Transformator (Trafo)

2.1. Teori Dasar Transformator

Transformator merupakan suatu alat listrik yang mengubah tegangan arus bolak-balik dari satu tingkat ke tingkat yang lain melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip-prinsip induksi-elektromagnet.  Transformator terdiri atas sebuah inti, yang terbuat dari besi berlapis dan dua buah kumparan, yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder.

Penggunaan transformator yang sederhana dan handal memungkinkan dipilihnya tegangan yang sesuai dan ekonomis untuk tiap-tiap keperluan serta merupakan salah satu sebab penting bahwa arus bolak-balik sangat banyak dipergunakan untuk pembangkitan dan penyaluran tenaga listrik.

Prinsip kerja transformator adalah berdasarkan hukum Ampere dan hukum Faraday, yaitu: arus listrik dapat menimbulkan medan magnet dan sebaliknya medan magnet dapat menimbulkan arus listrik. Jika pada salah satu kumparan pada transformator diberi arus bolak-balik maka jumlah garis gaya magnet berubah-ubah. Akibatnya pada sisi primer terjadi induksi. Sisi sekunder menerima garis gaya magnet dari sisi primer yang jumlahnya berubah-ubah pula. Maka di sisi sekunder juga timbul induksi, akibatnya antara dua ujung terdapat beda tegangan.

1.1. Komponen Dalam Transformator

Suatu transformator terdiri atas beberapa bagian yang terbagi atas bagian utama, bagian peralatan bantu dan bagian peralatan proteksi. Berikut merupakan bagian-bagian tersebut beserta fungsinya masing-masing :

     A.    Bagian Utama

a)      inti besi

berfungsi untuk mempermudah jalan fluksi, yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melalui kumparan. Dibuat dari lempengan-lempengan besi tipis yang berisolasi, untuk mengurangi panas (sebagai rugi-rugi besi) yang ditimbulkan oleh “Eddy Current”.

b)      kumparan trafo

Beberapa lilitan kawat berisolasi membentuk suatu kumparan. Kumparan tersebut diisolasi baik terhadap inti besi maupun terhadap kumparan lain dengan isolasi padat seperti karton, pertinax dan lain-lain.  Umumnya pada trafo terdapat kumparan primer dan sekunder. Bila kumparan primer dihubungkan dengan tegangan/arus bolak-balik maka pada kumparan tersebut timbul fluksi yang menginduksikan tegangan, bila pada rangkaian sekunder ditutup (rangkaian beban) maka akan mengalir arus pada kumparan ini. Jadi kumparan sebagai alat transformasi tegangan dan arus.

c)      kumparan tertier

Kumparan tertier diperlukan untuk memperoleh tegangan tertier atau untuk kebutuhan lain. Untuk kedua keperluan tersebut, kumparan tertier selalu dihubungkan delta. Kumparan tertier sering dipergunakan juga untuk penyambungan peralatan bantu seperti kondensator synchrone, kapasitor shunt dan reactor shunt, namun demikian tidak semua trafo daya mempunyai kumparan tertier.

d)     minyak trafo

Sebagian besar trafo tenaga kumparan-kumparan dan intinya direndam dalam minyak-trafo, terutama trafo-trafo tenaga yang berkapasitas besar, karena minyak trafo mempunyai sifat sebagai media pemindah panas (disirkulasi) dan bersifat pula sebagai isolasi (daya tegangan tembus tinggi) sehingga berfungsi sebagai media pendingin dan isolasi.

e)      bushing

Hubungan antara kumparan trafo ke jaringan luar melalui sebuah busing yaitu sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator, yang sekaligus berfungsi sebagai penyekat antara konduktor tersebut denga tangki trafo.

f)       tangki dan konservator

Pada umumnya bagian-bagian dari trafo yang terendam minyak trafo berada (ditempatkan) dalam tangki. Untuk menampung pemuaian minyak trafo, tangki dilengkapi dengan konservator.

