BAB 2
LANDASAN TEORI
2.1 Definisi TransformatorTransformator atau transformer atau trafo adalah suatu peralatan listrik elektromagnetik statis yang berfungsi untuk memindah dan mengubah energi listrik dari satu rangkaian listrik ke rangkaian listrik lainnya, dengan frekuensi yang sama dan perbandingan transformasi tertentu melalui suatu gandengan magnet dan bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetis.
Pada sistem distribusi, transformator digunakan untuk menurunkan tegangan penyaluran 20 kV ke tegangan pelayanan 400 / 231 V. Pada fungsi tersebut, jenis transformator yang digunakan dapat berupa transformator satu fase atau pun transformator tiga fase.
7
2.2 Prinsip Kerja Transformator
Transformator adalah suatu alat listrik yang mentransformasikan energi listrik dengan memberikan tegangan bolak - balik pada belitan primer untuk membangkitkan medan magnetik. Garis - garis fluks dari medan magnetik tersebut akan “memotong” konduktor belitan sekunder dan menginduksikan tegangan pada terminalnya. Besar tegangan pada kedua terminal, berbanding lurus terhadap jumlah lilitan masing – masing belitan. Untuk mendapatkan efisiensi yang lebih tinggi, garis - garis fluks dialirkan melalui inti besi bereluktansi rendah, namun beberapa diantaranya mengalir di luar inti besi (bocor) membentuk impedans bocor (leakage impedance; voltage impedance). Bila belitan sekunder terhubung dengan beban atau pada terminal belitan sekunder terbentuk suatu sirkit tertutup, maka arus akan mengalir pada konduktor kedua belitan dan sirkit keluaran.
Apabila transformator diasumsikan sebagai transformator ideal dimana tidak terjadi rugi-rugi daya pada transformator, daya pada kumparan primer (Pp) sama dengan daya pada kumparan sekunder (Ps). Besar tegangan dan arus pada kumparan sekunder diatur menggunakan perbandingan jumlah lilitan antara kumparan primer dan kumparan sekunder. Namun kenyataannya pada saat operasi tidak ada transformator yang ideal. Alasannya, pada penyaluran tenaga listrik terjadi kerugian energi sebesar I² R watt detik. Kerugian ini akan banyak berkurang apabila tegangan dinaikkan.
Transformator terdiri atas dua buah kumparan (primer dan sekunder) yang bersifat induktif. Kedua kumparan ini terpisah secara elektris namun berhubungan secara magnetis melalui jalur yang memiliki reluktansi
(reluctance) rendah. Apabila kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak - balik maka fluks bolak - balik akan muncul di dalam inti yang dilaminasi, karena kumparan tersebut membentuk jaringan tertutup maka mengalirlah arus primer. Akibat adanya fluks di kumparan primer maka di kumparan primer terjadi induksi (self induction) dan terjadi pula induksi di kumparan sekunder karena pengaruh induksi dari kumparan primer atau disebut sebagai induksi bersama (mutual induction). yang menyebabkan timbulnya fluks magnet di kumparan sekunder, maka mengalirlah arus sekunder jika rangkaian sekunder di bebani, sehingga energi listrik dapat ditransfer keseluruhan (secara magnetisasi). Fluks bolak-balik timbul di dalam inti besi yang dihubungkan dengan kumparan yang lain menyebabkan timbulnya gaya gerak listrik (GGL) induksi sesuai dengan induksi electromagnet dari hukum faraday, bila arus bolak balik mengalir pada induktor, maka akan timbul gaya gerak listrik (GGL).
Gambar 2.2: Rangkaian Magnetik pada Transformator
Hukum yang digunakan pada prinsip kerja transformator adalah Hukum Lorentz yang berbunyi “Arus bolak-balik yang mengalir di suatu kumparan yang mengelilingi inti besi menyebabkan inti besi itu berubah menjadi magnet (Gambar 2.3a). Apabila magnet tersebut dikelilingi oleh suatu
atau, Es =
Ns ... (2.4)
Sebagaimana pada rumus di atas bahwasannya nilai GGL pada kumparan primer maupun kumparan sekunder berbanding lurus dengan banyaknya lilitan pada kumparan tersebut, sehingga dapat dituliskan :
Ep : Es = Np : Ns = ɑ ... (2.5) Es = (Ns/Np) × Ep ... (2.6) Ep = (Np/Ns) × Es ... (2.7)
Dimana :
ɑ = Perbandingan transformasi/rasio transformator
E1=Ep = GGL induksi pada kumparan primer (volt)
E2=Es = GGL induksi pada kumparan sekunder (volt)
Np = jumlah kumparan primer Ns = jumlah kumparan sekunder
Jadi jika jumlah lilitan kumparan sekunder lebih banyak daripada jumlah lilitan kumparan primer, tegangan sekunder lebih besar dari tegangan primer (step-up transformer), begitupun apabila jumlah lilitan kumparan primer lebih banyak daripada jumlah lilitan kumparan sekunder, maka tegangan primer lebih besar dari tegangan sekunder (step-down transformator). Dengan anggapan tidak adanya energi listrik yang hilang pada perpindahannya dari kumparan primer ke kumparan sekunder maka :
11 Pp = Ps ... (2.8) Es . Is = Ep . Ip ... (2.9) Is = (Ep / Es) × Ip ... (2.10) Is = (Np / Ns) × Ip ... (2.11) Ip : Is = Ns : Np = ɑ ... (2.12) Dimana :
Pp= Daya pada sisi primer (watt)
Ps= Daya pada sisi Sekunder (watt)
Ep = GGL induksi pada kumparan primer (volt) Es = GGL induksi pada kumparan sekunder (volt) Np = jumlah kumparan primer
Ns = jumlah kumparan sekunder Ip = arus di kumparan primer (ampere) Is = arus dikumparan sekunder (ampere)
Dari hubungan itu dapat dilihat bahwa apabila jumlah lilitan pada kumparan sekunder lebih banyak, maka kuat arus pada kumparan sekunder lebih kecil daripada kuat arus dalam kumparan primer.
