Makalah Trafo Daya

Fathur rahman 15/386889/SV/10209

MAKALAH TRANSFORMATOR Transformator daya 3 fasa

DISUSUN OLEH

:

FATHUR RAHMAN 15/386889/SV/10209 Tl-B2 [email protected]

MATA KULIAH TRANSFORMATOR PROGRAM D3 TEKNIK ELEKTRO SEKOLAH VOKASI UNIVERSITAS GADJAH MADA TAHUN AJARAN 2017/2018

1

Fathur rahman 15/386889/SV/10209 DAFTAR ISI

BAB I PENDAHULUAN .......................................... ............................................................... ........................................... ........................................... ....................... 5 1.1

Latar Belakang .......................................... ............................................................... ........................................... ........................................... ....................... 5

1.2

Tujuan Penulisan .......................................... ................................................................ ............................................ ........................................ .................. 6

1.3

BATASAN MASALAH ........................................... ................................................................. ........................................... ............................. ........ 6

1.4

MANFAAT PENULISAN ............................................ .................................................................. ........................................... ......................... .... 7

1.5

METODE DAN SISTEMATIKA SISTEMATIK A PENULISAN .................................................. ......................................................... ........ 7

a.

Metode Penulisan .......................................... ................................................................ ............................................ ........................................ .................. 7

b.

Sistematika Penulisan .......................................... ................................................................. ............................................ ................................ ........... 8

BAB II DASAR TEORI ................................ ..................................................... ........................................... ............................................ ...................................... ................ 10

2.1

DASAR TEORI ......................................... .............................................................. ........................................... .......................................... .................... 10

2.2

PRINSIP KERJA.......................................... ................................................................ ............................................ ...................................... ................ 10

2.3 RANGKAIAN EKUIVALEN TRANSFORMATOR TRANSFORMATO R ............................................... .................................................... ...... 12 2.4

RUGI – RUGI RUGI PADA TRANSFORMATOR ............................................ ............................................................ ................ 13

2.4.1 Rugi Arus Pusar (Eddy Current) ............................................................ ............................................................................ ................. 13 2.4.2 Rugi Hysterisis .......................................... ............................................................... ........................................... .......................................... .................... 14 2.4.3 Rugi Tembaga........................................... ................................................................ .......................................... .......................................... ..................... 15 2.5 EFISIENSI TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR .......................................................... ............................................................................... ........................ .. 16 BAB III PEMBAHASAN ......................................... .............................................................. ........................................... .......................................... .................... 16 3.4 ........................................ .............................................................. ........................................... ............................................ ............................................ .............................. ......... 16 PENGERTIAN UMUM ........................................... ................................................................. ............................................ ...................................... ................ 16 3.5

KONSTRUKSI TRANSFORMATOR DAYA/ TIGA FASA ............................... .................................... ...... 19

............................................................... ........................................... ............................ ...... 19 3.5.1 Inti Besi Transformator ..........................................

3.5.2 Kumparan/ Lilitan Transformator ........................................... ................................................................. ............................... ......... 21 3.5.3 Minyak Transformator Transformator ........................................... ................................................................. ........................................... ........................... ...... 23 3.5.4 Tangki Transformator ........................................ .............................................................. ............................................ ............................... ......... 26 3.5.5 Konservator Transformator .......................................... ............................................................... .......................................... ..................... 28 3.5.6 Bushing .......................................... ............................................................... ........................................... ............................................ ............................... ......... 28 3.5.7 Sistem Pendinginan Transformator ........................................... ................................................................ .............................. ......... 28 3.5.8 Alat Pernafasan ........................................... ................................................................. ............................................ ...................................... ................ 30 3.5.9 Tap Changer ......................................... ............................................................... ........................................... ........................................... ........................ .. 31 3.5.10 Sirip – Sirip Sirip Pendingin atau Radiator ......................................... .............................................................. ........................... ...... 31 3.5.11 Alat Indikator ......................................... .............................................................. ........................................... .......................................... .................... 31 2

Fathur rahman 15/386889/SV/10209 DAFTAR ISI

BAB I PENDAHULUAN .......................................... ............................................................... ........................................... ........................................... ....................... 5 1.1

Latar Belakang .......................................... ............................................................... ........................................... ........................................... ....................... 5

1.2

Tujuan Penulisan .......................................... ................................................................ ............................................ ........................................ .................. 6

1.3

BATASAN MASALAH ........................................... ................................................................. ........................................... ............................. ........ 6

1.4

MANFAAT PENULISAN ............................................ .................................................................. ........................................... ......................... .... 7

1.5

METODE DAN SISTEMATIKA SISTEMATIK A PENULISAN .................................................. ......................................................... ........ 7

a.

Metode Penulisan .......................................... ................................................................ ............................................ ........................................ .................. 7

b.

Sistematika Penulisan .......................................... ................................................................. ............................................ ................................ ........... 8

BAB II DASAR TEORI ................................ ..................................................... ........................................... ............................................ ...................................... ................ 10

2.1

DASAR TEORI ......................................... .............................................................. ........................................... .......................................... .................... 10

2.2

PRINSIP KERJA.......................................... ................................................................ ............................................ ...................................... ................ 10

2.3 RANGKAIAN EKUIVALEN TRANSFORMATOR TRANSFORMATO R ............................................... .................................................... ...... 12 2.4

RUGI – RUGI RUGI PADA TRANSFORMATOR ............................................ ............................................................ ................ 13

2.4.1 Rugi Arus Pusar (Eddy Current) ............................................................ ............................................................................ ................. 13 2.4.2 Rugi Hysterisis .......................................... ............................................................... ........................................... .......................................... .................... 14 2.4.3 Rugi Tembaga........................................... ................................................................ .......................................... .......................................... ..................... 15 2.5 EFISIENSI TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR .......................................................... ............................................................................... ........................ .. 16 BAB III PEMBAHASAN ......................................... .............................................................. ........................................... .......................................... .................... 16 3.4 ........................................ .............................................................. ........................................... ............................................ ............................................ .............................. ......... 16 PENGERTIAN UMUM ........................................... ................................................................. ............................................ ...................................... ................ 16 3.5

KONSTRUKSI TRANSFORMATOR DAYA/ TIGA FASA ............................... .................................... ...... 19

............................................................... ........................................... ............................ ...... 19 3.5.1 Inti Besi Transformator ..........................................

3.5.2 Kumparan/ Lilitan Transformator ........................................... ................................................................. ............................... ......... 21 3.5.3 Minyak Transformator Transformator ........................................... ................................................................. ........................................... ........................... ...... 23 3.5.4 Tangki Transformator ........................................ .............................................................. ............................................ ............................... ......... 26 3.5.5 Konservator Transformator .......................................... ............................................................... .......................................... ..................... 28 3.5.6 Bushing .......................................... ............................................................... ........................................... ............................................ ............................... ......... 28 3.5.7 Sistem Pendinginan Transformator ........................................... ................................................................ .............................. ......... 28 3.5.8 Alat Pernafasan ........................................... ................................................................. ............................................ ...................................... ................ 30 3.5.9 Tap Changer ......................................... ............................................................... ........................................... ........................................... ........................ .. 31 3.5.10 Sirip – Sirip Sirip Pendingin atau Radiator ......................................... .............................................................. ........................... ...... 31 3.5.11 Alat Indikator ......................................... .............................................................. ........................................... .......................................... .................... 31 2

Fathur rahman 15/386889/SV/10209 3.5.12 Plat Nama atau Name Plate ......................................... .............................................................. .......................................... ..................... 32 ........................ 33 3.6 PERALATAN PROTEKSI TRANSFORMATOR DAYA/ TIGA FASA ........................

