bab ii transformator - Universitas Sumatera Utara

BAB II
TRANSFORMATOR
2.1 Umum
Transformator merupakan suatu alat listrik statis, yang dipergunakan untuk
memindahkan daya dari suatu rangkaian ke rangkaian lain, dengan mengubah
tegangan, tanpa mengubah frekuensi. Pada umumnya transformator terdiri atas
sebuah inti yang terbuat dari besi berlapis, dan dua buah kumparan yaitu
kumparan perimer dan kumparan sekunder. Kedua kumparan ini tidak terhubung
secara langsung. Satu-satunya hubungan antara kedua kumparan adalah fluks
magnetik bersama yang terdapat dalam inti. Kumparan primer transformator
dihubungkan
ke
sumber
daya
listrik
bolak-balik
dan
kumparan
sekunderdihubungkan ke beban dan jika terdapat kumparan ketiga, kumparan
tersebut dinamakan kumparan tersier. Rasio perubahan tegangan tergantung pada
rasio jumlah lilitan pada kedua kumparan transformator.
Penggunaan transformator dalam bidang tenaga listrik sangat luas.
Penggunaan transformator dalam sistem tenaga yang sangat sederhana dan andal
merupakan salah satu alasan penting dalam pemakaiannya dalam penyaluran
tenaga listrik arus bolak-balik, karena arus bolak–balik sangat banyak
dipergunakan untuk pembangkitan dan penyaluran tenaga listrik. Pada penyaluran
tenaga listrik terjadi kerugian sebesar I2R watt, kerugian ini akan banyak
berkurang apabila tegangan dinaikkan. Dengan demikian saluran-saluran tenaga
listrik senantiasa mempergunakan tegangan yang tinggi.
2.2 Konstruksi Transformator
Pada dasarnya transformator terdiri atas kumparan primer dan kumparan
sekunder yang dibelitkan pada inti ferromagnetik.Transformator terdiri dari
beberapa bagian utama yaitu :
5
Universitas Sumatera Utara
2.2.1
Inti Besi
Inti besi dibentuk dari lempengan – lempengan besi tipis berisolasi yangdi
susun sedemikian rupa untuk mengurangi panas yang ditimbulkan oleh rugi arus
eddy.Inti besi digunakan sebagai media jalannya flux yang timbul akibat induksi
arus bolakbalik pada kumparan yang mengelilingi inti besi sehingga dapat
menginduksi kembali kekumparan yang lain.
2.2.2 Winding/ Kumparan
Pada suatu transformator terdapat lilitan kawat berisolasi yang membentuk
suatukumparan. Kumparan transformator terdiri darikumparan primer dan
kumparan sekunder yangdiisolasi baik terhadap inti besi maupun terhadap antar
kumparan dengan isolasi padat.Kumparan transformator digunakan sebagai alat
transformasi tegangan dan arus. Kumparanterdiri dari batang tembaga berisolasi
yang mengelilingi inti besi, dimana saat arus bolak balikmengalir pada belitan
tembaga tersebut, inti besi akan terinduksi dan menimbulkan fluxmagnetik.
Kerja transformator yang berdasarkan induksi elektromagnet, menghendaki
adanyagandengan magnet antara rangkaian primer dan sekunder. Gandengan
magnet ini berupa intibesi tempat melakukan fluks bersama. Berdasarkan cara
melilitkan kumparan pada inti, dikenaldua macam transformator, yaitu tipe inti
(core) dan tipe cangkang (shell).
2.2.3 Bushing
Hubungan antara kumparan transformator ke jaringan luar melalui sebuah
busing yaitu sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator, yang sekaligus
berfungsi
sebagai
penyekat
antara
konduktor
tersebut
dengan
tangki
transformator.Terdapat empat bagian utama penyususn bushing yaitu isolasi,
konduktor,klem koneksi, dan asesoris. Isolasi pada bushing terdiri dari dua jenis
yaitu oil impregnatedpaper dan resin mpregnated paper.
6
Universitas Sumatera Utara
2.2.4 Tangki Konservator
Saat terjadi kenaikan suhu operasi pada transformator, minyak isolasi akan
memuaisehingga volumenya bertambah. Sebaliknya saat terjadi penurunan suhu
operasi, maka minyakakan menyusut dan volume minyak turun. Konservator
digunakan untuk menampung minyakpada saat transformator mengalamui
kenaikan suhu.Seiring dengan naik turunnya volume minyak di konservator akibat
pemuaian dan penyusutanminyak, volume udara didalam konservator pun akan
bertambah dan berkurang. Penambahanatau pembuangan udara didalam
konservator akan berhubungan dengan udara luar. Agarminyak isolasi
transformator tidak terkontaminasi oleh kelembaban dan oksigen dari luar,maka
udara yang akan masuk kedalam konservator akan difilter melalui silicagel.
2.2.5 Minyak & Kertas Isolasi
Minyak isolasi pada transformator digunakan sebagai media isolasi,
pendingin danpelindung belitan dari peristiwa oksidasi. Minyak isolasi
transformator merupakan minyak mineral. Ada tiga jenis minyak trafo, yaitu
parafinik, napthanik dan aromatik. Ketiga jenisminyak dasar tersebut tidak boleh
dilakukan pencampuran karena memiliki sifat fisik dan sifatkimia yang berbeda.
Tabel 2.1 adalah standart IEC 60422 tentang batasan-batasan minimum untuk
minyak isolasi yang baru dimasukan kedalam peralatansebelum di-energize.
Tabel 2.1 Batasan minyak isolasi yang baru dimasukkan kedalamperalatan
sebelum di-energize
Highest voltage equipment
Property
Appearance
kV
<72.5
72.5 to 170
>170
Max. 2.0
Max. 2.0
Max. 2.0
Breakdown Voltage (kV)
>55
>60
>60
Water content (mg/kg)0
20𝑑
Colour (on scale given in ISO
2049)
Acidity (mg KOH/g)
Max. 0.03
<10
Max. 0.03
Max. 0.03
7
Universitas Sumatera Utara
Highest voltage equipment
Property
Dielectric dissipation factor
kV
Max. 0.015
Max. 0.015
Max.
at 900 and 40 Hz to 60 Hz
Resistivity at t 900 C (GΩm)
0.010
Min. 60
Oxidation stability
Interfacial tension (mN/m)
Min. 60
As specified IEC 60296
Min. 35
Total PCB content (mg/kg)
Particles
Min. 60
Min. 35
Min. 35
Not detectable (<2 total)
-
-
See Table
8 1𝑑
2.2.6 Pendingin
Sebagai instalasi tenaga listrik yang dialiri arus maka pada transformator
akan terjadipanas yang sebanding dengan arus yang mengalir serta temperatur
udara disekelilingtransformator tersebut. Jika temperatur luar cukup tinggi dan
beban transformator juga tinggimaka transformator akan beroperasi dengan
temperatur yang tinggi pula.