2.3 Jenis Transformator
Banyak jenis transformator yang terpasang dalam sistem kelistrikan, mulai dari peralatan elektronik, peralatan rumah tangga, sampai dengan
peralatan distribusi tenaga listrik yang dimulai dari pusat-pusat listrik sampai pusat beban. Maka dari itu jenis transformator dibagi ke dalam beberapa kelompok.
2.3.1 Berdasarkan Fungsi Pemakaian
a) Transformator Daya
Transformator daya digunakan sebagai penyuplai daya. Terdapat dua jenis fungsi transformator ini berdasarkan sistem penyaluran tenaga listrik, yaitu:
1) Transformator step-up merupakan transformator yang memiliki lilitan sekunder lebih banyak daripada lilitan primer sehingga berfungsi sebagai penaik tegangan pada saat pengiriman/penyaluran daya.
2) Transformator step-down merupakan transformator yang memiliki lilitan sekunder lebih sedikit daripada lilitan primer sehingga berfungsi sebagai penurun tegangan pada saat menerima daya.
Transformator daya tidak dapat langsung digunakan untuk menyuplai beban, sebab sisi tegangan rendahnya masih lebih tinggi dari tegangan beban, sedangkan sisi tegangan tingginya merupakan tegangan transmisi (dari pembangkit ke gardu induk). Ciri - ciri transformator daya yaitu :
Jumlah lilitan primer lebih sedikit daripada jumlah lilitan sekunder
Tegangan primer lebih kecil daripada tegangan sekunder
Kuat arus primer lebih besar daripada kuat arus sekunder
13
Transformator distribusi digunakan untuk menyalurkan energi listrik dari gardu induk ke konsumen dengan tegangan distribusi agar jumlah energi yang hilang tidak terlalu banyak. Ciri - ciri transformator distribusi yaitu :
Jumlah lilitan primer lebih banyak daripada jumlah lilitan sekunder
Tegangan primer lebih besar daripada tegangan sekunder
Kuat arus primer lebih kecil daripada kuat arus sekunder
Secara umum, terdapat dua jenis transformator distribusi yang banyak digunakan pada jaringan distribusi yaitu :
1) Transformator Konvensional
Transformator konvensional dilengkapi dengan konservator yaitu sebuah tabung atau tangki yang letaknya diatas body transformator, yang berfungsi untuk menampung pemuaian minyak saat transformator berbeban. Tekanan lebih yang timbul selama beban tinggi akan mengalir ke atmosfer luar. Bila beban transformator meningkat, temperatur belitan transformator akan naik sehingga
volume minyak akan membesar. Semakin tinggi temperatur belitan,
minyak akan semakin panas dan volume minyak juga semakin banyak. Kenaikan volume ini ditampung oleh konservator, dan di dalam konservator minyak akan mendorong udara keluar melalui lubang pernapasan, dan sebaliknya. Proses aliran tersebut disebut dengan open
system atau freely breathing dalam menangani fluaktansi beban yang
apabila terjadi peningkatan kadar air didalam minyak akan berakibat menurunkan ketahanan tegangan transformator.
Udara lembab dari atmosfer luar yang masuk ke dalam tangki selama proses pernapasan tersebut berpotensi mempengaruhi kekuatan dielektrik transformator. Untuk menghindari hal ini, udara yang mengalir ke dalam tangki disaring dengan desiccants yang merupakan jenis bahan kimia yang dapat menyerap air. Jenis desiccants yang umum digunakan adalah silika gel yang berfungsi untuk mengeringkan atau menyaring udara lembab yang masuk kedalam lubang pernapasan yang merupakan faktor penentu dalam menjaga kualitas sistem dielektrik.
Gambar 2.4: Konservator dan Silika Gel
Silika gel yang telah jenuh dapat direaktivasi dengan cara
pemanasan pada suhu 105 oC - 130 oC selama 4 - 6 jam untuk
menurunkan kadar air ke tingkat ≤ 2% berat dan kembali ke warna awalnya. Gangguan sistem adalah gangguan yang terjadi di sistem tenaga listrik seperti pada generator, trafo, SUTT, SKTT dan lain sebagainya. Bila tegangan tembus minyak telah berada
15
dibawah ambang batas minimal, minyak perlu dipelihara (purifying) untuk menurunkan kadar air dan membuang partikel fisika lainnya, salah satu upaya yang dilakukan untuk memutus hubungan antara medium pendingin internal dengan atmosfer luar adalah dengan penggunaan bladder berupa balon karet (rubber bag) yang dipasang pada konservator, sehingga kontak minyak dengan atmosfer luar akan terpisahkan. Namun bladder memiliki keterbatasan yakni dalam segi umur dan tingkat kesulitan sewaktu memeriksa kondisi bladder karena posisinya berada di dalam tangki konservator.
Gambar 2.5: Conservator Bladder
2) Transformator Hermetical
Pada sistem ini konservator dan sistem pipa untuk hubungan dengan atmosfer luar tidak digunakan lagi. Untuk mengamankan pemuaian maupun penyusutan minyak, tangki dibuat fleksibel (hermetic), dimana kenaikan volume minyak akan ditampung oleh sirip yang dapat mengembang yang mampu menampung semua pemuaian minyak. Lubang pernapasan sengaja ditiadakan agar minyak tidak
Tabung Silica Gel Udara
Minyak Bladde
r
bersentuhan dengan udara. Terdapat dua jenis sistem hermetical pada transformator distribusi, yaitu :
Hermetically Sealed Inert Gas Cushion
Sistem hermetical jenis ini umumnya digunakan pada bentuk tangki rigid dengan menerapkan bantalan gas (nitrogen) pada ruang diatas level minyak. Volume untuk ruang gas diperhitungkan agar mampu menampung ekspansi minyak yang terjadi pada saat beban maksimum. Minyak dan gas berperan bersama - sama dalam membentuk tekanan tangki.
Gambar 2.6: Transformator hermatically sealed inert gas cushion
Bushing dan pengubah sadapan (tap changer) direkomendasikan
untuk menggunakan desain wall mounted (terpasang pada dinding tangki), hal ini bertujuan untuk menghindari bagian bawah komponen - komponen tersebut kekeringan (tidak terendam minyak).
