aplikasi listrik magnet pada transformator
advertisement
APLIKASI LISTRIK MAGNET PADA TRANSFORMATOR 2012 APLIKASI LISTRIK MAGNET PADA TRANSFORMATOR OLEH : KOMANG SUARDIKA (0913021034) JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS PENDIDIKAN GANESHA TAHUN AJARAN 2012 APLIKASI LISTRIK MAGNET PADA TRANSFORMATOR 2012 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Saat ini tenaga listrik merupakan kebutuhan yang utama, baik untuk kehidupan sehari-hari maupun untuk kebutuhan industri. Penyediaan tenaga listrik yang stabil dan kontinyu merupakan syarat mutlak yang harus dipenuhi dalam memenuhi kebutuhan tenaga listrik. Dalam memenuhi kebutuhan tenaga listrik tersebut, diperlukan sebuah sistem distribusi yang mampu menyalurkan listrik dari sumber pembangkit menuju ke sasaran dengan mudah, cepat dan efisien. Salah satu instrument yang selama ini digunakan dalam sistem distribusi tersebut adalah transformator. Transformator merupakan bagian yang sangat terpenting dari suatu system pendistribusian tenaga listrik. Hal ini memanfaatkan prinsip kerja dari transformator yang mampu mengubah tegangan tinggi menjadi tegangan rendah atau sebaliknya. Dengan prinsip tersebut, tegangan yang sangat besar yang dihasilkan oleh pembangkit-pembangkit listrik dapat didistribusikan oleh transformator setelah melalui proses menurunkan tegangan sesuai dengan kebutuhan pelanggan, baik industri maupun perumahan. Dalam kehidupan nyata, transformator dapat ditemui hampir diberbagai tempat. Namun, jarang sekali masyarakat mengetahui apa itu transformator dan apa fungsinya. Oleh sebab itu, penulis berupaya mengangkat topik yang membahas secara detail tentang komponen-komponen dalam transformator hingga prinsip kerja dasar dalam sebuah transformator. 1.2. Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang diatas maka didapat rumusan masalah sebagai berikut : 1. Apakah pengertian dasar dari Transformator? Transformator Page 2 APLIKASI LISTRIK MAGNET PADA TRANSFORMATOR 2012 2. Apa saja komponen-komponen yang ada dalam transformator? 3. Bagaimana prinsip kerja transformator? 4. Bagaimanakah pengklasifikasian transformator? 1.3. Tujuan 1. Untuk menjelaskan pengertian dasar dari Transformator. 2. Untuk menjelaskan komponen-komponen yang ada dalam transformator. 3. Untuk menjelaskan prinsip kerja transformator. 4. Untuk menjelaskan pengklasifikasian transformator. 1.4. Manfaat Penulisan 1. Dapat mengetahui pengertian dasar dari Transformator. 2. Dapat mengetahui komponen-komponen yang ada dalam transformator. 3. Dapat mengetahui prinsip kerja transformator. 4. Dapat mengetahui pengklasifikasian transformator. Transformator Page 3 APLIKASI LISTRIK MAGNET PADA TRANSFORMATOR 2012 BAB II PEMBAHASAN I. Pengertian Transformator Transformator merupakan suatu peralatan listrik elektromagnetik statis yang berfungsi untuk memindahkan dan mengubah daya listrik dari suatu rangkaian listrik ke rangkaian listrik lainnya,dengan frekuensi yang sama dan perbandingan transformasi tertentu melalui suatu gandengan magnet dan bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetis,dimana perbandingan tegangan antara sisi primer dan sisi sekunder berbanding lurus dengan perbandingan jumlah lilitan dan berbanding terbalik dengan perbandingan arusnya. II. Komponen-Konponen Transformator Transformator terdiri dari 3 komponen pokok yaitu: kumparan pertama (primer) yang bertindak sebagai input, kumparan kedua (skunder) yang bertindak sebagai output, dan inti besi yang berfungsi untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan. Gambar 1. BagianBagian Transformator Gambar 2. Lambang Transformator A. Bagian Utama a) inti besi Transformator Page 4 APLIKASI LISTRIK MAGNET PADA