TEKNOLOGI KIMIA INDUSTRI

SEKOLAH TINGGI MANAJEMEN INDUSTRI

PENGERTIAN TRANSFORMATORTransformator atau biasa dikenal dengan trafo berasal

dari kata transformative yang berarti perubahan.

Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat

memindahkan dan mengubah energi listrik dari satu rangkaian

listrik ke rangkaian listrik yang lain, melalui gandeng magnet

berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik (EMF Induction)

yang terjadi antara 2 induktor (kumparan) atau lebih.Transformator merupakan satu-satunya alat yang

dapat dipergunakan untuk menaikan tegangan (step-up) dan menurunkan tegangan (step-down)

Penggunaan transformator yang sederhana dan handal memungkinkan dipilihnya tegangan yang sesuai dan ekonomis untuk tiap-tiap keperluan serta merupakan salah satu sebab penting bahwa arus bolak-balik sangat banyak dipergunakan untuk pembangkitan dan penyaluran tenaga listrik.

Frekuensi pada kumparan primer dan kumparan sekunder dalam transformator adalah sama,

f1= f2

Tegangan dan arus pada kumparan primer dan kumparan sekunder dapat diubah ubah sesuai dengan yang dikehendaki.

Bagian-bagian terpenting dan mendasar dari sebuah trafo adalah :

– Kumparan primer (primary winding) yang dihubungkan dengan sumber listrik,

– Kumparan sekunder (secondary winding) yang dihubungkan dengan beban,

– Inti/kernel (core) yang berfungsi menyalurkan GGL induksi antar kedua kumparan.

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Berkas:Transformer-hightolow_smaller.jpg&filetimestamp=20070607233450

MACAM-MACAM TRANSFORMATORTrafo apabila ditinjau dari kegunaannya dapat dibedakan menjadi

bermacam macam antara lain: 1. Trafo tenaga, ada 2 macam yaitu:

a. Trafo penaik tegangan (step up) b. Trafo penurun tegangan (step down)

2. Trafo distribusi 3. Trafo pengukuran, ada 2 macam yaitu:

a. Trafo tegangan b. Trafo arus

4. Trafo dengan bentuk khusus,misal: a. Trafo Pengiriman sinyalb. Trafo pengatur tegangan c. Trafo las

Jenis trafo berdasarkan letak kumparan ada 2 yaitu :1. Core type (jenis inti) yakni kumparan mengelilingi inti. 2. Shell type (jenis cangkang) yakni inti mengelilingi belitan

HUKUM-HUKUM DASAR TRANSFORMATOR

I. Hukum Maxwell Persamaan Maxwell apabila disederhanakan akan menjadi:

Hl = INDimana:

H = kuat medan magnet l = panjang jalur I = arus listrik N = jumlah lilitan Hl=IN adalah Gaya Gerak Magnet (GGM) yang merupakan

penghasil fluxII. Hukum Induksi Faraday

Hukum utama yang digunakan pada prinsip kerja trafo adalah Hukum Induksi Faraday. Menurut Hukum Induksi Faraday, maka integral garis suatu gaya listrik melalui garis lengkung yang tertutup adalah berbanding lurus dengan perubahan tersebut.

Rumus Hukum Faraday adalah sebagai berikut: dtBd

Sedangkan arus induksi (flux) adalah integral permukaan dari pada induksi magnet melalui suatu luas yang dibatasi oleh garis lengkung tersebut diatas. Rumus arus induksi adalah:

φ =∫s B.dA

Dimana : Φ = Arus induksi / flux (weber) B = Induksi magnet (weber / m2) dA =Unsur luas (m2)

Apabila rumus hukum induksi disederhanakan : e = −N dφ dt

Dimana: e = Gaya Gerak Listrik N = jumlah lilitan Φ = arus induksi /flux (weber)

PRINSIP KERJA TRANSFORMATORSuatu transformator terdiri dari dua buah kumparan dan sebuah inti dari bahan

magnit lunak. Kumparan primer dihubungkan pada sumber tegangan. Oleh arus

primer terjadilah medan bolak-balik dalam inti. Menurut gejala induksi

terjadilah dalam kumparan kedua suatu tegangan induksi, yang juga

merupakan tegangan bolak-balik. Jika lilitan sekunder dihubungkan pada suatu

hambatan maka terjadilah arus sekunder Is. Energi listrik yang dialirkan dengan

tegangan Up dan arus Ip tersedia pada bagian sekunder dari transformator pada

tegangan Us dan arus Is.

