TEKNIK PEMANFAATAN TENAGA LISTIK
TEKNIK PEMANFAATAN TENAGA LISTIK
JILID 3
SMK
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah Departemen Pendidikan Nasional
Hak Cipta pada Departemen Pendidikan Nasional Dilindungi Undang-undang
TEKNIK PEMANFAATAN TENAGA LISTIK
JILID 3
U nt uk SM K
Penulis Utama
: Prih Sumardjati
Sofian Yahya Ali Mashar
Editor : Miftahu Soleh Perancang Kulit
: Tim
Ukuran Buku
: 18,2 x 25,7 cm
SUM SUMARDJATI, Prih t
Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik Jilid 3 untuk SMK /oleh Prih Sumardjati, Sofian Yahya, Ali Mashar ---- Jakarta : Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan, Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah, Departemen Pendidikan Nasional, 2008.
xxiv. 155 hlm Daftar Pustaka : 509-511 ISBN
: 978-979-060-096-6
Diterbitkan oleh
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan
Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah Departemen Pendidikan Nasional Tahun 2008
KATA SAMBUTAN
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT, berkat rahmat dan karunia Nya, Pemerintah, dalam hal ini, Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah Departemen Pendidikan Nasional, pada tahun 2008, telah melaksanakan penulisan pembelian hak cipta buku teks pelajaran ini dari penulis untuk disebarluaskan kepada masyarakat melalui website bagi siswa SMK.
Buku teks pelajaran ini telah melalui proses penilaian oleh Badan Standar Nasional Pendidikan sebagai buku teks pelajaran untuk SMK yang memenuhi syarat kelayakan untuk digunakan dalam proses pembelajaran melalui Peraturan Menteri Pendidikan Nasional Nomor 12 tahun 2008.
Kami menyampaikan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada seluruh penulis yang telah berkenan mengalihkan hak cipta karyanya kepada Departemen Pendidikan Nasional untuk digunakan secara luas oleh para pendidik dan peserta didik SMK di seluruh Indonesia.
Buku teks pelajaran yang telah dialihkan hak ciptanya kepada Departemen Pendidikan Nasional tersebut, dapat diunduh (download), digandakan, dicetak, dialihmediakan, atau difotokopi oleh masyarakat. Namun untuk penggandaan yang bersifat komersial harga penjualannya harus memenuhi ketentuan yang ditetapkan oleh Pemerintah. Dengan ditayangkannya softcopy ini akan lebih memudahkan bagi masyarakat untuk mengaksesnya sehingga peserta didik dan pendidik di seluruh Indonesia maupun sekolah Indonesia yang berada di luar negeri dapat memanfaatkan sumber belajar ini.
Kami berharap, semua pihak dapat mendukung kebijakan ini. Selanjutnya, kepada para peserta didik kami ucapkan selamat belajar dan semoga dapat memanfaatkan buku ini sebaik-baiknya. Kami menyadari bahwa buku ini masih perlu ditingkatkan mutunya. Oleh karena itu, saran dan kritik sangat kami harapkan.
Jakarta,
Direktur Pembinaan SMK
PENGANTAR
Sebagai jawaban terhadap kebutuhan dunia kerja, Pemerintah telah mengembang- kan kurikulum Sekolah Menengah Kejuruan (SMK) menjadi kurikulum berbasis kom- petensi. Dengan kurikulum ini diharapkan SMK mampu menghasilkan lulusan-lulus- an yang kompeten untuk menjadi tenaga kerja profesional di dunia kerja sehingga dapat meningkatkan taraf hidup sendiri maupun keluarga serta masyarakat dan bangsa Indonesia pada umumnya.
Kelompok Teknologi Bidang Teknik Listrik, yang merupakan salah satu bagian dari Kelompok Teknologi yang dikembangkan di lingkungan SMK, telah mengklasifikasi- kan lingkup kompetensinya menjadi empat Kurikulum Tingkat Satuan Pendidikan (KTSP), yaitu: (1) KTSP Pembangkit Tenaga Listrik, (2) KTSP Transmisi Tenaga Listrik, (3) KTSP Distribusi Tenaga Listrik, dan (4) KTSP Pemanfaatan Tenaga Lis- trik.
KTSP Pembangkit Tenaga Listrik meliputi sumber energi dan proses konversinya sampai menjadi energi listrik, KTSP Transmisi Tenaga Listrik menitikberatkan pa-
da aspek pengirimanan daya listrik dari pusat pembangkit sampai ke gardu distribu- si, KTSP Distribusi Tenaga Listrik meliputi pendistribusian tenaga listrik dari gardu distribusi ke pusat-pusat beban, dan KTSP Pemanfaatan Tenaga Listrik menca- kup ranah bagaimana listrik dimanfaatkan untuk memenuhi kebutuhan para pema- kainya yang dampaknya dapat dirasakan secara langsung.
Buku Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik ini disusun berdasarkan profil kompetensi KTSP Pemanfaatan Tenaga Listrik. Oleh karena itu, buku ini akan sangat memban- tu para siswa SMK Teknik Listrik dalam mengenal dan memahami teknik pemanfa- atan tenaga listrik di industri maupun dalam kehidupan sehari-hari. Dengan pema- haman yang dimiliki, diharapkan dapat menyokong profesionalitas kerja para lulus- an yang akan memasuki dunia kerja. Bagi para guru SMK, buku ini dapat digunakan sebagai salah satu referensi sehingga dapat membantu dalam mengembangkan materi pembelajaran yang aktual dan tepat guna. Buku ini juga bisa digunakan para alumni SMK untuk memperluas pemahamannya di bidang pemanfaatan tenaga lis- trik terkait dengan bidang kerjanya masing-masing.
Buku ini dibagi menjadi enam bab, yaitu: (1) Bahaya Listrik dan Sistem Pengaman- annya, (2) Instalasi Listrik, (3) Peralatan Listrik Rumah Tangga, (4) Sistem Pengen- dalian, (5) Mesin-mesin Listrik, dan (6) PLC. Bab-bab yang termuat di dalam buku ini mempunyai keterkaitan antara satu dan lainnya yang akan membentuk lingkup pemahaman pemanfaatan tenaga listrik secara komprehensif, yang dapat dianalogi- kan sebagai sustu sistem industri, dimana tercakup aspek penyaluran tenaga listrik secara spesifik ke sistem penerangan dan beban-beban lain (Instalasi Listrik), pe- manfaatan tenaga listrik untuk keperluan rumah tangga (Peralatan Listrik Rumah Tangga), penyediaan dan pemanfaatan tenaga tenaga listrik untuk sistem perme- sinan industri (Mesin-mesin Listrik) dan saran pengendalian tenaga listrik yang dibutuhkan dalam proses produksi (Sistem Pengendalian dan PLC) serta pemaham- an terhadap cara kerja yang aman di bidang kelistrikan (Bahaya Listrik dan Sistem Pengamannya).
Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik i
Jadi dengan buku ini diharapkan terbentuk pemahaman sistem pemanfaatan tenaga listrik secara komprehensif dan bisa menjadi sumber belajar bagi siswa SMK Teknik Listrik dan referensi bagi para guru pengampu KTSP Pemanfaatan Tenaga Listrik.
Terlepas dari itu semua, penulis menyadari bahwa dengan segala keterbatasan pa-
da penulis, buku ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis harapkan kritik dan saran masukan dari para pengguna buku ini, terutama para siswa dan gu- ru SMK yang menjadi sasaran utamanya, untuk digunakan dalam perbaikannya pada waktu mendatang.
