TRANSFORMATOR

OLEH :

MUHAMMAD ALI AL ATASKELAS XII IPA 1

SMA NEGERI 1 GENTENGBANYUWANGI

2010

ABSTRAK

Dewasa ini Indonesia sedang melaksanakan pembangunan di segala bidang.

Seiring dengan laju pertumbuhan pembangunan maka dituntut adanya sarana dan

prasarana yang mendukungnya seperti tersedianya tenaga listrik. Saat ini tenaga

listrik merupakan kebutuhan yang utama, baik untuk kehidupan sehari-hari maupun

untuk kebutuhan industri. Penyediaan tenaga listrik yang stabil dan kontinyu

merupakan syarat mutlak yang harus dipenuhi dalam memenuhi kebutuhan tenaga

listrik. Dalam memenuhi kebutuhan tenaga listrik tersebut, diperlukan sebuah sistem

distribusi yang mampu menyalurkan listrik dari sumber pembangkit menuju ke

sasaran dengan mudah, cepat dan efisien. Salah satu instrument terpenting yang

selama ini digunakan dalam sistem distribusi tersebut adalah transformator. Dalam

prinsipnya, transformator mengubah tegangan yang sangat tinggi dari sumber

pembangkit listrik menjadi tegangan-tegangan yang lebih rendah saat

pendistribusiannya. Transformator dalam hal ini biasanya dipasang pada gardu-

gardu di setiap daerah dimana pendistribusian listrik tersebut berada.

BAB IPENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Dewasa ini Indonesia sedang melaksanakan pembangunan di segala bidang.

Seiring dengan laju pertumbuhan pembangunan maka dituntut adanya sarana dan

prasarana yang mendukungnya seperti tersedianya tenaga listrik. Saat ini tenaga

listrik merupakan kebutuhan yang utama, baik untuk kehidupan sehari-hari maupun

untuk kebutuhan industri. Penyediaan tenaga listrik yang stabil dan kontinyu

merupakan syarat mutlak yang harus dipenuhi dalam memenuhi kebutuhan tenaga

listrik.

Dalam memenuhi kebutuhan tenaga listrik tersebut, diperlukan sebuah sistem

distribusi yang mampu menyalurkan listrik dari sumber pembangkit menuju ke

sasaran dengan mudah, cepat dan efisien. Salah satu instrument yang selama ini

digunakan dalam sistem distribusi tersebut adalah transformator.

Transformator merupakan bagian yang sangat terpenting dari suatu system

pendistribusian tenaga listrik. Hal ini memanfaatkan prinsip kerja dari transformator

yang mampu mengubah tegangan tinggi menjadi tegangan rendah atau sebaliknya.

Dengan prinsip tersebut, tegangan yang sangat besar yang dihasilkan oleh

pembangkit-pembangkit listrik dapat didistribusikan oleh transformator setelah

melalui proses menurunkan tegangan sesuai dengan kebutuhan pelanggan, baik

industri maupun perumahan.

Dalam kehidupan nyata, transformator dapat ditemui hampir diberbagai tempat.

Namun, jarang sekali masyarakat mengetahui apa itu transformator dan apa

fungsinya. Oleh sebab itu, penulis berupaya mengangkat topik yang membahas secara

detail tentang komponen-komponen dalam transformator hingga prinsip kerja dasar

dalam sebuah transformator.

1.2. Tujuan dan Manfaat Penulisan

Adapun beberapa tujuan dan manfaat dari penulisan makalah ini adalah sebagai

berikut :

1. Untuk diajukan sebagai “tugas konduktor” dalam mata kuliah praktikum

pengukuran listrik di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya.

2. Menambah pengetahuan lebih detail tentang komponen penyusun

transformator, cara kerja transformator hingga contoh penggunaan

transformator.

3. Member pengetahuan kepada masyarakat pada umumnya tentang

transformator yang sangat prnting dalam kehidupan sehari-hari.

1.3. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar yang penulis paparkan maka didapat rumusan masalah

sebagai berikut :

1. Apakah pengertian dasar dari Transformator?

2. Apa saja komponen-komponen yang ada dalam transformator?

3. Bagaimana prinsip kerja transformator?

4. Bagaimanakah pengklasifikasian transformator?

5. Bagaimanakah cara untuk menghitung efisiensi sebuah transformator?

BAB IILANDASAN TEORI

2.1. Teori Dasar Transformator

Transformator merupakan suatu alat listrik yang mengubah tegangan arus

bolak-balik dari satu tingkat ke tingkat yang lain melalui suatu gandengan magnet

dan berdasarkan prinsip-prinsip induksi-elektromagnet. Transformator terdiri atas

sebuah inti, yang terbuat dari besi berlapis dan dua buah kumparan, yaitu kumparan

primer dan kumparan sekunder.

