BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Transformator
Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari satu atau lebih rangkaian ke rangkaian listrik yang lain, melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnet. Transformator digunakan secara luas, baik dalam bidang tenaga listrik maupun elektronika. Transformator berfungsi untuk menyalurkan daya/tenaga dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya. Dalam operasi penyaluran tenaga listrik transformator dapat dikatakan sebagai jantung dari transmisi dan distribusi.
Transformator satu fasa mempunyai satu sisi masukan dan satu sisi keluaran. Sisi masukan disebut sisi primer, dan sisi keluaran disebut sisi sekunder. Sedangkan transformator tiga fasa mempunyai tiga buah sisi masukan dan tiga buah sisi keluaran, Transformator tiga fasa dapat dibentuk dari tiga buah transformator satu fasa ataupun dari bentuk konstruksi transformator tiga fasa satu inti. Dalam bidang tenaga listrik pemakaian transformator dikelompokkan menjadi tiga jenis yaitu sebagai berikut:
1. Transformator daya 2. Transformator distribusi 3. Transformator ukur
dan sekunder. Gandengan magnet ini berupa inti besi tempat melakukan fluks bersama. [1]
2.2 Prinsip Kerja Transformator
Suatu trafo, dalam bentuk yang sederhana, pada dasarnya terdiri dari dua kumparan yang diisolasikan yang tergandeng dengan medan magnet bersama atau mutual yang dibangkitkan dalam inti bahan magnetik, seperti terlihat pada Gambar 2.1. Kumparan yang dihubungkan dengan sumber arus bolak-balik diberi nama kumparan primer, dan kumparan yang dihubungkan dengan beban, diberi nama kumpara sekunder.
Gambar 2.1 Bagan dari transformator[1]
keseluruhan (secara magnetik). Secara umum, rangkaian pengganti sebuah transformator adalah sebagai berikut:
Gambar 2.2 Rangkaian Pengganti Transformator [1]
Apabila semua parameter sekunder dinyatakan dalam harga rangkaian primer, harganya perlu dikalikan dengan faktor a2, dimana:
a = 𝐸𝐸1
𝐸𝐸2
………..………(2.1)
2.3 Konstruksi Transformator
(a) (b)
Gambar 2.3 (a) Tipe Inti ( Core Type) (b) Tipe Cangkang (Shell Type) [1]
2.3.1 Inti Besi
Inti besi digunakan sebagai media jalannya fluks yang timbul akibat induksi arus bolak balik pada kumparan yang mengelilingi inti besi sehingga dapat menginduksi kembali ke kumparan yang lain. Dibentuk dari lempengan – lempengan besi tipis berisolasi yang disusun sedemikian rupa untuk mengurangi panas (sebagai rugi-rugi besi) yang ditimbulkan atau diakibatkan oleh arus Eddy (Eddy current). [1]
2.3.2 Kumparan Transformator (Winding)
2.3.3 Minyak Transformator
Sebagian besar kumparan-kumparan dan inti trafo tenaga direndam dalam minyak trafo, terutama trafo-trafo tenaga yang berkapasitas besar, karena minyak trafo mempunyai sifat sebagai isolasi dan media pemindah, sehingga minyak trafo tersebut berfungsi sebagai media pendingin dan isolasi. [1]
2.3.4 Tangki Konservator
Saat terjadi kenaikan suhu operasi pada transformator, minyak isolasi akan memuai sehingga volumenya bertambah. Sebaliknya saat terjadi penurunan suhu operasi, maka minyak akan menyusut dan volume minyak akan turun. Konservator digunakan untuk menampung minyak pada saat transformator mengalami kenaikan suhu. Seiring dengan naik turunnya volume minyak di konservator akibat pemuaian dan penyusutan minyak, volume udara didalam konservator pun akan bertambah dan berkurang. Penambahan atau pembuangan udara didalam konservator akan berhubungan denganudara luar. Agar minyak isolasi transformator tidak terkontaminasi oleh kelembaban dan oksigen dari luar, maka udara yang akan masuk kedalam konservator akan difilter melalui silicage. Untuk menghindari agar minyak trafo tidak berhubungan langsung dengan udara luar, maka saat ini konservator dirancang dengan menggunakan brether bag/rubber bag, yaitu sejenis balon karet yang dipasang didalam
2.3.5 Bushing
Hubungan antara kumparan trafo ke jaringan luar melalui sebuah bushing yaitu sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator, yang sekaligus berfungsi sebagai penyekat antara konduktor tersebut dengan tangki trafo. Secara garis besar bushing dapat dibagi menjadi empat bagian utama yaitu isolasi, konduktor, klem koneksi, dan asesoris. Isolasi pada bushing terdiri dari dua jenis yaitu oil impregnated paper dan resin impregnated paper. Pada tipe oil impregnated paper, isolasi yang digunakan adalah kertas isolasi dan minyak isolasi sedangkan pada tipe resin impregnated paper, isolasi yang digunakan adalah kertas isolasi dan resin. [1]
2.3.6 Peralatan Bantu
Peralatan bantu berfungsi untuk membantu fungsi-fungsi dari bagian utama.
