MAKALAH TRANSFORMATOR (TRAFO)

TEORI TRAFO

1.1 PENGERTIAN TRANSFORMATOR

Transformator atau trafo adalah alat listrik melalui gandengan magnet memindahkan daya listrik dari suatu rangkaian ke rangkaian lainya dengan frekuensi yang sama. Tegangan dapat di naikan atau diturunkan sesuai dengan besar kecilnya arus yang mengalir dalam rangkaian.

Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain, melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi-elektromagnet. Transformator digunakan secara luas, baik dalam bidang tenaga listrik maupun elektronika.Penggunaan transformator dalam
sistem tenaga listrik yaitu untuk menaikan tegangan dari pembangkit listrik, untuk ditransmisikan. Transformator juga dipakai untuk menurunkan tegangan listrik akan didistribusikan.

Dalam bidang elektronika, transformator digunakan antara lain sebagai gandengan impedansi antara sumber dengan beban, untuk memisahkan satu rangkain dari rangkaian yang lain; dan untuk menghambat arus searah sambil tetap melakukan atau mengalirkan arus bolak-balik antara rangkaian. Berdasarkan frekuensi, transformator dapat dikelompokkan sebagai berikut :

1.      Frekuensidaya,50 - 60 kc/s

2.      Frekuensi pendengaran, 50 - 20kc/s

3.      Frekuensi radio, diatas 30 kc/s.

Dalam bidang elektronika pemakaian transformator dikelompokkan menjadi :

1.      Transformator inti besi

2.      Transformator inti feri

t

3.      Transformator inti udara

1.2 BAGIAN-BAGIAN TRANSFORMATOR

Suatu transformator terdiri atas beberapa bagian, yaitu:

1.      Bagian utama transformator

2.      Peralatan Bantu

3.      Peralatan Proteksi

Bagian utama transformator, terdiri dari:

a.       Inti besi

Inti besi berfungsi untuk mempermudah jalan fluks, 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 arus pusar atau arus eddy (eddy current).

b.      Kumparan transformator

Beberapa lilitan kawat berisolasi membentuk suatu kumparan, dan kumparan tersebut diisolasi, baik terhadap inti besi maupun terhadap kumparan lain dengan menggunakan isolasi padat seperti karton, pertinax dan lain-lain.

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

c.       Kumparan tertier

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.

d.      Minyak transformator

Sebagian besar dari transformator tenaga memiliki kumparan-kumparan yang intinya direndam dalam minyak transformator, terutama pada transformator-transformator tenaga yang berkapasitas besar, karena minyak transformator mempunyai sifatsebagai media pemindah panas (disirkulasi) dan juga berfungsi pula sebagai isolasi (memiliki daya tegangan tembus tinggi) sehingga berfungsi sebagai media pendingin dan isolasi.

Minyak transformator harus memenuhi persyaratan, yaitu:

1)      kekuatan isolasi tinggi

2)      penyalur panas yang baik, berat jenis yang kecil, sehingga partikel-partikel dalam minyak dapat mengendap dengan cepat

3)      viskositas yang rendah, agar lebih mudah bersirkulasi dan memiliki kemampuan pendinginan menjadi lebih baik

4)      titik nyala yang tinggi dan tidak mudah menguap yang dapat menimbulkan baha

5)      tidak merusak bahan isolasi padat

6)      sifat kimia yang stabil

e.       Bushing

Hubungan antara kumparan transformator ke jaringan luar melalui sebuah bushing, yaitu sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator, yang sekaligus berfungsi sebagai penyekat antara konduktor tersebut dengan tangki transformator.

f.       Tangki dan konservator

Pada umumnya bagian-bagian dari transformator yang terendam minyak transformator berada atau (ditempatkan) di dalam tangki.Untuk menampung pemuaian pada minyak transformator, pada tangki dilengkapi dengan sebuah konservator.

Terdapat beberapa jenis tangki, diantaranya adalah:

1)      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 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.