Untuk mengatasi haltersebut transformator perlu dilengkapi dengan sistim
pendingin yang bisa memanfaatkan sifatalamiah dari cairan pendingin dan dengan
cara mensirkulasikan secara teknis, baik yangmenggunakan sistem radiator, siripsirip yang tipis berisi minyak dan dibantu denganhembusan angin dari kipas-kipas
sebagai pendingin yang dapat beroperasi secara otomatisberdasarkan pada setting
rele temperatur dan sirkulasi air yang bersinggungan dengan pipaminyak isolasi
panas.
Minyak isolasi transformator selain merupakan media isolasi juga
berfungsi sebagaipendingin. Pada saat minyak bersirkulasi, panas yang berasal
dari belitan akan dibawa olehminyak sesuai jalur sirkulasinya dan akan
didinginkan pada sirip – sirip radiator. Adapunproses pendinginan ini dapat
dibantu oleh adanya kipas dan pompa sirkulasi gunameningkatkan efisiensi
pendinginan. Pada Tabel 2.2 terdapat macam-macam pendingin yang digunakan
pada transformator.
8
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.2 Macam-Macam Pendingin pada Transformator
Media
No
Macam Sistem
Dalam
pendingin
Transformator
Diluar Transformator
Sirkulasi
Sirkulasi
Sirkulasi
Sirkulasi
Alamiah
Paksa
Alamiah
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
2.2.7 Tap Changer
Tap changer merupakan peralatan bantu pada transformator yang
digunakan untukmengatur tegangan keluaran yang sesuai dengan kebutuhan. Tap
changer transformator terdiridari dua jenis yaitu:
a. Off Load Tap Changer
Tipe tap changer yang dapat beroperasi hanya pada saat keadaan tidak
berbeban.Tipe off load tap changer hanyabisadioperasikansecara manual.
b. On Load Tap Changer
Tipe tap changer yang dapat beroperasi pada saat keadaan berbeban. Tipe
onload tap changer dapat dioperasikan secara manual dan otomatis.
9
Universitas Sumatera Utara
Pada Tabel 2.3 dibawah adalah data tap changer yang digunakan pada
transformator daya.
Tabel 2.3 Data Tap Changer Transformator Daya
High Voltage
Voltage
Current
Selector
Tapping
V
A
R
S
T
Position
+ 5.0
315000
476.5
A2-A3
B2-B3
C2-C3
I
+ 2.0
307500
500.4
A3-A4
B3-B4
C3-C4
II
Rate
300000
488.2
A4-A5
B4-B5
C4-C5
III
-2.5
292500
523.2
A5-A6
B5-B6
C5-C6
IV
-5.0
285000
526.7
A6-A7
B6-B7
C6-C7
V
Tapping
%
Low voltage
Voltage (V)
Current (A)
15750
9530.8
Tap changer terdiri dari :
a) Selector Switch
Merupakan rangkaian mekanis yang terdiri dari terminal terminal untuk
menentukan posisi tapatau ratio belitan primer
b) Diverter Switch
Merupakan rangkaian mekanis yang dirancang untukmelakukan kontak
atau melepaskan kontak dengan kecepatan yang tinggi.
c) Tahanan transisi
Merupakan tahanan sementara yang akan dilewati arus primer pada saat
perubahan tap.
2.2.8 Indikator
Pada transformator terdapat indiator yang digunakan untuk mengawasi
transformatorselama beroperasi.
Beberapa indikator
yang terdapat
pada
transformator yaitu:
10
Universitas Sumatera Utara
1. Temperatur minyak.Temperatur minyak digunakan untuk mengetahui
besar suhu panas yang dialami minyak transformator. Temperatur minyak
juga berfungsi sebagai indikator untukmenghentikan sistem pendingin
ONAF.
2. Temperatur belitan. Temperatur minyak digunakan untuk mengetahui
besar suhupanas yang di alami belitan transformator. Temperatur belitan
juga berfungsi sebagai indicatoruntuk mengaktifkan sistem pendingin
ONAF.
2.2.9 NGR (Neutral Grounding Resistant)
Salah satu metoda pentanahan adalah dengan menggunakan NGR. NGR
adalah sebuahtahanan yang dipasang serial dengan neutral sekunder pada
transformator sebelum terhubungke ground/tanah. Tujuan dipasangnya NGR
adalah untuk mengontrol besarnya arus gangguanyang mengalir dari sisi neutral
ke tanah.
Ada dua jenis NGR, Liquid dan Solid
A. Liquid
Dimana resistornya menggunakan larutan air murni yang ditampung
didalambejana dan ditambahkan garam (NaCl) untuk mendapatkan nilai
resistansi yangdiinginkan.
B. Solid
Sedangkan NGR jenis padat terbuat dari Stainless Steel, FeCrAl, Cast
Iron,Copper Nickel atau Nichrome yang diatur sesuai nilai tahanannya.
2.3 Tipe Konstruksi Transformator
Konstruksi transformator daya terdiri atas 2 tipe, yaitu tipe inti I (Core Type)
dan tipe cangkang (Shell Type). Kedua tipe ini menggunakan inti berlaminasi
yang terisolasi satu dengan yang lainnya. Hal ini berguna untukmengurangi rugirugi akibat arus Eddy (arus pusar).