2.3.6.1 Pendingin
kipas-kipas sebagai pendingin yang dapat beroperasi secara otomatis berdasarkan pada setting rele temperatur dan sirkulasi air yang bersinggungan dengan pipa minyak isolasi panas.
Transformator umumnya diisi minyak sebagai bahan isolasi antara kumparan dengan kumparan dan kumparan dengan kaki. Transformator tenaga umumnya dilengkapi dengan sistem pendingin, yang dimaksudkan agar trafo dapat bekerja sesuai rating yang tertera pada spesifikasinya. Trafo yang dilengkapi pendingin adalah yang berkapasitas di atas 10 MVA. Tipe pendingin trafo adalah secara alami dan paksaan, yaitu menggunakan riben (sirip), radiator dan bantuan motor untuk mengembus udara. Banyaknya riben atau motor-motor yang terpasang sesuai dengan kapasitas trafo dan permukaan yang didinginkan.
a. Pendingin Dengan Riben
Transformator dengan kapasitas 10 sampai dengan 30 MVA menggunakan riben atau sirip-sirip sebagai pendingin. Minyak panas yang ditimbulkan oleh panas kumparan akan terjadi pada bagian atas trafo sementara minyak yang dingin berada di bawah bagian trafo. Kondisi ini secara alami akan mengalir dari bawah trafo dan diteruskan melalui riben atau sirip pendingin, yang dirancang sedemikian sehingga minyak panas yang melalui riben akan didinginkan oleh aliran udara luar.
b. Pendingin Menggunakan Kipas
Transformator dengan kapasitas lebih dari 30 MVA biasanya dilengkapi dengan riben kipas pendingin, radiator dan pompa minyak.
c. Menggunakan Riben dan Kipas
Minyak trafo panas yang dialirkan melalui riben seperti yang dijelaskan di atas akan dihembus dengan udara dari kipas pendingin, baik secara vertikal ataupun horizontal sehingga minyak panas sebelum masuk kedalam trafo telah didinginkan dengan udara luar dengan bantuan kipas angin.
d. Menggunakan radiator dan Kipas Pendingin
Gambar 2.4 Pendingin Sirip dan Kipas [2]
2.3.6.2 Konservator
Konservator berupa tangki tambahan berbentuk silinder yang ditempatkan diatas tangki transformator. Fungsi dari alat ini adalah untuk tempat luapan minyak transformator pada saat memuai akibat temperatur yang tinggi pada lilitan. [1]
2.3.6.3 Dehydrating Breather
Pada saat minyak naik temperaturnya, akan terjadi perubahan volume minyak yang berakibat terdorongnya udara dalam kantong udara pernafasan menuju keluar sedangkan pada saat minyak dingin terjadi penyusutan volume minyak yang menyebabkan udara luar masuk ke dalam tangki trafo. Selama proses tersebut akan terjadi singgungan antara minyak dengan udara luar. Jika udara tersebut lembab, maka uap air akan terserap oleh minyak trafo yang berakibat turunnya tegangan tembus.