Penggunaan transformator yang sederhana dan handal memungkinkan

dipilihnya tegangan yang sesuai dan ekonomis untuk tiap-tiap keperluan serta

merupakan salah satu sebab penting bahwa arus bolak-balik sangat banyak

dipergunakan untuk pembangkitan dan penyaluran tenaga listrik.

Prinsip kerja transformator adalah berdasarkan hukum Ampere dan hukum

Faraday, yaitu: arus listrik dapat menimbulkan medan magnet dan sebaliknya medan

magnet dapat menimbulkan arus listrik. Jika pada salah satu kumparan pada

transformator diberi arus bolak-balik maka jumlah garis gaya magnet berubah-ubah.

Akibatnya pada sisi primer terjadi induksi. Sisi sekunder menerima garis gaya magnet

dari sisi primer yang jumlahnya berubah-ubah pula. Maka di sisi sekunder juga

timbul induksi, akibatnya antara dua ujung terdapat beda tegangan.

a b c

Gambar 1. a. Bagian-bagian Transformator b. contoh bentuk transformator

c. simbol transformator

BAB IIIPEMBAHASAN

5.1. Komponen Dalam Transformator

Suatu transformator terdiri atas beberapa bagian yang terbagi atas bagian

utama, bagian peralatan bantu dan bagian peralatan proteksi. Berikut merupakan

bagian-bagian tersebut beserta fungsinya masing-masing :

A. Bagian Utama

a) inti besi

berfungsi untuk mempermudah jalan fluksi, yang ditimbulkan oleh arus

listrik yang melalui kumparan. Dibuat dari lempengan-lempengan besi

tipis yang berisolasi, untuk mengurangi panas (sebagai rugi-rugi besi)

yang ditimbulkan oleh “Eddy Current”.

b) kumparan trafo

Beberapa lilitan kawat berisolasi membentuk suatu kumparan. Kumparan

tersebut diisolasi baik terhadap inti besi maupun terhadap kumparan lain

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

pada trafo terdapat kumparan primer dan sekunder. Bila kumparan primer

dihubungkan dengan tegangan/arus bolak-balik maka pada kumparan

tersebut timbul fluksi yang menginduksikan tegangan, bila pada rangkaian

sekunder ditutup (rangkaian beban) maka akan mengalir arus pada

kumparan ini. Jadi kumparan sebagai alat transformasi tegangan dan arus.

c) kumparan tertier

Kumparan tertier diperlukan untuk memperoleh tegangan tertier atau

untuk kebutuhan lain. Untuk kedua keperluan tersebut, kumparan tertier

selalu dihubungkan delta. Kumparan tertier sering dipergunakan juga

untuk penyambungan peralatan bantu seperti kondensator synchrone,

kapasitor shunt dan reactor shunt, namun demikian tidak semua trafo daya

mempunyai kumparan tertier.

d) minyak trafo

Sebagian besar trafo tenaga kumparan-kumparan dan intinya direndam

dalam minyak-trafo, terutama trafo-trafo tenaga yang berkapasitas besar,

karena minyak trafo mempunyai sifat sebagai media pemindah panas

(disirkulasi) dan bersifat pula sebagai isolasi (daya tegangan tembus

tinggi) sehingga berfungsi sebagai media pendingin dan isolasi.

e) bushing

Hubungan antara kumparan trafo ke jaringan luar melalui sebuah busing

yaitu sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator, yang sekaligus

berfungsi sebagai penyekat antara konduktor tersebut denga tangki trafo.

f) tangki dan konservator

Pada umumnya bagian-bagian dari trafo yang terendam minyak trafo

berada (ditempatkan) dalam tangki. Untuk menampung pemuaian minyak

trafo, tangki dilengkapi dengan konservator.

B. Bagian Peralatan Bantu

a) 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 sistem pendingin untuk menyalurkan panas keluar trafo.

b) tap changer

Tap Changer adalah perubah perbandingan transformator untuk

mendapatkan tegangan operasi sekunder sesuai yang diinginkan dari

tegangan jaringan/primer yang berubah-ubah. Tap changer dapat

dilakukan baik dalam keadaan berbeban (on-load) atau dalam keadaan tak

berbeban (off load), tergantung jenisnya.

c) alat pernapasan

Karena pengaruh naik turunnya beban trafo maupun suhu udara luar, maka

suhu minyakpun 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 trafo. Permukaan minyak trafo

akan selalu bersinggungan dengan udara luar yang menurunkan nilai

tegangan tembus minyak trafo, maka untuk mencegah hal tersebut, pada

ujung pipa penghubung udara luar dilengkapi tabung berisi kristal zat

hygroskopis.

d) Indikator

Untuk mengawasi selama trafo beroperasi, maka perlu adanya indikator

pada trafo sebagai berikut:

indikator suhu minyak

indikator permukaan minyak 

indikator sistem pendingin

indikator kedudukan tap

dan sebagainya.