TRANSFORMATOR 2012 berfungsi untuk mempermudah jalan fluksi, 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 “Eddy Current”. b) kumparan trafo Beberapa lilitan kawat berisolasi membentuk suatu kumparan. Kumparan tersebut diisolasi baik terhadap inti besi maupun terhadap kumparan lain dengan isolasi padat seperti karton, pertinax dan lain-lain. Umumnya pada trafo terdapat kumparan primer dan sekunder. Bila kumparan primer dihubungkan dengan tegangan/arus bolak-balik maka pada kumparan tersebut timbul fluksi yang menginduksikan tegangan, bila pada rangkaian sekunder ditutup (rangkaian beban) maka akan mengalir arus pada kumparan ini. Jadi kumparan sebagai alat transformasi tegangan dan arus. c) kumparan tertier Kumparan tertier diperlukan untuk memperoleh tegangan tertier atau untuk kebutuhan lain. Untuk kedua keperluan tersebut, kumparan tertier selalu dihubungkan delta. Kumparan tertier sering dipergunakan juga untuk penyambungan peralatan bantu seperti kondensator synchrone, kapasitor shunt dan reactor shunt, namun demikian tidak semua trafo daya mempunyai kumparan tertier. d) minyak trafo Sebagian besar trafo tenaga kumparan-kumparan dan intinya direndam dalam minyak-trafo, terutama trafo-trafo tenaga yang berkapasitas besar, karena minyak trafo mempunyai sifat sebagai media pemindah panas (disirkulasi) dan bersifat pula sebagai isolasi (daya tegangan tembus tinggi) sehingga berfungsi sebagai media pendingin dan isolasi. e) bushing Hubungan antara kumparan trafo ke jaringan luar melalui sebuah busing yaitu sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator, yang sekaligus berfungsi sebagai penyekat antara konduktor tersebut denga tangki trafo. f) tangki dan konservator Transformator Page 5 APLIKASI LISTRIK MAGNET PADA TRANSFORMATOR 2012 Pada umumnya bagian-bagian dari trafo yang terendam minyak trafo berada (ditempatkan) dalam tangki. Untuk menampung pemuaian minyak trafo, tangki dilengkapi dengan konservator. B. Bagian Peralatan Bantu 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 di dalam trafo, maka untuk mengurangi kenaikan suhu yang berlebihan tersebut trafo perlu dilengkapi dengan sistem pendingin untuk menyalurkan panas keluar trafo. b) tap changer 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), tergantung jenisnya. c) alat pernapasan Karena pengaruh naik turunnya beban trafo maupun suhu udara luar, maka suhu minyakpun 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 trafo. Permukaan minyak trafo akan selalu bersinggungan dengan udara luar yang menurunkan nilai tegangan tembus minyak trafo, maka untuk mencegah hal tersebut, pada ujung pipa penghubung udara luar dilengkapi tabung berisi kristal zat hygroskopis. d) Indikator Untuk mengawasi selama trafo beroperasi, maka perlu adanya indikator pada trafo sebagai berikut: Transformator Page 6 APLIKASI LISTRIK MAGNET PADA TRANSFORMATOR indikator suhu minyak indikator permukaan minyak indikator sistem pendingin indikator kedudukan tap 2012 C. Bagian Peralatan Proteksi a) rele bucholz Rele Bucholz adalah rele alat/rele untuk mendeteksi dan mengamankan terhadap gangguan di dalam trafo yang menimbulkan gas. Gas yang timbul diakibatkan oleh: a. Hubung singkat antar lilitan pada/dalam phasa b. Hubung singkat antar phasa c. Hubung singkat antar phasa ke tanah d. Busur api listrik antar laminasi e. Busur api listrik karena kontak yang kurang baik. b) pengaman tekanan lebih Alat ini berupa membran yang dibuat dari kaca, plastik, tembaga atau katup berpegas, berfungsi sebagai pengaman tangki trafo terhadap kenaikan tekan gas yang timbul di dalam tangki yang akan pecah pada tekanan tertentu dan kekuatannya lebih rendah dari kakuatan tangi trafo. c) rele tekanan lebih Rele