yang berwarna biru sudah jenuh oleh uap air, maka akan terjadi perubahan warna menjadi merah muda, untuk itu harus diaktifkan dengan cara pemanasan pada temperatur 150o-200o C, sehingga warnanya berubah menjadi biru. Selain silikagel, pemeliharaan juga dilakukan pada piringan-piringan berpori dan oil seal yang berfungsi sebagai filter debu ataupun serangga yang terbawa bersama-sama udara. [1]
2.3.6.4 Tap Changer
Tap changer adalah alat perubah perbandingan transformasi untuk
mendapatkan tegangan operasi sekunder yang lebih baik (diinginkan) dari tegangan jaringan/primer yang berubah-rubah. Tap changer yang hanya bisa beroperasi untuk memindahkan tap transformator dalam keadaan transformator tidak berbeban disebut “Off Load Tap Changer” dan hanya dapat dioperasikan manual.
Tap changer yang dapat beroperasi untuk memindahkan tap tarnsformator,
dalam keadaan transformator berbeban disebut “On Load Tap Changer” dan dapat dioperasikan secara manual atau otomatis.
Ada dua cara kerja tap changer: (a) mengubah tap dalam keadaan trafo tanpa beban, (b) mengubah tap dalam keadaan trafo berbeban (On Load Tap Changer/OLTC).
atau pada trafo kapasitas kecil, umumnya menggunakan tap changer yang dioperasikan hanya pada saat tenaga beban OLTC terdiri dari:
• Selector Switch.
• Diverter Switch
• Transisi Resistor
Untuk mengisolasi dari bodi trafo (tanah) dan meredam panas pada saat proses perpindahan tap, maka OLTC direndam di dalam minyak isolasi yang biasanya terpisah dengan minyak isolasi utama trafo (ada beberapa trafo yang compartemennya menjadi satu dengan main tank). Karena pada proses perpindahan hubungan tap di dalam minyak terjadi fenomena elektris, mekanis, kimia dan panas, maka minyak isolasi OLTC kualitasnya akan cepat menurun, tergantung dari jumlah kerjanya dan adanya kelainan di dalam OLTC. [2]
2.3.6.5 Indikator
Untuk mengawasi selama transformator beroperasi, maka perlu adanya indikator pada transformator sebagai berikut:
(a) Indikator suhu minyak (b) Indikator permukaan minyak (c) Indikator sistem pendingin (d) Indikator kedudukan tap 2.3.6.6 Peralatan Indikator
tersambung dengan tabung penuaian dan tersambung dengan jarum indikator derajat panas.
2.4 Polaritas Transformator
Polaritas trafo adalah tanda pada trafo yang menjelaskan arah relatif dari tegangan induksi dan komponen-komponen arus dalam dua kumparan trafo. Dalam kebanyakan trafo ada suatu bentuk dari tanda pada trafo yang diberikan pada trafo yang diberikan oleh pabrik pembuatannya. Tanda tersebut dikenal sebagai polarity marking. Kumparan-kumparan dari trafo atau mesin-mesin elektrik yang lain diberi tanda untuk menunjukkan polaritas dari terminal-terminalnya. Perhatikan Gambar 2.5 dibawah ini:
1 3
2 4
Gambar 2.5 Polaritas trafo [3]
dinamakan tanda polaritas dari kumparan. Tanda tersebut menunjukkan arah bagaimana kumparan itu dililitkan pada inti. [3]
2.5 Pendinginan Trafo
Suatu trafo, pada saat beroperasi terdapat rugi-rugi (losses) yang sebagian besar terdapat pada dua jenis material, diantaranya:
1. Rangkaian magnetik: muncul karena adanya variasi dari alternating flux pada inti magnetik, dimana berhubungan dengan adanya induktansi dan dari tegangan input.
2. Kumparan: sebagai fungsi I2R dari rugi-rugi pada kumparan dan juga adanya rugi Arus Eddy, yang berkaitan dengan arus dan beban.
Selain itu, losses juga terjadi pada interkoneksi, tap changer dan bushing. Fluksi bocor dari kumparan, teminal, dan koneksi dapat juga menimbulkan losses yang bersifat parasit dengan menginduksi arus eddy pada kumparan magnetik non aktif, seperti tangki konservator, cover, dan lain sebagainya. Sehingga hal ini juga harus diperhatikan diusahakan untuk lebih diturunkan ke titik minimum.
