naik secara linier terhadap  waktu sesuai  dengan  besarnya  tegangan input dari  sumber  tadi. Kenaikan  arus  secara  linier  terhadap  waktu  dapat  ditulis dengan persamaan berikut,
( ) ∫ ( ) (1)
Proses  demagnetisasi  dimulai  ketika t  =  t 0 , Saat  arus  sudah mencapai nilai maksimum I max , maka polaritas tegangan yang tadinya  positif  diubah  ke  polaritas  negatif.  Kemudian  arus yang tadinya sudah berada pada puncak polaritas positif akan menurun  secara  linear  hingga  mencapai  titik  saturasi  negatif pada  waktu t  = 3 t 0 .  Pada  titik  itu,  terbentuk  sebuah gelombang  kotak  dengan  frekuensi  sebesar  1/  T  dimana  T merupakan  periode  gelombang  antara  0  hingga  ke  3 t 0 . Gelombang  fluks  yang  terbentuk  pada  proses  demagnetisasi juga  berbentuk  seperti  gelombang  arus,  gambar  3.  Bentuk gelombang  fluks  yang  sama  dengan  gelombang  arus  terjadi karena  fluks  berbanding  lurus  dengan  arus  magnetisasi sehingga  terjadi  kenaikan  maupun  penurunan  fluks  secara linier  terhadap  tegangan  masukan  atau input .  Hal  tersebut didasarkan pada persamaan berikut,
(2)
persamaan  2  menunjukkan  bahwa  fluks  ( ) berbanding  lurus terhadap  kenaikan  maupun  penurunan  arus  ( i )  karena  nilai induktor L tidak  akan  berubah  sebab  induktansi  berhubungan dengan jumlah belitan dan jenis kawat belitannya.
Gambar 3 Hubungan tegangan, arus, dan fluks [1]

## III. P ERANCANGAN A LAT D EMAGNETISASI
A. Perancangan Alat Demagnetisasi Proses  demagnetisasi  arus inrush merupakan  hal  yang sangat  krusial  pada  penelitian  tugas  akhir  kali  ini.  Lonjakan arus yang sangat tinggi di awal proses energisasi transformator memang dapat berdampak buruk bagi sistem proteksi maupun terhadap lifetime transformator  itu  sendiri.  Seperti  yang dibahas pada bab sebelumnya, saat transformator pertama kali dihubungkan  ke  sumber  tegangan  bolak  -  balik,  maka  akan muncul  aliran  arus  magnetisasi  yang  mengalir  melalui kumparan primer dari transformator. Arus tersebut digunakan untuk  proses  energisasi  yaitu  agar  muncul  fluks  pada  inti ferromagnetik.  Arus  magnetik  pada  awal  proses  energisasi biasanya  memiliki  nilai  hingga  8  hingga  12  kali  lebih  besar dari  arus  beban  penuh  transformator  [7].  Oleh  karena  itu, diperlukan  adanya  sebuah  alat  yang  dapat  mengurangi besarnya  arus inrush .  Alat  demagnetisasi  ini  dirancang sedemikian  rupa  agar  mudah  saat  digunakan  dan  mampu mengurangi  besarnya  nilai  puncak  arus inrush pada  ketika dilakukan proses energisasi.

## Gambar 4 Rancangan alat demagnetisasi
Sebuah  demagnetizer  yang  dibuat  ini  bekerja  berdasarkan prinsip kerja rangkaian fullbridge inverter yang menggunakan 4  buah  MOSFET  sebagai  saklar  semikonduktornya.  Alat demagnetisasi  ini  akan  mendapatkan input atau  masukan sumber  tegangan  dan  arus  searah  yang  nantinya  diubah menjadi  gelombang  bolak  balik  berbentuk  kotak.  Jika  dilihat pada  gambar  3  pada  bab  2,  sumber  tegangan  DC  yang diinjeksi  ke  inti  transformator  mengakibatkan  kenaikan  arus secara  linier.  Alat  demagnetisasi  yang  digunakan  untuk mengurangi  fluks  sisa  pada  inti  transformator  merupakan sebuah  rangkaian fullbridge  inverter yang  menggunakan suplai  tegangan  DC  dan  menghasilkan  gelombang  AC berbentuk  kotak.  Skema  rangkaian  yang  digunakan  sama dengan  gambar  4  dimana  terdapat  3  bagian  utama  yaitu MOSFET  dan gate  driver nya,  sensor  arus,  serta  sebuah kontroler.
