Transform at Or

BAB II

TRANSFORMATOR

II.1 UMUM

Transformator merupakan suatu alat listrik statis yang dapat memindahkan

dan mengubah energi listrik bolak-balik (arus dan tegangan) dari satu atau lebih

rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain dengan nilai yang sama maupun

berbeda besarnya (lebih kecil atau lebih besar) pada frekuensi yang sama, melalui

suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Pada

umumnya transformator satu fasa terdiri atas sebuah inti yang terbuat dari besi

berlapis dan dua buah kumparan, yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder.

Rasio perubahan tegangan akan tergantung dari rasio jumlah lilitan pada kedua

kumparan itu. Biasanya kumparan terbuat dari kawat tembaga yang dibelit seputar

inti transformator.

Transformator digunakan secara luas, baik dalam bidang tenaga listrik

maupun elektronika. Penggunaan transformator dalam sistem tenaga

memungkinkan terpilihnya tegangan yang sesuai dan ekonomis untuk tiap-tiap

keperluan, misalnya kebutuhan akan tegangan tinggi dalam pengiriman daya jarak

jauh. Penggunaan transformator yang sangat sederhana dan andal merupakan

salah satu alasan penting dalam pemakaiannya pada penyaluran tenaga listrik arus

bolak-balik, karena arus bolak-balik sangat banyak dipergunakan untuk

pembangkitan dan penyaluran tenaga listrik. Pada penyaluran tenaga listrik arus

bolak-balik terjadi rugi-rugi daya sebesar RI 2 dalam watt. Rugi-rugi ini akan

banyak berkurang apabila tegangan dinaikkan setinggi mungkin. Dengan

Universitas Sumatera Utara

demikian maka saluran-saluran transmisi tenaga listrik senantiasa

mempergunakan tegangan yang tinggi. Tegangan transmisi yang tertinggi di

Indonesia saat ini adalah 500 kV. Hal ini dilakukan terutama untuk mengurangi

rugi-rugi daya yang terjadi. Dan menaikkan tegangan listrik di pusat pembangkit

listrik dari tegangan generator yang biasanya berkisar antara 6 kV sampai 23 kV

pada pangkal saluran transmisi, kemudian menurunkannya lagi pada ujung saluran

itu ke tegangan yang lebih rendah, yang dilakukan dengan menggunakan

transformator.

Transformator yang digunakan pada jaringan tenaga listrik merupakan

transformator tenaga. Di samping itu ada jenis-jenis transformator lain yang

banyak dipergunakan dan pada umumnya merupakan transformator yang jauh

lebih kecil. Misalnya dalam bidang elektronika, transformator digunakan antara

lain sebagai gandengan impedansi antara sumber dan beban untuk memisahkan

suatu rangkaian dari rangkaian yang lain dan untuk menghambat arus searah

sambil tetap melakukan atau mengalirkan arus bolak-balik antara rangkaian.

II.2 KONSTRUKSI TRANSFORMATOR

Pada dasarnya transformator terdiri dari kumparan primer dan sekunder yang

dibelitkan pada inti ferromagnetik. Berdasarkan letak kumparan terhadap inti,

transformator terdiri dari dua macam konstruksi, yaitu tipe inti (core type) dan tipe

cangkang (shell type). Kedua tipe ini menggunakan inti berlaminasi yang

terisolasi satu sama lainnya dengan tujuan untuk mengurangi rugi-rugi eddy

current.


Tipe Inti (Core Form)

Tipe inti ini dibentuk dari lapisan besi berisolasi berbentuk persegi dan kumparan

transformatornya dibelitkan pada dua sisi persegi. Pada konstruksi tipe inti, lilitan

mengelilingi inti besi yang disebut dengan kumparan, seperti yang ditunjukkan

pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Konstruksi transformator tipe inti (core form)

Sedangkan konstruksi intinya pada umumnya berbentuk huruf L atau huruf U,

dapat kita lihat pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2. Konstruksi inti transformator tipe core form


Tipe Cangkang (Shell Form)

Jenis konstruksi transformator yang kedua yaitu tipe cangkang yang dibentuk dari

lapisan inti berisolasi dan kumparannya dibelitkan di pusat inti, dapat dilihat pada

Gambar 2.3.

Gambar 2.3. Konstruksi transformator tipe cangkang (shell form)

Pada transformator ini, kumparan atau belitan transformator dikelilingi oleh inti.