Transmisi dari panas biasanya dalam beberapa cara, yaitu:
1. Konduksi dari macam-macam peralatan yang digunakan dari dalam trafo ke permukaan.
2. Konveksi dalam dielektrik cair yang mana mentransmisikan panas ke media pendingin pada heat exchanger (untuk trafo tipe basah).
3. Radiasi dalam dielektrik gas yang mana keduanya, isolator dan pembawa panas (untuk trafo tipe kering).
Trafo umumnya diisi minyak sebagai bahan isolasi antara kumparan dengan kumparan dan kumparan dengan kaki. Trafo tenaga umumnya dilengkapi dengan sistem pendingin, yang dimaksudkan agar trafo dapat bekerja sesuai rating yang tertera pada spesifikasinya. Trafo yang dilengkapi pendingin biasanya adalah yang berkapasitas diatas 1MVA. Tipe pendingin trafo adalah secara alami dan paksaan, yaitu menggunakan riben (sirip), radiator dan bantuan motor kipas untuk menghasilkan debit udara yang lebih besar untuk dialirkan ke trafo. Banyaknya riben atau motor-motor yang terpasang sesuai dengan kapasitas trafo dan permukaan yang didinginkan.
2.5.1 Trafo Minyak dengan Pendingin Sendiri
Panas yang timbul dalam kumparan sebagai akibat dari adanya pembebanan disalurkan dari tangki transformator ke atmosfer yang dilakukan melalui proses alami. [3]
2.5.2 Trafo Minyak dengan Pendingin Udara secara Paksaan (ONAF)
Transformator ini juga dibenamkan dalam minyak. Suatu saat, transformator bekerja dengan temperatur yang semakin tinggi dan tidak dapat diturunkan secara alami. Sehingga pendinginan diperbaiki lebih lanjut oleh udara yang dihembuskan pada seluruh permukaan luar transformator. [3]
2.5.3 Trafo Minyak dengan Pendingin Air (ONAN)
Tabung-tabung metal ditempatkan di dalam tangki, dibawah permukaan minyak. Air disirkulasikan melalui pipa-pipa untuk mengeluarkan panas dalam minyak. [3]
2.5.4 Trafo Minyak dengan Pendinginan Minyak secara Paksa (OFAF)
2.6 Trafo Ideal
Pada awalnya, suatu trafo dianggap ideal, yakni suatu trafo yang sangat sempurna, yang tidak mempunyai rugi-rugi didalamnya. [3]
2.6.1 Kondisi Trafo Ideal
Trafo dianggap sebagai trafo ideal bila memenuhi syarat sebagai berikut :
• Kurva magnetisasi untuk inti adalah linear
• Rugi besi (rugi hysterisis dan eddy current) diabaikan
• Tahanan kumparan diabaikan
• Tidak ada fluksi bocor 2.6.2 Trafo Ideal Tidak Berbeban
Misal kontak S (Gambar 2.6) dalam keadaan terbuka. Bila tegangan sinusoidal Vp dihubungkan pada sisi primer maka arus magnetisasi im, yang juga
sinosoidal mengalir dalam kumparan primer. Arus ini akan menimbulkan mmf pada kumparan primer, yang juga sinusoidal yang dinyatakan oleh :
𝑀𝑀𝑝𝑝 =𝑁𝑁𝑝𝑝 𝑖𝑖𝑚𝑚………..……….(2.2)
dimana : 𝑀𝑀𝑝𝑝 = mmf pada sisi primer