Penulis mengucapkan terima kasih dan menyampaikan rasa hormat kepada Direk- tur Pembinaan SMK, Kasubdit Pembelajaran, beserta staf atas kepercayaan dan kerjasamanya dalam penulisan buku ini serta semua pihak yang telah memberi do- rongan semangat dan bantuannya baik langsung maupun tidak langsung atas tersu- sunnya buku ini. Semoga Allah SWT membalas segala kebaikan dengan pahala yang berlipat ganda.
Semoga buku ini bermanfaat bagi banyak pihak dan menjadi bagian amal jariah ba- gi para penulis dan pihak-pihak yang terlibat dalam proses penyusunan buku ini. Amin
Bandung, Desember 2007
Penulis
Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik ii
5. MESIN LISTRIK
Prinsip dasar dari sebuah mesin listrik adalah konversi energi elektromekanik, yaitu konversi dari energi listrik ke ener- gi mekanik atau sebaliknya dari energi mekanik ke energi listrik. Alat yang da- pat mengubah (mengkonversi) energi mekanik ke energi listrik disebut gene- rator, dan apabila mesin melakukan pro- ses konversi sebaliknya yaitu dari energi listrik ke energi mekanik disebut motor.
Selain generator dan motor, transfor-
mator juga termasuk alat listrik yang Gambar 5.1 Pembangkit Tenaga menjadi bahasan pada saat mempelajari
Listrik mesin, meskipun energi yang masuk dan yang keluar dari transformator sama
yaitu energi listrik. Pada transformator energi listrik yang diberikan pada lilitan akan mengakibatkan timbulnya medan magnet pada inti besi dan selanjutnya diubah kembali menjadi energi listrik.
Mesin listrik mulai dikenal tahun 1831 dengan adanya penemuan oleh Michael Faraday mengenai induksi elektromag- netik yang menjadi prinsip kerja motor listrik. Percobaan mengenai konsep mesin listrik di laboratorium-laboratorium
Gambar 5.2 Mesin CNC terus dilakukan sampai tahun 1870 saat Thomas Alfa Edison memulai pengem- bangan generator arus searah secara komersial untuk mendukung distribusi tenaga listrik yang berguna bagi pene- rangan listrik di rumah-rumah.
Kejadian yang penting dalam sejarah mesin listrik adalah dengan dipanten- kannya motor induksi tiga fasa oleh Nikola Tesla pada tahun 1888. Konsep Tesla mengenai arus bolak-balik selan- jutnya dikembangkan oleh Charles Steinmetz pada dekade berikutnya,
sehingga pada tahun 1890 transforma- tor dapat diwujudkan, sekaligus menjadi Gambar 5.3 Mesin Cuci
pembuka jalan untuk melakukan trans-
misi daya listrik jarak jauh.
Mesin Listrik 353
Meskipun konsep mesin listrik yang di- gunakan saat ini tidak berbeda dari se- belumnya, tetapi perbaikan dan proses pengembangan tidak berhenti. Pe- ngembangan bahan ferromagnetic dan isolasi terus dilakukan untuk meningkat- kan kemampuan daya yang lebih besar dibandingkan dengan mesin listrik yang digunakan sekarang ini.
Mesin listrik memegang peranan yang sangat penting dalam industri maupun dalam kehidupan sehari-hari. Pada power plant digunakan untuk membang- kitkan tenaga listrik, di industri diguna- kan sebagai penggerak peralatan meka-
nik, seperti mesin pembuat tekstil, pem- Gambar 5.4 Alternator Mobil buat baja, dan mesin pembuat kertas.
Dalam kehidupan sehari-hari mesin listrik banyak dimanfaatkan pada pera- latan rumah tangga listrik, kendaraan bermotor, peralatan kantor, peralatan kesehatan, dan sebagainya.
Ada tiga katagori utama untuk mesin putar (rotating machines) atau mesin dinamis yaitu mesin arus searah, me- sin induksi, dan mesin sinkron. Dari katagori utama ini dikelompokkan lagi
atas generator dan motor. Transforma- tor termasuk katagori mesin statis, dan
Gambar 5.5 Mesin Printer berdasarkan fasanya dibagi atas trans-
formator satu fasa dan tiga fasa.
¾ Penggunaan Transformator
Transformator merupakan salah satu alat listrik yang banyak digunakan pada bidang tenaga listrik dan bidang elektro- nika. Pada bidang tenaga listrik, trans- formator digunakan mulai dari pusat pembangkit tenaga listrik sampai ke rumah-rumah (Gambar 5.7).
Sebelum di transmisikan tegangan yang Gambar 5.6 Mesin ATM dihasilkan oleh pembangkit dinaikkan
354 Mesin Listrik
Gambar 5.7 Penggunaan Transformator pada Bidang Tenaga Listrik
terlebih dahulu dengan menggunakan seperti kawasan industri, komersial, sebuah transformator daya (Gambar atau perumahan.
5.8) dengan tujuan untuk mengurangi kerugian energi yang terjadi saat listrik di transmisikan.
Gambar 5.8 Transformator Daya Gambar 5.9 Transformator Distribusi Tipe Tiang
Kemudian sebelum digunakan oleh kon-
sumen tegangan akan diturunkan lagi Transformator yang dimanfaatkan di secara bertahap dengan menggunakan rumah tangga pada umumnya mempu- transformator distribusi (Gambar
nyai ukuran yang lebih kecil, seperti 5.9), sesuai dengan peruntukkannya
yang digunakan untuk menyesuaikan
Mesin Listrik 355 Mesin Listrik 355
listrik dengan suplai daya yang tersedia.
adalah apa yang disebut arus imbas yang dihasilkan oleh tegangan gerak
Transformator dengan ukuran yang le- listrik imbas .
bih kecil lagi biasanya digunakan pada perangkat elektronik seperti radio, te- levisi, dan sebagainya (Gambar 5.10).
Gambar 5.10 Transformator pada
Peralatan Elektronik
5.1 Transformator Satu
Gambar 5.11 Percobaan Arus Induksi .
5.1.1 Konstruksi dan
Dalam percobaan lainnya Michael
Prinsip Kerja
Faraday mencobakan sebuah cincin yang terbuat dari besi lunak, kemudian
Dalam suatu eksperimennya Michael cincin besi lunak tersebut dililit dengan Faraday dengan menggunakan bahan- kawat tembaga berisolasi (Gambar
bahan berupa sebuah coil, magnet ba- 5.12). tang dan galvanometer (Gambar 5.11)
Bila saklar (S) ditutup, maka akan terjadi dapat membuktikan bahwa bila kita rangkaian tertutup pada sisi primer,
mendorong medan magnet batang ke demikian arus I 1 akan mengalir dalam coil tersebut, dengan kutub utaranya menghadap coil tersebut, ketika batang magnet sedang begerak, jarum galvanometer memperlihatkan pe- nyimpangan yang menunjukkan bahwa sebuah arus telah dihasilkan di dalam coil tersebut.