3.6.1 Relai Bucholz (Bucholz Relay) ........................................... ................................................................. ...................................... ................ 33 3.6.2 Relai Tekanan Lebih. ......................................................... ............................................................................... ...................................... ................ 34 3.6.3 Relai Differensial ......................................... ............................................................... ............................................ ...................................... ................ 34 3.6.4 Relai Arus Lebih .......................................... ................................................................ ............................................ ...................................... ................ 35 3.6.5 Relai Tangki Tanah ......................................... .............................................................. ........................................... ................................... ............. 35 3.6.6 Relai Hubung Tanah. ......................................................... ............................................................................... ...................................... ................ 36 3.6.7 Relai Termis ......................................... ............................................................... ........................................... ........................................... ........................ .. 36 3.6.8 Relai Suhu ......................................... .............................................................. .......................................... ........................................... ............................ ...... 36 3.6.9 Relai Jansen .......................................... ................................................................ ........................................... ........................................... ........................ .. 36 3.7 HUBUNGAN TRANSFORMATOR TIGA FASA (DAYA) .......................................... ........................................... .. 36 3.7.1 Hubungan Bintang – Bintang Bintang ........................................ ............................................................. .......................................... ..................... 36 3.7.2 Hubungan Segitiga – Segitiga Segitiga ........................................ ............................................................. .......................................... ..................... 37 3.7.3 Hubungan Bintang – Segitiga Segitiga ........................................ ............................................................. .......................................... ..................... 38 3.7.4 Hubungan Segitiga – Bintang Bintang ........................................ ............................................................. .......................................... ..................... 39 3.7.5 Hubungan Zig – Zag Zag ........................................... .................................................................. ............................................ .............................. ......... 40 3.8 PENGUJIAN TRANSFORMATOR TIGA FASA (DAYA) .......................................... ........................................... .. 42 BAB IV KESIMPULAN .......................................... ............................................................... ........................................... .......................................... .................... 49 BAB V DAFTAR PUSTAKA .......................................... ............................................................... ........................................... ................................... ............. 53

3

Fathur rahman 15/386889/SV/10209 Makalah Mata Kuliah Transformator

TRANSF ORMATOR DAYA Fathur Rahman (15/386889/SV/ 10209)

Aliah.fr3@gma il.com Departemen Teknik Elektro dan Informatika - Fakultas Sekolah Vokasi, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta

Abstrak Trafo atau transformator merupakan peralatan listrik yang berfungsi untuk mengubah nilai suatu arus atau tegangan dari nilai yang satu ke nilai yang lainnya melelui suatu gandengan magnet dan menggunakan prinsip elektromagnet. Prinsip kerja trafo yaitu berdasarkan Hukum Faraday. Jenis dan bentuk trafo bermacam macam tegantung pada fungsi dan besarnya tegangan dan arus yang bekerja pada trafo ter sebut. Pada makalah ini akan dibahas mengenai trafo tiga fasa,bagian bagian trafo tiga fasa, serta hubungan yang terdapat dalam trafo tiga fasa (delta atau bintang). Namun, tidak dibahas mengenai pengujian trafo tiga fasa. Trafo tiga fasa umumnya digunakan untuk menangani tenaga listrik dengan daya yang cukup besar diatas 11kV. Biasanya terdapat pada gardu gardu induk untuk mengubah dari tegangan transmisi (tinggi) menjadi tegangan distribusi(menengah). Dengan adanya trafo ini maka didapatkan tegangan yang siap untuk didistribusikan ke pelanggan. Kata kunci : trafo tiga fasa, hubungan hubungan trafo tiga fasa

4


BAB I PENDAHULUAN 1.1

Latar Belakang

Transformator merupakan suatu alat listrik statis, yang dipergunakan untuk memindahkan dan mengubah energi listrik bolak-balik dari rangkaian satu kerangkaian lain melalui kinerja satu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Pada umumnya transformator terdiri atas sebuat inti yang terbuat dari besi yang berlapis dan dua buah kumparan yaitu primer dan sekunder. Kedua kumparan ini tidak terhubung secara langsung melainkan terhubung secara magnetik.Satu. Dalam transformator ada dua bagian

yang secara aktif “membangkitkan” panas, yaitu : besi (inti) dan tembaga (kumparan). Panas yang dihasilkan dari besi (inti) dan tembaga dinamakan dengan rugi-rugi transformator. Menurut British Standard (BS 171) batas rugi- rugi transformator yang diijinkan tidak boleh lebih dari 30%, maka pengujian rugi-rugi transformator harus dilakukan. Jenis-jenis transformator sangat banyak, tetapi secara umum dapat diklasifikasikan atas tiga jenis, yaitu Transformator Daya, Transformator distribusi dan Transformator Pengukuran. Transformator Daya terletak pada stasiun daya untuk menaikan tegangan dan menangani daya yang besar. Jenis tegangannya adalah 400 kV, 220kV, 132KV, 66 kV, 33kV dll. Sedangkan Transformator Distribusi terletak pada sub stasiun jaringan distribusi dan menangani daya yang rendah. Jenis tegangannya adalah 11 KV, 6.6 KV, 3.3 KV, 440 V, 230 V. Dalam aplikasinya di lapangan, transformator yang paling banyak dipergunakan adalah Transformator Distribusi. Pada umumnya jenis transformator yang dipergunakan sebagai Transformator Daya dan Transformator Distribusi adalah transformator tiga fasa, karena suplai tegangan dan arus yang masuk dari pembangkit tenaga listrik adalah tegangan dan arus tiga fasa. Pada saat-saat tertentu transformator tiga fasa yang dipergunakan dapat mengalami kerusakan. Contoh kerusakan yang bisa terjadi adalah kerusakan pada salah satu belitan fasanya, sehingga menyebabkan penyaluran tegangan dan arus terputus. Hal ini akan mengakibatkan kerugian baik di pihak produsen listrik maupun konsumen yang memakai listrik. Oleh karena itu harus dilakukan suatu tindakan sementara agar transformator yang rusak tersebut dapat terus bekerja melayani beban secara sementara sebelum dilakukan perbaikan atau pergantian transformator. Oleh karena banyaknya permasalahan mengenai transformator daya tiga fasa ini maka pada makalah kali ini kami akan mencoba mengatasi permasalahan-permasalahan diatas seperti mengetahui penyebab-penyebab dari kerusakan diatas,penyebab-penyebab terjadinya kerugian,dan pengujian-pengujian pada transformator.

5


1.2

Tujuan Penulisan Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini adalah : 

Memberikan penjelasan tentang cara pemakaian transformator dalam keadaan darurat, ketika terjadi kerusakan pada salah satu fasanya dan hanya dua fasa yang dapat bekerja untuk menyalurkan tegangan dan arus tiga fasa.



Menjelaskan kerugian-kerugian yang akan terjadi pada saat pengoperasian transformator tiga fasa ( Daya )



Dapat Mengetahui proteksi-proteksi yang terpasang pada transformator daya tiga fasa



Dapat mengetahui kinerja sistem proteksi pada transformator pada saat terjadi kerusakan



Mengetahui dan Mempelajari pengujian-pengujian yang dilakukan pada sebuah transformator

1.3

BATASAN MASALAH Agar tujuan penulisan tugas akhir ini sesuai dengan yang diharapkan serta terfokus pada

judul dan bidang yang telah disebutkan di atas, maka penulis membatasi permasalahan yang akan dibahas pada : 

Pengujian efisiensi transformator dalam keadaan normal hubungan Delta dan pengujian efisiensi transformator dalam keadaan darurat h ubungan OpenDelta.