Hermetically Sealed Fully Filled
Sistem hermetical ini adalah dengan mengisi seluruh ruang di dalam tangki dengan minyak. Sistem ini diterapkan pada tangki
Transformator hanya dapat dipasang di dalam ruangan yang aman dan terlindung dari kondisi cuaca panas, hujan dan sebagainya.
b) Pemasangan luar (Outdoor)
Transformator yang dirancang dapat dipasang di luar ruangan, seperti di switch yard dan tiang portal, namun jenis outdoor ini dapat juga dipasang dalam ruangan.
2.3.3 Berdasarkan Jumlah Fasa
a) Transformator satu fasa
Transformator yang digunakan untuk mengubah energi listrik pada suplai satu fasa. Transformator satu fasa memiliki kapasitas daya yang kecil yaitu <100 kVA dan biasanya memiliki bentuk seperti tabung.
Gambar 2.8: Transformator satu fasa
b) Transformator tiga fasa
Transformator ini digunakan untuk mengubah energi listrik pada suplai tiga fasa. Untuk penyaluaran daya yang sama, penggunaan satu unit
19
transformator tiga fasa akan lebih ringan, lebih murah dan lebih efisien dibandingkan dengan tiga unit transformator satu fasa.
Gambar 2.9: ransformator tiga fasa
2.4 Konstruksi Transformator
Konstruksi transformator distribusi dikelompokkan menjadi beberapa bagian, yaitu :
a. Bagian utama/aktif, terdiri dari inti besi, kumparan transformator, minyak transformator, bushing dan tangki konservator.
b. Bagian pasif, terdiri dari sistem pendingin, tap changer, alat pernapasan (dehydrating breather) dan alat indikator.
c. Sistem insulasi. d. Terminal.
e. Proteksi gangguan internal
f. Peralatan proteksi, terdiri dari rele bucholz, pengaman tekanan lebih (explosive membrane/bursting plate), rele tekanan lebih (sudden pressure
g. Peralatan tambahan untuk pengaman transformator, terdiri dari rele differensial, rele arus lebih, rele hubung tanah, rele thermis, arrester.
Gambar 2.10: Konstruksi transformator 1. Inti besi
2. Klem inti besi 3. Belitan sekunder 4. Belitan primer 5. Penyangga belitan 6. Konservator 7. Fin radiator 8. Bushing primer 9. Bushing sekunder 10. Tap changer 11. Breather 12. Pembatas Tekanan 13. Gelas penduga 14. Roda 15. Kuping pengangkat
21
2.4.1 `Inti Besi
Inti besi (core) berfungsi untuk mempermudah jalan fluks yang
ditimbulkan oleh arus listrik yang melalui kumparan. Bahan inti besi yang
paling banyak digunakan adalah cold-rolled grain oriented (CGO) atau baja elektrikal yang dibuat lempengan-lempengan besi tipis yang diisolasi oleh
silicon untuk mengurangi panas (sebagai rugi-rugi besi) yang ditimbulkan
oleh arus pusar atau eddy current. Pada penerapannya, pelat tipis untuk
pembentukan inti besi tersebut dapat dikonstruksi secara tersusun (tipe stacked) seperti pada Gambar 2.11 atau digulung (tipe wound) seperti Gambar 2.12.
Gambar 2.11: Inti besi tipe Stacked
2.4.2 Belitan (Coil)
Belitan (coil) adalah sejumlah lilitan kawat berisolasi yang membentuk suatu kumparan. Kumparan tersebut terdiri dari belitan primer (high
voltage) dan belitan sekunder (low voltage) yang diisolasi baik terhadap
inti besi maupun antar kumparan, dengan isolasi padat seperti karton, pertinak dan lain-lain. Bahan yang digunakan sebagai belitan transformator adalah kawat tembaga yang dilapisi dengan enamel, namun
ada juga yang menggunakan kawat dari bahan alumunium. Lilitan tersebut
terdiri dari beberapa lapis (layer) yang dipisahkan satu dengan lainnya dengan kertas insulasi. Setiap beberapa lapisan diberi jalur untuk melintasnya minyak pendingin seperti yang terdapat pada gambar berikut ini:
Gambar 2.13: Belita Transformator
Jika kumparan primer dihubungkan dengan tegangan/arus bolak-balik maka pada kumparan tersebut timbul fluks yang menimbulkan tegangan induksi, bila pada rangkaian sekunder ditutup (rangkaian diberi beban) maka mengalir arus pada kumparan tersebut, sehingga kumparan ini berfungsi sebagai alat transformasi tegangan dan arus.
23
2.4.3 Terminal (Bushing)
Hubungan antara kumparan transformator ke jaringan luar dihubungkan melalui terminal (bushing), yaitu sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator yang sekaligus berfungsi sebagai penyekat antara
konduktor tersebut dengan tangki transformator. Bushing didesain untuk
menginsulasi konduktor lead yang melewati tutup atau dinding tangki dan juga menjaga integritas seal tangki agar mencegah masuknya air, udara dan kontaminan lain ke dalam tangki. Bushing sisi sekunder menggunakan
bushing dari keramik, sedangkan jenis bushing primer tergantung dari jenis
konstruksi Transformator. Pada Transformator pasangan luar (Outdoor) menggunakan bushing keramik, sedangkan Transformator pasangan dalam (Indoor) umumnya menggunakan plug-in bushing.
Gambar 2.14: Bushing transformator
2.4.4 Tangki dan Radiator
Tangki transformator berfungsi sebagai tempat diletakkannya belitan dan tempat minyak transformator, tangki transformator terhubung dengan radiator. Radiator merupakan sirip-sirip yang mengelilingi transformator, pada beberapa transformator berdaya kecil hanya berada di beberapa sisi saja. Radiator berfungsi sebagai media pendingin pada trafo, dengan
konstruksi yang berupa sirip – sirip dapat meradiasikan panas yang terdapat pada minyak trafo dan untuk menyalurkan panas dari minyak trafo ke udara. Berdasarkan konstruksinya radiator terbagi menjadi dua jenis yaitu radiator tipe panel dan radiator tipe corrugated.
a) Radiator tipe panel
Radiator tipe panel merupakan radiator yang memiliki konstruksi terhubung dengan body transformator melalui pipa besi. Tipe panel terdiri dari dua jenis, yaitu tipe valve dan non valve. Tipe valve merupakan tipe radiator yang dapat di lepas dan dipasang kembali, sedangkan tipe non
valve tidak dapat di lepas. Berikut ini merupakan gambar radiator tipe
panel:
Gambar 2.15: Radiator tipe panel.
b) Radiator tipe corrugated
Radiator tipe corrugated merupakan tipe radiator yang terhubung langsung dengan body trafo, pada gambar 2.16 merupakan gambar radiator tipe corrugated.
