Transformator pada Keadaan Berbeban - Analisis Tegangan dan Arus pada Sekunder Transformator Ti

Pada keadaan berbeban, kumparan sekunder transformator dihubungkan dengan beban ZL. Akibatnya, I2 mengalir pada kumparan sekunder. Arus beban I2

ini akan menimbulkan gaya gerak magnet (ggm) yang cenderung menentang fluks bersama yang telah ada akibat arus pemagnetan Im. Agar fluks bersama yang telah ada tidak berubah nilainya, maka pada kumparan primer akan mengalir arus I2’, yang menentang fluks yang dibangkitkan oleh arus beban I2. Sehingga arus yang mengalir pada kumparan primer menjadi I0 + I2’.

Rangkaian Ekivalen Transformator

Transformator dapat dimodelkan dengan rangkaian elektrik ekivalen. Berikut ini adalah rangkaian ekivalen sebuah transformator apabila ditinjau dari sisi primer:

Gambar 2.8 Rangkaian Ekivalen Transformator

Keterangan :

RP = Hambatan primer XP = Reaktansi primer

RS = Hambatan sekunder XS = Reaktansi sekunder

RC = Hambatan inti XM = Reaktansi magnet

Efisiensi dan Regulasi Tegangan Transformator

Efisiensi adalah perbandingan daya keluaran dan daya masukan, efisiensi dapat di rumuskan sebagai berikut:

𝜂 = ^𝑃_𝑃^𝑜𝑢𝑡

𝑖𝑛 𝑥 100%

Karena, 𝑃_𝑂𝑢𝑡 = 𝑉₂. 𝐼₂. cos ɵ₂ 𝑃_𝑖𝑛 = 𝑃_𝑜𝑢𝑡+ Rugi-rugi

(2.8) (2.7)

𝑃_𝑖𝑛 = 𝑃_𝑜𝑢𝑡+ 𝑃_𝑐𝑢+ 𝑃_{𝑖𝑛𝑡𝑖}

𝑃_𝑖𝑛 = 𝑉₂. 𝐼₂. cos ɵ₂+ 𝑃_𝑐𝑢+ 𝑃_{𝑖𝑛𝑡𝑖}

Maka, dengan mensubtitusikan persamaan (2.7) dan (2.8) ke persamaan (2.6) diperoleh rumus untuk efisiensi adalah:

𝜂 = ^𝑉²^.𝐼²^{.cos ɵ}²

𝑉₂.𝐼₂.cos ɵ₂+ 𝑃_𝑐𝑢+ 𝑃_{𝑖𝑛𝑡𝑖} 𝑥100%

(Tanjung 2015)Dimana:

𝜂 = Efisiensi Transformator 𝑃_𝑜𝑢𝑡 = Daya Keluaran

𝑃_𝑖𝑛 = Daya Masukan 𝑉₂ = Tegangan Sekunder 𝐼₂ = Arus Sekunder cos ɵ₂ = Faktor Kerja Beban 𝑃_𝑐𝑢 = Rugi-rugi Tembaga 𝑃_{𝑖𝑛𝑡𝑖} = Rugi-rugi inti

Regulasi tegangan atau pengaturan tegangan adalah perubahan tegangan sekunder antara beban nol dan beban penuh pada suatu faktor kerja tertentu, dengan tegangan primer konstan dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

Pengaturan Tegangan = ^𝑉^2𝑛𝑙^−𝑉^2𝑓𝑙

𝑉_2𝑓𝑙

(2.9)

(2.10)

(2.11)

Dimana:

𝑉_2𝑛𝑙 = Tegangan sekunder saat tanpa beban 𝑉_2𝑓𝑙 = Tegangan sekunder saat beban penuh

Transformator Tiga Fasa

Transformator tiga fasa dapat dibentuk menggunakan dua cara yaitu dengan menghubungkan tiga buah transformator satu fasa, dan dengan membuat transformator dari tiga buah belitan primer, tiga belitan sekunder yang dihubungkan dengan satu inti besi, cara ini lebih ekonomis karena menggunakan inti besi yang lebih sedikit dibandingkan jika menggunakan tiga buah transformator satu fasa.

Sama halnya dengan transformator satu phasa, konstruksi transformator tiga phasa terdiri dari dua tipe yaitu tipe inti dan tipe cangkang.

Gambar 2.9 Transformator tiga fasa tipe inti

Gambar 2.11 Hubungan Wye

Gambar 2.10 Transformator Tiga Fasa Tipe Cangkang

Hubungan Tiga Fasa Dalam Transformator

Secara umum hubungan belitan tiga fasa terbagi atas dua jenis, yaitu hubungan wye (Y) dan hubungan delta (Δ). Masing-masing hubungan belitan ini memiliki karakteristik arus dan tegangan yang berbeda-beda, selanjutnya akan dijelaskan dibawah. Baik sisi primer maupun sekunder masing-masing dapat dihubungkan wye ataupun delta. Kedua hubungan ini dapat dijelaskan secara terpisah, yaitu:

1. Hubungan Wye (Y)

Hubungan wye sering disebut juga hubungan bintang, hubungan ini dibuat dengan menghubungkan titik awal atau titik akhir dari ketiga phasa ke 1 titik yang dinamakan netral.

