TRASFORMATOR
Oleh : PUTU RUSDI ARIAWAN (0804405050)
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA JIMBARAN-BALI 2010
TRANSFORMATOR
Pengertian Transformator Transformator adalah merupakan suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkain listrik lainnya melalui gandengan magnet. ( Zuhal, 1988 ) Transformator juga dikatakan sebagai suatu alat untuk memindahkan daya listrik arus bolak-balik dari satu rangkaian kerangkaian lainnya secara induksi elektro magnetik. (Sumanto, 1991) Transformator pada umumnya banyak dipergunakan untuk sistem tenaga listrik maupun untuk rangkaian elektronik. Dalam sistem tenaga listrik, transformator dipergunakan untuk memindahkan energi dari satu rangkaian listrik ke rangkaian berikutnya tanpa merubah frekuensi. Melalui trasformator tegangn dapat dinaikan atau diturunkan,untuk saluran terasmisi diterapkan tegangan tinggi ( 70 kV-500 kV ) atau tegangn ultra tinggi ( 500 kV ke atas ),Tujuannya adalah untuk mereduksi rugi-rugi daya pada saluran trasmisi tersebut. Sedangkan sisi pembangkit dan pemakai adalah tegangn rendah,terutama pada pemakai diterapkan tegangan rendah 380/220V supaya aman. Sedangkan pada pembangkit berkisar 10 kV Suatu transformator umumnya terdiri dari dua kumparan yang dililitkan pada suatu rangka gulungan (koker) yang terbuat dari kertas keras, kemudian dimasukkan lembaran-lembaran besi lunak bercampur silikon atau lembaranlembaran plat baja yang diklem menjadi satu. Kumparan pertama disebut kumparan primer dan kumparan kedua disebut kumparan sekunder. Terasformator pada umumnya disebut dengan terafo, yang terdiri dari dua kumparan yang masing-masing disebut kumparan primer pada sebuah input, kumparan sekunder pada sisi output ,dan inti yang terdiri dari lempengan besi. Diantara lempengan besi dilapisikan dengan isolasi sehingga lempengan besi yang satu dengan yang lainnya tidak menghantarkan arus listrik. Perubahan tegangan pada output tergantung pada ratio dari jumlah gulungan primer dengn gulungan sekundernya. Jumlah gulungan primer adalah N1 dan gulungan sekundernya adalah N2, selanjutnya untuk trafo idial ratio gulungan dan tegangan output adalah :
PUTU RUSDI ARIAWAN
N1 N2
a Dimana :
N1 : jumlah gulungan primer N2 : jumlah gulungan sekunder a : ratio gulungan
Vo
V1 a
Dimana : Vo : tegangan output V1 : tegangan input Rangkaian pengganti trafo Untuk melakukan perhitungan ,trafo diperesentasikan dalam bentuk rangkaian listrik yang disebut dengan rangkaian pengganti atau rangkaian ekivalen trafo. Rangkaian pengganti ini berdasarkan rugi-rugi yang terjadi pada trafo antara lain : a. Rugi tembaga pada gulungan: pada primer dinyatakan dengan r1 dan skunder r2. b. Rugi fluks bocor, yaitu fluks yang keluar dari inti besi , primer X1 dan skunder X2. c. Rugi inti besi, yaitu rugi magnetis yang dinyatakan X1 dan arus Edy dinyatakan r1 Dengan adanya perubahan arus yang mengalir pada gulungan akan terbentuk fluksi yang berubah dengan mengikuti perubahan arus tersebut dan kemudian terbentuk GGL lawan yang sesuai dengan hukum Faraday. Untuk Primer:
E1 Untuk Sekunder:
PUTU RUSDI ARIAWAN
N1
1
t
E2 1
Dimana:
N2
2
t
2
Dengan memperhatikan rugi-rugi tersebut dan ggl lawan pada tiap gulungan, maka diperoleh rangkaian pengganti trafo sebagai berikut:
Gambar Rangakaian Pengganti Trafo
Dalam garis putus-putus adalah merupakan trafo ideal, yaitu suatu trafo tanpa rugi-rugi, dengan tegangan input E1 dan tegangan output E2. Pada trafo ini berlaku hubungan kekekalan energi, yaitu: I1E1=I2E2 maka diperoleh persamaan :
E1 E2 Dimana :
Ii
I2 I1
a
I1 I 0
Pada sisi sekunder, untuk Loop tertutup pada sisi ini berlaku hukum Kirchoof tegangan sebagai berikut:
E 2 I 2( R2 GX 2) V 2 0 Atau
aE 2 aI 2(R 2 Jx2 )-av2 Atau
E 2'
I 2'(r 2' jx2' ) v2'
Dimana:
E 2'
PUTU RUSDI ARIAWAN
aE 2
I 2'
I2 a
r 2' a 2 R 2 x 2' a 2 x 2 V 2' aV 2 Dalam hal ini E1 = E2’, dengan demikian rangkaian pengganti trafo dapat disederhanakan menjadi :
a. Rangkaian Pengganti ekivalen
b. Diagram phasor
