Makalah Mata Kuliah Mesin Listrik I
HUBUNGAN PADA TRANSFORMATOR TIGA FASA Rezon Arif Budiman (L2F008082)
[email protected] Jurusan Teknik Elektro- Fakultas Teknik Undip, Semarang Abstrak Trafo atau transformator merupakan peralatan listrik yang berfungsi untuk mengubah nilai suatu arus atau tegangan dari nilai yang satu ke nilai yang lainnya melelui suatu gandengan magnet dan menggunakan prinsip elektromagnet. Prinsip kerja trafo yaitu berdasarkan Hukum Faraday. Jenis dan bentuk trafo bermacam macam tegantung pada fungsi dan besarnya tegangan dan arus yang bekerja pada trafo tersebut. Pada makalah ini akan dibahas mengenai trafo tiga fasa,bagian fasa,bagian bagian trafo tiga fasa, serta hubungan yang terdapat dalam trafo tiga fasa (delta atau bintang). Namun, tidak dibahas mengenai mengenai pengujian trafo tiga fasa. Trafo tiga fasa umumnya digunakan untuk menangani tenaga listrik dengan daya yang cukup besar diatas 11kV. Biasanya terdapat pada gardu gardu induk untuk mengubah dari tegangan transmisi (tinggi) menjadi tegangan distribusi(menengah). distribusi(menengah). Dengan adanya trafo ini maka didapatkan tegangan yang siap untuk didistribusikan didistribusikan ke pelanggan. Kata kunci : trafo trafo tiga fasa, hubungan hubungan trafo tiga fasa
I. Pendah Pendahulu uluan an
Trafo adalah suatu peralatan listrik yang berguna untuk mengubah nilai tegangan atau arus dari nilai yang satu ke nilai lainnya sesuai dengan kebutuhan. Trafo bekerja berdasarkan pada Hukum Faraday.Jenis trafo sangat beragam tergantung pada tegangan kerja, fasa yang dipakai, dan untuk apa trafo tersebut digunakan. Salah satu jenis trafo yang akan dibahas kali ini adalah trafo tiga fasa yang umumnya memiliki tegangan kerja yang tinggi dan biasanya berada pada gardu induk yang berfungsi untuk menurunkan tegangan transmisi(tegangan tinggi) menjadi tegangan distribusi (menengah). Sesuai dengan namanya maka trafo tiga fasa bekerja pada tegangan yang memiliki tiga buah fasa. Sebuah transformato transformatorr tiga fasa secara secara prinsip sama sama dengan dengan sebuah transform transformator ator satu fasa, fasa, perbedaan perbedaan yang yang paling paling menda mendasar sar adala adalah h pada pada siste sistem m kelistrik kelistrikanny annyaa yaitu yaitu sistem sistem satu fasa dan tiga tiga fasa. fasa. Sehingga Sehingga sebuah sebuah transform transformator ator tiga fasa bisa dihubung bintang, segitiga,atau zig-zag. Transformator tiga fasa banyak digunakan pada sistem transmisi dan distribusi tenaga listrik karena pertimbangan ekonomis. Transformator tiga fasa banyak sekali mengurangi berat dan lebar kerangka, sehingga harganya dapat dikurangi bila dibandingkan dengan penggabungan tiga buah transformator satu fasa dengan “rating” daya yang sama.
II. Dasar teori 2.1 Konstruksi trafo tiga fasa Secara umum sebuah transformator tiga fasa mempunyai konstruksi hampir sama, yang membedakannya adalah alat bantu dan sistem pengamannya, tergantung pada letak pemasangan, sistem pendinginan, pengoperasian, fungsi dan pemakaiannya. Bagian utama, alat bantu, dan sistem pengaman yang ada pada sebuah transformator daya
Gambar 1 bagian dalam trafo 3 fasa
a. Inti Trafo Seperti halnya pada transformator satu fasa inti besi berfungsi berfungsi sebaga sebagaii tempat tempat mengalirny mengalirnyaa fluks dari dari kumparan primer ke kumparan sekunder sehinggan akan di dapatkan induksi medan magnet yang lebih kuat. kuat. Sam Samaa seper seperti ti trans transfor forma mator tor satu satu fasa, fasa, berdasarkan cara melilit melilit kumparanya kumparanya ada dua jenis, yaitu tipe inti (Gambar (Gambar 2 ) dan tipe cangkang cangkang (Gambar (Gambar 3 ).