      B.     Bagian Peralatan Bantu

a)      pendingin

Pada inti besi dan kumparan-kumparan akan timbul panas akibat rugi-rugi besi dan rugi-rugi tembaga. Bila panas tersebut mengakibatkan kenaikan suhu yang berlebihan, akan merusak isolasi di dalam trafo, maka untuk mengurangi kenaikan suhu yang berlebihan tersebut trafo perlu dilengkapi dengan sistem pendingin untuk menyalurkan panas keluar trafo.

b)      tap changer

Tap Changer adalah perubah perbandingan transformator untuk mendapatkan tegangan operasi sekunder sesuai yang diinginkan dari tegangan jaringan/primer yang berubah-ubah. Tap changer dapat dilakukan baik dalam keadaan berbeban (on-load) atau dalam keadaan tak berbeban (off load), tergantung jenisnya.

c)      alat pernapasan

Karena pengaruh naik turunnya beban trafo maupun suhu udara luar, maka suhu minyakpun akan berubah-ubah mengikuti keadaan tersebut. Bila suhu minyak tinggi, minyak akan memuai dan mendesak udara di atas permukaan minyak keluar dari dalam tangki, sebaliknya bila suhu minyak turun, minyak menyusut maka udara luar akan masuk ke dalam tangki. Kedua proses di atas disebut pernapasan trafo. Permukaan minyak trafo akan selalu bersinggungan dengan udara luar yang menurunkan nilai tegangan tembus minyak trafo, maka untuk mencegah hal tersebut, pada ujung pipa penghubung udara luar dilengkapi tabung berisi kristal zat hygroskopis.

d)     Indikator

Untuk mengawasi selama trafo beroperasi, maka perlu adanya indikator pada trafo sebagai berikut:

·         indikator suhu minyak

·         indikator permukaan minyak 

·         indikator sistem pendingin

·         indikator kedudukan tap

·         dan sebagainya.

       C.     Bagian Peralatan Proteksi

a)      rele bucholz

Rele Bucholz adalah rele alat/rele untuk mendeteksi dan mengamankan terhadap gangguan di dalam trafo yang menimbulkan gas. 

Gas yang timbul diakibatkan oleh:

a.       Hubung singkat antar lilitan pada/dalam phasa

b.      Hubung singkat antar phasa

c.       Hubung singkat antar phasa ke tanah

d.      Busur api listrik antar laminasi

e.      Busur api listrik karena kontak yang kurang baik.

b)      pengaman tekanan lebih

Alat ini berupa membran yang dibuat dari kaca, plastik, tembaga atau katup berpegas, berfungsi sebagai pengaman tangki trafo terhadap kenaikan tekan gas yang timbul di dalam tangki yang akan pecah pada tekanan tertentu dan kekuatannya lebih rendah dari kakuatan tangi trafo.

c)      rele tekanan lebih

Rele ini berfungsi hampir sama seperti rele Bucholz, yakni mengamankan terhadap gangguan di dalam trafo. Bedanya rele ini hanya bekerja oleh kenaikan tekanan gas yang tiba-tiba dan langsung mentripkan P.M.T.

d)     rele diferensial

Berfungsi mengamankan trafo dari gangguan di dalam trafo antara lain flash over antara kumparan dengan kumparan atau kumparan dengan tangki atau belitan dengan belitan di dalam kumparan ataupun beda kumparan.

e)      rele arus lebih

Befungsi mengamankan trafo arus yang melebihi dari arus yang diperkenankan lewat dari trafo terseut dan arus lebih ini dapat terjadi oleh karena beban lebih atau gangguan hubung singkat.

f)       rele tangki tanah

Berfungsi untuk mengamankan trafo bila ada hubung singkat antara bagian yang bertegangan dengan bagian yang tidak bertegangan pada trafo.

g)      rele hubung tanah

Berfungsi untuk mengamankan trafo bila terjadi gangguan hubung singkat satu phasa ke tanah.

h)      rele termis

Berfungsi untuk mencegah/mengamankan trafo dari kerusakan isolasi kumparan, akibat adanya panas lebih yang ditimbulkan oleh arus lebih. Besaran yang diukur di dalam rele ini adalah kenaikan temperatur.