Prinsip Kerja Transformator Apabila kumparan primer dihubungkan dengan sumber, maka akan mengalir arus bolak-balik I1 pada kumparan tersebut. Arus I1 akan menimbulkan fluks magnet yang berubah-ubah pada inti. Dengan adanya fluks magnet yang berubah-ubah, pada kumparan akan timbul gaya gerak listrik (GGL) induksi e. Daya listrik dari kumparan primer ke kumparan sekunder dengan perantara garis gaya magnet atau fluks magnet (Ф) yang dibangkitkan oleh aliran listrik yang mengalir melalui kumparan primer. (Sulasno, 1990)
PUTU RUSDI ARIAWAN
Untuk dapat membangkitkan tegangan listrik pada kumparan sekunder, fluks magnet yang dibangkitkan oleh kumparan primer harus berubahubah. Untuk memenuhi hal ini, aliran listrik yang mengalir melalui kumparan primer haruslah aliran listrik arus bolak-balik (AC). Saat kumparan primer ke sumber listrik AC, pada kumparan primer timbul gaya gerak magnet bersama yang bolak-balik juga. Dengan adanya gaya gerak magnet ini, di sekitar kumparan primer timbul fluks magnet bersama yang juga bolak-balik. Adanya fluks magnet bersama ini, pada ujung-ujung kumparan sekunder timbul gaya gerak listrik sekunder yang mungkin sama, lebih tinggi, atau lebih rendah dari gaya gerak listrik primer. Hal ini tergantung pada perbandingan
transformasi
kumparan
transformator
memperlihatkan bagian-bagian terpenting transformator.
Gambar Bagian-bagian dari transformator
Keterangan gambar : 1
:
inti/teras
2
:
gulungan primer di hubungkan ke sumber
3
:
gulungan sekunder di hubungkan ke beban
U1
:
tegangan primer
U2
:
tegangan sekunder
I1
:
arus primer
PUTU RUSDI ARIAWAN
tersebut.
Gambar
I2
:
arus sekunder
ep
:
GGL induksi pada kumparan primer
es
:
GGL induksi pada kumparan sekunder
Np
:
jumlah lilitan kumparan primer
Na
:
jumlah lilitan kumparan sekunder
Φb
:
fluks magnet bersama (mutual fluks)
Z
:
beban
Besarnya GGL induksi pada kumparan primer, ep adalah : ep
Np
d dt
volt
Dimana : d
: perubahan garis-garis gaya magnet (Weber) 1 Weber = 108 Maxwell
Np : jumlah lilitan kumparan primer dt
: perubahan waktu (detik) Fluks yang menginduksikan GGL induksi ep juga menginduksikan es
pada kumparan sekunder, karena merupakan fluks bersama (mutual fluks). Besarnya GGL induksi, es pada kumparan sekunder adalah : es
Ns
d dt
volt
Dari persamaan kedua diatas didapatkan perbandingan lilitan berdasarkan perbandingan GGL induksi sebagai berikut : a
ep es
Np Ns
dimana : a
: nilai perbandingan lilitan transformator
Apabila, a < 1 maka transformator berfungsi untuk menaikkan tegangan (step up transformer) a > 1 maka transformator berfungsi untuk menurunkan tegangan (step down transformer) fluks pada saat t dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut :
PUTU RUSDI ARIAWAN
t
m sin t
dimana : m
: fluks maksimum (weber)
sehingga GGL induksi pada kumparan primer adalah : ep
Np
d dt
Np
d m sin t dt
Np
m sin t
Np
volt
sin
t
2
volt
Dari persamaan diatas dapat dilihat bahwa fluks magnet fungsi sinus akan menimbulkan GGL induksi fungsi sinus. GGL induksi akan ketinggalan 900 terhadap fluks magnet. GGL induksi kumparan primer maksimum adalah :
e p maks
Np
m
sehingga :
ep
e p maks 2 Np
m 2
2 fNp m 2 2 3,14x1.41 fNp m 4,44 fNp m volt dengan cara yang sama didapatkan
es
4,44 fNs m volt
Apabila transformator dianggap ideal, sehingga dianggap tidak ada rugi-rugi daya, maka daya input (Pi) dapat dianggap sama dengan daya output(Po) maka : U1 I1
U2I2
PUTU RUSDI ARIAWAN
I1 I2
U2 U1
Dari persamaan yang ada didapatkan : a
ep es
Np Ns
U1 U2
I2 I1
Jenis-Jenis Transformator Jenis-jenis transformator dapat dibedakan menjadi beberapa macam. Dibawah ini dapat dilihat macam-macam transformator tersebut. ( Sumanto, 1991)
1. Menurut letak kumparan terhadap inti Berdasarkan letak kumparan terhadap inti dikenal dua jenis transformator yaitu : a. Transformator tipe inti ( core type) Transfomator
tipe
inti
yaitu
apabila
kumparan
mengelilingi inti besi. inti kumparan
Gambar Transformator tipe inti
b. Transformator tipe cangkang (shell type)
PUTU RUSDI ARIAWAN
tembaga
Transformator tipe cangkang yaitu apabila kumparan tembaga dikelilingi inti besi.
