TRANSFORMER Kelompok 5 Aditya Prayoga 0806365412 Benson M

TRANSFORMER Kelompok 5 Aditya Prayoga (0806365412) Benson M. S. (0806365551) Edison M. S. (0806365702) M. Nahar (0806366150) Departemen Teknik Elektro Universitas Indonesia Teknik Tenaga Listrik – Ekstensi 2010

Pokok Pembahasan: �Introduksi Transformer �Transformer Praktis �Transformer 3 (Tiga) Fasa

Introduksi Transformer Sejarah Macam-macam Transformer Simbol Prinsip Kerja

Transformer adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain, melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi-elektromagnet. ENERGY MEKANIK OR ER N E G AT O M ENERGY LISTRIK R TO TRANSFORMER G EN M ER A O TO TO R R ENERGY LISTRIK

MENGAPA TRANSFORMER Beberapa alasan digunakannya transformer, antara lain: 1. Tegangan yang dihasilkan sumber tidak sesuai dengan tegangan pemakai 2. Biasanya sumber jauh dari pemakai sehingga perlu tegangan tinggi (Pada jaringan transmisi) 3. Kebutuhan pemakai / beban memerlukan tegangan yang bervariasi

Sejarah � � � 1831, Michael Faraday mendemonstrasikan sebuah koil dapat menghasilkan tegangan dari koil lain. 1832, Joseph Henry menemukan bahwa perubahan flux yang cepat dapat menghasilkan tegangan koil yang cukup tinggi 1836, Nicholas Callan memodifikasi penemuan Henry dengan dua koil. � 1850 – 1884, era penemuan generator AC dan penggunaan listrik AC � 1885, Georges Westinghouse & William Stanley mengembangkan transformer berdasarkan generator AC. 1889, Mikhail Dolivo-Dobrovolski mengembangkan transformer 3 fasa pertama �

Sejarah (2) �Milestones 1929 1933 1962 2001 2004 3, 5 MVA- 40 MVA- 200 MVA- 245 MVA- 750 MVA- 100/27, 7 k. V Transformer interkoneksi 220/8, 8 k. V Transformer 3 fasa 220/20 k. V Transformer generator 765/18 k. V Transformer generator 3 fasa 435/21 k. V Transformer generator 3 fasa AREVA, Power Transformer Fundamental (2008)

Macam-macam Transformer Berdasarkan fungsinya, trafo dibagi menjadi : �Trafo Radio �Trafo Pengukuran • Potential Transformer (PT) • Current Transformer (CT) �Trafo Daya

PENGGUNAAN POWER TRANSFORMER PADA JARINGAN DISTRIBUSI AREVA, Power Transformer Fundamental (2008)

Simbol Transformer �Transformer 1 fasa �Transformer 3 fasa

Simbol Transformer (2) �Transformer Pengukuran • Current Transformer • Potential Transformer

Prinsip Kerja Prinsip dasar suatu transformator adalah induksi bersama (mutual induction) antara dua rangkaian yang dihubungkan oleh fluks magnet. Dalam bentuk yang sederhana, transformator terdiri dari dua buah kumparan induksi yang secara listrik terpisah tetapi secara magnet dihubungkan oleh suatu path yang mempunyai relaktansi yang rendah. Kedua kumparan tersebut mempunyai mutual induction yang tinggi. Jika salah satu kumparan dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, fluks bolak-balik timbul di dalam inti besi yang dihubungkan dengan kumparan yang lain menyebabkan atau menimbulkan ggl (gaya gerak listrik) induksi ( sesuai dengan induksi elektromagnet) dari hukum faraday, Bila arus bolak balik mengalir pada induktor, maka akan timbul gaya gerak listrik (ggl).