Apa saja penyebab kerusakan pada transformator tiga fasa ( daya )



Proteksi-proteksi yang terpasang pada transformator pada saat terjadi gangguan atau kerusakan 6

Fathur rahman 15/386889/SV/10209 

Pengujian-pengujian apa saja yang harus dilakukan untuk mengetahui bahwa transformator dalam keadaan normal



1.4

Mengenal dan mengetahui lebih dalam mengenai transformator daya tiga fasa

MANFAAT PENULISAN Laporan Tugas Akhir ini diharapkan bermanfaat untuk : 

Mahasiswa Departemen Teknik Elektro yang ingin memperdalam pengetahuan tentang Transformator.



untuk memberikan pemahaman tentang pentingnya mengetahui cara pemak aian transformator dalam keadaan darurat untuk sementara ketika terjadi kerusakan agar dapat terus melayani penyaluran daya.



untuk mengetahui perbandingan efisiensi transformator hubungan Open-Delta dibandingkan dengan transformator hubungan Delta.



Penulis dapat mengetahui dan mengenal lebih dalam tentang transformator daya tiga fasa.



Dapat mengetahui proteksi-proteksi yang bekerja pada transformator ketika terjadi gangguan atau kerusakan



Mengetahui pengujian-pengujian yang dilakukan pada tranformator sebelum digunakan

1.5

METODE DAN SISTEMATIKA PENULISAN

a. Metode Penulisan Untuk dapat menyelesaikan tugas akhir ini maka penulis menerapkan beberapa 7


metode studi diantaranya : 

Studi literatur yaitu dengan membaca teori-teori yang berkaitan dengan topik tugas akhir ini dari buku-buku referensi baik yang dimiliki oleh penulis atau di perpustakaan dan juga dari artikel-artikel, jurnal, internet dan lain-lain



Studi lapangan yaitu dengan mengikuti perkuliahan mengenai transformator ini



Studi bimbingan yaitu dengan melakukan diskusi tentang topik tugas ini dengan teman sesama mahasiswa.

b. Sistematika Penulisan Tugas akhir ini disusun berdasarkan sistematika penulisan sebagai berikut. BAB I. PENDAHULUAN Bab ini merupakan pendahuluan yang berisi tentang latar belakang masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, manfaat penulisan, metode dan sistematika penulisan.

BAB II. DASAR TEORI Bab ini menjelaskan tentang transformator secara umum, konstruksi, prinsip kerja, rangkaian ekivalen, serta rugi-rugi dan efisiensi.

8


BAB III. PEMBAHASAN Bab ini membahas tentang transformator tiga fasa, kontruksi transformator daya tiga fasa , jenis-jenis hubungan tiga fasa, tegangan dan arus pada berbagai hubungan transformator tiga fasa, daya pada transformator tiga fasa, rugi -rugi dan efisiensi pada transformator tiga fasa , beserta system proteksinya pada saat terjadi kerusakan pada transformator atau terjadi gangguang suatu saat dan juga terdapat pengujian-pengujian pada transformator .

BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisi kesimpulan dan saran yang diperoleh dari hasil percobaan.

9


BAB II DASAR TEORI 2.1 DASAR TEORI

Transformator merupakan peralatan mesin listrik statis yang bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik sehingga dapat memindahkan energi dari suatu rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain tanpa merubah frekuensi. Penggunaan yang sangat sederhana dan andal itu merupakan salah satu sebab penting bahwa arus bolak-balik sangat banyak dipergunakan untuk pembangkitan dan penyaluran tenaga listrik. Transformator dapat dibagi menurut fungsi / pemakaian seperti:  Transformator Mesin (Pembangkit)  Transformator Gardu Induk  Transformator Distribusi

Penggunaan transformator pada sistem penyaluran tenaga listrik dapat dibagi : a. Trafo penaik tegangan (Step up) atau disebut trafo daya, untuk menaikkan tegangan pembangkit menjadi tegangan transmisi. b. Trafo penurun tegangan (Step down), dapat disebut trafo distribusi, untuk menurunkan tegangan transmisi menjadi tegangan distribusi. c. Trafo instrumen, untuk pengukuran yang terdiri dari trafo tegangan dan trafo arus, dipakai menurunkan tegangan dan arus agar dapat masuk ke meter-meter pengukuran.

2.2 PRINSIP KERJA

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 ihubungkan oleh suatu alur induksi. Kedua kumparan tersebut mempunyai mutual 10


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 1.2.1 : Rangkaian Transfomer Berdasarkan hukum Faraday yang menyatakan magnitude dari electromotive force (emf) proporsional terhadap perubahan fluks terhubung dan hukum Lenz yang menyatakan arah dari emf berlawanan dengan arah fluks sebagai reaksi perlawanan dari perubahan fluks tersebut didapatkan persaman :

e = emf sesaat (instantaneous emf )

Ψ = fluks terhubung ( linked flux) Dan pada transformator ideal yang dieksitasi dengan sumber sinusoidal berlaku persamaan:

E = Tegangan (rms) N = jumlah lilitan

Φm = fluks puncak ( peak flux) f = frekuensi

dan persamaan: 11


Dikarenakan pada transformator ideal seluruh mutual flux yang dihasilkan salah satu kumparan akan diterima seutuhnya oleh kumparan yang lainnya tanpa adanya leakage flux maupun loss lain misalnya berubah menjadi panas. Atas dasar inilah didapatkan pula persamaan: P1 = P2 V1.I1 = V2.I2 N1.I1 = N2.I2

Gambar 1.2.2 : Grafik Arus, Tegangan dan Fluks yang Terjadi

2.3 RANGKAIAN EKUIVALEN TRANSFORMATOR Untuk mempermudah analisis dalam pengujian, rangkaian primer dan sekunder dibuat

menjadi sebuah rangkaian yang disebut rangkaian equivalent. Pada rangkaian ini rugi tembaga pada sisi sekunder diubah menjadi nilai ekuivalennya dan dilihat dari arah primer.

Gambar 1.3.1 : Rangkaian Ekuivalen Transformator

12


Dimana a adalah rasio perbandingan lilitan kumparan sekunder terhadap kumparan primer sehingga resistansi sekunder didapatkan :

R2’ = a2.R2 dan reaktansi sekunder didapatkan:

X2’ = a2.X2 Dari persamaan sebelumnya dapat digambarkan rangkaian ekuivalen transformator menjadi :

Gambar 1.3.2 : Rangkaian Ekuivalen yang Telah Disederhanakan 2.4 RUGI – RUGI PADA TRANSFORMATOR 2.4.1 Rugi Arus Pusar (Eddy Current) Arus pusar adalah arus yang mengalir pada material inti karena tegangan yang diinduksi oleh

fluks. Arah pergerakan arus pusar adalah 90o terhadap arah fluks seperti terlihat pada Gambar 1.4.1.1.

Gambar 1.4.1.1 : Arus Pusar yang Berputar pada Material Inti 13


Dengan adanya resistansi dari material inti maka arus pusar dapat menimbulkan panas sehingga mempengaruhi sifat fisik material inti tersebut bahkan hingga membuat transformator terbakar. Untuk mengurangi efek arus pusar maka material inti harus dibuat tipis dan dilaminasi sehingga dapat disusun hingga sesuai tebal yang diperlukan. Rugi arus pusar dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :

pe = Rugi arus pusar [w/kg] ke = Konstanta material inti f = frekuensi [Hz] t = ketebalan material [m] Bmax = Nilai puncak medan magnet [T]

2.4.2 Rugi Hysterisis Rugi hysterisis terjadi karena respon yang lambat dari material inti. Hal ini terjadi karena

masih adanya medan magnetik residu yang bekerja pada material, jadi saat arus eksitasi bernilai 0, fluks tidak serta merta berubah menjadi 0 namun perlahan-lahan menuju 0. Sebelum fluks mencapai nilai 0 arus sudah mulai mengalir kembali atau dengan kata lain arus sudah bernilai tidak sama dengan 0 sehingga akan membangkitkan fluks kembali. Grafik hysterisis dapat dilihat pada Gambar 1.4.2.1.