Kumparan inti
Gambar Transfomator tipe cangkang
2. Menurut perbandingan transformasinya Yang
dimaksud
dengan
perbandingan
transformasi
adalah
perbandingan jumlah kumparan primer dan sekunder. a
Ep Es
Np Ns
Sehingga berdasarkan atas perbandingan transformasinya dikenal dua jenis transformator, yaitu : a. Transformator penaik tegangan Dimana GGL induksi sekunder Es lebih besar dari GGL induksi primer Ep ( a<1 ). b. Transformator penurun tegangan Bila GGL induksi sekunder Es lebih kecil dari GGL induksi primer Ep (a>1).
3. Menurut konstruksi dari inti transformator Sehubungan dengan jenis transformator berdasarkan posisi lilitan kumparan terhadap inti, maka dikenal tiga jenis transformator berdasarkan atas konstruksi intinya, yaitu : ÿÿÿÿÿqj ÿÿÿ7ÿÿÿÿslÿÿltÿÿÿÿÿÿtlÿÿrÿÿÿÿÿÿpnumÿÿÿÿrighÿÿrin0a. Bentuk L Bila inti transformator disusun dari plat dari bahan ferromagnetik yang berbentuk huruf L yang disusun saling mengisi. b. Bentuk E
PUTU RUSDI ARIAWAN
Bila lapisan inti transformator disusun dari plat dari bahan ferromagnetik yang berbentuk huruf E yang disusun saling mengisi. c. Bentuk F Bila lapisan inti transformator disusun dari plat dari bahan ferromagnetik yang berbentuk huruf F yang disusun saling mengisi.
Gambar Konstruksi inti transformator bentuk L, E dan F
4. Menurut cara pendinginan transformator Berdasarkan
atas
cara
pendinginannya
transformator
dapat
diklasifikasikan sebagai berikut : a. Pendinginan alam Yang terdiri dari AN (Air Natural Cooling )pendingin tidak menggunakan bantuan apapun kecuali udara biasa, ON (Oil Immersed Natural Cooling) transformator dimasukkan dalam minyak transformator, dan OFN (Oil Immersed Forced Oil Circulation with Air Natural Cooling) transformator dimasukkan dalam minyak yang dialirkan . b. Pendinginan buatan (udara) Pendinginan ini terdiri dari : OFB (Oil Immersed Forced-OilCirculation with Air Blast Cooling) transformator dimasukkan dalam minyak yang dialirkan dengan udara yang dihembuskan, OB (Oil Immersed Air Blast Cooling) transformator dimasukkan dalam minyak dengan udara yang dihembuskan dan AB (Air Blast Cooling) pendinginan dengan udara yang dihembuskan. c. Pendinginan buatan (air)
PUTU RUSDI ARIAWAN
Pendinginan ini terdiri dari : OW ( Oil Immersed Water Cooling) transformator dimasukkan dalam minyak dimana pendinginan juga dibantu dengan air, OFW (Oil Immersed Forced Oil Circulation with Air Natural Cooling) transformator dimasukkan dalam minyak yang dialirkan dimana pendinginan juga dibantu dengan air. 5. Menurut fasa tegangan Seperti yang telah diketahui, bahwa fasa tegangan dari listrik yang dipergunakan adalah tegangan listrik satu fasa dan tiga fasa. Berdasarkan fasa tegangannya ini maka dikenal : a. Transformator satu fasa Bila transformator digunakan memindahkan tegangan listrik satu fasa. b.Transformator tiga fasa Bila transformator digunakan untuk memindahkan tegangan listrik tiga fasa. Transformator tiga fasa adalah transfomator yang disusun dari tiga buah transformator satu fasa.
6. Menurut kegunaannya Ditinjau dari kegunaannya, transformator dapat dibedakan menjadi beberapa macam yaitu : a.Transformator tenaga Transformator ini berfungsi sebagai penyalur daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya. Transformator tenaga ada dua macam yaitu : transfomator penaik tegangan dan transformator penurun tegangan. b. Ototransformator Ototransformator merupakan transformator dimana kumparan primer sekunder
terhubung
menjadi
satu.