C. Bagian Peralatan Proteksi

a) rele bucholz

Rele Bucholz adalah rele alat/rele untuk mendeteksi dan mengamankan

terhadap gangguan di dalam trafo yang menimbulkan gas. 

Gas yang timbul diakibatkan oleh:

a. Hubung singkat antar lilitan pada/dalam phasa

b. Hubung singkat antar phasa

c. Hubung singkat antar phasa ke tanah

d. Busur api listrik antar laminasi

e. Busur api listrik karena kontak yang kurang baik.

b) pengaman tekanan lebih

Alat ini berupa membran yang dibuat dari kaca, plastik, tembaga atau

katup berpegas, berfungsi sebagai pengaman tangki trafo terhadap

kenaikan tekan gas yang timbul di dalam tangki yang akan pecah pada

tekanan tertentu dan kekuatannya lebih rendah dari kakuatan tangi trafo.

c) rele tekanan lebih

Rele ini berfungsi hampir sama seperti rele Bucholz, yakni mengamankan

terhadap gangguan di dalam trafo. Bedanya rele ini hanya bekerja oleh

kenaikan tekanan gas yang tiba-tiba dan langsung mentripkan P.M.T.

d) rele diferensial

Berfungsi mengamankan trafo dari gangguan di dalam trafo antara lain

flash over antara kumparan dengan kumparan atau kumparan dengan

tangki atau belitan dengan belitan di dalam kumparan ataupun beda

kumparan.

e) rele arus lebih

Befungsi mengamankan trafo arus yang melebihi dari arus yang

diperkenankan lewat dari trafo terseut dan arus lebih ini dapat terjadi oleh

karena beban lebih atau gangguan hubung singkat.

f) rele tangki tanah

Berfungsi untuk mengamankan trafo bila ada hubung singkat antara

bagian yang bertegangan dengan bagian yang tidak bertegangan pada

trafo.

g) rele hubung tanah

Berfungsi untuk mengamankan trafo bila terjadi gangguan hubung singkat

satu phasa ke tanah.

h) rele termis

Berfungsi untuk mencegah/mengamankan trafo dari kerusakan isolasi

kumparan, akibat adanya panas lebih yang ditimbulkan oleh arus lebih.

Besaran yang diukur di dalam rele ini adalah kenaikan temperatur.

5.2. Klasifikasi Transformator

Transformator mempunyai banyak sekali macam-macamnya, baik berdasarkan

fungsi pemakaiannya, perbandingan jumlah lilitan maupun berdasarkan penyusun

intinya. Klasifikasi tersebut dapat dijabarkan sebagai berikut :

A. Berdasarkan perbandingan jumlah lilitan primer dan sekunder

a) Transformator step up

transformator step up yaitu transformator yang mengubah tegangan

bolak-balik rendah menjadi tinggi, transformator ini mempunyai jumlah

lilitan kumparan sekunder lebih banyak daripada jumlah lilitan primer

(Ns > Np).

b) Transformator step down

transformator step down yaitu transformator yang mengubah tegangan

bolak-balik tinggi menjadi rendah, transformator ini mempunyai jumlah

lilitan kumparan primer lebih banyak daripada jumlah lilitan sekunder

(Np > Ns).

B. Berdasarkan pemakaianya

a) Transformator elektronik

transformator ini basa digunakan pada peralatan-peralatan elektronik

yang membutuhkan daya DC yang relatif sangat kecil. Sehingga untuk

mensuplai daya tersebut diperlukan adanya transformator yang

mengubah tegangan tinggi dari jala-jala PLN menjadi tegangan rendah

yang dibutuhkan oleh alat tersebut.

b) Transformator tenaga (distribusi)

transformator tenaga adalah suatu peralatan tenaga listrik yang berfungsi

untuk menyalurkan tenaga/daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan

rendah atau sebaliknya (mentransformasikan tegangan). Dalam operasi

umumnya, trafo-trafo tenaga ditanahkan pada titik netralnya sesuai

dengan kebutuhan untuk sistem pengamanan/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.

c) Transformator pengukuran

transformator juga dapat digunakan sebagat alat bantu pengukuran.