b. Ku Kump mpar aran an Tra Trans nsfo form rmat ator or Kumparan transformator transformator terdiri dari lilitan kawat berisolasi dan membentuk membentuk kumparan. Kawat yang dipakai dipakai adala adalah h kawat kawat temb tembaga aga beriso berisolasi lasi yang ber berbe bent ntuk uk bula bulatt atau atau pla plat. t. Kump Kumpar aran an-k -kum umpa para ran n transformator diberi diberi isolasi baik terhadap kumparan kumparan lain maupun inti besinya. Bahan isolasi berbentuk padat seperti kertas prespan,pertinak, dan lain-nya .
Gambar 2 Transformator Tipe Inti
Gambar 3 Transformator Tipe Cangkang
Inti trafo dibuat dari lempengan-lempengan besi tipis dari bahan besi silikon ( Grain Oriented Silicon Steel ) Steel ) yang berisolasi, yang tujuannya adalah untuk mengurangi panas (sebagai rugi-rugi besi) yang ditimbulkan oleh Eddy Current (gambar 4).
Gambar 4 Inti Besi dan Laminasi yang diikat Fiber Glass
c. Minyak Trafo Sebagian besar trafo tenaga kumparan-kumparan 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. Untuk mendinginkan transformator saat beroperasi maka maka kumparan dan inti transformator transformator direndam di dalam minyak transformator,minyak transformator,minyak juga berfungsi berfungsi sebagai isolasi. Oleh karena itu minyak transformator transformator harus memenuhi memenuhi persyaratan, persyaratan, sebagai berikut : Mempunyai kekuatan isolasi ( Dielectric Strength); Strength); panas yang baik baik dengan berat jenis Penyalur panas yang kecil, kecil, sehingga sehingga partikelpartikel- partikel kecil kecil dapat mengendap mengendap dengan cepat; cepat; Viskosita Visk ositas s yang renda r endah h agar lebih lebih mudah mudah bersikula bersikulasi si dan kemampu kemampuan an pendingin pendinginan an menjadi lebih baik; Tidak nyala yang tinggi, tidak mudah menguap, sifat kimia yang stabil.
Gambar 5.Konservator Trafo Daya
III. III.
Hubung Hub ungan an Pada Pada Tran Transfo sforma rmator tor Tiga Tiga Fasa Fasa
Pada prinsipnya adalah metode atau cara merangka merangkaii kumpar kumparan an di di sisi sisi pr imer dan sekunder. sekunder. Umumnya dikenal 3 cara untuk merangkai kumparan pada trafo tiga fasa, yaitu hubungan bintang, hubungan delta, dan hubungan zig zag. 1.Trafo 3 fasa Hubung Bintang Bintang (Y-Y)
2. Trafo Hubung Segitiga-Segitiga Segitiga-Segitiga (Δ - Δ)
Pada jenis ini ujung fasa dihubungkan dengan ujung netral kumparan lain yang secara keseluruhan akan terbentuk hubungan delta/ segitiga. Hubungan ini umumnya digunakan pada sistem yang menyalurkan arus besar pada tegangan rendah dan yang paling utama saat keberlangsungan dari pelayanan harus dipelihara meskipun salah satu fasa mengalami kegagalan.
Pada jenis ini ujung ujung pada masing masing terminal dihubungkan secara bintang. Titik netral dijadikan menjadi satu. Hubungan dari tipe ini lebih ekonomis untuk arus nominal yang kecil,pada transformator tegangan tinggi
Gamb Gambar ar 7 Trafo Hubungan Delta Delta
Perhitungan pada hubung segitiga segitiga Sisi primer VL1 = Vph1 volt Gamb Gambar ar 6 Trafo Hubungan Bintang Bintang
Perhitungan pada hubung bintang bintang
Vph1 =
V L1 3
K = Vph2 / Vph1 volt
IL1 = I ph1
Sisi Sekunder
Vph2 =
V L 2 3
volt
K= Vph2/ Vph1
IL2 = I ph2
3 I ph1
IL2 =
3 I ph2
Sisi Sekunder VL2 = Vph2 volt
Sisi Primer :
IL1 =
3. Trafo Hubung Bintang Segi tiga ( Y - Δ)
Pada hubung ini, kumparan pafa sisi primer di rangkai secara bintang (wye) dan sisi sekundernya di rangkai delta. Umumnya digunakan pada trafo untuk jaringan transmisi dimana tegangan nantinya akan diturunkan (Step- Down). Perbandingan
tegangan
jala-
jala
1 3
kali
perbandingan lilitan transformator. Tegangan 0 sekunder tertinggal 30 dari tegangan primer.
