92584590 Makalah Transformator Daya

49
BAB I PENDAHULUAN 1.1 DASAR TEORI Transformator merupakan peralatan mesin listrik statis yang bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik sehingga dapat memindahkan energi dari suatu rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain tanpa merubah frekuensi. Penggunaan yang sangat sederhana dan andal itu merupakan salah satu sebab penting bahwa arus bolak-balik sangat banyak dipergunakan untuk pembangkitan dan penyaluran tenaga listrik. Transformator dapat dibagi menurut fungsi / pemakaian seperti: Transformator Mesin (Pembangkit) Transformator Gardu Induk Transformator Distribusi Penggunaan transformator pada sistem penyaluran tenaga listrik dapat dibagi : a. Trafo penaik tegangan (Step up) atau disebut trafo daya, untuk menaikkan tegangan pembangkit menjadi tegangan transmisi. b. Trafo penurun tegangan (Step down), dapat disebut trafo distribusi, untuk menurunkan tegangan transmisi menjadi tegangan distribusi. 1

description

dawdad

Transcript of 92584590 Makalah Transformator Daya

Page 1: 92584590 Makalah Transformator Daya

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 DASAR TEORI

Transformator merupakan peralatan mesin listrik statis yang bekerja berdasarkan

prinsip induksi elektromagnetik sehingga dapat memindahkan energi dari suatu

rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain tanpa merubah frekuensi. Penggunaan

yang sangat sederhana dan andal itu merupakan salah satu sebab penting bahwa arus

bolak-balik sangat banyak dipergunakan untuk pembangkitan dan penyaluran tenaga

listrik.

Transformator dapat dibagi menurut fungsi / pemakaian seperti:

Transformator Mesin (Pembangkit)

Transformator Gardu Induk

Transformator Distribusi

Penggunaan transformator pada sistem penyaluran tenaga listrik dapat dibagi :

a. Trafo penaik tegangan (Step up) atau disebut trafo daya, untuk menaikkan

tegangan pembangkit menjadi tegangan transmisi.

b. Trafo penurun tegangan (Step down), dapat disebut trafo distribusi, untuk

menurunkan tegangan transmisi menjadi tegangan distribusi.

c. Trafo instrumen, untuk pengukuran yang terdiri dari trafo tegangan dan trafo

arus, dipakai menurunkan tegangan dan arus agar dapat masuk ke meter-meter

pengukuran.

1.2 PRINSIP KERJA

Prinsip kerja 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 yang secara listrik terpisah tetapi secara

magnet ihubungkan oleh suatu alur induksi. 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

1

Page 2: 92584590 Makalah Transformator Daya

dengan kumparan yang lain menyebabkan atau menimbulkan ggl (gaya gerak listrik)

induksi ( sesuai dengan induksi elektromagnet) dari hukum faraday.

Gambar 1.2.1 : Rangkaian Transfomer

Berdasarkan hukum Faraday yang menyatakan magnitude dari electromotive force

(emf) proporsional terhadap perubahan fluks terhubung dan hukum Lenz yang

menyatakan arah dari emf berlawanan dengan arah fluks sebagai reaksi perlawanan

dari perubahan fluks tersebut didapatkan persaman :

e = emf sesaat (instantaneous emf)

Ψ = fluks terhubung (linked flux)

Dan pada transformator ideal yang dieksitasi dengan sumber sinusoidal berlaku

persamaan:

E = Tegangan (rms)

N = jumlah lilitan

Φm = fluks puncak (peak flux)

f = frekuensi

dan persamaan:

2

Page 3: 92584590 Makalah Transformator Daya

Dikarenakan pada transformator ideal seluruh mutual flux yang dihasilkan salah satu

kumparan akan diterima seutuhnya oleh kumparan yang lainnya tanpa adanya leakage

flux maupun loss lain misalnya berubah menjadi panas. Atas dasar inilah didapatkan

pula persamaan:

P1 = P2

V1.I1 = V2.I2

N1.I1 = N2.I2

Gambar 1.2.2 : Grafik Arus, Tegangan dan Fluks yang Terjadi

1.3 RANGKAIAN EKUIVALEN TRANSFORMATOR

Untuk mempermudah analisis dalam pengujian, rangkaian primer dan sekunder dibuat

menjadi sebuah rangkaian yang disebut rangkaian equivalent. Pada rangkaian ini rugi

tembaga pada sisi sekunder diubah menjadi nilai ekuivalennya dan dilihat dari arah

primer.

Gambar 1.3.1 : Rangkaian Ekuivalen Transformator

3

Page 4: 92584590 Makalah Transformator Daya

Dimana a adalah rasio perbandingan lilitan kumparan sekunder terhadap kumparan

primer sehingga resistansi sekunder didapatkan :

R2’ = a2.R2

dan reaktansi sekunder didapatkan:

X2’ = a2.X2

Dari persamaan sebelumnya dapat digambarkan rangkaian ekuivalen transformator

menjadi :

Gambar 1.3.2 : Rangkaian Ekuivalen yang Telah Disederhanakan

1.4 RUGI – RUGI PADA TRANSFORMATOR

1.4.1 Rugi Arus Pusar (Eddy Current)

Arus pusar adalah arus yang mengalir pada material inti karena tegangan

yang diinduksi oleh fluks. Arah pergerakan arus pusar adalah 90o terhadap arah

fluks seperti terlihat pada Gambar 1.4.1.1.

Gambar 1.4.1.1 : Arus Pusar yang Berputar pada Material Inti

Dengan adanya resistansi dari material inti maka arus pusar dapat

menimbulkan panas sehingga mempengaruhi sifat fisik material inti tersebut

bahkan hingga membuat transformator terbakar. Untuk mengurangi efek arus

pusar maka material inti harus dibuat tipis dan dilaminasi sehingga dapat

disusun hingga sesuai tebal yang diperlukan.