Bila batang magnet tersebut digerakkan dengan arah sebaliknya maka arah pe-
Gambar 5.12 Percobaan Induksi nunjukkan pada galvanometer arahnya- pun berlawanan yang menunjukkan pada rangkaian sisi primer tersebut, bahwa arah arus yang terjadi berla- sedangkan pada lilitan sekunder tidak wanan juga.
ada arus yang mengalir. Tetapi bila saklar (S) ditutup dan dibuka secara
356 Mesin Listrik 356 Mesin Listrik
pada lilitan sekunder, sehingga I 2 me- mudian fluks tersebut akan mengalir ngalir melalui galvanometer.
pada inti transformator, dan selanjutnya fluks ini akan mengimbas pada kum-
Dari percobaan seperti telah dijelaskan paran yang ada pada sisi sekunder yang diatas Michael Faraday dapat menyim- mengakibatkan timbulnya fluks magnet pulkan bahwa tegangan gerak listrik di sisi sekunder, sehingga pada sisi se- imbas e didalam sebuah rangkaian kunder akan timbul tegangan (Gambar listrik adalah sama dengan peru- 5.13).
bahan fluks yang melalui rangkaian-
rangkaian tersebut . Jika kecepatan perubahan fluks dinya- takan didalam weber/detik, maka tega- ngan gerak listrik e dinyatakan dalam Volt, yang dalam bentuk persamaannya adalah :
e ………………..(5.1-1)
dt
pers (5.1 - 1) ini dikenal dengan hukum
Induksi Faraday , tanda negatif me-
nunjukkan bahwa arus induksi akan
Gambar 5.13 Fluks Magnet Trans-
selalu mengadakan perlawanan ter-
formator
hadap yang menghasilkan arus in-
duksi tersebut . Bila coil terdiri dari N Berdasarkan cara melilitkan kumparan Lilitan , maka tegangan gerak listrik pada inti, dikenal dua jenis transfor- imbas yang dihasilkan merupakan mator, yaitu tipe inti (core type) dan jumlah dari tiap lilitan, dalam bentuk tipe cangkang (shell type). persamaan :
d I Pada transformator tipe inti (Gambar
………………..( 5.1– 2) 5.14), kumparan mengelilingi inti, dan
pada umumnya inti transformator L dan Nd dinamakan tautan fluksi I atau U. Peletakkan kumparan pada inti (Flux Linkages) didalam alat tersebut.
dt
diatur secara berhimpitan antara kum- paran primer dengan sekunder. Dengan
Definisi Transformator
pertimbangan kompleksitas cara isolasi tegangan pada kumparan, biasanya sisi
Transformator adalah suatu alat listrik kumparan tinggi diletakkan di sebelah yang dapat memindahkan dan luar. mengubah energi Listrik dari satu atau
lebih rangkaian listrik ke rangkaian
Sedangkan pada transformator tipe
listrik yang lain dengan frekuensi yang cangkang (Gambar 5.15) kumparan sama, melalui suatu gandengan magnet dikelilingi oleh inti, dan pada umumnya dan berdasarkan prinsip induksi elektro- intinya berbentuk huruf E dan huruf I, magnet.
atau huruf F.
Mesin Listrik 357
Untuk membentuk sebuah transformator tipe Inti maupun Cangkang, inti dari transformator yang berbentuk huruf ter- sebut disusun secara berlapis-lapis (la- minasi), jadi bukan berupa besi pejal..
Tujuan utama penyusunan inti secara berlapis (Gambar 5.16) ini adalah un- uk mengurangi kerugian energi akibat ”Eddy Current” (arus pusar), dengan cara laminasi seperti ini maka ukuran jerat induksi yang berakibat terjadinya rugi energi di dalam inti bisa dikurangi. Proses penyusunan inti Transformator
Gambar 5.14 Transformator Tipe Inti biasanya dilakukan setelah proses pem-
buatan lilitan kumparan transformator pada rangka (koker) selesai dilakukan.
5.1.2 Transformator Ideal
Sebuah transformator dikatakan ideal, apabila dalam perhitungan dianggap tidak ada kerugian-kerugian yang terjadi pada transformator tersebut, seperti rugi akibat resistansi, induktansi, arus magnetisasi, maupun akibat fluks bocor.
Jika sebuah transformator tanpa beban
(Gambar 5.17), kumparan primernya
dihubungkan dengan dengan sumber Gambar 5.15 Tranformator Tipe tegangan arus bolak-balik (abb) sinusoid
Cangkang
V 1 , maka akan mengalir arus primer I 0
yang juga mempunyai bentuk gelom- bang sinusoidal, bila diasumsikan kum-
paran N 1 merupakan reaktif murni, maka
0 I akan tertinggal 90 dari V 1 .
Arus primer ini akan menimbulkan fluks sinusoidal yang sefasa,
I I maks sin Z t …………( 5.1– 3)
Gambar 5.16 Laminasi Inti Transfor- mator
358 Mesin Listrik 358 Mesin Listrik
menghasilkan fluks ( ĭ).
Gambar 5.17 Transformator Tanpa Beban
Fluks yang sinusoidal akan mengkibat- Gambar 5.18 Arus Tanpa Beban
kan terbangkitnya tegangan induksi E 1
d I Bentuk gelombang arus magnetisasi
e 1 N 1 Volt (Gambar 5.18) yang berbentuk sinusoi-
dt
dal akan berubah bentuk akibat penga-
d ( I maks sin Z t )
e 1 N 1 N 1 ZI maks cos Z t ruh sifat besi (inti) yang tidak linear,
dt
sehingga bentuk gelombang berubah
S I seperti yang diperlihatkan pada Gambar
E maks 4 , 44 N 1 f I maks ( 5.1-4)
maka pada sisi sekunder, fluks tersebut
Sebuah Transformator Ideal dalam akan mengakibatkan timbulnya tega- keadaan berbeban, seperti dieperlihat-
ngan E 2 .
kan pada gambar 5.20.
e 2 N 2 Volt Bila Q 2 2 . V 2 . sin Z t , dimana 2 V nilai
dt
e 2 N 2 ZI maks cos Z t Volt
tegangan efektif dari terminal sekunder
E 2 4 , 44 N 2 f I maks Volt............. (
kemudian i 2 2 . (
) sin( t M ) , M
adalah sudut impedansi dari beban. Arus primer yang mengalir pada trans- Dalam bentuk phasor : formator saat sekunder tanpa beban, bukan merupakan arus induktif murni,
tetapi terdiri dari dua komponen arus
yaitu arus magnetisasi ( I m ) dan arus
Mesin Listrik 359 Mesin Listrik 359
1 2 . 2 sin Z t , efektifnya
sedangkan untuk arus :
i 1 2 . I 2 . K sin( t M ) = 2 I 1 . sin( t M ) dalam bentuk phasor :
Impedansi dilihat dari sisi sekunder :
V 1 2 Z in 2 Gambar 5.19 Kurva B – H
Z in 2 ...............................(5.1 – 6)
5.1.3 Transformator Ber- beban
Pada sub bab terdahulu telah dijelas- kan bagaimana keadaan transformator secara ideal baik saat tanpa beban maupun berbeban.
Dalam prakteknya apabila sisi kumparan sekunder transformator diberi beban (Gambar 5.21) maka besar tegangan yang di induksikan (E2) tidak akan sama
dengan tegangan pada terminal (V2), Gambar 5.20 Transformator Ideal
hal ini terjadi karena adanya kerugian pada kumparan transformator.
Apabila transformator diberi beban Z maka arus L I 2 akan mengalir pada beban tersebut, arus yang mengalir ini akan mengakibatkan timbulnya gaya
gerak magnet (ggm) N 2 I 2 yang mana
arahnya cenderung melawan arah fluks bersama yang telah ada disebabkan
arus magnetisasi I m .
Gambar 5.21 Transformator Berbeban
360 Mesin Listrik
Untuk menjaga agar fluks bersama yang telah ada bisa dijaga dipertahankan ni- lainya, maka pada sisi kumparan primer arus mengalir arus ' I 2 yang menentang
fluks yang dibangkitkan oleh arus beban ' I 2 , sehingga arus yang mengalir pada sisi kumparan primer menjadi :
I 1 I 0 I 2 dimana I 0 I C I m , apabila I C (rugi besi) diabaikan, maka nilai 0 I =
I m , sehingga I 1 I m I 2 c . Untuk menjaga agar fluks bersama yang ada pada inti transformator tetap nilainya, maka :
N 1 I m N 1 I 1 N 2 I 2 N 1 I m N 1 ( I m I c 2 ) N 2 I 2 N 1 I m N 1 I m N 1 I c 2 N 2 I 2 , maka
N 1 I 2 N 2 I 2 , nilai I 2 = I 1 bila I m dianggap kecil, sehingga
5.1.3.1 Rangkaian Ekuivalen
Untuk memudahkan menganalisis kerja transformator tersebut dapat dibuat rang- kaian ekuivalen dan vektor diagramnya, rangkaian ekuivalen ini dapat dibuat dengan acuan sisi primer atau acuan sisi sekunder (Gambar 5.22).
