BAB I PENDAHULUAN1.1 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 Trafo penurun tegangan (Step down), dapat disebut trafo distribusi,

menaikkan tegangan pembangkit menjadi tegangan transmisi.b.

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 dengan 1

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) = fluks terhubung (linked flux) Dan pada transformator ideal yang dieksitasi dengan sumber sinusoidal berlaku persamaan:

E = Tegangan (rms) N = jumlah lilitan m = fluks puncak (peak flux) f = frekuensi dan persamaan:

2

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 Terjadi1.3 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

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

4

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. 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 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

5

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 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) = 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 6

Is = Arus pada kumparan sekunder Rp = Tahanan kumparan primer Rs = Tahanan kumparan sekunder 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 II7

PEMBAHASAN2.1 PENGERTIAN UMUM 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

8

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 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

9

2.2 KONSTRUKSI TRANSFORMATOR DAYA/ TIGA FASA 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 2.2.1 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.

10

Gambar 2.2.1.1 : Transformator Tipe Inti

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

2.2.2

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.

11

Pada transformator terdapat kumparan primer dan kumparan sekunder. Jika kumparan primer dihubungkan dengan tegangan/arus bolak-balik maka pada 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

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 primersekunder 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

2.2.3

Minyak Transformator

13

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 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 Viskositas yang rendah agar lebih mudah bersikulasi dan kemampuan Tidak nyala yang tinggi, tidak mudah menguap; Sifat kimia yang stabil.

partikel-partikel kecil dapat mengendap dengan cepat; pendinginan menjadi lebih baik;

14

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 13,5 C Kekentalan (Viscocity) cukup rendah untuk memperlancar sirkulasi dari

bagian yang panas ke bagian yang dingin, yaitu 100 sampai 110 Saybolts second pada 40 C cm.

Titik didih tidak kurang dari 135 C Titik beku tidak lebih dari -45 C Tegangan tembus tidak kurang dari 30 kV per 2,5 mm atau 120 kV/1 Koefisien muai 0,00065 per 1 C Titik api (flash point) 180 C sampai 190 C Titik nyala (burning point) 205 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

Untuk minyak isolasi pakai berlaku untuk transformator berkapasitas > I MVA atau bertegangan > 30 kV sifatnya seperti ditunjukkan pada Tabel 2.2.3.2.

2.2.4

Tangki Transformator

16

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.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.

17

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 2.2.5 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.

18

2.2.6

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

2.2.7

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. 2. 3. 4. Udara/gas Minyak Air Dan lain sebagainya.

Sedangkan pengalirannya (sirkulasi) dapat dengan cara: 1. 2. Alamiah (natural) Tekanan/paksaan

19

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). Macammacam sistem pendingin transformator berdasarkan media dan cara pengalirannya dapat diklasifikasikan sebagai berikut: Tabel 2.2.7.1 Macam Macam Sistem Pendingin

2.2.8

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

20

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.

Gambar 2.2.8.1: Alat Pernafasan 2.2.9 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

2.2.10

Sirip Sirip Pendingin atau Radiator

21

Berfungsi untuk memperluas daerah pendinginan, yaitu daerah yang berhubungan langsung dengan udara luar dan sebagai tempat terjadinya sirkulasi panas. 2.2.11 Alat Indikator

Alat Indikator digunakan untuk memonitor kondisi komponen utama atau media 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

2.2.12

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 22

nominal, % arus hubung singkat, sistem pendinginan, volume minyak, dan lainlain.

Gambar 2.2.12.1: Name Plate Transformator Tiga Fasa

2.3 PERALATAN PROTEKSI TRANSFORMATOR DAYA/ TIGA FASA 2.3.1 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.

23

Gambar 2.3.1.1: Relai Bucholz

2.3.2

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

2.3.3

Relai Differensial mengamankan transformator terhadap gangguan di dalam

Berfungsi

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

2.3.4

Relai Arus Lebih

24

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.

Gambar 2.3.4.1: Relai Arus Lebih

2.3.5

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. 2.3.6 Relai Hubung Tanah

Fungsi alat ini adalah untuk mengamankan transformator jika terjadi gangguan hubung singkat satu phasa ke tanah. 2.3.7 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. 2.3.8 Relai Suhu

Berfungsi untuk mendeteksi suhu minyak trafo dan kumparan secara langsung, yang akan membunyikan alarm serta mentripkan Circuit Breaker 2.3.9 Relai Jansen

Berfungsi untuk mengamankan pengubah/ pengatur tegangan (Tap Changer) dari Trafo

25

2.4 HUBUNGAN TRANSFORMATOR TIGA FASA (DAYA) Secara umum dikenal tiga cara untuk menyambung rangkaian listrik sebuah transformator tiga fasa, yaitu hubungan bintang, hubungan segitiga, dan hubungan Zigzag. 2.4.1 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

2.4.2

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

Gambar 2.4.2.1: Hubungan Segitiga - Segitiga

2.4.3

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

Gambar 2.4.3.1: Hubungan Bintang - Segitiga

2.4.4

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

Gambar 2.4.4.1: Hubungan Segitiga - Bintang

2.4.5

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 Zigzag 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

Gambar 2.4.5.1: Hubungan Zig - Zag

2.5 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

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

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

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

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

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

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 bagianbagian 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

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