Tegangan sekunder dapat :

•lebih tinggi daripada tegangan primer, ditransformasikan ke atas

•lebih rendah daripada tegangan primer, ditransformasikan ke bawah

Contoh dari transformator ke atas adalah transformator tegangan tinggi. Tegangan generatornya ditransformasikan di pusat dari 10 kV ke 150 kV.Tegangan yang diinduksi selalu berbanding lurus dengan banyaknya lilitan pada kumparan yang tegangannya diinduksikan, sehinggaUp : Us = Np : Ns , atau

s

p

s

p

NN

UU

Yang berarti :Up adalah tegangan pada kumparan primerUs adalah tegangan pada kumparan sekunderNp adalah banyaknya lilitan (putaran) pada kumparan primerNs adalah banyaknya lilitan pada kumparan sekunder

KOMPONEN-KOMPONEN UTAMA TRANSFORMATOR

1. Inti TransformatorInti transformator biasanya mempergunakan besi. Inti besi atau sering disebut pula dengan kern transformator yang paling umum adalah berupa huruf E dan I atau bentuk lain. Inti besi yang dipergunakan untuk keperluan ini adalah sejenis besi lunak yang mengandung silikon. Sesuai dengan susunan intinya, maka transformator terdiri dari tiga jenis inti, yaitu : transformator dengan inti terbuka, transformator dengan inti tertutup dan transformator dengan inti kelopak (shell). Inti tempat lilitan-lilitan itu dibuat dari lempengan lempengan tipis (lamel-lamel) dari baja halus (lunak)

Gambar 2. Tiga jenis inti transformator 1) Inti terbuka, 2) Inti tertutup, 3) Inti kelopak

Tujuan utama menggunakan inti pada transformator ialah dengan menggulungkan kumparan disekeliling inti besi akan didapatkan medan magnit yang lebih kuat. Selain dari pada itu inti besi berfungsi pula sebagai pemusat garis-garis medan ini akan menghasilkan medan yang jauh lebih kuat dan induksi yang lebih baik. Susunan inilah yang dinamakan transformator yang sebenarnya.

2. Kumparan Transformator

Kawat yang dipergunakan untuk transformator sebaiknya mempergunakan kawat email. Kawat jenis ini merupakan kawat yang telah berisolasi tipis, tebal kawat email yang dipergunakan tergantung pada tenaga kumparan primer dalam volt Ampere (watt) yang dihasilkannya. Sedangkan banyaknya kumparan diperhitungkan dengan jumlah tegangan yang dihasilkannya.

Kumparan Tersier

Selain kedua kumparan (primer dan sekunder) ada beberapa trafo yang dilengkapi dengan kumparan ketiga atau kumparan tersier (tertiary winding).Kumparan tersier diperlukan untuk memperoleh tegangan tersier atau untuk kebutuhan lain. Untuk kedua keperluan tersebut, kumparan tersier selalu dihubungkan delta. Kumparan tersier sering dipergunakan juga untuk penyambungan peralatan bantu seperti kondensator synchrone, kapasitor shunt dan reactor shunt, namun demikian tidak semua trafo daya mempunyai kumparan tersier.

Media pendingin

Khusus jenis trafo tenaga tipe basah, kumparan-kumparan dan intinya direndam dalam minyak-trafo. Terutama trafo-trafo tenaga yang berkapasitas besar, karena minyak trafo mempunyai sifat sebagai media pemindah panas dan bersifat pula sebagai isolasi (tegangan tembus tinggi) sehingga berfungsi sebagai media pendingin dan isolasi. Untuk itu minyak trafo harus memenuhi persyaratan sbb. :

• Ketahanan isolasi harus tinggi (>10kV/mm)• Berat jenis harus kecil, sehingga partikel-partikel inert di dalam minyak dapat mengendap dengan cepat.• Viskositas yang rendah agar lebih mudah bersirkulasi dan kemampuan pendinginan menjadi lebih baik.• Titik nyala yang tinggi, tidak mudah menguap yg dapat membahayakan• Tidak merusak bahan isolasi padat (sifat kimia stabil)

BushingMerupakan penghubung antara kumparan trafo ke jaringan luar. Bushing

adalah sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator, yang sekaligus berfungsi sebagai penyekat antara konduktor tersebut dengan tangki trafo.

Tangki dan konservator (khusus pada trafo tipe basah)Pada umumnya bagian-bagian dari trafo yang terendam minyak trafo

yang ditempatkan di dalam tangki baja. Tangki trafo-trafo distribusi umumnya dilengkapi dengan sirip-sirip pendingin (cooling fin) yang berfungsi memperluas permukaan dinding tangki, sehingga penyaluran panas minyak pada saat konveksi menjadi semakin baik dan efektif untuk menampung pemuaian minyak trafo, tangki dilengkapi dengan konservator.

Tap changer (perubah tap)Adalah perubah perbandingan transformator untuk mendapatkan

tegangan operasi sekunder sesuai yang diinginkan dari tegangan jaringan/primer yang berubah-ubah. Tap changer dapat dioperasikan baik dalam keadaan berbeban (on-load) atau dalam keadaan tak berbeban (off load), tergantung jenisnya.

