92059-4-679492416342a

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Nacep Suryana, M.Sc. TTL DAN ELEKTRONIKA INDUSTRII 1

Universitas Mercu Buana

Fakultas Teknologi Industri

Jurusan Teknik Mesin

TTL dan Elektronika

Industri

Modul 4

Transformator dan Sistim Distribusi daya

Bagian II

Oleh:

Nacep Suryana, MSc.


3.3.3. Polaritas Transformator

Transformator dapat membalik fase tegangan input dengan lilitan kumparan sekunder

pada arah yang berlawanan dari kumparan primer. Gambar 3-15 menggambarkan metoda yang

digunakan untuk mengidentifikasi hubungan fase input dan output transformator relative dalam

diagram skema. Perlu dicatat bahwa apabila skema tidak berisi titik, maka tidak terjadi

pembalikan fase.

Gambar 3-15 Pembalikan fase transformator

Polaritas transformator dapat diperlihatkan dengan cara member tanda titik pada

terminal primer dan sekunder. Jenis penandaan ini digunakan pada transformator instrument

(bukan trafo daya). Meskipun demikian pada transformator daya ujung-ujung kumparan

tegangan tinggi diberi tanda H1 dan H2, dan ujung-ujung kumparan tegangan rendah diberi

tanda X1 dan X2 (gambar 3-16). Dengan konvensi, H1 dan X1 mempunyai ualitas yang sama,

yang berarti ketika H1 positif maka X1 juga positif. Penandaan ini digunakan untuk menetapkan

hubungan terminal yang benar ketika transformator 1-fase dihubungkan parallel, seri atau

konfigurasi 3-fase.

Gambar 3-16. Pemberian tanda pada terminal transformator


Dalam praktek empat terminal pada transformator dipasang dengan baku (standar)

sehingga transformator mempunyai polaritas aditif atau substraktif. Jika terminal H1 terletak

berseberangan secara diagonal dengan terminal X1 maka disebut polaritas Aditif. Jika terminal

H1 berdekatan dengan X1 maka disebut polaritas substraktif. Gambar 3-17.

Gambar 3-17. Polaritas aditif dan substraktif.

3.3.4. Jenis dan Batas kerja Transformator

Banyak jenis transformator digunakan pada rangkaian industry. Pada kebanyakan hal

transformator tersebut diklasifikasi menurut pemakaiannya. Sayangnya standar (pembakuan)

agak berbeda dan beberapa istilah berikut kemungkinan saling tukar.

Transformator daya ini biasanya menunjuk pada transformator yang lebih besar yang

digunakan untuk merubah level tegangan dan arus untuk memenuhi persyaratan rangkaian.

Sebagian besar transformator daya dirancang untuk operasi pada frequensi lin ac 50sampai

dengan 60 Hz. Dua jenis transformator yang diperlihatkan pada gambar 3-18 dan 3-19.

Transformator suplai daya pada gambar 3-18 digunakan untuk merubah tegangan lin ac

menjadi tegangan lain yang lebih cocok. Transformator distribusi yang didinginkan minyak pada

gambar 3-19 digunakan untuk menurunkan tegangan system pemakaian menjadi tegangan

standar industri.

Gambar 3-18 transformator penyuplai daya untuk merubah tegangan lin ac menjadi

tegangan lainnya yang lebih cocok.


Gambar 3-19 transformator distribusi yang didinginkan minyak di gunakan untuk

menurunkan tegangan system

Transformator instrument.

Transformator tersebut kecil, digunakan bersama dengan instrument pengujian dan

pengukuran. Transformator tegangan (Gambar 3-20) digunakan untuk menurunkan tegangan

system pada tegangan kerja dari instrument. Transformator arus (Gambar 3-21) mensuplai

instrument dengan arus yang kecil yaitu sebanding dengan arus utama. Transformator arus

juga digunakan sehubungan dengan arus lebih yang besar dan peralatan beban lebih.

Tegangan yang sangat tinggi dapat mengakibatkan kejutan listrik yang fatal, dapat bertambah

pada kumparan sekunder jika membuka. Karena alasan itu, ujung-ujung sekunder harus selalu

dihubungkan dengan ammeter atau membiarkan hubungan singkat jika meter dilepas.

Gamabar 3-20 transformator tegangan yang digunakan untuk menurunkan tegangan

system pada tegangan kerja instrumen


Gambar 3-21 transformator arus

Ototransformator.