Gambar 2.12 Hubungan Delta Pada hubungan wye ini, berlaku persamaan:

𝐼_𝑅 = 𝐼_𝑆 = 𝐼_𝑇 = 𝐼_𝐿 (Ampere)

𝐼_𝐿 = 𝐼_𝑝ℎ (Ampere)

𝑉_𝑅𝑆= 𝑉_𝑆𝑇 = 𝑉_𝑅𝑇 = 𝑉_𝐿−𝐿 (Volt)

𝑉_𝐿−𝐿= √3𝑉𝐿−𝑁 (Volt)

Dimana : 𝐼_𝐿 = Arus line

𝐼_𝑝ℎ = Arus Phasa

𝑉_𝐿−𝐿 = Tegangan line-to-line

𝑉_𝐿−𝑁 = Tegangan line-to-netral

2. Hubungan Delta (Δ)

Hubungan Delta ini dibuat dengan menghubungkan titik awal belitan dan titik akhir belitan lainnya.

(2.12)

(2.13)

(2.14)

(2.15)

Pada hubungan delta ini, berlaku persamaan:

𝐼_𝑅 = 𝐼_𝑆 = 𝐼_𝑇 = 𝐼_𝐿 (Ampere)

𝐼_𝐿 = √3𝐼𝑝ℎ (Ampere)

𝑉_𝑅𝑆= 𝑉_𝑆𝑇 = 𝑉_𝑅𝑇 = 𝑉_𝐿−𝐿 (Volt)

𝑉_𝐿−𝐿= 𝑉_𝐿−𝑁 (Volt)

Dimana : 𝐼_𝐿 = Arus line

𝐼_𝑝ℎ = Arus Phasa

𝑉_𝐿−𝐿 = Tegangan line-to-line

𝑉_𝐿−𝑁 = Tegangan line-to-netral

Hubungan Belitan Transformator Tiga Fasa

Pada transformator tiga phasa terdapat dua hubungan belitan yang digunakan yaitu hubungan wye dan delta. Ada empat kemungkinan hubungan belitan transformator yaitu hubungan wye-delta, delta-wye, wye-wye, dan delta-delta.

1. Hubungan Wye-Delta

Transformator hubungan ini belitan primernya terhubung secara wye dan belitan sekundernya terhubung secara delta. Hubungan wye-delta ini biasanya digunakan untuk menurunkan tegangan tinggi menjadi tegangan menengah atau tegangan rendah. Hubungan ini menyediakan titik pentanahan netral pada sisi primer. (El-Hawary 2008)

(2.16)

(2.17)

(2.18)

(2.19)

Gambar 2.13 Transformator Bank 3 Fasa terhubung Wye-Delta (Matsch, Capasitors, Magnetic Circuits and Transformers 2011)

Gambar 2.14 Transformator Tiga Fasa Terhubung Wye-Delta

Pada hubungan ini, tegangan kawat ke kawat primer sebanding dengan √3 tegangan phasa primer dan tegangan kawat ke kawat sekunder sama dengan tegangan phasa sekunder, sehingga diperoleh perbandingan tegangan.

Perbandingan tegangan pada hubungan ini adalah:

𝑉_𝐴𝐵

𝑉_𝑎𝑏

=

^√3𝑉^ɸ𝑃

𝑉_ɸ𝑆

=

√3𝑎

^(2.20)

Gambar 2.15 Transformator Bank Tiga Fasa Terhubung Delta-Wye

Gambar 2.16 Transformator Tiga Fasa Terhubung Delta-Wye 2. Hubungan Delta-Wye

Hubungan Delta-Wye merupakan hubungan yang paling umum digunakan pada transformator tiga fasa. (Fehr. 2016)

Transformator hubungan ini belitan primernya terhubung secara wye dan belitan sekundernya terhubung secara delta.

Pada hubungan ini, tegangan kawat ke kawat primer sama dengan tegangan phasa primer, dan tegangan kawat ke kawat sekunder sebanding dengan

√3 tegangan phasa sekunder. Maka perbandingan tegangan pada hubungan ini adalah:

𝑉_𝐴𝐵

𝑉_𝑎𝑏

=

^𝑉^ɸ𝑃

√3𝑉_ɸ𝑆

=

^𝑎

√3

Hubungan ini banyak dipakai untuk menaikkan tegangan, transformator dengan hubungan ini memiliki kekurangan tidak dapat diparalel dengan transformator hubungan lain. (Dhuha 2015)

3. Hubungan Wye-Wye

Transformator hubungan ini belitan primernya terhubung secara wye dan belitan sekundernya terhubung secara wye.