Sedangkan konstruksi intinya pada umumnya berbentuk huruf E, huruf I atau

huruf F seperti terlihat pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4. Konstruksi inti transformator tipe shell form


II.3 PRINSIP KERJA TRANSFORMATOR

Transformator terdiri atas dua buah kumparan (primer dan sekunder) yang

bersifat induktif. Kedua kumparan ini terpisah secara elektris namun berhubungan

secara magnetis melalui jalur yang memiliki reluktansi (reluctance) rendah.

Apabila kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik,

maka fluks bolak-balik akan muncul di dalam inti yang dilaminasi. Karena

kumparan tersebut membentuk jaringan tertutup, maka mengalirlah arus primer.

Akibat adanya fluks di kumparan primer, maka di kumparan primer terjadi

induksi (self induction) dan terjadi pula induksi di kumparan sekunder karena

pengaruh induksi dari kumparan primer atau disebut sebagai induksi bersama

(mutual induction) yang menyebabkan timbulnya fluks magnet di kumparan

sekunder. Maka mengalirlah arus sekunder jika rangkaian sekunder dibebani,

sehingga energi listrik dapat ditransfer keseluruhan (secara magnetisasi).

Dimana : e = gaya gerak listrik (volt)

N = jumlah lilitan (turn)

dtdφ

= perubahan fluks magnet (weber/sec)

Perlu diingat bahwa hanya tegangan listrik arus bolak-balik yang dapat

ditransformasikan oleh transformator, sedangkan dalam bidang elektronika,

transformator digunakan sebagai gandengan impedansi antara sumber dan beban

untuk menghambat arus searah sambil tetap melakukan atau mengalirkan arus

bolak-balik antara rangkaian.


Tujuan utama menggunakan inti pada transformator adalah untuk

mengurangi reluktansi (tahanan magnetis) dari rangkaian magnetis (common

magnetic circuit).

II.3.1 Keadaan Transformator Tanpa Beban

Bila kumparan primer suatu transformator dihubungkan dengan sumber tegangan

1V yang sinusoidal, akan mengalir arus primer 0I (arus eksitasi) yang juga

sinusoidal, dan dengan menganggap belitan 1N reaktif murni, 0I akan tertinggal

90o dari 1V .

Arus primer 0I menimbulkan fluks (φ) yang sefasa dan juga berbentuk sinusoidal.

Fluks bolak-balik ini akan memotong kumparan primer dan kumparan sekunder,

dan harganya naik turun dalam arah bolak-balik, sehingga menginduksikan ggl

pada kedua lilitan tersebut. Ggl yang diinduksikan dalam kumparan primer akan

melawan tegangan 1V yang dikenakan.

φ

V1

I1

N1 E1 E2 N2 V2

Gambar 2.5. Transformator dalam keadaan tanpa beban


Fluks yang sinusoidal ini akan menghasilkan tegangan induksi е1 (Hukum

Faraday).

dtdNe φ

.11 −=

dttd

Neωφ sinmax

11 −=

tNe ωφω cosmax11 −= (tertinggal 90o dari φ)

)90(sinmax11οφω −= wtNe …………………………..(2.3)

Dimana : 1e = gaya gerak listrik (volt)

1N = jumlah belitan di sisi primer (turn)

ω = kecepatan sudut putar (rad/sec)

φ = fluks magnetik (weber)

Harga efektifnya (rms) :

2max1

1φωN

E =

22 max1

1φπ fN

E =

214,32 max1

1φfN

E×

=

228,6 max1

1φfN

E =

max11 44,4 φfNE = (volt) ……………………………….(2.4)


Pada rangkaian sekunder, fluks (φ) bersama tadi juga menimbulkan :

dtdNe φ

22 −=

tNe ωφω cosmax22 −=

Harga efektifnya (rms) :

max22 44,4 φfNE = (volt) ………………………………..(2.5)

Karena kedua kumparan dipotong oleh fluks yang sama, maka ggl yang

diinduksikan dalam setiap lilit dari kumparan adalah sama. Maka tegangan setiap

lilit dalam kedua kumparan berturut-turut adalah 1

1

NE dan

2

2

NE , sehingga :

2

1

2

1

NN

EE

= ………………………………………………..(2.6)

Dengan mengabaikan rugi tahanan dan adanya fluks bocor, maka :

a

NN

VV

EE

===2

1

2

1

2

1

…………………………………...(2.7)

Dimana : 1E = ggl induksi di sisi primer (volt)

2E = ggl induksi di sisi sekunder (volt)

1V = tegangan terminal sisi primer (volt)

2V = tegangan terminal sisi sekunder (volt)

1N = jumlah belitan sisi primer (turn)

2N = jumlah belitan sisi sekunder (turn)

a = faktor transformasi


Dalam kenyataannya, arus primer 0I bukanlah merupakan arus induktif murni,

sehingga terdiri dari dua komponen (Gambar 2.6) :

1. Komponen arus pemagnetan MI , yang menghasilkan fluks (φ). Karena

sifat inti besi yang non-linier, maka arus pemagnetan MI dan juga fluks

(φ) dalam kenyataannya tidak berbentuk sinusoidal.

