bab i transformator daya
DESCRIPTION
Trafo dayaTRANSCRIPT
BAB I
TRANSFORMATOR DAYA
KOMPETENSI
Kemampuan untuk memahami setiap bagian yang ada pada
transformator daya dari sisi konstruksi dan fungsi, standar penulisan dan
penandaan serta rugi rugi daya yang terjadi pada transformator.
SASARAN PEMBELAJARAN
Setelah mempelajari materi ini mahasiswa diharapkan dapat :
1. Memahami fungsi transformator daya
2. Memahami fungsi setiap bagian yang ada pada transformator daya
3. Menjelaskan proses terjadinya rugi rugi daya pada ransformator daya
4. Menjelaskan cara kerja peralatan bantu tarnsformator daya, yaitu
sistem pendinginan, sistem pernapasan dan tap changer
METODE PEMBELAJARAN
Metode pembelajaran pada modul ini menggunakan metode kuliah
(ceramah) dan Diskusi kelompok (Tanya jawab)
I.1. PENDAHULUAN
Transformator daya atauTrafo daya adalah suatu peralatan
listrik yang termasuk dalam klasifikasi mesin listrik statis(karena
sekundernya tidak berputar),yang berfungsimenyalurkan tenaga/daya
listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau
sebaliknyamenggunakan prinsip induksi elektromagnetik.
Dalam pengoperasiannya, transformator-transformator daya pada
umumnya ditanahkan pada titik netralnya sesuai dengan kebutuhan, untuk
kebutuhan pengamanan dan proteksi.Pada transformator 150/70 kV yang
ditempatkan pada gardu induk,ditanahkan secara langsung di sisi netral
150 kV, sedangkan transformator 70/20 kV ditanahkan dengan tahanan di
sisi netral 20 kV nya.
2
I.2. KLASIFIKASI TRANSFORMATOR DAYA
Transformator daya dapat di klasifikasikan dalam beberapa cara,
yaitu:
1. Menurut Pemasangan:
• Trnasformator pasangan dalam
• Transformator pasangan luar
2. Menurut Fungsi dan Pemakaian:
• Transformator mesin (untuk mesin-mesin listrik)
• Transformator Gardu Induk
• Transformator Distribusi
3. Menurut Kapasitas dan tegangan Kerja
Transformator besar
Transformator sedang
Transformator kecil.
Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 1.
Gambar 1. Contoh transformator 3 Phasa
dengan Tegangan Kerja >1100 kV dan Daya >1000 MVA.
3
Pada gambar 2, diperlihatkan bagian-bagian penting dari trafo daya
kapasitas sedang dengan tegangan 110/6-10 kV
Gambar 2.Trafo daya 110/6-10 kV dengan kapasitas medium
Keterangan gambar :
1. Tangki (Tank) 8. Explosion Vent Pipe (pipa pelepasan ledakan)
2. Radiator 9/10. Bushing
3. Inti (Core) 11. Baut Penjepit(Clamping balt)
4. Kumparan (winding) 12. Pipe Connection (pipa pengapit)
5. Konservator 13. Thermometer
6. Indikator minyak(Oil Gauge)14. Roller Mounted Truck (bantalan yg bergerak)
7. Relay Buchollz (Bucholz Relay) 15. Minyak (Oil)
4
Transformator biasanya berbentuk oval bila dilihat dari sisi
konstruksi, tangkinya terbuat dari plat baja dengan ketebalan 5-12 mm,
bagian dasar dan penutup (Cover) tangkinya terbuat dari plat baja yang
lebih tebal.
Kumparandililit pada inti dan direndam dalam minyak trafo,ujung-
ujung kumparan terhubung dengan rangkaian luar melalui
bushing.Tangkiberfungsi menampung minyak (oil) berupa minyak
mineral yang berasal dari jenis petroleum.Minyak trafo selain berfungsi
sebagai media transfer panas (pendingin) yang berasal dari kumparan dan
inti,juga sebagai isolasi antar bagian yang mengalirkan arus dengan tangki
dan tanah.