Pencarian  nilai  arus  mencapai  kondisi  saturasi  dilakukan pada  saat  melakukan  uji  hubung  terbuka  yang  sudah dijelaskan  pada  subbab  sebelumnya.  Dari  hasil  pengujian tersebut  ditetapkan  arus  magnetisasi  (Im)  mengalami  kondisi saturasi  saat  bernilai  1,16  ampere.  Saat  itu  arus  eksitasi  DC (Ip)  berada  pada  nilai  1,2  ampere.  Modul  ACS  hanya  dapat mengukur  besarnya  arus  eksitasi  yang  masuk  ke  sisi  primer transformator,  sehingga  pembacaan  arus  saturasi  pada  modul ACS ditetapkan sebesar 1,2 ampere agar kemudian diteruskan menuju  modul  mikrokontroller  sebagai  sinyal  untuk melakukan  proses  pensaklaran.  Persamaan  yang  digunakan untuk  menentukan  pembacaan  arus  saturasi  yang  dilakukan oleh sensor arus ACS 712 adalah,
V analog = (I sat x Sensitivity) +V offset (4)
dimana: V analog = tegangan analog dari pembacaan ACS (mV) I sat = arus saturasi yang ditetapkan (A)
Sensitivity = sensitivitas ACS712 (mV/A) V offset = tegangan offset dari hasil kalibrasi 0 ampere (mV)
Setelah  mendapatkan tegangan analog dari pembacaan  sensor arus,  langkah  selanjutnya  adalah  mengubah  tegangan  analog tadi menjadi bentuk digital melalui persamaan berikut ini,
V digital = (3.2)
Dengan ketentuan:
V digital = tegangan digital konversi tegangan analog (mV) 5000 = Vcc 5 volt pada mikrokontroller (mV) 1024 = jumlah bit maksimal pada mikrokontroller
Dari persamaan 4 dan 3.2 akan didapatkan arus saturasi positif yang dibaca oleh mikrokontroller:
V analog = (1,2 x 100) + 2509 = 2629 mV (3.3)
V digital = 9 = 538 mV (3.4)
Dari persamaan yang sama juga akan didapatkan arus saturasi negatif yang dibaca oleh mikrokontroller:
V analog = 2509 - (1,2 x 100) = 2389 mV (3.5) V digital = = 489 mV (3.6)
Hasil  konversi  arus  analog  menjadi  tegangan  digital  ini dimasukkan  ke  dalam  program  mikrokontroller  sebagai  tolak ukur kondisi saturasi pada arus magnetisasi agar mikrokontroller  melakukan  proses  pensaklaran  dan  merubah polaritas  tegangan  output  positif  menjadi  negatif  serta sebaliknya.
Alat demagnetisasi arus inrush pada transformator satu fasa ini  menggunakan  3  buah  sumber  DC.  Sumber  DC  yang pertama  digunakan untuk  mensuplai gate driver IR2184 yang membutuhkan  tegangan  antara  10  Vdc  hingga  20  Vdc.  Pada prakteknya,  sumber  tegangan  DC  yang  digunakan  untuk mensuplai  IR2184  sebesar  12  Vdc.  Selain  itu,  tegangan  12 Vdc  ini  juga  digunakan  sebagai  suplai  yang  langsung terhubung dengan buck converter yang langsung  menurunkan tegangan tersebut  menjadi 5 Vdc untuk kemudian di salurkan ke mikrokontroller.