4

Page 5: 92584590 Makalah Transformator Daya

Rugi arus pusar dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :

pe = Rugi arus pusar [w/kg]

ke = Konstanta material inti

f = frekuensi [Hz]

t = ketebalan material [m]

Bmax = Nilai puncak medan magnet [T]

1.4.2 Rugi Hysterisis

Rugi hysterisis terjadi karena respon yang lambat dari material inti. Hal ini

terjadi karena masih adanya medan magnetik residu yang bekerja pada material,

jadi saat arus eksitasi bernilai 0, fluks tidak serta merta berubah menjadi 0

namun perlahan-lahan menuju 0. Sebelum fluks mencapai nilai 0 arus sudah

mulai mengalir kembali atau dengan kata lain arus sudah bernilai tidak sama

dengan 0 sehingga akan membangkitkan fluks kembali. Grafik hysterisis dapat

dilihat pada Gambar 1.4.2.1.

Gambar 1.4.2.1 : Grafik Hysterisis Iex Terhadap Φ

Rugi hysterisis ini memperbesar arus eksitasi karena medan magnetik

residu mempunyai arah yang berlawanan dengan medan magnet yang

dihasilkan oleh arus eksitasi. Untuk mengurangi rugi ini, material inti dibuat

dari besi lunak yang umum digunakan adalah besi silikon. Besarnya rugi

hysterisis dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan :

ph = Rugi arus pusar [w/kg]

kh = Konstanta material inti

5

Page 6: 92584590 Makalah Transformator Daya

f = frekuensi [Hz]

Bmax = Nilai puncak medan magnet [T]

n = Nilai eksponensial, tergantung material dan Bmax

Rugi hysteris maupun rugi arus pusar bernilai tetap, tidak bergantung pada

besarnya beban.

1.4.3 Rugi Tembaga

Rugi tembaga adalah rugi yang dihasilkan oleh konduktor/tembaga yang

digunakan sebagai bahan pembuat kumparan. Rugi ini diakibatkan oleh adanya

resistansi bahan. Nilai resistansi konduktor dapat dihitung dengan Persamaan :

R = Tahanan (Ohm)

ρ = Tahanan jenis (Ohm.m)

l = Panjang (m)

A = Luas penampang (m2)

Sedangkan untuk menghitung kerugian tembaga itu sendiri dapat

mempergunakan Persamaan untuk sisi primer dan Persamaan untuk sisi

sekunder.

Sisi Primer

Sisi Sekunder

Pcp = Rugi konduktor primer

Pcs = Rugi konduktor sekunder

Ip = Arus pada kumparan primer

Is = Arus pada kumparan sekunder

Rp = Tahanan kumparan primer

Rs = Tahanan kumparan sekunder

6

Page 7: 92584590 Makalah Transformator Daya

Dengan memperhatikan Persamaan sisi primer dan Persamaan sisi sekunder

terlihat bahwa besarnya arus yang mengalir pada kumparan berpengaruh

terhadap besarnya rugi konduktor, dengan kata lain besarnya beban

mempengaruhi besarnya nilai kerugian.

1.5 EFISIENSI TRANSFORMATOR

Efisiensi transformator adalah perbandingan antara daya output yang dihasilkan

dibanding dengan daya input masukannya.

BAB II

PEMBAHASAN

1.6 PENGERTIAN UMUM

7

Page 8: 92584590 Makalah Transformator Daya

Transformator tenaga atau tiga fasa adalah suatu peralatan tenaga listrik yang

berfungsi untuk menyalurkan tenaga/daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan

rendah atau sebaliknya (mentransformasikan tegangan) dengan frekuensi sama.

Sebuah transformator tiga fasa secara prinsip sama dengan sebuah transformator satu

fasa, perbedaan yang paling mendasar adalah pada sistem kelistrikannya yaitu sistem

satu fasa dan tiga fasa. Sehingga sebuah transformator tiga fasa bisa dihubung bintang,

segitiga, atau zig-zag. Transformator tiga fasa banyak digunakan pada sistem transmisi

dan distribusi tenaga listrik karena pertimbangan ekonomis. Transformator tiga fasa

banyak sekali mengurangi berat dan lebar kerangka, sehingga harganya dapat dikurangi

bila dibandingkan dengan penggabungan tiga buah transformator satu fasa dengan

“rating” daya yang sama. Tetapi transformator tiga fasa juga mempunyai kekurangan,

diantaranya bila salah satu fasa mengalami kerusakan, maka seluruh transformator harus

dipindahkan (diganti), tetapi bila transformator terdiri dari tiga buah transformator satu

fasa, bila salah satu fasa transformator mengalami kerusakan. Sistem masih bisa

dioperasikan dengan sistem “ open delta “.

Dalam operasi umumnya, transformator-transformator tenaga ditanahkan pada titik

netralnya sesuai dengan kebutuhan untuk sistem pengamanan atau proteksi. Sebagai

contoh transformator 150/70 kV ditanahkan secara langsung di sisi netral 150 kV, dan

transformator 70/20 kV ditanahkan dengan tahanan di sisi netral 20 kV nya.

Transformator yang telah diproduksi terlebih dahulu melalui pengujian sesuai standar

yang telah ditetapkan.

Transformator tiga fasa digunakan untuk sistem listrik berdaya besar, baik pada

sistem pembangkitan, transmisi maupun distribusi. Transformator tiga fasa yang umum

kita lihat pada gardu distribusi daya 250 KVA sampai 630 KVA berbentuk persegi

Gambar 2.1.1. Konstruksi transformator tiga fasa untuk daya besar dalam bentuk

potongan lihat Gambar 2.1.2. Inti trafo berbentuk E-I dengan kumparan primer dan

sekunder pada ketiga kaki inti trafo. Terminal tegangan tinggi (primer) tampak dari

isolator yang panjang. Terminal tegangan rendah (sekunder) dengan terminal lebih

pendek. Trafo ditempatkan dalam rumah trafo yang diisi dengan minyak trafo yang

berfungsi sebagai pendingin sekaligus isolasi. Secara berkala minyak trafo diganti.