Gambar 5.22 Rangkaian Ekuivalen Transformator
Gambar 5.23 Rangkaian Ekuivalen dengan Acuan Sisi Primer
Mesin Listrik 361
Gambar 5.24 Rangkaian Ekuivalen dengan Acuan Sisi Primer disederhanakan
Yang dimaksud dengan acuan sisi pri-
X mer adalah apabila parameter rangkaian 2 eq 1 X 1 …………..….(5.1 -10)
sekunder dinyatakan dalam harga rang- kaian primer dan harganya perlu dikali-
V 1 E 1 I 1 . R 1 I 1 . X 1 ……...(5.1 -11)
kan dengan faktor
(Gambar 5.23)
2 V 2 E 2 I 2 . R 2 I 2 . X 2 …….(5.1 –12)
Untuk memudahkan dalam mengana-
lisis, rangkaian ekuivalen pada gambar
E 2 N 2 E K atau E 1 2 ..(5.1 – 13)
5.23 dapat disederhanakan lagi, seperti
diperlihatkan pada gambar 5.24. Berdasarkan rangkaian diatas kita dapat maka : menentukan nilai parameter yang ada
pada transformator tersebut berdasar-
kan persamaan-persamaan berikut ini.
2 2 Impedansi ekuivalen transformator ada-
sedangkan I 2 N 2 I K atau I
lah :
sehingga
Z eq 1 ( R 1 2 ) j ( X 1 ) 1 I I 2 I E
R 2 X 2 ) ( 5.1-14 )
KK
R eq 1 jX eq 1 ………..….(5.1 – 8)
dan V 1 2 I ( R
1 eq 1 jX eq 1 ) (5.1 -15)
dimana
R 2 eq 1 R 1 …….……......(5.1 – 9)
Gambar 5.25 Rangkaian Ekuivalen dengan Acuan Sisi Sekunder
362 Mesin Listrik
Rangkaian ekuivalen transformator bisa dibuat dengan acuan sisi sekunder (Gambar 5.25), untuk itu parameter rangkaian primer harus dinyatakan dalam harga rangkaian sekunder dan
harganya perlu dikalikan dengan K 2 .
Gambar 5.26 Transformator Faktor Z eq (
2 R 1 K R 2 ) j ( X K 1 2 X 2 ) Daya ”Lagging”
R eq 2 jX eq 2 ) ……………(5.1–16) x Faktor Daya “ Leading “
R K eq 2 2 1 R 2 ) ………….....(5.1– 17) Perkiraan tegangan jatuh untuk faktor
X 2 eq daya Leading 2 X 1 K X 2 ………………..(5.1–18)
I 2 . R eq 2 Cos M I 2 . X eq 2 . Sin M ..(5.1-21)
E 2 K ^ V 1 ( I 2 . K . R 1 I 2 . K . X 1 ) ` (5.1-19)
V 2 K . V 1 I 2 ( R eq 2 jX eq 2 ) ….(5.1-20)
5.1.3.2 Perkiraan Tegangan Jatuh pada Transformator
Saat sebuah transformator dalam
keadaan tanpa beban V 1 kira-kira sama
nilainya dengan E 1 , sehingga
Gambar 2.27 Transformator Faktor
Daya ”Leading ” oV adalah terminal tegangan sekunder 2
E 2 E 1 K . Juga E 2 oV 2 , dimana
x Faktor Daya “ Unity “ pada keadaan tanpa beban atau
oV 2 K .V 1 . Perbedaan keduanya Secara umum, perkiraan tegangan ja- adalah sebesar I 2 . Z eq 2 , sedangkan tuh pada transformator adalah :
I 2 . R eq 2 . Cos M r I 2 . X eq 2 Sin M ...(5.1 -22) perkiraan tegangan jatuh pada sebuah transformator dengan acuan tegangan Perkiraan tegangan jatuh dilihat dari sisi
sekunder.
primer adalah :
I 1 . R eq 1 . Cos M r I 1 . X eq 1 . Sin M …..(5.1 -23) mator dipengaruhi oleh nilai beban dan
Tegangan jatuh pada sebuah transfor-
faktor daya yang terhubung pada trans- formator tersebut.
x Faktor Daya “ Lagging “
Tegangan jatuh total I 2 . Z eq 2 AC AF
dan diasumsikan sama dengan AG. Perkiraan tegangan jatuh :
AG = AD + DG Gambar 2.28 Transformator Faktor
I 2 . R eq 2 . Cos M I 2 . X eq 2 . Sin M Daya ”Unity”
dengan asumsi
Mesin Listrik 363
Prosentase tegangan jatuh dilihat dari
5.1.3.5 Pengaturan Tegangan
sisi sekunder :
I 2 . R eq 2 . Cos M r I 2 . X eq 2 . Sin M
Pengaturan Tegangan (Regulation
x 100 %
Voltage) suatu transformator adalah
oV
2 perubahan tegangan sekunder antara beban nol dan beban penuh pada suatu
faktor daya tertentu, dengan tegangan
oV
oV
2 2 primer konstan.
V r Cos M r V x Sin M …………(5.1 – 24) Ada dua macam pengaturan tegangan yaitu, Regulation Down (Reg Down)
dan Regulation Up (Reg Up) : oV 2 % Reg Down V 2
5.1.3.3 Efisisensi Transformator
x 100 % .(5.1-27)
oV 2
oV
x 100 % .(5.1-28) Efisiensi = K=
Daya Keluar
% Reg Up
Tegangan sisi sekunder tanpa beban Daya _ Keluar
Daya Masuk
sebagai
referensi
(acuan) adalah
Daya 2 _ Keluar 6 Rugi
dimana 6 Rugi = P cu P i dan jika tegangan terminal sekunder
6 beban penuh sebagai referensi primer K Rugi
1 (5.1 -25) ' V
Daya _
V Masuk 2 2
% Pengaturan (Regulation)
V 1 V 5.1.3.4 Perubahan Efisiensi 2 x 100 %
Terhadap Beban
Rugi Cu (Pcu) = 2 I 1 . R eq 1 atau I 1 . R eq 1 . Cos I 1 . X eq 1 . Sin M x 100 %
2 R eq 2 Wc V 1
Rugi Inti (Pi) = Rugi Histeris + Rugi
V r Cos M V x . Sin M ………...(5.1 – 29)
Arus Pusar
= Ph + Pe
R eq 1 P
5.1.4 Pengujian Transfor-
atau
V 1 . Cos M 1 V 2 . I . Cos M
mator
i 1 . R eq 1 (5.1 – 26)
Untuk menganalisis transformator ber- dari persamaan diatas dapat ditarik dasarkan rangkaian ekuivalen, maka kesimpulan, untuk beban tertentu, efi- perlu diketahui parameter-parameter
siensi maksimum terjadi ketika rugi yang ada pada transformator tersebut.
tembaga = rugi inti.
Parameter transformator bisa diketahui dari datasheet yang diberikan oleh
364 Mesin Listrik 364 Mesin Listrik
diketahui berdasarkan hasil percobaan. R c 0 0 …………….(5.1 – 34)
Dua macam percobaan yang terpenting
X adalah percobaan beban nol (tanpa 0 m …………………..…(
beban) dan percobaan hubung singkat.
Percobaan beban dilakukan untuk mengetahui rugi inti dari transformator, sedangkan percobaan hubung singkat dilakukan untuk mengetahui rugi tembaganya.