11
Universitas Sumatera Utara
2.3.1 Transformator Tipe Inti (Core form)
Transformator tipe inti dibentuk dari lapisan besi berisolasi berbentuk persegi
dengan kumparan transformasinya dibelitkan pada dua sisi persegi. Pada
konstruksi tipe ini, kumparan dililitkan mengelilingi inti besi seperti yang
ditunjukkan pada Gambar 2.1. dan konstruksi intinya pada umumnya berbentuk
huruf L, huruf U
Gambar 2.1 Konstruksi TransformatorTtipe Inti ( core form )
2.3.2
Transformator Tipe Cangkang ( Shell form )
Jenis konstruksi transformator yang kedua yaitu tipe cangkang yang
dibentukdarilapisan inti berisolasi, dan kumparan dibelitkan di pusat inti.Pada
transformator ini, kumparan atau belitan transformator dikelilingi oleh inti, seperti
yang ditunjukkan pada Gambar 2.2. Umumnya konstruksi intinya berbentuk huruf
E, huruf I, huruf F
Gambar 2.2 Transformator Tipe Cangkang ( shell form )
12
Universitas Sumatera Utara
2.4 Prinsip KerjaTransformator
Skematik Diagram Transformator 1 Fasa dapat dilihat pada Gambar 2.3 berikut :
Gambar 2.3Skematik Diagram Transformator 1 Fasa
Keterangan gambar 2.3 yaitu:
N1 = Jumlah lilitan sisi primer
V2 = Tegangan output (volt)
N2 = Jumlah lilitan sisi sekunder
V1 = Tagangan input (volt)
E1 = GGL efektif sisi primer (volt)
Φ = Fluksi magnet
E2 = GGL efektif sisi sekunder (volt)
Berikut
uraian
prinsip
kerja
transformator
menggunakan
prinsip
induksielektromagnetik :
1. Tegangan bolak – balik V1 diberikan pada belitan N1, maka pada belitan
N1 akan mengalir I1.
2. Arus bolak balik I1 yang mengalir pada belitan N1 akan menghasilkan gaya
gerak magnet pada belitan, yang akan menghasilkan fluks bolak balik
dalam inti besi.
3. Akibat timbulnya fluks bolak balik di dalam inti besi, maka akan
menghasilkan gaya gerak listrik sebesar (E1).
4. Akibat adanya fluks di N1 maka N1 terinduksi (self induction) dan terjadi
pula induksi di kumparan sekunder N2 karena pengaruh induksi dari
kumparan primer N1 (mutual induction) yang menyebabkan timbulnya
fluks magnet dikumparan sekunder.
13
Universitas Sumatera Utara
5. Jika belitan N2 dihubungkan ke beban, maka pada N2 timbul I2 akibat E2.
Hal ini mengakibatkan timbulnya gaya gerak magnet pada N2 dan
akibatnya pada beban timbul V2.
Sehingga energi listrik dapat ditransfer keseluruhan (secara magnetisasi ).
e = -N
𝑑∅
𝑑𝑡
...............................................................................................(2.1)
Dimana : e = gaya gerak listrik ( ggl ) [ volt ]
N = jumlah lilitan
d∅
dt
= perubahan fluks magnet ϕ
2.5 Rangkaian Ekivalen Transformator
Fluks yang dihasilkan oleh arus pemagnetan Im tidak seluruhnya
merupakanfluks bersama (ФM), sebagian mencakup kumparan pimer (Ф1) atau
mencakupkumparan sekunder saja (Ф2) dalam model rangkaian ekivalen yang
dipakai untukmenganalisis kerja suatu transformator, adanya fluks bocor Ф1
dengan mengalamiproses transformasi dapat ditunjukan sebagai reaktansi X1 dan
fluks bocor Ф2 denganmengalami proses transformasi dapat ditunjukan sebagai
reaktansi X2 sedang rugitahanan ditunjukan dengan R1 dan R2, dengan demikian
model rangkaian dapatdituliskan seperti Gambar 2.4.
Gambar 2.4Gambar Rangkaian Transformator Ideal
Dari rangkaian transformator ideal diatas dapat dibuat diagram vektornya seperti
Gambar 2.5 berikut,
14
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.5 Diagram Vektor Model Rangkaian Transformator Ideal
Dari diagram vektor diatas dapat pula diketahui hubungan penjumlahan vektor
yaitu :
V1 = I1R1 + I1X1 + E1
E2 = I2R2 + I2X2 + V2
E1/E2 = N1/N2 = a atau E1 = a E2, hingga
E1 = a (I2R2 + I2X2 + V2)
Maka :
V1 = I1R1 + I1X1 + a (I2R2 + I2X2 + V2)
V1 = I1R1 + I1X1 + a I2R2 + a I2X2 + a V2
Karena
I'2/I2 = N2/N1 = 1/a atau I2= aI'2
Maka:
V1 = I1R1 + I1X1+ a (a I'2R2) + a (a I'2X2) + a V2
V1 = I1R1 + I1X1+ a2 I'2R2 + a2 I'2X2 + a V2
V1 = I1R1 + I1X1+ I'2 (a2 R2 + a2 X2) + a V2 (Volt)....................(2.2)
Dari rangkaian transformator ideal diatas, apabila semua nilai parameter
sekunderdinyatakan pada sisi rangkaian primer, harganya perlu dikalikan dengan
faktor a2,dimana X'2 = X2 a2 , R'2 = R2 a2 , dan I'2 = I2, maka dapat rangkainnya
menjadi seperti ditunjukkan Gambar 2.6 dibawah.
15
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.6 Gambar Rangkaian Ekivalen Transformator
Untuk memudahkan perhitungan, model rangkaian ekivalen transformatortersebut
dapat diubah menjadi seperti gambar 2.7 dibawah ini :
Gambar 2.7 Penyederhanaan Rangkaian Ekivalen Transformator
Dari hasil penyederhanaan rangkaian ekivalen transformator seperti terlihat pada
Gambar 2.7, maka dapat dibuat diagram vektornya seperti Gambar 2.8 dibawah.
Gambar 2.8 Diagram Vektor Parameter Sekunder pada Rangkaian Primer
Gambar 2.8 di atas dapat di sederhanakan dengan menggunakan Rek dan
Xekyang dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini :
Rek = R1 + a2R2 (Ohm)
Xek = X1 + a2X2 (Ohm) ..............................................................................(2.3)
16
Universitas Sumatera Utara
Dengan menggunakan persamaan 2.3, maka rangkaian ekivalen transformator
menjadi seperti ditunjukkan pada Gambar 2.9.
Gambar 2.9 Hasil Akhir Penyederhanaan Rangkaian Ekivalen Transformator
Parameter
transformator
yang
terdapat
pada
model
rangkaian
(rangkaianekivalen) Rc, Xm, Rek dan Xekdapat ditentukan besarnya dengan dua
macampengukuran yaitu pengukuran beban nol dan pengukuran hubungan
singkat.
2.6 Transformator Tanpa Beban.
Bila kumparan primer suatu transformator dihubungkan dengan sumber
tegangan V1yang sinusoid, akan mengalirkan arus primer I0 yang juga sinusoid
dan dengan menganggapbelitan N1 reaktif murni, I0 akan tertinggal 900 dari V1.