Transformator ini mempunyai tap (ambilan) tunggal dari kumparan yang bersama

(common) dengan rangakaian primer dan skunder. Utamanya transformator ini digunakan

dimana diperlukan kenaikan atau penurunan tegangan kecil. Ototransformator adalah:

Transformator yang digunakan pada line distribusi jauh untuk mendorong tegangan

dan mengkompensasi penurunan tegangan line.

Dapat mengatur tegangan yang bervariasi

Digunakan pada starter motor tiga-fase yang besar untuk mengurangi arus dan torsi

selama periode starting motor

Ototransformator seperti yang ditunjukkan pada gambar 3-32 digunakan jika

dikehendaki. Apabila tidak perlu mempunyai isolasi listrik antara rangkaian primer dan

sekunder, dan apabila hubungan langsung antara mereka diperbolehkan. Ototransformator

menawarkan ukuran yang lebih kecil, lebih ringan dan lebih murah.


Gambar 3-22 Ototransformator

Rating plat nama transformator (yang umum) adalah sbb:

kVA : ini adalah batas kerja dalam kilovolt ampere dan voltampere dibanding kilowatt. Karena

factor daya beban menentukan output transformator dalam kilowatt, dan factor daya

beban bervariasi, maka tidak praktis untuk membuat ukuran kerja trasformator dalam

kilowatt.

PF: Faktor daya adalah perbandingan daya yang sebenarnya dengan daya buta.

PF =

H.V.: adalah batas kerja dari kumparan tegangan tinggi. Jika arus primer, itu adalah pada

tegangan maksimum diberikan. Jika ini adalah sekunder, itu adalah tegangan output

pada beban penuh.

L.V.: adalah batas kerja lilitan tegangan rendah. Jika ini adalah rangkaian primer, ini adalah

pada tegangan maksimum yang disuplaikan. Jika ini adalah sekunder, maka ini adalah

tegangan output pada beban penuh.

Siklus: adalah batas kerja frekwensi dlm Hz.

Polaritas: Apakah transformator itu aditif atau substraktif

%Z : adalah impedansi transformator yg dinyatakan dalam persen dari impedansi rangkaian

total. Impedansi (Z) adalah komposisi total dari arus yang mengalir pada tahanan R,

reaktansi induktif (XL), dan juga reaktansi kapasitif (XC) rangkaian AC.

Kenaikan oC: adalah kenaikan suhu diatas suhu kamar dengan transformator dibebani penuh.


Efisiensi peralatan mekanis atau listrik biasa dinyatakan sebagai perbandingan daya output

dengan daya input

= % efisiensi

Atau dapat juga dinyatakan sbb: Daya Input = Daya Output + Daya rugi-rugi

Karena rugi-rugi transformator daya sangat rendah, efisiensi sebagian besar

transformator mendekati 97%. Kerugian utama yang mempengaruhi efisiensi transformator

adalah kerugian tembaga dan inti, kerugian ini keluar sebagai panas. Kawat kumparan yang

dibuat harus cukup besar untuk mengalirkan arus dan juga isolasinya harus dapat tahan

terhadap tegangan yang bekerja.

3.3. Hubungan dan Sistim Transformator

3.3.1. Sistim Transformator Fase Tunggal

Transformator seperti halnya batere dan sumber daya yang lain, dapat dihubungkan seri

atau parallel. Ketika transformator digabungkan bersama untuk beroperasi atau menahan

beban, persyaratan-persyaratan berikut perlu diikuti:

Tegangan kerja (rating) harus sama.

Rasio impedansi (% impedansi) harus sama.

Polaritas harus ditentukan dari hubungan dibuat sesuai.

Transformator jarang dihubungkan seri. Meskipun demikian, apabila dihubungkan seri,

arus kerja atau rating harus cukup besar untuk membawa arus maksimum beban. untuk operasi

yang paling efisien arus kerjanya harus sama. Gambar 3-23 menunjukkan contoh (yang umum)

dari dua transformator satu-fase yang dihubungkan seri.


Gambar 3-23 Hubungan seri dari transformator

Kerja parallel transformator mengakibatkan peningkatan rating kilovolt-ampere. Apabila

tambahan beban dipasang pada rangkaian, kadang-kadang lebih praktis menghubungkan

transformator yang lain secara parallel dibandingkan dengan mengubah penguatannya. Jumlah

transformator yang dihubungkan parallel akan membawa dua kali rating kilowattampere dari

transformator yang lain. Gambar 3-24 menunjukkan contoh yang umum dari dua transformator

fase-tunggal yang dihubungkan parallel. Yang perlu diperhatikan adalah bahwa terminal-

terminal yang mempunyai polaritas sama harus dihubungkan. Kesalahan dalam polaritas

menghasilakan hubungan-pendek (konslet).

