Transformator Pengujian Transformator Distribusi

Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009.

BAB II TRANSFORMATOR DISTRIBUSI

2.1. Transformator

Di dalam suatu sistem distribusi tenaga listrik, transformator distribusi dipergunakan untuk menurunkan tegangan penyulang utama primary feeder menjadi tegangan rendah sekunder yang langsung digunakan oleh para pemakai energi listrik konsumen. Transformator distribusi dihubungkan langsung dengan beban melalui jaringan sekunder dan lokasi pemasangannya tersebar dibanyak tempat dengan jarak sekitar beberapa ratus Meter atau juga sampai beberapa kilo meter, Ini tergantung pada kapasitas transformatorya dan besarya beban yang dilayani. Menurut standart NEMA The National Electrical Manufactures Association, transformator dengan rating 3 kVA sampai. dengan 500 kVA diklasinkasikan - Un tuk transformator distribusi 1 : rating dari 3 kVA sid 500 kVA - Untuk transformator distribusi 3 : rating dari 9 kVA sid 1600 kVA - Sedangkan untuk transformator-transformator yang ratingnya lebih besar dari 1600 kVA, diklasilikasikan sebagai transformator tenaga. Meskipun demikian, kini di Indonesia telah banyak dijumpai transformator distribusi dengan rating lebih besar dari 500 kVA. Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009.

2.2 Prinsip Kerja Transpormator

Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik kerangkaian listrik yang lain melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnet. Transformator digunakan secara luas. baik dalam bidang tenaga listrik maupun elektronika, penggunaannya didalam sistem tenaga memungkinkan dipilihnya tegangan yang sesuai dan ekonomis untuk tiap-tiap keperluan misalnya; kebutuhan akan tegangan tinggi dalam pengiriman daya listrik ke konsumen dengan jarak jauh, Transformator memberikan cara yang sederhana untuk mengubah tegangan bolak- balik dari satu harga ke harga lainnya. Jika transformator menerima energi pada tegangan rendah dan mengubahnya menjadi tegangan yang lebih tinggi, ia disebut transformator penaik step-up. Jika transformator diberi energi pada tegangan tertentu dan mengubahnya menjadi tegangan yang lebih rendah, ia disebut transformator penurun step-down. Setiap transformator dapat dioperasikan baik sebagai transformator penaik maupun penurun, tetapi transformator yang memang dirancang untuk suatu tegangan, harus digunakan untuk tegangan tersebut. Untuk mentransmisikan sejumlah energi tertentu, diperlukan arus yang lebih kecil pada tegangan tinggi dibandingkan pada tegangan rendah. Hal ini berarti bahwa energi dapat ditransmisikan dengan I 2 R atau kerugian saluran yang lebih kecil bila digunakan tegangan transmisi yang lebih tinggi. Untuk mendapatkan tegangan transmisi tinggi, misalnya 345.000 atau 765.000 V, digunakan transformator penaik pada stasiun pembangkit, karena tidak mungkin membangkitkan tegangan setinggi ini, maka pada tempat di mana energi akan digunakan, transformator penurunan digunakan untuk menurunkan tegangan Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. transmisi tinggi hingga menjadi harga tegangan yang aman dan dapat digunakan. Dengan demikian transformator distribusi memungkinkan pengiriman energi listrik jarak jauh secara ekonomis. Karena transformator tidak mempunyai bagian yang bergerak, maka ia hanya memerlukan sedikit perhatian dan biaya pemeliharaannya rendah. Efisiensi transformator cukup tinggi dan dapat mencapai 98 atau 99 pada beban penuh dalam ukuran yang lebih besar.

2.2.1. Peristilahan dalam Transformator

Transformator sederhana terdiri dari dua kumparan yang dililitkan pada inti besi tertutup seperti yang digambarkan pada Gambar 2-1. Energi disatukan pada satu lilitan yang disebut lilitan primer, dan diberikan pada beban dari lilitan lainnya, yang disebut lilitan sekunder. Jika transformator digunakan sebagai transformator penaik lilitan tegangan rendah merupakan primernya. Dalam transformator penurun, lilitan tegangan tinggi merupakan sekundernya.

