Transformator/ Transformer / Trafo adalah suatu peralatan listrik yang termasuk dalam

klasifikasi mesin listrik statis dan berfungsi untuk menyalurkan tenaga/daya listrik dari tegangan

tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya, dengan frekuensi sama. Dalam pengoperasiannya,

transformator-transformator tenaga pada umumnya ditanahkan pada titik netral, 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.

Dasar dari teori transformator adalah sebagai berikut :

“Apabila ada arus listrik bolak-balik yang mengalir mengelilingi suatu inti besi maka inti besi itu

akan berubah menjadi magnit dan apabila magnit tersebut dikelilingi oleh suatu belitan maka

pada kedua ujung belitan tersebut akan terjadi beda tegangan mengelilingi magnit, sehingga akan

timbul gaya gerak listrik (GGL)”.

Klasifikasi Transformator Tenaga

Transformator tenaga dapat di klasifikasikan menurut sistem pemasangan dan cara

pendinginannya.

1. Menurut Pemasangan

• Pemasangan dalam

• Pemasangan luar

2. Menurut Pendinginan, menurut cara pendinginannya dapat dibedakan sebagai berikut:

a) Berdasarkan Fungsi dan pemakaian:

• Transformator mesin (untuk mesin-mesin listrik)

• Transformator Gardu Induk

• Transformator Distribusi

b) Berdasarkan Kapasitas dan Tegangan Kerja:

Contoh transformator 3 phasa dengan tegangan kerja di atas 1100 kV dan daya di atas 1000

MVA ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1. Contoh Transformator 3 Phasa dengan Tegangan Kerja >1100 kV dan Daya >1000

MVA.

Dalam usaha mempermudah pengawasan dalam operasi, transformator dapat dibagi

menjadi: transformator besar, transformator sedang, dan transformator kecil.

Fungsi Bagian-Bagian Transformator

Suatu transformator terdiri atas beberapa bagian, yaitu:

• Bagian utama transformator

• Peralatan Bantu

• Peralatan Proteksi

Sistem Tiga Fasa

Pada sistem tenaga listrik 3 fase, idealnya daya listrik yang dibangkitkan, disalurkan dan

diserap oleh beban semuanya seimbang, P pembangkitan = P pemakain, dan juga pada tegangan

yang seimbang. Pada tegangan yang seimbang terdiri dari tegangan 1 fase yang mempunyai

magnitude dan frekuensi yang sama tetapi antara 1 fase dengan yang lainnya mempunyai beda

fase sebesar 120°listrik, sedangkan secara fisik mempunyai perbedaan sebesar 60°, dan dapat

dihubungkan secara bintang (Y, wye) atau segitiga (delta, Δ, D).

Gambar 1. sistem 3 fase.

Gambar 1 menunjukkan fasor diagram dari tegangan fase. Bila fasor-fasor tegangan

tersebut berputar dengan kecepatan sudut dan dengan arah berlawanan jarum jam (arah positif),

maka nilai maksimum positif dari fase terjadi berturut-turut untuk fase V1, V2 dan V3. sistem 3

fase ini dikenal sebagai sistem yang mempunyai urutan fasa a – b – c . sistem tegangan 3 fase

dibangkitkan oleh generator sinkron 3 fase.

Hubungan Bintang (Y, wye)

Pada hubungan bintang (Y, wye), ujung-ujung tiap fase dihubungkan menjadi satu dan

menjadi titik netral atau titik bintang. Tegangan antara dua terminal dari tiga terminal a – b – c

mempunyai besar magnitude dan beda fasa yang berbeda dengan tegangan tiap terminal

terhadapa titik netral. Tegangan Va, Vb dan Vc disebut tegangan “fase” atau Vf.

Gambar 2. Hubungan Bintang (Y, wye).

Dengan adanya saluran / titik netral maka besaran tegangan fase dihitung terhadap

saluran / titik netralnya, juga membentuk sistem tegangan 3 fase yang seimbang dengan

magnitudenya (akar 3 dikali magnitude dari tegangan fase).