Sumber tegangan DC yang kedua memiliki 2 panel dimana panel bagian kanan digunakan sebagai suplai utama rangkaian demagnetisasi  yaitu  sebesar  3  Vdc  dan  panel  sebelah  kiri digunakan  untuk  mensuplai  pin  V B pada  IR2184  dengan  nilai 15  Vdc.  Kedua  panel  tersebut,  yaitu  antara  panel  kiri  dan panel  kanan  bekerja  secara  independen  sehingga  tidak  saling terhubung  satu  sama  lain.  Untuk  suplai  arus  searah  pada sumber  DC  tersebut  menyesuaikan  dengan  besar  tegangan yang  digunakan.  Sesuai  dengan  hasil  pengujian  dan pengukuran,  besarnya  resistansi  pada  transformator  adalah sekitar     Ω.  Sehingga  apabila  kita  menggunakan  3  Vdc
sebagai  tegangan  utama  yang  mensuplai  transformator,  maka arus  yang  diinjeksikan  besarnya  sekitar  1.2  Ampere. Sedangkan untuk suplai DC menuju pin V B dan IR2184 tidak memerlukan  suplai  arus  yang  besar  karena  resistansi komponen tersebut nilainya sangat besar.
Nilai 15 Vdc merupakan hasil dari V S + 12 Vdc yang mana rumus  tersebut  menyesuaikan  dengan  parameter  yang  ada pada datasheet komponen.  Suplai  utama  sebesar  3  Vdc didapatkan sesuai dengan persamaan berikut,
V dc = (I x R) + (2 x r d x I) (3.7) Berdasarkan pengujian, didapatkan resistansi pada transformator sebesar  ,9  Ω, r d pada MOSFET  7,  mΩ dan arus  saturasi  sebesar  1,2  A.  Sehingga  didapatkan  tegangan suplai maksimal adalah,
V dc = (1,2 x 1,95) + (2 x 0,0175 x 1,2) (3.8)
V dc = 2,4 Volt (3.9)
Namun  pada  proses  perancangan  dan  percobaan,  terjadi penurunan  nilai  tegangan.  Sehingga  arus  yang  disuplai  tidak mencapai  1,2  ampere.  Oleh  karena  itu,  nilai  tegangan  suplai utama  dari  rangkaian  demagnetisasi  ini  dinaikkan  menjadi  3 Volt.
Alat  demagnetisasi  ini  dipisah  menjadi  2  bagian  yaitu bagian pensaklaran dan bagian kontrol. Sehingga diperlukan 2 buah sumber tegangan DC sebagai suplai utama dan yang satu lagi  sebagai input  switching .  Prinsip  kerja  dari  alat demagnetisasi [1], [2] yaitu:
1. Sumber tegangan DC dimasukkan ke bagian 1 yaitu bagian switching yang  berisikan  4  buah  MOSFET,  2  buah halfbridge  driver dan  beberapa  komponen  pendukung seperti  LED,  resistor,  dan  kapasitor.  Tegangan  masukan utama  sebesar  3  volt  DC,  sedangkan  tegangan  masukan untuk pin Vb pada gate driver sebesar 15 volt DC. 2. Bagian  2  yaitu  kontroller  yang  berisikan  sebuah  modul buck  converter ,  modul  mikrokontroller  arduino  nano,  dan beberapa  komponen  tambahan  berupa  resistor,  kapasitor, LED, push  button ,  serta  layar  LCD  16  x  2  juga  diinjeksi dengan  sumber  tegangan  DC  untuk input vcc  pada gate driver dan  modul  mikrokontroller.  Besar  tegangan input vcc pada gate driver ini nilainya ditetapkan sebesar 12 volt DC.  Namun  sebelum  menuju  modul  mikrokontroller, tegangan input 12  volt  DC  dari  sumber  tadi  dikonversi menjadi 5 volt DC oleh modul buck converter.
