TRANSFORMATOR

Pengertian Transformator

Alat listrik yang dapat memindahkan energilistrik dengan merubah tingkat tegangan darisuatu rangkaian listrik ke rangkaian listrik lainmelalui prinsip induksi magnetik tanpa merubahfrekuensi.

BAGIAN UTAMA TRANSFORMATOR

INTI BESI

INTI BESI

Inti besi berfungsi untuk mempermudah jalanfluksi, yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melalui kumparan. Pada transformator, intibesi dibuat dari lempengan-lempengan besitipis yang berisolasi, untuk mengurangi panas(sebagai rugi-rugi besi) yang ditimbulkan olehEddy Current

KUMPARAN

KUMPARAN

Beberapa lilitan kawat berisolasi akanmembentuk suatu kumparan. Kumparantersebut di-isolasi, baik terhadap inti besimaupun terhadap kumparan lain disebelahnyadengan isolasi padat, seperti karton, pertinax.

MINYAK TRANSFORMATOR

MINYAK TRANSFORMATOR

Sebagian besar trafo tenaga, kumparan-kumparan dan intinya direndam dalam minyaktrafo, terutama trafo-trafo tenaga yangberkapasitas besar, karena minyak trafomempunyai sifat sebagai media pemindahpanas (di sirkulasi), dan bersifat sebagai isolasi(daya tegangan tembus tinggi), sehinggaminyak trafo tersebut berfungsi sebagaimedia pendingin dan isolasi.

TANGKI

Pada umumnya bagian-bagian dari trafoyang terendam minyak trafo berada(ditempatkan) dalam tangki. Untukmenampung pemuaian minyak trafo,tangki dilengkapi dengan konservator.

BUSHING

BUSHING

Hubungan antara kumparan trafo ke jaringanluar melalui sebuah bushing, yaitu sebuahkonduktor yang diselubungi oleh isolator, yangsekaligus berfungsi sebagai penyekat antarakonduktor tersebut dengan tangki trafo.

PERALATAN BANTU

PENDINGIN

TAP CHANGER

ALAT PERNAPASAN

PENGAMAN

PENDINGIN

Pada inti besi dan kumparan-kumparan akantimbul panas, akibat rugi-rugi besi dan rugi-rugitembaga. Bila panas tersebut mengakibatkankenaikan suhu yang berlebihan, akan merusakisolasi (di dalam trafo), maka untuk mengurangikenaikan suhu yang berlebihan tersebut trafoperlu dilengkapi dengan alat/system pendinginuntuk menyalurkan panas keluar trafo. Mediayang dipakai pada system pendingin dapatberupa:udara/gas, minyak, dan air.Sedangkanpengalirannya (sirkulasi) dapat dengan caraalamiah (natural) atau tekanan/paksaan.

PENDINGINMEDIA

No MACAM SISTEM

PENDINGIN*

Dalam Trafo Luar Trafo

Sirkulasi

Alamiah

Sirkulasi

Paksa

Sirkulasi

Alamiah

Sirkulasi

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

TAP CHANGER

Merupakan alat pengubah perbandingantransformasi untuk mendapatkan teganganoperasi sisi sekunder yang konstan/stabil(diinginkan) dari tegangan jaringan/sisi primeryang berubah-ubah. Tap changer dapatdilakukan baik dalam keadaan berbeban (on-load) atau dalam keadaan tak berbeban (offload) tergantung pada jenisnya.

ALAT PERNAFASAN

Akibat pengaruh naik turunnya bebantransformator maupun suhu udara luar, makasuhu minyak akan berubah-ubah mengikutikeadaan tersebut. Bila suhu minyak tinggi,minyak akan memuai dan mendesak udara diatas permukaan minyak keluar dari dalamtangki, sebaliknya apabila suhu turun, minyakmenyusut maka udara luar akan masuk kedalam tangki.