Gambar 1.4.2.1 : Grafik Hysterisis I ex Terhadap Φ Rugi hysterisis ini memperbesar arus eksitasi karena medan magnetik residu mempunyai arah yang berlawanan dengan medan magnet yang dihasilkan oleh arus eksitasi. Untuk 14


mengurangi rugi ini, material inti dibuat dari besi lunak yang umum digunakan adalah besi silikon. Besarnya rugi hysterisis dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan :

ph = Rugi arus pusar [w/kg] kh = Konstanta material inti f = frekuensi [Hz] Bmax = Nilai puncak medan magnet [T] n = Nilai eksponensial, tergantung material dan Bmax

Rugi hysteris maupun rugi arus pusar bernilai tetap, tidak bergantung pada besarnya beban.

2.4.3 Rugi Tembaga Rugi tembaga adalah rugi yang dihasilkan oleh konduktor/tembaga yang digunakan sebagai

bahan pembuat kumparan. Rugi ini diakibatkan oleh adanya resistansi bahan. Nilai resistansi konduktor dapat dihitung dengan Persamaan :

R = Tahanan (Ohm)

ρ = Tahanan jenis (Ohm.m) l = Panjang (m) A = Luas penampang (m 2) 15


Sedangkan untuk menghitung kerugian tembaga itu sendiri dapat mempergunakan Persamaan untuk sisi primer dan Persamaan untuk sisi sekunder. Sisi Primer Sisi Sekunder

Pcp = Rugi konduktor primer Pcs = Rugi konduktor sekunder Ip = Arus pada kumparan primer Is = Arus pada kumparan sekunder Rp = Tahanan kumparan primer Rs = Tahanan kumparan sekunder

Dengan memperhatikan Persamaan sisi primer dan Persamaan sisi sekunder terlihat bahwa besarnya arus yang mengalir pada kumparan berpengaruh terhadap besarnya rugi konduktor, dengan kata lain besarnya beban mempengaruhi besarnya nilai kerugian.

2.5 EFISIENSI TRANSFORMATOR Efisiensi transformator adalah perbandingan antara daya output yang dihasilkan dibanding

dengan daya input masukannya.

BAB III PEMBAHASAN

3.4 PENGERTIAN UMUM

16


Transformator tenaga atau tiga fasa adalah suatu peralatan tenaga listrik yang berfungsi untuk menyalurkan tenaga/daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya (mentransformasikan tegangan) dengan frekuensi sama. 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 sebuah transformator tiga fasa bisa dihubung bintang, segitiga, atau zigzag. Transformator tiga fasa banyak digunakan pada sistem transmisi 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 sat u

fasa dengan “rating”

daya yang sama. Tetapi transformator tiga fasa juga mempunyai kekurangan, diantaranya bila salah satu fasa mengalami kerusakan, maka seluruh transformator harus dipindahkan (diganti), tetapi bila transformator terdiri dari tiga buah transformator satu fasa, bila salah satu fasa transformator mengalami kerusakan. Sistem masih bisa dioperasikan

dengan sistem “ open delta “. Dalam operasi umumnya, transformator-transformator tenaga ditanahkan pada titik netralnya sesuai dengan kebutuhan untuk sistem pengamanan atau proteksi. Sebagai contoh transformator 150/70 kV ditanahkan secara langsung di sisi netral 150 kV, dan transformator 70/20 kV ditanahkan dengan tahanan di sisi netral 20 kV nya. Transformator yang telah diproduksi terlebih dahulu melalui pengujian sesuai standar yang telah ditetapkan. Transformator tiga fasa digunakan untuk sistem listrik berdaya besar, baik pada sistem pembangkitan, transmisi maupun distribusi. Transformator tiga fasa yang umum kita lihat pada gardu distribusi daya 250 KVA sampai 630 KVA berbentuk persegi Gambar 2.1.1. Konstruksi transformator tiga fasa untuk daya besar dalam bentuk potongan lihat Gambar 2.1.2. Inti trafo berbentuk E-I dengan kumparan primer dan sekunder pada ketiga kaki inti

trafo. Terminal tegangan tinggi (primer) tampak dari isolator yang panjang. Terminal tegangan rendah (sekunder) dengan terminal lebih pendek. Trafo ditempatkan dalam rumah trafo yang diisi dengan minyak trafo yang berfungsi sebagai pendingin sekaligus isolasi. Secara berkala minyak trafo diganti. Pendinginan rumah trafo disempurnakan dengan dipasang sirip pendingin agar panas mudah diserap oleh udara luar. Bagian terpenting dari trafo tiga fasa. Trafo tiga fasa bisa dibangun dari dua buah trafo satu fasa, atau tiga buah trafo satu fasa. Untuk trafo tiga fasa berukuran berdaya besar, dibangun dari tiga buah trafo 17


satu fasa, tujuannya jika ada salah satu fasa yang rusak/ terbakar, maka trafo yg rusak tersebut dapat diganti dengan cepat dan praktis. Trafo tiga fasa memiliki enam kumparan Gambar 2.1.2. Tiga kumparan primer dan tiga kumparan sekunder. Kumparan primer diberikan nomor awal 1, kumparan 1U1

– 1U2

artinya kumparan primer fasa U. Kumparan sekunder diberikan notasi nomor awal 2, misalnya 2U2 – 2U1, artinya kumparan sekunder fasa U. Kumparan primer atau sekunder dapat dihubungkan secara Bintang atau hubungan Segitiga.

Gambar 2.1.1 : Bentuk Fisik Transformator Tiga Fasa

Gambar 2.1.2 : Kumparan Primer dan Sekunder Trafo Tiga Fasa

18


3.5 KONSTRUKSI TRANSFORMATOR DAYA/ TIGA 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 Gambar 2.2.1, adalah :

a. Bagian Dalam Transformator

b. Bagian Luar Transformator

Gambar 2.2.1 : Konstruksi Transformator Tiga Fasa 3.5.1 Inti Besi Transformator Seperti telah dijelaskan pada pembahasan transformator satu fasa inti besi

berfungsi sebagai tempat mengalirnya fluks dari kumparan primer ke kumparan sekunder. Sama seperti transformator satu fasa, berdasarkan cara melilit kumparanya ada dua jenis, yaitu tipe inti Gambar 2.2.1.1 dan tipe cangkang Gambar 2.2.1.2. Dibuat dari lempengan-lempengan besi tipis yang berisolasi, untuk mengurangi panas (sebagai rugi-rugi besi) yang ditimbulkan oleh arus pusar atau eddy current .

19


Gambar 2.2.1.1 : Transformator Tipe Inti

Gambar 2.2.1.2 : Transformator Tipe Cangkang Bahan inti trafo 3 fasa dari bahan plat tipis ferromagnetis yang ditumpuk dengan ketebalan tertentu. Plat tipis dimaksudkan untuk menekan rugi-rugi histerisis dan arus edy pada batas minimal. Ada beberapa tipe inti trafo 3 fasa tampak pada Gambar 2.2.1.3. Tipe U-I terdiri dari tiga inti yang dipasangkan sudut menyudut 120° Gambar 2.2.1.3a. Tipe U terdiri atas tiga inti U dipasang sudut menyudut 120° Gambar 2.2.1.3b. Tipe menyudut ini dipakai untuk trafo 3 fasa yang dipasang pada tabung bulat untuk trafo outdoor yang dipasang pada tiang jaringan distribusi. Tipe E-I yang banyak dipakai, tiap kaki terdapat kumparan primer dan sekunder masing-masing fasa Gambar 2.2.1.3c. Tipe jenis ini banyak dipakai untuk daya kecil, sedang sampai daya besar. Bahkan tiga buah trafo satu fasa yang digabungkan, bisa menjadi trafo tiga fasa.