Peralatan pengaman (safety devices)Setiap unit trafo distribusi selalu dilengkapi dengan peralatan

pengaman, yg mengamankan trafo khususnya fisis, elektris maupun kimiawi. Beberapa peralatan pengaman yg umum dikenal, antara lain :

– Bucholz rele– Over pressure rele– Differential rele– Thermal rele– OCR (Over Current Rele)– Rele tangki–tanah– Restricted Earth Fault rele– Indikator-indikator

Breather (alat pernapasan)

Karena pengaruh naik turunnya beban trafo 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 bila suhu minyak turun dan volumenya menyusut maka udara luar akan masuk ke dalam tangki.

Proses di atas disebut “pernapasan trafo”. Hal tersebut menyebabkan permukaan minyak trafo akan selalu bersinggungan dengan udara luar yg menurunkan nilai tegangan tembus minyak trafo. Untuk mencegah hal tersebut maka pada ujung pipa penghubung udara luar dilengkapi tabung khusus yg berisi kristal yg bersifat higroskopis.

Kehilangan energi suatu transformator ialah:• kehilangan tembaga•kehilangan histerisis kehilangan besi•kehilangan arus puSAR

Kehilangan tembaga dihitung dengan :Pcu = Ip

2 Rp + Is2 Rs

Rp dan Rs adalah hambatan-hambatan dari kumparan primer dan kumparan sekunder

Kehilangan energi di dalam suatu transformator sangat kecil sehingga pada perhitungan yang sederhana boleh berpokok pada :

Daya yang ke luar (sekunder) = 1 = 100 %Daya yang masuk (primer)

Untuk transformator daya frekuensi rendah, efisiensi bisa mencapai 98%.

Dari sini kita dapatkan :Pp = Ps

Up Ip = Us Is

p

s

s

p

II

UU

s

p

s

p

NN

UU

s

p

p

s

NN

II

Sehingga :Ip Np = Is Ns

Kita katakan :Banyaknya lilitan ampere (Aw) pada bagian primer sama dengan banyaknya lilitan ampere pada bagian sekunder.

PENGUJIAN TRANSFORMATORPengujian transformator dilaksanakan melalui tiga macam

pengujian menurut SPLN’50-1982, sebagaimana diuraikan juga dalam IEC 76 (1976), yaitu :

Pengujian RutinAdalah pengujian yang dilakukan terhadap setiap transformator,

meliputi :a. Pengujian Tahanan Isolasib. Pengujian Tahanan Kumparanc. Pengujian Perbandingan Belitan Pengujian Vektor Grupd. Pengujian Rugi Besi dan Arus Beban Kosonge. Pengujian Rugi Tembaga dan Impendasif. Pengujian Tegangan Terapan (Withstand Test)g. Pengujian Tegangan Induksi (Induce Test).

Pengujian jenis Adalah pengujian yang dilaksanakan terhadap sebuah

trafo yang mewakili trafo lainnya yang sejenis, guna menunjukkan bahwa semua trafo jenis ini memenuhi persyaratan yang belum diliput oleh pengujian rutin.

Pengujian khusus Adalah pengujian yang lain dari uji rutin dan uji jenis,

dilaksanakan atas persetujuan pabrik dengan pembeli dan hanya dilaksanakan terhadap satu atau lebih trafo dari sejumlah trafo yang dipesan dalam suatu kontrak.

KESIMPULANTransformator dapat digolongkan berdasarkan manfaat atau

kegunaannya, seperti transformator distribusi dan transformator daya. Transformator distribusi merupakan trafo pembagi yang berfungsi untuk membagi tegangan sebelum didistribusikan dan digunakan oleh konsumen. Kegunaan transformator sendiri yaitu antara lain :1. Digunakan untuk pengiriman tenaga listrik 2. Untuk menyesuaikan tegangan 3. Untuk mengadakan pengukuran dari besaran listrik 4. Untuk memisahkan rangkaian yang satu dengan yang lain5. Untuk memberikan tenaga pada alat tertentu

Dari pernyataan tersebut kita dapat mengetahui banyak macam transformator tergantung dari kegunaan maupun kapasitas pemakaian. Selain itu agar transformator bisa dipakai dalam jangka panjang kita harus memperhatikan dan selalu menguji kondisi transformator tersebut.

Contoh 1:

Diketahui tegangan primer 110 volt dengan jumlah gulungan sebanyak

10 gulungan, sedangkan kumparan sekunder sebanyak 100 gulungan.

Berapakah tegangan pada bagian sekundernya?

s

p

s

p

NN

UU

Contoh 2:

Diketahui tegangan primer 220 volt dengan jumlah gulungan sebanyak

100 gulungan, sedangkan kumparan sekunder sebanyak 10 gulungan.

Hitunglah berapa tegangan pada bagian sekundernya