5.1.4.1 Percobaan Beban Nol
Pada saat sisi sekuder dari trans- formator tidak diberi beban (Gambar
Gambar 5.29 Rangkaian Percobaan 5.29), tegangan sisi primer hanya akan Beban Nol
mengalirkan arus pada rangkaian primer yang terdiri dari impedansi bocor primer
Z 1 R 1 jX 1 dan impedansi penguat- an : Z m R c jX m .
Karena umumnya Z 1 jauh lebih kecil dari Z m , maka Z 1 biasa diabaikan
tanpa menimbulkan suatu kesalahan
yang berarti, rangkaian ekuivalennya
(Gambar 5.30). Gambar 5.30 Rangkaian Ekuivalen Hasil Percobaan Beban Nol Pada umumnya percobaan beban nol
dilakukan dengan alat ukur diletakkan di
5.1.4.2 Percobaan Hubung
sisi tegangan rendah dengan besarnya
Singkat
tegangan yang diberikan sama dengan tegangan nominalnya.
Pada saat melakukan percobaan hu- Hal ini dilakukan dengan pertimbangan bung singkat, sisi tegangan rendah sebagai berikut :
transformator
hubung singkat (Gambar 5.31), alat ukur diletakkan di
di
a) Bekerja pada sisi tegangan tinggi sisi tegangan tinggi dengan nilai arus
lebih berbahaya ; dan tegangan yang telah direduksi
b) Alat-lat ukur tegangan rendah lebih (dikurangi), tegangan yang diberikan r mudah didapat.
5%- 10% dari harga nominalnya. Dari hasil penunjukkan alat –alat ukur didapat nilai sebagai berikut :
Nilai arus yang melalui kumparan yang
2 2 I dihubung singkat sama dengan arus 0 I c I m …………….(5.1 – 31) nominalnya, oleh karena besarnya V 2
P 0 V 1 . I 0 . Cos M 0 ……………(5.1 – 32) sama dengan nol, maka besarnya E 2
I c I 0 . Cos M 0 dan Im I 0 . Sin M 0 adalah sama dengan rugi tegangan pa-
da belitan sekundernya. Mesin Listrik
E 2 HS I 2 .Z 2 sedangkan dalam keadaan normal
E 2 V 2 I 2 .Z 2 , karena itu didalam
per-cobaan hubung singkat ini E 2 HS hanya 5 % - 10% dari E 2 .
Daya yang diserap pada saat percobaan hubung singkat ini dapat dianggap sama
dengan besarnya kerugian tembaga Gambar 5.32 Rangkaian Ekuivalen Hasil pada kedua sisi kumparan tersebut.
Percobaan Hubung Singkat 2
HS P 2 I 1 . R 1 I 2 . R 2
1 .( R 1 R 2 ) I 1 . R eq 1 5.1.4.3 Penentuan Polaritas Transformator Satu Fasa
R eq 1 HS ……(
I 1 Cara melilit kumparan transformator jika resistansi ekuivalen diperoleh dari sangat menentukan tegangan induksi
percobaan hubung singkat tersebut yang dibangkitkan dan polaritas dari akan digunakan untuk memperhitung- transformator tersebut (Gambar 5.32). kan efisiensi, maka resistansi ini harus Bila sisi primer diberi tegangan, akan dikoreksi pada temperatur kerja yaitu menghasilkan arah tegangan induksi
75 qC, sehingga : seperti ditunjukkan arah panah. Termi- nal H1 mempunyai polaritas yang sama
234 , 5 75 R 75 R . dengan L1 yaitu positif (+), sedang-kan
234 , 5 t
H2 polaritasnya sama dengan L2 (-).
V HS
Z eq 1 …………………..(5.1 – 37)
eq 1 ( Z eq 1 )
( R eq 1 ) …..(5.1 - 38)
HS Cos HS M ………..….(5.1 – 39)
V HS .I 1
Gambar 5.32 Penentuan Polaritas Transformator
Posisi polaritas seperti tersebut diatas disebut dengan polaritas pengurangan , sebaliknya jika polaritas H1 (+) = L2 (+)
Gambar 5.31 Rangkaian Percobaan dan H2 (-) = L1 (-), akibat cara melilit
Hubung Singkat
kumparan sekunder sebaliknya dari kondisi pertama, maka disebut polaritas
penjumlahan .
366 Mesin Listrik
Penentuan polaritas seperti tersebut dijelaskan diatas bisa diketahui dengan cara melakukan pengukuran tegangan sebagai berikut, bila :
¾ Va<VH disebut polaritas pengura-
ngan.
¾ Va >VH disebut polaritas penjumla-
han.
5.1.5 Paralel Transformator
Gambar 5.33 Rangkaian Paralel Transformator Satu Fasa
Penambahan beban pada suatu saat menghendaki adanya kerja paralel dian- tara transformator. Tujuan utama kerja paralel ialah supaya beban yang dipikul sebanding dengan kemampuan KVA masing-masing transformator, sehingga tidak terjadi pembebanan yang berle- bihan.
Untuk kerja paralel transformator ini Gambar 5.34 Rangkaian Ekuivalen Paralel diperlukan beberapa syarat : Transformator Satu Fasa
1. Kumparan primer dari transformator
harus sesuai dengan tegangan dan frekuensi sitem suplai (jala – jala) ;
2. Polaritas transformator harus sama ;
3. Perbandingan tegangan harus sa- ma ;
4. Tegangan impedansi pada keadaan beban penuh harus sama ;
5. Perbandingan reaktansi terhadap
resistansi sebaiknya sama. Gambar 5.35 Diagram Vektor Paralel
Transformator Satu Fasa
5 .1.5.1 Paralel Dua Transformator
dalam Keadaan Ideal
Keadaan ideal dari dua transformator mempunyai perbandingan tegangan sa- ma dan mempunyai segitiga tegangan impedansi yang sama dalam ukuran dan bentuk.
Segitiga ABC menunjukkan segitiga Gambar 5.36 Rangkaian Paralel Transfor- tegangan impedansi yang sama dari mator Satu Fasa Teg Sama
kedua transformator. Arus I A dan I B
dari masing-masing transformator sefa- terbalik terhadap masing-masing impe- sa dengan arus beban I dan berbanding
dansinya,
Mesin Listrik 367
V 2 E I A . Z A E I B . Z B E I . Z AB
I A . Z A I B . Z B atau
I A B . ..............(5.1 – 40) ( Z A Z B )
I . dan Z
I B A ………..…(5.1 – 41) ( Z A Z B )
Gambar 5.37 Rangkaian Ekuivalen Paralel Z, A Z B = Impedansi dari masing-
Transformator Tegangan Sama
masing transformator
I, A I B = Arus masing-masing transformator
5.1.5.2 Paralel Transformator Per- Bandingan Tegangan Sama
Diasumsikan tegangan tanpa beban dari kedua transformator dari kedua
sekunder sama E A E B E , tidak ada
Gambar 5.38 Diagram Vektor Paralel Transformator Tegangan Sama
perbedaan fasa antara E A dan E B , hal
ini dapat dilakukan jika arus mag-
I A . Z A I B . Z B I . Z AB netisasi dari kedua transformator tidak
terlampau jauh berbeda antara yang V 2 . I A V 2 . I B dan
satu dengan yang lainnya. Dibawah Z A Z B
kondisi ini, kedua sisi primer dan sekun-
V . I V . I 2 A B 2 der dari kedua transformator dapat dihu-
bungkan secara paralel dan tidak ada arus sirkulasi antara keduanya saat sedangkan V 2 . I . x 10 S kombinasi tanpa beban.
daya beban dalam KVA dan daya dalam Bila admitansi magnetisasi diabaikan, KVA untuk masing-masing transformator kedua transformator dapat dihubungkan adalah : dengan rangkaian ekuivalen seperti
B ............(5.1 – 42) diperlihatkan pada Gambar 5.37, dan
vektor diagramnya seperti diperlihatkan
pada Gambar 5.38
A .............(5.1 – 43) Z, A Z B = Impedansi dari masing-ma-
dan S B S
sing transformator.