PENGAMANRele Bucholz untuk mendeteksi danmengamankan terhadap gangguan didalam trafo yang menimbulkan gas

PENGAMAN Rele Differensial pengaman trafo dari

gangguan hubung singkat di dalam trafo

Over Load

Load

factor

% Over load

10% 20% 30% 40% 50%

Jam jam jam menit menit

0.5 3 1.5 1 30 15

0.75 2 1 0.5 15 8

0.9 1 0.5 0.25 8 4

Suhu tertinggi terhadap isolasi transformator yang diijinkan oleh VDE 0532

Bagian Minyak

Kelas Isolasi

A E B F H

LIilitan C 60 75 85 110 135

0

PRINSIP KERJA TANSFORMATOR

Keadaaan Transformator Tanpa beban

F

E1

I0

N1 N2

E2

V1

I0

F

E1

Vektor transformator tanpa beban

Transformator tanpa beban

Keadaan Tanpa Beban

Bila kumparan primer suatu transformatordihubungkan dengan sumber tegangan V1 yangsinusoid, akan mengalirlah arus primer Io yang jugasinusoid dan dengan menganggap belitan N1 induktifmurni, Io akan tertinggal 90o dari V1 (lihat gambar ).Arus primer Io menimbulkan fluks (f) yang sefasadan juga berbentuk sinusoid.

f = fmaks sin wt

Keadaan Tanpa Beban

Fluks yang sinusoid ini akan menghasilkan teganganinduksi e1 (Hukum Faraday). Fluks yang berubah-ubah memotong suatu kumparan maka padakumparan tersebut akan diinduksikan suatu teganganlistrik :

dt

dNe

f11

tNdt

wtdNe maks

maks wwff

cos)sin(

111 (tertinggal 90o dari f)

maksmaks fN

fNE f

f1

11 44,4

2

2Harga efektifnya

Keadaan Tanpa Beban

Pada rangkaian sekunder, fluks (f) bersama tadi menimbulkan

dt

dNe

f22 tNe m wwf cos22 maksfNE f22 44,4

aN

N

V

V

E

E

2

1

2

1

2

1

Dalam hai ini tegangan E1 mempunyai kebesaran yang sama tetapi berlawanan arah dengan tegangan sumber V1.

Dengan mengabaikan rugi tahanan dan adanya fluks bocor,

a = perbandingan transformasi

Keadaan Tanpa Beban

Arus Penguat Arus primer Io yang mengalir pada saat kumparan sekunder tidak dibebani

disebut arus penguat. Dalam kenyataannya arus primer Io bukanlah merupakan arus induktif murni, hingga ia terdiri atas dua komponen:

(1) Komponen arus pemagnetan IM, yang menghasilkan fluks (f).

(2) Komponen arus rugi tembaga IC, menyatakan daya yang hilang akibat adanya rugi histeris dan arus eddy. IC sefasa dengan V1, dengan demikian hasil perkaliannya (IC x V1) merupakan daya (watt) yang hilang

V1 E1

F

I0

IC

IMV1

IMICRC XM

I0

Vektor hubungan fasor Io, IM dan IC Rangkain pengganti Io, IM dan IC

Keadaaan Transformator Berbeban

Apabila kumparan sekunder dihubungkan dengan beban ZL, I2 mengalir pada kumparan sekunder, di mana I2 = V2/ZL .

V2V1 E1

I1

N1 N2

E2

I2

ZL

F2

F1

Keadaaan Transformator Berbeban Arus beban I2 ini akan menimbulkan gaya gerak

magnet (ggm) N2 I2 yang cenderung menentangfluks (f) bersama yang telah ada akibat aruspemagnetan IM. Agar fluks bersama itu tidakberubah nilainya, pada kumparan primer harusmengalir arus I2, yang menentang fluks yangdibangkitkan oleh arus beban I2, hinggakeseluruhan arus yang mengalir pada primermenjadi :

'

21o

'