Dalam hal ini, transformator pengukuran dibagi kembali menjadi dua

jenis, yaitu

Transformator pengukuran tegangan

transformator tegangan digunakan untuk mengukur tegangan.

Dengan mengetahui N1 dan N2, membaca tegangan V2, serta

menganggap transformator ideal maka tegangan V1 adalah :

Pentanahan rangkaian sekunder diperlukan untuk mencegah

adanya beda potensial yang besar antara kumparan primer dan

sekunder (antara titik a dan b) saat isolasi kumparan primer

rusak.

Transformator pengukuran arus

Transformator arus digunakan untuk mengukur arus beban suatu

rangkaian. Dengan menggunakan transformator arus maka arus

beban yang besar dapat diukur hanya dengan menggunakan alat

ukur (ammeter) yang tidak terlalu besar.

Dengan mengetahui perbandingan transformasi N1/N2 dan

pembacaan ammeter (I2) maka arus beban I1 dapat dihitung. Bila

transformator dianggap ideal maka arus beban :

I1 = N2/N1 x I2

Untuk menjaga agar fluks () tetap tidak berubah maka perlu

diperhatikan agar rangkaian sekunder selalu tertutup. Dalam

keadaan rangkaian sekunder terbuka, ggm N2I2 akan sama

dengan nol (karena I2 = 0) sedangkan ggm N1I1 tetap ada

sehingga fluks normal () akan terganggu.

C. Berdasarkan penyusun intinya

a) Transformator inti besi

trafo inti besi banyak dipakai sebagai alat interface, step up, step down

rangkaian matching impedansi, matching voltage dalam rangkaian

elektronik frekuensi rendah.

Gambar 5. Transformator inti besi

b) Transformator inti ferit

Trafo inti ferit banyak dipakai sebagai alat interface, Rangkaian

matching Impedansi dalam rangkaian elektronik frekuensi menengah

Gambar 6. Transformator inti ferit

c) Transformator inti udara

Trafo inti udara banyak dipakai sebagai alat interface rangkaian

matching impedansi dalam rangkaian elektronik frekuensi tinggi.

Gambar 7. Transformator inti udara

5.3. Prinsip Kerja Transformator

Prinsip kerja dari sebuah transformator adalah sebagai berikut. Ketika

Kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan arus

listrik pada kumparan primer menimbulkan medan magnet yang berubah. Medan

magnet yang berubah diperkuat oleh adanya inti besi dan dihantarkan inti besi ke

kumparan sekunder, sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder akan timbul ggl

induksi. Efek ini dinamakan induktansi timbal-balik (mutual inductance).

Gambar 2. Skema Transformator

Pada skema transformator di atas, ketika arus listrik dari sumber tegangan yang

mengalir pada kumparan primer berbalik arah (berubah polaritasnya) medan magnet

yang dihasilkan akan berubah arah sehingga arus listrik yang dihasilkan pada

kumparan sekunder akan berubah polaritasnya.

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) .

Apabila kumparan sekunder dihubungkan dengan beban ZL , I2 mengalir pada

kumparan sekunder, di mana dengan θ2 = faktor kerja beban. Arus beban I2 ini

akan menimbulkan gaya gerak magnet (ggm) N2 I2 yang cenderung menentang fluks

(φ) bersama yang telah ada akibat arus pemagnetan IM. Agar fluks bersama itu tidak

berubah nilainya, maka pada kumparan primer harus dialiri arus I’2, yang menentang

fluks yang dibangkitkan oleh arus beban I2 hingga keseluruhan arus yang mengalir

pada primer menjadi

I1 = I0 + I’2

Bila rugi besi diabaikan (IC diabaikan) maka I0 = IM Dimana Ic = arus tanpa

beban dan IM = magnetisasi

I1 = IM + I’2

Untuk menjaga agar fluks tetap tidak berubah sebesar ggm yang dihasilkan oleh arus

pemagnetan IM saja, berlaku hubungan:

N1 IM = N1 I1 – N2 I2

N1 IM = N1 (IM + I’2) – N2 I2

N1 I’2 = N2 I2

Karena nilai IM dianggap kecil maka I’2 = I1 Jadi,N1 I1 = N2 I2 atau

Gambar 3. Prinsip kerja transformator satu fasa

Transformator gambar-3 memiliki konstruksi sebuah inti dari tumpukan pelat

tipis bahan ferro magnetis yang satu sisi dipasang belitan primer N1, dan satu sisi

lainnya dipasangkan belitan sekunder N2. Belitan primer N1 dihubungkan ke sumber

listrik AC dengan tegangan primer U1 dan arus primer I1. Pada inti trafo timbul garis

gaya magnet yang diinduksikan ke belitan sekunder N2. Pada belitan sekunder N2

timbul tegangan sekunder U2 dan arus sekunder I2. Pada trafo ideal berlaku daya

primer sama dengan daya sekunder. Energi listrik sekunder disalurkan ke beban

listrik. Besarnya tegangan induksi berlaku persamaan sbb :