20


Gambar 2.2.1.3: Kumparan Primer dan Sekunder Transformator Tiga Fasa

3.5.2

Kumparan/ Lilitan 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 fluksi 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. Selain itu ada kumparan tertier dimana 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 .

 Hubungan Kumparan Transformator

Ada dua metoda hubungan kumparan primer dan kumparan sekunder. Pertama hubungan

Bintang , kedua hubungan Segitiga. Pada Gambar 2.2.2.1, baik kumparan primer dan sekunder dihubungkan secara Bintang . Kumparan primer terminal 1U, 1V dan 1W dihubungkan dengan supply tegangan tiga fasa. Kumparan sekunder terminal 2U, 2V dan 2W disambungkan dengan sisi beban. Hubungan kumparan Segitiga baik pada kumparan primer maupun kumparan sekunder Gambar 2.2.2.2. Pada hubungan Bintang tidak ada titik netral, yang diperoleh ketiganya merupakan tegangan line ke line, yaitu L1, L2 dan L3.

21


Gambar 2.2.2.1: Kumparan Primer dan Sekunder Hubungan Bintang

Gambar 2.2.2.2: Kumparan Primer dan Sekunder Hubungan Segitiga

 Hubungan Jam Kumparan Transformator

Transformator tiga fasa antara tegangan primer dan tegangan sekunder perbedaan fasa dapat diatur dengan metoda aturan hubungan jam kumparan trafo. Satu putaran jam dibagi dalam 12 bagian, jika satu siklus sinusoidal 360°, maka setiap jam berbeda fasa 30° (360°/12). Kumparan trafo Dd0 Gambar 2.2.2.3a, menunjukkan huruf D pertama kumparan primer dalam hubungan Delta (segitiga), huruf d kedua kumparan sekunder hubungan Delta ( segitiga), angka 0 menunjukkan beda fasa tegangan primer-sekunder 0°. Kumparan trafo Dy5 Gambar 2.2.2.3b, menunjukkan kumparan primer dalam hubungan Delta ( segitiga), kumparan sekunder Y (bintang ), beda fasa antara tegangan primer-sekunder 5 × 30° = 150°. Hubungan segitiga primer-sekunder Hubungan bintang primer-sekunder Kumparan trafo Dy11 2.2.2.3c, menunjukkan kumparan primer dalam hubungan Delta ( segitiga), kumparan sekunder Y (bintang ), beda fasa antara tegangan primer-sekunder 11 × 30° = 330°.

22


Gambar 2.2.2.3: Vektor Kelompok Jam Transformator Tiga Fasa

3.5.3 Minyak Transformator Untuk mendinginkan transformator saat beroperasi maka kumparan dan inti transformator

direndam di dalam minyak transformator,minyak juga berfungsi sebagai isolasi.

Di dalam sebuah transformator terdapat dua komponen yang secara aktif “membangkitkan” energi panas, yaitu besi (inti) dan tembaga (kumparan). Bila energi panas tidak disalurkan melalui suatu sistem pendinginan akan mengakibatkan besi maupun tembaga akan mencapai suhu yang tinggi, yang akan merusak nilai isolasinya. Untuk maksud pendinginan itu, kumparan dan inti dimasukkan ke dalam suatu jenis minyak, yang dinamakan minyak transformator. Minyak itu mempunyai fungsi ganda, yaitu pendinginan dan isolasi. Fungsi isolasi ini mengakibatkan berbagai ukuran dapat diperkecil. Perlu dikemukakan bahwa minyak transformator harus memiliki mutu yang tinggi dan senantiasa berada dalam keadaan bersih. Disebabkan energimpanas yang dibangkitkan dari inti maupun kumparan, suhumminyak akan naik. Hal ini akan mengakibatkan terjadinya perubahan-perubahan pada minyak transformator. Lagi pula dalam jangka panjang waktu yang lama akan terbentuk berbagai pengotoran yang akan menurunkan mutu minyak transformator. Hal-hal ini dapat mengakibatkan kemampuan pendinginan maupun isolasi minyak akan menurun. Selanjutnya dapat pula terjadi bahwa hawa lembab yang sebagaimana halnya terjadi di daerah tropis, mengakibatkan masuknya air didalam minyak transformator.

23


Bila suhu minyak transformator yang sedang dioperasikan diukur, akan tampak bahwa suhu minyak itu akan tergantung pada tinggi pengukuran pada bak. Suhu tertinggi akan ditemukan pada sekitar 70 – 80% tinggi bejana. 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.

Minyak trafo sebagai bahan isolasi sekaligus sebagai media penghantar panas dari bagian yang panas (belitan dan inti) kedinding tangki atau radiator pendingin memiliki karakteristik sebagai berikut:  Berat Jenis (Specific grafitty) 0,85 sampai 0,90 pada suhu 13,5º C  Kekentalan (Viscocity) cukup rendah untuk memperlancar sirkulasi dari

bagian yang panas ke bagian yang dingin, yaitu 100 sampai 110 Saybolts second pada 40º C  Titik didih tidak kurang dari 135º C  Titik beku tidak lebih dari -45º C  Tegangan tembus tidak kurang dari 30 kV per 2,5 mm atau 120 kV/1 cm.  Koefisien muai 0,00065 per 1º C  Titik api ( flash point ) 180º C sampai 190º C  Titik nyala (burning point) 205º C  Kelembaban terhadap uap air (moisture) nihil

24


Minyak transformator baru harus memiliki spesifikasi seperti tampak pada Tabel 2.2.3.1 di bawah ini.

Untuk minyak isolasi pakai berlaku untuk transformator berkapasitas > I MVA atau bertegangan > 30 kV sifatnya seperti ditunjukkan pada Tabel 2.2.3.2.

25


3.5.4

Tangki Transformator

Tangki transformator berfungsi untuk menyimpan minyak transformator dan sebagai pelindung bagian-bagian transformator yang direndam dalam minyak. Ukuran tangki disesuaikan dengan ukuran inti dan kumparan. Terdapat beberapa jenis tangki, diantaranya adalah: a. 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 456 Pembangkitan Tenaga Listrik 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 . 26


b. 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, yang ditunjukkan pada Gambar 2.2.4.1.

Gambar 2.2.4.1: Transformator Tipe Conventional Beradiator (Sumber Trafindo, 2005)

c. 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 27


3.5.5 Konservator Transformator Konservator merupakan tabung berisi minyak transformator yang diletakan pada bagian atas

tangki. Fungsinya adalah :  Untuk menjaga ekspansi atau meluapnya minyak akibat pemanasan;  Sebagai saluran pengisian minyak.

3.5.6

Bushing

Bushing transformator adalah sebuah konduktor yang berfungsi untuk menghubungkan kumparan transformator dengan rangkaian luar yang diberi selubung isolator. Isolator juga berfungsi sebagai penyekat antara konduktor dengan tangki transformator. Bahan bushing adalah terbuat dari porselin yang tengahnya berlubang ( Gambar 2.2.6.1).