Radiatorditempatkan pada tangki melalui pipa pengapit untuk
menambah luas permukaan tangki, sedangkan Konservatormerupakan
tangki pemeliharaan untuk menampung pemuaian minyak trafo, dimana
volumenya sekitar 8% -10% dari volume minyak dalam tangki trafo,
dilengkapi dengan Oil Gauge(pengukur permukaan minyak) yang
berbentuk gauge glass (kaca ukur).
Jika terjadi hubung singkat pada trafo, maka minyak akan
menghasilkan gas yang cukup besar, membuat temperatur dalam tangki
akan naik secara tiba-tiba yang dapat membahayakan tangki. Untuk itu
transformator dilengkapi pula dengan Explosiun Vent Pipeyang
dijulurkan naik pada cover tangki, yang bagian atasnya ditutup dengan
thin glass disk (piringan kaca tipis). Pada keadaan dimana terjadi
sentakan tekanan yang tiba-tiba dalam trafo, maka minyakakan bebas naik
melalui pipa tersebut dan kemudian memecahkan piringan kaca tipis.
Thermometerberfungsi mengukur temperatur minyak dalam trafo,
sedangkan bucholz relay berfungsi melindungi trafo pada saat terjadi
gangguan internal atau flash over yang menyebabkan timbulnya busur
api(arcing),yang dapat menimbulkan naiknya produksi gas yang merusak
material isolasi.Pada bagian dasar tangki disangga dengan Roller
5
Mounted Truck,agar trafo bebas bergerak/berpindah untuk keperluan
perbaikan dan overhaul.
I.3. KOMPONEN TRANSFORMATOR DAN FUNGSINYA
Sebuah transformator dapat dibagi menjadi beberapa bagian, yang
terdiri atas :
a. Bagian utama transformator
b. Peralatan Bantu
c. Peralatan Proteksi
I.3.1. Bagian utama transformator, terdiri dari:
1. Inti besi
Inti besi berfungsi untuk mempermudah jalannya fluks, yang
ditimbulkan oleh arus listrik yang melalui kumparan.terbuat dari
lempengan-lempengan baja tipis yang saling diisolasi, untuk mengurangi
rugi rugi daya (dalam bentuk thermal) yang ditimbulkan oleh adanya rugi
rugi hysteresis dan rugi rugi akibat arus pusar (eddy current).
2. Kumparan transformator
Beberapa lilitan kawat pada inti besi 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, kumparan
sekunderdan kumparan tertier.
3. Minyak transformator
Sebagian besar dari transformator tenaga, kumparan-kumparan dan
intinya direndam dalam minyak transformator, terutama pada
transformator-transformatordaya yang berkapasitas besar. Minyak
transformator selain berfungsi sebagai media pemindah panas
(pendingin),juga berfungsisebagai media isolasi (memiliki daya tegangan
tembus tinggi).
Untuk minyak transformator yang baru, spesifikasi yang
dipersyaratkan seperti tampak pada Tabel 1 di bawah ini.
6
Tabel 1. Spesifikasi Minyak Isolasi Baru
Untuk minyak isolasi yang sudah terpakai, transformator
dengankapasitas >1 MVA atau bertegangan >30 kV, spesifikasi yang
dipersyaratkan seperti ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel 2. Spesifikasi Minyak Isolasi Pakai.
7
4. Bushing
Hubungan antara kumparan transformator dan jaringan luar
dilakukan melalui bushing transformator, yaitu sebuah konduktor yang
diselubungi oleh isolator, yang berfungsi sebagai penyekat antara
konduktor tersebut dengan tangki transformator.
Gambar 3. Bushing
5. Tangki dan konservator
Pada umumnya bagian-bagian dari transformator yang terendam
minyak transformator, berada atau ditempatkan di dalam tangki, dan untuk
menampung pemuaian pada minyak transformator, maka tangki dilengkapi
dengan sebuah konservator. 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.Siripnya berfungsi sebagai radiator pendingin sekaligus
sebagai media pernapasan trafo. Tutup dan dasar tangki terbuat
dari plat baja bercanai panas yang kemudian dilas sambung pada
badan tangki yang membentuk sirip (corrugated). Umumnya
transformator di bawah 4000 kVA dibuat dengan bentuk tangki
corrugated.