2)      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, )

3)      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

Peralatan Bantu, terdiri dari:

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 transformator, maka untuk mengurangi adanya kenaikan suhu yang berlebihan tersebut pada transformator perlu juga dilengkapi dengan sistem pendingin yang bergungsi untuk menyalurkan panas keluar transformator. Media yang digunakan pada sistem pendingin dapat berupa
udara, gas, minyak dan air.

Sistem pengalirannya (sirkulasi) dapat dengan cara:

1)      Alamiah (natural)

2)      Tekanan/paksaan (forced).

b.      Tap Changer (perubah tap)

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), dan tergantung jenisnya.

c.       Alat pernapasan

Karena adanya pengaruh naik turunnya beban transformator maupun suhu udara luar, maka suhu minyak akan berubah-ubah mengikuti keadaan tersebut. Bila suhu minyak tinggi, minyak akan memuai dan mendesak udara di atas permukaan minyak keluar dari dalam tangki, sebaliknya bila suhu minyak turun, minyak menyusut maka udara luar akan masuk ke dalam tangki. Kedua proses di atas disebut pernapasan transformator. Permukaan minyak transformator akan selalu bersinggungan dengan udara luar yang menurunkan nilai tegangan tembus pada minyak transformator, maka untuk mencegah hal tersebut, pada ujung pipa penghubung udara luar dilengkapi tabung berisi kristal zat hygroscopis.

d.      Indikator

Untuk mengawasi selama transformator beroperasi, maka perlu adanya indicator yang dipasang pada transformator. Indikator tersebut adalah sebagai berikut:

1)      indikator suhu minyak

2)      indikator permukaan minyak

3)      indikator sistem pendingin

4)      indikator kedudukan tap, dan sebagainya

Peralatan Proteksi, terdiri dari:

a.      Relay Bucholz

Relay Bucholz adalah relai yang berfungsi mendeteksi dan mengamankan terhadap gangguan transformator yang menimbulkan gas.

Timbulnya gas dapat diakibatkan oleh beberapa hal, diantaranya adalah:

1)      Hubung singkat antar lilitan pada atau dalam phasa

2)      Hubung singkat antar phasa

3)      Hubung singkat antar phasa ke tanah

4)      Busur api listrik antar laminasi

5)      Busur api listrik karena kontak yang kurang baik.

b.      Relai Tekanan Lebih

Relai ini berfungsi hampir sama seperti Relay 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). Alat pengaman tekanan lebih ini berupa membran yang terbuat dari kaca, plastik, tembaga atau katup berpegas, sebagai pengaman tangki transformator terhadap kenaikan tekan gas yang timbul di dalam tangki yang akan pecah pada tekanan tertentu dan kekuatannya lebih rendah dari kekuatan tangki transformator

c.       Relai Diferensial

Berfungsi mengamankan transformator terhadap gangguan di dalam transformator, antara lain adalah kejadian flash over antara kumparan dengan kumparan atau kumparan dengan tangki atau belitan dengan belitan di dalam kumparan ataupun beda kumparan.

d.      Relai Arus lebih

Berfungsi mengamankan transformator jika arus yang mengalir melebihi dari nilai yang diperkenankan lewat pada transformator tersebut dan arus lebih ini dapat terjadi oleh karena beban lebih atau gangguan hubung singkat.Arus lebih ini dideteksi oleh transformator arus atau current transformator (CT).

e.       Relai Tangki Tanah

Alat ini berfungsi untuk mengamankan transformator bila ada hubung singkat antara bagian yang bertegangan dengan bagian yang tidak bertegangan pada transformator.

f.       Relai Hubung Tanah

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

g.      Relai Thermis

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 suhu.

