TRANSFORMATOR

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