2.2.2. Cara Kerja Tanpa Beban

Bila kumparan primer suatu transformator dihubungkan dengan sumber tegangan V 1 yang sinusoid, dan mengalirlah arus primer Io yang juga sinusoid dan dengan menganggap belitan N 1 reaktif murni, A akan tertinggal 90 dari V 1 gambar 2.1 . arus primer l o menimbulkan flukus yang sefasa dan juga berbentuk sinusoid. = maks sin wt………………………..1 Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. Bila tegangan bolak-balik V digunakan pada lilitan primer N 1 dari transformator penurun yang disajikan dalam Gambar 1-1 dengan sakelar beban terbuka, mengalir arus kecil yang disebut arus-eksifast exciting current. Karena dalam setiap rangkaian induktif arusnya dibatasi oleh ggl-lawan dari induksi diri yang diinduksikan dalam lilitan, maka lilitan transformator direncanakan mempunyai induktansi yang cukup tinggi agar ggl-lawan pada keadaan tanpa beban praktis sama dengan tegangan yang dikenakan. Hal ini membatasi arus tanpa beban atau arus eksitasi, sehingga harganya sangat rendah. Arus eksitasi menyebabkan terbentuknya fluksi bolak-balik dalam inti, Fluksi bolak-balik ini memotong lilitan primer dan lilitan sekunder sehingga harganya naik turun dalam arah bolak-balik, sehingga menginduksikan ggl pada kedua lilitan tersebut. Seperti telah dikemukakan, ggl yang diinduksikan dalam lilitan primer akan melawan tegangan V yang dikenakan. Karena kedua lilitan dipotong oleh fluksi yang sama, maka ggl yang diinduksikan dalam setiap lilitan dari kedua lilitannya adalah sama. Jika V adalah ggl yang diinduksikan dalam lilitan primer dan E adalah ggl yang diinduksikan dalam lilitan sekunder. Jika tahanan lilitan primerya kecil, dan memang biasanya demikian, maka E akan hampir sama dengan tegangan F yang digunakan. Dengan mengabaikan perbedaan yang kecil dan memperhatikan bahwa tegangan terminal sekunder V akan sama dengan E karena di sana tidak ada arus yang mengalir, maka V 2 N 1 = V 2 N 1 Atau 1 2 1 2 V N N V = 1 Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. Persamaan ini menunjukkan bahwa tegangan pada setiap lilitan transformator berbanding lurus dengan jumlah lilitan dalam masing-masing lilitan tersebut.