1.1. Klasifikasi Transformator

Transformator mempunyai banyak sekali jenis atau macam-macamnya, baik berdasarkan fungsi pemakaiannya, perbandingan jumlah lilitan maupun berdasarkan penyusun intinya. Klasifikasi tersebut dapat dijabarkan sebagai berikut :

A.    Berdasarkan perbandingan jumlah lilitan primer dan sekunder

a)      Transformator step up

transformator step up yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik rendah menjadi tinggi, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan sekunder lebih banyak daripada jumlah lilitan primer (Ns > Np).

b)      Transformator step down

transformator step down yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik tinggi menjadi rendah, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan primer lebih banyak daripada jumlah lilitan sekunder (Np > Ns).

B.     Berdasarkan pemakaianya

a)      Transformator elektronik

transformator ini basa digunakan pada peralatan-peralatan elektronik yang membutuhkan daya DC yang relatif sangat kecil. Sehingga untuk mensuplai daya tersebut diperlukan adanya transformator yang mengubah tegangan tinggi dari jala-jala PLN menjadi tegangan rendah yang dibutuhkan oleh alat tersebut.

b)      Transformator tenaga (distribusi)

transformator tenaga adalah suatu peralatan tenaga listrik yang berfungsi untuk menyalurkan tenaga/daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya (mentransformasikan tegangan). Dalam operasi umumnya, trafo-trafo tenaga ditanahkan pada titik netralnya sesuai dengan kebutuhan untuk sistem pengamanan/proteksi, sebagai contoh transformator 150/70 kV ditanahkan secara langsung di sisi netral 150 kV, dan transformator 70/20 kV ditanahkan dengan tahanan di sisi netral 20 kV nya.

c)      Transformator pengukuran

transformator juga dapat digunakan sebagat alat bantu pengukuran. Dalam hal ini, transformator pengukuran dibagi kembali menjadi dua jenis, yaitu

·         Transformator pengukuran tegangan

transformator tegangan digunakan untuk mengukur tegangan. Dengan mengetahui N₁ dan N₂, membaca tegangan V₂, serta menganggap transformator ideal maka tegangan V₁adalah :   

V₁ = (N₁ / N₂)V₂

Pentanahan rangkaian sekunder diperlukan untuk mencegah adanya beda potensial yang besar antara kumparan primer dan sekunder (antara titik a dan b) saat isolasi kumparan primer rusak.

·         Transformator pengukuran arus

Transformator arus digunakan untuk mengukur arus beban suatu rangkaian. Dengan menggunakan transformator arus maka arus beban yang besar dapat diukur hanya dengan menggunakan alat ukur (ammeter) yang tidak terlalu besar.

Dengan mengetahui perbandingan transformasi N₁/N₂ dan pembacaan ammeter (I₂) maka arus beban I₁ dapat dihitung. Bila transformator dianggap ideal maka arus beban:                               I₁ = N₂/N₁x I₂

Untuk menjaga agar fluks (f) tetap tidak berubah maka perlu diperhatikan agar rangkaian sekunder selalu tertutup. Dalam keadaan rangkaian sekunder terbuka, ggm N₂I₂ akan sama dengan nol (karena I₂ = 0) sedangkan ggm N₁I₁tetap ada sehingga fluks normal (f) akan terganggu.

A.    Berdasarkan penyusun intinya

a)      Transformator inti besi

trafo inti besi banyak dipakai sebagai alat interface, step up, step down rangkaian matching impedansi, matching voltage dalam rangkaian elektronik frekuensi rendah.

Gambar transformator inti besi

b)      Transformator inti ferit

Trafo inti ferit banyak dipakai sebagai alat interface, Rangkaian matching Impedansi dalam rangkaian elektronik frekuensi menengah

Gambar transformator inti ferit

c)      Transformator inti udara

Trafo inti udara banyak dipakai sebagai alat interface rangkaian matching impedansi dalam rangkaian elektronik frekuensi tinggi.

Gambar transformator inti udara

Baca tentang transformator selengkapnya di Prinsip Kerja dan Efisiensi Transformator.

http://news.chivindo.com/709/transformator-trafo-.html