8
b. Jenis tangki Conventional Beradiator, Jenis tangki terdiri dari
badan tangki dan tutup yang terbuat dari mild steel plate (plat
baja bercanai panas) ditekuk dan dilas 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 kVA, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 4.
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, sebagaimana ditunjukkan pada gambar 5.
Gambar 4. Transformator Tipe Conventional Beradiator (Sumber Trafindo, 2005)
9
Gambar 5. Transformator 5 MVA dengan oil conservator dan
Transformator 1250 kVA hermetic shell
I.3.2. Peralatan Bantu
1. Sistem Pendingin
Energy yang hilang dalam bentuk panas yang dihasilkan oleh inti
besi dan kumparan, dapat menyebabkan temperatur yang berlebihan
dalam tangki dan merusak isolasi disekitar conductor.Untuk itu dibutuhkan
pendinginan transformator. Metode pendinginan harus mampu
mempertahankan temperatur rata-rata yang cukup rendah dan mampu
mencegah timbulnya temperature yang berlebihan pada setiap bagian trafo
serta terbentuknya “hot spots”, dengan memberikan ruang sirkulasi yang
bebas pada minyak
Adapun proses pendinginan trafo, pertama tama, panas pada inti
besi dan kumparan diserap oleh minyak, kemudian ditransfer ke dinding
tangki, lalu dibuang melalui udara disekitar dinding tangki. Namun
demikian panas pada minyak menyebabkan minyak akan memuai(bergerak
naik) dan ketika panasnya turun ia pun akan bergerak turun.Pergerakan
naik turunnya minyak membantu mempercepat transfer panas pada
dinding tangki.Lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar6.
10
Gambar 6. Pendingan pada transformator
Sistem pendinginan transformator dapat dibagi menurut jenis trafo,
yaitu:
1. Oil Cooling (Oil Immersed Transformator)
2. Air Cooling (Dry Tipe Transformator)
Metode pendinginan untuk oil immersed transformator dapat
berbentuk:
a. Oil Natural Cooling
b. Oil Natural-Air Blast Cooling
c. Water-Oil Cooling
Pada Oil Natural Cooling, panas yang timbul diserap oleh minyak
kemudian ditransfer melalui dinding tangki, selanjutnya diteruskan keluar
malalui udara di sekitar trafo. Transfer panas ini terbantu pula oleh adanya
sirkulasi alami pada minyak dalam tangki.Untuk menambah disipasi panas
pada udara, maka pada permukaan tangki transformator dilengkapi dengan
tubular tank (tangki pipa) atau radiator dalam bentuk kumpulan pipa baja
(Bank of steel tube).
11
Pada Oil Natural-Air Blast Cooling, Untuktrafo dengan kapasitas
besar penggunaan natural oil cooling tidak efisien, untuk itu sistem
pendinginannya dikombinasi dengan forced air (udara paksa) atau air blast
cooling. Pada air blast cooling, tube bank radiator didinginkan secara paksa
melalui hembusan udara menggunakan motor-fan yang ditempatkan dalam
ruang radiator tube.
Kipas-kipas tersebut dapat di switch out jika temperature ambient
turun atau beban pada transformator turun, selain itu untuk transformator
dengan kapasitas besar, kipas-kipas tersebut dapat dikontrol secara
otomatis menggunakan relay.
Air blast cooling dapat dioperasikan sebagai natural oil cooling tanpa
air blast, jika beban sama dengan atau lebih rendah dari 70% dari rating
air blast, demikian pula ketika beban yang dipikul berada antara 70-
100.Dalam hal ini temperature minyak tidak melebihi 55 C. Secara detail
macam-macam sistem pendinginan dapat dilihat pada tabel 3.
Tabel 3. Tipe Pendinginan Transformator
Keterangan:
A = air (udara), O = Oil (minyak), N = Natural (alamiah), F = Forced (Paksaan/tekanan)
12
2. Sistem pernapasan
Karena pengaruh naik turunnya beban trafo dan suhu udara luar,
maka suhu minyak dalam trafo akan berubah mengikuti keadaan tersebut.