Vline = akar 3 Vfase = 1,73Vfase

Sedangkan untuk arus yang mengalir pada semua fase mempunyai nilai yang sama,

ILine = Ifase

Ia = Ib = Ic

Hubungan Segitiga

Pada hubungan segitiga (delta, Δ, D) ketiga fase saling dihubungkan sehingga

membentuk hubungan segitiga 3 fase.

Gambar 3. Hubungan Segitiga (delta, Δ, D).

Dengan tidak adanya titik netral, maka besarnya tegangan saluran dihitung antar fase,

karena tegangan saluran dan tegangan fasa mempunyai besar magnitude yang sama, maka:

Vline = Vfase

Tetapi arus saluran dan arus fasa tidak sama dan hubungan antara kedua arus tersebut

dapat diperoleh dengan menggunakan hukum kirchoff, sehingga:

Iline = akar 3 Ifase = 1,73Ifase

Daya pada Sistem 3 Fase

1. Daya sistem 3 fase Pada Beban yang Seimbang

Jumlah daya yang diberikan oleh suatu generator 3 fase atau daya yang diserap oleh

beban 3 fase, diperoleh dengan menjumlahkan daya dari tiap-tiap fase. Pada sistem yang

seimbang, daya total tersebut sama dengan tiga kali daya fase, karena daya pada tiap-tiap fasenya

sama.

Gambar 4. Hubungan Bintang dan Segitiga yang seimbang.

Jika sudut antara arus dan tegangan adalah sebesar θ, maka besarnya daya perfasa adalah

Pfase = Vfase.Ifase.cos θ

sedangkan besarnya total daya adalah penjumlahan dari besarnya daya tiap fase, dan dapat

dituliskan dengan,

PT = 3.Vf.If.cos θ

• Pada hubungan bintang, karena besarnya tegangan saluran adalah 1,73Vfase maka tegangan

perfasanya menjadi Vline/1,73, dengan nilai arus saluran sama dengan arus fase, IL = If, maka

daya total (PTotal) pada rangkaian hubung bintang (Y) adalah:

PT = 3.VL/1,73.IL.cos θ = 1,73.VL.IL.cos θ

• Dan pada hubung segitiga, dengan besaran tegangan line yang sama dengan tegangan fasanya,

VL = Vfasa, dan besaran arusnya Iline = 1,73Ifase, sehingga arus perfasanya menjadi IL/1,73,

maka daya total (Ptotal) pada rangkaian segitiga adalah:

PT = 3.IL/1,73.VL.cos θ = 1,73.VL.IL.cos θ

Dari persamaan total daya pada kedua jenis hubungan terlihat bahwa besarnya daya pada kedua

jenis hubungan adalah sama, yang membedakan hanya pada tegangan kerja dan arus yang

mengalirinya saja, dan berlaku pada kondisi beban yang seimbang.

2. Daya sistem 3 fase pada beban yang tidak seimbang

Sifat terpenting dari pembebanan yang seimbang adalah jumlah phasor dari ketiga tegangan

adalah sama dengan nol, begitupula dengan jumlah phasor dari arus pada ketiga fase juga sama

dengan nol. Jika impedansi beban dari ketiga fase tidak sama, maka jumlah phasor dan arus

netralnya (In) tidak sama dengan nol dan beban dikatakan tidak seimbang. Ketidakseimbangan

beban ini dapat saja terjadi karena hubung singkat atau hubung terbuka pada beban.

Dalam sistem 3 fase ada 2 jenis ketidakseimbangan, yaitu:

1. Ketidakseimbangan pada beban.

2. ketidakseimbangan pada sumber listrik (sumber daya).

Kombinasi dari kedua ketidakseimbangan sangatlah rumit untuk mencari pemecahan

permasalahannya, oleh karena itu kami hanya akan membahas mengenai ketidakseimbangan

beban dengan sumber listrik yang seimbang.

Gambar 5. Ketidakseimbangan beban pada sistem 3 fase.

