TRANSFORMER Kelompok 5 Aditya Prayoga (0806365412) Benson M. S. (0806365551) Edison M. S. (0806365702) M. Nahar (0806366150) Departemen Teknik Elektro Universitas Indonesia Teknik Tenaga Listrik – Ekstensi 2010

Pokok Pembahasan: Introduksi Transformer Transformer Praktis Transformer 3 (Tiga) Fasa

Introduksi Transformer Sejarah Macam-macam Transformer Simbol Prinsip Kerja

Transformer Transformer adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain, melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi-elektromagnet. ENERGY MEKANIK LISTRIK TRANSFORMER GENERATOR MOTOR

MENGAPA TRANSFORMER Beberapa alasan digunakannya transformer, antara lain: 1. Tegangan yang dihasilkan sumber tidak sesuai dengan tegangan pemakai 2. Biasanya sumber jauh dari pemakai sehingga perlu tegangan tinggi (Pada jaringan transmisi) 3. Kebutuhan pemakai / beban memerlukan tegangan yang bervariasi

Sejarah 1831, Michael Faraday mendemonstrasikan sebuah koil dapat menghasilkan tegangan dari koil lain. 1832, Joseph Henry menemukan bahwa perubahan flux yang cepat dapat menghasilkan tegangan koil yang cukup tinggi 1836, Nicholas Callan memodifikasi penemuan Henry dengan dua koil. 1850 – 1884, era penemuan generator AC dan penggunaan listrik AC 1885, Georges Westinghouse & William Stanley mengembangkan transformer berdasarkan generator AC. 1889, Mikhail Dolivo-Dobrovolski mengembangkan transformer 3 fasa pertama

Sejarah (2) Milestones 1929 1933 1962 2001 2004 3,5 MVA- 100/27,7 kV Transformer interkoneksi 40MVA- 220/8,8 kV Transformer 3 fasa 200 MVA- 220/20 kV Transformer generator 245 MVA- 765/18 kV Transformer generator 3 fasa 750 MVA- 435/21 kV AREVA,Power Transformer Fundamental (2008)

Macam-macam Transformer Berdasarkan fungsinya, trafo dibagi menjadi : Trafo Radio Trafo Pengukuran Potential Transformer (PT) Current Transformer (CT) Trafo Daya

PENGGUNAAN POWER TRANSFORMER PADA JARINGAN DISTRIBUSI AREVA,Power Transformer Fundamental (2008)

Simbol Transformer Transformer 1 fasa Transformer 3 fasa

Simbol Transformer (2) Transformer Pengukuran Current Transformer Potential Transformer

Prinsip Kerja Prinsip dasar suatu transformator adalah induksi bersama (mutual induction) antara dua rangkaian yang dihubungkan oleh fluks magnet. Dalam bentuk yang sederhana, transformator terdiri dari dua buah kumparan induksi yang secara listrik terpisah tetapi secara magnet dihubungkan oleh suatu path yang mempunyai relaktansi yang rendah. Kedua kumparan tersebut mempunyai mutual induction yang tinggi. Jika salah satu kumparan dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, fluks bolak-balik timbul di dalam inti besi yang dihubungkan dengan kumparan yang lain menyebabkan atau menimbulkan ggl (gaya gerak listrik) induksi ( sesuai dengan induksi elektromagnet) dari hukum faraday, Bila arus bolak balik mengalir pada induktor, maka akan timbul gaya gerak listrik (ggl) .

Prinsip Kerja (con’t) ~ Trafo dihubungkan dengan sumber tegangan V1. Mengalir arus a(iex / -90o ) Iex membangkitkan arus gaya maknit (ф / sefasa dengan iex ) ф Membangkitkan tegangan tentang (e1 / -90o terhadap ф) PRIMER SEKUNDER Ф Membangkitkan tegangan Sekunder (e2 / -90o terhadap ф) Iex INTI BESI Ф V1 ~ Karena trafo tersebut tidak berbeban, maka v2 = e2 E1 E2 V2 E2 V1 Ф Ф E1 Iex Iex O 2 V1 E2 , E1 /2  (3/2)