25
Gambar 2.16: Radiator tipe corrugated.
2.4.5 Pendingin
Media yang digunakan pada sistem pendingin pada transformator dapat berupa udara dan minyak. Minyak transformator berfungsi sebagai media pendingin akibat transformator beroperasi. Minyak tersebut memindahkan panas (disirkulasi) dan bersifat pula sebagai isolasi, yang berhubungan dengan daya tegangan tembus tinggi. Sistem pengaliran sirkulasi dibagi menjadi :
1. Udara alamiah (Air Natural – AN)
Menggunakan sirkulasi udara sekitar tanpa bantuan alat khusus. 2. Minyak dan udara alamiah ( Oil Natural Air Natural – ONAN )
Sirkulasi perpindahan panas minyak dari dalam transformator menyesuaikan udara pada bagian luar transformator dan berlangsung secara alamiah tanpa adanya bantuan tekanan/paksaan. Metode ini bisa juga dilengkapi dengan radiator.
3. Minyak alamiah dan udara tekanan/paksaan (Oil Natural Air Forced –
Untuk membantu mempercepat proses perpindahan panas, media pendingin didorong oleh tekanan. Sirkulasi perpindahan panas minyak berlangsung alami sedangkan sirkulasi udaranya menggunakan alatyang dapat menekan yaitu kipas angin ( fan) khusus transformator.
4. Minyak dan udara tekanan/paksaan (Oil Forced Air Forced – OFAF ) Pada metode sirkulasi paksaan penyaluran panas dapat lebih cepat lagi karena media pendingin didorong oleh tekanan. Sirkulasi perpindahan panas minyak dan udaranya menggunakan alat yaitu pompa untuk sirkulasi minyak dan kipas angin (fan) khusus transformator untuk sirkulasi udaranya. Metode seperti ini jarang sekali digunakan karena membutuhkan biaya yang lebih besar dibandingkan metode lainnya. 5. Kombinasi alamiah dan tekanan/paksaan ( ONAN/OFAF )
Merupakan gabungan metode alamiah dengan metode tekanan/paksaan. Tabel Sistem pendinginan pada transformator
2.4.6 Pengubah Sadapan (Tap Changer)
Berfungsi untuk mengubah tegangan sadapan (sisi tegangan tinggi) untuk mendapatkan tegangan rendah yang diinginkan dari tegangan jaringan (tegangan sumber pada sisi tegangan tinggi) yang berubah-ubah.
27
Klasifikasi tegangan penyadapan tanpa beban pada transformator berdasarkan SPLN dengan langkah sadapan 2,5% bisa dilihat pada table dibawah ini yaitu pada transformator tiga fasa atau tunggal dengan sadapan tipe 1 (5 langkah) dan tipe 2 (7 langkah).
Tabel 2.1 Klasifikasi tegangan penyadapan
No. SPLN Tegangan Primer ( kV)
Tap 1 Tap2 Tap 3 Tap 4 Tap 5 Tap 6 Tap 7 SPLN 50 : 1982 21 20,5 20 19,5 19 - - SPLN 50 : 1997 22 21 21 20 20 19 19 - 18 - - - - - SPLN D3. 002-1 : 2007 21 21 20,5 20,5 20 20 19,5 19,5 19 19 18,5 - 18 - 2.4.7 Katup (Valve)
Pada body transformator terdapat katup (valve) yang terpasang pada beberapa sisi, fungsi dari valve ini adalah berkaitan dengan minyak transformator. Berdasarkan letaknya terdapat beberapa jenis valve, yaitu sebagai berikut :
a) Drain Valve
Drain valve merupakan katup yang digunakan untuk mengeluarkan
minyak dari body transformator, drain valve terletak di bagian bawah body transformator.
Gambar 2.18: Drain valve
b) Oil filter valve
Oil Filter valve merupakan katup yang digunakan ketika akan dilakukan
proses penyaringan minyak transformator, filter valve terletak di bagian atas body transformator, penggunaannya harus disertai dengan drain valve, maka ketika dilakukan penyaringan minyak transformator, minyak dimasukkan melalui oil filter valve dan dikeluarkan melalui drain valve, sehingga terjadi sirkulasi minyak masuk dan keluar pada body transformator, sedangkan penyaringan minyak dilakukan diluar transformator dengan menggunakan alat tersendiri. Gambar oil filter valve ditunjukkan pada Gambar 2.13.
29
c) Sampling valve
Sampling valve merupakan katup yang digunakan untuk mengambil
contoh minyak transformator, contoh minyak diambil untuk mengetahui kualitas atau kondisi minyak transformator setelah sekian lama pemakaian,
Sampling valve terletak di tangki konservator.
Gambar 2.20: Sampling valve
2.4.8 Indikator
Untuk mengawasi keadaan transformator selama beroperasi, maka perlu adanya indicator-indikator yang dipasang pada transformator. Indikator tersebut diantaranya sebagai berikut:
a) Gelas Penduga atau Oil Level Indikator (OLI)
Gelas penduga berfungsi memberikan indikasi level tinggi minyak. Keberadaannya diperlukan karena beberapa komponen seperti lead wire bushing primer dan pengubah sadapan berpotensi mengalami kegagalan tegangan bila tidak terendam minyak. Gelas Penduga disebut juga OLI (Oil Level Indicator) yang terbagi menjadi tiga level, yaitu : High, Medium dan Low. Untuk Transformator tipe hermatik, level terpasangnya tap changer merupakan batas ketinggian minimum. Pada saat level minyak minimum, tap
changer harus tetap terendam minyak isolasi. Pemeriksaan harus dilakukan saat beban rendah. Gambar berikut ini merupakan gambaran dari gelas penduga.