2.2.3. Cara Kerja Dengan Beban

Jika sakelar beban dalam rangkaian sekunder dari transformator dalam gambar 2.1 ditutup, akan mengalir arus yang besarnya sama dengan V dibagi dengan impedansi beban. Hukum Lenz menyatakan, bahwa setiap aliran arus yang disebabkan oleh ggl induksi akan mengalir sedemikian rupa sehingga arahnya berlawanan yang menyebabkan terjadinya ggl induksi pada transformator, hal ini berarti bahwa I p akan selalu mengalir dalam arah sedemikian sehingga aksi pemagnetannya akan melawan aksi pemagnetan lilitan primer. Jadi arus I S akan mengurangi fluksi dalam inti transformator. Tetapi jika fluksi berkurang, ggl lawan E berkurang, sehingga menambah aliran arus primer I p , yang akan mengembalikan besarnya fluksi ke harga semula, Jika bebannya ditambah akan menyebabkan I p bertambah, aksi pemagnetan ini akan mengurangi fluksi, yang menambah besarnya aliran arus primer. Maka aksi pemagnetan lilitan primer akan menyesuaikan diri dengan setiap perubahan arus sekunder. Aksi ini serupa dengan kondisi dalam motor DC di mana besarnya arus yang ditarik oleh jangkar tergantung pada besarnya ggl lawan yang dibangkitkan. Bertambahnya beban meter menyebabkan ggl-lawan turun. yang mengakibatkan bertambahnya aliran arus jangkar. Demikian pula dalam transformator, pertambahan beban pada sekunder menyebabkan berkurangnya ggl-lawan primer. Dari pembahasan di atas terlihat hubungan sebagai berikut : Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. Lilitan-amper primer = lilitan-amper sekunder atau I p = I s ………………………….2 Sehingga perbandingan arus dalam transformator berbanding terbalik dengan perbandingan lilitan. Jika arus beban mengalir dan lilitan sekunder suatu transformator, terjadi jatuh tegangan yang kecil dalam transformator akibat impedansinya. Maka tegangan terminal lebih rendah sedikit dari ggl induksi. Tetapi perbedaan ini sering kali diabaikan dan V dianggap sama dengan E, Maka Persamaan 1 tetap berlaku, Dengan dihasilkan: H X X H I I V V = dan V H I H = V X I X …………………………………………. 3 Persamaan 3 menunjukkan bahwa voltamper masukan dari suatu transformator sama dengan voltamper keluaran. Haruslah diingat bahwa Persamaan 1 sampai 3 hanyalah merupakan persamaan pendekatan. Persamaan tersebut hanya benar untuk transformator ideal yaitu transformator tanpa kerugian. Tetapi persamaan tersebut cukup teliti di hampir semua pemakaian praktis karena kerugian dalam transformator sangat kecil. Ada dua perbedaan bentuk inti transformator yang biasa digunakan yang dinamakan tipe-inti core type dan tipe-selubung shell type seperti ditunjukkan dalam Gambar 2.2. Inti dari kedua tipe ini dibuat dari baja khusus yang kerugiannya cukup rendah dan dilaminasi untuk mengurangi kerugian inti. Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. Gambar 2-2 inti transformator fase-tunggal : a tipe inti b tipe selubung Pada konstruksi tipe-inti yang ditunjukkan dalam Gambar 2-2a lilitan mengelilingi inti besi yang berlaminasi, lilitan primer transformator ditunjukkan pada satu kaki inti dan sekundernya pada satu kaki inti yang lain. Transformator komersial tidak dibentuk secara demikian karena sebagian besar fluksi yang dihasilkan lilitan primer tidak memotong lilitan sekunder, atau dikatakan bahwa transformator mempunyai kebocoran fluksi yang besar. Untuk menjaga agar kebocoran fluksi seminimum mungkin maka, lilitan dibagi dua dan ditempatkan pada masing-masing kaki. Rakitan inti dan kumparan transformator tipe-inti ditunjukkan dalam Gambar 2-2a. Sedangkan transformator konstruksi tipe-selubung ditunjukkan pada Gambar 2-2b. Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009.