2. Komponen arus rugi tembaga CI , menyatakan adanya daya yang hilang

akibat adanya rugi hysteresis dan eddy current. CI sefasa dengan 1V ,

dengan demikian hasil perkaliannya ( 1VIC × ) merupakan daya yang

hilang.

E1

IM

φ

Io

Io

IMIC

RC XMV1

ICV1

Gambar 2.6. Arus peneralan dalam rangkaian vektoris dan skematis


II.3.2 Keadaan Transformator Berbeban

Apabila kumparan sekunder dihubungkan dengan beban LZ , maka 2I akan

mengalir pada kumparan sekunder, dimana : LZ

VI 22 = .

φ1φ2

V1

I1

N1 E1 E2 N2

I2

V2

φ2’

ZL

Gambar 2.7. Transformator dalam keadaan berbeban

R1 X1 R2 X2

RC XM ZL

I1 I2’Io

IC IM

V1 V2

Gambar 2.8. Rangkaian ekivalen transformator berbeban

Arus beban 2I ini akan menimbulkan gaya gerak magnet (ggm) 22 IN yang

cenderung menentang fluks (φ) bersama yang telah ada akibat arus pemagnetan.

Agar fluks bersama itu tidak berubah nilainya, pada kumparan primer harus


mengalir arus '2I , yang menentang fluks yang dibangkitkan oleh arus beban 2I ,

sehingga keseluruhan arus yang mengalir pada kumparan primer menjadi :

'201 III += (ampere) …………………………………..(2.8)

Bila komponen arus rugi inti ( CI ) diabaikan, maka MII =0

Sehingga : '21 III M += (ampere) ……………………………….....(2.9)

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

arus pemagnetan IM, maka berlaku hubungan :

MIN1 = 2211 ININ −

MIN1 = ( ) 22'21 INIIN M −+

'21 IN = 22 IN ................................................................(2.10)

Karena MI dianggap kecil, maka 1'2 II = . Sehingga :

11 IN = 22 IN ................................................................(2.11)

11 IV = 22 IV ................................................................(2.12)

II.4 RANGKAIAN EKIVALEN TRANSFORMATOR

Dalam pembahasan sebelumnya kita telah mengabaikan adanya tahanan dan fluks

bocor. Analisa selanjutnya akan memperhitungkan kedua hal tersebut. Tidak

seluruh fluks (φ) yang dihasilkan oleh arus pemagnetan MI merupakan fluks

bersama (φM), sebahagian darinya hanya mencakup kumparan primer (φ1) atau

kumparan sekunder (φ2) saja. Dalam model rangkaian (rangkaian ekivalen) yang

dipakai untuk menganalisa kerja suatu transformator, adanya fluks bocor φ1 dan φ2

ditunjukkan sebagai reaktansi 1X dan 2X . Sedangkan rugi tahanan ditunjukkan


dengan 1R dan 2R . Dengan demikian model rangkaian dapat digambarkan seperti

pada Gambar 2.9.

R1 X1 R2 X2

RC XM

I1 I2’Io

IC IM

V1 V2ZLE1 E2

N1 N2

I2

Gambar 2.9. Model rangkaian ekivalen transformator

Io

φo

E2

V1

IM

E1

I1R1

I1X1

I1

I2’

I2

ϕ

IC

I2R2

I2X2V2

Gambar 2.10. Diagram vektor model rangkaian ekivalen transformator

Dari model rangkaian di atas dapat pula diketahui hubungan penjumlahan vektor :

1V = 11111 XIRIE ++ ................................................(2.13)

2E = 22222 XIRIV ++ ..............................................(2.14)

Dimana : 1E = 2Ea


Maka, 1E = ( )22222 XIRIZIa L ++

2I = '2Ia

Sehingga : 1E = 2'2

22

'2

2'2

2 XIaRIaZIa L ++ ...............................(2.15)

1V = 11112'2

22

'2

2'2

2 XIRIXIaRIaZIa L ++++ ........(2.16)

Apabila semua parameter sekunder dinyatakan dalam harga rangkaian primer,

harganya perlu dikalikan dengan faktor 2a , dimana 2

1

EEa= . Sekarang model

rangkaian menjadi seperti terlihat pada gambar berikut.