3. Selanjutnya mikrokontroller diatur agar dapat menghasilkan pulsa PWM yang  nantinya  masuk ke dalam gate  driver pada  bagian  pensaklaran  untuk  menyalakan MOSFET secara bergantian.
4. Saklar 1 dan saklar 2  menyala saat  tegangan DC polaritas positif disalurkan ke transformator. Kemudian arus eksitasi DC  akan  naik  secara  linier  dan  kenaikan  arus  eksitasi hingga  mencapai  titik  saturasi  positif,  seperti  yang ditunjukkan oleh gambar 42, dibaca oleh sensor arus. 5. Ketika arus magnetisasi sudah mengalami kondisi saturasi yaitu pada titik a, maka sensor arus tadi akan memberikan sinyal kepada mikrokontroller sehingga saklar 1 dan saklar
2  mati,  berganti  saklar  3  dan  4  yang  menyala,  sehingga polaritas tegangan suplai DC berganti ke polaritas negatif. . 6. Arus  magnetisasi  kembali  mengalami  kondisi  saturasi negatif  pada  titik  c,  sensor  arus  kembali  memberikan sinyal  kepada  mikrokontroller  agar  kembali  membalik polaritas tegangan suplai DC.
7. Dari  titik  c  ke  titik  e  inilah  proses  demagnetisasi berlangsung. Periode pensaklaran atau perubahan polaritas negatif menuju positif berlangsung dengan durasi setengah periode dari titik b ke c.
8. Durasi  pensaklaran  selanjutnya  baik  dari  polaritas  positif menuju ke negatif maupun dari polaritas negatif ke  positif akan terus berkurang setengah dari gelombang sebelumnya.
Proses  pensaklaran  dimulai  dengan  frekuensi  yang  sangat rendah  karena  untuk  mencapai  kondisi  saturasi  diperlukan waktu  yang  cukup  lama.  Lamanya  kondisi  saturasi  pada  tiap transformator  berbeda  –  beda  karena  hal  itu  berhubungan dengan  tingkat  kualitas  inti  besi  transformator  yang digunakan.  Namun  saat  proses  demagnetisasi  berlangsung, frekuensi  sumber  tegangan  tadi  akan  meningkat  dan mengakibatkan  proses  pensaklaran  menjadi  semakin  cepat. Oleh  karena  itu,  alat  demagnetisasi  ini  dinamakan  alat demagnetisasi  transformator  satu  fasa  1  kVA  dengan  sumber tenaga  berfrekuensi  sangat  rendah.  Dari  prinsip  kerja  alat demagnetisasi  yang  telah  dijelaskan  diatas,  didapatkan persamaan periode pensaklaran berikut ini,
Δ x = Δ - (40)
dimana: x = 3, 4, 5,…..

## IV. P ENGUJIAN A LAT D EMAGNETISASI DAN A RUS I NRUSH

## A. Pengujian Alat demagnetisasi
Alat  demagnetisasi  yang  telah  dirancang  dan  telah dijelaskan  pada  bab  3,  diuji  di  laboratorium  untuk  dianalisa apakah bisa menghasilkan gelombang kotak sinus seperti yang diharapkan. Seperti yang dibahas sebelumnya, alat demagnetisasi arus inrush pada transformator 1 fasa 1 kVA ini berbasis  metode Variable  Frequency  –  Constant  Voltage [1]. Hal  itu  menunjukkan  bahwa  aplikasi  alat  ini  menggunakan sumber  DC  sebagai  suplai  utama  yang  diubah  menjadi gelombang kotak AC dengan frekuensi yang bervariasi.
Dapat  dilihat  pada  gambar  5,  proses  demagnetisasi hanya  membutuhkan  waktu  sekitar  1,5  detik  saja  atau  lebih tepatnya  1,46  detik.  Hal  ini  tentunya  merupakan  proses  yang sangat  cepat  dan  arus  eksitasi  DC  yang  masuk  ke  inti  besi hamper mendekati 0 ampere di akhir proses tersebut.
