TRANSFORMATOR DAYA

TRANSFORMATOR
TEKNIK TENAGA LISTRIK
TEKNIK MESIN
UNIVERSITAS GUNADARMA
07
TRANSFORMATOR
TRAFO 3 FASA
Tegangan Tinggi
TRAFO 1 FASA
Tegangan Menengah
Trafo Tegangan Rendah
Pengertian Transformator
• Alat listrik yang dapat memindahkan energi
listrik dengan merubah tingkat tegangan dari
suatu rangkaian listrik ke rangkaian listrik lain
melalui prinsip induksi magnetik tanpa merubah
frekuensi.
BAGIAN UTAMA TRANSFORMATOR
INTI BESI
Inti besi berfungsi untuk
mempermudah jalan fluksi, yang
ditimbulkan oleh arus listrik yang
melalui kumparan. Pada
transformator, inti besi dibuat dari
lempengan-lempengan besi tipis
yang berisolasi, untuk mengurangi
panas (sebagai rugi-rugi besi) yang
ditimbulkan oleh “Eddy Current”
KUMPARAN
Beberapa lilitan kawat
berisolasi akan
membentuk suatu
kumparan. Kumparan
tersebut di-isolasi, baik
terhadap inti besi
maupun terhadap
kumparan lain
disebelahnya dengan
isolasi padat, seperti
karton, pertinax.
MINYAK
TRANSFORMATOR
Sebagian besar trafo
tenaga, kumparankumparan dan intinya
direndam dalam minyak
trafo, terutama trafo-trafo
tenaga yang berkapasitas
besar, karena minyak trafo
mempunyai sifat sebagai
media pemindah panas (di
sirkulasi), dan bersifat
sebagai isolasi (daya
tegangan tembus tinggi),
sehingga minyak trafo
tersebut berfungsi sebagai
media pendingin dan
isolasi.
TANGKI
Pada umumnya bagianbagian dari trafo yang
terendam minyak trafo
berada
(ditempatkan)
dalam tangki. Untuk
menampung pemuaian
minyak trafo, tangki
dilengkapi
dengan
konservator.
BUSHING
Hubungan antara kumparan trafo ke jaringan luar melalui
sebuah bushing, yaitu sebuah konduktor yang diselubungi
oleh isolator, yang sekaligus berfungsi sebagai penyekat
antara konduktor tersebut dengan tangki trafo.
PERALATAN BANTU
PENDINGIN
TAP CHANGER
ALAT PERNAPASAN
PENGAMAN
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 (di dalam trafo), maka untuk mengurangi
kenaikan suhu yang berlebihan tersebut trafo
perlu dilengkapi dengan alat/system pendingin
untuk menyalurkan panas keluar trafo. Media
yang dipakai pada system pendingin dapat
berupa:udara/gas, minyak, dan air.Sedangkan
pengalirannya (sirkulasi) dapat dengan cara
alamiah (natural) atau tekanan/paksaan.
PENDINGIN
MEDIA
No
MACAM
PENDINGIN*
SISTEM
Dalam Trafo
Luar Trafo
Sirkulasi
Alamiah
Sirkulasi
Paksa
Sirkulasi
Alamiah
Sirkulasi
Paksa
1
AN
-
-
Udara
-
2
AF
-
-
-
Udara
3
ONAN
Minyak
-
Udara
-
4
ONAF
Minyak
-
-
Udara
5
OFAN
-
Minyak
Udara
-
6
OFAF
-
Minyak
-
Udara
7
OFWF
-
Minyak
-
Air
8
ONAN/ONAF
Kombinasi
3 dan 4
9
ONAN/OFAN
Kombinasi
3 dan 5
10
ONAN/OFAF
Kombinasi
3 dan 6
11
ONAN/OFWF
Kombinasi
3 dan 7
TAP CHANGER
Merupakan alat pengubah perbandingan
transformasi untuk mendapatkan tegangan
operasi sisi sekunder yang konstan/stabil
(diinginkan) dari tegangan jaringan/sisi primer
yang berubah-ubah. Tap changer dapat
dilakukan baik dalam keadaan berbeban (onload) atau dalam keadaan tak berbeban (off
load) tergantung pada jenisnya.