Gambar 8 Trafo Hubungan Bintang Delta
Perhitungan pada Hubung Bintang Delta Sisi primer Vph1 =
V L1 3
4. Trafo Hubungan Segitiga Bintang Bintang (Δ - Y) Pada hubung ini, sisi primer trafo dirangkai secara delta sedangkan pada sisi sekundernya merupakan rangkaian bintang sehingga pada sisi sekundernya terdapat titik netral. Biasanya digunakan untuk menaikkan tegangan (Step -up) pada awal sistem transmisi tegangan tinggi. Dalam hubungan hubungan ini perbandingan tegangan tegangan 3 kali perbandingan lilitan lilitan transformator transformator dan tegangan tegangan sekunder mendahului sebesar 30° dari tegangan primernya.
Gambar 9 Trafo Hubungan Delta Bintang
Perhitungan pada hubung Delta Bintang Sisi primer VL1 = Vph1 volt
volt
IL1 = I ph1
Sisi Sekunder Vph2 = VL2 volt
K = Vph2 / V ph1
Iph2 =
I L 2 3
Iph1 =
I L1 3
I ph1
Sisi sekunder
Vph2 =
V L 2 3
volt
IL2 = I ph2
K= Vph2 / V ph1 Daya Total PadaTrafo Tiga Fasa S=
3 VL IL VA atau S = 3.Vph .Iph VA
P=
3 VL.IL.Cosϕ Watt
Q=
3 VL.IL..Sinϕ Var
5. Hubungan Hubungan Zig Zag
Kebanyakan transformator distribusi selalu dihubungkan dihubungkan bintang, salah satu satu syarat yang harus dipenuhi oleh transformat transformator or tersebut adalah ketiga fasanya fasanya harus diusa diusahak hakan an seimban seimbang. g. Apabil Apabilaa beban beban tidak tidak seim seimban bang g akan akan menyeba menyebabk bkan an timbul timbulnya nya tegangan tegangan titik titik bintang bintang yang tidak tidak diinginkan, diinginkan, karena karena tegangan pada peralatan yang digunakan pemakai akan berbeda-beda.Untuk menghindari terjadinya tegangan titik bintang, diantaranya diantaranya adalah adalah dengan menghubungkan menghubungkan sisi sekunder sekunder dalam dalam hubungan Zigzag. Dalam Dalam hubungan hubungan Zig-zag sisi sekunder sekunder terdiri atas enam enam kumparan kumparan yang dihubungka dihubungkan n secara secara khusus (Gambar )
Tegangan Titik Bintang eb = 0 e e e1 = , nilai tegangan fasa ez = 2 2 sedangkan tegangan jala jala e Ez = ez 3 = 3 2
3
6. Transformator Tiga Fasa dengan Dua Kumparan Selain hubungan transforamator seperti telah dijelaskan pada sub-bab sebelumnya, ada transformator tiga fasa dengan dua kumparan. Tiga jenis hubungan yang umum digunakan adalah : • V - V atau “ Open Δ “ • “ Open Y - Open Δ “ • Hubungan T – T Hubungan Open Delta
Ini dimungkinkan untuk mentransformasi sistem tegangan 3 fasa hanya menggunakan 2 buah trafo yang terhubung secara open delta. Hubungan open delta identik dengan hubungan delta delta tetapi salah satu trafo tidak dipasang. Hubungan ini jarang digunakan karena load capacity nya hanya 86.6 % dari kapasitas kapasitas terpasangnya terpasangnya . Sebagai contoh: Jika dua buah trafo 50 kVA dihubungkan secara open delta, maka kapasitas terpasang yangseharusnya adalah 2 x 50 = 100 kVA. Namun, kenyatannya hanya dapat menghasilkan 86.6 kVA, sebelum akhirnya trafo mengalami overheat. Hubungan open delta umumnya digunakan dalam situasi yang darurat. Perhitungan pada Trafo Hubung Open Delta Daya S saat dihubungkan delta
3 VL IL VA
Δ= Gambar 10 Trafo Hubungan Zig Zag