Pendinginan rumah trafo disempurnakan dengan dipasang sirip pendingin agar panas

mudah diserap oleh udara luar. Bagian terpenting dari trafo tiga fasa. Trafo tiga fasa bisa

dibangun dari dua buah trafo satu fasa, atau tiga buah trafo satu fasa. Untuk trafo tiga

fasa berukuran berdaya besar, dibangun dari tiga buah trafo satu fasa, tujuannya jika ada

8

Page 9: 92584590 Makalah Transformator Daya

salah satu fasa yang rusak/ terbakar, maka trafo yg rusak tersebut dapat diganti dengan

cepat dan praktis.

Trafo tiga fasa memiliki enam kumparan Gambar 2.1.2. Tiga kumparan primer dan

tiga kumparan sekunder. Kumparan primer diberikan nomor awal 1, kumparan 1U1 –

1U2 artinya kumparan primer fasa U. Kumparan sekunder diberikan notasi nomor awal

2, misalnya 2U2 – 2U1, artinya kumparan sekunder fasa U. Kumparan primer atau

sekunder dapat dihubungkan secara Bintang atau hubungan Segitiga.

Gambar 2.1.1 : Bentuk Fisik Transformator Tiga Fasa

Gambar 2.1.2 : Kumparan Primer dan Sekunder Trafo Tiga Fasa

1.7 KONSTRUKSI TRANSFORMATOR DAYA/ TIGA FASA

9

Page 10: 92584590 Makalah Transformator Daya

Secara umum sebuah transformator tiga fasa mempunyai konstruksi hampir sama,

yang membedakannya adalah alat bantu dan sistem pengamannya, tergantung pada letak

pemasangan, sistem pendinginan, pengoperasian, fungsi dan pemakaiannya. Bagian

utama, alat bantu, dan sistem pengaman yang ada pada sebuah transformator daya

Gambar 2.2.1, adalah :

a. Bagian Dalam Transformator b. Bagian Luar Transformator

Gambar 2.2.1 : Konstruksi Transformator Tiga Fasa

1.7.1 Inti Besi Transformator

Seperti telah dijelaskan pada pembahasan transformator satu fasa inti besi

berfungsi sebagai tempat mengalirnya fluks dari kumparan primer ke kumparan

sekunder. Sama seperti transformator satu fasa, berdasarkan cara melilit

kumparanya ada dua jenis, yaitu tipe inti Gambar 2.2.1.1 dan tipe cangkang

Gambar 2.2.1.2. Dibuat dari lempengan-lempengan besi tipis yang berisolasi,

untuk mengurangi panas (sebagai rugi-rugi besi) yang ditimbulkan oleh arus

pusar atau eddy current.

Gambar 2.2.1.1 : Transformator Tipe Inti

10

Page 11: 92584590 Makalah Transformator Daya

Gambar 2.2.1.2 : Transformator Tipe Cangkang

Bahan inti trafo 3 fasa dari bahan plat tipis ferromagnetis yang ditumpuk

dengan ketebalan tertentu. Plat tipis dimaksudkan untuk menekan rugi-rugi

histerisis dan arus edy pada batas minimal. Ada beberapa tipe inti trafo 3 fasa

tampak pada Gambar 2.2.1.3. Tipe U-I terdiri dari tiga inti yang dipasangkan

sudut menyudut 120° Gambar 2.2.1.3a. Tipe U terdiri atas tiga inti U

dipasang sudut menyudut 120° Gambar 2.2.1.3b. Tipe menyudut ini dipakai

untuk trafo 3 fasa yang dipasang pada tabung bulat untuk trafo outdoor yang

dipasang pada tiang jaringan distribusi. Tipe E-I yang banyak dipakai, tiap

kaki terdapat kumparan primer dan sekunder masing-masing fasa Gambar

2.2.1.3c. Tipe jenis ini banyak dipakai untuk daya kecil, sedang sampai daya

besar. Bahkan tiga buah trafo satu fasa yang digabungkan, bisa menjadi trafo

tiga fasa.

Gambar 2.2.1.3: Kumparan Primer dan Sekunder Transformator Tiga Fasa

1.7.2 Kumparan/ Lilitan Transformator

Beberapa lilitan kawat berisolasi membentuk suatu kumparan, dan kumparan

tersebut diisolasi, baik terhadap inti besi maupun terhadap kumparan lain

dengan menggunakan isolasi padat seperti karton, pertinax dan lain-lain.

Pada transformator terdapat kumparan primer dan kumparan sekunder. Jika

kumparan primer dihubungkan dengan tegangan/arus bolak-balik maka pada

11

Page 12: 92584590 Makalah Transformator Daya

kumparan tersebut timbul fluksi yang menimbulkan induksi tegangan, bila pada

rangkaian sekunder ditutup (rangkaian beban) maka mengalir arus pada

kumparan tersebut, sehingga kumparan ini berfungsi sebagai alat transformasi

tegangan dan arus.

Selain itu ada kumparan tertier dimana fungsi kumparan tertier diperlukan

adalah untuk memperoleh tegangan tertier atau untuk kebutuhan lain. Untuk

kedua keperluan tersebut, kumparan tertier selalu dihubungkan delta atau

segitiga. Kumparan tertier sering digunakan juga untuk penyambungan

peralatan bantu seperti kondensator synchrone, kapasitor shunt dan reactor

shunt, namun demikian tidak semua transformator daya mempunyai kumparan

tertier.

Hubungan Kumparan Transformator

Ada dua metoda hubungan kumparan primer dan kumparan sekunder. Pertama

hubungan Bintang, kedua hubungan Segitiga. Pada Gambar 2.2.2.1, baik

kumparan primer dan sekunder dihubungkan secara Bintang. Kumparan primer

terminal 1U, 1V dan 1W dihubungkan dengan supply tegangan tiga fasa.