Gambar 2.2.6.1: Bushing Transformator

3.5.7 Sistem Pendinginan Transformator 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 transformator). Maka untuk mengurangi kenaikan suhu transformator yang berlebihan maka perlu dilengkapi dengan alat/ sistem pendingin untuk menyalurkan panas keluar transformator. Media yang dipakai pada sistem pendingin dapat berupa: 1. Udara/gas 2. Minyak 28


3. Air 4. Dan lain sebagainya.

Sedangkan pengalirannya (sirkulasi) dapat dengan cara: 1. Alamiah (natural) 2. Tekanan/paksaan

Pada cara alamiah (natural), pengaliran media sebagai akibat adanya perbedaan suhu media dan untuk mempercepat perpindahan panas dari media tersebut ke udara luar diperlukan bidang perpindahan panas yang lebih luas antara media (minyak-udara/gas), dengan cara melengkapi transformator dengan sirip-sirip ( Radiator ). Bila diinginkan penyaluran panas yang lebih cepat lagi, cara natural/alamiah tersebut dapat dilengkapi dengan peralatan untuk mempercepat sirkulasi media pendingin dengan pompa-pompa sirkulasi minyak, udara dan air. Cara ini disebut pendingin paksa ( Forced ). Macam-macam sistem pendingin transformator berdasarkan media dan cara pengalirannya dapat diklasifikasikan sebagai berikut: Tabel 2.2.7.1 Macam – Macam Sistem Pendingin

29


3.5.8 Alat Pernafasan 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.

30


Gambar 2.2.8.1: Alat Pernafasan

3.5.9 Tap Changer Tap changer adalah alat yang berfungsi untuk mengubahmperbandingan lilitan transformator

untuk mendapatkan tegangan operasi pada sisi sekunder sesuai yang dibutuhkan oleh tegangan jaringan (beban) atau karena tegangan sisi primer yang berubah-ubah. Tap changer (perubahan tap) dapat dilakukan dalam keadaan berbeban (on load ) atau keadaan tidak ber beban(off load ). Untuk tranformator distribusi perubahan tap changer dilakukan dalam keadaan tanpa beban.

Gambar 2.2.9.1: Tap Changer

3.5.10 Sirip – Sirip Pendingin atau Radiator Berfungsi untuk memperluas daerah pendinginan, yaitu daerah yang berhubungan langsung

dengan udara luar dan sebagai tempat terjadinya sirkulasi panas.

3.5.11 Alat Indikator Alat Indikator digunakan untuk memonitor kondisi komponen utama atau media 31


bantu yang ada didalam transformator saat transformator beroperasi, seperti :  suhu minyak ;  permukaan minyak ;  sistem pendinginan ;  posisi tap.

Gambar 2.2.11.1 : Indikator Level Minyak

Gambar 2.2.11.2 : Indikator Temperatur

3.5.12 Plat Nama atau Name Plate Plat nama yang terdapat pada bagian luar transformator sebagai pedoman saat pemasangan

maupun perbaikan. Data-data yang dicantumkan seperti Phasa dan frekuensi, daya nominal, tegangan primer/ sekunder,kelompok hubungan, arus nominal, % arus hubung singkat, sistem pendinginan, volume minyak, dan lain-lain.

32


Gambar 2.2.12.1 : Name Plate Transformator Tiga Fasa

3.6 PERALATAN PROTEKSI TRANSFORMATOR DAYA/ TIGA FASA

3.6.1 Relai Bucholz (Bucholz Relay) Rele Buchholz biasa disebut juga rele gas, karena bekerjanya digerakan oleh pengembangan

gas. Tekanan gas akan timbul bila minyak mengalami kenaikan temperatur yang diakibatkan oleh :  Hubung singkat antar lilitan pada atau dalam fasa;  Hubung singkat antar fasa;  Hubung singkat antar fasa ke tanah;  Busur api listrik antar laminasi;  Busur api listrik karena kontak yang kurang baik.

Gas yang mengembang akan menggerakan kontak-kontak rangkaian alarm atau rangkaian pemutus.

33


Gambar 2.3.1.1: Relai Bucholz

3.6.2 Relai Tekanan Lebih Relai ini berfungsi hampir sama seperti Relai 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).

Gambar 2.3.3.1: Relai Differensial

3.6.3 Relai Differensial 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.

34


Gambar 2.3.3.1: Relai Differensial

3.6.4 Relai Arus Lebih Berfungsi mengamankan transformator arus yang melebihi dari arus yang diperkenankan

lewat dari transformator tersbut dan arus lebih ini dapat terjadi oleh karena beban lebih atau gangguan hubung singkat.

Gambar 2.3.4.1: Relai Arus Lebih

3.6.5 Relai Tangki Tanah Alat ini berfungsi untuk mengamankan transfor-mator bila ada hubung singkat antara bagian

yang bertegangan dengan bagian yang tidak bertegangan pada transformator.

35


3.6.6 Relai Hubung Tanah Fungsi alat ini adalah untuk mengamankan transformator jika terjadi gangguan hubung

singkat satu phasa ke tanah.

3.6.7 Relai Termis 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 temperatur.

3.6.8 Relai Suhu Berfungsi untuk mendeteksi suhu minyak trafo dan kumparan secara langsung, yang akan

membunyikan alarm serta mentripkan Circuit Breaker

3.6.9 Relai Jansen Berfungsi untuk mengamankan pengubah/ pengatur tegangan (Tap Changer) dari Trafo

3.7 HUBUNGAN TRANSFORMATOR TIGA FASA (DAYA) Secara umum dikenal tiga cara untuk menyambung rangkaian listrik sebuah transformator

tiga fasa, yaitu hubungan bintang, hubungan segitiga, dan hubungan Zig-zag.

3.7.1 Hubungan Bintang – Bintang Hubungan dari tipe ini lebih ekonomis untuk arus nominal yang kecil, transformator

tegangan tinggi. Jumlah dari lilitan perfasa dan jumlah isolasi minimum karena tegangan

fasa 1/√3 tegangan jala-jala (Line), juga tidak ada perubahan fasa antara tegangan primer dengan sekunder. Bila beban pada sisi sekunder dari transfor-mator tidak seimbang, maka tegangan fasa dari sisi beban akan berubah kecuali titik bintang dibumikan.

36


Gambar 2.4.1.1: Hubungan Bintang – Bintang

3.7.2 Hubungan Segitiga – Segitiga Hubungan ini umumnya digunakan dalam sistem yang menyalurkan arus besar pada

tegangan rendah dan terutama saat kesinambungan dari pelayanan harus dipelihara meskipun satu fasa mengalami kegagalan. Adapun beberapa keuntungan dari hubungan ini adalah :  Tidak ada perubahan fasa antara tegangan primer dengan sekunder.  Luas penampang dari konduktor dikurangi karena arus fasa

1/√3 arus

jala-jala  Tidak ada kesulitan akibat beban tidak seimbang pada sisi sekunder.

37


Kerugian yang terjadi pada hubungan ini adalah :  Lebih banyak isolasi dibutuhkan dibandingkan dengan hubungan

bintang-bintang.  Tidak adanya titik bintang memungkin, merupakan kerugian yang dapat

membahayakan. Bila salah satu jalajala ke tanah karena kegagalan, tegangan maksimum antara kumparan dan inti akan mencapai tegangan jala-jala penuh.

Gambar 2.4.2.1: Hubungan Segitiga - Segitiga

3.7.3 Hubungan Bintang – Segitiga Hubungan transformator tipe ini pada prinsipnya digunakan, dimana tegangan diturunkan

(Step - Down), seperti pada jaringan transmisi. Pada hubungan ini, perbandingan tegangan

38


jala- jala

1/√3 kali perbandingan lilitan transformator dan tegangan sekunder tertinggal 30

derajat dari tegangan primer.

Gambar 2.4.3.1: Hubungan Bintang - Segitiga

3.7.4 Hubungan Segitiga – Bintang Hubungan ini umumnya digunakan, dimana diperlukan untuk menaikkan tegangan (Step-

Up), misalnya pada awal sistem transmisis tegangan tinggi. Dalam hubungan ini

perbandingan tegangan √3 kali perbandingan lilitan transformator dan tegangan sekunder mendahului sebesar 30°.