Ideal Transformer Daya pada rangkaian primer = daya pada rangkaian sekunder V1 V2 I1 I2 P1 = P2 I1.V1 = I2.V2 I2 : I1 = V1 : V2 = a = Ratio Trafo I1.N1 = I2.N2 N1 : N2 = I2 : I1 = V1 : V2 = a = Ratio Trafo P1 = Daya Primer V1 = Tegangan Primer P2 = Daya Sekunder V2 = Tegangan Sekunder I1 = Arus Primer N1 = Jumlah Lilitan Primer I2 = Arus Sekunder N2 = Jumlah Lilitan Sekunder

RANGKAIAN EQUIVALENT TRAFO Untuk mempermudah analisis dalam pengujian, rangkaian primer dan sekunder dibuat menjadi sebuah rangkaian yang disebut rangkaian Equivalent. Rugi tembaga sekunder dilihat dari primer = I22 x R2 = I12 (I22/I12) x R2 = I12 (I2/I1)2 x R2 = I12 x a2 x R2 Dari sini maka resistan sekunder dilihat dari primer (R2’) = a2 R2 Dan reaktan sekunder dilihat dari primer (X2’) = a2 X2 V2 RANGKAIAN PRIMER RANGKAIAN SEKUNDER E1 E2 R1 X1 R2 X2 V1 I1 I2 R2’ X2’ V1 I1 R1 X1

Contoh Soal Sebuah trafo ideal mempunyai 90 lilitan disisi primer dan 2250 lilitan di sisi sekunder terhubung pada sumber tegangan 120V 60Hz Hitung: Tegangan efektif yang melalui terminal sekunder Tegangan peak yang melalui terminal sekunder Tegangan sesaat yang melalui sisi sekunder ketika tegangan sesaat yang melalui sisi primer adalah 37 V Jawab: A. E1/E2 = N1/N2 120/E2 = 90/2250 E2 = 3000 V B. E2peak = √2 E2 = 1,414 x 3000 = 4242 V C. Ketika e1 = 37 V maka N2/N1 = 2250/90 = 25 (rasio) e2 = 25 x 37 = 925 V

Transformer Praktis Kerugian pada Transformer Rangkaian Ekuivalen

Kerugian pada Transformer Rugi-rugi inti: Rugi-rugi arus pusar / eddy current Rugi-rugi hysterisis Rugi-rugi tembaga

Rugi Arus Pusar Rugi arus eddy adalah terjadinya arus pusar yang arahnya ber-putar didalam inti trafo. Arus ini menimbulkan panas didalam inti trafo. Untuk mengurangi rugi arus eddy, inti trafo dibuat berlapis-lapis masing-masing lapisan disekat, sehingga arah pusaran arus dipependek. EDDY CURRENT INTI BERLAPIS DAN DISEKAT

Rugi Hysterisis Rugi hysterisis memperbesar Iex  Rugi hysterisis memperbesar Iex Untuk mengurangi rugi hysterisis, inti trafo dibuat dari besi lunak RUGI HYSTERISIS Rugi hysterisis dan arus pusar tetap, tidak tergantung besar beban

Rugi-rugi tembaga R = Tahanan (Ohm) ρ = Tahanan jenis (Ohm.m) l = Panjang (m) A = Luas penampang (m2)

Rugi-rugi tembaga(2) Rugi tembaga adalah rugi-rugi lilitan primer dan sekunder lilitan primer dan sekunder terdiri dari kawat tembaga yang mempunyai panjang dan penampang RUGI TEMBAGA PRIMER = IP2.RP (Watt) RUGI TEMBAGA SEKUNDER = IS2.RS (Watt) RP & RS = Tahanan Primer & Sekunder () IP & IS = Arus Primer & Sekunder (Ampere) Karena rugi tembaga tergantung dari arus primer dan sekunder, maka rugi tembaga bersifat tidak tetap tergantung beban trafo

RANGKAIAN EQUIVALENT TRAFO Xf1 I1 Xf2 R2 I2 V2 V1 E1 E2 Xm Rm Pada rangkaian praktis, terdapat rugi inti yang dinyatakan dengan Xm dan Rm