Pada  setengah  gelombang  dengan  polaritas  positif, seperti  yang  ditunjukkan  oleh  gambar  5,  memiliki  sinyal masukan  sebesar  3  volt.  Tetapi  yang  terbaca  di  osiloskop hanya  2,4  Vdc.  Jika  dianalisa,  terjadi  penurunan  tegangan selama  proses  demagnetisasi  berlangsung.  Hal  itu  disebabkan oleh  proses  pensaklaran  yang  terjadi  berulang  kali  dengan frekuensi  yang  semakin  tinggi.  Gambar  5  memperlihatkan perubahan  tegangan  dari  polaritas  negatif  menjadi  polaritas positif  maupun  sebaliknya  pada  saat  frekuensi  rendah  hingga cukup  tinggi.  Sehingga  untuk  menghindari  penurunan tegangan  akibat  proses  pensaklaran,  alat  demagnetisasi diprogram  agar  berhenti  beroperasi  saat  periode  setengah gelombang sudah mencapai 0,1 mili detik.
Jika  mengacu  pada  kedua  gambar  5  tersebut,  maka proses  demagnetisasi  sudah  sesuai  dengan  yang  telah dirancang  sebelumnya.  Kelemahan  dari  alat  tersebut  adalah tidak bisa mempertahankan nilai tegangan masukan, sehingga pada  gelombang  keluaran  terdapat  penurunan  nilai  akibat proses pensaklaran. Sesuai yang disebutkan pada referensi [2], sebenarnya  proses  demagnetisasi  dianggap  sudah  selesai dengan  periode  satu  setengah  gelombang.  Untuk  mengatasi hal  itu,  pada  modul  mikrokontroller  di  program  agar menghentikan  proses  pensaklaran  saat  setengah  gelombang yang terakhir memiliki periode lebih dari sama dengan 10 mili detik.  Dengan  begitu  diharapkan  proses  demagnetisasi  dapat berjalan  optimal  dan  dapat  mengurangi  fluks  sisa  pada  inti transformator  sehingga  nilai  arus inrush saat  di  energisasi dapat berkurang secara signifikan.

## B. Perbandingan Arus Inrush dan Analisa Data
Proses pengujian dilakukan  sebanyak 5  kali agar dapat dilakukan  perbandingan  durasi  proses  demagnetisasi  dan besarnya  arus inrush sebelum  dan  sesudah  di  demagnetisasi. Tahap  –  tahap  pengujian  dilakukan  sesuai  dengan  diagram pada  gambar  6  dan  data  diambil  pada  saat  proses  energisasi. Setelah mendapatkan ritme proses energisasi dan demagnetisasi,  yaitu  adanya  interval  waktu  selama  10  menit, maka  proses  pengambilan  data  segera  dilakukan.  Kurva  biru menunjukkan  arus inrush sebelum  demagnetisasi  dan  kurva merah menunjukkan arus inrush setelah demagnetisasi.