Keuntungan
dibandingkan dengan transformator biasa adalah : -
Ukurannya lebih kecil untuk daya yang sama
-
Harganya lebih murah
-
Efisiensinya lebih tinggi
-
Arus tanpa beban kecil
PUTU RUSDI ARIAWAN
ototransformator
-
Mempunyai penurunan tegangan yang kecil.
c. Transformator pengukuran Transformator yang digunakan untuk pengukuran listrik. Transformator pengukuran terdiri dari dua macam yaitu transformator tegangan dan transformator arus. Transformator Tiga Fasa Pembangkitan tenaga listrik dan pengirimannya sampai ke konsumen, biasanya dilakukan dalam sistem tiga fasa, dengan demikian dibutuhkan transformator tiga fasa pada pembangkit untuk menaikkan tegangan dari tegangan pembangkitan menjadi tegangan transmisi, juga didistribusi untuk menurunkan dari tegangan transmisi menjadi tegangan sub transmisi maupun ke tegangan distribusi. Konstruksi transformator tiga fasa sama halnya seperti pada transformator satu fasa yang terdiri dari jenis inti dan jenis cangkang, juga dapat merupakan satu kesatuan transformator tiga fasa terpadu, tetapi juga dapat disusun dari tiga transformator satu fasa menjadi satu transformator tiga fasa. (Berahim, 1991) Gambar Transformator tiga fasa yang disusun dari tiga buah transformator satu fasa dalam hubung bintang.
Gambar Transformator tiga fasa yang disusun dari tiga buah transformator satu fasa yang di pasang pada satu inti dalam hubung bintang.
Dalam hal konstruksi satu transformator tiga fasa yang disusun dari tiga transformator satu fasa, maka ketiga transformator satu fasa tersebut harus identik, kalau tidak maka akan timbul kesalahan yang fatal, apalagi kalau kapasitas transformator tersebut cukup besar. Pemilihan apakah mempergunakan satu transformator tiga fasa yang terpadu atau satu transformator tiga fasa yang disusun dari tiga transformator satu fasa disesuaikan dengan kebutuhan. Dalam bidang ketenaga listrikan, untuk tegangan sistem dibawah 230 KV, dapat dipergunakan satu kesatuan transformator tiga fasa terpadu, tetapi
PUTU RUSDI ARIAWAN
untuk tegangan sistem lebih tinggi dari 230 KV dapat mempergunakan satu transformator tiga fasa yang disusun dari tiga buah transformator satu fasa, karena masalah pengangkutan dari pabrik pembuatan ke lokasi dimana akan dipasang. Pada transfomator tiga fasa dapat disusun dari tiga buah transformator satu fasa. Akan tetapi biasanya transformator tiga fasa terdiri tiga buah transformator satu fasa yang dipasang pada satu inti. Pada transformator tiga fasa terdapat tiga buah kumparan primer dan tiga buah kumparan sekunder yang dari ketiga kumparan tersebut dapat dibuat hubungan bintang, hubungan segitiga maupun zigzag(sekunder).
1. Hubungan - Hubungan Transformator Tiga Fasa A. Hubungan Bintang Hubungan bintang adalah hubungan transformator tiga fasa dimana ujung-ujung awal atau akhir lilitan disatukan. Titik dimana tempat penyatuan dari ujung-ujung lilitan akan merupakan titik netral.
Gambar Hubungan bintang
B. Hubungan Segitiga (Delta) Hubungan segitiga ialah suatu hubungan transformator tiga fasa, dimana cara penyambungannya ialah ujing akhir lilitan fasa pertama disambung dengan ujung mula lilitan fasa kedua, akhir fasa kedua dengan ujung mula fasa ketiga dan akhir fasa ketiga dengan ujung mula fasa pertama.
Gambar Hubungan segitiga
C. Hubungan Zig-Zag Untuk distribusi tenaga listrik dapat digunakan sistim bintang. Supaya dapat bekerja dengan baik maka salah satu syarat yang diperlukan adalah setiap fasa hendaknya bebannya sama, akan tetapi hal ini seringkali sukar
PUTU RUSDI ARIAWAN
untuk dipenuhi. Untuk itu lilitan sekunder dibuat dalam hubungan interconnected (zig-zag).
Gambar Hubungan zig-zag kumparan sekunder
2. Golongan Hubungan Kumparan Transformator Golongan
hubungan
menandakan
bagaimana
dari
sebuah
transformator kumparan-kumparannya saling dihubungkan. Untuk penetapan golongan hubungan ini dipergunakan tiga jenis tanda atau kode, yaitu: a. Tanda hubungan untuk sisi tegangan tinggi terdiri atas kode D, Y, atau Z. b. Tanda hubungan untuk sisi tegangan rendah terdiri atas kode d, y, atau z. c. Angka jam yang menyatakan bagaimana kumparan-kumparan pada sisi tegangan rendah terletak terhadap sisi tegangan tinggi. Mengenai angka jam ini masih perlu jauh dijelaskan dengan melihat pada gambar yang dipergunakan dalam peraturan VDE 0532.