I, A I B = Arus masing-masing transfor-
mator
2 V = Tegangan terminal
I = Arus total
368 Mesin Listrik
5.2 Transformator Tiga
Sebuah transformator tiga fasa secara prinsip sama dengan sebuah transfor- mator satu fasa, perbedaan yang paling mendasar adalah pada sistem kelistri- kannya yaitu sistem satu fasa dan tiga fasa. Sehingga sebuah transformator tiga fasa bisa dihubung bintang, segi- tiga, atau zig-zag.
Transformator tiga fasa banyak diguna- kan pada sistem transmisi dan distribusi tenaga listrik karena pertimbangan eko- nomis. Transformator tiga fasa banyak
sekali mengurangi berat dan lebar ke- a. Bagian dalam Transformator rangka, sehingga harganya dapat diku-
rangi bila dibandingkan dengan peng- gabungan tiga buah transformator satu fasa dengan “rating” daya yang sama.
Tetapi transformator tiga fasa juga mempunyai kekurangan, diantaranya bila salah satu fasa mengalami kerusa- kan, maka seluruh transformator harus dipindahkan (diganti), tetapi bila trans- formator terdiri dari tiga buah transfor- mator satu fasa, bila salah satu fasa
transformator mengalami kerusakan.
Sistem masih bisa dioperasikan dengan b. Bagian luar Transformator sistem “ open delta “.
Gambar 5.39 Konstruksi Tranformator Tiga Fasa
5.2.1 Konstruksi Transfor- mator
Secara umum sebuah transformator tiga fasa mempunyai konstruksi hampir sa- ma, yang membedakannya adalah alat bantu dan sistem pengamannya, ter- gantung pada letak pemasangan, sistem pendinginan, pengoperasian, fungsi dan pemakaiannya. Bagian utama, alat bantu, dan sistem pengaman yang ada pada sebuah trans-
formator daya (Gambar 5.39), adalah : Gambar 5.40 Transformator Tipe Inti
Mesin Listrik 369 Mesin Listrik 369
Seperti telah dijelaskan pada pemba- berikut : hasan transformator satu fasa inti besi ¾ Mempunyai kekuatan isolasi (Die- berfungsi sebagai tempat mengalirnya
lectric Strength);
fluks dari kumparan primer ke kumparan ¾ Penyalur panas yang baik dengan sekunder. Sama seperti transformator
berat jenis yang kecil, sehingga par- satu fasa, berdasarkan cara melilit
tikel-partikel kecil dapat mengendap kumparanya ada dua jenis, yaitu tipe inti
dengan cepat; (Gambar 5.40) dan tipe cangkang ¾ Viskositas yang rendah agar lebih (Gambar 5.41).
mudah bersikulasi dan kemampuan pendinginan menjadi lebih baik;
¾ Tidak nyala yang tinggi, tidak mudah
menguap; ¾ Sifat kimia yang stabil.
i Tangki Transformator
Tangki transformator berfungsi untuk menyimpan minyak transformator dan sebagai pelindung bagian-bagian trans- formator yang direndam dalam minyak. Ukuran tangki disesuaikan dengan uku- ran inti dan kumparan.
Gambar 5.41 Transformator Tipe
Cangkang
i Konservator Transformator
i Kumparan Transformator Konservator merupakan tabung berisi
minyak transformator yang diletakan Kumparan transformator terdiri dari lilit- pada bagian atas tangki. Fungsinya
an kawat berisolasi dan membentuk adalah : kumparan. Kawat yang dipakai adalah ¾ Untuk menjaga ekspansi atau me- kawat tembaga berisolasi yang berben-
luapnya minyak akibat pemanasan; tuk bulat atau plat. ¾ Sebagai saluran pengisian minyak. Kumparan-kumparan transformator di-
beri isolasi baik terhadap kumparan lain
i Sistem Pendinginan Transfor- maupun inti besinya. Bahan isolasi
mator
berbentuk padat seperti kertas prespan,
pertinak, dan lain-nya. Sistem pendinginan pada transformator dibutuhkan supaya panas yang timbul
i MinyakTransformator pada inti besi dan kumparan dapat
disalurkan keluar sehingga tidak Untuk mendinginkan transformator saat merusak isolasi didalam transformator. beroperasi maka kumparan dan inti Media yang digunakan pada sistem transformator direndam di dalam minyak pendinginan dapat berupa : udara / gas, transformator,minyak juga berfungsi minyak dan air. Sirkulasinya dilakukan sebagai isolasi.
secara : alamiah (natural) dan atau paksaan (forced).
370 Mesin Listrik 370 Mesin Listrik
Bushing transformator adalah sebuah konduktor yang berfungsi untuk meng- hubungkan kumparan transformator dengan rangkaian luar yang diberi selubung isolator. Isolator juga berfungsi sebagai penyekat antara konduktor dengan tangki transformator. Bahan bushing adalah terbuat dari porselin yang tengahnya berlubang (Gambar 5.42).
i Alat Pernapasan
Naik turunnya beban transformator dan suhu udara sekeliling transformator, mengakibatkan suhu minyak berubah-
Gambar 5.42 Bushing Transformator ubah mengikuti perubahan tersebut. Bila
suhu minyak naik, minyak memuai dan mendesak udara diatas permukaan minyak keluar dari tangki dan bila suhu turun sebaliknya udara akan masuk. Keadaan ini merupakan proses per- napasan transformator. Tetapi udara luar yang lembab akan menurunkan nilai tegangan tembus minyak. Untuk men- cegah hal itu transformator dilengkapi dengan alat pernafasan (Gambar 5.43) yang berupa tabung berisi zat hygros- kopis,seperti kristal silikagel.
i Tap Changer Tap changer (Gambar 5.44) adalah alat
yang berfungsi untuk mengubah perbandingan lilitan transformator untuk Gambar 5.43 Alat Pernafasan
mendapatkan tegangan operasi pada sisi sekunder sesuai yang dibutuhkan oleh tegangan jaringan (beban) atau karena tegangan sisi primer yang berubah-ubah. Tap changer (peruba- han tap) dapat dilakukan dalam keada- an berbeban (on load) atau keadaan tidak ber-beban(off load). Untuk
tranformator distribusi perubahan tap changer dilakukan dalam keadaan tanpa
Gambar 5.44 Tap Changer beban.
Mesin Listrik 371 Mesin Listrik 371
tor
minyak, dan lain-lain.
Berfungsi untuk memperluas daerah pendinginan, yaitu daerah yang berhu- bungan langsung dengan udara luar dan sebagai tempat terjadinya sirkulasi panas.
i Alat Indikator
Alat Indikator digunakan untuk memoni- tor kondisi komponen utama atau media bantu yang ada didalam transformator saat transformator beroperasi, seperti :
¾ suhu minyak ; ¾ permukaan minyak ; Gambar 5.45 Indikator Level Minyak
¾ sistem pendinginan ; ¾ posisi tap.
i Rele Buchholz (Buchholz Relay)
Rele Buchholz biasa disebut juga rele gas, karena bekerjanya digerakan oleh pengembangan gas. Tekanan gas akan timbul bila minyak mengalami kenaikan temperatur yang diakibatkan oleh : ¾ Hubung singkat antar lilitan pada
atau dalam fasa; Gambar 5.46 Indikator Temperatur ¾ Hubung singkat antar fasa;
¾ Hubung singkat antar fasa ke tanah; ¾ Busur api listrik antar laminasi; ¾ Busur api listrik karena kontak yang
kurang baik. Gas yang mengembang akan mengge- rakan kontak-kontak rangkaian alarm atau rangkaian pemutus.
i Plat Nama Plat nama yang terdapat pada bagian
luar transformator sebagai pedoman saat pemasangan maupun perbaikan.