R1 X1 a2R2 a2X2

RC XM a2ZL

I1 I2’Io

IC IM

V1 aV2

Gambar 2.11. Penyederhanaan rangkaian ekivalen transformator

Untuk memudahkan perhitungan, model rangkaian tersebut dapat diubah menjadi

seperti gambar di bawah ini.

I1

Io

IC IM

RC XMV1

R1 X1 a2R2 a2X2

a2ZL aV2

I2’

Gambar 2.12. Parameter sekunder pada rangkaian primer


Rangkaian di atas dapat disederhanakan dengan menggunakan ekR dan ekX , yang

dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini.

22

1 RaRRek += (ohm) .....................................................(2.17)

22

1 XaXX ek += (ohm) ....................................................(2.18)

Sehingga rangkaian di atas dapat diubah menjadi seperti gambar di bawah ini.

Rek Xek

RC XM a2Z

I1 I2’Io

IC IM

V1 aV2

Gambar 2.13. Penyederhanaan akhir rangkaian ekivalen transformator

II.5 RUGI-RUGI DAN EFISIENSI TRANSFORMATOR

Transformator memberikan cara yang sederhana untuk mengubah

tegangan bolak-balik dari suatu harga ke harga lainnya. Transformator tidak

mempunyai bagian yang bergerak, sehingga hanya memerlukan sedikit perhatian

dan biaya pemeliharaan yang rendah. Walaupun efisiensi transformator cukup

tinggi, namun kerugian akan selalu ada pada setiap transformator.

II.5.1 Rugi-rugi Transformator

Rugi-rugi pada transformator dapat diklasifikasikan atas rugi-rugi primer,

rugi-rugi sekunder dan rugi-rugi inti (besi). Rugi-rugi primer dan sekunder adalah

rugi-rugi daya nyata RI 2 dalam watt. Rugi-rugi ini akibat resistansi dari masing-


masing belitan, yaitu belitan primer dan sekunder. Apabila transformator tidak

dibebani, maka rugi-rugi daya pada sekunder adalah nol. Berikut sekema dari

rugi-rugi yang ada pada transformator.

Sumber Kumparan Primer Fluks Bersama Kumparan Sekunder

Rugi Besi :Rugi HysteresisRugi Eddy Current

Rugi Tembaga Rugi Tembaga

Rugi Fluks Bocor

Output

Gambar 2.14. Blok diagram rugi-rugi pada transformator

Rugi Tembaga (PCu)

Rugi yang disebabkan arus mengalir pada kawat tembaga dapat ditulis

sebagai berikut :

RIPCu2= (watt) ..............................................................(2.19)

Formula ini merupakan perhitungan untuk pendekatan. Karena arus beban

berubah-ubah, rugi tembaga juga tidak konstan bergantung pada beban. Dan perlu

diperhatikan pula resistansi disini merupakan resistansi AC.

Rugi Besi (Pi)

Rugi inti atau rugi besi pada transformator juga adalah rugi dalam watt. Rugi inti

pada transformator terdiri atas dua bagian, yaitu rugi hysteresis dan eddy current.

Adapun penjelasan tentang kedua jenis rugi inti tersebut adalah sebagai berikut :


Rugi Hysteresis, yaitu rugi yang disebabkan oleh fluks bolak-balik pada

inti besi yang dinyatakan sebagai :

6,1max

2 BfkP hh = (watt) ............................................(2.20)

Dimana : hk = konstanta

maxB = fluks maksimum (weber)

Rugi Eddy Current, yaitu rugi yang disebabkan oleh arus pusar pada inti

besi yang dinyatakan sebagai :

2max

2 BfkP ee = (watt) .............................................(2.21)

Dimana : ek = konstanta

maxB = fluks maksimum (weber)

Jadi, rugi besi (rugi inti) adalah :

ehi PPP += (watt) ...................................................(2.22)

II.5.2 Efisiensi Transformator

Efisiensi transformator adalah perbadingan antara keluaran daya yang

berguna dan masukan daya total. Karena masukan ke transformator sama dengan

keluaran daya yang berguna ditambah kerugiannya, maka persamaan efisiensi

dapat ditulis dalam bentuk persamaan sebagai berikut :

η = %100×in

out

PP

η = %100×Σ+ rugiP

P

out

out .........................................(2.23)


Dimana : inP = daya input transformator (watt)

outP = daya output transformator (watt)

∑ += iCu PPrugi

Perubahan Efisiensi Terhadap Beban

Perubahaan efisiensi terhadap beban dinyatakan sebagai :

2222

2

cos

cos

IP

RIV

Vi

ek ++=

ϕ

ϕη ..............................................(2.24)

Melalui penurunan persamaan di atas dapat dicari nilai efisiensi maksimum untuk

beban tertentu, yaitu pada saat rugi tembaga = rugi inti.