Kumparan sekunder terminal 2U, 2V dan 2W disambungkan dengan sisi beban.

Hubungan kumparan Segitiga baik pada kumparan primer maupun kumparan

sekunder Gambar 2.2.2.2. Pada hubungan Bintang tidak ada titik netral, yang

diperoleh ketiganya merupakan tegangan line ke line, yaitu L1, L2 dan L3.

Gambar 2.2.2.1: Kumparan Primer dan Sekunder Hubungan Bintang

12

Page 13: 92584590 Makalah Transformator Daya

Gambar 2.2.2.2: Kumparan Primer dan Sekunder Hubungan Segitiga

Hubungan Jam Kumparan Transformator

Transformator tiga fasa antara tegangan primer dan tegangan sekunder

perbedaan fasa dapat diatur dengan metoda aturan hubungan jam kumparan

trafo. Satu putaran jam dibagi dalam 12 bagian, jika satu siklus sinusoidal 360°,

maka setiap jam berbeda fasa 30° (360°/12). Kumparan trafo Dd0 Gambar

2.2.2.3a, menunjukkan huruf D pertama kumparan primer dalam hubungan

Delta (segitiga), huruf d kedua kumparan sekunder hubungan Delta (segitiga),

angka 0 menunjukkan beda fasa tegangan primer-sekunder 0°. Kumparan trafo

Dy5 Gambar 2.2.2.3b, menunjukkan kumparan primer dalam hubungan Delta

(segitiga), kumparan sekunder Y (bintang), beda fasa antara tegangan primer-

sekunder 5 × 30° = 150°. Hubungan segitiga primer-sekunder Hubungan

bintang primer-sekunder Kumparan trafo Dy-11 2.2.2.3c, menunjukkan

kumparan primer dalam hubungan Delta (segitiga), kumparan sekunder Y

(bintang), beda fasa antara tegangan primer-sekunder 11 × 30° = 330°.

Gambar 2.2.2.3: Vektor Kelompok Jam Transformator Tiga Fasa

1.7.3 Minyak Transformator

Untuk mendinginkan transformator saat beroperasi maka kumparan dan inti

transformator direndam di dalam minyak transformator,minyak juga berfungsi

sebagai isolasi.

Di dalam sebuah transformator terdapat dua komponen yang secara aktif

“membangkitkan” energi panas, yaitu besi (inti) dan tembaga (kumparan). Bila

energi panas tidak disalurkan melalui suatu sistem pendinginan akan

13

Page 14: 92584590 Makalah Transformator Daya

mengakibatkan besi maupun tembaga akan mencapai suhu yang tinggi, yang

akan merusak nilai isolasinya. Untuk maksud pendinginan itu, kumparan dan

inti dimasukkan ke dalam suatu jenis minyak, yang dinamakan minyak

transformator. Minyak itu mempunyai fungsi ganda, yaitu pendinginan dan

isolasi. Fungsi isolasi ini mengakibatkan berbagai ukuran dapat diperkecil. Perlu

dikemukakan bahwa minyak transformator harus memiliki mutu yang tinggi dan

senantiasa berada dalam keadaan bersih. Disebabkan energimpanas yang

dibangkitkan dari inti maupun kumparan, suhumminyak akan naik. Hal ini akan

mengakibatkan terjadinya perubahan-perubahan pada minyak transformator.

Lagi pula dalam jangka panjang waktu yang lama akan terbentuk berbagai

pengotoran yang akan menurunkan mutu minyak transformator. Hal-hal ini

dapat mengakibatkan kemampuan pendinginan maupun isolasi minyak akan

menurun. Selanjutnya dapat pula terjadi bahwa hawa lembab yang sebagaimana

halnya terjadi di daerah tropis, mengakibatkan masuknya air didalam minyak

transformator.

Bila suhu minyak transformator yang sedang dioperasikan diukur, akan

tampak bahwa suhu minyak itu akan tergantung pada tinggi pengukuran pada

bak. Suhu tertinggi akan ditemukan pada sekitar 70 – 80% tinggi bejana.

Oleh karena itu minyak transformator harus memenuhi persyaratan, sebagai

berikut :

Mempunyai kekuatan isolasi (Dielectric Strength);

Penyalur panas yang baik dengan berat jenis yang kecil, sehingga partikel-

partikel kecil dapat mengendap dengan cepat;

Viskositas yang rendah agar lebih mudah bersikulasi dan kemampuan

pendinginan menjadi lebih baik;

Tidak nyala yang tinggi, tidak mudah menguap;

Sifat kimia yang stabil.

Minyak trafo sebagai bahan isolasi sekaligus sebagai media penghantar panas

dari bagian yang panas (belitan dan inti) kedinding tangki atau radiator

pendingin memiliki karakteristik sebagai berikut:

Berat Jenis (Specific grafitty) 0,85 sampai 0,90 pada suhu 13,5º C

14

Page 15: 92584590 Makalah Transformator Daya

Kekentalan (Viscocity) cukup rendah untuk memperlancar sirkulasi dari

bagian yang panas ke bagian yang dingin, yaitu 100 sampai 110 Saybolts

second pada 40º C

Titik didih tidak kurang dari 135º C

Titik beku tidak lebih dari -45º C

Tegangan tembus tidak kurang dari 30 kV per 2,5 mm atau 120 kV/1 cm.

Koefisien muai 0,00065 per 1º C

Titik api (flash point) 180º C sampai 190º C

Titik nyala (burning point) 205º C

Kelembaban terhadap uap air (moisture) nihil

Minyak transformator baru harus memiliki spesifikasi seperti tampak pada

Tabel 2.2.3.1 di bawah ini.