Np = jumlah belitan pada kumparan primer
Gambar 2.6 Trafo ideal dalam keadaan tidak berbeban [3] mmf ini akan menghasilkan ø, yang juga sinusoidal, yang dinyatakan oleh :
ø = ømakssin wt…..………..……(2.3) dimana :
ø = fluksi yang dihasilkan kumparan primer ømaks= fluksi maksimum
w = frekuensi sudut dalam rad/sek yang dinyatakan oleh: w = 2πf
Fluksi ini dicakup oleh kumparan primer dan sekunder, sehingga dibangkitkan tegangan induksi pada kedua kumparan tersebut. Tegangan induksi pada kumparan primer dan sekunder tersebut adalah :
𝑒𝑒𝑝𝑝 =−𝑁𝑁𝑝𝑝𝑑𝑑∅𝑑𝑑𝑑𝑑 = −𝑁𝑁𝑝𝑝𝜔𝜔∅maks cosωt………(2.4)
𝑒𝑒𝑠𝑠 =−𝑁𝑁𝑠𝑠𝑑𝑑∅𝑑𝑑𝑑𝑑 =−𝑁𝑁𝑠𝑠𝜔𝜔∅maks cosωt………..………(2.5)
dimana :
ep = tegangan induksi pada kumparan primer
es = tegangan induksi pada kumparan sekunder
Perbandingan transformasi antara tegangan induksi di primer dan sekunder
Ep= harga efektif dari tegangan induksi primer
Es= harga efektif dari tegangan induksi sekunder
Tegangan induksi rms pada kumparan primer dan sekunder adalah:
𝐸𝐸𝑝𝑝 =𝐸𝐸𝑝𝑝−𝑚𝑚𝑎𝑎𝑚𝑚𝑠𝑠√2 = √2 𝜋𝜋𝑓𝑓𝑁𝑁𝑝𝑝∅𝑚𝑚𝑎𝑎𝑚𝑚𝑠𝑠………(2.7)
𝐸𝐸𝑝𝑝 =𝐸𝐸𝑝𝑝−𝑚𝑚𝑎𝑎𝑚𝑚𝑠𝑠√2 = √2 𝜋𝜋𝑓𝑓𝑁𝑁𝑝𝑝∅𝑚𝑚𝑎𝑎𝑚𝑚𝑠𝑠………(2.8)
2.6.3 Trafo Ideal Berbeban
Bila kontak S ditutup, seperti terlihat dalam Gambar 2.7, maka trafo terhubung dengan beban. Karena tahanan kumparan adalah 0, maka :
Gambar 2.7 Trafo ideal dalam keadaan berbeban [3] Vs = Es……….………(2.9)
dimana : Vs = tegangan jepitan rms dari kumparan sekunder.
2.6.4 Karakteristik Trafo Ideal
Trafo ideal mempunyai karakteristik sebagai berikut :
I. Tegangan pada kumparan-kumparan dari trafo ideal berbanding lurus dengan jumlah belitan dari kumparan-kumparannya.
𝑉𝑉𝑝𝑝
II. Arus dalam kumparan-kumparan trafo ideal berbanding terbalik dengan jumlah belitan dari kumparan-kumparannya.
𝑁𝑁𝑝𝑝
𝑁𝑁𝑠𝑠 =
𝐼𝐼𝑠𝑠
𝐼𝐼𝑝𝑝 =𝑎𝑎………….………(2.12) III. Dari persamaan diatas, maka didapat :
vp ip = vs is……….………(2.13)
atau
Vp Ip = Vs Is………(2.14)
Jadi, daya input sesaat dari trafo ideal sama dengan daya output sesaat dari trafo tersebut. [3]
2.7 Trafo Tidak Ideal 2.7.1 Arus magnetisasi
Arus magnetisasi adalah arus yang menghasilkan mmf, yang selanjutnya menghasilkan fluksi. Ditinjau dari gambar rangkaian dibawah, bila rangkaian primer diberi tegangan ac satu-fasa, vp, maka arus magnetisasi, im, akan mengalir
Gambar 2.9 Loop histerisis dari trafo tidak ideal [2] Fluksi yang dihasilkan oleh arus magnetisasi dapat dinyatakan oleh :
𝑖𝑖𝑚𝑚 = ∅𝑁𝑁𝑅𝑅𝑝𝑝………(2.15)
Bila kumparan medan mendapatkan penguatan oleh arus ac, maka akan terjadi loop histerisis. Loop histerisis yang terjadi akan menimbulkan kerugian histerisis. Disamping itu, fluksi yang terjadi didalam inti trafo akan menyebabkan jugi rugi arus eddy yang akan menimbulkan rugi daya arus eddy. Kedua rugi ini dikenal sebagai rugi inti. Dimana rugi inti dapat dituliskan sebagai :