Agar η maksimum, maka :

02

222

=

+

IP

RIdId i

ek ....................................................(2.25)

Jadi, 22

2 IP

R iek =

Cueki PRIP == 222 ...........................................................(2.26)

Perubahan Efisiensi Terhadap Faktor Kerja (Cos ϕ) Beban

Perubahan efisiensi terhadap faktor kerja (cos ϕ) beban dinyatakan sebagai :

∑

∑+

−=rugiIV

rugiϕ

ηcos

122


η =

22

22

cos1

IVrugi

IVrugi

∑

∑

+

−

ϕ

Bila : X = =∑22 IV

rugikonstan

Maka, η = X

X+

−ϕcos

1 ...................................................(2.27)

II.6 TRANSFORMATOR TIGA FASA

II.6.1 Umum

Tiga transformator berfasa satu dapat dihubungkan untuk membentuk bank-3 fasa

(susunan 3 fasa = 3 phase bank) dengan salah satu cara dari berbagai cara

menghubungkan belitan transformator. Pada tiga buah transformator satu fasa

yang dipakai sebagai transformator tiga fasa, setiap kumparan primer dari satu

transformator dijodohkan dengan kumparan sekundernya. Hendaknya dicatat

bahwa pada transformator tiga fasa ini besar tegangan antar fasa ( LLV − ) dan daya

transformator (kVA) tidak tergantung dari hubungan belitannya. Akan tetapi

tegangan fasa netral ( NLV − ) serta arus dari masing-masing transformator

tergantung pada hubungan belitannya.

Ada beberapa jenis hubungan belitan yang terdapat pada transformator tiga

fasa ini. Hubungan Y-Δ biasa digunakan untuk menurunkan tegangan dari

tegangan tinggi ke tegangan menengah atau rendah. Satu diantara alasannya

adalah karena dengan menggunakan hubungan belitan ini, untuk membumikan

dari sisi tegangan tinggi telah tersedia saluran netral. Dapat dibuktikan bahwa


hubungan belitan ini adalah hubungan yang paling banyak dipergunakan di

lapangan.

Sebaliknya hubungan Δ-Y biasa digunakan untuk menaikkan tegangan

dari tegangan rendah ke tegangan menengah atau dari tegangan menengah ke

tegangan tinggi. Hal ini juga bertujuan sama, agar pada sisi tegangan tingginya

apabila akan dibumikan telah tersedia saluran netralnya.

Hubungan Δ-Δ adalah salah satu jenis hubungan belitan yang istimewa.

Keuntungannya yaitu salah satu kaki transformator dapat dipindahkan apabila

terjadi kerusakan atau apabila akan dilakukan perawatan, sementara dua yang

tertinggal dapat terus beroperasi sebagai bank-3 fasa dengan rating kVA yang

turun sampai dengan 57,7% dari bank yang asli. Hubungan ini dikenal sebagai

hubungan belitan open-delta. Hubungan Y-Y paling jarang digunakan karena

kesukaran dalam gejala arus penalaan dan harmonisa.

II.6.2 Konstruksi Transformator Tiga Fasa

Dua jenis konstruksi yang biasa dipergunakan pada transformator tiga fasa

diperlihatkan pada Gambar 2.15 dan 2.16 berikut ini.

SEKUNDER

PRIMER

R S

r s t

T

Gambar 2.15. Transformator tiga fasa tipe inti


R

S

T

r

s

t

PRIMER

SEKUNDER

Gambar 2.16. Transformator tiga fasa tipe cangkang

Pada jenis inti (core type) kumparan dililitkan di sekitar dua kaki inti magnetik

persegi, sedangkan pada jenis cangkang (shell type) kumparan dililitkan sekitar

kaki tengah dari inti berkaki tiga dengan laminasi silicon-steel. Umumnya

digunakan untuk transformator yang bekerja pada frekuensi di bawah beberapa

ratus hertz. Silicon-steel memiliki sifat-sifat yang dikehendaki, yaitu murah, rugi

inti rendah dan permeabilitas tinggi pada rapat fluks tinggi. Inti transformator

yang dipergunakan dalam rangkaian komunikasi pada frekuensi tinggi dan tingkat

energi rendah kadang-kadang dibuat dari campuran tepung ferromagnetik yang

dimanfaatkan sebagai permalloy.