Pada saat terjadi gangguan, saluran netral pada hubungan bintang akan teraliri arus listrik.

Ketidakseimbangan beban pada sistem 3 fase dapat diketahui dengan indikasi naiknya arus pada

salahsatu fase dengan tidak wajar, arus pada tiap fase mempunyai perbedaan yang cukup

signifikan, hal ini dapat menyebabkan kerusakan pada peralatan.

Konfigurasi Hubungan Belitan Transformator 3 Fasa

Transformator 3 fasa pada dasarnya merupakan Transformator 1 fase yang disusun

menjadi 3 buah dan mempunyai 2 belitan, yaitu belitan primer dan belitan sekunder. Ada dua

metode utama untuk menghubungkan belitan primer yaitu hubungan segitiga dan bintang (delta

dan wye). Sedangkan pada belitan sekundernya dapat dihubungkan secara segitiga, bintang dan

zig-zag (Delta, Wye dan Zig-zag). Ada juga hubungan dalam bentuk khusus yaitu hubungan

open-delta (VV connection)

1. Transformator hubungan segitiga-segitiga (delta-delta)

Gambar 1. Hubungan delta-delta (segitiga-segitiga).

Pada gambar 1 baik belitan primer dan sekunder dihubungkan secara delta. Belitan

primer terminal 1U, 1V dan 1W dihubungkan dengan suplai tegangan 3 fasa. Sedangkan belitan

sekunder terminal 2U, 2V dan 2W disambungkan dengan sisi beban. Pada hubungan Delta

(segitiga) tidak ada titik netral, yang diperoleh ketiganya merupakan tegangan line ke line, yaitu

L1, L2 dan L3.

Dalam hubungan delta-delta (lihat gambar 1), tegangan pada sisi primer (sisi masukan)

dan sisi sekunder (sisi keluaran) adalah dalam satu fasa. Dan pada aplikasinya (lihat gambar 2),

jika beban imbang dihubungkan ke saluran 1-2-3, maka hasil arus keluaran adalah sama

besarnya. Hal ini menghasilkan arus line imbang dalam saluran masukan A-B-C. Seperti dalam

beberapa hubungan delta, bahwa arus line adalah 1,73 kali lebih besar dari masing-masing arus

Ip (arus primer) dan Is (arus sekunder) yang mengalir dalam lilitan primer dan sekunder. Power

rating untuk transformator 3 fasa adalah 3 kali rating transformator tunggal.

Gambar 2. Diagram Hubungan Delta-Delta Transformator 3 Fasa Dihubungkan Pembangkit

Listrik dan Beban (Load)

2. Transformator hubungan bintang-bintang (wye–wye)

Gambar 3. Hubungan Belitan Bintang-bintang.

Ketika transformator dihubungkan secara bintang-bintang, yang perlu diperhatikan

adalah mencegah penyimpangan dari tegangan line ke netral (fase ke netral). Cara untuk

mencegah menyimpangan adalah menghubungkan netral untuk primer ke netral sumber yang

biasanya dengan cara ditanahkan (ground), seperti ditunjukkan pada Gambar 4. Cara lain adalah

dengan menyediakan setiap transformator dengan lilitan ke tiga, yang disebut lilitan ” tertiary”.

Lilitan tertiary untuk tiga transformator dihubungkan secara delta seperti ditunjukkan pada

Gambar 5, yang sering menyediakan cabang yang melalui tegangan dimana transformator

dipasang. Tidak ada beda fasa antara tegangan line transmisi masukan dan keluaran (primer &

sekunder) untuk transformator yang dihubungkan bintang-bintang.

Gambar 4. Hubungan bintang-bintang.

Gambar 5. Hubungan Bintang-bintang dengan belitan tertier.

3. Transformator hubungan segitiga-bintang (delta-wye)

Pada hubungan segitiga-bintang (delta-wye), tegangan yang melalui setiap lilitan primer

adalah sama dengan tegangan line masukan. Tegangan saluran keluaran adalah sama dengan

1,73 kali tegangan sekunder yang melalui setiap transformator. Arus line pada phasa A, B dan C

adalah 1,73 kali arus pada lilitan sekunder. Arus line pada fasa 1, 2 dan 3 adalah sama dengan

arus pada lilitan sekunder.