Pc = Ph + Pe………(2.16)
dimana : Pc = rugi inti Ph = rugi hysterisis Pe = rugi arus eddy
Rugi besi dapat dinyatakan sebagai rugi pada tahanan fiktif Rc dengan Ic yang
melewati tahanan tersebut. Karena itu arus tersebut dapat dinyatakan dengan: 𝐼𝐼𝑐𝑐 =𝐸𝐸𝑃𝑃𝑐𝑐
1 =𝐼𝐼 2
𝑐𝑐𝑅𝑅𝑐𝑐………(2.17)
2.7.2 Arus Eksitasi
Arus eksitasi adalah arus yang mengalir dalam kumparan primer dari trafo dalam keadaan tidak berbeban. Arus ini terdiri dari dua komponen, yakni arus magnetisasi dan arus rugi inti. Arus rugi inti adalah komponen yang menghasilkan rugi daya inti. Arus eksitasi dinyatakan dengan : [3]
ie = ic + im………..………(2.18)
2.8 Rangkaian Ekivalen Trafo
Dalam pembahasan ini akan dijelaskan tentang rangkaian ekivalen trafo, yang merupakan rangkaian pengganti seperti yang terlihat pada Gambar 2.9, yang bisa digunakan untuk melakukan analisis terhadap kinerja trafo. Rangkaian ini dibentuk dengan menghilangkan rangkaian magnetik dari trafo, sehingga terjadilah rangkaian ekivalen dari trafo yang lebih sederhana, yang hanya terdiri dari rangkaian elektrik saja. [3]
Gambar 2.9 Gambar rangkaian ekivalen transformator [3] 2.9 Rating Trafo
Rating trafo adalah harga maksimum yang diijinkan pada saat trafo dioperasikan. Bila harga rating dilampaui dalam waktu operasi yang lama, maka akan terjadi kerusakan, sehingga umur dari trafo menjadi berkurang.
rating tegangan, rating frekuensi, dan lain sebagainya. Plat nama pada trafo beri informasi seperti berikut : 20 kVA, 3500/ 220 V, 50 Hz
Disini, 20 kVA adalah rating output daya pada terminal sekunder. Perlu dicatat bahwa rating output dinyatakan dalam kVA, dan bukannya dalam kW. Ini disebabkan oleh kenyataan bahwa rating output pada trafo dibatasi oleh pemanasan dan karenanya oleh rugi daya dalam trafo. Rugi trafo ini terdiri dari tegangan trafo (rugi besi) dan arus (rugi I2R) dan hampir tidak disebabkan oleh faktor kerja. Sebagai konsekuensinya rating output dinyatakan dalam kVA dan bukan dalam kW. Pada faktor kerja nol, trafo dapat dioperasikan pada kV rated, dengan daya nol.[3]
2.10 Rugi-rugi Trafo
Rugi-rugi daya transformator berupa rugi inti atau rugi besi dan rugi tembaga yang terdapat pada kumparan primer maupun kumparan sekunder. Untuk memperkecil rugi-rugi tembaga harus diambil kawat tembaga yang penampangnya cukup besar untuk mengalirkan arus listrik yang diperlukan. Pada keadaan tanpa beban, besarnya daya adalah ;
P = V I cos∅………(2.19) Dimana, cos∅ = faktor kerja
Dari persamaan diatas didapat:
S = √3 VI……….………(2.20) Maka,
cos∅= 𝑆𝑆𝑃𝑃(𝑊𝑊)