Prinsip Kerja (con’t) Trafo dihubungkan dengan sumber tegangan V 1. Mengalir arus a(iex / -90 o ) Iex membangkitkan arus gaya maknit (ф / sefasa dengan iex ) ф Membangkitkan tegangan tentang (e 1 / -90 o terhadap ф) PRIMER SEKUNDER Ф Membangkitkan tegangan Iex Sekunder (e 2 / -90 o terhadap ф) Ф V 1 E 2 V 2 INTI BESI Karena trafo tersebut tidak berbeban, maka v 2 = e 2 V 1 Ф ~ Iex V 1 , E 1 E 2 O /2 (3/2) Iex Ф E 1 E 2 2

Ideal Transformer Daya pada rangkaian primer = daya pada rangkaian sekunder I 1 I 2 V 1 P 1 V 2 = P 2 I 1. V 1 = I 2. V 2 I 2 : I 1 = V 1 : V 2 =a = Ratio Trafo I 1. N 1 = I 2. N 2 P 1 = Daya Primer V 1 = Tegangan Primer P 2 = Daya Sekunder V 2 = Tegangan Sekunder I 1 = Arus Primer I 2 = Arus Sekunder N 1 = Jumlah Lilitan Primer N 2 = Jumlah Lilitan N 1 : N 2 = I 2 : I 1 = V 1 : V 2 =a = Ratio Trafo

RANGKAIAN EQUIVALENT TRAFO Untuk mempermudah analisis dalam pengujian, rangkaian primer dan sekunder dibuat menjadi sebuah rangkaian yang disebut rangkaian Equivalent. Rugi tembaga sekunder dilihat dari primer = I 22 x R 2 = I 1 (I 22/I 12) 2 x R 2 = I 12 (I 2/I 1)2 x R 2 RANGKAIAN PRIMER I 1 RANGKAIAN SEKUNDER X 1 X 2 E 1 V 1 R 2 E 2 V 2 = I 12 x a 2 x R 2 Dari sini maka resistan sekunder dilihat dari primer (R 2’) = a 2 R 2 Dan reaktan sekunder dilihat dari primer (X 2’) = a 2 X 2 I 1 V 1 R 1 X 2’ I 2 R 2 ’

Contoh Soal � Sebuah trafo ideal mempunyai 90 lilitan disisi primer dan 2250 lilitan di sisi sekunder terhubung pada sumber tegangan 120 V 60 Hz � Hitung: • Tegangan efektif yang melalui terminal sekunder • Tegangan peak yang melalui terminal sekunder • Tegangan sesaat yang melalui sisi sekunder ketika tegangan sesaat yang melalui sisi primer adalah 37 V � Jawab: � A. E 1/E 2 = N 1/N 2 120/E 2 = 90/2250 E 2 = 3000 V � B. E 2 peak = √ 2 E 2 = 1, 414 x 3000 = 4242 V � C. Ketika e 1 = 37 V maka � N 2/N 1 = 2250/90 = 25 (rasio) � e 2 = 25 x 37 = 925 V

Transformer Praktis Kerugian pada Transformer Rangkaian Ekuivalen

Kerugian pada Transformer �Rugi-rugi inti: • Rugi-rugi arus pusar / eddy current • Rugi-rugi hysterisis �Rugi-rugi tembaga

Rugi Arus Pusar � Rugi arus eddy adalah terjadinya arus pusar yang arahnya berputar didalam inti trafo. Arus ini menimbulkan panas didalam inti trafo. EDDY CURRENT INTI BERLAPIS DAN DISEKAT � Untuk mengurangi rugi arus eddy, inti trafo dibuat berlapis-lapis masing-masing lapisan disekat, sehingga arah pusaran arus dipependek.

Rugi Hysterisis Iex � Rugi hysterisis memperbesar Iex � Untuk mengurangi rugi hysterisis, inti trafo dibuat dari besi lunak � Rugi hysterisis dan arus pusar tetap, tidak tergantung besar beban RUGI HYSTERISIS

Rugi-rugi tembaga R = Tahanan (Ohm) ρ = Tahanan jenis (Ohm. m) l = Panjang (m) A = Luas penampang (m 2)

Rugi-rugi tembaga(2) Rugi tembaga adalah rugi-rugi lilitan primer dan sekunder terdiri dari kawat tembaga yang mempunyai panjang dan penampang � RUGI TEMBAGA PRIMER = IP 2. RP (Watt) � RUGI TEMBAGA SEKUNDER = IS 2. RS (Watt) RP & RS = Tahanan Primer & Sekunder ( ) IP & I S = Arus Primer & Sekunder (Ampere) Karena rugi tembaga tergantung dari arus primer dan sekunder, maka rugi tembaga bersifat tidak tetap tergantung beban trafo

