1.1 Pengertian
Transformator
Trafo adalah suatu peralatan
listrik yang berguna untuk mengubah nilai tegangan atau arus dari nilai yang
satu ke nilai yang lainnya sesuai dengan kebutuhan. Trafo bekerja berdasarkan
pada hukum faraday. Jenis trafo sangat beragam tergantung pada tegangan kerja,
fasa yang dipakai, dan untuk apa trafo tersebut digunakan. Salah satu jenis
trafo yang dibahas kali ini adalah trafo tiga fasa yang umumnya memiliki
tegangan kerja yang tinggi dan biasanya berada pada gardu induk yang berfungsi
untuk menurunkan tegangan transmisi (tegangan tinggi) menjadi tegangan
distribusi (menengah).
Transformator atau yang biasa di
sebut trafo adalah suatu peralatan listrik yang termasuk dalam
klasifikasi mesin listrik statis. Transformator 3 fasa pada dasarnya
merupakan Transformator 1 fase yang disusun menjadi 3 buah dan mempunyai 2
belitan, yaitu belitan primer dan belitan sekunder.
Sesuai dengan
namanya maka trafo tiga fasa bekerja pada tegangan yang memiliki tiga buah
fasa. Sebuah transformator tiga fasa secara prinsip sama dengan sebuah transformator
satu fasa, perbedaan yang paling mendasar adalah pada sistem kelistrikannya
yaitu sistem satu fasa dan tiga fasa. Sehingga transformator tiga fasa bisa
dihubung bintang, segitiga, atau zig-zag. Transformator tiga fasa banyak
digunakan pada sistem tranmisi dan distribusi tenaga listrik karena
pertimbangan ekonomis. Transformator tiga fasa banyak sekali mengurangi berat
dan lebar kerangka, sehingga harganya dapat dikurangi bila dibandingkan dengan
penggabungan tiga buah transformator satu fasa dengan “rating” daya yang sama.
1.2 Fungsi
Transformator
Transformator
berfungsi untuk menyalurkan tenaga/daya listrik dari tegangan tinggi ke
tegangan rendah atau sebaliknya, dengan frekuensi sama. Sistem kerja
transformator tenaga pada umumnya di tanahkan pada titik netral, sesuai
dengan kebutuhan untuk sistem pengamanan atau proteksi. Contoh dari
transformator ini adalah transformator 150/70 kV yang ditanahkan secara
langsung di sisi netral 150 kV, dan transformator 70/20 kV ditanahkan dengan tahanan
di sisi netral 20 kV nya.
1.3
Prinsip Kerjanya
Pada
dasarnya transformator 3 fasa sama dengan transformator 1 fasa. Baik cara kerja
maupun teori dasarnya yaitu bekerja pada dasar kerja induksi elektromagnetik. Sebuah transformator 3
fasa dapat diperoleh dari 3 buah transformator satu fasa atau unit
transformator 3 fasa. Jika suplai 3 fasa yang digunakan adalah V1,V2, dan V3
dan masing-masing menghasilkan fluks (φ1,φ2, dan φ3) yang masing-masing fluks
beda fasa 120º, maka berdasarkan hukum
faraday pada lilitan primer dan lilitan sekunder masing-masing akan
menghasilkan ggl induksi dan masing-masing fasa juga berjarak 120º.
Prinsip
kerja 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 yang secara
listrik terpisah tetapi secara magnet dihubungkan oleh suatu alur induksi.
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.
Gambar 1. rangkaian transformator
1.4
Konstruksi
Transformator 3 Fasa
Secara umum sebuah
transformator tiga fasa mempunyai konstruksi hampir sama, yang membedakannya
adalah alat bantu dan sistem pengamannya, tergantung pada letak pemasangan,
sistem pendinginan, pengoperasian, fungsi dan pemakaiannya. Bagian utama, alat
bantu, dan sistem pengaman yang ada pada sebuah transformator daya.
Untuk mengurangi kerugian
yang disebabkan oleh arus pusar di dalam inti, rangkaian
magnetik itu biasanya terdiri dari setumpuk
laminasi tipis.