Tujuan utama dari perancangan listrik adalah untuk mengurangi berbagai kerugian, yang mana walaupun dalam presetasi adalah kecil, mungkin harganya sangat besar pada transformator yang lebih besar. Adapun rugi-rugi transformator antara lain :
2.10.1 Rugi Tembaga ( 𝑷𝑷𝒄𝒄𝒄𝒄 )
Rugi ini disebabkan arus beban mengalir pada kawat tembaga, dapat ditulis sebagai berikut :
𝑃𝑃𝑐𝑐𝑐𝑐 = 𝐼𝐼2𝑅𝑅 ………..………(2.22)
Karena arus beban berubah-ubah, maka rugi tembaga pada setiap perubahan beban dapat ditentukan dengan persamaan:
𝑃𝑃𝑑𝑑2 = �
Pt2 = Rugi−rugi tembaga pada saat pembebanan tertentu
Pt1 = Rugi−rugi tembaga beban penuh
S2 = Beban yang dioperasikan
S1 = Nilai pengenal
2.10.2 Rugi Besi (𝑷𝑷𝒊𝒊)
Sedangkan untuk rugi-rugi inti (rugi besi) dalam keadaan normal selalu konstan tidak tergantung terhadap besarnya perubahan beban dan rugi ini dapat dikelompokkan dalam dua bagian yaitu:
a. Rugi Histerisis (𝑷𝑷𝒉𝒉)
Rugi ini akibat dari inti besi menerima fluksi bolak-balik, yang dinyatakan dengan persamaan:
dimana:
f = frekuensi jala-jala (Hz) B = kerapatan fluksi (Tesla)
H = intensitas medan magnet (A/m)
Atau
Ph = Kh f B*maks (Watt/ m3) ………..……..………(2.25) dimana :
Kh = konstanta histerisis
* = konstanta histerisis tambahan yang besarnya antara 1,6-3,0 Bmaks = kerapatan fluksi maksimum
b. Rugi-rugi Arus Pusar (Eddy current) Pe
Pe = Ke f2 B2maks ( watt/ m3) ………(2.26) dimana :
Ke = konstanta arus pusar f = frekuensi jala-jala t = ketebalan laminasi
Bmaks = kerapatan fluksi maksimum
Jadi rugi-rugi inti dapat dihitung dengan menjumlahkan rugi-rugi hysteresis dengan rugi-rugi arus pusar sebesar : [3,4]
Pi = Ph + Pe ………(2.27) 2.11 Efisiensi Trafo
𝜂𝜂 = �𝑃𝑃 𝑃𝑃0
Jika dimisalkan daya keluaran adalah 𝑉𝑉2𝐼𝐼2 cos𝜃𝜃 dan rugi-rugi adalah rugi besi (𝑃𝑃1) sedang rugi-rugi tembaga (𝑃𝑃𝐶𝐶𝐶𝐶) dinyatakan dengan 𝐼𝐼2𝑅𝑅2𝑒𝑒𝑚𝑚 , maka efisiensi dapat dinyatakan :
𝜂𝜂 = 𝑉𝑉2𝐼𝐼2 cos𝜃𝜃
𝑉𝑉2𝐼𝐼2cos𝜃𝜃+𝐼𝐼22𝑅𝑅2𝑒𝑒𝑚𝑚 + 𝑃𝑃𝑖𝑖………(2.30)
Agar efisiensi maksimum :
𝑑𝑑
2.12 Testing Trafo
2.12.1 Tes Hubungan Terbuka
Dalam tes ini, tegangan rating dipasangkan pada suatu kumparan, biasanya kumparan dengan tegangan rendah untuk alasan keselamatan, sedangkan kumparan lain dibiarkan terbuka. Arus beban nol relatif kecil (2-6 % dari arus rating), sehingga rugi tembaga bisa diabaikan selama tes. Karena itu daya input
yang diberikan kepada trafo menyatakan rugi inti semata. Diagram dari rangkaian pengukuran dilukiskan dalam Gambar 2.10. Dalam diagram ini, Wattmeter menunjukkan rugi inti. Voltmeter akan membaca tegangan rating, yang bersama dengan pembacaan amperemeter akan memberikan data yang perlu untuk mendapatkan informasi tentang cabang magnetisasi, bila diperlukan.