V 12 11
1
10
2 u
9
w
3 v
8
4
U
W 7
5 6
Gambar Gambar angka jam dalam peraturan VDE 0532
Misalkan sebuah transformator dalam hubungan D pada sisi tegangan tinggi dan dalam hubungan y pada sisi tegangan rendah. Lukis kemudian suatu lingkaran yang menyerupai sebuah jam dengan angka-angka 1 sampai dengan angka 12 (0). Pada lingkaran itu digambar sisi tegangan tinggi berupa sebuah segitiga (sebab hubungan D) sedemikian rupa hingga fasa V berada pada angka
PUTU RUSDI ARIAWAN
12. Lukis selanjutnya sisi tegangan rendah berupa bintang (hubungan y) dengan menempatkan secara tepat letak fasa-fasa u, v, dan w. Dan apa yang disebut ” angka jam” itu adalah pergeseran antara tegangan tinggi v dan fasa tegangan rendah v yang dinyatakan dalam jam. Dalam contoh dalam gambar diatas ini berbeda 5 jam. Dengan demikian transformator ini mempunyai golongan hubungan Dy5. Kiranya jelas bahwa ada banyak kemungkinan untuk memperoleh berbagai kombinasi golongan hubungan dengan angka jam. Untuk maksud kemudahan, pabrik-pabrik pada umumnya membatasi jumlah yang dianggap baku dengan membuat semacam normalisasi. Standarisasi menurut aturan Jerman, yaitu VDE 0532, tercantum seperti di bawah ini : a). Standar kelompok sambungan transformator tiga fasa dengan sistim jam : 0, terdiri dari hubungan Ddo, Yyo, Dzo. b). Standar kelompok sambungan transformator tiga fasa dengan sistim jam : 6, terdiri dari hubungan Dd6, Yy6, Dz6. c). Standar kelompok sambungan transformator tiga fasa dengan sistim jam : 1, terdiri dari hubungan Dy1, Yd1, Yz1. d). Standar kelompok sambungan transformator tiga fasa dengan sistim jam : 11, terdiri dari hubungan Dy11, Yd11, Yz11.
Rugi-rugi Transformator Rugi-rugi transformator terdiri dari beberapa macam yaitu: a. Rugi tembaga (Pcu) Rugi tembaga ini terdiri dari rugi-rugi tahanan murni yang disebabkan oleh arus beban yang mengalir pada belitan primer maupun sekunder pada transformator. Dimana dengan semakin besar arus yang mengalir maka kerugian tersebut akan semakin besar pula. Jadi karena arus beban yang berubah, maka rugi tembaga juga tidak konstan tergantung pada beban. Rugi tembaga ini dinyatakan dengan persamaan berikut: Pcu
=
(I2)2 · R2
Dimana : Pcu
= rugi tembaga (Watt)
PUTU RUSDI ARIAWAN
I2
= arus pada kumparan sekunder (A)
R2
= tahanan kumparan di sisi sekunder (ohm)
b. Rugi pada inti (besi) Rugi pada inti besi ini terdiri dari: - Rugi arus eddy Rugi arus eddy adalah rugi yang disebabkan oleh arus pusar pada inti besi, yang disebabkan oleh arus induksi yang mengalir pada inti tranformator yang dinyatakan sebagai berikut: Pe
=
Ke ( f · Bmax )2
Dimana: Pe = rugi arus eddy (Watt) f
= frekuensi (Hz)
B = kerapatan fluks (Wb) Ke = konstanta arus eddy - Rugi hysterisis Rugi hysterisis adalah rugi yang disebabkan oleh adanya gesekangesekan partikel pada inti transformator akibat perubahan fluks magnet. Rugi hysterisis ini dinyatakan dengan: Ph = Kh f (Bmax)1,6 Dimana : Ph = rugi hysterisis Kh = konstanta hysterisis B = kerapatn fluks (Wb) f
= frekuensi (Hz)
Efisiensi Transformator Efisiensi dari setiap peralatan dalam bidang teknik adalah daya keluaran (output) dibagi dengan daya masukan (input), dapat dinyatakan dalam persen (%) atau dengan persamaan : Efisiensi (η) =
DayaKeluar an 100% DayaMasuka n
Daya masukan = Daya keluaran + Σ rugi-rugi
PUTU RUSDI ARIAWAN
Daya keluaran = Daya masukan - Σ rugi-rugi Jadi : Efisiensi (η) =
DayaMasukk an rugi DayaMasuka n
rugi
100%
Atau, Efisiensi (η) = 1
rugi rugi DayaMasukk an