15

Page 16: 92584590 Makalah Transformator Daya

Untuk minyak isolasi pakai berlaku untuk transformator berkapasitas > I

MVA atau bertegangan > 30 kV sifatnya seperti ditunjukkan pada Tabel

2.2.3.2.

1.7.4 Tangki Transformator

Tangki transformator berfungsi untuk menyimpan minyak transformator dan

sebagai pelindung bagian-bagian transformator yang direndam dalam minyak.

Ukuran tangki disesuaikan dengan ukuran inti dan kumparan.

Terdapat beberapa jenis tangki, diantaranya adalah:

a. Jenis sirip (tank corrugated)

Badan tangki terbuat dari pelat baja bercanai dingin yang menjalani

penekukan, pemotongan dan proses pengelasan otomatis, untuk

membentuk badan tangki bersirip dengan siripnya 456 Pembangkitan

Tenaga Listrik berfungsi sebagai radiator pendingin dan alat bernapas pada

saat yang sama. Tutup dan dasar tangki terbuat dari plat baja bercanai

panas yang kemudian dilas sambung kepada badan tangki bersirip

membentuk tangki corrugated ini. Umumnya transformator di bawah 4000

kVA dibuat dengan bentuk tangki corrugated.

16

Page 17: 92584590 Makalah Transformator Daya

b. Jenis tangki Conventional Beradiator

Jenis tangki terdiri dar badan tangki dan tutup yang terbuat dari mild steel

plate (plat baja bercanai panas) ditekuk dan dilas untuk dibangun sesuai

dimensi yang diinginkan, sedang radiator jenis panel terbuat dari pelat baja

bercanai dingin (cold rolled steel sheets). Transformator ini umumnya

dilengkapi dengan konservator dan digunakan untuk 25.000,00 kVA, yang

ditunjukkan pada Gambar 2.2.4.1.

Gambar 2.2.4.1: Transformator Tipe Conventional Beradiator(Sumber Trafindo, 2005)

c. Hermatically Sealed Tank With N2 Cushined

Tipe tangki ini sama dengan jenis conventional tetapi di atas permukaan

minyak terdapat gas nitrogen untuk mencegah kontak antara minyak dengan

udara luar

17

Page 18: 92584590 Makalah Transformator Daya

1.7.5 Konservator Transformator

Konservator merupakan tabung berisi minyak transformator yang diletakan

pada bagian atas tangki. Fungsinya adalah :

Untuk menjaga ekspansi atau meluapnya minyak akibat pemanasan;

Sebagai saluran pengisian minyak.

1.7.6 Bushing

Bushing transformator adalah sebuah konduktor yang berfungsi untuk

menghubungkan kumparan transformator dengan rangkaian luar yang diberi

selubung isolator. Isolator juga berfungsi sebagai penyekat antara konduktor

dengan tangki transformator. Bahan bushing adalah terbuat dari porselin yang

tengahnya berlubang (Gambar 2.2.6.1).

Gambar 2.2.6.1: Bushing Transformator

1.7.7 Sistem Pendinginan Transformator

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 transformator). Maka untuk

mengurangi kenaikan suhu transformator yang berlebihan maka perlu

dilengkapi dengan alat/ sistem pendingin untuk menyalurkan panas keluar

transformator.

Media yang dipakai pada sistem pendingin dapat berupa:

1. Udara/gas

2. Minyak

18

Page 19: 92584590 Makalah Transformator Daya

3. Air

4. Dan lain sebagainya.

Sedangkan pengalirannya (sirkulasi) dapat dengan cara:

1. Alamiah (natural)

2. Tekanan/paksaan

Pada cara alamiah (natural), pengaliran media sebagai akibat adanya

perbedaan suhu media dan untuk mempercepat perpindahan panas dari media

tersebut ke udara luar diperlukan bidang perpindahan panas yang lebih luas

antara media (minyak-udara/gas), dengan cara melengkapi transformator

dengan sirip-sirip (Radiator). Bila diinginkan penyaluran panas yang lebih

cepat lagi, cara natural/alamiah tersebut dapat dilengkapi dengan peralatan

untuk mempercepat sirkulasi media pendingin dengan pompa-pompa sirkulasi

minyak, udara dan air. Cara ini disebut pendingin paksa (Forced). Macam-

macam sistem pendingin transformator berdasarkan media dan cara

pengalirannya dapat diklasifikasikan sebagai berikut:

Tabel 2.2.7.1 Macam – Macam Sistem Pendingin

19

Page 20: 92584590 Makalah Transformator Daya

1.7.8 Alat Pernafasan

Karena adanya 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 bila suhu minyak turun,

minyak menyusut maka udara luar akan masuk ke dalam tangki.

Kedua proses di atas disebut pernapasan transformator. Permukaan minyak

transformator akan selalu bersinggungan dengan udara luar yang menurunkan

nilai tegangan tembus pada minyak transformator, maka untuk mencegah hal

tersebut, pada ujung pipa penghubung udara luar dilengkapi tabung berisi kristal

zat hygroscopis.

20

Page 21: 92584590 Makalah Transformator Daya

Gambar 2.2.8.1: Alat Pernafasan

1.7.9 Tap Changer

Tap changer adalah alat yang berfungsi untuk mengubahmperbandingan lilitan

transformator untuk mendapatkan tegangan operasi pada sisi sekunder sesuai

yang dibutuhkan oleh tegangan jaringan (beban) atau karena tegangan sisi

primer yang berubah-ubah. Tap changer (perubahan tap) dapat dilakukan dalam

keadaan berbeban (on load) atau keadaan tidak ber-beban(off load). Untuk

tranformator distribusi perubahan tap changer dilakukan dalam keadaan tanpa

beban.

Gambar 2.2.9.1: Tap Changer

1.7.10 Sirip – Sirip Pendingin atau Radiator

Berfungsi untuk memperluas daerah pendinginan, yaitu daerah yang

berhubungan langsung dengan udara luar dan sebagai tempat terjadinya

sirkulasi panas.