Gambar 3-24 Transformator hubungan parallel


Ada dua jenis distribusi fase tunggal:

- Distribusi satu-fase dua-kawat

- Distribusi satu-fase tiga-kawat

Satu-fase dua-kawat terdiri dari kawat beraliran (hot) dan netral, satu-fase tiga-kawat terdiri dari

dua kawat beraliran (hot) dan netral. Satu-fase tiga-kawat 240/120 adalah jenis distribusi yang

digunakan untuk mengisi rumah-rumah, dan dapat dihubungkan antar kawat beraliran atau dari

kawat beraliran ke netral. Kawat netral adalah penghantar yang dihubungkan dengan

pertengahan sekunder transformator. Dua kawat beraliran tersebut berbeda 180o listrik.

Gambar 3-25 menunjukkan transformator distribusi dua tegangan yang dihubungkan

dengan satu-fase tiga-kawat dan satu-fase dua-kawat. Seperti telah dijelaskan, sistim tiga-

kawat digunakan pada pengawatan rumah. Ini memperlengkapi 120 V untuk penerangan dan

alat-alat mesin kecil, dan 240 V untuk beban berat seperti pemanas listrik dan pengering, lihat

gambar 2-25 a. Untuk kepentingan keselamatan konduktor tengah (yang disebut netral) di-

grounding. Hal ini memungkinkan tegangan maksimum dari line ke tanah sebesar 120V.Jika

pentanahan terjadi pada line satu line dua pada system kawat tanah,240V akan ada dari kedua

line ke tanah

Sistem bawah-tanah menghendaki dua pentanahan untuk membuka rangkaian.Gambar 3-

25(b)menunjukan transformator distribusi hanya memberikan 100 V.Tegangan output yg

diberikan hanya 120V, tetapi ukuran-daya kerja transformator tetap tidak berubah.

Gambar 3-25 distribusi satu-fase


Contoh:

Transformator 50 kVA seperti yang diperlihatkan dibawah mempunyai beban tahanan

seimbang, ada beban 50-A dari L1 dan L2 ke netral. Ada juga 150-A beban antara L1 dan L2

harga arus seperti diperlihatkan dengan anak panah.

(a) Berapakah arus total pada ketiga line?

(b) Berapakah arus primer (rugi-rugi diabaikan)?

(c) Berapakah beban transformator dalam kilovolt-ampere?

(d) Berapak persentase beban transformator?

Contoh:

Diagram yang ditunjukkan sama dengan transformator 50 kVA dengan beban tahanan tidak

seimbang.

Beban dari L1 ke netral adalah 100 A, dari L2 ke netral adalah 50 A dan dari L1 ke L2

adalah 100 A. Harga-harga arus seperti diperlihatkan anak panah.

(a). Berapakah arus total pada ketiga line?


(b). Berapakah beban total dalam kilovolt-ampere?

(c). Berapakah arus primer?

(d). Berapakah prosentasi beban dari transformator?

3.3.2. Sistim Transformator tiga-fase

Daya dengan jumlah yg besar dibangkitkan mengunakan system tiga-fase.Tegangan

akan dibangkitkan dan diturunkan beberapa kali sebelum tegangan mencapai beban pada

rumah atau pabrik.Transformasi dapat disempurnakan dengan mengunakan transformator

hubungan bintang atau delta atau kombinasi dari keduanya bersama-sama dengan rasio

tegangan trasformator yg membedakan.Transformator tiga-fase,mempuyai tiga kumparan

primer dan tiga kumparan sekunder yg dipasang pada tiga kaki inti.Meskipun demikian akibat

yg sama dapat dicapai dg mengunakan tiga transformator satu fase yg dihubungkan bersama

untuk membentuk transformator tiga-fase bank.perlu untuk menyeimbangkan beban pada

transformator bank shg setiap satu transformator tidak akan dibebani lebih.