Gambar 2.17 Transformator Bank 3 Fasa terhubung Wye-Wye (Matsch, Capasitor, Magnetic Circuits and Transformers 2011)

Gambar 2.18 Transformator Tiga Fasa Terhubung Wye-Wye (Matsch, Capasitors, Magnetic Circuits and Transformers 2011)

(2.21)

Pada hubungan ini, tegangan kawat ke kawat primer sama dengan

√3 tegangan phasa primer, dan tegangan kawat ke kawat sekunder sebanding dengan √3 tegangan phasa sekunder. Maka perbandingan tegangan pada hubungan ini adalah:

𝑉_𝐴𝐵

𝑉_𝑎𝑏

=

^√3𝑉^ɸ𝑃

√3𝑉_ɸ𝑆

=

𝑎

Hubungan wye-wye ini jarang digunakan karena memiliki masalah harmonisa ketiga. (Karady and Holbert 2013)

4. Hubungan Delta-Delta

Transformator hubungan ini belitan primernya terhubung secara delta dan belitan sekundernya terhubung secara delta. Transformator jenis ini tidak memiliki pergeseran phasa dan tidak memiliki masalah dengan ketidakseimbangan beban juga dengan harmonisa. (Chapman 2012)

Gambar 2.19 Transformator Bank 3 Fasa terhubung Delta-Delta

(2.22)

Gambar 2.20 Transformator Tiga Fasa Terhubung Delta-Delta

Pada hubungan ini, tegangan kawat ke kawat primer sama dengan tegangan phasa primer, dan tegangan kawat ke kawat sekunder sama dengan tegangan phasa sekunder. Maka perbandingan tegangan pada hubungan ini adalah:

𝑉_𝐴𝐵

𝑉_𝑎𝑏

=

^𝑉_𝑉^ɸ𝑃

ɸ𝑆

= 𝑎

Hubungan delta-delta ini umumnya digunakan untuk tegangan menengah pada sistem tenaga listrik. (Karady and Holbert 2013)

Gangguan pada Transformator

Gangguan pada transformator dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu internal faults dan through fault. (Sumanto 1991)

- Internal Faults

Internal faults (gangguan di dalam trafo), contohnya adalah:

a. Incipient Faults

- Terjadi busur api (arc) yang kecil dan pemanasan lokal yang dapat disebabkan oleh beberapa hal yaitu cara penyambungan

konduktor yang tidak baik, partial discharge, maupun kerusakan isolasi pada baut-baut penjepit inti.

b. Gangguan pada sistem pendingin

c. Arus sirkulasi pada trafo yang bekerja secara parallel d. Gangguan hubung singkat

- Through Faults

Jenis gangguan ini dapat dibedakan atas 2 macam, yaitu:

- External short circuit

Yaitu gangguan hubung singkat diluar trafo daya, misalnya hubung singkat di rel, hubung singkat di feeder / penghantar, dan gangguan hubung singkat di sistem yang merupakan sumber bagi trafo tersebut.

- Overload

Trafo dapat beroperasi secara terus-menerus pada arus beban nominalnya. Apabila beban yang dilayani lebih besar dari nominalnya, maka trafo akan mendapat pemanasan berlebih.

Kondisi ini mungkin tidak segera menimbulkan kerusakan pada trafo, tetapi apabila berlangsung terus menerus hal ini akan memperpendek umur isolasi.

Keadaan Transformator Tiga Fasa dengan Salah Satu Belitan Primer Terbuka

Keadaan ini dapat terjadi apabila terjadi pemanasan berlebih pada belitan primer transformator dan proteksi pada transformator gagal bekerja, sehingga dapat

meleburkan penghantar pada belitan transformator. Hal ini dapat diakibatkan oleh karena gangguan hubung singkat ataupun arus beban yang terlalu besar.

Pada keadaan ini arus yang melewati salah satu belitan transformator bernilai nol. Dilihat dari gambar skematik dibawah IAB = 0. Mengingat bahwa fluksi atau medan magnet ada akibat arus yang mengalir pada penghantar, maka tiadanya arus yang melewati salah satu belitan transformator akan mengakibatkan fluksi pada belitan transformator menjadi nol. (ɸAB=0).

Akibat dari ɸAB=0 adalah tidak ada tegangan induksi yang dihasilkan oleh belitan primer fasa tersebut, sehingga GGL induksi hanya dihasilkan oleh dua belitan primer yang masih normal lainnya. Akibatnya, tegangan yang diinduksikan pada sisi sekunder akan menjadi berkurang.

IAB = 0

Gambar 2.21 Keadaan Transformator Tiga Fasa dengan Salah Satu Belitan Primer Terbuka

BAB 3

METODE PENELITIAN

Dalam dokumen Analisis Tegangan dan Arus pada Sekunder Transformator Tiga Fasa Delta. (Aplikasi pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU) (Halaman 23-37)