Adapun brangkaian transformator ideal dengan vektornya ditunjukkan Gambar
2.10.
Gambar 2.10Transformator Tanpa Beban
Arus primer I0 menimbulkan fluks (Ф) yang sefasa dan juga berbentuk sinusoid.
17
Universitas Sumatera Utara
Ф = Фmaxsin ωt
Fluks yang sinusoid ini akan menghasilkan tegangan induksi e1
𝑑Ø
E2 =−𝑁 𝑑𝑡
= -N
𝑑(Ф max.sin 𝜔𝑡)
𝑑𝑡
= -N1.𝜔. Ø max. cos𝜔t (tertinggal 900 dari Ф)
Harga efektifnya
E2 =
𝑁1.2 𝑝ℎ𝑖.𝑓Ø𝑚𝑎𝑘𝑠
= 4.44 N1 f Ømax
√2
Pada rangkaian sekunder, fluks (Ф) bersama tadi menimbulkan
𝑑Ø
E2 = - N2 𝑑𝑡
E2= -N2.𝜔. Ø max. cos𝜔t
E2=4.44 N2f Ø max
Sehingga :
𝐸1 𝑁1
=
𝐸2 𝑁2
Dengan Mengabaikan rugi tahanan dan adanya fluks bocor
𝐸1 V1 𝑁1
=
= ɑ; .........................................................................................(2.4)
=
𝐸2 V2 𝑁2
dimana a = perbandingan transformasi
Dalam hal ini tegangan induksi E1 mempunyai besaran yang sama tetapi
berlawanan arahdengan tegangan sumber V1.
2.7 Transformator Dengan Beban
Konstruksi dari transformator berbeban dapat dilihat pada Gambar 2.11.
Apabila kumparan sekunder dihubungkan dengan beban ZL,I2 mengalir pada
kumparansekunder, dimana I2 = V2 / ZL , dengan θ2 = faktor kerja beban.Arus
beban
I2
ini
menimbulkan
Gaya
Gerak
Magnet
(ggm)
N2I2
yang
cenderungmenentang fluks bersama yang telah ada akibat arus pemagnetan IM.
18
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.11Transformator Berbeban
Agar fluks bersama itutidak berubah nilainya, pada kumparan primer harus
mengalir arus I2, yang menentang arusyang dibangkitkan oleh beban I2, sehingga
keseluruhan arus yang mengalir pada kumparanprimer menjadi :
I1= I0 +I2
Bila rugi besi diabaikan, maka I0= Im
I1= Im +I2
Untuk menjaga agar fluks tetap tidak berubah sebesar ggm yang dihasilkan oleh
aruspemagnetan IM saja, berlaku hubungan:
N1IM= N1I1- N2I2
N1IM= N1(IM+I2)- N2I2
Sehingga :
N1IM= N2I2
Karena nilai IM dianggap kecil, maka I2 =I1, jadi
N1IM= N2I2
𝐼1
𝐼2
=
𝑁2
𝑁1
=
1
ɑ
.................................................................................(2.5)
2.8 Transformator Tiga Fasa
Pada sistem tenaga listrik, umumnya menggunakan sistem tiga fasa. Pada
sistem tiga fasa, peneikan dan penurunan tegangan daat dilakukan dengan dua
cara yaitu :
(a) Menggunakan tiga unit transformator satu fasa.
(b) Menggunakan satu unit transformator tiga fasa.
19
Universitas Sumatera Utara
Transformator tiga fasa mempunyai inti dengan tiga kaki dan setiap kaki
mendukung belitan primer dan sekunder. Untuk penyaluran daya yang sama,
penggunaan satu unit transformator tiga fasa akan lebih ringan, lebih murah dan
lebih efisien dibandingkan dengan tiga unit transformator satu fasa. Aka tetapi
penggunaan tiga unit transformator satu fasa juga mempunyai beberapa kelebihan
dibandingkan dengan satu unit transformator tiga fasa.
Misalnya biaya awal yang lebih rendah, jika untuk sementara beban dapat
dilayani jika untuk sementara beban dapat dilayani dengan dua unit saja dan unit
ketiga ditambahkan jika penambahan beban telah terjadi. Terjadinya kerusakan
pada salah satu unit tidak mengharuskan pemutusan seluruh penyaluran daya.
Pemilihan cara mana yang lebih baik, tergantung dari berbagai pertimbangan
keadaan khusus . pada dasarnya kedua cara adalah sama.
2.8.1 Konstruksi Transformator Tiga Fasa
2.8.1.1 Konstruksi Dengan Menggunakan 3 Buah Transformator 1 fasa
Konstruksi ini mempunyai bentuk yang relatif kecil, ringan dan murah.
Apabila terjadi gangguan pada salah satu fasa cukup mengganti 1 transformator 1
fasa dan transformator yang lain tidak akan terganggu. Konstruksi ini dapat dilihat
pada Gambar 2.12:
Gambar 2.12Transformator Tiga Fasa Dengan Menggunakan Tiga Buah
Transformator Satu Fasa
20
Universitas Sumatera Utara
2.8.1.2 Konstruksi Dengan Menggunakan 3 Buah Belitan Primer, 3 Buah
Belitan Sekunder dan 1 Inti Besi
Konstruksi ini lebih umum digunakan, dikarenakan konstruksi ini lebih
mudah dalam hal instalasinya dibanding dengan konstruksi 3 buah transformator 1
fasa. Seperti halnya dengan transformator 1 fasa, konstruksi transformator 3 fasa
ini mempunyai 2 tipe juga yaitu tipe inti dan tipe cangkang. Konstruksi ini dapat
dilihat pada Gambar 2.13 dan Gambar 2.14 berikut :
Gambar 2.13Transformator Dengan Tiga Buah Belitan Primer Tipe Cangkang
(Shell Type)
Gambar 2.14Tiga Buah Belitan Sekunder Dan Satu Inti Besi Tipe Inti
(Core Type)
2.9 Hubungan Belitan Tranformator
Pada prinsipnya metode atau cara merangkai belitan kumparan di sisi primer
dan sekunder Transformator, umumnya dikenal 3 cara untuk merangkainya, yaitu
hubungan bintang, hubungan delta, dan hubungan zig zag. Kombinasi dari ketiga
21
Universitas Sumatera Utara
cara menghubungankan transformator ini dikelompokkan menjadi tiga bagian
yaitu:
1. Transformator tiga fasa tanpa belitan tersier : primer-sekunder
2. Transformator tiga fasa dengan khusus
3. Transformator tiga fasa dengan belitan tersier: primer-sekunder-tersier
2.9.1. Transformator Tiga Fasa Tanpa Belitan Tersier (Primer-Sekunder)
Terdapat bermacam-macam kombinasi sambungan di dalam transformator 3
fasa. Kombinasi sambungan transformator tersebut dapat digunakan untuk
memindahkan daya dari daya 3 fasa ke daya 3 fasa, dari tiga fasa ke enam fasa,
dan sebagainya.Terdapat kombinasi sambungan transformator 3 fasa seperti
Gambar 2.15 yaitu:
(a)
(b)
(c)
Gambar 2.15skema belitan transformtor tiga fasa tanpa belitan tersier[5]
22
Universitas Sumatera Utara
Untuk
menghubungkan
belitan-belitan
suatu
transformator
dapat
dilakukan dengan berbagai kombinasi seperti ditunjukkan pada Tabel 2.4 berikut.