Ujung-ujung dari kumparan kumparan sekunder disambungkan disambungkan sedemikian rupa, supaya supaya arah aliran aliran arus arus didalam didalam tiap-tiap tiap-tiap kumparan kumparan menjadi menjadi bertentanga bertentangan. n. Karena Karena e1 tersambung secara berlawanan berlawanan dengan gulungan gulungan e2, sehingga sehingga jumlah jumlah vektor vektor dari dari kedua tegangan tegangan itu itu menjadi : eZ1 = e1 – e2 eZ2 = e2 – e3 eZ3 = e3 – e1
eZ1 + eZ2 + eZ3 = 0 = 3 eb
Iph2 =
I L 3
menjadi arus jala jala
Daya saat dihubungkan V – V
I L = VL IL VA 3
3 VL
=
Perbandingan daya saat Hubungan Δ dengan V: S saat V – V = VL IL S saat Δ =
1 3
3 VL IL
x 100 % = 57.7 %
Gambar 12 Hubungan Scott atau T-T
Gambar 11 Trafo Hubungan open Delta / V – V
Kekurangan Hubungan ini adalah : • Faktor daya rata-rata, pada pada V - V beroperasi beroperasi lebih kecil dari P.f beban, kira kira 86,6% dari faktor daya beban beban seimbang seimbang.. • Teganga Tegangan n termina terminall sekun sekunder der cende cenderung rung tidak tidak seimbang, apalagi saat beban bertambah.
Gambar 13 Trafo hubungan Open Y open Delta
Hubungan Open Y - Open Δ diperlihatkan diperlihatkan pada Gambar diatas, diatas, ada perbedaan perbedaan dari hubungan V - V karena karena penghant penghantar ar titik titik tengah tengah pada sisi sisi primer primer dihubungkan dihubungkan ke netral netral (ground). Hubungan ini bisa digunakan pada transformator transformator distribusi. Hubungan Scott atau T - T Hubungan Hubungan ini merupak merupakan an transfo transformas rmasii tiga fasa fasa ke tiga tiga fasa fasa dengan dengan bant bantuan uan dua buah buah transformator (Kumparan). Satu dari transformator transformator mempunyai “Centre Taps “ pada sisi primer dan sekund sekundern ernya ya dan diseb disebut ut “ Main Transformer “. Transformator yang yang lainnya lainnya mempunyai mempunyai “0,866 Tap Tap “ dan disebut “Teaser Transformer “. Salah satu ujung dari sisi primer dan sekunder sekunder “teaser Transformer” former” disatukan disatukan ke “ Centre Centre Taps” Taps” dari “ main transformer “. “ Teaser Transformer” beroperasi hanya 0,866 dari kemampuan tegangannya dan kumparan “ main transformer “ beroperasi pada Cos 30 ° = 0,866 p.f, yang ekuivalen dengan “ main transformer “ bekerja pada 86,6 % dari kemampuan daya semunya.
IV.
Kesimpulan
Transformator 3 fasa banyak di aplikasikan untuk menangani listrik dengan daya yang besar. Terdapat berbagai macam hubungan pada trafo tiga fasa yang dalam penggunaannya disesuaikan dengan kebutuhan dan rating tegangan yang akan di pikulnya. Salah satu hubungan pada trafo tiga fasa yang sering di pakai adalah Hubungan Delta Bintang dan Bintang Delta, kedua jenis hubungan ini biasanya dipakai dalam sistem tenaga listrik khususnya pada bagian transmisi listrik untuk menaikkan tegangan ( Δ-Y) dan menurunkan tegangan ( Y - Δ ). Untuk suatu keadaan darurat, trafo hubung delta dapat dibuat menjadi open delta namun dengan kapasiatas hanya 86.6 % dari kapasitas terpasangnya. V.
Daftar Pustaka
Electrical Machines, Drives and 1. Theodore Theodore Wildi, Wildi, Electrical Power Systems 3rd ,Prentice ,Prentice Hall Inc, New Jersey, 1997. 2. Sumardjati, Prih, dkk, Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik Jilid 3 untuk SMK , Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan, Direk Direktor torat at Jender Jenderal al Mana Manaje jemen men Pendid Pendidika ikan n Dasar dan Menengah, Departemen Departemen Pendidikan Nasional. Jakarta .2008