RANGKAIAN EQUIVALENT TRAFO R 1 Xf 1 I 1 Xf 2 E 1 V 1 Xm E 2 R 2 I 2 V 2 Rm Pada rangkaian praktis, terdapat rugi inti yang dinyatakan dengan Xm dan Rm

Contoh Soal � Kumparan sekunder dari sebuah transformer mempunyai 180 lilitan. Ketika trafo dalam kondisi terbebani arus sekundernya mempunyai nilai efektif 18 A 60 Hz. Flux mutual mempunyai nilai peak 20 m. Wb, flux bocor disisi sekunder mempunyai nilai peak 3 m. Wb. � Hitung : A. Tegangan induksi di kumparan sekunder yang disebabkan oleh flux bocor. B. Nilai reaktansi bocor disisi sekunder. C. Nilai dari E 2 induksi yang disebabkan oleh flux mutual.

Contoh Soal (2) Jawab : A. Ef 2 = 4, 44 f N 2Φf 2 = 4, 44 x 60 x 180 x 0, 003 = 143, 9 V B. Xf 2 = Ef 2 / I 2 = 143, 9 / 18 =8Ω C. E 2 = 4, 44 f N 2Φm = 4, 44 x 60 x 180 x 0, 02 = 959 V

Three Phase Transformer Konstruksi Perhitungan Jenis-jenis Pendinginan Sistem Proteksi

Three Phase Transformer Konstruksi trafo tiga fasa terdiri dari rangaian tiga buah trafo satu fasa R S T r s t

FORMULASI TRANSFORMER TIGA FASA Bila rangkaian primer atau sekunder trafo terhubung bintang ILine R R N T S IFasa VLL N VLN T ILine = IFasa VRS = VLL = Voltage line to line VRS = VR – VS VR = VS = VT = VLN = Voltage line to netral = VR. √ 3. S P 3 Fasa = Daya Trafo Tiga Fasa Vrs VLL = VLN. 3 P 3 Fasa = 3. I. VLN VR Vrs -VS = 3. I. (VLL/ 3) N VT Maka VLN = VLL / 3 VS = I. VLL. 3

con’t Bila rangkaian primer atau sekunder trafo terhubung delta T VLine = VFasa It Is S VLine = VFasa IR = I r – I t Ir R = Ir. √ 3. IR IR = IS = IT = ILine = Arus Line Ir = Is = It = IFasa = Arus Fasa VRS = VST = VTR = Tegangan Line P 3 Fasa = Daya Trafo Tiga Fasa It ILine = IFasa. 3 Is Maka IFasa = ILine / 3 P 3 Fasa = 3. IFasa. V = 3. (Iline / 3). V Ir - It IR = ILine. V. 3

AREVA, Power Transformer Fundamental (2008)

Jenis-jenis Pendingin �Tipe Kering: • AA : Pendingin udara natural • AFA : Pendinginan udara terpompa �Tipe Basah : • ONAN : Oil Natural Air Natural • ONAF : Oil Natural Air Forced • OFAF : Oil Forced Air Forced

Sistem Proteksi Transformer �Proteksi Eksternal: • Over Current Relay • Ground Fault Relay �Proteksi Internal: • Differensial Relay • Bucholz Relay • Sudden Pressure Relay

Over Current Relay � Memproteksi trafo dari arus berlebih � Arus berlebih adalah arus yang melebihi nominal dalam jangka waktu tertentu arus

Ground Fault Relay � Memproteksi trafo dari kesalahan/gangguan grounding � Berlaku hanya untuk trafo yang titik netralnya di hubungkan ke ground � Prinsip kerja mirip over current relay

Differential Relay � � Ip = Arus primer Is = Arus sekunder � Memproteksi � � Id = Arus diferensial ACT = Auxilliary CT terhadap kebocoran arus � Prinsipnya pada perbedaan arus masuk dan keluar trafo

Bucholz Relay � Memproteksi trafo dari loncatan listrik di dalam trafo � Memanfaatkan sifat kimiawi

Sudden Pressure Relay � Memproteksi dari tekanan berlebih sesaat � Tidak bereaksi pada tekanan berlebih, hal ini telah ditangani oleh relief vent

Referensi � Utomo, Heri Budi. (2002). Overhaul Trafo Tenaga Tegangan Tinggi & Extra Tinggi. � AREVA T&D. (2008). Power Transformers (Vol. 1 Fundamentals). Paris: Areva T&D.