(a) rangkaian untuk tes (b)rangkaian ekivalen untuk hubungan terbuka Gambar 2.10 Diagram untuk tes hubungan terbuka [3]
Pembacaan ammeter menunjukkan arus nol beban nol atau arus eksitasi Ie. Karena
arus eksitasi masih kecil, maka drop tegangan pada impedansi bocor diabaikan. Dan untuk praktis, rangkaian ekivalen trafo pada pengetesan dimodifikasi ke dalam rangkaian Gambar 2.11, maka:
Pc = V1 Ie cos𝜑𝜑0………(2.34)
dimana :
V1 = tegangan rating
Ie = arus eksitasi (arus hub terbuka)
Pe = rugi besi
Faktor kerja dari trafo adalah : cos𝜑𝜑0 = 𝑃𝑃𝑐𝑐
𝑉𝑉1𝐼𝐼𝑒𝑒
………(2.35) Maka, dari Gambar (b) dapat dituliskan persamaan berikut ini :
Ic = Ie cos𝜑𝜑0……….………(2.36) Dan reaktansi magnetisasi Xm adalah :
𝑋𝑋𝑚𝑚𝑐𝑐 = 𝐼𝐼𝑉𝑉𝑚𝑚1………(2.39)
Subscript L pada Rc dan Xm digunakan semata-mata untuk memberikan penekanan
bahwa harga tersebut untuk sisi tegangan rendah. Perlu diingat bahwa harga Rc
dan Xm secara umum, ditinjau dari sisi dimana alat-alat ukur ditempatkan (dalam
sekunder yang terbuka, agar menentukan rasio transformasi. Jadi tes hubungan terbuka memberikan informasi sebagai berikut : [3]
• Rugi inti pada tegangan rating
• Parameter pada cabang magnetisasi pada tegangan dan frekuensi rating, yakni Rc dan Xm
• Rasio transformasi dari transformator.
2.12.2 Tes Hubung Singkat
Tes kedua yang dibutuhkan untuk menentukan parameter rangkaian ekivalen adalah tes hubungan singkat, dimana diagram rangkaian pengetesan digambarkan dalam Gambar (a). Dalam gambar tersebut, terlihat bahwa kumparan dengan tegangan rendah dihubung singkat. Tegangan pada kumparan dengan tegangan tinggi diatur sehingga arus rating mengalir dalam ammeter. Dalam kondisi ini, impedansi trafo semata-mata aadalah impedansi ekivalen, seperti terlihat dalam Gambar 2.11. Pelaksanaan testing dengan tegangan tinggi adalah salah satu cara yang paling sesuai karena tegangan yang dipakai bisa diatur hanya beberapa persen dari tegangan rating. Jadi dengan pengukuran trafo dari 2400/240 V adalah lebih mudah dan akurat berhubungan dengan 5% dari 2400V V=120 daripada dengan tegangan 5% dari 240V=12 V.
Dengan menurunkan arus primer besar sekali, maka fluksi akan turun dalam jumlah yang sesuai. Karena rugi inti agak berbanding lurus dengan kuadrat dari fluksi, dia secara praktis mempunyai harga nol. Jadi, wattmeter yang dipakai untuk mengukur daya input hanya akan mencatat rugi tembaga saja, daya output adalah nol. Dari data input watt, arus dan tegangan, resistansi dan reaktansi ekivalen bisa dihitung, semua dalam sisi tegangan tinggi.
Pembacaan alat ukur bisa dikoreksi bila dibutuhkan. Misal Vsc, Isc dan Psc adalah pembacaan voltmeter, ammeter dan wattmeter, maka dari Gambar 2.12 berlaku:
Gambar 2.12 Rangkaian ekivalen untuk hubungan tertutup[3]
𝑍𝑍𝑒𝑒𝑚𝑚𝑒𝑒 = 𝑉𝑉𝐼𝐼𝑠𝑠𝑐𝑐𝑠𝑠𝑐𝑐 ………(2.40)
𝑅𝑅𝑒𝑒𝑚𝑚𝑒𝑒 = 𝐼𝐼𝑉𝑉2𝑠𝑠𝑐𝑐
𝑠𝑠𝑐𝑐……….………(2.41)
𝑋𝑋𝑒𝑒𝑚𝑚𝑒𝑒 = �𝑍𝑍2𝑒𝑒𝑚𝑚𝑒𝑒 − 𝑅𝑅2𝑒𝑒𝑚𝑚𝑒𝑒………(2.42)
Disini RekH, XekH, ZekH berturut-turut adalah tahanan ekivalen, reaktansi
impedansi bocor untuk kedua sisi primer dan sekunder dipisahkan, maka diambil: [3]
R1 = R2 = Rek / 2………(2.43)