1.7.11 Alat Indikator

Alat Indikator digunakan untuk memonitor kondisi komponen utama atau media

21

Page 22: 92584590 Makalah Transformator Daya

bantu yang ada didalam transformator saat transformator beroperasi, seperti :

suhu minyak ;

permukaan minyak ;

sistem pendinginan ;

posisi tap.

Gambar 2.2.11.1: Indikator Level Minyak

Gambar 2.2.11.2: Indikator Temperatur

1.7.12 Plat Nama atau Name Plate

Plat nama yang terdapat pada bagian luar transformator sebagai pedoman saat

pemasangan maupun perbaikan. Data-data yang dicantumkan seperti Phasa dan

frekuensi, daya nominal, tegangan primer/ sekunder,kelompok hubungan, arus

nominal, % arus hubung singkat, sistem pendinginan, volume minyak, dan lain-

lain.

22

Page 23: 92584590 Makalah Transformator Daya

Gambar 2.2.12.1: Name Plate Transformator Tiga Fasa

1.8 PERALATAN PROTEKSI TRANSFORMATOR DAYA/ TIGA FASA

1.8.1 Relai Bucholz (Bucholz Relay)

Rele Buchholz biasa disebut juga rele gas, karena bekerjanya digerakan oleh

pengembangan gas. Tekanan gas akan timbul bila minyak mengalami kenaikan

temperatur yang diakibatkan oleh :

Hubung singkat antar lilitan pada atau dalam fasa;

Hubung singkat antar fasa;

Hubung singkat antar fasa ke tanah;

Busur api listrik antar laminasi;

Busur api listrik karena kontak yang kurang baik.

Gas yang mengembang akan menggerakan kontak-kontak rangkaian alarm

atau rangkaian pemutus.

Gambar 2.3.1.1: Relai Bucholz

23

Page 24: 92584590 Makalah Transformator Daya

1.8.2 Relai Tekanan Lebih

Relai ini berfungsi hampir sama seperti Relai Bucholz. Fungsinya adalah

mengamankan terhadap gangguan di dalam transformator. Bedanya relai ini

hanya bekerja oleh kenaikan tekanan gas yang tiba-tiba dan langsung

mentripkan pemutus tenaga (PMT).

Gambar 2.3.3.1: Relai Differensial

1.8.3 Relai Differensial

Berfungsi mengamankan transformator terhadap gangguan di dalam

transformator, antara lain adalah kejadian flash over antara kumparan dengan

kumparan atau kumparan dengan tangki atau belitan dengan belitan di dalam

kumparan ataupun beda kumparan.

Gambar 2.3.3.1: Relai Differensial

1.8.4 Relai Arus Lebih

Berfungsi mengamankan transformator arus yang melebihi dari arus yang

diperkenankan lewat dari transformator tersbut dan arus lebih ini dapat terjadi

oleh karena beban lebih atau gangguan hubung singkat.

24

Page 25: 92584590 Makalah Transformator Daya

Gambar 2.3.4.1: Relai Arus Lebih

1.8.5 Relai Tangki Tanah

Alat ini berfungsi untuk mengamankan transfor-mator bila ada hubung singkat

antara bagian yang bertegangan dengan bagian yang tidak bertegangan pada

transformator.

1.8.6 Relai Hubung Tanah

Fungsi alat ini adalah untuk mengamankan transformator jika terjadi gangguan

hubung singkat satu phasa ke tanah.

1.8.7 Relai Termis

Alat ini berfungsi untuk mencegah/mengamankan transformator dari

kerusakan isolasi pada kumparan, akibat adanya panas lebih yang ditimbulkan

oleh arus lebih. Besaran yang diukur di dalam relai ini adalah kenaikan

temperatur.

1.8.8 Relai Suhu

Berfungsi untuk mendeteksi suhu minyak trafo dan kumparan secara langsung,

yang akan membunyikan alarm serta mentripkan Circuit Breaker

1.8.9 Relai Jansen

Berfungsi untuk mengamankan pengubah/ pengatur tegangan (Tap Changer)

dari Trafo

1.9 HUBUNGAN TRANSFORMATOR TIGA FASA (DAYA)

25

Page 26: 92584590 Makalah Transformator Daya

Secara umum dikenal tiga cara untuk menyambung rangkaian listrik sebuah

transformator tiga fasa, yaitu hubungan bintang, hubungan segitiga, dan hubungan Zig-

zag.

1.9.1 Hubungan Bintang – Bintang

Hubungan dari tipe ini lebih ekonomis untuk arus nominal yang kecil,

transformator tegangan tinggi. Jumlah dari lilitan perfasa dan jumlah isolasi

minimum karena tegangan fasa 1/√3 tegangan jala-jala (Line), juga tidak ada

perubahan fasa antara tegangan primer dengan sekunder. Bila beban pada sisi

sekunder dari transfor-mator tidak seimbang, maka tegangan fasa dari sisi beban

akan berubah kecuali titik bintang dibumikan.

Gambar 2.4.1.1: Hubungan Bintang – Bintang

26

Page 27: 92584590 Makalah Transformator Daya

1.9.2 Hubungan Segitiga – Segitiga

Hubungan ini umumnya digunakan dalam sistem yang menyalurkan arus besar

pada tegangan rendah dan terutama saat kesinambungan dari pelayanan harus

dipelihara meskipun satu fasa mengalami kegagalan. Adapun beberapa

keuntungan dari hubungan ini adalah :

Tidak ada perubahan fasa antara tegangan primer dengan sekunder.

Luas penampang dari konduktor dikurangi karena arus fasa 1/√3 arus

jala-jala

Tidak ada kesulitan akibat beban tidak seimbang pada sisi sekunder.

Kerugian yang terjadi pada hubungan ini adalah :

Lebih banyak isolasi dibutuhkan dibandingkan dengan hubungan

bintang-bintang.