ini berfungsi hampir sama seperti rele Bucholz, yakni mengamankan terhadap gangguan di dalam trafo. Bedanya rele ini hanya bekerja oleh kenaikan tekanan gas yang tiba-tiba dan langsung mentripkan P.M.T. d) rele diferensial Berfungsi mengamankan trafo dari gangguan di dalam trafo antara lain flash over antara kumparan dengan kumparan atau kumparan dengan tangki atau belitan dengan belitan di dalam kumparan ataupun beda kumparan. e) rele arus lebih Transformator Page 7 APLIKASI LISTRIK MAGNET PADA TRANSFORMATOR 2012 Befungsi mengamankan trafo arus yang melebihi dari arus yang diperkenankan lewat dari trafo terseut dan arus lebih ini dapat terjadi oleh karena beban lebih atau gangguan hubung singkat. f) rele tangki tanah Berfungsi untuk mengamankan trafo bila ada hubung singkat antara bagian yang bertegangan dengan bagian yang tidak bertegangan pada trafo. g) rele hubung tanah Berfungsi untuk mengamankan trafo bila terjadi gangguan hubung singkat satu phasa ke tanah. h) rele termis Berfungsi untuk mencegah/mengamankan trafo dari kerusakan isolasi kumparan, akibat adanya panas lebih yang ditimbulkan oleh arus lebih. Besaran yang diukur di dalam rele ini adalah kenaikan temperatur. III. 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. Gambar 3. Skema Transformator Transformator Page 8 APLIKASI LISTRIK MAGNET PADA TRANSFORMATOR 2012 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). Kumparan yang dihubungkan dengan sumber arus bolak-balik disebut kumparan primer (input) dan kumparan yang lainnya disebut kumparan sekunder (output). Perubahan kuat arus dalam kumparan primer menimbulkan perubahan flux magnetik dalam inti besi. Perubahan flux magnetik dalam inti besi membangkitkan GGL induksi pada kumparan sekunder. IV. Jenis – jenis transformator a. Transformator Step UP Transformator step-up adalah transformator yang memiliki lilitan sekunder lebih banyak daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penaik tegangan. Transformator ini biasa ditemui pada pembangkit tenaga listrik sebagai penaik tegangan yang dihasilkan generator menjadi tegangan tinggi yang digunakan dalam transmisi jarak jauh. b. Transformator Step Down Transformator Page 9 APLIKASI LISTRIK MAGNET PADA TRANSFORMATOR 2012 Transformator step-down memiliki lilitan sekunder lebih sedikit daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penurun tegangan. Transformator jenis ini sangat mudah ditemui, terutama dalam adaptor AC-DC. c. Autotransformator Transformator jenis ini hanya terdiri dari satu lilitan yang berlanjut secara listrik, dengan sadapan tengah. Dalam transformator ini, sebagian lilitan primer juga merupakan lilitan sekunder. Fasa arus dalam lilitan sekunder selalu berlawanan dengan arus primer, sehingga untuk tarif daya yang sama lilitan sekunder bisa dibuat dengan kawat yang lebih tipis dibandingkan transformator biasa. Keuntungan dari autotransformator adalah ukuran fisiknya yang kecil dan kerugian yang lebih rendah daripada jenis dua lilitan. Tetapi transformator jenis ini tidak dapat memberikan isolasi secara listrik antara lilitan primer dengan lilitan sekunder. Selain itu, autotransformator tidak dapat digunakan sebagai penaik tegangan lebih dari beberapa kali lipat (biasanya tidak lebih dari 1,5 kali). d. Autotransformator variabel Autotransformator variabel sebenarnya adalah autotransformator biasa yang sadapan tengahnya bisa diubah-ubah, memberikan perbandingan lilitan primer-sekunder yang berubah-ubah. e. Transformator isolasi Transformator isolasi memiliki lilitan sekunder yang berjumlah sama dengan lilitan primer, sehingga tegangan sekunder sama dengan tegangan primer. Tetapi pada beberapa desain, gulungan sekunder dibuat sedikit lebih