Gambar 6 Diagram proses pengujian arus inrush
Gambar 7 Percobaan 1 arus inrush sudut penyalaan 0 °
Gambar 8 Percobaan 1 arus inrush sudut penyalaan 90°
Setelah  dilakukan  pengujian  energisasi  dan  demagnetisasi, dilakukan  pengukuran  menggunakan  modul  DAQ  dan hasilnya ditampilkan dalam bentuk grafik pada layar monitor. Dari hasil pengujian dan pengukuran nilai arus inrush sebelum dan sesudah didemagnetisasi, didapatkan data sebagai berikut,
Tabel 1 Hasil pengukuran arus inrush sudut penyalaan 0 ° dan 90°
Sudut (°) Arus
Inrush (A) Interval (menit) Demagnetisasi (detik) Interval (menit) Arus Inrush (A) Turun (%) 0 27,4 10 1,46 10 7,6 72,3 0 32 10 1,46 10 12,5 61 90 5,2 10 1,46 10 1,26 75,8 90 6,2 10 1,46 10 4 35,5
Data pada tabel 1 menunjukkan penurunan arus inrush pada saat dilakukan pengujian sebelum dan sesudah demagnetisasi. Data  tersebut  dapat  dianalisa  bahwa  rata  –  rata  proses demagnetisasi  menghabiskan  waktu  sekitar  1,5  detik.  Tentu saja  hal  itu  merupakan  proses  yang  cukup  cepat  mengingat pada  alat  demagnetisasi  di  program  akan  berhenti  beroperasi saat  periode  setengah  gelombang  yang  terakhir  adalah  0,1 milidetik.  Sedangkan  untuk  penurunan  arus  memiliki  nilai yang  berbeda  –  beda  di  setiap  percobaan.  Perbedaan  ini disebabkan  oleh  jumlah  fluks  sisa  yang  terkumpul  pada  inti besi  transformator.  Semakin  sering  dienergisasi,  maka  fluks sisa  juga  semakin  banyak.  Akibatnya  proses  demagnetisasi menggunakan  alat  demagnetisasi  arus inrush dengan  sumber tenaga  berfrekuensi  sangat  rendah  hanya  mampu  mengurangi fluks  sisa  tidak  sampai  habis  dari  fluks  sisa  keseluruhan. Meskipun  begitu,  nilai  maksimal  dari  arus inrush saat dienergisasi tetap berkurang.
Sebagai  perbandingan,  metode  demagnetisasi Variable Frequency  –  Constant  Voltage dibandingkan  dengan  metode demagnetisasi  arus inrush yang  lain  yaitu  menggunakan Variable  Voltage  –  Constant  Frequency (VVCF).  Topik  ini
Mulai Energisasi Demagnetisasi Energisasi Selesai Interval 10 menit Interval 10 menit Mulai Energisasi Demagnetisasi Energisasi Selesai Interval 10 menit Interval 10 menit
dikerjakan  oleh  salah  satu  rekan  tugas  akhir  dan  data  yang didapatkan ditunjukkan oleh tabel berikut,
Tabel 2
Hasil demagnetisasi arus inrush menggunakan metode VVCF
Sudut (°) Arus Inrush (A) Interval (menit) Demagnetisasi (detik) Interval (menit) Arus Inrush (A) Turun (%) 0 30,78 10 2 10 25,05 18,6 90 8,22 10 2 10 5,5 33,1
Data  yang  didapatkan  pada  tabel  2  dibandingkan  dengan data  pada  tabel  1,  jika  dianalisa  terdapat  perbedaan  yang sangat  signifikan  mengenai  waktu  yang  dibutuhkan  dalam proses demagnetisasi. Metode VFCV dapat melakukan proses demagnetisasi lebih cepat daripada metode VVCF [1]. Hal ini terjadi  karena  perbedaan  metode  yang  digunakan  saat merancang  alat  dimana  metode  VFCV  yang  dibahas  pada tugas  akhir  kali  ini  dirancang  sedemikian  rupa  agar  berhenti bekerja  saat  setengah  gelombang  terakhir  dari  tegangan keluaran  memiliki  periode  0,1  milidetik.  Sedangkan  untuk metode  VVCF  dirancang  agar  berhenti  bekerja  saat  sudah mencapai  satu  setengah  gelombang  saja.  Seharusnya  alat demagnetisasi  berbasis  metode  VFCV  bekerja  lebih  lama tetapi  tetap  saja  hasil  pengujian  menunjukkan  bahwa  alat demagnetisasi yang menggunakan metode VFCV membutuhkan  waktu  yang  singkat.  Namun  untuk  hasil demagnetisasi  yang  ditunjukkan  oleh  persentase  penurunan pada kolom paling kanan di tabel 2 tidak terlalu signifikan jika dibandingkan  dengan  metode  VFCV.  Sehingga  dapat disimpulkan  bahwa  alat  demagnetisasi  arus inrush dengan sumber  tenaga  berfrekuensi  sangat  rendah  berbasis  metode Variable  Frequency  –  Constant  Voltage memerlukan  waktu sedikit  lebih  cepat  dalam  melakukan  proses  demagnetisasi, tetapi hasil yang didapatkan sangat optimal.