100%
Atau, Efisiensi (η) =
DayaKeluar an DayaKeluar an rugi
rugi
100%
Transformator Tenaga 1. Pengertian Transformator Tenaga Transformator tenaga adalah suatu
peralatan tenaga listrik yang
berfungsi untuk menyalurkan tenaga/daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya. Dalam operasi umumnya, transformator tenaga di tanahkan pada titik netralnya sesuai dengan kebutuhan untuk
sistem
pengamanan/proteksi, sebagai contoh transformator 150/70 kV ditanahkan secara langsung di sisi netral 150 kV,dan transformator 70/20 kV ditanahkan dengan tahanan di sisi netral 20 kV-nya. (PT PLN,1984) 2. Klasifikasi Transformator Tenaga Transformator tenaga dapat diklasifikasikan menurut : a. Pasangan -
Indoor
-
Outdoor
b.Pendinginan Menurut cara pendinginanya dapat dibagi seperti yang terlihat pada tabel c. Fungsi/pemakaian -
Transformator mesin
-
Transformator Gardu Induk
-
Transformator Distribusi
d. Kapasitas dan tegangan
PUTU RUSDI ARIAWAN
-
Transformator besar Tegangan transformator ≥70 kV dan dayanya ≥10 MVA
-
Transformator sedang Tegangan transformator 30 kV sampai dengan < 70 kV dan daya 1MVA sampai < 10MVA
-
Transformator kecil Tegangan transformator <30 kV dan daya < 1 MVA
3. Komponen Transformator Tenaga 1. Bagian Utama Transformator Tenaga a. Inti trafo Inti trafo mempermudah jalannya fluksi, yang ditimbulkan oleh arus listrik yang mengalir pada kumparan. Inti dari transformator ini terbuat dari bilah besi tipis yang berisolasi, yang berguna untuk mengurangi panas yang ditimbulkan oleh rugi-rugi besi karena adanya arus pusar atau arus eddy. Inti besi yang terbuat dari plat-plat disebut juga dengan bilik-bilik trafo. Tebal dari bilik-bilik ini berkisar antara 0,3 dan 1,5 mm di mana inti ini disusun antara satu dan lainnya merupakan kesatuan yang tebal. Di dalam inti besi ini mengalir sejumlah fluks magnetik, karena itulah inti besi menjadi panas. b. Kumparan Kumparan dari transformator terdiri dari tembaga serta dilapisi isolasi seperti karton yang dibelitkan diseputar kaki inti transformator. Umumya transformator terdapat kumparan primer dan kumparan sekunder, bila pada kumparan primer dihubungkan dengan tegangan bolak-balik maka akan timbul fluksi. Fluksi ini akan menginduksikan tegangan dan jika pada kumparan sekunder terisi beban maka akan ada arus yang mengalir pada kumparan tersebut. c. Minyak transformator Minyak transformator adalah berasal dari pemurnian minyak bumi. Minyak ini sangat diperlukan sebagai pendingin. Karena transformator terutama yang bekeja untuk tegangan tinggi sangat membutuhkan pendinginan. Tanpa
PUTU RUSDI ARIAWAN
adanya pendinginan yang baik, akan merusak penyekat pada inti, lilitan dan pada bagian penting lainnya. Inti belitan pada transformator seluruhnya dimasukkan dalam bak yang berisi minyak tersebut. Minyak transformator ini berfungsi ganda selain berfungsi pendingin juga berfungsi sebagai isolasi. d. Bushing Hubungan antara kumparan transformator ke jaringan luar adalah melalui sebuah bushing yaitu konduktor yang terselubungi oleh isolator yang sekaligus berfungsi sebagai penyekat antar konduktor tersebut dengan tangki. Bushing ini terbuat dari porselin. e.Tangki dan konservator Pada umumnya bagian-bagian transformator yang terendam dalam minyak berada didalam tangki. Sedangkan untuk menampung pemuaian minyak transformator dilengkapi dengan konservator. Tangki ini terbuat dari mild stell plate yang kuat untuk menahan tekanan kerja minyak transformator.