banyak Transformator Page 10 APLIKASI LISTRIK MAGNET PADA TRANSFORMATOR 2012 untuk mengkompensasi kerugian. Transformator seperti ini berfungsi sebagai isolasi antara dua kalang. Untuk penerapan ausio, transformator jenis ini telah banyak digantikan oleh kopling kapasitor. f. Transformator pulsa Transformator pulsa adalah transformator yang didesain khusus untuk memberikan keluaran gelombang pulsa. Transformator jenis ini menggunakan material inti yang cepat jenuh sehingga setelah arus primer mencapai titik tertentu, fluks magnet berhenti berubah. Karena GGL induksi pada lilitan sekunder hanya terbentuk jika terjadi perubahan fluks magnet, transformator hanya memberikan keluaran saat inti tidak jenuh, yaitu saat arus pada lilitan primer berbalik arah. g. Transformator tiga fasa Transformator 3 fasa adalah suatu peralatan listrik yang digunakan untuk mengubah energi listrik bolak-balik AC dari suatu nilai kenilai tegangan yang lainnya. Dalam lingkup system 3 fasa. Trafo 3 fasa bekerja berdasarkan hokum ampere dan hokum faraday. Yaitu arus listrik dapat menimbulkan medan magnet dan sebaliknya medan magnet dapat menimbulkan arus listrik, merupakan proses konversi energy electromagnet. Pada salah satu sisi kumparan padaa trafo dialiri arus AC makaa akan timbul arus gaya magnet yang berubah-ubah. Kumparan sekunder yang konstruksinya 1 inti dengan kumparan primer akan dilalui garis-garis gaya magnet dari primer yang besarnya berubah-ubah pula, maka pada sekunder akan timbul beda potensial pada ujung-ujungnya. h. Transformator inti besi trafo inti besi banyak dipakai sebagai alat interface, step up, step down rangkaian matching impedansi, matching voltage dalam rangkaian elektronik frekuensi rendah. Transformator Page 11 APLIKASI LISTRIK MAGNET PADA TRANSFORMATOR 2012 Gambar 4. Transformator inti besi i. Transformator inti ferit Trafo inti ferit banyak dipakai sebagai alat interface, Rangkaian matching Impedansi dalam rangkaian elektronik frekuensi menengah Gambar 5. Transformator inti ferit j. Transformator inti udara Trafo inti udara banyak dipakai sebagai alat interface rangkaian matching impedansi dalam rangkaian elektronik frekuensi tinggi. Gambar 6. Transformator inti udara Transformator Page 12 APLIKASI LISTRIK MAGNET PADA TRANSFORMATOR 2012 BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan 1. Transformator adalah suatu alat listrik yang mengubah tegangan arus bolak-balik dari satu tingkat ke tingkat yang lain melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip-prinsip induksi-elektromagnet. 2. Sebuah transformator idealnya terdiri atas tiga bagian, yaitu bagian utama, bagian peralatan bantu dan bagian peralatan proteksi, yang antara lain : 3. Prinsip kerja dari sebuah transformator adalah 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. 4. Jenis –jenis transformator ada beberapa macam diantaranya : Transformator step up Transformator step down Autotransformator Autotransformator variabel Transformator Page 13 APLIKASI LISTRIK MAGNET PADA TRANSFORMATOR Transformator isolasi Transformator pulsa Transformator tiga fase Transformator inti besi Transformator inti ferit Transformator inti udara 2012 DAFTAR PUSTAKA Anonim.2011. Prinsip Kerja Transformator. http://www.fisika-ceria.com/prinsip-kerja- transformator.html Aminah,Nurul. 2011. Prinsip Kerja Tranformator. http://pulauilmu.com/index.php?option=com_content&view=article&id=84:prinsip-kerja transformator&catid=43:elektronika&Itemid=114 Dennysindipratam. 2009. Transformator. http://dennysindipratama.blogspot.com/2009/12/transformator.html Syahrulkoh. 2010. Jenis-jenis transformator. http://syahrulkoh.blogspot.com/2010/05/jenis-jenistransformator-trafo.html Transformator Page 14