Gambar 2.21: Gelas penduga b) Indikator Suhu Minyak /Oil Temperatur Indikator (OTI)
Oil temperature indicator (OTI) berfungsi untuk mengetahui kondisi
temperature minyak didalam Trafo. Dalam pemasangannya, indikator ini terendam dengan minyak. Melalui Indikator ini dapat dilihat dua rekaman panas yang terjadi didalam Trafo, yaitu pada saat Trafo sedang beroperasi (jarum hitam) maupun kondisi panas maksimum yang pernah terjadi didalam minyak Trafo (jarum merah).
31
c) Indikator suhu belitan
Indikator suhu belitan berfungsi untuk memantau suhu belitan pada transformator. Indikator suhu belitan ini jarang ditemui pada transformator distribusi, biasanya indikator ini terpasang pada transformator berkapasitas besar seperti transformator yang terpasang pada Gardu Induk (GI) atau di pusat-pusat listrik.
Gambar 2.23 : Indikator suhu belitan
2.4.9 Name Plate
Name plate merupakan lempengan yang biasanya terbuat dari bahan alumunium yang terpasang pada bagian luar tangki transformator yang memuat informasi mengenai identitas dan spesifikasi transformator. Dengan melihat name plate kita dapat mengetahui spesifikasi teknis dari sebuah transformator seperti tegangan primer, tegangan sekunder, konfigurasi hubungan belitan, berat fisik, dan lain-lain. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar berikut:
Gambar 2.24: Name Plate Transformator
2.5 Hubungan Belitan Transformator Tiga Fasa
Belitan transformator tiga fasa terdiri dari belitan tegangan tinggi dan belitan tegangan rendah. Secara umum terdapat tiga belitan primer dan tiga belitan sekunder, satu belitan untuk satu fasa. Untuk menghubungkan ketiga fasa tersebut terdapat tiga jenis hubungan belitan dengan penjelasan sebagai berikut.
2.5.1 Hubungan bintang (Y)
Hubungan bintang merupakan hubungan belitan transformator tiga fasa dimana salah satu ujung belitan pada masing-masing fasa disatukan, titik penyatuan hubungan belitan tersebut menjadi titik netral. Arus yang
33
120° listrik. Pada hubung bintang arus yang mengalir pada masing – masing fasa sama dengan arus line to line fasa tersebut, sedangkan untuk
nilai dari tegangan line to line (VL-L) sama dengan √ x tegangan fasa
(Vph). Gambar hubungan bintang ditunjukkan pada gambar berikut :
Gambar 2.25: Hubungan Bintang/Wye (Y)
Berdasarkan gambar 2.25 didapat rumusan :
IA = IB = IC = IL-L ... (2.13)
IL-L = Iph ... (2.14)
VAB = VBC = VAC = VLL dan VAN = VBN = VCN = Vph ... (2.15)
VL-L = √ Vph ... (2.16)
Dimana :
VL-L = tegangan line to line (Volt)
Vph = tegangan fasa (Volt)
IL-L = arus line (Ampere)
2.5.2 Hubungan Segitiga / Delta (∆)
Hubungan segitiga (delta) merupakan suatu hubungan transformator tiga fasa, dimana cara penyambungannya adalah ujung akhir lilitan fasa pertama disambung dengan ujung mula lilitan fasa kedua, akhir fasa kedua dengan ujung mula fasa ketiga dan akhir fasa ketiga dengan ujung mula fasa pertama. Tegangan transformator tiga fasa dengan belitan yang
dihubungkan segitiga yaitu VA, VB, VC masing-masing berbeda 120°
listrik. Pada hubungan delta (∆) tidak terdapat titik netral, besarnya nilai
tegangan line to line (VL-L) sama dengan nilai tegangan fasa (Vph),
sedangkan nilai arus line to line (IL-L) sama dengan √ x nilai arus fasa
(Iph). Gambar hubungan delta (∆) ditunjukan pada Gambar 2.16 berikut:
.
Gambar 2.26: Hubungan Segitiga/Delta (∆)
Berdasarkan gambar 2.26 diperoleh rumusan :
IA = IB = IC = IL-L ... (2.17)
35
VAB = VBC = VAC = VL-L = VA = VB = VA = Vph ... (2.19)
Dimana :
VL-L = Tegangan line to line (Volt)
Vph = Tegangan fasa (Volt)
IL-L = Arus line (Ampere)
Iph = Arus fasa (Ampere)
2.5.3 Hubungan Zigzag (Z)
Hubungan belitan zigzag digunakan untuk transformator dengan tujuan khusus, aplikasi dari transformator hubung zigzag adalah dapat menyediakan titik netral bagi sistem yang tidak memiliki titik netral, selain itu transformator hubung zigzag dapat digunakan untuk beban yang tidak seimbang, hubungan zigzag dibentuk dari masing–masing lilitan tiga fasa yang dibagi menjadi dua bagian dan masing–masing dihubungkan pada
kaki yang berlainan. Besarnya nilai tegangan line to line (VL-L) adalah 3/2
kali tegangan fasa (Vph), dan nilai arus line (IL-L) sama dengan nilai arus
fasa (Iph). Gambar hubungan zigzag ditunjukkan pada gambar di bawah
ini:
Berdasarkan gambar di atas maka dapat dirumuskan sebagai berikut : IA = IB = IC = IL ... (2.20) IL = Iph ... (2.21) VA-B = VB-C = VC-A ... (2.22) VL = x Vph ... (2.23) Keterangan :
VL-L = Tegangan line to line (Volt)
Vph = Tegangan fasa (Volt)
IL = Arus line (Ampere)
Iph = Arus fasa (Ampere)
2.6 Polaritas Transformator
Polaritas transformator merupakan notasi yang menunjukkan arah sesaat dari aliran arus pada bagian tegangan tinggi dan tegangan rendah. Timbulnya perbedaan polaritas ini disebabkan oleh perbedaan hubungan belitan dalam transformator. Polaritas transformator perlu diketahui ketika akan melakukan operasi paralel pada transformator.