Gambar 6. Hubungan Segitiga-Bintang (Delta-wye)

Hubungan delta-bintang menghasilkan beda fasa 30° antara tegangan saluran masukan

dan saluran transmisi keluaran. Maka dari itu, tegangan line keluaran E12 adalah 30° mendahului

tegangan line masukan EAB, seperti dapat dilihat dari diagram phasor. Jika saluran keluaran

memasuki kelompok beban terisolasi, beda fasanya tidak masalah. Tetapi jika saluran

dihubungkan paralel dengan saluran masukan dengan sumber lain, beda phasa 30° mungkin akan

membuat hubungan paralel tidak memungkinkan, sekalipun jika saluran tegangannya sebaliknya

identik.

Keuntungan penting dari hubungan bintang adalah bahwa akan menghasilkan banyak

isolasi/penyekatan yang dihasilkan di dalam transformator. Lilitan HV (high Voltage/tegangan

tinggi) telah diisolasi/dipisahkan hanya 1/1,73 atau 58% dari tegangan saluran.

Gambar 8. Skema Diagram Hubungan Delta-Bintang dan Diagram Phasor

4. Trafo Hubung Bintang Segi tiga ( Wye - Delta)

Pada hubung ini, kumparan pafa sisi primer dirangkai secara bintang (wye) dan sisi

sekundernya dirangkai delta. Umumnya digunakan pada trafo untuk jaringan transmisi dimana

tegangan nantinya akan diturunkan (Step- Down). Perbandingan tegangan jala- jala 1/√3

kalinperbandingan lilitan transformator. Tegangan sekunder tertinggal 300 dari tegangan primer.

Gambar 8 Trafo Hubungan Bintang Delta

5. Transformator hubungan Zig-zag

Transformator dengan hubungan Zig-zag memiliki ciri khusus, yaitu belitan primer

memiliki tiga belitan, belitan sekunder memiliki enam belitan dan biasa digunakan untuk beban

yang tidak seimbang (asimetris) - artinya beban antar fasa tidak sama, ada yang lebih besar atau

lebih kecil-

Gambar 9. Hubungan Bintang-zigzag (Yzn5)

Gambar 9 menunjukkan belitan primer 20 KV terhubung dalam bintang L1, L2 dan L3

tanpa netral N dan belitan sekunder 400 V merupakan hubungan Zig-zag dimana hubungan dari

enam belitan sekunder saling menyilang satu dengan lainnya. Saat beban terhubung dgn phasa U

dan N arus sekunder I2 mengalir melalui belitan phasa phasa U dan phasa S. Bentuk vektor

tegangan Zig-zag garis tegangan bukan garis lurus,tetapi bergeser dengan sudut 60°.

Vektor Bilangan Jam Trafo Tiga Fasa

Vektor grup trafo dinyatakan dalam bilangan jam (searah putaran jam/ clock wise). Tiap

satu bilangan jam mewakili beda sudut 30 derajat. Vektor grup menentukan pergeseran sudut

arus pada belitan primer dan sekunder.

Trafo 3 fasa 2 belitan memliki beberapa macam konfigurasi belitan. Apabila dilihat dari

jenis penyusunan belitan antar fasa maka ada dua macam tipe belitan yaitu : belitan Wye (star)

dan belitan delta. Sedangkan berdasarkan pergeseran sudut fasa antara arus pada kumparan

primer dan kumparan sekunder maka ada beberapa macam tiep jenis belitan seperti terlihat pada

gambar 1.

Gambar 1. Tipe belitan berdasarkan pergeseran sudut fasa

Trafo dengan vektor grup Yd1 berarti belitan primer terangkai Wye (Y) sedangkan belitan

sekunder terangkai delta, angka 1 menunjukkan bahwa arus pada kumparan primer dan

kumparan sekunder berbeda 30 derajat. Sedangkan pada trafo dengan vektor grup Yd5 arus pada

kedua belitan berbeda 150 derajat (5 x 30 derajat).