2. Peralatan Bantu Transformator Tenaga a. Pendingin Pada inti besi dan kumparan-kumparan akan timbul panas yang diakibatkan oleh rugi-rugi besi dan tembaga. Apabila panas tersebut mengakibatkan kenaikkan suhu yang berlebihan, akan merusak isolasi (di dalam transformator ), maka untuk mengurangi kenaikan suhu yang berlebihan ini perlu adanya alat atau sistem pendingin untuk memindahkan panas keluar dari transformator. Media yang dipakai sebagai pendinginnya dapat berupa : -
Udara/gas
-
Minyak
-
Air
Sedangkan pengalirannya (sirkulasi) dapat dengan cara : -
Alamiah (natural)
-
Tekanan/paksaan
PUTU RUSDI ARIAWAN
Pada cara alamiah (natural), pengaliran media sebagai akibat adanya perbedaan suhu media dan untuk mempercepat perpindahan panas dari media tersebut ke udara luar diperlukan bidang perpindahan panas yang lebih luas antara media (minyak-udara/gas), dengan cara melengkapi transformator dengan siripsirip (radiator). Jika dikehendaki/diinginkan penyaluran panas yang lebih cepat lagi, cara natural atau alamiah tersebut dapat dilengkapi dengan peralatan untuk mempercepat sirkulasi media pendingin dengan pompa-pompa sirkulasi minyak, udara dan air. Cara ini disebut dengan pendingin paksa. Macam-macam sistim pendingin transformator berdasarkan media dan cara pengalirannya dapat diklasifikasikan seperti yang tertera pada tabel Tabel. Macam – macam sistem pendingin trafo
MEDIA No SISTEM Sirkulasi Di Dalam Trafo Sirkulasi Di Luar Trafo PENDINGINAN Alamiah Paksa Alamiah Paksa 1 AN Udara 2 AF Udara 3 ONAN Minyak Udara 4 ONAF Minyak Udara 5 OFAN Minyak Udara 6 OFAF Minyak Udara 7 OFWF Minyak Air 8 ONAN/ONAF Kombinasi 3 dan 4 9 ONAN/OFAN Kombinasi 3 dan 5 10 ONAN/OFAF Kombinasi 3 dan 6 11 ONAN/OFWF Kombinasi 3 dan 7 b. Tap Changer Tap changer adalah alat perubahan perbandingan tranformator untuk mendapatkan tegangan operasi sekunder yang lebih baik (diinginkan) dari tegangan jaringan atau primer yang berubah-ubah. Tap changer yang hanya dapat beroperasi untuk memindahkan transformator dalam keadaan tidak berbeban disebut dengan Off Load Tap changer dan hanya dapat beroperasi manual. Sedangkan tap changer yang dapat beroperasi pada saat tranformator terbebani adalah On Load Tap Changer dan dapat dioperasikan secara manual dan otomatis.
PUTU RUSDI ARIAWAN
c. Indikator-Indikator Untuk mengawasi transformator pada saat beroperasi maka perlu adanya indikator-indikator seperti: - Indikator suhu minyak yang berfungsi untuk mengetahui keadaan dari suhu minyak itu sendiri. - Indikator permukaan minyak yang berfungsi untuk melihat jumlah dari minyak yang berada didalam tangki. - Indikator kedudukan tap yang berfungsi untuk melihat posisi tegangan transformator bekerja.
d. Alat Pernafasan Karena pengaruh naik turunnya beban transformator maupun suhu udara luar, maka suhu minyakpun akan berubah-ubah mengikuti keadaan tersebut. Bila suhu minyak tinggi, minyak akan memuai dan mendesak udara di atas permukaan minyak keluar dari dalam tangki, sebaliknya apabila suhu minyak turun, minyak menyusut maka udara luar akan masuk kedalam tangki. Kedua proses di atas disebut pernafasan transformator. Akibat pernafasan transformator tersebut maka permukaan minyak akan selalu bersinggungan dengan udara luar. Udara luar yang lembab akan menurunkan nilai tegangan tembus minyak transformator, maka untuk mencegah hal tersebut, maka pada ujung pipa penghubung udara luar dilengkapi dengan alat pernafasan, berupa tabung berisi kristal zat hygroskopis.