2.6.1 Polaritas Transformator Satu Fasa
Mengacu pada standar ANSI (American National Standard Institute),
pada sisi tegangan tinggi transformator, terminalnya diberi tanda H1 dan
H2, sedangkan pada sisi tegangan rendahnya diberi tanda X1 dan X2. Jenis
polaritas transformator dapat dillihat pada Gambar 2.28 dan Gambar 2.29. Polaritas pada transformator satu fasa terdiri dari dua jenis, yaitu :
37
1. Polaritas penjumlahan (Additive polarity)
IEEE C57.12.90-2006 memberi gambaran polaritas penjumlahan transformator sebagai berikut:
Gambar 2.28: Polaritas penjumlahan 2. Polaritas pengurangan (Subsractive polarity)
Gambar 2.29: Polaritas pengurangan
2.6.2 Polaritas Transformator Tiga Fasa (Vector Group)
Pada transformator, vector group merupakan salah satu identitas yang dapat ditemukan pada nameplate transformator. Vector group transformator menyatakan bagaimana jenis konfigurasi belitan
transformator pada bagian tegangan tinggi dan pada bagian tegangan rendah. Jenis vector grup transformator sangat penting sebelum mengkoneksikan dua atau lebih transformator secara paralel, apabila terjadi hubungan paralel antara dua atau lebih transformator dengan vector
group yang berbeda maka akan terjadi perbedaan fasa pada bagian
sekunder transformator, sehingga mengakibatkan perbedaan potensial dan akan mengalirkan arus pada bagaian sekunder antar transformator tersebut, efek yang terjadi arus akan sangat merusak transformator yang dioperasikan.
Mengacu pada standart IEC (Interational Electrotechnical
Commision), penulisan notasi vector group transformator terdiri dari dua
huruf atau lebih yang diikuti dengan satu atau dua digit, berikut adalah penjelasannya :
1. Huruf pertama menggunakan huruf kapital D, Y, Z untuk bagian
tegangan tinggi transformator. D untuk hubungan delta (∆), Y untuk
hubungan wye (Y), dan Z untuk hubungan zig zag (interconnected
star).
2. Huruf kedua merupakan huruf kapital dengan ukuran lebih kecil berupa huruf N, huruf tersebut menandakan adanya titik netral pada bagian tegangan tinggi transformator.
3. Huruf ketiga merupakan huruf non kapital d, y, z untuk bagian
tegangan rendah transformator, d memiliki arti hubung delta (∆), y
untuk hubungan wye (Y), dan z untuk hubungan zig zag (interconnected star).
39
4. Huruf keempat menggunakan huruf non kapital n yang menyatakan adanya titik netral pada bagian tegangan rendah.
5. Simbol kelima berupa angka yang terdiri dari satu atau dua digit, angka ini mengacu pada bilangan jam 0-11 yang menunjukkan besarnya perbedaan fasa antara bagian primer dengan bagian sekunder transformator.
Untuk menentukan jenis vector group transformator mengacu pada hal-hal berikut :
1. Bagian primer ditetapkan sebagai sisi tegangan tinggi (HV), dan bagian sekunder ditetapkan sebagai sisi tegangan rendah (LV).
2. Angka jam pada notasi transformator yaitu dari jam 0 – 11, satu
putaran jam adalah 3600 dan terdiri dari 12 angka, sehingga sudut
antara angka jam yang berurutan besarnya adalah 300.
3. Bagian tegangan tinggi (primer) dianggap sebagai jarum panjang, dan ditetapkan pada posisi 0 (jam 12). Bagian tegangan rendah (sekunder) dianggap sebagai jarum pendek dan bebas untuk bergerak.
4. Sudut antara jarum panjang dan jarum pendek menunjukan perbedaan sudut fasa antara bagian primer dengan sekunder.
Pada transformator tiga fasa, konfigurasi hubungan belitan merupakan hal yang perlu diperhatikan pada saat proses pembuatan transformator, karena bagaimana konfigurasi belitan tersebut tersusun merupakan dasar terjadinya perbedaan fasa antara belitan tegangan tinggi dengan belita tegangan rendah. Umumnya belitan transformator terhubung secara wye-delta, delta-wye, deltawye-delta, wye-wye, dan untuk keperluan khusus juga
terdapat hubungan delta-zigzag, dan wye-zigzag, namun disamping jenis hubungan tersebut terdapat variasi hubungan dengan adanya perbedaan angka jam vector group transformator.
Terdapat dua buah belitan pada masing – masing fasa yaitu belitan tegangan tinggi dan tegangan rendah, belitan tegangan tinggi dan tegangan rendah terletak pada batang core yang sama, satu belitan memiliki dua buah ujung terminal utama, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.30.
Gambar 2.30: Konstruksi belitan transformator tiga fasa
Pada bagian tegangan tinggi terminal A1-A2 dikoneksikan dengan
terminal B1-B2 dan C1-C2, pada bagian tegangan rendah terminal a1-a2
dikoneksikan dengan terminal b1-b2 dan c1-c2 . Jenis hubungan yang terjadi
dapat berupa hubungan Yd#, Yy#, Dy#, Dd#, dan juga terdapat jenis Dz# dan Yz# untuk transformator jenis hubungan khusus, notasi # menunjukan besarnya perbedaan sudut fasa yang mengacu pada angka jam vector
group.
Mengacu pada standar IEC 76-1 : 1993 simbol terminal tegangan tinggi transformator menggunakan 1U, 1V, 1W, dan untuk tegangan
41
rendah menggunakan 2U, 2V, 2W sedangkan untuk titik netral menggunakan simbol 1N pada sisi tegangan tinggi dan 2N untuk sisi tegangan rendah. Untuk mempermudah dalam penulisan dan penjelasan, penulis menggunakan simbol A, B, C untuk menunjukan belitan tegangan tinggi dan a, b, c untuk belitan tegangan rendah.
Berikutnya akan dijelaskan jenis-jenis hubungan vector group transformator, dengan format penulisan mengacu pada point – point berikut :
1. Warna pada gambar belitan diberikan untuk mendukung penjelasan secara visual.
2. Gambar belitan yang berwarna merah untuk belitan A, kuning untuk belitan B dan hitam untuk belitan C.
3. Belitan dengan warna yang sama terletak pada batang core yang sama dan mendapatkan tegangan dengan fasa yang sama, oleh karena itu fasor dengan warna yang sama harus digambarkan sedemikian mungkin sejajar antara fasor pada bagian tegangan tinggi dengan fasor pada bagian tegangan rendah.