Bila suhu minyak tinggi, maka minyak akan memuai dan mendesak udara
di atas permukaan minyak keluar dari dalam tangki, sebaliknya apabila
suhu minyak turun, maka minyak menyusut dan udara akan masuk dan
mengisi ruang di atas permukaan minyak. Proses keluar masuknya udara
ke dalam tangki disebut sebagai pernapasan trafo.
Pernapasan trafo,menyebabkan permukaan minyak akan selalu
bersinggungan dengan udara luar. Udara luar yang lembab akan
memperburuk isolasi atau menurunkan nilai tegangan tembus minyak.
Untuk mencegah masuknya udara lembab ke dalam minyak, maka pada
ujung pipa penghubung udara luar dilengkapi sebuah tabung kaca yang
berisi Kristal zat higroskopis (bahan yang dapat menyerap kadar air yang
ada dalam udara dan dapat berubah warna). Tabung kaca ini biasanya
terdapat pada transformator dengan kapasitas besar, sebagaimana
ditunjukkan pada gambar 7.
Gambar 7. Tabung kaca berisi Kristal zat higroskopis
3. Tap Changer
Adalah alat perubah perbandingan transformasi untuk mendapatkan
tegangan operasi sekunder yang lebih baik (diinginkan), akibat tegangan
13
jaringan primer yang berubah-ubah. Tap changer yang hanya dapat
beroperasi untuk memindahkan tap trafo dalam keadaan tanpa beban
disebut OFF Load tap Changer, dimana perubahan tapnya bersifat
manual. Sedangkan tap changer yang beroperasi dalam keadaan berbeban
disebut dengan ON Load Tap Changer (OLTC) dan dapat beroperasi
secara manual ataupun otomatis.
Ada dua cara mengubah tegangan transformator dalam keadaan
berbeban:
a. Memasang pengatur tegangan berbeban (On Load Voltage
Regulator) secara seri dan terpisah dari transformator utama.
b. Memasang transformator dengan pengubah tap (On Load Tap
Changer)
Lebih jelasnya, dapat dilihat pada gambar 8.
Gambar 8. Cara mengubah tegangan transformator
kekurangan dari on load Voltage regulator, keandalannya rendah
dan harus selalu diperiksa dan dipelihara. Dengan membaiknya keandalan
dari on load tap changer, maka kebanyakan dipakai adalah on Load tap
changer sekaligus sebagai pengganti dari on load Voltage regulator
On Load Tap Changer terdiri dari :
a. Pemilih tap (Tap Selector/Selector Switch)
b. Saklar Peng-alih (Diverter Switch)
c. Peralatan pendukung (Auxiliary Device)
14
Lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 6.keadaan (a) adalah
keadaan kerja normal, dimana arus mengalir melalui kumparan dengan
posisi tap ditengah, kedua bagian kumparan di kedua sisi tap tergulung
pada inti besi yang identik, sehingga fluks magnetnya sama besar dan
saling meniadakan, dan sudah barang tentu impedansi reaktornya
mendekati 0.
Keadaan (b) saklar peng-alih membuka, arus mengalir pada satu sisi
kumparan, Keadaan (c) Pemilih tap berpindah pada tap berikutnya,
Keadaan (d) Saklar peng-alih menutup kembali, 2 tap yang berbeda saling
terhubung, dan arus sirkulasi karena adanya beda tegangan antara kedua
tap kemudian dibatasi oleh reactor, keadaan (e) dan (f) saklar peng-alih
dan pemilih tap bekerja pada sisi tap yang lain, Keadaan (g) pemindahan
pada satu tap dianggap selesai
Gambar 8.Cara kerja OLTC jenis reactor
Selain OLTC Jenis reactor, ada juga jenis tahanan dan tahanan
ganda (multi resistor type), dimana arus sirkulasi dibatasi oleh tahanan,
sebagaimana gambar 9 dan 10.
15
Gambar 9.Cara kerja OLTC jenis Tahanan
Untuk jenis 6 tahanan, fluktuasi tegangan pada waktu perpindahan
tap dibatasi dan tugas buka-tutup dari saklar peng-alih diperingan.