4. Gangguan-Gangguan Pada Transformator Tenaga Dalam operasi suatu transformator dapat mengalami gangguangangguan yang dikelompokkan pada 2 (dua) bagian, yaitu : a. Gangguan internal b. Gangguan eksternal
PUTU RUSDI ARIAWAN
a. Gangguan Internal Gangguan internal
adalah
gangguan
yang terjadi di
dalam
transformator tenaga itu sendiri. Gangguan-gangguan yang digolongkan sebagai gangguan internal adalah sebagai berikut : 1. ÿÿin ÿ5Incipient Faults Adalah gangguan kecil yang apabila tidak segera terdeteksi akan membesar dan akan menyebabkan yang lebih serius seperti : a. Terjadinya busur api (arc) yang kecil dan pemanasan lokal yang akan disebabkan oleh : - Cara penyambungan kumparan yang kurang baik - Kerusakan isolasi dari penjepit inti b. Gangguan pada sistem pendingin Semua gangguan tersebut diatas akan menyebabkan terjadinya pemanasan lokal tetapi tidak mempengaruhi suhu transformator secara keseluruhan. Gangguan ini tidak dapat terdeteksi dari terminal transformator karena keseimbangan arus tegangan tidak berbeda dengan kondisi normal . 2. Gangguan hubung singkat Pada umumnya gangguan ini dapat segera terdeteksi karena akan selalu timbul arus/tegangan yang tidak normal/tidak seimbang . Jenis gangguan ini antara lain : a. Hubung singkat fasa ke tanah b. Hubung singkat antar fasa pada kumparan yang sama c. Gangguan pada terminal transformator
b. Gangguan Eksternal Gangguan eksternal yaitu gangguan yang terjadi diluar transformator tenaga (pada sistem tenaga listrik) tetapi dapat menimbulkan gangguan pada
PUTU RUSDI ARIAWAN
transformator yang bersangkutan. Gangguan-gangguan yang dapat digolongkan dalam gangguan eksternal ini adalah sebagai berikut : 1. Gangguan hubung singkat Gangguan hubung singkat diluar transformator ini biasanya dapat segera dideteksi karena timbulnya arus yang sangat besar, dapat mencapai beberapa kali arus nominalnya, seperti : Hubung singkat di rel Hubung singkat pada penyulang (feeder) Hubung singkat pada incoming feeder transformator tersebut 2. Beban lebih (Overload ) Transformator tenaga dapat beroperasi secara terus menerus pada arus beban nominalnya. Apabila beban yang dilayani lebih besar dari 100%, maka akan terjadi pembebanan lebih. Hal ini dapat menimbulkan pemanasan yang berlebih. Kondisi ini mungkin tidak akan menimbulkan kerusakan, tetapi apabila berlangsung secara terus menerus akan memperpendek umur isolasi 3. Gelombang Surja Gelombang surja dapat terjadi karena cuaca, yaitu petir yang menyambar jaringan transmisi dan kemudian akan merambat ke gardu terdekat dimana transformator tenaga terpasang. Walaupun hanya terjadi dalam kurun waktu sangat singkat (beberapa puluh mikrodetik), akan tetapi karena tegangan puncak yang dimiliki cukup tinggi dan energi yang dikandungnya besar, maka ini dapat menyebabkan kerusakan pada transformator tenaga. Bentuk gelombang dari petir yang dicatat dengan sebuah asilograf sinar katoda (berupa tegangan sebagai fungsi waktu).
Disamping dapat menyebabkan kerusakan pada peralatan, gangguan tersebut dapat juga membahayakan manusia atau operator yang ada disekitarnya. Akibat-akibat yang terjadi pada manusia atau operator adalah seperti terkejut, pingsan bahkan sampai meninggal . Keadaan yang membahayakan tersebut dipengaruhi oleh beberapa hal, yaitu:
PUTU RUSDI ARIAWAN
Seseorang yang berada di suatu tempat dimana badan atau anggota tubuhnya menghubungkan dua tempat yang mempunyai perbedaan tegangan yang tinggi .
Besar dan lamanya arus mengalir ke tubuh .
PUTU RUSDI ARIAWAN
DAFTAR PUSTAKA
Arismundar, A . 1991 . Teknik Tenaga Listrik : Jilid III Gardu Induk . Jakarta : Pradnya Pramita. Berahim, H . 1991 . Teknik Tenaga Listrik . Yogyakarta : Andi Offset . PT PLN (Persero) UBS P3B Sub Region Bali . 2004. Laporan Bulanan Pengusahaan . Sulasno . 1990 . Teknik Tenaga Listrik . Semarang : Satya Wacana. Sumanto . 1991 . Teori Transformator . Yogyakarta : Andi Offset . Surat Edaran No. 032/PST/1984 PT. PLN (PERSERO). Himpunan Petunjuk Operasi dan Pemeliharaan Peralatan Penyaluran Tenaga Listrik. Kokelaar, PH. J. 1983. Teknik Listrik. Jakarta : Pradnya Paramita Petruzella, F. D. 2001. Elektronik Industri. Yogyakarta : Andi. Sumisjokartono. 1984. Elektronika Praktis. Jakarta: PT Elex Media Komputindo. Suryatmo, F. 2002. Teknik Listrik. Jakarta : PT Bumi Aksara. Shrader, R. L. 1991. Komunikasi Elektronika. Jakarta : Erlangga. Valkenburgh. 1983. Listrik Teori dan Praktek. Surabaya : Ghalia Indonesia Zuhal. 1991. Dasar Tenaga Listrik. Bandung : Institut Teknologi Bandung Ctatan Pak Ngakan. 2006. Dasar Teknik Elektro. Denpasar
PUTU RUSDI ARIAWAN
BIODATA PENULIS
Nama
: Putu Rusdi Ariawan
TTL
: Denpasar. 19 April 1990
Agama
: Hindu
Mahasiswa Teknik Elektro Unv. Udayana Email :
[email protected] www.facebook.com/turusdi
PUTU RUSDI ARIAWAN