Gambar 3-26 Hubungan tiga-fase tiga-kawat delta

Kedua jenis distribusi tiga-fase yg umum digunakan adalah tiga fase tiga kawat dan tiga-

fase empat kawat.Sistem tiga-fase tiga-kawat hubungan delta(Gambar 3-26) digunakan untuk

beban setimbang dan terdiri atas tiga kumparan transformator yg dihubungkan dari ujung ke

ujung.Tiga kumparan tersebut dihubungkan dalam hubungan delta dan fase-fase berbeda 120

derajat listrik satu sama lain.Tegangan fase ke fase sama dengan tegangan kumparan..Dua

tegangan yg paling umum digunakan di Industri adalah 208 V (US) atau 380 V (Indonesia) dan

600 V tiga-fase tiga-kawat. Output arus dari transformator tiga-fase tiga-kawat khususnya delta


adalah arus kumparan dikalikan 1.73 yang akan memberikan kepada anda arus line. Angka

1.73 adalah akar 3 digunakan karena kumparan berbeda 120o listrik satu sama lain.

Distribusi tiga-fase lain yang umum digunakan adalah tiga-fase empat-kawat. Ada dua

jenis distribusi tiga-fase empat-kawat:

- Tiga-fase empat-kawat bintang

- Tiga-fase empat-kawat delta

Sistim tiga-fase empat-kawat bintang (gambar 3-27) mempunyai beda fase yang dihubungkan

pada titik bersama, yang disebut netral.Karena itu tidak satupun kumparan terpengaruh oleh

kumparan yang lain. Oleh karena itu, sistim tiga-fase empat-kawat bintang digunakan untuk

beban tidak seimbang. Fase-fase berbeda 120o listrik satu sama lain, fase-fase mempunyai titik

bersama, sehingga tegangan dari fase ke fase adalah sama dengan tegangan dari fase ke

netral dikalikan 1.73. Arus line sama dengan arus fase. Dua tegangan yang paling umum

digunakan adalah tiga-fase empat-kawat 120 V/208 V (USA) 220 V/380 V (Indonesia) dan tiga-

fase empat-kawat 347 V/600 V.

Gambar 3-27 Hubungan tiga-fase empat-kawat sambungan bintang

Transformator tiga-fase empat-kawat hubungan delta digunakan untuk mensuplai beban

penerangan satu-fase yang kecil dan beban daya tiga-fase pada waktu yang sama.

Transformator tersebut ukurannya sampai dengan 150 kVA dan dibuat didalam satu unit

seemikian rupa sehingga 5% kemampuan kilovolt-ampere dari transformator diambil dari tarikan

tengah (centre tap) dari kumparan satu-fase. Jadi kapasitas tiga-fase tersebut berkurang 25%.

Ada tiga tegangan yang dihasilkan dengan hubungan ini. Hubungan transformator yang

diperlihatkan pada gambar 3-28 adalah untuk hubungan 120/208/240 V tiga-fase empat-kawat


hubungan delta. 240 V tiga-fase diperoleh dari tiga-fase, 280 V satu-fase diperoleh dari fase A

ke tap netral dan 120 V satu fase diperoleh dari fase B atau C ke tap netral. Untuk

mendapatkan ketegangan fase A ke netral kalikan tegangan fase ke fase dengan 0.87 (cos

30):240x0.87 = 208 V.

Gambar 3-28 Hubungan tiga-fase empat-kawat sambungan delta

Gambar 3-29 menunjukkan susunan transformator step-down tiga-fase tiga-kawat

sambungan delta-delta. Tiga transformator satu fase tersebut mempunyai kumparan primer dan

sekunder dihubungkan delta. Jika primer mempunyai 2400 V dan rasio transformator 10:1,

tegangan sekunder dalam hubungannya dengan tegangan primer ditentukan hanya melalui

rasio, karena tegangan line dan fase hubungan delta adalah sama. Gambar 3-30 menunjukkan

diagram sambungan tiga-fase empat-kawat bintang-bintang yang biasanya digunakan untuk

mensuplai servis tiga-fase dan satu-fase. Transformator satu-fase dengan primer 2400 V, ketika

dihubungkan bintang pada susunan tiga-fase, memerlukan 4160 V line dan untuk memberikan

2400 volt fase.


Vph

=

= 2400 V.

Jika primer transformer mempunyai tegangan 2400 V dan rasio transformator 20, maka

tegangan sekundernya 120 V (USA), dan tegangan line akan sebesar 208 V (120x1.73) di

Indonesia (220x1.73 = 380V).