Tabel 2.4 Kombinasi Sambungan Transformator
Primer
Sekunder
Penulisan
Bintang
Bintang
Yy
Bintang
Segitiga
Yd
Bintang
Zig-zag
Yz
Segitiga
Bimtang
Dy
segitiga
Segitiga
Dd
Segitiga
Zig-zag
Dz
Dari bermacam-macam variasi kombinasi sambungan seperti tersebut diatas,
yang lazim digunakan sesuai dengan normalisasi adalah:
: sambungan bintang (Y) dan segitiga (∆)
Primer
Sekunder : sambungan bintang (Y) dan segitiga (∆) danzig-zag (Z)
A. Trafo 3 fasa Hubung Bintang Bintang (Y-Y)
Hubungan ini diperlihatkan gambar 2.16. tegangan line primer
samadengan √3 kali tegangan fasa primer dengan beda sudut fasa 300. Sedangkan
tegangan line sekunder sama dengan √3 kali tegangan fasa sekunder dengan beda
sudut fasa 300. Pada jenis ini ujung ujung pada masing masing terminal
dihubungkan secara bintang. Titik netral dijadikan menjadi satu. Fasor tegangan
fasa-fasa primer dan sekunder tidak terdapat perbedaan fasa.
Transformator hubungan bintang-bintang dapat dilihat pada Gambar 2.16.
Perbandingan tegangan fasa-fasa primer dengan sekundernya adalah :
𝑉𝐿𝑃
𝑉𝐿𝑆
𝑉
√3
𝐼
𝐼
1
= 𝑉𝐹𝑃√3 = 𝑎 ; 𝐼𝐿𝑃 = 𝐼𝐹𝑃 = 𝑎 …………………………………...(2.6)
𝐹𝑆
𝐿𝑆
𝐹𝑆
23
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.16 Trafo Hubungan Bintang Bintang
Jika beban pada rangkaian trafo tidak seimbang maka tegangan pada masingmasing fasa trafo menjadi tidak seimbang. Jika tegangan tiga fasa dihubungkan ke
trafo wye-wye, tegangan pada masing-masing fasa berbeda 120.Pada hubungan
ini terdapat tegangan harmonik ketiga akibat ketidaklinieran inti. Dimana besar
tegangan komponen harmonik ketiga lebih besar tegangan fundamental. Masalah
ini diatasi dengan netral trafo di groundkan, terutama titik netral sisi primer trafo.
Cara ini memungkinkan komponen harmonik ketiga mengalir pada netral.
Grounding netral juga memberi lintasan balik untuk arus tidak seimbang. Dapat
juga diatasi dengan menambah kumparan tersier yang dihubungkan delta. Belitan
deta akan menekan tegangan komponen harmonik ketiga.
B. Trafo Hubung Segitiga-Segitiga (Δ - Δ)
Pada jenis ini ujung fasa dihubungkan dengan ujung netral kumparan lain
yang secara keseluruhan akan terbentuk hubungan delta/segitiga. Hubungan ini
umumnya digunakan pada sistem yang menyalurkan arus besar pada tegangan
rendah dan yang paling utama saat keberlangsungan dari pelayanan harus
dipelihara meskipun salah satu fasa mengalami kegagalan. Perbandingan tegangan
fasa-fasa primer dengan sekundernya adalah :
𝑉𝐿𝑃
𝑉𝐿𝑆
𝑉
𝐼
= 𝑉𝐹𝑃 = a ; 𝐼𝐿𝑃 =
𝐹𝑆
𝐿𝑆
𝐼𝐹𝑃 √3
𝐼𝐹𝑆 √3
1
= 𝑎 …………………………………......(2.7)
24
Universitas Sumatera Utara
Bentuk belitan dari transformator hubungan delta-delta dapat dilihat pada Gambar
2.17.
Gambar 2.17 Trafo Hubungan Delta Delta
Kelebihan dari hubungan delta-delta ialah, tidak menimbulkan masalah yang
serius pada saat melayani beban tidak seimbang, tidak ada masalah gangguan
harmonisa ketiga pada tegangan, tidak ada perbedaan phasa antra sisi primer dan
sekunder. Hubungan antar belitan ini memiliki kelemahan yaitu, insulation
tegangan yang digunakan pada sisi primer dan sekunder harus lebih dari tegangan
line serta tidak tersedianya titik netral pada kedua sisi transformator.
C. Trafo Hubung Bintang Segi tiga ( Y - Δ)
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).Tegangan fasa-fasa pimer samadengan √3 kali tegangan fasa primer
dengan perbedaan sudut fasa 30o, sedangkan teganganfasa-fasa sekunder sama
dengan tegangan fasa sekunder. Perbandingan tegangan fasa-fasa primer dengan
sekundernya adalah :
𝑉𝐿𝑃
𝑉𝐿𝑆
=
𝑉𝐹𝑃 √3
𝑉𝐹𝑆
𝐼
= a√3 ; 𝐼𝐿𝑃 = 𝐼
𝐿𝑆
𝐼𝐹𝑃
𝐹𝑆
1
= 𝑎√3…………………………….....(2.8)
√3
Bentuk belitan dari transformator hubungan segitiga-delta dapat dilihat pada
Gambar 2.18.
