27 Tujuan utama dari perancangan listrik adalah untuk mengurangi berbagai
kerugian, yang mana walaupun dalam presetasi adalah kecil, mungkin harganya sangat besar pada transformator yang lebih besar. Adapun rugi-rugi transformator
antara lain :
2.10.1 Rugi Tembaga
�
��
Rugi ini disebabkan arus beban mengalir pada kawat tembaga, dapat ditulis sebagai berikut :
�
��
= �
2
� …………………..………………………2.22 Karena arus beban berubah-ubah, maka rugi tembaga pada setiap
perubahan beban dapat ditentukan dengan persamaan: �
�2
= �
�
2
�
1
�
2
x �
�1
………………………………………2.23 Keterangan :
P
t2
= Rugi − rugi tembaga pada saat pembebanan tertentu
P
t1
= Rugi − rugi tembaga beban penuh
S
2
= Beban yang dioperasikan S
1
= Nilai pengenal
2.10.2 Rugi Besi
�
�
Sedangkan untuk rugi-rugi inti rugi besi dalam keadaan normal selalu konstan tidak tergantung terhadap besarnya perubahan beban dan rugi ini dapat
dikelompokkan dalam dua bagian yaitu:
a. Rugi Histerisis
�
�
Rugi ini akibat dari inti besi menerima fluksi bolak-balik, yang dinyatakan dengan persamaan:
P
h
= f fluksi B dH wattm
3
………………………………2.24
Universitas Sumatera Utara
28 dimana:
f = frekuensi jala-jala H
z
B = kerapatan fluksi Tesla H = intensitas medan magnet Am
Atau P
h
= K
h
f B
maks
Watt m
3
………..……..…………………2.25 dimana :
K
h
= konstanta histerisis = konstanta histerisis tambahan yang besarnya antara 1,6-3,0
B
maks
= kerapatan fluksi maksimum
b. Rugi-rugi Arus Pusar Eddy current P
e
P
e
= K
e
f
2
B
2 maks
watt m
3
………………………………2.26 dimana :
K
e
= konstanta arus pusar f = frekuensi jala-jala
t = ketebalan laminasi B
maks
= kerapatan fluksi maksimum Jadi rugi-rugi inti dapat dihitung dengan menjumlahkan rugi-rugi hysteresis
dengan rugi-rugi arus pusar sebesar : [3,4] P
i
= P
h
+ P
e
…………………………………………2.27
2.11 Efisiensi Trafo
Efisiensi menunjukkan tingkat keefisienan kerja suatu peralatan dalam hal ini transformator yang merupakan perbandingan rating output keluaran terhadap
input masukan dan dinyatakan dengan persamaan dibawah ini :
Universitas Sumatera Utara
29 � = �
� �
+ ����
� x 100 ………………………………2.28 dimana;
� = daya keluaran output
�
�
= daya masukan input ���� = �
��
+ �
�
………………………………………2.29 dimana:
�
��
= Rugi tembaga �
�
= Rugi Besi Jika dimisalkan daya keluaran adalah
�
2
�
2
cos � dan rugi-rugi adalah rugi
besi �
1
sedang rugi-rugi tembaga �
��
dinyatakan dengan �
2
�
2 ��
, maka efisiensi dapat dinyatakan :
� =
�
2
�
2
cos �
�
2
�
2
cos �+�
2 2
�
2 ��
+ �
�
………………………………2.30
Agar efisiensi maksimum :
� ��
2
��
2
�
2 ��
+
�
�
�
2
� = 0………………….………………2.31 Jadi,
�
2 ��
=
�
�
�
2 2
………………………….…………………2.32 �
�
= �
2 2
�
2 ��
= �
��
…………………….…………2.33 Artinya, untuk beban tertentu, efisiensi maksimum terjadi ketika rugi tembaga =
rugi inti.[4]
Universitas Sumatera Utara
30
2.12 Testing Trafo 2.12.1 Tes Hubungan Terbuka
Dalam tes ini, tegangan rating dipasangkan pada suatu kumparan, biasanya kumparan dengan tegangan rendah untuk alasan keselamatan, sedangkan
kumparan lain dibiarkan terbuka. Arus beban nol relatif kecil 2-6 dari arus rating, sehingga rugi tembaga bisa diabaikan selama tes. Karena itu daya input
yang diberikan kepada trafo menyatakan rugi inti semata. Diagram dari rangkaian pengukuran dilukiskan dalam Gambar 2.10. Dalam diagram ini, Wattmeter
menunjukkan rugi inti. Voltmeter akan membaca tegangan rating, yang bersama dengan pembacaan amperemeter akan memberikan data yang perlu untuk
mendapatkan informasi tentang cabang magnetisasi, bila diperlukan.