Gambar 3-29 susunan transformator tiga-fse tiga-kawat delta-delta

Gambar 3-30 Susunan transformator tiga-fase empat-kawat hubungan bintang-bintang

3-4. Substation (Gardu Induk)

Gardu induk mempunyai perlengkapan untuk merubah tegangan line dan mengaturnya

dengan menggunakan transformator. Gambar 3-31 menunjukkan diagram block transformator

yang mempunyai saklar pengaturan tegangan yang di-oprasikan secara elektronis untuk

mengatur tegangan. Saklar ambilan (SCR atau triac)untuk memilih secara tap (ambilan ) yang


tepat secara otomatis untuk megkompensasi fluktuasi. Tegangan di atur tidak tanpa-putus,

tetapi dengan langkah-langkah (in steps). Penghubungan terjadi ketika tegangan lin melalui nol

sehinga transien tidak terbentuk.

Gambar 3-31 saklar ambilan (switch tap) transformator

Jaringan (network) terdiri dari gardu induk, line tranmisi dan station yang membangkitkan

yang dihubungkan bersama. Jaringan memungkinkan kelebihan daya dari satu daerah yang

dialirkan ke daerah yang lain dalam merespons permintaan. Selama perioda permintaan daya

listrik menurun, station daya akan mematikan beberapa generator. Pada waktu permintaan

puncak, perlengkapan pembantu disiapkan untuk beroperasi. Gardu induk juga

memperlengkapi titik aman pada sistim distribusi untuk pemutusan daya jika ada kesalahan,

juga tempat yang tepat untuk melakukan pengukuran dan memeriksa kerja dari sistim distribusi.

Gardu-induk interkoneksi membantu menghubungkan bersama sistim-sistim dsitribusi

yang berbeda. Sistim ini memungkinkan pertukaran daya antara gardu induk untuk

meningkatkan daya, sehingga menstabilkan seluruh rangkaian. Gardu induk dilengkapi titik

pemutusan (switching point) dimana hubungan-hubungan yang lain dapat dibuat antar line

transmisi yang berbeda-beda. Gambar 3-32 menunjukkan dua gardu induk yang diinterkoneksi

menjadi satu jaringan.

Gambar 3-32 Substansi gardu induk


Gardu induk sekunder membentuk jantung jaringan distribusi listrik pabrik industry atau

bangunan komersial. Mereka menerima daya listrik dari utility listrik dan menurunkannya

menjadi level tegangan nominal 600 V atau lebih rendah untuk distribusi seluruh bangunan.

Gardu induk unit menawarkan switch-gear yang terkoordinasi dan terintegrasi serta paket

transformator, yang dirakit dan diuji oleh pabrik.

Diagram suatu gardu-induk unit diperlihatkan pada gambar 3-33. Gardu induk unit

seluruhnya tertutup untuk semua sisi dengan plat logam, sehingga tidak ada bagian beraliran

yang terlihat. Untuk masuk didalam tempatnya hanya disediakan melalui pintu interlocked (jika

pintu dibuka powernya otomatis hilang). Gardu induk unit dasar terdiri dari tiga komponen sbb:..

1. Bagian Switch-gear tegangan tinggi

Bagian ini menggabungkan terminasi untuk kabel input primer dan switch-gear

primer, semua ditempatkan pada satu kontak berlapisan metal.

Perakitan saklar dan sekering interuptor beban banyak digunakan untuk

switchgear primer.

Saklar interuptor beban dapat menginterupsi ars kerja yang terus-menerus,

umumnya 600 A atau 1200 A.

Perlindungan terhadap petir harus diberikan jika unit gardu induk disuplai dari

sistim distribusi udara (overhead).

2. Bagian Transformator

Bagian ini menempatkan transformator untuk menurunkan tegangan primer

sampai level pemakaian tegangan rendah.

Transformator enis kering, didinginkan dengan udara secara umum digunakan

sebab mereka tidak memerlukan persyaratan konstruksi tahan api yang khusus.

3. Bagian distribusi tegangan-rendah

Bagian switch board ini menyediakan perlindungan dan pengendali untuk

rangkaian pengisi tegangan rendah.

Terdiri atas saklar yang bias memutuskan dengan memakai sekering, memutus

rangkaian dengan kotak dicetak, pemutus rangkaian jenis daya drawout atau

kadang kombinasi.

Berisi alat ukur untuk pengukuran tegangan, arus, daya, power factor atau

energy..


Switch-gear sekunder dimaksudkan untuk memutuskan daya (trip) pada keadaan

beban lebih atau kesalahan pada pengisian rangkaian sekunder dari

transformator.

Gambar 3-33 Unit substation sekunder

92059-4-679492416342a

Documents

Transcript of 92059-4-679492416342a