Gambar 10.OLTC jenis 6 Tahanan reactor
Adapun hubungan belitan dan tap changer dapat dilihat pada
gambar 11.
Gambar 11. Hubungan belitan dan tap changer
Transformator yang terpasang di gardu induk pada umumnya
menggunakan tap changer yang dapat dioperasikan dalam keadaan trafo
16
berbeban dan dipasang di sisi primer. Sedangkan transformator penaik
tegangan di pembangkit atau pada trafo kapasitas kecil, umumnya
menggunakan tap changer yang dioperasikan hanya pada saat trafo tenaga
tanpa beban.
Untuk meredam panas pada saat proses perpindahan tap, maka
OLTC direndam di dalam minyak isolasi yang biasanya terpisah dengan
minyak isolasi trafo. Hal ini disebabkan karena proses perpindahan
hubungan tap di dalam minyak cendrung menyebabkan fenomena elektris,
mekanis, kimia dan panas, membuat minyak isolasi OLTC kualitasnya akan
cepat menurun. tergantung dari jumlah kerjanya dan adanya kelainan di
dalam OLTC.
4. Beberapa Masalah pada tap Changer
Terdapat berbagai persoalan yang timbul sehubungan dengan
pemakaian pengubah tap, yaitu:
a. Saklar peng-alih yang melaksanakan tugas perpindahan hubungan
(Switching over) dalam minyak, menyebabkan minyak cepat
memburuk. Untuk itu minyak tap changer dipisahkan dari minyak
transformator daya
b. Seringnya saklar pengalih bekerja, maka keausan kontak
memerlukan perhatian, dan memerlukan penggantian, namun
penggantian kontak cukup sekali dalam beberapa tahun. Untuk itu
diperlukan pengujian mekanis dan pengujian elektris dari keadaan
minyak
5. Faktor Design Trafo
Bila dilihat dari sisi fluktuasi tegangan, sifat induktif dan stabilitas
sistem, maka dikehendaki impedansi tegangan (Impedance Voltage) yang
kecil, dan bila dilihat dari sisi pembatas arus hubung singkat dikehendaki
tegangan impedansi yang besar. Untuk itu bila design trafo dipilih
impedansi yang tinggi, maka tembaganya akan lebih berat, sedangkan bila
dipilih impedansi yang rendah, maka besinya yang lebih berat. Untuk itu
dalam design yang ekonomis harus mempertimbangkan harga di antara
17
keduanya. Adapun harga standard dari design trafo dapat dilihat pada
tabel. Pada umumnya berat transformator kapasitas kecil sebanding
dengan pangkat
dari kapasitasnya.Adapun keadaan sebenarnya dapat
dilihat pada gambar. Sedangkan untuk kapasitas kecil, beratnya sebanding
dengan pangkat 0,6-0,65 dari kapasitasnya.
6. Indikator
Untuk mengawasi selama transformator beroperasi, maka perlu
adanya indicator yang dipasang pada transformator. Indikator tersebut
adalah sebagai berikut:
• indikator suhu minyak
• indikator permukaan minyak
• indikator sistem pendingin
• indikator kedudukan tap, dan sebagainya.
I.3.3. Peralatan Proteksi
1. Relai Bucholz
Adalah relai yang berfungsi mendeteksi dan mengamankan terhadap
gangguan transformator yang menimbulkan gas. Timbulnya gas dapat
diakibatkan oleh beberapa hal, diantaranya adalah:
a. Hubung singkat antara lilitan pada atau dalam phasa
b. Hubung singkat antara phasa
c. Hubung singkat antara phasa dan tanah
d. Busur api listrik antar laminasi
e. Busur api listrik karena kontak yang kurang baik
2. Pengaman tekanan lebih
Alat ini berupa membrane yang terbuat dari kaca plastic, tembaga
atau plastik, tembaga atau katup berpegas, sebagai pengaman tangki
transformator terhadap kenaikan tekanan gas yang timbul dalam tangki
yang akan pecah pada tekanan tertentu dan kekuatannya lebih rendah dari
kekuatan tangki transformator
18
3. Relai tekanan lebih
Relai ini berfungsi hamper sama seperti relai bucholz. Fungsinya
adalah mengamankan terhadap gangguan didalam transformator. Bedanya
relai ini hanya bekerja oleh kenaikan tekanan gas yang tiba tiba dan
langsung mentripkan CB
4. Relai Diferensial
Berfungsi mengamankan transformator terhadap gangguan didalam
transformator, antara lain kejadian flas over antara kumparan atau
kumparan dengan tangki atau belitan dengan belitan didalam kumparan
atau pun beda kumparan
5. Relai arus Lebih
6. Relai tangki tanah
7. Relai hubung tanah
8. Relai thermis
I.4. PENULISAN SIMBOL DAN PENANDAAN TRANSFORMATOR
1.4.1. Menurutstandard ANSI :
1. Tiga (3) simbol utama yang sering digunakan pada transformator
yaitu :
a. Simbol Dash (-), digunakan untuk menyatakan tegangan pada
belitan yang berbeda.