a rangkaian untuk tes brangkaian ekivalen untuk hubungan terbuka
Gambar 2.10 Diagram untuk tes hubungan terbuka
[3]
Rugi inti bisa diukur pada sisi lain dari trafo. Misalkan suatu trafo 2400240 V dilakukan pengetesan, tegangan akan dipasangkan pada sisi sekunder,
karena tegangan 240 V umumnya telah tersedia. Bila tegangan untuk tes lebih kecil dari 240V, bila dipasang autotrafo untuk maksud itu, rugi inti yang diukur
pada salah satu sisi trafo adalah sama. Karena tegangan 240V dipakai pada kumparan yang mempunyai jumlah belitan yang lebih kecil daripada kumparan
dengan tegangan tinggi. Jadi rasio voltbelitan adalah sama. Ini berarti bahwa harga maksimum dari inti adalah sama untuk tiap keadaan, dimana rugi inti
tergantung.
Universitas Sumatera Utara
31 Pembacaan ammeter menunjukkan arus nol beban nol atau arus eksitasi I
e.
Karena arus eksitasi masih kecil, maka drop tegangan pada impedansi bocor diabaikan.
Dan untuk praktis, rangkaian ekivalen trafo pada pengetesan dimodifikasi ke dalam rangkaian Gambar 2.11, maka:
P
c
= V
1
I
e
cos �
……………………………………2.34 dimana :
V
1
= tegangan rating I
e
= arus eksitasi arus hub terbuka P
e
= rugi besi Faktor kerja dari trafo adalah :
cos �
=
�
�
�
1
�
�
…………………………………………2.35 Maka, dari Gambar b dapat dituliskan persamaan berikut ini :
I
c
= I
e
cos �
……….…………………………………2.36 I
m
= I
e
sin �
……………..……………………………2.37 Arus pada tahanan R
c
adalah : �
��
=
�
2 1
�
�
=
�
�
�
�
cos �
2
=
�
1
�
�
……………………………2.38 Dan reaktansi magnetisasi X
m
adalah : �
��
=
�
1
�
�
…………………………………………………2.39
Subscript L pada R
c
dan X
m
digunakan semata-mata untuk memberikan penekanan bahwa harga tersebut untuk sisi tegangan rendah. Perlu diingat bahwa harga R
c
dan X
m
secara umum, ditinjau dari sisi dimana alat-alat ukur ditempatkan dalam hal ini disisi T.R. Voltmeter kadang-kadang digunakan pada terminal sisi
Universitas Sumatera Utara
32 sekunder yang terbuka, agar menentukan rasio transformasi. Jadi tes hubungan
terbuka memberikan informasi sebagai berikut : [3] • Rugi inti pada tegangan rating
• Parameter pada cabang magnetisasi pada tegangan dan frekuensi rating, yakni R
c
dan X
m
• Rasio transformasi dari transformator.
2.12.2 Tes Hubung Singkat
Tes kedua yang dibutuhkan untuk menentukan parameter rangkaian ekivalen adalah tes hubungan singkat, dimana diagram rangkaian pengetesan
digambarkan dalam Gambar a. Dalam gambar tersebut, terlihat bahwa kumparan dengan tegangan rendah dihubung singkat. Tegangan pada kumparan dengan
tegangan tinggi diatur sehingga arus rating mengalir dalam ammeter. Dalam kondisi ini, impedansi trafo semata-mata aadalah impedansi ekivalen, seperti
terlihat dalam Gambar 2.11. Pelaksanaan testing dengan tegangan tinggi adalah salah satu cara yang paling sesuai karena tegangan yang dipakai bisa diatur hanya
beberapa persen dari tegangan rating. Jadi dengan pengukuran trafo dari 2400240 V adalah lebih mudah dan akurat berhubungan dengan 5 dari 2400V V=120
daripada dengan tegangan 5 dari 240V=12 V.