39


Gambar 2.4.4.1: Hubungan Segitiga - Bintang

3.7.5 Hubungan Zig – Zag Kebanyakan transformator distribusi selalu dihubungkan bintang, salah satu syarat yang

harus dipenuhi oleh transformator tersebut adalah ketiga fasanya harus diusahakan seimbang. Apabila beban tidak seimbang akan menyebabkan timbulnya tegangan titik bintang yang tidak diinginkan, karena tegangan pada peralatan yang digunakan pemakai akan berbeda beda. 40


Untuk menghindari terjadinya tegangan titik bintang, diantaranya adalah dengan menghubungkan sisi sekunder dalam hubungan Zig-zag. Dalam hubungan Zig-zag sisi sekunder terdiri atas enam kumparan yang dihubungkan secara khusus Ujung-ujung dari kumparan sekunder disambungkan sedemikian rupa, supaya arah aliran arus didalam tiap-tiap kumparan menjadi bertentangan. Karena e 1 tersambung secara berlawanan dengan gulungan e 2, sehingga jumlah vektor dari kedua tegangan itu menjadi :

Gambar 2.4.5.1: Hubungan Zig - Zag 41


3.8 PENGUJIAN TRANSFORMATOR TIGA FASA (DAYA) Pengujian yang harus dilakukan pada sebuah transformator tiga fasa biasanya disesuaikan

dengan kebutuhannya (pengujian rutin, pengujian awal, dan pengujian akhir), jenis pengujiannya juga cukup beragam, seperti : a. Pengujian Tahanan Isolasi

Pengujian tahanan isolasi biasanya dilaksanakan pada awal pengujian dengan tujuan untuk mengetahui secara dini kondisi isolasi transformator, untuk menghindari kegagalan yang bisa berakibat fatal, sebelum pengujian selanjutnya dilakukan. Pengujian dilaksanakan dengan menggunakan Megger. Tahanan isolasi yang diukur diantaranya :  Sisi Primer dan Sekunder  Sisi Primer dan pembumian  Sisi Sekunder dan pembumian

b. Pengujian Tahanan Kumparan

Pengujian dilakukan dengan cara melakukan pengukuran tahanan kumparan transformator. Data hasil pengujian digunakan untuk menghitung besarnya rugi tembaga pada transformator tersebut.

c. Pengujian Karakteristik Beban Nol

Pengujian Karakteristik Beban Nol atau anpa Beban dilakukan untuk mengetahui besarnya kerugian daya yang disebabkan oleh rugi hysterisis dan eddy current pada inti transformator dan besarnya arus yang pada daya tersebut. Pengukuran dilakukan dengan memberikan tegangan nominal pada salah satu sisi transformator dan sisi lainnya dibiarkan dalam keaadaan tanpa beban. Contoh untuk menghitung parameterparameter transformator ti ga fasa 42


dari hasil percobaan beban nol bisa dilihat pada Tabel 2.5.1. Persamaan yang terlihat pada tabel menandakan dimana alat ukur diletakkan. Tabel 2.5.1

d. Pengujian Karakteristik Hubung Singkat

Pengujian dilakukan dengan cara memberikan arus nominal pada salah satu sisi transformator dan sisi yang lain dihubung singkat, dengan demikian akan dibangkitkan juga arus nominal pada sisi yang di hubung singkat. Adapun tujuan dari pengujian ini adalah untuk mengetahui besarnya rugi daya yang hilang akibat dari tembaga dari transformator saat beroperasi. Contoh untuk menghitung parameterparameter transformator tiga fasa dari hasil percobaan hubung singkat bisa dilihat pada Tabel 2.5.2 dengan asumsi sisi tegangan rendah di hubung singkat dan alat ukur ada di sisi tegangan tinggi, persamaan yang terlihat pada tabel menunjukan dimana alat ukur diletakan.

Tabel 2.5.2

43


e. Pengujian Perbandingan Transformasi

Pengujian perbandingan transformasi atau belitan kumparan adalah untuk mengetahui perbandingan jumlah kumparan sisi tegangan tinggi dan sisi tegangan rendah pada setiap tapping sehinggga tegangan keluaran yang dihasilkan oleh transformator sesuai dengan yang spesikasi/rancangan.

f.

Pengujian Kelompok Hubungan

Vektor tegangan primer dan sekunder sebuah transformator sangat tergantung pada cara melilit kumparannya. Pada transforma-tor Tiga Fasa arah tegangan menimbulkan perbedaan fasa. Arah dan besar perbedaan fasa tersebut menyebabkan adanya berbagai kelompok hubungan pada transformator. Untuk penentuan kelompok hubungan ini dipergunakan tiga jenis tanda atau kode, yaitu :  Tanda Kelompok sisi tegangan tinggi terdiri atas kode D, Y, dan Z.  Tanda Kelompok sisi tegangan rendah terdiri atas kode d, y , dan z.

44


Angka jam menyatakan bagaimana letak sisi kumparan tegangan tinggi terhadap sisi tegangan rendah. Jarum jam panjang dibuat selalu menunjuk angka 12 dan berimpit dengan Vektor TT tegangan tinggi. Letak Vektor tegangan rendah TH menunjukkan arah jarum jam pendek. Sudut antara jarum jam panjang dan pendek adalah pegeseran antara vektor tegangan tinggi dengan tegangan rendah (V dan v). Gambar 2.5.1 memperlihatkan contoh kelompok hubungan sebuah transformator tiga fasa Dy5, artinya sisi primer dihubung segitiga (jam 12) dan sisi sekunder dihubung bintang (jam 5) . Untuk memudahkan, pabrik pabrik pada pelaksanaannya membatasi jumlah kelompok hubungan dengan membuat normalisasi pada kelompok hubungan yang dianggap baku. Standardisasi yang banyak diikuti adalah menurut peraturan Jerman, yaitu VDE 0532 ( lihat Tabel 2.5.3). Kelompok hubungan yang disarankan untuk digunakan adalah Yy0, Dy5, Yd5, dan Yz5, pada tabel diberi tanda garis pinggir warna merah.

Gambar 2.5.1: Kelompok Hubungan Dy5

45


g. Pengujian Tegangan Terapan

Pengujian tegangan terapan (Withstand Test ) dilakukan untuk menguji kekuatan isolasi antara kumparan dan rangka tangki. Pengujian dilakukan dengan cara memberikan tegangan uji sesuai dengan standar uji dan dilakukan pada :

46

Fathur rahman 15/386889/SV/10209  Sisi tegangan tinggi terhadap sisi tegangan rendah dan rangka tangki yang

dibumikan.  Sisi tegangan rendah terhadap sisi tegangan tinggi dan rangka tangki yang

dibumikan.

h. Pengujian Tegangan Induksi

Tujuan pengujian tegangan induksi adalah untuk mengetahui kekuatan isolasi antara lapisan dari tiap-tiap belitan dan kekuatan isolasi antar belitan transformator. Pengujian dilakukan dengan cara memberi tegangan suplai dua kali tegangan nominal pada salah satu sisi dan sisi lainnya dibiarkan terbuka. Untuk mengatasi kejenuhan pada inti transformator maka frekuensi yang digunakan harus dinaikan sesuai dengan kebutuhan dalam jangka waktu tertentu.

i.

Pengujian Kebocoran Tangki

Pengujian kebocoran tangki dilakukan setelah semua komponen transformator sudah terpasang. Pengujian dilakukan untuk mengetahui kekuatan dan kondisi paking dan las transformator. Pengujian dilakukan dengan memberikan tekanan nitrogen (N2) sebesar kurang lebih 5 psi dan dilakukan pengamatan pada bagian-bagian las dan paking dengan memberikan cairan sabun pada bagian tersebut. Pengujian dilakukan sekitar 3 jam apakah terjadi penurunan tekanan.

j.