Kebanyakan fluks terkurung dalam inti dan karena itu dirangkum oleh

kedua kumparan. Meskipun fluks bocor yang dirangkum salah satu kumparan

tanpa dirangkum yang lain merupakan bagian kecil dari fluks total, ia mempunyai

pengaruh penting pada perilaku transformator. Kebocoran dapat dikurangi dengan


membagi-bagi kumparan dalam bagian-bagian yang diletakkan sedekat mungkin

satu sama lainnya. Pada konstruksi jenis inti (core type), tiap kumparan dari dua

bagian, satu bagian pada setiap kaki dari kedua kaki inti, kumparan primer dan

sekunder merupakan kumparan yang konsentris. Dalam konstruksi janis cangkang

(shell type), berbagai variasi susunan kumparan konsentris dapat digunakan atau

kumparan dapat terdiri dari sejumlah “apem” (pancake) tipis disusun dalam satu

tumpukan dengan kumparan primer dan sekunder berselang-seling.

II.6.3 Hubungan Tiga Fasa Pada Transformator

Secara umum hubungan belitan tiga fasa terbagi atas dua jenis, yaitu hubungan

wye (Y) dan hubungan delta (Δ). Masing-masing hubungan belitan ini memiliki

karakteristik arus dan tegangan yang berbeda-beda. Baik sisi primer maupun

sekunder masing-masing dapat dihubungkan wye ataupun delta.

Hubungan Wye

Hubungan (Y) ini dapat dilakukan dengan menggabungkan ketiga belitan

transformator yang memiliki rating yang sama.

E1

E1E1

Z01

Z01Z01

R

N

S

T

IR

IN

IS

IT

Gambar 2.17. Hubungan wye


Dari gambar di atas dapat diketahui sebagai berikut :

TSRL IIII === (ampere) ..............................(2.28)

φII L = (ampere) ...................................................(2.29)

Dimana : LI = arus line to line (ampere)

φI = arus line to neutral (ampere)

Dan, LTRSTRS VVVV === (volt) ......................................(2.30)

133 EVVL == φ (volt) ........................................(2.31)

Dimana : LV = tegangan line to line (volt)

φV = tegangan line to neutral (volt)

Hubungan Delta

Hubungan delta (∆) ini juga mempunyai tiga buah belitan dan masing-masing

memiliki rating yang sama.

E1

E1

E1

Z01

Z01

Z01

IRR

IS S

IT T

Gambar 2.18. Hubungan delta


Dari gambar di atas dapat kita ketahui sebagai berikut :

LTSR IIII === (ampere) ...............................(2.32)

φII L 3= (ampere) ...............................................(2.33)

Dimana : LI = arus line to line (ampere)

φI = arus line to neutral (ampere)

Dan, LTRSTRS VVVV === (volt) .....................................(2.34)

1EVVL == φ (volt) ................................................(2.35)

Dimana : LV = tegangan line to line (volt)

φV = tegangan line to neutral (volt)

II.6.4 Macam Hubungan Belitan Transformator Tiga Fasa

Di dalam pelaksanaannya, tiga buah belitan fasa pada sisi primer dan sisi

sekunder dapat dihubungkan dalam bermacam-macam hubungan, seperti

hubungan wye (Y) dan hubungan delta (∆), dengan kombinasi hubungan wye-wye

(Y-Y), hubungan wye-delta (Y-Δ), hubungan delta-wye (Δ-Y) dan hubungan

delta-delta (Δ-Δ), bahkan untuk kasus-kasus tertentu belitan sekunder dapat

dihubungkan secara berliku-liku (zig-zag) sehingga diperoleh kombinasi ∆-Z dan

Y-Z.

Hubungan zig-zag merupakan hubungan wye “istimewa”. Hubungan ini

untuk mengantisipasi kejadian yang mungkin terjadi apabila dihubungkan secara

wye dengan beban setiap fasanya tidak seimbang.


Hubungan Wye-Wye

Hubungan Y-Y pada transformator tiga fasa dapat dilihat pada Gambar 2.19 di

bawah ini.

NP1

NP2

NP3

NS1

NS2

NS3

a'

+ b'

+ c'

a

b +

c -

VφP VφSVLP VLS

Gambar 2.19. Transformator hubungan Y-Y

Pada hubungan Y-Y, tegangan primer pada masing-masing fasa adalah :

3LP

PVV =φ ........................................................................(2.36)

Tegangan fasa primer sebanding dengan tegangan fasa sekunder dan

perbandingan belitan transformator. Maka diperoleh perbandingan tegangan pada

transformator adalah :

a

VV

VV

S

P

LS

LP ==φ

φ

3

3

............................................................(2.37)

Pada hubungan Y-Y ini, jika beban transformator tidak seimbang, maka tegangan

pada fasa transformator menjadi tidak seimbang.