Dalam jenis inti (core type)
kumparan dililitkan disekitar dua kaki inti magnetik persegi. Dalam jenis
cangkang (shell type) kumparan dililitkan sekitar kaki tengah dari inti berkaki
tiga dengan laminasi silikon-steel. Umumnya digunakan untuk transformator yang
bekerja pada frekuensi dibawah beberapa ratus Hz. Silikon-steel memiliki
sifat-sifat yang dikehendaki yaitu murah, rugi inti rendah dan permeabilitas
tinggi pada rapat fluks tinggi. Inti transformator yang dipergunakan dalam
rangkaian komunikasi pada frekuensi tinggi dan tingkat energi rendah,
kadang-kadang dibuat dari campuran tepung ferromagnetik yang dimanfaatkan
sebagai permalloy.
a.
Inti trafo
Seperti halnya pada transformator
satu fasa inti besi berfungsi sebagai tempat mengalirnya fluks dari kumparan
primer ke kumparan sekunder sehingga akan didapatkan induksi medan yang lebih
kuat. Sama seperti transformator satu fasa, berdasarkan cara melilit
kumparannya ada dua jenis, yaitu tipe inti dan tipe cangkang.
Inti trafo dibuat dari
lempengan-lempengan besi tipis dari bahan besi silicon (Grain Oriented Silicon
Steel) yang berisolasi, yang tujuannya adalah untuk mengurnagi panas (sebuah
rugi-rugi besi) yang ditimbulkan oleh Eddy Current.
b.
Kumparan Transformator
Kumparan transformator terdiri dari lilitan kawat
berisolasi dan membentuk kumparan. Kawat yang dipaki adalah kawat tembaga
berisolasi yang berbentuk bulat atau plat. Kumparan-kumparan transformator
diberi isolasi baik terhadap kumparan lain maupu inti besinya. Bahan isolasi
berbentuk padat seperti kertas prespan, pertinak dan lainnya.
c.
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.Untuk mendinginkan transformator saat beroperasi maka kumparan dan
inti transformator direndam di dalam minyak transformator ,minyak juga
berfungsi sebagai isolasi.Oleh karena
itu minyak transformator harus memenuhi persyaratan,sebagai berikut :
·
Mempunyai kekuatan isolasi (Dielectric Strength)
·
Penyalur panas yang baik dengan berat jenis yang
kecil, sehingga partikel-partikel kecil dapat mengendap dengan cepat.
·
Viskositas yang rendah agar lebih mudah bersikulasi
dan kemampuan pendinginan menjadi lebih baik.
·
Tidak nyala yang tinggi, tidak mudah menguap, sifat
kimia yang stabil.
1.5
Hubungan
pada Transformator Tiga Fasa
Secara umum
ada 3 macam jenis hubungan pada transformator tiga phasa yaitu :
1. Hubungan Bintang (Y)
Hubungan
bintang ialah hubungan transformator tiga fasa, dimana ujung-ujung awal atau
akhir lilitan disatukan. Titik dimana tempat penyatuan dari ujung-ujung lilitan
merupakan titik netral. Arus
transformator tiga phasa dengan kumparan yang dihubungkan bintang yaitu; IA,
IB, IC masing-masing berbeda 120°.
2. Hubungan Segitiga/ Delta (Δ)
Hubungan
segitiga adalah suatu hubungan transformator tiga fasa, dimana cara penyambungannya
ialah ujung akhir lilitan fasa pertama disambung dengan ujung mula lilitan fasa
kedua, akhir fasa kedua dengan ujung mula fasa ketiga dan akhir fasa ketiga
dengan ujung mula fasa pertama. Tegangan
transformator tiga phasa dengan kumparan yang dihubungkan segitiga yaitu; VA,
VB, VC masing-masing berbeda 120°.
3. Hubungan Zig-zag
Transformator
zig–zag merupakan transformator dengan tujuan khusus. Salah satu aplikasinya
adalah menyediakan titik netral untuk sistem listrik yang tidak memiliki titik netral.