b. Simbol Slant (/), digunakan untuk menyatakan tegangan pada
belitan yang sama.
c. Simbol Cross (x), digunakan untuk menunjukkan hubungan
series-multiple.
2. Beberapa simbol yang lain
Huruf Y, menunjukkan bahwa belitan terhubung atau dapat
dihubung Y (Wye). GndY, menunjukkan bahwa salah satu ujung
belitannya diground (dibumikan).Sedangkan belitan yang terhubung
delta( ) atau dapat dihubung delta, cukup dinyatakan dengan
besar tegangan belitan saja.
19
1.4.2. Penandaan Terminal Trafo (Terminal Marking)
Terminal marking adalah titik-titik dimana rangkaian elektrik
eksternal dihubungkan.
1. Menurut standard NEMA dan ASA bahwa:
a. Belitan tegangan tinggi ditandai dengan huruf HV atau V
b. Belitan tegangan rendah ditandai dengan huruf LV atau x
Bila kumparannya lebih dari dua, menggunakan tanda x,y dan z,
maka Pada trafo 3 phasa, H1 ditempatkan pada sisi kanan ketika posisi kita
berada pada sisi tegangan tinggi, dan H2, H3 ditempatkan secara berurutan
dari kanan ke kiri, sedangkan terminal x1 berada pada sisi kiri, ketika posisi
kita berada pada sisi tegangan rendah, diikuti oleh x2, x3 secara berurutan.
2. Polaritas Trafo
Adalah petunjuk arah arus yang mengalir melalui terminal tegangan
tinggi, berkenaan dengan arah arus yang mengalir pada terminal tegangan
rendah pada setiap saat atau arah relatif dari tegangan induksi antar
terminal tegangan tinggi dan terminal tegangan rendah.Polaritas trafo 1
phasa dapat berupa:
Polaritas Additif, bila tanda H1 dan X1 penempatannya
berlawanan secara diagonal
Polaritas subtractive, bila tanda H1 dan X1 saling sejajar
Polaritas trafo dapat pula dikenali dengan melakukan pengujian
sederhana.Menurut standar ASA, bahwa Trafo distribusi 1phasa dengan
kapasitas daya hingga 200 KVA yang dioperasikan pada sistem tegangan
tinggi hingga 8660 V, mempunyai polaritas additive, selain dari itu
berpolaritas subtractive. Pengenalan jenis polaritas dari trafo 1 phasa,
sangat penting berkenaan dengan paralelisasi dan hubungan trafo 3 phasa.
I.5. Rugi-rugi daya pada transformator
Rugi-rugi daya pada transformator, terdiri dari :
a. Rugi-rugi belitan ( Resistansi dan reaktansi )
Resistansi timbul karena factor bahan dari kumparan, umumnya
adalah bahan tembaga sedangkan reaktansi timbul oleh adanya fluks
20
bocor.Rugi-rugi ini terdapat baik pada sisi primer maupun pada sisi
sekunder.
b. Rugi-rugi inti (Hysteresis dan eddy current)
Hysteresis timbul oleh sifat bahan magnetik yang membentuk inti
(core), untuk itu bahan inti menggunakan bahan ferromagnetik.Sedangkan
Eddy Current timbul oleh adanya arus pusar, akibatnya konstruksi inti
dibuat dalam bentuk laminasi-laminasi (lembaran-lembaran tipis) yang
saling diisolasi untuk memperpanjang jalur arus pusar.