Hubungan Wye-Delta

Hubungan Y-Δ pada transformator tiga fasa dapat dilihat pada Gambar 2.20 di

bawah ini.

NP1

NP2

NP3

a

b

c

VφP

VLP

NS1

NS2

NS3

a'

b'

c'

VφS

VLS

Gambar 2.20. Transformator hubungan Y-Δ

Pada hubungan ini, tegangan kawat ke kawat primer sebanding dengan tegangan

fasa primer PLP VV φ3= dan tegangan kawat ke kawat sekunder sama dengan

tegangan fasa SLS VV φ= . Sehingga diperoleh perbandingan tegangan pada

hubungan ini adalah sebagai berikut :

a

VV

VV

S

P

LS

LP 33

==φ

φ

.........................................(2.38)

Hubungan ini lebih stabil dan tidak ada masalah dengan beban tidak seimbang dan

harmonisa.


Hubungan Delta-Wye

Hubungan Δ-Y pada transformator tiga fasa dapat dilihat pada Gambar 2.21 di

bawah ini.

NP1

NP2

NP3

NS1

NS2

NS3

+ a'

- b'

c'

a +

b -

c

VφP VφSVLP

VLS

Gambar 2.21. Transformator hubungan Δ-Y

Pada hubungan ini, tegangan kawat ke kawat primer sama dengan tegangan fasa

primer PLP VV φ= dan tegangan sisi sekunder SLS VV φ3= . Maka perbandingan

tegangan pada hubungan ini adalah :

aVV

VV

S

P

LS

LP 33

==φ

φ

...................................................(2.39)

Hubungan ini memberikan keuntungan yang sama dan beda fasa yang sama

seperti pada hubungan Y-Δ.


Hubungan Delta-Delta

Hubungan Δ-Δ pada transformator tiga fasa dapat dilihat pada Gambar 2.22 di

bawah ini.

NP1

NP2

NP3

a +

b -

c

VφP NS1

NS2

NS3

+ a'

- b'

c'

VφS VLSVLP

Gambar 2.22. Transformator hubungan Δ-Δ

Pada hubungan ini, tegangan kawat ke kawat dan tegangan fasa sama untuk

primer dan sekunder transformator PLP VV φ= dan SLS VV φ= . Maka hubungan

tegangan primer dan sekunder transformator adalah sebagai berikut :

a

VV

VV

S

P

LS

LP ==φ

φ

..................................................................(2.40)

Perbedaan fasa pada hubungan ini tidak ada dan stabil terhadap beban tidak

seimbang dan harmonisa.

II.7 ISOLASI TRANSFORMATOR

Pada penghantar yang dilewati oleh arus listrik selalu terjadi kerugian

daya. Kerugian daya ini selanjutnya didesipasikan dalam bentuk energi panas.

Suatu bahan isolasi dapat rusak disebabkan oleh panas dalam kurun waktu

tertentu. Waktu tersebut dikatakan sebagai umur panas bahan isolasi. Sedangkan


kemampuan bahan menahan suatu panas tanpa terjadi kerusakan disebut

ketahanan panas (heat resistance).

Tabel 2.1. Klasifikasi bahan isolasi menurut IEC

Kelas Bahan Suhu kerja

maks.

Y

Katun, sutera alam, wolsintetis, rayon, serat

poliamid, kertas, prespan, kayu, poliakrilat,

polietilen, karet.

90o C

A

Bahan kertas Y yang diimpregnasi dengan vernis,

aspal, minyak transformator.

Email yang dicampur dengan vernis dan poliamid.

105o C

E

Email kawat yang terbuat dari : polivinil formal, poli

urethan dan damar, bubuk plastik, bahan selulosa

pengisi partinaks, tekstolit, triasetat, polietilen

tereftalat.

120o C

B

Bahan anorgnik (mika, fiberglas, asbes) bitumen,

bakelit, poli monochloro tri flour etilen, poli etilen

tereftalat, poli karbonat, sirlak.

135o C

F

Bahan-bahan anorganik yang diimpregnasi atau

direkat dengan epoksi, poliurethan, atau vernis

dengan ketahanan panas yang tinggi.