Tidak adanya titik bintang memungkin, merupakan kerugian yang dapat

membahayakan. Bila salah satu jalajala ke tanah karena kegagalan,

tegangan maksimum antara kumparan dan inti akan mencapai tegangan

jala-jala penuh.

27

Page 28: 92584590 Makalah Transformator Daya

Gambar 2.4.2.1: Hubungan Segitiga - Segitiga

1.9.3 Hubungan Bintang – Segitiga

Hubungan transformator tipe ini pada prinsipnya digunakan, dimana tegangan

diturunkan (Step - Down), seperti pada jaringan transmisi. Pada hubungan ini,

perbandingan tegangan jala-jala 1/√3 kali perbandingan lilitan transformator dan

tegangan sekunder tertinggal 30 derajat dari tegangan primer.

28

Page 29: 92584590 Makalah Transformator Daya

Gambar 2.4.3.1: Hubungan Bintang - Segitiga

1.9.4 Hubungan Segitiga – Bintang

Hubungan ini umumnya digunakan, dimana diperlukan untuk menaikkan

tegangan (Step-Up), misalnya pada awal sistem transmisis tegangan tinggi.

Dalam hubungan ini perbandingan tegangan √3 kali perbandingan lilitan

transformator dan tegangan sekunder mendahului sebesar 30°.

29

Page 30: 92584590 Makalah Transformator Daya

Gambar 2.4.4.1: Hubungan Segitiga - Bintang

1.9.5 Hubungan Zig – Zag

Kebanyakan transformator distribusi selalu dihubungkan bintang, salah satu

syarat yang harus dipenuhi oleh transformator tersebut adalah ketiga fasanya

harus diusahakan seimbang. Apabila beban tidak seimbang akan menyebabkan

timbulnya tegangan titik bintang yang tidak diinginkan, karena tegangan pada

peralatan yang digunakan pemakai akan berbeda-beda.

Untuk menghindari terjadinya tegangan titik bintang, diantaranya adalah

dengan menghubungkan sisi sekunder dalam hubungan Zig-zag. Dalam

hubungan Zig-zag sisi sekunder terdiri atas enam kumparan yang dihubungkan

secara khusus

Ujung-ujung dari kumparan sekunder disambungkan sedemikian rupa, supaya

arah aliran arus didalam tiap-tiap kumparan menjadi bertentangan. Karena e1

tersambung secara berlawanan dengan gulungan e2, sehingga jumlah vektor dari

kedua tegangan itu menjadi :

30

Page 31: 92584590 Makalah Transformator Daya

Gambar 2.4.5.1: Hubungan Zig - Zag

1.10 PENGUJIAN TRANSFORMATOR TIGA FASA (DAYA)

Pengujian yang harus dilakukan pada sebuah transformator tiga fasa biasanya

disesuaikan dengan kebutuhannya (pengujian rutin, pengujian awal, dan pengujian

akhir), jenis pengujiannya juga cukup beragam, seperti :

a. Pengujian Tahanan Isolasi

Pengujian tahanan isolasi biasanya dilaksanakan pada awal pengujian dengan

31

Page 32: 92584590 Makalah Transformator Daya

tujuan untuk mengetahui secara dini kondisi isolasi transformator, untuk

menghindari kegagalan yang bisa berakibat fatal, sebelum pengujian selanjutnya

dilakukan.

Pengujian dilaksanakan dengan menggunakan Megger. Tahanan isolasi yang

diukur diantaranya :

Sisi Primer dan Sekunder

Sisi Primer dan pembumian

Sisi Sekunder dan pembumian

b. Pengujian Tahanan Kumparan

Pengujian dilakukan dengan cara melakukan pengukuran tahanan kumparan

transformator. Data hasil pengujian digunakan untuk menghitung besarnya rugi

tembaga pada transformator tersebut.

c. Pengujian Karakteristik Beban Nol

Pengujian Karakteristik Beban Nol atau anpa Beban dilakukan untuk

mengetahui besarnya kerugian daya yang disebabkan oleh rugi hysterisis dan eddy

current pada inti transformator dan besarnya arus yang pada daya tersebut.

Pengukuran dilakukan dengan memberikan tegangan nominal pada salah satu sisi

transformator dan sisi lainnya dibiarkan dalam keaadaan tanpa beban. Contoh

untuk menghitung parameterparameter transformator tiga fasa dari hasil

percobaan beban nol bisa dilihat pada Tabel 2.5.1. Persamaan yang terlihat pada

tabel menandakan dimana alat ukur diletakkan.

32

Page 33: 92584590 Makalah Transformator Daya

Tabel 2.5.1

d. Pengujian Karakteristik Hubung Singkat

Pengujian dilakukan dengan cara memberikan arus nominal pada salah satu

sisi transformator dan sisi yang lain dihubung singkat, dengan demikian akan

dibangkitkan juga arus nominal pada sisi yang di hubung singkat. Adapun tujuan

dari pengujian ini adalah untuk mengetahui besarnya rugi daya yang hilang akibat

dari tembaga dari transformator saat beroperasi. Contoh untuk menghitung

parameterparameter transformator tiga fasa dari hasil percobaan hubung singkat

bisa dilihat pada Tabel 2.5.2 dengan asumsi sisi tegangan rendah di hubung

singkat dan alat ukur ada di sisi tegangan tinggi, persamaan yang terlihat pada

tabel menunjukan dimana alat ukur diletakan.

33

Page 34: 92584590 Makalah Transformator Daya

Tabel 2.5.2

e. Pengujian Perbandingan Transformasi

Pengujian perbandingan transformasi atau belitan kumparan adalah untuk

mengetahui perbandingan jumlah kumparan sisi tegangan tinggi dan sisi tegangan

rendah pada setiap tapping sehinggga tegangan keluaran yang dihasilkan oleh

transformator sesuai dengan yang spesikasi/rancangan.

f. Pengujian Kelompok Hubungan

Vektor tegangan primer dan sekunder sebuah transformator sangat tergantung

pada cara melilit kumparannya. Pada transforma-tor Tiga Fasa arah tegangan

menimbulkan perbedaan fasa. Arah dan besar perbedaan fasa tersebut

menyebabkan adanya berbagai kelompok hubungan pada transformator.