## V. K ESIMPULAN
Besarnya  nilai  arus inrush saat  pertama  kali  dienergisasi dengan sumber tegangan bolak – balik bergantung pada sudut fasa  tegangan  tersebut  dan  besarnya  fluks  sisa  yang  terdapat pada  inti  besi  transformator.  Alat  Demagnetisasi  Arus Inrush dengan Sumber Tenaga Berfrekuensi Sangat  Rendah berbasis metode Variable  Frequency  –  Constant  Voltage terbukti berhasil  melakukan  proses  pengurangan  fluks  sisa  pada  inti transformator satu  fasa 1 kVA sehingga nilai dari arus inrush setelah didemagnetisasi bisa lebih rendah dari nilai arus inrush sebelum  proses  demagnetisasi  dilakukan.  Hasil  yang didapatkan  ketika  menggunakan  alat  demagnetisasi  berbasis metode Variable  Frequency  –  Constatn  Voltage bisa  lebih optimal  daripada  alat  demagnetisasi  yang  menggunakan metode Variable  Voltage  –  Constant  Frequency. Hal  ini dibuktikan  dengan  perbedaaan  penurunan  persentase  arus inrush pada metode VFCV yang mencapai lebih dari 50% dan metode  VVCF  yang  maksimal  hanya  mencapai  37,3%. Perbandingan  ini  tentunya  dilakukan  dengan  parameter
transformator  yang  sama,  serta  interval  antara  proses energisasi dan demagnetisasi yang sama.

## D AFTAR P USTAKA
[1] K. Baris, L. d. Francisco, C. Dariusz, Z. Zivan, and B. Leo, “ Mitigation of Inrush Currents in Network Transformers by Reducing the Residual Flux  with  an  Ultra-Low-Frequency  Power  Source ”,  IEEE  Trans.
Power Del., vol. 26, no. 3, pp. 1563 – 1570, July. 2011.
[2] F.  de  Leon,  Ashkan  Farazmand,  Saeed  Jazebi,  Digvijay  Deswal,  dan Raka  Levi,  “ Residual  Flux  in  Transformer  by  Application  of  an Alternating Polarity DC Voltage Source ”, IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 30, no. 4, August 2015.
[3] H.  Brunke  and  K.  J.  Frohlich,  “ Elimination  of  Transformer  Inrush Currents  by  Controlled  Switching.  I.  Theoretical  Considerations ”, IEEE Trans. Power Del., vol. 16, no. 2, pp. 276–280, April. 2001.
[4] H.  Brunke  and  K.  J.  Frohlich,  “ Elimination  of  Transformer  Inrush Currents  by  Controlled  switching.  II.  Application  and  Performance Considerations ”, IEEE Trans. Power Del., vol.   , no.  , pp.  8 –285, April. 2001.
[5] F.  de  León,  A.  Farazmand,  and  P.  Joseph,  “ Comparing  the  T  and  Pi Equivalent  Circuits  for  the  Calculation  of  Transformer  Inrush Currents ”,  IEEE  Trans.  Power  Del.,  vol.   7,  no.   ,  pp.   39 –2398, October. 2012.
[6] M.  Jamali,  M.  Mirzaie,  and  S.  Asghar  Gholamian,  “ Calculation  and Analysis  of  Transformer  Inrush  Current  Based  on  Parameters  of Transformer and Operating Conditions ”, ISSN  39 -1215 ©2011 [7] Firmansyah Mokhamad, IGN Satriyadi, Soedibjo, “ Studi Perbandingan  Metode  Pengurangan  Arus  Inrush  pada  Transformator Daya 500 kV GITET Krian ”, Jurnal Teknik Pomits, vol.  , no.  , pp. – 6, 2014.