TRANSFORMATOR TEKNIK TENAGA LISTRIK TEKNIK MESIN UNIVERSITAS GUNADARMA

TRANSFORMATOR TEKNIK TENAGA LISTRIK TEKNIK MESIN UNIVERSITAS GUNADARMA 07

TRANSFORMATOR

TRAFO 3 FASA Tegangan Tinggi

TRAFO 1 FASA Tegangan Menengah

Trafo Tegangan Rendah

Pengertian Transformator • Alat listrik yang dapat memindahkan energi listrik dengan merubah tingkat tegangan dari suatu rangkaian listrik ke rangkaian listrik lain melalui prinsip induksi magnetik tanpa merubah frekuensi.

BAGIAN UTAMA TRANSFORMATOR

INTI BESI Inti besi berfungsi untuk mempermudah jalan fluksi, yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melalui kumparan. Pada transformator, inti besi dibuat dari lempengan-lempengan besi tipis yang berisolasi, untuk mengurangi panas (sebagai rugi-rugi besi) yang ditimbulkan oleh “Eddy Current”

KUMPARAN Beberapa lilitan kawat berisolasi akan membentuk suatu kumparan. Kumparan tersebut di-isolasi, baik terhadap inti besi maupun terhadap kumparan lain disebelahnya dengan isolasi padat, seperti karton, pertinax.

MINYAK TRANSFORMATOR Sebagian besar trafo tenaga, kumparan dan intinya direndam dalam minyak trafo, terutama trafo-trafo tenaga yang berkapasitas besar, karena minyak trafo mempunyai sifat sebagai media pemindah panas (di sirkulasi), dan bersifat sebagai isolasi (daya tegangan tembus tinggi), sehingga minyak trafo tersebut berfungsi sebagai media pendingin dan isolasi.

TANGKI Pada umumnya bagian dari trafo yang terendam minyak trafo berada (ditempatkan) dalam tangki. Untuk menampung pemuaian minyak trafo, tangki dilengkapi dengan konservator.

BUSHING Hubungan antara kumparan trafo ke jaringan luar melalui sebuah bushing, yaitu sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator, yang sekaligus berfungsi sebagai penyekat antara konduktor tersebut dengan tangki trafo.

PERALATAN BANTU PENDINGIN TAP CHANGER ALAT PERNAPASAN PENGAMAN

PENDINGIN Pada inti besi dan kumparan-kumparan akan timbul panas, akibat rugi-rugi besi dan rugi-rugi tembaga. Bila panas tersebut mengakibatkan kenaikan suhu yang berlebihan, akan merusak isolasi (di dalam trafo), maka untuk mengurangi kenaikan suhu yang berlebihan tersebut trafo perlu dilengkapi dengan alat/system pendingin untuk menyalurkan panas keluar trafo. Media yang dipakai pada system pendingin dapat berupa: udara/gas, minyak, dan air. Sedangkan pengalirannya (sirkulasi) dapat dengan cara alamiah (natural) atau tekanan/paksaan.

PENDINGIN MEDIA No MACAM SISTEM PENDINGIN* Dalam Trafo Luar Trafo 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 perbandingan transformasi untuk mendapatkan tegangan operasi sisi sekunder yang konstan/stabil (diinginkan) dari tegangan jaringan/sisi primer yang berubah-ubah. Tap changer dapat dilakukan baik dalam keadaan berbeban (onload) atau dalam keadaan tak berbeban (off load) tergantung pada jenisnya.

ALAT PERNAFASAN Akibat pengaruh naik turunnya beban transformator maupun suhu udara luar, maka suhu minyak 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 turun, minyak menyusut maka udara luar akan masuk ke dalam tangki.

PENGAMAN Rele Bucholz untuk mendeteksi dan mengamankan terhadap gangguan di dalam trafo yang menimbulkan gas

PENGAMAN • Rele Differensial pengaman trafo dari gangguan hubung singkat di dalam trafo

Over Load % Over load factor 10% 20% 30% 40% 50% Jam jam 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 Kelas Isolasi Bagian Minyak LIilitan °C A A E B F H 60 76 75 85 110 135

PRINSIP KERJA TANSFORMATOR • Keadaaan Transformator Tanpa beban Transformator tanpa beban Vektor transformator tanpa beban

Keadaan Tanpa Beban Bila kumparan primer suatu transformator dihubungkan dengan sumber tegangan V 1 yang sinusoid, akan mengalirlah arus primer (Io) yang juga sinusoid dan dengan menganggap belitan N 1 reaktif murni, Io akan tertinggal 90 o dari V 1 (lihat gambar ). Arus primer Io menimbulkan fluks (f) yang sefasa dan juga berbentuk sinusoid. f = fmaks sin wt Vektor transformator tanpa beban