25
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.18 Trafo Hubungan Bintang Delta
Kelebihan dari hubunganini ialah, tidak ada masalah yang serius pada saat
melayani beban yang tidak seimbang karena hubungan delta pada sisi sekunder
akan mendistribusikan beban tidak seimbang tersebut pada masing-masing
phasa.Masalah harmonisa ketiga pada tegangan disisi sekunder dapat dihapus
karena telah disirkulasikan melalui hubungan delta disisi sekunder. Sedangkan
kekurangan dari hubungan belitan ini adalah tegangan pada sisi sekunder
mengalami pergeseran phasa
terhadap sisi primer, sehingga apabila ingin
memparalel trafo dengan hubungan Wye-Delta (Y-Δ) ini maka harus diperhatikan
kesamaan vektor diagram transformator yang akan diparalel tersebut.
D. Trafo Hubungan Segitiga Bintang (Δ - Y)
Pada hubung ini, sisi primer trafo dirangkai secara delta sedangkan pada sisi
sekundernya merupakan rangkaian bintang sehingga pada sisi sekundernya
terdapat titik netral. Biasanya digunakan untuk menaikkan tegangan (Step -up)
pada awal sistem transmisi tegangan tinggi. Tegangan fasa-fasa pimer
samadengan tegangan fasa primer, sedangkan tegangan fasa-fasa sekunder sama
dengan √3 kali tegangan fasa sekunder dengan perbedaan sudut fasa 30o.
Perbandingan tegangan fasa-fasa primer dengan sekundernya adalah :
𝑉𝐿𝑃
𝑉𝐿𝑆
𝑉𝐹𝑃
=𝑉
𝐹𝑆 √3
𝑎
𝐼
= √3; 𝐼𝐿𝑃 =
𝐿𝑆
𝐼𝐹𝑃 √3
𝐼𝐹𝑆
=
√3
𝑎
…………………………………......(2.9)
Fasor tegangan fasa-fasa sekunder mendahului primer 30o.Bentuk belitan dari
transformator hubungan segitiga-bintang dapat dilihat pada Gambar 2.19.
26
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.19 Trafo Hubungan Segitiga Bintang
E. 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 Zigzag.Dalam hubungan Zig-zag sisi sekunder terdiri
atas enam kumparan yang dihubungkan secara khusus (lihat Gambar 2.20)
(a)
(b)
Gambar 2.20a.Trafo Hubungan Wye -Zig Zag
b.Trafo Hubungan Delta -Zig Zag
27
Universitas Sumatera Utara
2.9.2. Transformator Tiga Fasa Dengan Hubungan Khusus
A. Hubungan Open Delta
Ini dimungkinkan untuk mentransformasi sistem tegangan 3 fasa hanya
menggunakan 2 buah transformator yang terhubung secara open delta. Hubungan
open delta identik dengan hubungan delta delta tetapi salah satu trafo tidak
dipasang. Hubungan ini jarang digunakan karena kapasitas bebannya hanya 86.6
% dari kapasitas terpasangnya. Rangkaian transformator hubungan open delta
dapat dilihat pada Gambar 2.22.
Gambar 2.21 Trafo Hubungan open Delta / V – V
Kekurangan Hubungan ini adalah :

Faktor daya rata-rata, pada V - V beroperasi lebih kecil dari P.f beban, kira
kira 86,6% dari faktor daya beban seimbang.

Tegangan terminal sekunder cenderung tidak seimbang, apalagi saat beban
bertambah
B. Hubungan Open Wye- Open Delta
Hubungan Open Y - Open Δ diperlihatkan pada Gambar 2.22, ada
perbedaan dari hubungan V - V karena penghantar titik tengah pada sisi
primer dihubungkan ke netral (ground). Hubungan ini bisa digunakan pada
transformator distribusi.
28
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.22 Trafo hubungan Open Y open Delta
C. Hubungan Scott atau T – T
Transformator
ini
mempunyaicentre
taps
pada sisi
primer dan
sekundernya danmain transformer. Transformator yang lainnya mempunyai0,866
tap dan disebut teaser transformer . Salah satu ujung dari sisi primer dan sekunder
teaser
transformer
disatukan
transformer.TeaserTransformer
ke
Centre
Tapsdari
main
beroperasi hanya 0,866 dari kemampuan
tegangannya dan kumparan “ main transformer “ beroperasi pada Cos 30 ° =
0,866 p.f, yang ekuivalen dengan “ main transformer “ bekerja pada 86,6 % dari
kemampuan daya semunya. Bentuk dari hubungan scott atau T-T dapat dilihat
pada Gambar 2.23.
Gambar 2.23 Hubungan Scott atau T-T
2.9.3. Transformator Multibelitan
Transformers memiliki lebih dari dua kumparan digabungkan ke inti yang
sama yang sering digunakan dalam sistem tenaga dan sistem distribusi untuk
menghubungkan tiga atau lebih sirkuit dengan tegangan yang berbeda atau
mengisolasi dua atau lebih sirkuit sekunder secara elektrik. Untuk tujuan ini,
29
Universitas Sumatera Utara
transformator multibelitan lebih murah dan lebih efisien daripada jumlah setara
dengan transformator dua belitan. Susunan gulungan dapat bervariasi untuk
mengubah reaktansi bocor antar belitan. Dengan cara ini, regulasi tegangan dan
persyaratan arus hubung singkat dioptimalkan.
Berikut aplikasi penggunaan transformator multi belitan:
•
Interkoneksi beberapa sistem tenaga beroperasi pada tegangan yang berbeda.
•
Penggunaan hubungan delta menstabilkan belitan, yang juga dapat digunakan
untuk memasok beban eksternal.
•
Pengendalian regulasi tegangan dan daya reaktif.
•
Isolasi listrik dari sirkuit sekunder.
•
Duplikasi pasokan ke beban kritis
•
Connection untuk peralatan harmonik-filtering
•
Sebuah sumber daya tambahan di gardu
Beberapa
masalah
dengan
penggunaan
transformator
multibelitan
berhubungan dengan efek kebocoran impedansi pada peraturan tegangan, arus
hubung singkat, dan pembagian beban antar sirkuit yang berbeda. Semua
gulungan secara magnetis terhubung ke fluks bocor dan dipengaruhi oleh
pembeban pada gulungan lainnya. Oleh karena itu penting untuk memahami
perilaku
kebocoran
impedansi
transformator
jenis
ini,
sehingga
memudahkanperhitungan pengaturan tegangan dan beban masing-masing
kumparan.