a rangkaian untuk tes b rangkaian ekivalen untuk hubungan tertutup Gambar 2.11 Diagram untuk tes hubungan tertutup
[3]
Universitas Sumatera Utara
33 Dengan menurunkan arus primer besar sekali, maka fluksi akan turun dalam
jumlah yang sesuai. Karena rugi inti agak berbanding lurus dengan kuadrat dari fluksi, dia secara praktis mempunyai harga nol. Jadi, wattmeter yang dipakai
untuk mengukur daya input hanya akan mencatat rugi tembaga saja, daya output adalah nol. Dari data input watt, arus dan tegangan, resistansi dan reaktansi
ekivalen bisa dihitung, semua dalam sisi tegangan tinggi. Pembacaan alat ukur bisa dikoreksi bila dibutuhkan. Misal Vsc, Isc dan
Psc adalah pembacaan voltmeter, ammeter dan wattmeter, maka dari Gambar 2.12 berlaku:
Gambar 2.12 Rangkaian ekivalen untuk hubungan tertutup
[3]
�
���
=
�
��
�
��
………………………………………2.40 �
���
=
�
��
�
2 ��
………………….………………………2.41 �
���
= ��
2 ���
− �
2 ���
……………………………2.42 Disini R
ekH
, X
ekH
, Z
ekH
berturut-turut adalah tahanan ekivalen, reaktansi ekivalen, dan impedansi ekivalen ditinjau dari sisi tegangan tinggi. Parameter-
parameter ini dapat juga dinyatakan dalam sisi tegangan rendah bila dikehendaki. Dalam analisis dari rangkaian ekivalen trafo, harga dari tahanan ekivalen dan
reaktansi ekivalen ditinjau dari sisi yang lain digunakan. Namun, bila parameter
Universitas Sumatera Utara
34 impedansi bocor untuk kedua sisi primer dan sekunder dipisahkan, maka diambil:
[3] R
1
= R
2
= R
ek
2………………………………………2.43 X
1
= X
2
= X
ek
2 ………………………………………2.44
Universitas Sumatera Utara
35
BAB 3 SISTEM PENDINGIN TRANSFORMATOR
3.1 Metode Pendinginan dan Klarifikasi dari Peralatan
Sistem pendingin dari suatu trafo terdiri dari sistem pendingin internal dan eksternal. Sistem pendingin internal adalah sistem dengan menggunakan suatu
media pendingin oleh minyak untuk dapat mendinginkan kumparan dan inti besi, sedangkan sistem pendingin eksternal adalah suatu sistem tambahan dari
luarlingkungan yang digunakan untuk membantu pendingin internal untuk dapat lebih menurunkan temperatur. Media yang digunakan biasanya memakai udara
atau air. Tabel 3.1 Klasifikasi metode pendinginan transformator
[2]
No Macam
sistem pendingin
MEDIA Didalam
Transformator Diluar Transformator
Sirkulasi alami
Sirkulasi paksa
Sirkulasi alami
Sirkulasi paksa
1 AN
- -
Udara -
2 AF
- -
- Udara
3 ONAN
Minyak -
Udara -
4 ONAF
Minyak -
- Udara
5 OFAN
- Minyak
Udara -
6 OFAF
- Minyak
- Udara
7 OFWF
- Minyak
- Air
8 ONANONAF
Kombinasi 3 dan 4 9
ONANOFAN Kombinasi 3 dan 5
10 ONANOFAF
Kombinasi 3 dan 6 11
ONANOFWF Kombinasi 3 dan 7
Universitas Sumatera Utara
36 Keterangan :
• AN = Air Natural Cooling, pendinginan dengan udara biasa Pendingin Alam
• ON = Oil Immersed Natural Cooling, pendinginan dengan direndam ke dalam minyak
• ONAN = Oil Natural Air Natural, pendinginan dengan air dan minyak • OFN = Oil immersed Forced Oil Circulation, pendinginan dengan
direndam ke dalam minyak yang dialirkan
• OFB = Oil-immersed Forced-oil Circulation with Air-blast Cooling, pendinginan dengan direndam ke dalam minyak yang dialirkan dengan
hembusan udara. Pendingin Buatan udara
• OBONAF = Oil-immersed Air-blast CoolingOil Natural Air Force, pendinginan dengan direndam kedalam minyak dan dihembuskan udara
• AB = Air-blast Cooling, pendinginan dengan udara yang dihembuskan. • OW = Oil-immersed Water Cooling, pendinginan dengan direndam
minyak dan juga dibantu dengan air • OFW = Oil-immersed Forced-oil circulation with Water cooling,
pendinginan dengan direndam kedalam minyak yang dialirkan dan juga dibantu dengan pendinginan air
Universitas Sumatera Utara
37
Tabel 3.2 Rating Sistem Isolasi Transformator
[5]
Kelas Kenaikan Temperatur
maksimum transformator Temperatur
maksimum ambient
Toleransi temperatur
tertinggi A
E B
H 55
o
C 80
o
C 115
o
C 150
o
C 40
o
C 40
o
C 40
o
C 40
o
C 10
o
C 30
o
C 30
o
C 30
o
C
3.2 Sistem Pendingin pada Transformator