2.3. Pengujian Transformator Distribusi

Pengujian transformator dilaksanakan menunrt SPLN50-1982 melalui tiga macam pengujian, sebagaimana diuraikan juga dalam IEC 76 1976, yaitu: - Pengujian rutin Pengujian rutin adalah pengujian yang dilakukan terhadap setiap transformator, meliputi: ~ Pengujian tahanan isolasi ~ Pengujian tahanan kumparan ~ Pengujian perbandingan belitan pengujian vector group ~ Pengujian rugi besi dan arus beban kosong ~ Pengujian rugi tembaga dan impedansi ~ Pengujian tegangan terapan Withstand Test ~ Pengujian tegangan induksi Induce Test Hal diatas dapat dijelaskan dengan keterangan dibawah: - Pengujian tahanan isolasi Pengukuran tahanan isolasi dilakukan pada awal pengujian, bertujuan untuk mengetahui secara dini kondisi lokasi trafo, untuk menghindari kegagalan yang fatal pada pengujian selanjutnya, pengukuran dilakukan antara: • Sisi HV - LV • Sisi HV- Ground • Sm LV - Ground • Xlx2-x3x4trafo l fasa - Pengujian tahanan kumparan Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. Pengukuran tahanan kumparan bertujuan untuk mengetahui berapa nilai tahanan listrik pada kumparan yang akan menimbulkan panas, bila kumparan tersebut dialiri arus. - Pengujian perbandingan belitan Pengukuran perbandingan belitan bertujuan untuk mengetahui perbandingan jumlah kumparan sisi tegangan tinggi dan sisi tegangan rendah pada setiap tapping, sehingga tegangan output yang dihasilkan oleh trafo sesuai dengan yang dikehendaki, toleransi yang di ijinkan adalah 0,5 dari rasio tegangan atau 110 dari persentase impedansi pada tapping. - Pengujian tegangan terapan Withstand Test Pengujian ini bertujuan untuk menguji kekuatan isolasi antara kumparan dan body tangki. Pengujian dilakukan dengan memberi tegangan pengujian sesuai dengan standar uji yang dilakukan pada: • Sisi tegangan tinggi dan sisi tegangan rendah serta body yang ditanahkan • Selang waktu pengujian 60 detik. - Pengujian tegangan induksi Pengujian tegangan induksi bertujuan untuk mengetahui kekuatan isolasi antar layer dan tiap-tiap belitan dan kekuatan isolasi antar belitan trafo. Pengujian dilakukan dengan memberi tegangan supply dua kali tegangan nominal pada salah satu sisi dan sisi lainnya di biarkan terbuka. Untuk mengatasi kejenuhan pada inti besi core, maka frekwensi yang digunakan harus dinaikan sesuai kebutuhan. Lama pengujian tergantung pada besarnya frekwensi. Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. - Pengujian kenaikan suhu Pengujian kenaikan suhu dimaksudkan untuk mengetahui berapa kenaikan suhu dan kumparan trafo yang disebabkan rugi-rugi trafo apabila trafo dibebani, pengujian ini juga bertujuan untuk melihat apakah penyebab panas trafo sudah cukup efesien atau belum. Pengujian kenaikan suhu sama dengan pengujian beban penuh, pengujian dilakukan dengan memberikan arus trafo sedemikian hingga membangkitkan rugi- rugi trafo, yaitu rugi beban penuh dan rugi beban kosong, pengujian tegangan impulse ini untuk mengetahui kemampuan dielectric dari system isolasi trafo terhadap gangguan surja petir. Pengujian impulse adalah pengujian dengan memberi tegangan lebih sesaat dalam bentuk gelombang tertentu. pengujian impulse ini untuk mengetahui kemampuan dielectric dan system isolasi trafo terhadap gangguan surja petir. Bila trafo mengalami tegangan lebih, maka tegangan tersebut akan di distribusikan melalui efek kapasitansi yang terjadi pada antar lilitan trafo, layer trafo coil dengan ground - Pengujian jenis Pengujian jenis adalah pengujian yang dilaksanakan terhadap sebuah trafo yang mewakili trafo lainnya yang sejenis, Pengujian jenis berguna untuk menunjukkan bahwa semua trafo jenis ini memenuhi persyaratan yang belum diliput oleh pengujian rutin. pengujian jenis ini meliputi: • Pengujian kenaikan suhu • Pengujian impedansi Mancon Sitanggang : Studi Perkiraan Umur Trasformator Distribusi Dengan Metode Tingkat Tahunan, 2009. - Pengujian khusus Pengujian khusus adalah pengujian yang lain dari pengujian rutin dan jenis, pengujian khusus meliputi; • Pengujian dielektrik • Pengujian impedansi urutan nol pada trafo tiga phasa • Pengujian harmonic pada arus beban kosong • Pengukuran daya yang diambil oleh motor-motor kipas dan pompa minyak

2.4. Type-type Transpormator Distribusi