155o C

H

Mika, fiberglas dan asbes yang diimpregnasi dengan

silicon tanpa campuran bahan berserat, karet silicon,

email kawat poliamid murni.

180o C

C

Bahan-bahan anorganik tanpa impregnasi atau diikat

dengan substansi organik, yaitu : mika, mikanit

tahan panas, mikaleks, gelas, keramik, teflon

(politetra flouroetilen) adalah satu-satunya substansi

organik.

di atas

180o C


Bahan isolasi cair berfungsi sebagai pengisolasi sekaligus sebagai

pendingin. Karena itu persyaratan untuk bahan cair yang dapat digunakan untuk

isolasi antara lain mempunyai tegangan tembus dan daya hantar panas yang

tinggi.

Minyak transformator adalah minyak mineral yang diperoleh dengan

pemurnian minyak mentah. Sebagai bahan isolasi, minyak transformator harus

mempunyai tegangan tembus yang tinggi. Ketahanan listrik minyak transformator

dapat menurun karena pengaruh asam dan dapat pula karena kandungan air.

Keasaman minyak transformator dapat dinetralisir dengan menggunakan potas

hydroksida (KOH). Sedangkan kandungan air dalam minyak transformator dapat

dihilangkan dengan memakai bahan hygroskopis yaitu silica-gel.

Umumnya transformator distribusi, kumparan-kumparan dan intinya

direndam dalam minyak transformator, karena minyak transformator mempunyai

sifat sebagai pemindah panas (disirkulasi) dan bersifat pula sebagai isolasi

(tegangan tembus tinggi) sehingga minyak transformator tersebut berfungsi

sebagai media pendingin sekaligus isolasi.

II.8 SISTEM PENDINGIN TRANSFORMATOR

Pada inti besi dan kumparan-kumparan akan timbul panas akibat rugi-rugi besi

dan rugi-rugi tembaga. Bila panas tersebut mengakibatkan kenaikan suhu

berlebihan, maka akan merusak isolasi di dalam transformator. Untuk mengurangi

kenaikan suhu yang berlebihan tersebut, maka pada transformator perlu

dilengkapi dengan alat atau sistem pendingin yang dapat menyalurkan panas

keluar dari transformator.


Media yang dipakai pada sistem pendingin dapat berupa udara atau gas,

minyak, air dan lain sebagainya. Sedangkan pengalirannya (sirkulasi) dapat secara

alamiah (natural) atau secara paksaan/ tekanan.

Pada cara alamiah, 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

dengan cara melengkapi transformator dengan sirip-sirip (radiator). Bila

dinginkan penyaluran panas yang lebih cepat lagi, cara alamiah tersebut dapat

dilengkapi dengan peralatan untuk mempercepat sirkulasi media pendingin

dengan pompa-pompa sirkulasi minyak, udara dan air. Cara ini disebut

pendinginan paksa (forced). Macam-macam sistem pendingin transformator

berdasarkan media dan cara pengalirannya dapat diklasifikasikan sebagai berikut :

Tabel 2.2. Macam sistem pendingin transformator menurut IEC

No.

MACAM

SISTEM

PENDINGIN

MEDIA

DI DALAM TRAFO DI LUAR TRAFO

Sirkulasi

Alamiah

Sirkulasi

Paksa

Sirkulasi

Alamiah

Sirkulasi

Paksa

1. AN - - Udara -

2. AF - - - Udara

3. ONAN Minyak - Udara -

4. ONAF Minyak - - Udara

5. OFAN - Minyak Udara -

6. OFAF - Minyak - Udara

7. OFWF - Minyak - Air

8. ONAN/ ONAF Kombinasi 3 dan 4

9. ONAN/ OFAN Kombinasi 3 dan 5


10. ONAN/ OFAF Kombinasi 3 dan 6

11. ONAN/ OFWF Kombinasi 3 dan 7

II.9 PERNAFASAN TRANSFORMATOR

Karena pengaruh naik turunya beban transformator maupun suhu udara luar, maka

suhu minyak pun 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 apabila suhu minyak turun, minyak

menyusut maka udara luar akan masuk ke dalam tangki. Kedua proses di atas

disebut pernafasan transformator. Akibat pernafasan transformator tersebut, maka

permukaan minyak akan selalu bersinggung dengan udara luar. Udara luar yang

lembab akan menurunkan nilai tegangan tembus minyak transformator, maka

untuk mencegah hal tersebut pada ujung pipa penghubung udara luar dilengkapi

dengan alat pernafasan berupa tabung yang berisi kristal zat hygroskopis.


Transform at Or

Documents

Transcript of Transform at Or