1.3 HUKUM HUKUM DASAR TRANSFORMATOR

a.       Hukum Maxwell

Persamaan Maxwell apabila disederhanakan akan menjadi:

Hl=IN

Dimana:           H = Kuat Medan Magnet

l  = Panjang Jalur

I = Arus Listrik

N =Jumlah Lilitan

Hl=IN adalah GGM yang merupakan penghasil flux

b.      Hukum induksi Faraday

Hukum utama yang digunakan pada prinsip kerja trafo adalah Hukum Induksi Faraday Menurut Hukum Induksi Faraday, maka integral garissuatu gaya listrik melalui garis lengkung yang tertutup adalah berbanding lurus dengan perubahan tersebut.Rumus Hukum Faraday adalah sebagai berikut:

Dimana:           E = Gaya listri yang disebabkan induksi (V/m)

dl = Unsur Panjang (m)

B = Induksi magnetik/kerapatan fluks (Webber/m2)

dA = Unsur luas (m2)

Sedangkan arus induksi (flux) adalah integral permukaan dari pada induksimagnit melalui suatu luas yang dibatasi oleh garis lengkung tersebutdiatas. Rumus arus induksi adalah:

Dimana :          φ = Arus Induksi/fluks (weber)

B = Induksi magnet (weber/m2)

dA = Unsur luas

Apabila rumus hukum induksi disederhanakan

Dimana :          e = Gaya gerak listrik

N = jumlah lilitan

φ = Arus induksi/Fluks(weber)

1.4 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 di bebani, sehingga energi listrik dapat ditransfer keseluruhan (secara magnetisasi).Prinsip dasar 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 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).

2. INTI TRAFO

Identifikasi Jenis –jenis Transformator, dilihat dari pemakaiannya digolongkan kedalam 3 jenis :

a.      Transformator inti udara dipakai pada rangkaian frekuensi tinggi.

Trafo inti Udara, banyak dipakai sebagai alat Interface Rangkaian matching Impedansi dalam rangkaian Elektronik Frekuensi Tinggi.

b.      Transformator inti ferit dipakai pada rangkaian frekuensi menengah

Trafo inti Ferit, banyak dipakai sebagai alat Interface  Rangkaian matching Impedansi dalam rangkaian Elektronik Frekuensi menengah.

c.       Transformator inti Besi dipakai pada rangkaian frekuensi rendah.

Trafo inti Besi, banyak dipakai sebagai alat Interface, Step Up, Step Down  Rangkaian matching Impedansi, Matching Voltage dalam rangkaian Elektronik Frekuensi rendah.

            Jenis-jenis transformator berbeda dalam cara di mana kumparan primer dan sekunder disediakan sekitar inti baja laminasi . Menurut desain , transformator dapat diklasifikasikan menjadi dua :

a.      Core- Type Transformer

            Dalam inti - jenis transformator , belitan diberikan kepada sebagian besar dari inti . Kumparan yang digunakan untuk transformator ini adalah bentuk- luka dan jenis silinder . Seperti jenis transformator dapat diterapkan untuk berukuran besar dan kecil berukuran transformer . Pada tipe skala kecil , inti akan persegi panjang dalam bentuk dan kumparan yang digunakan adalah silinder . Gambar di bawah menunjukkan jenis berukuran besar . Anda dapat melihat bahwa kumparan bulat atau silinder yang luka sedemikian rupa untuk menyesuaikan lebih bagian inti salib .

Dalam kasus kumparan silindris melingkar , mereka memiliki keuntungan wajar memiliki kekuatan mekanik yang baik . Kumparan silinder akan memiliki lapisan yang berbeda dan setiap lapisan akan terisolasi dari yang lain dengan bantuan bahan-bahan seperti kertas, kain , papan micarta dan sebagainya. Pengaturan umum inti -jenis transformator sehubungan dengan inti ditunjukkan di bawah ini . Kedua tegangan rendah ( LV ) dan tegangan ( HV ) gulungan tinggi yang akan ditampilkan.

Gulungan tegangan rendah ditempatkan lebih dekat ke inti karena merupakan yang paling mudah untuk melindungi . Daerah inti efektif dari transformator dapat dikurangi dengan penggunaan laminasi dan isolasi .

b.      Shell -Type Transformer

Di shell -jenis transformator inti mengelilingi sebagian besar dari gulungan . Perbandingan ditunjukkan pada gambar dibawah .

