TEORI TRANSFORMATOR
Transformator tenaga adalah suatu peralatan tenaga listrik yang berfungsi untuk menyalurkan tenaga/daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya. sebaliknya. Dalam operasi penyaluran penyaluran tenaga listrik listrik transformato transformatorr dapat dikatakan sebagai jantung dari transmisi dan distribusi. Dalam kondisi ini suatu transf transform ormato atorr diharap diharapkan kan dapat dapat berope beroperas rasii secara secara maksim maksimal al (kalau (kalau bisa bisa terus terus menerus tanpa berhenti). Mengingat kerja keras dari suatu transformator seperti itu itu maka maka cara cara peme pemeli liha haraa raan n juga juga ditu ditunt ntut ut seba sebaik ik mung mungki kin. n. Oleh Oleh kare karena na itu itu transformator harus dipelihara dengan menggunakan sistem dan peralatan yang benar, baik dan tepat. Untuk itu regu pemeliharaan harus mengetahui bagian bagian transformator dan bagian-bagian mana yang perlu diawasi melebihi bagian yang lainnya. Berdasarkan tegangan operasinya dapat dibedakan menjadi transformator 500/ 500/15 150 0 kV dan dan 150/ 150/70 70 kV bias biasaa dise disebu butt Interbus Transformator Transformator (IBT). Transformator 150/20 kV dan 70/20 kV disebut juga trafo distribusi. Titik netral transform formaator
ditan tanahkan
sesu esuai
deng engan
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 rendah atau tahanan tinggi atau langsung di sisi netral 20 kV nya. Transformator dapat dibagi menurut fungsi / pemakaian seperti: 1) Transformator Mesin (Pembangkit). 2) Tarnsformator Gardu Induk. 3) Transformator Distribusi
8
9
Transformator dapat juga dibagi menurut Kapasitas dan Tegangan seperti: 1) Transformator Besar. 2) Tarnsformator Sedang. 3) Transformator Kecil. 3.1. Konstruksi Bagian-bagian Transformator Transformator 3.1.1. Bagian Utama 3.1.1.1
Inti Besi
Berfungsi untuk mempermudah jalan fluksi, yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melalui kumparan. kumparan. Dibuat dari lempengan-le lempengan-lempeng mpengan an besi tipis yang berisolasi, untuk mengurangi panas (sebagai rugi-rugi besi) yang ditimbulkan oleh Eddy Current.
3.1.1.2
Kumparan Transformator Transformator
Adalah beberapa lilitan kawat berisolasi yang membentuk suatu kumpar kumparan. an. Kumpar Kumparan an terseb tersebut ut terdiri terdiri kumpar kumparan an primer primer dan kumpar kumparan an sekunder yang diisolasi baik terhadap inti besi maupun terhadap antar kumpar kumparan an dengan dengan isolas isolasii padat padat sepert sepertii karton karton,, pertin pertinak ak dan lain-la lain-lain. in. Kumparan tersebut sebagai alat transformasi tegangan dan arus.
Gambar 3.1. Kumparan Phasa RST.
3.1.1.3 Minyak Transformator Transformator
10
Sebagian besar kumparan-kumparan dan inti trafo tenaga direndam dalam minyak trafo, terutama trafo-trafo tenaga yang berkapasitas besar, karena minyak trafo mempunyai sifat sebagai isolasi dan media pemindah, sehingga minyak trafo tersebut berfungsi sebagai media pendingin dan isolasi.
3.1.1.4
Bushing
Hubungan antara kumparan trafo ke jaringan luar melalui sebuah bushi bushing ng yaitu yaitu sebuah sebuah konduk konduktor tor yang yang diselu diselubun bungi gi oleh oleh isolat isolator, or, yang yang sekaligus sekaligus berfungsi sebagai penyekat penyekat antara konduktor konduktor tersebut dengan dengan tangki trafo.
