teori 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).

http://ikaapriliaayu.blogspot.co.id/2014/05/bab-ii.html