4. Pada batang core yang sama, belitan yang memiliki tanda terminal
sejenis menyatakan polaritas yang sama, seperti pada belitan A1A2 dan
a1a2, maka terminal A1 dan a1 memiliki polaritas yang sama, begitu
pula dengan terminal lainnya.
a) Konfigurasi Jenis Hubungan Yd# (Wye – Delta)
Jenis hubungan Yd# pada bagian tegangan tinggi terhubung wye dan pada bagian tegangan rendah terhubung delta, pada umumnya terdapat
titik netral pada bagian tegangan tinggi sehingga jenis hubungannya menjadi YNd#. Berikut ini merupakan contoh jenis konfigurasi YNd-1 : Contoh: Hubungan YNd-1
Untuk membuat hubungan YNd-1 diagram fasor bagian tegangan tinggi wye ditetapkan pada jam 12, lalu diagram fasor tegangan rendah delta
ditempatkan pada jam 1, yaitu bergeser 30Otertinggal dari jam 12. Maka
pada diagram jam terlihat fasor 1N – A1 mendahului 30Odari fasor 2N – a1,
pada fasor delta terdapat titik netral secara virtual yang tidak terhubung dengan bushing, namun dapat ditemukan secara geometris. Seperti pada gambar berikut:
Gambar 2.31: Hubungan Belitan dan Diagram Fasor vektor grup YNd-1
A2 A1 B1 C1 B2 C2 c2 a2 a1 b1 c1 b2
43
b) Konfigurasi Jenis Hubungan Yy# (Wye – Wye)
Jenis hubungan Yy# menandakan pada bagian tegangan tinggi dan tegangan rendah sama-sama menggunakan hubungan wye (Y), pada umumnya hubungan Y memiliki titik netral yang terhubung dengan bushing sehingga menjadi jenis hubungan YNyn#, dengan # merupakan notasi angka jam vector group.
Contoh: Hubungan YNyn-6
Hubungan YNyn-6 bagian tegangan tinggi dan bagian tegangan rendah
memiliki perbedaan sudut fasa 180o. diagram fasor bagian tegangan
rendah mengarah pada angka jam 6, untuk membuatnya cukup dengan membalik terminal pada bagian tegangan rendah yang semula dijadikan titik netral pada bagian tegangan tinggi kini menjadi terhubung dengan
bushing, apabila pada bagian tegangan tinggi terminal A1, B1, C1
terhubung dengan bushing dan terminal A2, B2, C2 yang digabungkan
menjadi titik netral, maka pada bagian tegangan rendah merupakan
kebalikannya, yaitu terminal a1, b1, c1 digabungkan menjadi titik netral dan
terminal a2, b2, c2 dihubungkan dengan bushing, dengan konfigurasi seperti
ini maka akan didapatkan hubungan vector group YNyn-6 seperti ditunjukkan pada gambar berikut:
a1 a2 b2 c2 b1 c1 A2 A1 B1 C1 B2 C2
Gambar 2.32: Hubungan Belitan dan Diagram Fasor vektor grup YNyn-6
c) Konfigurasi Jenis Hubungan Dy# (Delta – Wye)
Jenis hubungan Dy# pada bagian tegangan tinggi belitan terhubung
secara delta (∆) dan pada bagian tegangan rendah belitan terhubung secara
wye (Y), pada umumnya hubungan Dy# memiliki titik netral pada bagian
tegangan rendah sehingga notasi jenis hubungannya menjadi Dyn#,
dengan # menunjukan notasi angka jam vector group. Berikut akan dijelaskan konfigurasi belitan untuk hubungan Dyn-5.
Contoh: Hubungan Dyn-5
Untuk membentuk hubungan Dyn-5 yang disesuaikan adalah konfigurasi pada bagian tegangan rendah, kini akan dibuat agar fasor bagian tegangan
rendah tertinggal dari fasor tegangan tinggi sebesar 150o dikarenakan
angka jam vector group mengarah pada angka jam 5, Untuk itu pada
bagian tegangan tinggi terminal A1 disambungkan dengan C2, terminal A2
dihubungkan dengan B1, dan terminal B2 dihubungkan dengan C1.
Sedangkan pada bagian tegangan rendah belitan dikonfigurasikan dengan membalik polaritas dari umumnya bentuk hubungan wye, yaitu terminal
45
a2, b2, c2 terhubung dengan bushing dan terminal a1, b1, c1 saling terhubung
menjadi titik netral, dengan konfigurasi seperti ini maka akan terbentuk hubungan dengan vector group Dyn-5, dapat dilihat pada diagram angka
jam bahwa fasor 1N – A1 mengarah pada angka jam 12, sedangkan fasor
2N – a2 mengarah pada angka jam 5, seperti ditunjukan pada gambar 2.33.
Gambar 2.33: Hubungan Belitan dan Diagram Fasor vektor grup Dyn-5
d) Konfigurasi Jenis Hubungan Dd# (Delta – Delta)
Transformator dengan hubungan Dd# menandakan bahwa pada bagian tegangan tinggi dan tegangan rendah sama-sama menggunakan hubungan
belitan delta (∆), transformator dengan hubungan Dd# biasa digunakan
untuk sistem yang tidak memeiliki titik netral. Contoh: Hubungan Dd-0 A2 A1 B1 C1 B2 C2 a1 a2 b2 c2 b1 c1
Untuk membuat hubungan Dd-0 bagian tegangan tinggi dan tegangan
rendah transormator dihubung secara delta (∆) dan diagram fasor keduanya
yaitu 1N-A1 dan 2N-a1 ditempatkan pada angka jam 12, hal ini
dikarenakan angka jam vector group adalah 0 yang berarti tidak terdapat perbedaan fasa antara bagian tegangan tinggi dan bagian tegangan rendah,
pada bagian tegangan tinggi maupun tegangan rendah terminal A1
dihubungkan dengan terminal C2, terminal B1 dihubungkan dengan
terminal A2, dan terminal C1 dihubungkan dengan terminal B2, dengan
konfigurasi seperti ini maka akan didapatkan hubungan belitan dengan
vector group Dd-0.