2o1

III

II I

Keadaaan Transformator Berbeban

Bila rugi besi diabaikan (IC diabaikan) maka Io = IMI1 = IM + I2

Untuk menjaga agar fluks tetap tidak berubah sebesar ggm yang dihasilkan oleh arus pemagnetan IM saja, berlaku hubungan :

N1IM = N1I1 N2I2N1IM = N1(IM + I2) N2I2 Sehingga

N1I2 = N2I2 Karena nilai IM dianggap kecil maka I2 = I1

N1I1 = N2I2 atau I1/I2 = N2/N1

Rugi-Rugi Transformator

Rugi Tanpa Beban

s u

s u

s u

s u

s u

s u

u s

u s u s

u s u s

u s

s usu

u su s

us

s u

us

u s u s

s u

su

s u

s u

u s

us

u s s u

s u

arus

maksimum

maksimum

Rugi Hysteresis

Rugi Hysteresis

Gambar di atas memperlihatkan inti besi saat mulai menjadi magnet,molekul-molekul digerakkan ke arah medan magnet. Akan tetapi pada saatmedan magnet turun menjadi nol, molekul-molekul tersebut tidak kembalipada posisi acak semula mereka. Akibatnya meskipun gaya pemagnetantelah turun menjadi nol, inti besi tersebut masih menjadi magnet. Medanmagnet tersebut harus memutar arah dan menggunakan suatu gayapemagnetan pada arah yang berlawanan sebelum inti besi tersebutkembali pada keadaaan tanpa pengaruh pemagnetan. Molekul-molekultersebut kemudian akan berbalik dan magnet menyesuaikan pada arahmedan magnet yang baru. Gaya magnet yang tertinggal pada molekul-molekul tersebut dinamakan histerisis. Energi harus disuplai untukmemutar arah sehingga mengakibatkan molekul-molekul tersebutbergabung dengan medan magnet, hal ini dinamakan rugi-rugi histerisisinti besi. Semakain banyak tenaga yang dibutuhkan, kerugian histerisisjuga akan semakin besar.

Rugi Hysteresis

+i-i

FFM

a

b

c

d

e a

b

c

d

e

Rugi Tanpa BebanRugi arus eddy

Eddy

current

Rugi Arus Eddy

yaitu rugi yang disebabkan oleh arus pusarpada inti besi. Inti besi transformatormerupakan suatu penghantar, maka medanmagnet pada inti besi tersebut akanmenginduksikan tegangan pada inti. Teganganinilah yang kemudian menimbulkan arus kecilpada inti besi

Rugi Berbeban

Rugi lilitan dc ( I2R)

Rugi pada lilitan ini terjadi karena aliran arus bebanyang melewati dari sisi primer dan sekunder. Padasaat arus mengalir melalui sisi primer dan sekunderterdapat daya yang hilang dalam bentuk panas.

AC

PS

Rugi-rugi I2 R pada

lilitan primer

Rugi-rugi I2 R pada

lilitan sekunder

2

2

21

2

1

2 RIRIRdcIPdc

Rugi arus Eddy

Arus listrik bolak balik yang mengalir dalam konduktor akanmembangkitkan fluks magnet yang menyebabkan arus pusardengan arah berlawanan dengan arah arus utamanya.Dengan demikian rapat arus (current density) akanterdistribusi dari yang terkecil dibagian tengah konduktorsampai yang terbesar di bagian permukaan konduktor.

Arus eddy

Arus eddy

Rugi Fluks Bocor

Rugi ini dihasilkan dari medan magnet yang dikarenakan tidaksemua garis-garis fluks yang ditimbulkan oleh lilitan primerdan sekunder mengalir melalui inti besi. Beberapa garis fluksmengalir keluar dari lilitan masuk ke udara dan tidak bertautdengan lilitan primer dan lilitan sekunder

AC

Flux

yang

terpakai

Flux yang

terbuang

Rangkaian Ekuivalen

Diagram Vektor

Persamaan Primer

Diagram Vektor Primer

Uji Beban Nol

Uji Hubung Singkat

Paralel Transformator

Syarat Paralel