Untuk transformator tiga belitan, kebocoran reaktansi antara setiap pasangan
lilitan harusdikonversi menjadi rangkaian bintang-setara. Transformator empat
belitan yang digabungkan ke inti yang sama tidak umum digunakan karena
ketergantungandari regulasi tegangan antar masing-masing belitan pada saat
pembebanan. Rangkaian ekivalen transformator empat belitan jauh lebih rumit,
melibatkan rangkaian
kompleks enamimpedansi
yang berbeda.
Setelah
pembebanan setiap belitan ditentukan, regulasi tegangan dan berbagi beban
dapatdihitung untuk setiap cabang impedansi dan antara terminal lilitan yang
berbeda[1].
30
Universitas Sumatera Utara
A. Transformator Tiga Fasa Dengan BelitanTersier (Primer-Sekunder Tersier)
Sebuah trafo terdiri atas kumparan primer dan kumparan sekunder. Selain
dari kumparan primer dan sekunder, dikenal sebagai kumparan tersier. Biasanya
transformator tiga fasa dengan tiga belitan terhubung bintang(wye) –
bintang(wye)- delta. Perbandingan tegangan antara wye dan delta adalah
sepertiga.Skema belitan pada transformator ditunjukkan Gambar 2.24.
Gambar 2.24skema belitan transformtor tiga fasa dengan belitan tersier
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). Cara
lain adalah dengan menyediakan setiap transformator dengan lilitan ke tiga, yang
disebut lilitan ” tersier”. Lilitan tersier untuk transformator tiga fasa dihubungkan
secara delta seperti ditunjukkan pada Gambar 2.25, 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.
31
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.25Diagram Trafo Dengan Belitan Tersier
Kumparan tersier digunakan dalam transformator daya listrik untuk :
1. Kumparan tersier terhubung dalam bentuk delta pada transformator 3
belitan berfungsi membantu dalam pembatasan arus gangguan dalam hal
hubungan pendek dari line ke netral.
2. Pada hubungan wye-wye, jika beban pada rangkaian trafo tidak seimbang
maka tegangan pada masing-masing fasa trafo menjadi tidak seimbang.
Dengan penambahan belitan delta, maka ketidakseimbangan dalam primer
karena ketidakseimbangan beban tiga fasa akan berkurang.
3. Hubungan delta pada belitan tersier dapat juga mengurangi arus gangguan.
Hal ini terjadi karena belitan delta mendistribusikannya kebeban secara
merata.
4. Belitan tersier juga membantu untuk menghubungkan sistem daya yang
berbeda yang beroperasi pada tegangan yang berbeda (transformator tiga
belitan membantu memberikan pasokan listrik di dua tegangan sekunder
yang berbeda, 170kV / 24kV / 12 kV transformator dapat mampu
memberikan tenaga pada dua level tegangan yang berbeda (24kV dan
12kV)
5. Dalam hubungan wye/wye, beban tidak seimbang bintang dapat
mengakibatkan perpindahan netral dan harmonik arus ketiga dapat
bersirkulasi antara line dan bumi. Kesulitan-kesulitan ini dapat diatasi
dengan menyediakan stabilitas hubungan delta (kumparan tersier) dengan
rating yang cukup untuk mengatasi arus gangguan hubung singkat.
32
Universitas Sumatera Utara
6. Kumparan tersier sering dipergunakan juga untuk penyambungan
peralatan bantu seperti kondensator synchrone, kapasitor shunt dan reactor
shunt untuk koreksi
faktor daya dan pengaturan tegangan.Mengatur
tegangan dan daya reaktif dari sistem dengan menyediakan kapasitor
sinkron terhubung ke salah satu terminal transformator
7. Belitan di trafo tiga fasa sebagai hubungan delta belitan tiga fase akan
menawarkan impedansi rendah untuk arus tiga fase
2.10 Rugi-Rugi & Efisiensi Transformator
Rugi-rugi yang terdapat pada transformator dimulai dari daya masukan pada sisi
masukan transformator hingga pada sisi keluaran transformator ditunjukkan pada
Gambar 2.26.
Gambar 2.26Diagram Rugi-Rugi dan Efisiensi Transformator
Rugi-rugi daya transformator berupa rugi inti ( rugi besi) dan rugi tembaga
yangterdapat pada kumparan primer, kumparan sekunder maupun tersier.Untuk
memperkecil rugi-rugitembaga harus diambil kawat tembaga yangpenampangnya
cukup besar untuk mengalirkanarus listrik yang diperlukan.
Pada keadaan tanpa beban, besarnya daya adalah :
P = V x I x cos Ø (MW)..............…...………………………………...……(2.10)
33
Universitas Sumatera Utara
Dimana cos Ø = faktor kerja
Dari Persamaan (2.10) diatas juga didapat
S=V x I(MVA)
Maka cos Ø =
𝑃(𝑊)
……………………..……………………………...........(2.11)
𝑆(𝑉𝐴)
A. Rugi Tembaga ( Pcu )
Karena kumparan transformator terbuat dari tembaga, maka rugi tembaga
pada transformator terjadi pada setiap kumparan. Kumparan primer, sekunder
maupun tersier dibuat dari gulungan kawat tembaga yang dilapisi oleh isolator
tipis yang disebut dengan enamel.
Umumnya kumparan dibuat dari gulungan kawat yang panjang. Gulungan
kawat panjang ini akan meningkatkan hambatan dalam kumparan. Pada saat
transformator dialiri arus listrik maka hambatan kumparan ini akan mengubah
arus lisrik menjadi panas sebesar i2R. Semakin besar harga R maka semakin besar
pula energi panas yang ditimbulkannya dalam kumparan.
Rugi tembaga adalah rugi tidak tetap ( variable losses ),dipengaruhi oleh
besarnya beban. Besarnya rugi tembaga yang dihasilkan adalah sebesar:
Pcu= I2x R………………………...……………...…………......(2.12)
Karena arus beban berubah-ubah, maka rugi tembaga juga tidak konstan,
bergantungpada beban. Besarnya rugi-rugi tembaga pada setiap perubahan beban
adalah kuadrat arus beban atau kuadrat daya semunya.
𝑆
2
Pt2 = (𝑆1 ) × Pt1…………………………………...….....................(2.13)
2
Keterangan:
Pt2 = Rugi-rugi tembaga pada saat pembebanan tertentu (kW)
Pt1= Rugi-rugi tembaga beban penuh (kW)
34
Universitas Sumatera Utara
S2 = Beban yang dioperasikan (MVA)
S1 = Dayaterpasang (MVA)
Kualitas kawat gulungan transformator mempengaruhi nilai rugi ini.