I.5.1. Rugi-Rugi Eddy Current (arus pusar)
Bila inti magnetik dialiri fluks bolak-balik (time varying Flux), maka
sesuai dengan teori Faradayakan menghasilkan tegangan induksi
sepanjang inti, dan mengingat inti merupakan sebuah rangkaian tertutup,
maka pada inti terdapat arus sirkulasi. Arus sirkulasi ini disebut dengan
Eddy Current , yang kemudian akan menghasilkan rugi-rugi daya (I2R)
yang dikenal dengan rugi-rugi eddy current.
Besar rugi-rugi eddy current sangat bergantung dari resistivity
bahan dan panjang jalur dari arus sirkulasi.Untuk itu guna mengurangi
rugi-rugi daya eddy current, maka arus sirkulasi dapat diperkecil dengan
memperbesar resistivity dan memperpanjang jalur dari arus sirkulasi.
Resistivity yang tinggi dapat diperoleh dengan memberikan bahan
silicon pada bahan inti baja.Sedangkan memperpanjang jalur arus sirkulasi
dilakukan dengan membentuk inti menjadi laminasi (lembaran tipis) yang
saling diisolasi secara sederhana (umumnya menggunakan varnish).
Umumnya untuk peralatan elektromagnetik, ketebalan laminasi
bervariasi dari nilai 0,3-5 mm, sedangkan untuk peralatan elektronik
umumnya antara 0,01-0,5 mm. Rumus empiris untuk menghitung rugi-rugi
eddy current adalah:
Pe = ke f2 Bm
2 (W/m3)
Dimana: ke = ke’ d2/
= resistivity bahan
21
d = ketebalan laminasi
I.5.2. Rugi-rugi Hysteresis
Perhatikan kurva jerat hysteresis pada gambar 10
Gambar 10. Kurva jerat hysteresis
Bila mmf dinaikkan dari 0 hingga nilai maximum, maka energi yang
disimpan dalam bentuk medan magnet per unit volume pada bahan inti
adalah :
∫
dB = daerah o f a b g o
Bila H diturunkan menuju nol, maka tidak semua energi yang
tersimpan dalam medan magnet akan dikembalikan ke sumber (tidak dapat
diperoleh kembali), karena sebagian energi tersebut telah berubah
menjadi energi panas dalam bahan inti yaitu daerah o a f b c o yang
disebut dengan rugi-rugi hysteresis.
Adapun besar energi yang dapat diperoleh kembali dirumuskan
dengan:
∫
dB = daerah c b g
Untuk itu total rugi-rugi hysteresis dalam 1 siklus adalah daerah a b
c d e f a yang dinotasikan dengan simbol Wh . Dengan demikian maka rugi-
rugi hysteresis dalam volume V dari material bila dioperasikan pada
frekuensi f Hz dirumuskan secara empiris sebagai berikut:
22
Ph = Wh V f
Dan menurut Steinmetz, formulasi empiris untuk menghitung rugi
hysteresis yang didasari pada study experiment adalah:
Ph = kh f Bmn
Dimana:
Kh=Konstanta karakteristik dari bahan inti
Bm = Rapat fluks maximum
N = Eksponen Steinmetz yang bervariasi dari 1,5-2,5 bergantung pada
bahan, namun umumnya digunakan nilai 1,6
DAFTAR PUSTAKA
1.
23
TUGAS TRANSFORMATOR
1. Jelaskan:
a. Kenapa permukaan luar tangki trafo umumnya berbentuk sirip
sirip ?
b. Proses pernapasan dan pendinginan trafo ?
2. Jelaskan kenapa minyak transformator terpisah dengan minyak tap
changer dan sebutkan permasalahan yang ada pada operasi tap
changer?
3. Jelaskan proses terjadinya hysteresis dan eddy current ?
4. Sebutkan peralatan utama dan peralatan bantu pada transformator ?
5. Jelaskan proses induksi elektromagnetik pada sebuah transformator?