Pengujian Jenis 1. Pengujian kenaikan suhu

Pengujian kenaikan suhu dimaksudkan untuk mengetahui berapa kenaikan suhu oli dan kumparan transformator yang disebabkan oleh rugi-rugi transformator apabila transformator dibebani. Pengujian ini juga bertujuan untuk melihat apakah penyebab panas transformator sudah cukup effisien atau belum. Pada transformator dengan tapping tegangan di atas 5% pengujian kenaikan suhu dilakukan pada tappng tegangan terendah (arus tertinggi), pada transformator dengan tapping maksimum 5% pengujian dilakukan pada tapping nominal. Pengujian kenaikan suhu sama dengan pengujian beban penuh, pengujian dilakukan dengan

47


memberikan arus transformator sedemikian hingga membangkitkan rugi-rugi transformator, yaitu rugi beban penuh dan rugi beban kosong.

2. Pengujian tegangan impulse Pengujian impulse ini dimaksudkan untuk mengetahui kemampuan dielektrik dari sistem isolasi transformator terhadap tegangan surja petir. Pengujian impuls adalah pengujian dengan memberi tegangan lebih sesaat dengan bentuk gelombang tertentu. Bila transformator mengalami tegangan lebih, maka tegangan tersebut hampir didistribusikan melalui effek kapasitansi yang terdapat pada :  antar lilitan transformator  antar layer transformator  antara coil dengan ground

3. Pengujian tegangan tembus oli Pengujian tegangan tembus oli dimaksudkan mengetahui kemampuan dielektrik oli. Hal ini dilakukan karena selain berfungsi sebagai pendingin dari transformator, oli juga berfungsi sebagai isolasi. Persyaratan yang ditentukan adalah sesuai denga standart SPLN 49 - 1 : 1982, IEC 158 dan IEC 296 yaitu: > = 30 KV/2,5 mm sebelum purifying > = 50 KV/2,5 mm setelah purifying Peralatan yang dapat digunakan misalnya merk hipotronics type EP600CD.

48


BAB IV KESIMPULAN Pada bab kali ini kami akan menyimpulkan beberapa hal-hal mengenai makalah Transformator Daya Tiga Fasa yang telah kami buat diatas diantaranya yaitu :

1. Transformator 3 fasa banyak di aplikasikan untuk menangani listrik dengan da ya yang besar. Terdapat berbagai macam hubungan pada trafo tiga fasa yang dalam penggunaannya disesuaikan dengan kebutuhan dan rating tegangan yang akan di pikulnya. Salah satu hubungan pada trafo tiga fasa yang sering di pakai adalah Hubungan Delta Bintang dan Bintang Delta, kedua jenis hubungan ini biasanya dipakai dalam sistem tenaga listrik khususnya pada bagian transmisi listrik untuk menaikkan

tegangan (Δ-Y) dan menurunkan tegangan (Y - Δ ). Untuk suatu keadaan darurat, trafo hubung delta dapat dibuat menjadi open delta namun dengan kapasiatas hanya 86.6 % dari kapasitas terpasangnya. 2. Pada Trafo Daya terdapat beberapa jenis yaitu : 

Trafo penaik tegangan (Step up) atau disebut trafo daya, untuk menaikkan tegangan pembangkit menjadi tegangan transmisi.



Trafo penurun tegangan (Step down), dapat disebut trafo distribusi, untuk menurunkan tegangan transmisi menjadi tegangan distribusi.

3. Prinsip kerja dari transformator jenis ini 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 ihubungkan 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. 49


Gambar 1.2.1 : Rangkaian Transfomer Berdasarkan hukum Faraday yang menyatakan magnitude dari electromotive force (emf) proporsional terhadap perubahan fluks terhubung dan hukum Lenz yang menyatakan arah dari emf berlawanan dengan arah fluks sebagai reaksi perlawanan dari perubahan fluks tersebut didapatkan persaman :

e = emf sesaat (instantaneous emf )

Ψ = fluks terhubung ( linked flux) 4. Pada tranformator ini terdapat beberapa gangguan yang dapat mempengaruhi kinerja dari transformator itu sendiri yaitu : 

Rugi Arus Pusar (Eddy Current) Arus pusar adalah arus yang mengalir pada material inti karena tegangan yang diinduksi oleh fluks. Arah pergerakan arus pusar adalah 90o terhadap arah fluks. Dengan adanya resistansi dari material inti maka arus pusar dapat menimbulkan panas sehingga mempengaruhi sifat fisik material inti tersebut bahkan hingga membuat transformator terbakar.



Rugi Hysterisis Rugi hysterisis terjadi karena respon yang lambat dari material inti. Hal ini terjadi karena masih adanya medan magnetik residu yang bekerja pada material, jadi saat arus eksitasi bernilai 0, fluks tidak serta merta berubah menjadi 0 namun perlahan-lahan menuju 0. Sebelum fluks mencapai nilai 0 arus sudah mulai mengalir kembali atau dengan kata lain arus sudah bernilai tidak sama dengan 0 sehingga akan membangkitkan fluks kembali. 50


Rugi hysterisis ini memperbesar arus eksitasi karena medan magnetik residu mempunyai arah yang berlawanan dengan medan magnet yang dihasilkan oleh arus eksitasi 

Rugi Tembaga Rugi tembaga adalah rugi yang dihasilkan oleh konduktor/tembaga yang digunakan sebagai bahan pembuat kumparan. Rugi ini diakibatkan oleh adanya resistansi bahan.

5. Pada transformator Daya ini terdapat beberapa proteksi berfungsi memproteksi dan melindungi Transformator dari beberapa gangguan yang telah dijelaskan seperti diatas :



Relai Bucholz (Bucholz Relay)

Rele Buchholz biasa disebut juga rele gas, karena bekerjanya digerakan oleh pengembangan gas. Tekanan gas akan timbul bila minyak mengalami kenaikan temperatur yang diakibatkan oleh :  Hubung singkat antar lilitan pada atau dalam fasa;  Hubung singkat antar fasa;  Hubung singkat antar fasa ke tanah;  Busur api listrik antar laminasi;  Busur api listrik karena kontak yang kurang baik.

Gas yang mengembang akan menggerakan kontak-kontak rangkaian alarm atau rangkaian pemutus. 

Relai Tekanan Lebih

Relai ini berfungsi hampir sama seperti Relai 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). 

Relai Differensial

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. 

Relai Arus Lebih

51


Berfungsi mengamankan transformator arus yang melebihi dari arus yang diperkenankan lewat dari transformator tersbut dan arus lebih ini dapat terjadi oleh karena beban lebih atau gangguan hubung singkat.



Relai Tangki Tanah

Alat ini berfungsi untuk mengamankan transfor-mator bila ada hubung singkat antara bagian yang bertegangan dengan bagian yang tidak bertegangan pada transformator.



Relai Hubung Tanah

Fungsi alat ini adalah untuk mengamankan transformator jika terjadi gangguan hubung singkat satu phasa ke tanah.



Relai Termis

Alat ini berfungsi untuk mencegah/mengamankan transformator dari kerus akan isolasi pada kumparan, akibat adanya panas lebih yang ditimbulkan oleh arus lebih. 

Relai Suhu

Berfungsi untuk mendeteksi suhu minyak trafo dan kumparan secara langsung, yang akan membunyikan alarm serta mentripkan Circuit Breaker



Relai Jansen

Berfungsi untuk mengamankan pengubah/ pengatur tegangan (Tap Changer) dari Trafo

52

Makalah Trafo Daya

Recommend Documents