B. Rugi Besi ( Pi)
Sedangkan untuk rugi-rugi inti (rugi besi) dalam keadaan normal selalu
konstan tidaktergantung terhadap besarnya perubahan beban dan rugi ini dapat
dikelompokkan dalam duabagian yaitu :
1) Rugi Histeresis (Ph)
Rugi ini dapat terjadi disebabkan oleh gesekan molekul yang
melawan arah aliran gaya magnet didalam inti besi transformator. Gesekan
molekul ini menimbulkan panas. Panas yang berlebih dapat merusak
transformator.
Oleh
karena
itu
didalam
transformator
diberi
pendingin.Pendingin ini dapat berupa minyak transformator.
Gambar 2.27 kurva histerisis
Pada Gambar 2.27 diatas disumsikan titik a sebagai fluks di inti (dimulai
dari nol). Ketika besar arus dinaikan maka kerapatan fluks naik akibat naikknya
kuat medan magnet dan mencapai titik jenuh maka fluks menjadi ab. Ketika besar
arus diturunkan kembali maka fluks akan berubah mengikuti arus dengan arah
yang berbeda dari arah ab yaitu bcd (mencapai titik jenuh negatif). Ketika besar
arus dinaikkan kembali fluks menjadi deb. Terbentuknya kurva ini disebabkan
oleh magnet sisa (remanensi) yang terdapat pada inti akibat pemagnetisasi
35
Universitas Sumatera Utara
sebelumnya.Rugi ini akibat dari inti besi menerima fluksi bolak-balik, yang
dinyatakan denganpersamaan :
Ph = Kh .f .B1.6maks Watt......……………..…..……….................(2.14)
Keterangan:
Ph
= Rugiaruspusar [w/kg]
Kh
= Konstanta material inti
F
= frekuensi [Hz]
Bmax = Nilai puncak medan magnet [T]
2) Rugi Eddy Current(Pe)
Rugi Eddy Current terjadinya disebabkan arus pusar pada inti besi.
Kerugian karena eddy Current disebabkan oleh aliran sirkulasi arus yang
menginduksi logam. Hal ini disebabkan oleh aliran flux magnetik disekitar
inti besi. Karena umumnya inti besi transformator terbuat dari besi lunak
maka Eddy Current yang menginduksi inti besi akan semakin besar. Eddy
Current dapat menyebekan kerugian daya pada transformator karena pada
saat terjadi induksi energi listrik pada inti besi, maka sejumlah energi
listrik akan diubah menjadi energi panas.
Untuk mengurangi rugi eddy currrent (Pe), maka inti besi
transformator dibuat berlapis-lapis. Tujuan dibuatnnya inti besi berlapislapis adalah untuk memecah induksi eddy currrent (Pe) didalam inti besi.
Rugi Eddy currrent (Pe) dapatdinyatakan dengan persamaan berikut ini:
Pe = Ke . f .B2maks ………………………………..….................(2.15)
Keterangan:
Pe
= Rugiaruspusar [w/kg]
Ke
= Konstanta material inti
f
= frekuensi [Hz]
Bmax = Nilaipuncakmedan magnet [T]
36
Universitas Sumatera Utara
C. Efisiensi Transformator Tiga Fasa
Pada kenyataannya, transformator tidak pernah ideal. Jika transformatopr
dioperasikan , maka didalam transformator akan timbul energi kalor. Denga
demikian, energi listrik yang masuk kedalam kumparan primer akan selalu lebih
besar dari energi listrik yang keluar dari kumparan sekunder maupun kumparan
tersier. Akibatnya daya yang keluar lebih besar pada kumparan primer.
Berkurangnya daya dan energi listrik pada sebuah transformator ditentukan oleh
besarnya efisiensi transformator tersebut.
Efisiensi adalah perbandingan daya keluaran dan daya masukan. Atau dapat
dikatakan hasil bagi antara energi sekunder dengan energi primeryang dinyatakan
dalam persen. Untuk mencari efisiensi transformator, nilai primer dibawa ke
sekunder[3].Efisiensi transformator dinyatakan dalam η. Besar efisiensi dapat di
rumuskan sebagai berikut :
Efisiensi (η)
=
𝑃𝑜𝑢𝑡
𝑃𝑖𝑛
x100%
dimana Pout = V2 I2 cosθ2
Karena besar daya keluaran transformator dipengaruhi oleh rugi-rugi,
maka total daya masuk pada transformator adalah jumlah dari daya keluaran
transformator dengan rugi-rugi transformator.
Pin = Pout + Rugi-Rugi
Pin = V2 I2 cosθ2+ Pcu + Pi
Pin = V2 I2 cosθ2+ I22 Rc2 + Pi
Maka besar nilai efisiensi transformator dapar dihitung melalui persamaan
berikut:
η=
V2 I2 cosθ2
V2 I2 cosθ2 +I22 Rc2+Pi
×100%.............................................(2.16)
Dimana :
η = Efisiensi
V2 = Tegangan Keluaran Transformator (Volt)
37
Universitas Sumatera Utara
I2 = Arus Keluaran Transformator (Ampere)
Cosθ2 = Faktor Daya Beban
RC2 = Tahanan Total Tembaga (Ohm)
Pcu = Rugi-Rugi Tembaga (Watt)
Pi = Rugi-Rugi Inti (Watt)
Jika dimisalkan daya keluaran V2 I2 cosθ2 dan rugi-rugi adalah rugi besi
(Pi) sedangkan rugi tembaga (Pcu) dinyatakan dengan I2R2ek, maka efisiensi dapat
dinyatakan:
η=
V2 I2 cosθ2
V2 I2 cosθ2 +v22 R2ek +Pi
×100%
dengan dibagi I2 maka didapat :
η=
V2 I2 cosθ2
×100%
V2 I2 cosθ2 +v22 R2ek +Pi
I
2
agar efisiensi maksimum
𝑑
𝑑𝑙2
=( I2 R2ek +
Jadi R2ek =
𝑃𝑖
𝐼2
)= 0
𝑃𝑖
𝐼2
Pi = 𝐼22 R2ek = pcu..........................................................................................(2.17)
Dengan kata lain efisiensi pada transformator akan maksimum apabila
nilai dari rugi-rugi tembaga sama dengan rugi-rugi inti.
38
Universitas Sumatera Utara