Data-data yang dicantumkan seperti : Phasa dan frekuensi, daya nominal,
Gambar 5.47 Rele Buchholz tegangan primer/ sekunder,kelompok
hubungan, arus nominal, % arus hubung
372 Mesin Listrik
5.2.2 Hubungan Transfor-
mator Tiga Fasa
Secara umum dikenal tiga cara untuk menyambung rangkaian listrik sebuah transformator tiga fasa, yaitu hubungan
bintang, hubungan segitiga, dan hubu-
ngan Zig-zag.
i Hubungan Bintang - bintang Hubungan dari tipe ini lebih ekonomis untuk arus nominal yang kecil, transfor- mator tegangan tinggi (Gambar 5.48). Jumlah dari lilitan perfasa dan jumlah isolasi minimum karena tegangan fasa
1 tegangan jala-jala (Line), juga tidak
3 ada perubahan fasa antara tega-ngan
primer dengan sekunder. Bila beban
pada sisi sekunder dari transfor-mator Gambar 5.48 Hubungan Bintang- tidak seimbang, maka tegangan fasa bintang
dari sisi beban akan berubah kecuali titik bintang dibumikan.
Primer:
V L ph 1 1 Volt dan I L 1 I ph 1
Sekunder: V
V 2 L ph 2 Volt dan 3
i Hubungan Segitiga-Segitiga
Hubungan ini umumnya digunakan da- lam sistem yang menyalurkan arus be- sar pada tegangan rendah dan terutama saat kesinambungan dari pelayanan harus dipelihara meskipun satu fasa me- ngalami kegagalan (Gambar 5.49). Adapun beberapa keuntungan dari hu-
Gambar 5.49 Hubungan Segitiga – Segitiga bungan ini adalah :
Mesin Listrik 373 Mesin Listrik 373
dikurangi karena arus fasa
arus
jala-jala x Tidak ada kesulitan akibat beban
tidak seimbang pada sisi sekunder.
Kerugian yang terjadi pada hubungan ini adalah : x Lebih banyak isolasi dibutuhkan di-
bandingkan dengan hubungan bin- tang-bintang.
x Tidak adanya titik bintang memung- kin, merupakan kerugian yang dapat membahayakan. Bila salah satu jala- jala ke tanah karena kegagalan, tegangan maksimum antara kumpar- an dan inti akan mencapai tegangan
jala-jala penuh. Gambar 5.50 Hubungan Bintang – Segitiga
Primer :
V L 1 V ph 1 Volt dan I L 1 3 I ph 1
i Hubungan Bintang - Segitiga
Hubungan transformator tipe ini pada prinsipnya digunakan, dimana tegangan diturunkan (Step - Down), seperti pada jaringan transmisi. Pada hubungan ini, perbandingan tegangan jala-jala
kali perbandingan lilitan transformator dan tegangan sekunder tertinggal 30 q dari tegangan primer.
Primer :
Gambar 5.51 Hubungan Segitiga-
V ph 1 L 1 Volt dan I
I ph 1 Amp Bintang
374 Mesin Listrik
Sekunder :
karena tegangan pada peralatan yang digunakan pemakai akan berbeda-beda.
V V I ph 2 L 2 Volt dan I ph 2 L 2 Amp
3 Untuk menghindari terjadinya tegangan
V ph 2 titik bintang, diantaranya adalah dengan K menghubungkan sisi sekunder dalam
V ph 1 hubungan Zig-zag. Dalam hubungan
Zig-zag sisi sekunder terdiri atas enam
i Hubungan Segitiga - Bintang kumparan yang dihubungkan secara khusus (Gambar 5.52)
Hubungan ini umumnya digunakan, dimana diperlukan untuk menaikkan tegangan (Step-Up), misalnya pada awal sistem transmisis tegangan tinggi. Dalam hubungan ini perbandingan tega-
ngan 3 kali perbandingan lilitan trans- formator dan tegangan sekunder men- dahului sebesar 30 q.
Primer
V L 1 V ph 1 Volt dan I ph 1 L 1 A
Sekunder:
V V L ph 2 2 Volt dan I L 2 I ph 2 A
V ph 2 K
V ph 1
Daya Total Tiga Fasa :
S = 3 . V L . I L VA atau S 3 . V ph . I ph VA
P= 3 . V L . I L . Cos M Watt
Q= 3 . V L . I L . Sin M Var
Gambar 5.52 Transformator Tiga Fasa
i Hubungan Zig - Zag Hubung Zig-zag
Kebanyakan transformator distribusi se- Ujung-ujung dari kumparan sekunder lalu dihubungkan bintang, salah satu disambungkan sedemikian rupa, supaya syarat yang harus dipenuhi oleh trans- arah aliran arus didalam tiap-tiap kum- formator tersebut adalah ketiga fasanya paran menjadi bertentangan. harus diusahakan seimbang. Apabila Karena e1 tersambung secara berla- beban tidak seimbang akan menye- wanan dengan gulungan e2, sehingga babkan timbulnya tegangan titik bintang jumlah vektor dari kedua tegangan itu yang tidak diinginkan,
menjadi :
Mesin Listrik 375 Mesin Listrik 375
e e e ' dengan V -V adalah : Z 2 2 3
S saat V V V L . I L
e Z 3 e 3 _ e S saat /
__________ 1 ___ x 100 % 57 , 7 %
Kekurangan Hubungan ini adalah : Teg titik bintang eb = 0
x Faktor daya rata-rata, pada V - V ber-
e 1 , nilai tegangan fasa e z 3
e e operasi lebih kecil dari P.f beban, kira-
2 2 kira 86,6% dari faktor daya beban Sedangkan tegangan jala-jala :
seimbang.
e x Tegangan terminal sekunder cende-
E Z e Z 3 3 rung tidak seimbang, apalagi saat
beban bertambah.
i Transformator Tiga Fasa dengan
Dua Kumparan
Selain hubungan transforamator seperti telah dijelaskan pada sub-bab sebelum- nya, ada transformator tiga fasa dengan dua kumparan. Tiga jenis hubungan yang umum digunakan adalah : x V - V atau “ Open ' “ x “ Open Y - Open ' “ x Hubungan T – T
Misal Tiga buah transformator satu fa- Gambar 5.53 Hubungan V-V atau sa masing-masing mempunyai daya se-
Open '
besar 10 KVA, bila dihubungkan V - V
(Gambar 5.53) karena salah satu dilepas (sebelumnya dihubungkan
segitiga) maka dayanya tidak 2 x 10 KVA = 20 KVA, tetapi hanya 0,866 x 20 KVA = 17,32 KVA. Hal ini bisa dibuktikan sebagai berikut :
x Daya S saat dihubungkan
' = 3 . V L . I L VA
I ph 2 L menjadi arus jala jala
x Daya S saat dihubungkan V - V Gambar 5.54 Hubungan Open Y -Open ' § I ·
= 3 . V L . L ¨¨ ¸¸ V L . I L VA
376 Mesin Listrik
Mesin Listrik 377
Hubungan Open Y - Open ' diperlihat- kan pada Gambar 5.54, ada perbeda- an dari hubungan V - V karena peng- hantar titik tengah pada sisi primer dihu- bungkan ke netral (ground). Hubungan ini bisa digunakan pada transformator distribusi.
i Hubungan Scott atau T - T
Hubungan ini merupakan transformasi tiga fasa ke tiga fasa dengan bantuan dua buah transformator (Kumparan). Satu dari transformator mempunyai “ Centre Taps “ pada sisi primer dan se- kundernya dan disebut “ Main Trans- former “. Transformator yang lainnya mempunyai “0,866 Tap “ dan disebut “ Teaser Transformer “. Salah satu ujung dari sisi primer dan sekunder “teaser Trans-former” disatukan ke “ Centre Taps” dari “ main transformer “.