Cara menggambar vektor grup Yd1 dan rangkaian belitan trafo adalah sebagai berikut :

1. Gambar vektor A,B,C (arus pada belitan primer) dalam lingkaran jam. dalam lingkaran jam

2. gambar vektor bantu yang menunjuk jam 1

3. gambar vektor a (arus pada belitan sekunder a) searah dengan vektor A dengan kepala vektor

menuju arah jam 1 (perhatikan gambar 2)

4. gambar vektor b (arus pada belitan sekunder b) searah dengan vektor B dengan pangkal vektor

berada pada vektor a.

5. gambar vektor c (arus pada belitan sekunder c) searah dengan vektor C dengan pangkal vektor

berada pada vektor b dan kepala vektor berada pada pangkal vektor a.

6. beri notasi tambahan 1 pada tiap kepala vektor a,b, dan c serta notasi 2 pada pangkal vektornya.

Gambar 2. Vektor grup Yd1

Sedangkan untuk menggambar rangkaian belitan trafonya, tinggal kita lihat gambar vektor grup

yang telah kita beri notasi tambahan seperti tamapak pada gamabr 2.

1. Gambar rangkaian belitan Wye pada sisi primer

2. fasa r pada belitan sekunder terhubung pada a1 dan c2

3. fasa s pada belitan sekunder terhubung pada a2 dan b1

4. fasa t pada belitan sekunder terhubung pada b2 dan c1

 

Pembuktian pergeseran sudut ini bisa kita lakukan dengan melihat gambar 3.

Gambar 2. Arus pada belitan primer dan sekunder trafo dengan belitan Yd1

Arus fasa R yang mengalir pada belitan A adalah 115.6 A dengan sudut 0 derajat dengan

arah dari A1 menuju A2, sedangkan arus pada belitan sekunder a adalah 867 A dengan sudut 0

derajat, sedangkan arus pada belitan yang lain adalah sebagai tampak pada gambar. arus yang

mengalir pada fasa r merupakan penngurangan vektor arus yang mengalir pada belitan a dan

belitan c (perhatikan arah vektor yang ditunjukkan dengan tanda panah. Pada titik disekitar a1

berlaku hukum kirchoff :

arus keluar (meninggalkan a1) = arus masuk (menuju a1)

Ir + Ic = Ia

Dengan 

Ir : arus pada fasa r 

Ia : arus pada belitan a 

Ic : arus pada belitan c , sehingga diperoleh

Ir + 867 < 120 = 867 < 0

Ir = 867 < 0 – 867 <120

Ir = 1501.688 < –30

Terbukti bahwa ketika arus R mempunyai sudut 0 derjat maka arus r mempunyai sudut –

30 derajat. Beda sudut sebesar 30 derajat ini hanya berlakau ketika arus pada fasa R, S dan T

mempunyai besar yang sama serta memliki beda sudut 120 derajat (dalam kondisi yang

seimbang). APabila arus pada fasa R, S , T tidak berada  dalam kondisi seimbang maka

pergeserean sudut pada sisi primer dan sekunder akan bervariasi tergantung besar arus yang

mengalir pada tiap fasa

Daftar Referensi

http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/05/konfigurasi-hubungan-belitan.html

http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/01/transformator.html

http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/01/sistem-3-fasa.html

http://budi54n.wordpress.com/2010/02/02/vektor-jam-vektor-grup-trafo-3-fasa-2-belitan/

http://diditnote.blogspot.com/2013/02/transformator-trafo-3-fasa.html

http://setapakdara.wordpress.com/2013/07/16/hubungan-wye-delta/

http://sikasatmata.blogspot.com/2013/05/hubungan-transformator-tiga-phasa.html

http://handiavolo.blogspot.com/2013/10/transformator-ac-3-fasa.html