Kumparan adalah bentuk - luka tetapi multi layer tipe disk biasanya luka dalam bentuk pancake . Kertas digunakan untuk melindungi berbagai lapisan cakram multi-layer . Berkelok-kelok terdiri seluruh cakram ditumpuk dengan ruang isolasi antara kumparan . Ruang-ruang isolasi membentuk pendinginan horizontal dan isolasi saluran . Transformator seperti ini mungkin memiliki bentuk persegi panjang sederhana atau mungkin juga memiliki bentuk terdistribusi . Kedua desain yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini :

Shell Jenis Transformers Bentuk Rectangular

Sebuah bracing mekanik yang kuat kaku harus diberikan kepada core dan kumparan transformator . Ini akan membantu dalam meminimalkan pergerakan perangkat dan juga mencegah perangkat dari mendapatkan kerusakan isolasi . Sebuah transformator dengan bracing yang baik tidak akan menghasilkan apapun suara dengungan selama bekerja dan juga akan mengurangi getaran .

Sebuah platform perumahan khusus harus diberikan untuk transformator.Biasanya , perangkat ditempatkan dalam tangki logam lembaran yang terpasang rapat diisi dengan minyak isolasi khusus . Minyak ini diperlukan untuk beredar melalui perangkat dan mendinginkan kumparan . Hal ini juga bertanggung jawab untuk menyediakan isolasi lain untuk perangkat ketika dibiarkan di udara .

Mungkin ada kasus ketika permukaan tangki halus tidak akan mampu menyediakan area pendinginan yang dibutuhkan . Dalam kasus tersebut , sisi tangki yang bergelombang atau disatukan dengan radiator di sisi perangkat. Minyak yang digunakan untuk tujuan pendinginan harus benar-benar bebas dari alkali , sulfur dan yang paling penting kelembaban . Bahkan sejumlah kecil kelembapan dalam minyak akan menyebabkan perubahan yang signifikan dalam properti isolasi perangkat , karena hal itu mengurangi kekuatan dielektrik minyak untuk sebagian besar . Matematis berbicara , kehadiran sekitar 8 bagian air dalam 1 juta mengurangi kualitas isolasi dari minyak ke nilai yang tidak dianggap standar untuk digunakan.

Dengan demikian , tank dilindungi dengan menyegel mereka kedap udara dalam unit yang lebih kecil . Ketika transformator besar digunakan , metode kedap udara praktis sulit untuk diterapkan . Dalam kasus tersebut , ruang yang disediakan untuk minyak untuk memperluas dan kontrak dengan meningkatnya suhu dan penurunan . Ini bernapas membentuk penghalang dan menolak kelembaban atmosfer dari kontak dengan minyak . Perhatian khusus juga harus diambil untuk menghindari sledging . Sledging terjadi ketika minyak terurai akibat paparan ke oksigen selama pemanasan . Ini hasil dalam pembentukan deposito besar dari materi gelap dan berat yang menyumbat saluran pendingin di transformator .

Kualitas, daya tahan dan penanganan bahan-bahan isolasi menentukan kehidupan transformator . Semua lead transformator dibawa keluar dari kasus mereka melalui bushing yang sesuai . Ada banyak desain ini , ukuran dan konstruksi tergantung pada tegangan lead . Bushing porselen dapat digunakan untuk mengisolasi lead , untuk transformator yang digunakan dalam tegangan moderat. Bushing berisi minyak atau kapasitif -jenis yang digunakan untuk transformator tegangan tinggi .

Pemilihan antara inti dan jenis shell dilakukan dengan membandingkan biaya karena karakteristik serupa dapat diperoleh dari kedua jenis . Kebanyakan produsen lebih suka menggunakan shell -jenis transformator untuk aplikasi tegangan tinggi atau untuk multi - berliku desain . Bila dibandingkan dengan jenis inti , jenis shell memiliki panjang lebih lama rata-rata turn coil . Parameter lain yang dibandingkan untuk pemilihan jenis transformator adalah rating tegangan , kilo volt ampere , berat badan , stres isolasi, distribusi panas dan sebagainya.

3.PERHITUNGAN TRAFO

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)

Pada skema transformator di samping, 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. 