Untuk penentuan kelompok hubungan ini dipergunakan tiga jenis tanda atau kode,

yaitu :

Tanda Kelompok sisi tegangan tinggi terdiri atas kode D, Y, dan Z.

Tanda Kelompok sisi tegangan rendah terdiri atas kode d, y , dan z.

Angka jam menyatakan bagaimana letak sisi kumparan tegangan tinggi terhadap

sisi tegangan rendah. Jarum jam panjang dibuat selalu menunjuk angka 12 dan

berimpit dengan Vektor TT tegangan tinggi. Letak Vektor tegangan rendah TH

34

Page 35: 92584590 Makalah Transformator Daya

menunjukkan arah jarum jam pendek. Sudut antara jarum jam panjang dan pendek

adalah pegeseran antara vektor tegangan tinggi dengan tegangan rendah (V dan v).

Gambar 2.5.1 memperlihatkan contoh kelompok hubungan sebuah transformator

tiga fasa Dy5, artinya sisi primer dihubung segitiga (jam 12) dan sisi sekunder

dihubung bintang (jam 5). Untuk memudahkan, pabrik-pabrik pada

pelaksanaannya membatasi jumlah kelompok hubungan dengan membuat

normalisasi pada kelompok hubungan yang dianggap baku. Standardisasi yang

banyak diikuti adalah menurut peraturan Jerman, yaitu VDE 0532 (lihat Tabel

2.5.3).

Kelompok hubungan yang disarankan untuk digunakan adalah Yy0, Dy5, Yd5,

dan Yz5, pada tabel diberi tanda garis pinggir warna merah.

Gambar 2.5.1: Kelompok Hubungan Dy5

35

Page 36: 92584590 Makalah Transformator Daya

g. Pengujian Tegangan Terapan

Pengujian tegangan terapan (Withstand Test) dilakukan untuk menguji

kekuatan isolasi antara kumparan dan rangka tangki. Pengujian dilakukan dengan

cara memberikan tegangan uji sesuai dengan standar uji dan dilakukan pada :

Sisi tegangan tinggi terhadap sisi tegangan rendah dan rangka tangki yang

dibumikan.

36

Page 37: 92584590 Makalah Transformator Daya

Sisi tegangan rendah terhadap sisi tegangan tinggi dan rangka tangki yang

dibumikan.

h. Pengujian Tegangan Induksi

Tujuan pengujian tegangan induksi adalah untuk mengetahui kekuatan isolasi

antara lapisan dari tiap-tiap belitan dan kekuatan isolasi antar belitan

transformator. Pengujian dilakukan dengan cara memberi tegangan suplai dua kali

tegangan nominal pada salah satu sisi dan sisi lainnya dibiarkan terbuka. Untuk

mengatasi kejenuhan pada inti transformator maka frekuensi yang digunakan

harus dinaikan sesuai dengan kebutuhan dalam jangka waktu tertentu.

i. Pengujian Kebocoran Tangki

Pengujian kebocoran tangki dilakukan setelah semua komponen transformator

sudah terpasang. Pengujian dilakukan untuk mengetahui kekuatan dan kondisi

paking dan las transformator. Pengujian dilakukan dengan memberikan tekanan

nitrogen (N2) sebesar kurang lebih 5 psi dan dilakukan pengamatan pada bagian-

bagian las dan paking dengan memberikan cairan sabun pada bagian tersebut.

Pengujian dilakukan sekitar 3 jam apakah terjadi penurunan tekanan.

j. Pengujian Jenis

1. Pengujian kenaikan suhu

Pengujian kenaikan suhu dimaksudkan untuk mengetahui berapa kenaikan

suhu oli dan kumparan transformator yang disebabkan oleh rugi-rugi

transformator apabila transformator dibebani. Pengujian ini juga bertujuan

untuk melihat apakah penyebab panas transformator sudah cukup effisien atau

belum. Pada transformator dengan tapping tegangan di atas 5% pengujian

kenaikan suhu dilakukan pada tappng tegangan terendah (arus tertinggi), pada

transformator dengan tapping maksimum 5% pengujian dilakukan pada

tapping nominal. Pengujian kenaikan suhu sama dengan pengujian beban

penuh, pengujian dilakukan dengan memberikan arus transformator

sedemikian hingga membangkitkan rugi-rugi transformator, yaitu rugi beban

penuh dan rugi beban kosong.

37

Page 38: 92584590 Makalah Transformator Daya

2. Pengujian tegangan impulse

Pengujian impulse ini dimaksudkan untuk mengetahui kemampuan dielektrik

dari sistem isolasi transformator terhadap tegangan surja petir. Pengujian

impuls adalah pengujian dengan memberi tegangan lebih sesaat dengan bentuk

gelombang tertentu. Bila transformator mengalami tegangan lebih, maka

tegangan tersebut hampir didistribusikan melalui effek kapasitansi yang

terdapat pada :

antar lilitan transformator

antar layer transformator

antara coil dengan ground

3. Pengujian tegangan tembus oli

Pengujian tegangan tembus oli dimaksudkan mengetahui kemampuan

dielektrik oli. Hal ini dilakukan karena selain berfungsi sebagai pendingin dari

transformator, oli juga berfungsi sebagai isolasi.

Persyaratan yang ditentukan adalah sesuai denga standart SPLN 49 - 1 : 1982,

IEC 158 dan IEC 296 yaitu:

> = 30 KV/2,5 mm sebelum purifying

> = 50 KV/2,5 mm setelah purifying

Peralatan yang dapat digunakan misalnya merk hipotronics type EP600CD.

38