Gambar 2.34: Hubungan Belitan dan Diagram Fasor vektor grup Dd-0 2u 2v 2w a1 a2 b2 b1 c2 c1 A2 A1 B1 C1 B2 C2 c2 a2 a1 b1 c1 b2
47
e) Konfigurasi Hubungan Yz# dan Dz#
Untuk membuat transformator dengan hubungan zig-zag pada bagian sekunder, terdapat beberapa point tambahan yang perlu untuk diperhatikan, yaitu sebagai berikut :
1. Pada hubungan zigzag, terdapat tiga buah belitan di masing – masing batang core, satu belitan untuk tegangan tinggi dan dua belitan untuk tegangan rendah, kedua belitan yang terdapat pada bagian tegangan rendah memiliki jumlah turn belitan yang sama.
2. Pada masing-masing batang core, belitan dengan polaritas sejenis
memiliki polaritas yang sama. Pada terminal A1A2, a1a2, dan a3a4 maka
terminal A1, a1, dan a3 memiliki polaritas yang sama, begitupun dengan
terminal lainnya.
3. Diagram vector dengan warna yang sama menandakan belitan terletak pada batang core yang sama, dan sedemikian mungkin harus digambar dengan arah yang sejajar.
Contoh 1: Hubungan Dz-6 (Delta-Zigzag)
Untuk membuat hubungan Dz-6 pada bagian tegangan tinggi dibentuk
hubungan delta (∆) dengan fasor 1N-A1 ditetapkan pada angka jam 12,
pada bagian sekunder dibentuk hubungan zig –zag dengan fasor 2N-a1 di
angka jam 6. Terminal A1, B1, dan C1 terhubung dengan bushing, pada
bagian sekunder terminal a2, b2, dan c2 terhubung dengan bushing,
sedangkan terminal lainnya terkoneksi internal. Untuk mendapatkan
Mengacu pada SPLN 50 tahun 1997, terdapat empat macam jenis transformator berdasarkan kelompok vector group dan titik netralnya, yaitu :
1. Kelompok vector group Yzn-5
Transformator dengan vector group Yzn-5 digunakan untuk transformator dengan kapasitas ≤ 160 kVA.
2. Kelompok vector group Dyn-5
Transformator dengan vector group Dyn-5 digunakan untuk transformator dengan kapasitas > 200 kVA.
3. Kelompok vektor grup YNyn-0
Transformator dengan vector group Ynyn-0 digunakan pada sistem jaringan empat kawat tiga fasa.
4. Kelompok vektor grup YNd-5
Transformator dengan vector group YNd-5 digunakan pada pembangkit listrik, semisal PLTU, PLTA.
Telah diketahui bahwa konfigurasi belitan transformator akan mempengaruhi keadaan lagging atau leading antara belitan tegangan tinggi terhadap tegangan rendah. Pada standard IEC 60076-1 telah dikelompokan jenis vector group yang memungkinkan untuk dibentuk seperti ditunjukan pada tabel 2.2.
51
Tabel 2.2 Kelompok vector group transformator berdasarkan standar IEC 60076
2.7 Pengujian Polaritas Transformator
Pengujian polaritas transformator dilakukan untuk mengetahui jenis polaritas/vector group transformator, sehingga dapat ditentukan kemungkinan hubungan paralelisasinya. Ada banyak metode untuk mengetahui polaritas/vector group pada transformator, untuk lebih jelasnya akan diuraikan pada rincian berikut ini.
2.7.1 Pengujian Polaritas Transformator Satu Fasa
Beberapa metode dalam melakukan pengujian polaritas transformator satu fasa diantaranya:
1. Metode inductive kick
- Mengubungkan terminal 1HV-1LV, kemudian menghubungkan terminal + voltmeter jarum pada 2HV.
- Menutup saklar hingga voltmeter menunjukkan angka tertentu. - Memindahkan kabel voltmeter dari 2HV ke 2LV.
- Melepas saklar, perhatikan arah gerakan voltmeter, bila jarum voltmeter bergerak ke bawah(<), maka polaritas subtractive.
53
2. Metode Alternating voltage (Tegangan bolak-balik)
- Mengubungkan H1 dan X1, berikan tegangan AC pada H1 dan H2. - Bila tegangan terukur di H2-X2 > H1-H2 maka polaritas additive. - Bila tegangan terukur di H2-X2 < H1-H2 maka polaritas
subtractive.
Gambar 2.38: Metode pengujian Alternating voltage
3. Metode Comparison (Perbandingan)
- Dengan menggunakan trafo yang memiliki rasio yang sama dan polaritas yang sudah diketahui, lakukan penyambungan sesuai gambar.
- Memberikan tegangan yang berbeda-beda pada sisi primer.
- Bila pada voltmeter X2-X2 tidak terjadi perubahan, maka polaritas kedua trafo adalah sama.
Gambar 2.39: Metode pengujian Comparison.
4. Metode Ratio bridge
- Dengan menggabungkan H1 dan X1, berikan tegangan di H1-H2. - Bila detektor DET pada posisi seimbang, maka Rasio trafo=R/R1
yang berarti polaritas subtractive.
Gambar 2.40: Metode pengujian Ratio bridge.
2.7.2 Pengujian Polaritas Transformator Tiga Fasa
Untuk melakukan pengujian polaritas pada transformator tiga fasa, salah satu metode yang dapat dilakukan yaitu metode Penentuan Vector
55
Group Dengan Gambar Fasor. Langkah-langkah yang dilakukan adalah
sebagai berikut:
1. Melakukan penyambungan pada terminal 1U sisi HV dengan 2u sisi LV.
2. Memberikan tegangan 3 fase seimbang pada 1U, 1V, 1W sisi HV misal tegangan 400V (fasa-fasa).
3. Melakukan pengukuran pada antar terminal, tulis data hasil ukur. 4. Membuat gambar vektor grup.
5. Melakukan analisa antara gambar dengan data hasil ukur tegangan, bila sesuai maka itulah polaritas/vektor grup trafo 3 fasa yang diukur. Contoh: Pengujian pada trafo dengan vector group Ynyn-0
Gambar 2.41: Gambar analisa vector group YNyn-0
Hasil ukur yang diperoleh adalah:
1V 1W