 

Hubungan antara tegangan primer, jumlah lilitan primer, tegangan sekunder, dan jumlah lilitan sekunder, dapat dinyatakan dalam persamaan:

Keterangan :
Vp = tegangan primer (volt)
Vs = tegangan sekunder (volt)
Np = jumlah lilitan primer
Ns = jumlah lilitan sekunder 

A.    Simbol Transformator

Berdasarkan perbandingan antara jumlah lilitan primer dan jumlah lilitan skunder transformator ada dua jenis yaitu:

1. 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).
2. 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).

Pada transformator (trafo) besarnya tegangan yang dikeluarkan oleh kumparan sekunder adalah:

1. Sebanding dengan banyaknya lilitan sekunder (Vs ~ Ns).
2. Sebanding dengan besarnya tegangan primer ( VS ~ VP).
3. Berbanding terbalik dengan banyaknya lilitan primer,

 Sehingga dapat dituliskan:

Transformator (trafo) digunakan pada peralatan listrik terutama yang memerlukan perubahan atau penyesuaian besarnya tegangan bolak-balik. Misal radio memerlukan tegangan 12 volt padahal listrik dari PLN 220 volt, maka diperlukan transformator untuk mengubah tegangan listrik bolak-balik 220 volt menjadi tegangan listrik bolak-balik 12 volt. Contoh alat listrik yang memerlukan transformator adalah: TV, komputer, mesin foto kopi, gardu listrik dan sebagainya.

Penyelesaian:
Diketahui:       Vp = 220 V
                        Vs = 10 V
                        N_p = 1100 lilitan

Ditanyakan:     Ns = ........... ?

Jawab:
              

Jadi, banyaknya lilitan sekunder adalah 50 lilitan

Efesiensi 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:

Contoh cara menghitung daya transformator:

Sebuah transformator mempunyai efisiensi 80%. Jika lilitan primer dihubungkan dengan tegangan 200 V dan mengalir kuat arus listrik 5 A,
Tentukan:

 a. daya primer, 

b. daya sekunder

Penyelesaian:
Diketahui : 

Ditanyakan:
a. Pp = ........... ?
b. Ps = ........... ?

Jawab: 

a. 

Jadi, daya primer transformator 1000 watt. 

b.

Jadi, daya sekunder transformator 800 watt.

4. TRAFO 1 PHASE

Prinsip kerja dari sebuah transformator pada umumnya 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).

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.

Hubungan antara tegangan primer, jumlah lilitan primer, tegangan sekunder, dan jumlah lilitan sekunder, dapat dinyatakan dalam persamaan:

Dimana:           Vp= tegangan primer (volt) 

Vs = tegangan sekunder (volt) 

Np = jumlah lilitan primer 

Ns = jumlah lilitan sekunder 

Prinsip kerja trafo 1 fasa adalah apabila kumparan primer dihubungkan dengan tegangan (sumber), maka akan mengalir arus bolak balik I₁ pada kumparan tersebut. Oleh karena kumparan menpunyai inti, arus I₁, menimbulkan fluks magnet yang juga berubah – ubah, pada intinya.Akibat adanya fluks magnet yang berubah –ubah, pada kumparan primer akan timbul GGL induksi ep. Untuk mencari GGL yang dibangkitkan maka persamaan yang digunakan:

Kontruksi Trafo 1 Fasa

Dalam keadaan sederhana transformator mempunyai bagian-bagian sebagai berikut :

1.      Kumparan Primer yaitu kumparan trafo yang dihubungkan ke sumber tegangan.

2.      Kumparan Sekunder yaitu kumparan trafo yang dihubungkan dengan beban.

3.      Inti yang dibuat dari lapisanplat dinamo.

Bagian Inti Trafo

Fungsi utama inti trafo adalah sebagai jalan atau penghantar garis-garis gaya magnit. Karena fluksi magnet yang mengalir pada inti trafo adalah fluksi bolak-balik, untuk itu diperlukan persyaratan agar kerugian histerisis dan arus pusar dapat ditekan sekecil mungkin. Untuk itu biasanya inti trafo dibuat dari bahan plat baja silikon dengan kadar silikonnya 4-5% dengan ketebalan 0,3 s/d 0,5mm.