“ Teaser Transformer” beroperasi hanya 0,866 dari kemampuan tegangannya dan kumparan “ main trnsformer “ beroperasi pada Cos 30 q= 0,866 p.f, yang ekuivalen dengan “ main transformer “ bekerja pada 86,6 % dari kemampuan daya semunya.
Pengujian yang harus dilakukan pada sebuah transformator tiga fasa biasanya disesuaikan dengan kebutuhannya (pe- ngujian rutin, pengujian awal, dan pe- ngujian akhir), jenis pengujiannya juga cukup beragam, seperti :
i Pengujian Tahanan Isolasi
i Pengujian Tahanan Kumparan
i Pengujian Karektristik Beban Nol
i Pengujian Karektistik Hubung Singkat
i Pengujian Karakteristik Berbeban
i Pengujian Perbandingan Transformasi
i Pengujian Kelompok Hubungan
i Pengujian Tegangan Terapan
i Pengujian Tegangan Induksi
i Pengujian Kebocoran Tangki
i Pengujian Jenis
i Pengujian Tahanan Isolasi
Pengujian tahanan isolasi biasanya di- laksanakan pada awal pengujian de- ngan tujuan untuk mengetahui secara dini kondisi isolasi transformator, untuk menghindari kegagalan yang bisa bera-
Gambar 5.55 Hubungan Scott atau T-T
5.2.3 Pengujian Transfor-
mator Tiga Fasa
kibat fatal, sebelum pengujian selanjut- yang hilang akibat dari tembaga dari nya dilakukan.
transformator saat beroperasi. Pengujian dilaksanakan dengan meng- Contoh untuk menghitung parameter- gunakan Megger. Tahanan isolasi yang parameter transformator tiga fasa dari diukur diantaranya :
hasil percobaan hubung singkat bisa ¾ Sisi Primer dan Sekunder
dilihat pada tabel 5.2 dengan asumsi ¾ Sisi Primer dan pembumian
sisi tegangan rendah di hubung singkat ¾ Sisi Sekunder dan pembumian
dan alat ukur ada di sisi tegangan tinggi, persamaan yang terlihat pada tabel
i Pengujian Tahanan Kumparan menunjukan dimana alat ukur diletakan.
Pengujian dilakukan dengan cara mela- Tabel 5.1 kukan pengukuran tahanan kumparan
Parameter Pengujian Beban Nol transformator. Data hasil pengujian
digunakan untuk menghitung besarnya rugi tembaga pada transformator ter- sebut.
i Pengujian Karakteristik Beban Nol
Pengujian Karakteristik Beban Nol atau Tanpa Beban dilakukan untuk menge- tahui besarnya kerugian daya yang disebabkan oleh rugi hysterisis dan eddy current pada inti transformator dan besarnya arus yang pada daya tersebut. Pengukuran dilakukan dengan membe- rikan tegangan nominal pada salah satu sisi transformator dan sisi lainnya dibiar- kan dalam keaadaan tanpa beban. Contoh untuk menghitung parameter- parameter transformator tiga fasa dari hasil percobaan beban nol bisa dilihat pada tabel 5.1. Persamaan yang ter- lihat pada tabel menandakan dimana
Tabel 5.2 alat ukur diletakkan.
Parameter Pengujian Hub Singkat
i Pengujian Karakteristik Hubung
Singkat
Pengujian dilakukan dengan cara mem- berikan arus nominal pada salah satu sisi transformator dan sisi yang lain dihubung singkat, dengan demikian akan dibangkitkan juga arus nominal pada sisi yang di hubung singkat. Adapun tujuan dari pengujian ini adalah untuk mengetahui besarnya rugi daya
378 Mesin Listrik 378 Mesin Listrik
masi
menyebabkan adanya berbagai kelom- pok hubungan pada transformator.
Pengujian perbandingan transformasi atau belitan kumparan adalah untuk me- Untuk penentuan kelompok hubungan ngetahui perbandingan jumlah kumpa- ini dipergunakan tiga jenis tanda atau ran sisi tegangan tinggi dan sisi tega- kode, yaitu : ngan rendah pada setiap tapping se-
i Tanda Kelompok sisi tegangan tinggi hinggga tegangan keluaran yang diha-
terdiri atas kode D, Y, dan Z. silkan oleh transformator sesuai dengan
i Tanda Kelompok sisi tegangan rendah yang spesikasi/rancangan.
terdiri atas kode d, y , dan z. Angka jam menyatakan bagaimana le-
i Pengujian Tegangan Terapan tak sisi kumparan tegangan tinggi terha- dap sisi tegangan rendah.
Pengujian tegangan terapan (Withstand Test) dilakukan untuk menguji kekuatan Jarum jam panjang dibuat selalu me- isolasi antara kumparan dan rangka nunjuk angka 12 dan berimpit dengan tangki. Pengujian dilakukan dengan cara Vektor TT tegangan tinggi. Letak Vek- memberikan tegangan uji sesuai dengan tor tegangan rendah TH menunjukkan standar uji dan dilakukan pada :
arah jarum jam pendek. Sudut antara ¾ Sisi tegangan tinggi terhadap sisi jarum jam panjang dan pendek adalah tegangan rendah dan rangka tangki pegeseran antara vektor tegangan tinggi yang dibumikan.
dengan tegangan rendah (V dan v). ¾ Sisi tegangan rendah terhadap sisi tegangan tinggi dan rangka tangki yang dibumikan.
i Pengujian Tegangan Induksi
Tujuan pengujian tegangan induksi ada- lah untuk mengetahui kekuatan isolasi antara lapisan dari tiap-tiap belitan dan kekuatan isolasi antar belitan transfor- mator. Pengujian dilakukan dengan cara memberi tegangan suplai dua kali tega-
ngan nominal pada salah satu sisi dan sisi lainnya dibiarkan terbuka. Untuk me- ngatasi kejenuhan pada inti transfor- mator maka frekuensi yang digunakan harus dinaikan sesuai dengan kebutuh- an dalam jangka waktu tertentu.
i Pengujian Kelompok Hubungan
Vektor tegangan primer dan sekunder sebuah transformator sangat tergantung pada cara melilit kumparannya. Pada
transforma-tor Tiga Fasa arah tegangan Gambar 5.56 Kelompok Hubungan Dy5 menimbulkan perbedaan fasa. Arah Mesin Listrik
Gambar 5.56 memperlihatkan contoh Standardisasi yang banyak diikuti kelompok hubungan sebuah transfor- adalah menurut peraturan Jerman, yaitu mator tiga fasa Dy5, artinya sisi primer VDE 0532 (lihat tabel 5.3). dihubung segitiga (jam 12) dan sisi Kelompok hubungan yang disarankan sekunder dihubung bintang (jam 5).
untuk digunakan adalah Yy0, Dy5, Yd5, dan Yz5, pada tabel diberi tanda garis
Untuk memudahkan, pabrik-pabrik pada pinggir warna merah. pelaksanaannya membatasi jumlah ke- lompok hubungan dengan membuat normalisasi pada kelompok hubungan yang dianggap baku.
Tabel 5.3 Kelompok Hubungan Menurut Standar VDE 0532
380 Mesin Listrik
5.3 Transformator
kan untuk primer dan sekunder bisa
diperkirakan dengan persamaan :
Khusus
S tb V 1 . I 1 V . I