Pada transformator zig–zag masing–masing lilitan tiga fasa dibagi menjadi dua
bagian dan masing–masing dihubungkan pada kaki yang berlainan.
1.6 Jenis-Jenis Hubungan Transformator Tiga Phasa
Dalam pelaksanaanya, tiga buah
lilitan phasa pada sisi primer dan sisi sekunder dapat
dihubungkan dalam bermacam-macam hubungan, seperti
bintang dan segitiga, dengan
kombinasi Y-Y, Y-Δ,
Δ-Y, Δ-Δ, bahkan untuk kasus
tertentu liltan sekunder dapat
dihubungakan secara berliku-liku (zig-zag), sehingga
diperoleh kombinasi Δ-Z, dan Y-Z.
Hubungan zig-zag merupakan sambungan bintang istimewa, hubungan ini digunakan
untuk mengantisipasi kejadian yang mungkin terjadi apabila dihubungkan secara
bintang dengan beban phasanya tidak seimbang.
Di bawah ini pembahasan hubungan transformator tiga phasa secara umum
:
1. Hubungan Wye-wye (Y-Y)
Pada hubungan bintang-bintang, rasio
tegangan fasa-fasa (L-L) pada primer dan sekunder adalah sama dengan rasio
setiap trafo. Sehingga, tejadi pergeseran fasa sebesar 30° antara tegangan
fasa-netral (L-N) dan tegangan fasa-fasa (L-L) pada sisi primer dan
sekundernya. Hubungan bintang-bintang
ini akan sangat baik hanya jika pada kondisi beban seimbang. Karena, pada kondisi beban seimbang
menyebabkan arus netral (IN) akan sama dengan nol. Dan apabila terjadi kondisi
tidak seimbang maka akan ada arus netral yang kemudian dapat menyebabkan timbulnya
rugi-rugi. Hubungan Y-Y pada transformator tiga phasa dapat dilihat pada Gambar
11. Pada hubungan Y-Y, tegangan masing-masing primer phasa adalah :
Tegangan phasa primer sebanding dengan tegangan phasa
sekunder dan perbandingan belitan transformator maka, perbandingan antara
tegangan primer dengan tegangan sekunder pada transformator hubungan Y-Y adalah
:
2. Hubungan Wye-delta (Y-Δ)
Transformator hubungan Y-Δ, digunakan
pada saluran transmisi sebagai penaiktegangan. Rasio antara sekunder
dan primer tegangan fasa-fasa adalah 1/ √3
kali rasio setiap
trafo. Terjadi sudut 30° antara
tegangan fasa-fasa antara primer dan sekunder yang berarti bahwa trafo Y-Δ
tidak bisa diparalelkan dengan trafo Y-Y atau
trafo Δ-Δ. Hubungan transformator Y-Δ dapat dilihat pada Gambar 12. Pada hubungan ini tegangan kawat ke
kawat primer sebanding dengan tegangan phasa primer
dan tegangan kawat ke kawat sekunder sama dengan tegangan
phasa (
), sehingga diperoleh perbandingan tegangan pada hubungan Y-Δ
adalah :
2. Hubungan Delta-wye (Δ-Y)
Transformator hubungan Δ-Y,
digunakan untuk menurunkan tegangan dari tegangan
transmisi ke tegangan rendah. Transformator hubungan
Δ-Y dapat dilihat pada Gambar 2.16.
Pada hubungan Δ-Y,
tegangan kawat ke kawat primer sama dengan tegangan phasa primer
dan tegangan sisi
sekundernya
maka perbandingan
tegangan pada hubungan Δ-Y adalah :
4. Hubungan Delta - delta (Δ-Δ)
Pada transformator hubungan Δ-Δ, tegangan kawat ke
kawat dan tegangan phasa sama
untuk sisi primer dan sekunder transformator (VRS =
VST = VTR = VLN), maka perbandingan tegangannya adalah :
Sedangkan arus pada transformator hubungan Δ-Δ adalah
:
Dimana :
IL = arus line
to line
IP = arus phasa