Dipasaran tersedia bermacam-macam bentuk bentuk inti trafo dalam bermacam ukuran.Yang perlu diperhatikan disini adalah cara penyusunan pelat-pelat inti trafo, harus diusahakan serapat mungkin, sehingga tidak ada celah udara.

Untuk trafo satu fasa tersedia inti :

         Bentuk Core ( UI ) : efesiensinya rendah

         Bentuk Shell ( EI ) : efesiensinya dapat mencapai 80-90%

Yang dapat digunakan adalah inti yang tebalnya 0,5mm yang pada kerapatan fluksi (B)= 1Wb/m², mempunyai kerugian besi (Pf)=2,3watt/kg.

Luas Penampang Inti Trafo

Luas penampang inti trafo akan menentukan daya trafo. Jadi semakin luas penampang suatu trafo akan mempunyai kapasitas daya yang semakin besar pula. Luas penampang inti trafo harus mampu mengalirkan fluksi magnit seluruhnya tanpa menimbulkan panas yang berlebihan. Untuk menentukan luas penampang inti yang diperlukan ,dapat digunakan rumus emperis sebagai berikut :

Dimana:           A = Luas penampang dalam satuan cm²

P = Daya out put trafo dalam Volt Amper

f = frekvensi (Hz) 

Karena inti trafo berupa plat plat tipis untuk mencapai luas penampang tertentu, harus disusun berlapis-lapis. Penampang inti trafo dapat berbentuk bujur sangkar atau empat persegi panjang .apabila luas penampang inti telah diketahui dan lebar inti sudah di pilih maka jumlah plat inti trafo dapat di hitung yaitu :

·                Berat inti = volume bersih inti x berat jenis inti

·                dimana berat jenis inti = 7,8.

Untuk inti bentuk shell [ EI ] ukuran luas inti di tentukan lebar kaki tengahnya. Dipasaran tersedia bermacam-macam ukuran antara lain E25 , E32 , E38 , E44 dan seterusnya. Angka dibelakang huruf E menunjukkan lebar kaki tengah inti , sedangkan huruf E menandakan bentuk shell.

5. TRAFO 3 PHASE

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).

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.

Konfigurasi Transformator 3 fasa:

·         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)

·         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 pdisebut 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.

·         Transformator hubungan seitiga – 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

·         Transformatot hubungan segitiga terbuka (open delta)

Hubungan open-delta ini untuk merubah tegangan sistem 3 fasa dengan menggunakan hanya 2 transformator yang dihubungkan secara open–delta.Rangkaian open–delta adalah identik dengan rangkaian delta–delta, kecuali bahwa satu transformer tidak ada. Bagaimanapun, hubungan open-delta jarang digunakan sebab hanya mampu dibebani sebesar 86.6% (0,577 x 3 x rating trafo) dari kapasitas transformator yang terpasang.

Gambar 7.Hubungan Open Delta.

Sebagai contoh, jika 2 transformator 50 kVA dihubungkan secara open–delta, kapasitas transformator bank yang terpasang adalah jelas 2x50 = 100kVA. karen terhubung open-delta, maka transformator hanya dapat dibebani 86.6 kVA sebelum transformator mulai menjadi overheat (panas berlebih). Hubungan open–delta utamanya digunakan dalam situasi darurat. Maka, jika 3 transformator dihubungkan secara delta–delta dan salah satunya rusak dan harus diperbaiki/dipindahkan, maka hal ini memungkinkan

·         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°.

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.

BAB III. PENUTUP

KESIMPULAN

Kesimpulan yang dapat di ambil adalah, bahwa transformator merupakan komponen elektronik yang berfungsi untuk menyalurkan tenaga/ daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya (mentransformasikan tegangan). Sebuah transformator terdiri dari dua atau lebih lilitan yang saling dikaitkan medan magnet bersama.

Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik.Tegangan masukan bolak-balik yang membentangi primer menimbulkan fluks magnet yang idealnya semua bersambung dengan lilitan sekunder.Fluks bolak-balik ini menginduksikan GGL dalam lilitan sekunder. Jika efisiensi sempurna, semua daya pada lilitan primer akan dilimpahkan ke lilitan sekunder.