ALAT PERNAFASAN
Akibat 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 apabila suhu turun, minyak
menyusut maka udara luar akan masuk ke
dalam tangki.
PENGAMAN
Rele Bucholz untuk mendeteksi dan
mengamankan terhadap gangguan di
dalam trafo yang menimbulkan gas
PENGAMAN
• Rele Differensial pengaman trafo dari
gangguan hubung singkat di dalam trafo
Over Load
Load
% Over load
factor
10%
20%
30%
40%
50%
Jam
jam
jam
menit
menit
0.5
3
1.5
1
30
15
0.75
2
1
0.5
15
8
0.9
1
0.5
0.25
8
4
0
Suhu tertinggi terhadap isolasi transformator
yang diijinkan oleh VDE 0532
Kelas Isolasi
Bagian Minyak
LIilitan °C
A
A
E
B
F
H
60
76
75
85
110
135
PRINSIP KERJA TANSFORMATOR
• Keadaaan Transformator Tanpa beban
F
F
I0
N1
N2
E1
E2
I0
V1
Transformator tanpa beban
E1
Vektor transformator tanpa beban
Keadaan Tanpa Beban
Bila kumparan primer suatu
transformator dihubungkan
dengan sumber tegangan V1
yang
sinusoid,
akan
mengalirlah arus primer (Io)
yang juga sinusoid dan
dengan menganggap belitan
N1 reaktif murni, Io akan
tertinggal 90o dari V1 (lihat
gambar ). Arus primer Io
menimbulkan fluks (f) yang
sefasa dan juga berbentuk
sinusoid.
f = fmaks sin wt
Vektor transformator tanpa beban
Keadaan Tanpa Beban
• Fluks yang sinusoid ini akan menghasilkan tegangan
induksi e1 (Hukum Faraday). Fluks yang berubahubah memotong suatu kumparan maka pada
kumparan tersebut akan diinduksikan suatu tegangan
listrik :
df
e1   N 1
dt
d (fmaks sin wt )
e1   N1
  N1fmaks cos wt
dt
(tertinggal 90o dari f)
e1 : gaya gerak listrik (ggl) : tegangan induksi (VOLT)
Tegangan maksimum jika Cos(ωt) = 1, atau
• Nilai tegangan
Efektif (rms)
Keadaan Tanpa Beban
• Pada rangkaian sekunder, fluks (f) bersama tadi
menimbulkan
df
e2   N 2
dt
e2   N 2 wfm cos wt
E2  4,44 N 2 ffmaks
E1 N1

E2 N 2
Dengan mengabaikan rugi tahanan dan adanya fluks bocor,
E1 V1 N1


a
E2 V2 N 2
a = perbandingan transformasi
(rasio lilitan)
Dalam hai ini tegangan E1 mempunyai kebesaran yang sama tetapi
berlawanan arah dengan tegangan sumber V1.
Soal-soal
Soal 1
Sebuah trafo memiliki jumlah lilitan kumparan primer
1500 dan jumlah lilitan pada kumparan sekunder 500
hitunglah berapa rasio lilitan trafo tersebut. Bila pada sisi
primer diberi tegangan listrik AC 300 V, hitunglah
tegangan pada sisi sekunder bila fluks magnet primer dan
sekunder sama.
Jawab
Bila fluks medan magnet pada
sisi primer dan sekunder sama,
maka berlaku:
Soal 2.
a) Sebuah transformator mempunyai kumparan primer
dan sekunder masing-masing sebesar 1800 dan 1200
lilitan. Pada detik kelima terjadi fluks magnet sebesar
1,2 Wb dan pada detik ke 20 terjadi fluksi 2,8 Weber.