Keadaan Tanpa Beban • Fluks yang sinusoid ini akan menghasilkan tegangan induksi e 1 (Hukum Faraday). Fluks yang berubah memotong suatu kumparan maka pada kumparan tersebut akan diinduksikan suatu tegangan listrik : (tertinggal 90 o dari f) e 1 : gaya gerak listrik (ggl) : tegangan induksi (VOLT)

Tegangan maksimum jika Cos(ωt) = 1, atau • Nilai tegangan Efektif (rms)

Keadaan Tanpa Beban • Pada rangkaian sekunder, fluks (f) bersama tadi menimbulkan Dengan mengabaikan rugi tahanan dan adanya fluks bocor, a = perbandingan transformasi (rasio lilitan) Dalam hai ini tegangan E 1 mempunyai kebesaran yang sama tetapi berlawanan arah dengan tegangan sumber V 1.

Soal-soal

Soal 1 Sebuah trafo memiliki jumlah lilitan kumparan primer 1500 dan jumlah lilitan pada kumparan sekunder 500 hitunglah berapa rasio lilitan trafo tersebut. Bila pada sisi primer diberi tegangan listrik AC 300 V, hitunglah tegangan pada sisi sekunder bila fluks magnet primer dan sekunder sama. Jawab Bila fluks medan magnet pada sisi primer dan sekunder sama, maka berlaku:

Soal 2. a) Sebuah transformator mempunyai kumparan primer dan sekunder masing-masing sebesar 1800 dan 1200 lilitan. Pada detik kelima terjadi fluks magnet sebesar 1, 2 Wb dan pada detik ke 20 terjadi fluksi 2, 8 Weber. Berapa tegangan Induksi (sisi primer dan sisi skunder) yang dihasilkan oleh trafo tersebut? b) Bila trafo tersebut terjadi fluks magnet maksimum 4 Weber, menghasilkan frekuensi 60 Hz. Berapa tegangan Induksi maksimum dan tegangan induksi efektif (rms) yang dihasilkan oleh trafo tersebut?

Soal 3. Jika Trafo menghasilkan tegangan induksi sebesar 75 KV. Jika Fluks maksimum 1, 2 Wb dengan frekuensi 50 Hz. Berapa jumlah lilitan primer pada trafo tersebut.

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 V 1, dengan demikian hasil perkaliannya (IC x V 1) merupakan daya (watt) yang hilang Vektor hubungan fasor Io, IM dan IC Rangkain pengganti Io, IM dan IC

Contoh soal : • Suatu trafo diukur menghasilkan arus magnetisasi sebesar 3 A, sedangkan arus rugi histerisis sebesar 4 A. Hitunglah faktor daya trafo tsb. • Pada trafo mempunyai faktor daya 0, 8. Terjadi Arus rugi histerisis sebesar 8 A. Berapa Arus magnetisasinya? • Pada trafo mempunyai faktor daya 0, 65. Terjadi Arus rugi histerisis sebesar 5 A. Berapa Arus magnetisasinya?

Contoh lagi Sebuah transformator satu fasa mempunyai 480 lilitan primer dan 90 lilitan sekunder. Jika harga Induksi magnet 1, 1 T ketika tegangan 2200 V, 50 Hz diberikan kepada kumparan primer, hitunglah: (a) Luas penampang inti (b) Tegangan sekunder tanpa beban

Keadaaan Transformator Berbeban • Apabila kumparan sekunder dihubungkan dengan beban ZL, I 2 mengalir pada kumparan sekunder, di mana I 2 = V 2/ZL.

Keadaaan Transformator Berbeban • Arus beban I 2 ini akan menimbulkan gaya gerak magnet (ggm) N 2 I 2 yang cenderung menentang fluks (f) bersama yang telah ada akibat arus pemagnetan IM. Agar fluks bersama itu tidak berubah nilainya, pada kumparan primer harus mengalir arus I’ 2, yang menentang fluks yang dibangkitkan oleh arus beban I 2, hingga keseluruhan arus yang mengalir pada primer menjadi :

Keadaaan Transformator Berbeban • Bila rugi besi diabaikan (IC diabaikan) maka Io = IM I 1 = IM + I’ 2 • Untuk menjaga agar fluks tetap tidak berubah sebesar ggm yang dihasilkan oleh arus pemagnetan IM saja, berlaku hubungan : N 1 I M = N 1 I 1 – N 2 I 2 N 1 IM = N 1(IM + I’ 2) – N 2 I 2 Sehingga N 1 I’ 2 = N 2 I 2 • Karena nilai IM dianggap kecil maka I’ 2 = I 1 N 1 I 1 = N 2 I 2 atau I 1/I 2 = N 2/N 1