Contoh Soal Kumparan sekunder dari sebuah transformer mempunyai 180 lilitan. Ketika trafo dalam kondisi terbebani arus sekundernya mempunyai nilai efektif 18 A 60 Hz. Flux mutual mempunyai nilai peak 20 mWb, flux bocor disisi sekunder mempunyai nilai peak 3 mWb. Hitung : A. Tegangan induksi di kumparan sekunder yang disebabkan oleh flux bocor. B. Nilai reaktansi bocor disisi sekunder. C. Nilai dari E2 induksi yang disebabkan oleh flux mutual.

Contoh Soal (2) Jawab : A. Ef2 = 4,44 f N2Φf2 = 4,44 x 60 x 180 x 0,003 = 143,9 V B. Xf2 = Ef2 / I2 = 143,9 / 18 = 8 Ω C. E2 = 4,44 f N2Φm = 4,44 x 60 x 180 x 0,02 = 959 V

Three Phase Transformer Konstruksi Perhitungan Jenis-jenis Pendinginan Sistem Proteksi

Three Phase Transformer Konstruksi trafo tiga fasa terdiri dari rangaian tiga buah trafo satu fasa S R T r s t

FORMULASI TRANSFORMER TIGA FASA Bila rangkaian primer atau sekunder trafo terhubung bintang ILine IFasa VLL VLN R S T N ILine = IFasa VRS = VR – VS = VR.√3. VRS = VLL = Voltage line to line VR = VS = VT = VLN = Voltage line to netral P3 Fasa = Daya Trafo Tiga Fasa VR VT VS Vrs -VS N VLL = VLN. 3 Maka VLN = VLL / 3 P3 Fasa = 3.I.VLN = 3.I.(VLL/ 3) = I.VLL. 3

con’t Bila rangkaian primer atau sekunder trafo terhubung delta IR VLine = VFasa Ir Is It IR = IS = IT = ILine = Arus Line Ir = Is = It = IFasa = Arus Fasa VRS = VST = VTR = Tegangan Line P3 Fasa = Daya Trafo Tiga Fasa VLine = VFasa IR = Ir – It = Ir.√3. Ir Is It - It IR ILine = IFasa. 3 Maka IFasa = ILine / 3 P3 Fasa = 3.IFasa.V = 3.(Iline / 3).V = ILine.V. 3

AREVA,Power Transformer Fundamental (2008)

AREVA,Power Transformer Fundamental (2008)

Jenis-jenis Pendingin Tipe Kering: AA : Pendingin udara natural AFA : Pendinginan udara terpompa Tipe Basah : ONAN : Oil Natural Air Natural ONAF : Oil Natural Air Forced OFAF : Oil Forced Air Forced

Sistem Proteksi Transformer Proteksi Eksternal: Over Current Relay Ground Fault Relay Proteksi Internal: Differensial Relay Bucholz Relay Sudden Pressure Relay

Over Current Relay Memproteksi trafo dari arus berlebih Arus berlebih adalah arus yang melebihi arus nominal dalam jangka waktu tertentu

Ground Fault Relay Memproteksi trafo dari kesalahan/gangguan grounding Berlaku hanya untuk trafo yang titik netralnya di hubungkan ke ground Prinsip kerja mirip over current relay

Differential Relay Memproteksi terhadap kebocoran arus Ip = Arus primer Is = Arus sekunder Id = Arus diferensial ACT = Auxilliary CT Memproteksi terhadap kebocoran arus Prinsipnya pada perbedaan arus masuk dan keluar trafo

Bucholz Relay Memproteksi trafo dari loncatan listrik di dalam trafo Memanfaatkan sifat kimiawi

Sudden Pressure Relay Memproteksi dari tekanan berlebih sesaat Tidak bereaksi pada tekanan berlebih, hal ini telah ditangani oleh relief vent

Referensi Utomo, Heri Budi.(2002).Overhaul Trafo Tenaga Tegangan Tinggi & Extra Tinggi. AREVA T&D. (2008). Power Transformers (Vol. 1 Fundamentals). Paris: Areva T&D.