Berapa tegangan Induksi (sisi primer dan sisi skunder)
yang dihasilkan oleh trafo tersebut?
b) Bila trafo tersebut terjadi fluks magnet maksimum 4
Weber, menghasilkan frekuensi 60 Hz. Berapa
tegangan Induksi maksimum dan tegangan induksi
efektif (rms) yang dihasilkan oleh trafo tersebut?
Soal 3.
Jika Trafo menghasilkan tegangan induksi
sebesar 75 KV. Jika Fluks maksimum 1,2 Wb
dengan frekuensi 50 Hz. Berapa jumlah lilitan
primer pada trafo tersebut.
Keadaan Tanpa Beban
Arus Penguat
• Arus primer Io yang mengalir pada saat kumparan sekunder tidak dibebani
disebut arus penguat. Dalam kenyataannya arus primer Io bukanlah
merupakan arus induktif murni, hingga ia terdiri atas dua komponen:
(1) Komponen arus pemagnetan IM, yang menghasilkan fluks (f).
(2) Komponen arus rugi tembaga IC, menyatakan daya yang hilang akibat
adanya rugi histeris dan ‘arus eddy’.
IC sefasa dengan V1, dengan demikian hasil perkaliannya (IC x V1) merupakan
daya (watt) yang hilang
F
I0
V1
I0
IM
IC
Vektor hubungan fasor Io, IM dan IC
V1
RC
IC
IM
E1
Rangkain pengganti Io, IM dan IC
XM
Contoh soal :
• Suatu trafo diukur menghasilkan arus
magnetisasi sebesar 3 A, sedangkan arus rugi
histerisis sebesar 4 A. Hitunglah faktor daya trafo
tsb.
• Pada trafo mempunyai faktor daya 0,8. Terjadi
Arus rugi histerisis sebesar 8A. Berapa Arus
magnetisasinya?
• Pada trafo mempunyai faktor daya 0,65. Terjadi
Arus rugi histerisis sebesar 5A. Berapa Arus
magnetisasinya?
Contoh lagi
Sebuah transformator satu fasa mempunyai 480
lilitan primer dan 90 lilitan sekunder.
Jika harga Induksi magnet 1,1 T ketika tegangan
2200 V, 50 Hz diberikan kepada kumparan
primer, hitunglah:
(a) Luas penampang inti
(b) Tegangan sekunder tanpa beban
Keadaaan Transformator Berbeban
F1
F2
I1
I2
N1
V1
E1
N2
E2
ZL
V2
• Apabila kumparan sekunder dihubungkan dengan
beban ZL, I2 mengalir pada kumparan sekunder, di
mana I2 = V2/ZL .
Keadaaan Transformator Berbeban
• Arus beban I2 ini akan menimbulkan gaya gerak
magnet (ggm) N2 I2 yang cenderung menentang
fluks (f) bersama yang telah ada akibat arus
pemagnetan IM. Agar fluks bersama itu tidak
berubah nilainya, pada kumparan primer harus
mengalir arus I’2, yang menentang fluks yang
dibangkitkan oleh arus beban I2, hingga
keseluruhan arus yang mengalir pada primer
menjadi :
I1  I o  I '2
I o  I1  I '2
Keadaaan Transformator Berbeban
• Bila rugi besi diabaikan (IC diabaikan) maka Io = IM
I1 = IM + I’2
• Untuk menjaga agar fluks tetap tidak berubah sebesar ggm
yang dihasilkan oleh arus pemagnetan IM saja, berlaku
hubungan :
N1IM = N1I1 – N2I2
N1IM = N1(IM + I’2) – N2I2
Sehingga
N1I’2 = N2I2
• Karena nilai IM dianggap kecil maka I’2 = I1
N1I1 = N2I2 atau I1/I2 = N2/N1