16 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]
Terminal 1 dan 3 adalah identik, karena arus-arus yang masuk ke terminal- terminal ini menghasilkan fluksi dalam arah yang sama dalam inti, yang
membentuk lintasan magnetik bersama. Dengan alasan yang sama, yang berubah terhadap waktu maka tegangan diinduksikan dalam kedua kumparan ini, maka
bila suatu saat tertentu potensial tegangan pada terminal satu adalah positif terhadap terminal 2,maka pada saat yang sama tegangan jepitan pada terminal 3
akan positif terhadap terminal 4. Dengan perkataan lain, tegangan induksi e
12
dan e
34
adalah sefasa. Terminal-terminal yang identik seperti 1 dan 3 atau 2 dan 4
kadang-kadang diberi tanda “• ” atau “±” seperti terlihat pada Gambar 2.5. Ini
Universitas Sumatera Utara
17 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 I
2
R 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. Semua losses ini menimbulkan panas pada peralatan-peralatan trafo,
sehingga dibutuhkan metode pendinginan. Nilai kerja dari trafo pada tegangan dan daya tertentu sangat berhubungan dengan timbulnya panas, karena
pembatasan pada material isolasi yang digunakan, dan bertambahnya derajat temperatur yang sebanding dengan bertambahnya losses I
2
R.
Universitas Sumatera Utara
18 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.
Trafo kecil sampai rating 25kVA adalah tipe kering. Arus udara konveksi dan radiasai dari tangki trafo adalah cukup untuk mempertahankan temperatur dalam
batas yang diijinkan. Kebanyakan trafo adalah direndam dalam minyak. Inti dan kumparan secara menyeluruh direndam dalam minyak mineral. Minyak adalah
baik untuk bahan isolasi dan memberikan dispasi panas yang baik daripada udara. [3]
Universitas Sumatera Utara
19
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
Metode ini menggunakan sirkulasi minyak yang dialirkan dengan bantuan pompa. Minyak dipompakan melalui saluran dan kemudian melalui radiator luar,
yang didinginkan pula dengan kipas. Peralatan pompa minyak menambah biaya, tetapi pendinginan akan berlangsung lebih efektif. Perbedaan temperatur antara
minyak pada bagian atas dan bawah lebih kecil.[3]
Universitas Sumatera Utara
20
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 V
p
dihubungkan pada sisi primer maka arus magnetisasi i
m
, yang juga sinosoidal mengalir dalam kumparan primer. Arus ini akan menimbulkan mmf
pada kumparan primer, yang juga sinusoidal yang dinyatakan oleh : �
�
= �
�
�
�
………………………………..………………….2.2 dimana :
�
�
= mmf pada sisi primer N
p
= jumlah belitan pada kumparan primer i
m
= arus magnetisasi
Universitas Sumatera Utara
21
Gambar 2.6 Trafo ideal dalam keadaan tidak berbeban
[3]
mmf ini akan menghasilkan ø, yang juga sinusoidal, yang dinyatakan oleh : ø = ø
maks
sin wt…..……………………………..……2.3
dimana :
ø = fluksi yang dihasilkan kumparan primer ø
maks
= fluksi maksimum
w = frekuensi sudut dalam radsek 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 : �
�
= −�
� �∅
��
= −�
�
� ∅
maks
cos ωt………………………………2.4
�
�
= −�
� �∅
��
= −�
�
� ∅
maks
cos ωt………………..………………2.5
dimana : e
p
= tegangan induksi pada kumparan primer e
s
= tegangan induksi pada kumparan sekunder N
s
= jumlah belitan dari kumparan sekunder
Universitas Sumatera Utara
22 Perbandingan transformasi antara tegangan induksi di primer dan sekunder
adalah:
�
�
�
�
=
�
�
�
�
= �………………………………………………………2.6
dimana: � = rasio transformasi
E
p
= harga efektif dari tegangan induksi primer E
s
= harga efektif dari tegangan induksi sekunder Tegangan induksi rms pada kumparan primer dan sekunder adalah:
�
�
=
�
�−����
√2
= √2 � � �
�
∅
����
…………………………………2.7 �
�
=
�
�−����
√2
= √2 � � �
�
∅
����
…………………………………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]
V
s
= E
s
…………………………….………………………2.9 dimana : V
s
= tegangan jepitan rms dari kumparan sekunder. Untuk trafo ideal, I
m
= 0 :
�
�
�
�
=
�
�
�
�
=
�
�
�
�
=
�
�
�
�
= �…………………………………2.10
Universitas Sumatera Utara
23
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.
�
�
�
�
=
�
�
�
�
=
�
�
�
�
= �…………………….………………2.11
II. Arus dalam kumparan-kumparan trafo ideal berbanding terbalik dengan
jumlah belitan dari kumparan-kumparannya.
�
�
�
�
=
�
�
�
�
= �………….………………………………2.12
III. Dari persamaan diatas, maka didapat :
v
p
i
p
= v
s
i
s
………………….…………………………2.13 atau
V
p
I
p
= V
s
I
s
……………………………………………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, v
p
, maka arus magnetisasi, i
m
, akan mengalir melalui kumparan primer. Arus magnetisasi ac ini akan menyebabkan loop
hysterisisi dalam inti seperti dalam Gambar 2.9:
Universitas Sumatera Utara
24
Gambar 2.9 Loop histerisis dari trafo tidak ideal
[2]
Fluksi yang dihasilkan oleh arus magnetisasi dapat dinyatakan oleh : �
�
=
∅ � �
�
………………………………………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 : P
c
= P
h
+ P
e
……………………………………………2.16 dimana :
P
c
= rugi inti P
h
= rugi hysterisis P
e
= rugi arus eddy Rugi besi dapat dinyatakan sebagai rugi pada tahanan fiktif R
c
dengan I
c
yang melewati tahanan tersebut. Karena itu arus tersebut dapat dinyatakan dengan:
�
�
=
�
�
�
1
= �
2 �
�
�
………………………………………2.17 dari persamaan diatas didapat bahwa arus rugi besi adalah sefasa dengan tegangan
induksi e
p
pada sisi primer. [2,3]
Universitas Sumatera Utara
25
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]
i
e
= i
c
+ i
m
……………………..………………………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. Tiap pabrik dari trafo memasang plat nama name plate yang ditempelkan pada
bagian luar dari trafo. Plat nama berisikan informasi tentang rating output daya,
Universitas Sumatera Utara
26 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 I
2
R 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
Kategori