Uo = 4,44 B. Afe. f. N

Uo Tegangan induksi f Frekuensi

B Fluk magnet N Jumlah belitan

Afe Luas inti

5.4. Transformator Ideal

Pada transformator ideal, tidak ada energi yang diubah menjadi bentuk energi

lain di dalam transformator sehingga daya listrik pada kumparan skunder sama

dengan daya listrik pada kumparan primer. Atau dapat dikatakan efisiensi pada

transformator ideal adalah 100 persen. untuk transformator ideal berlaku persamaan

sebagai berikut :

5.5. Efisiensi Transformator

Efisiensi transformator didefinisikan sebagai perbandingan antara daya listrik

keluaran dengan daya listrik yang masuk pada transformator. Pada transformator

ideal efisiensinya 100 %, tetapi pada kenyataannya efisiensi tranformator selalu

kurang dari 100 %.hal ini karena sebagian energi terbuang menjadi panas atau energi

bunyi.

Efisiensi transformator dapat dihitung dengan:

Efisiensi trafo dinyatakan dalam angka prosentase, pada faktor kerja cosφ=0,2

efisiensi trafo mencapai sekitar 65%. Pada beban dengan faktor kerja cosφ=1,0,

efisiensi trafo bisa mencapai 90%, gambar 4.

Gambar 4. Grafik Efisiensi Transformator

BAB IVKESIMPULAN

Berdasarkan rumusan masalah yang telah dijabarkan di atas, kemudian dibahas

secara mendetail pada bab pembahasan, maka dapat disimpulkan poin-poin sebagai

berikut yang mengacu pada pertanyaan-pertanyaan dalam rumusan masalah diatas.

Berikut kesimpulan makalah ini :

1. Transformator adalah suatu alat listrik yang mengubah tegangan arus bolak-

balik dari satu tingkat ke tingkat yang lain melalui suatu gandengan magnet

dan berdasarkan prinsip-prinsip induksi-elektromagnet.

2. Sebuah transformator idealnya terdiri atas tiga bagian, yaitu bagian utama,

bagian peralatan bantu dan bagian peralatan proteksi, yang antara lain :

A. Bagian Utama

inti besi

kumparan trafo

kumparan tertier

minyak trafo

bushing

tangki dan konservator

B. Bagian Peralatan Bantu

pendingin

tap changer

alat pernapasan

Indikator

C. Bagian Peralatan Proteksi

rele bucholz

pengaman tekanan lebih

rele tekanan lebih

rele diferensial

rele arus lebih

rele tangki tanah

rele hubung tanah

rele termis

3. Prinsip kerja dari sebuah transformator adalah ketika kumparan primer

dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan arus listrik

pada kumparan primer menimbulkan medan magnet yang berubah. Medan

magnet yang berubah diperkuat oleh adanya inti besi dan dihantarkan inti

besi ke kumparan sekunder, sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder

akan timbul ggl induksi.

4. Klasifikasi transformator dapat dijabarkan sebagai berikut :

A. Berdasarkan perbandingan jumlah lilitan primer dan sekunder

Transformator step up

Transformator step down

B. Berdasarkan pemakaianya

Transformator elektronik

Transformator tenaga (distribusi)

Transformator pengukuran

C. Berdasarkan penyusun intinya

Transformator inti besi

Transformator inti ferit

Transformator inti udara

5. Efisiensi transformator dapat dihitung dengan:

DAFTAR PUSTAKA

Tim e-dukasi.net,Transformator, http://www.e-dukasi.net/mapok/mp_full.php?id=

286&fname=materi1.html, 25 Maret 2009

Tim e-dukasi.net,Transformator, http://www.e-dukasi.net/mapok/mp_full.php?id=

286&fname=materi2.html, 25 Maret 2009

Tim e-dukasi.net,Transformator, http://www.e-dukasi.net/mapok/mp_full.php?id=

286&fname=materi3.html, 25 Maret 2009

Siswoyo,Teknik Listrik Industri untuk SMK jilid 1,Buku Sekolah Elektronik,Jakarta

2008

Muslim,Supari, Teknik Pembangkit Tenaga Listrik untuk SMK jilid 1,Buku Sekolah

Elektronik,Jakarta,2008