Gambar 3.2. Contoh Bushing Transformator
3.1.1.5
Tangki Konservator Konservator
Pada umumnya bagian-bagian dari trafo yang terendam minyak trafo berada (di tempatkan) dalam tangki. Untuk menampung pemuaian minyak trafo, tangki dilengkapi dengan konservator.
11
Gambar 3.3. Konservator Trafo 3.1.2
Peralatan Bantu 3.1.2.1
Pendingin Transformator Transformator
Transformator umumnya diisi minyak sebagai bahan isolasi antara kumparan dengan kumparan dan kumparan dengan kaki. Transformator tenaga umumnya dilengkapi dengan sistem pendingin, yang dimaks dimaksudk udkan an agar agar trafo trafo dapat dapat bekerja bekerja sesuai sesuai rating rating yang yang tertera tertera pada pada spesifikasinya. Trafo yang dilengkapi pendingin adalah yang berkapasitas di atas 10 MVA. Tipe pendingin trafo adalah secara alami dan paksaan, yait yaitu u meng menggu guna naka kan n riben riben (siri (sirip) p),, radi radiat ator or dan dan bant bantua uan n moto motorr untu untuk k mengembus mengembus udara. Banyaknya Banyaknya riben atau motor-moto motor-motorr yang terpasang sesuai dengan kapasitas trafo dan permukaan yang didinginkan. Transf Transform ormato atorr dalam dalam keadaa keadaan n berteg bertegang angan an dan belum belum dibeba dibebani ni akan akan timbul timbul rugi-r rugi-rugi ugi yang yang dapat dapat menimb menimbulk ulkan an kondis kondisii trafo trafo terseb tersebut ut panas, panas, namun panas yang timbul timbul kecil. Apabila transformator transformator tersebut dibebani maka kumparan dan minyak di dalam trafo akan bertambah panas sesuai dengan kenaikan bebannya. Panas yang timbul pada kumparan akan diteru diteruska skan n secara secara konduk konduksi si pada pada minyak minyak trafo trafo yang yang berfun berfungsi gsi sebaga sebagaii pendingin pendingin.. Baik kumparan kumparan maupun maupun minyak minyak trafo mempunyai mempunyai batas-batas batas-batas operasi panas yang diijinkan. Isolasi kumparan yang terdiri dari kertas kraft mempunyai batas panas yang diijinkan sesuai dengan kelas isolasi spesifikasi trafo. Demikian juga minyak isolasi trafo mempunyai batas
12
panas yang diijinkan. Apabila panas-panas tersebut dilampaui maka isolasi akan akan rusak rusak dan secara secara keselu keseluruh ruhan an transf transform ormato atorr tersebu tersebutt akan akan rusak. rusak. Panas tersebut harus direduksi dengan memasang sistem pendingin yaitu: riben, radiator kipas-kipas dan pompa minyak. (a )
Pendingin De Dengan Ri Riben Tran Transf sfor orma mato torr deng dengan an kapa kapasi sitas tas 10 samp sampai ai deng dengan an 30 MVA MVA menggu menggunak nakan an riben riben atau atau siripsirip-sir sirip ip sebaga sebagaii pendin pendingin gin.. Minyak Minyak panas yang ditimbulkan oleh panas kumparan akan terjadi pada bagian atas trafo sementara minyak yang dingin berada di bawah bagian trafo. Kondisi ini secara alami akan mengalir dari bawah trafo trafo dan diteru diteruska skan n melalu melaluii riben riben atau atau sirip sirip pendin pendingin gin,, yang yang dirancang sedemikian sehingga minyak panas yang melalui riben akan didinginkan oleh aliran udara luar.
(b)
Pendingin Menggunakan Kipas Transf Transform ormato atorr dengan dengan kapasi kapasitas tas lebih lebih dari dari 30 MVA biasan biasanya ya dileng dilengkap kapii dengan dengan riben riben kipas kipas pendin pendingin gin,, radiat radiator or dan pompa pompa minyak. •
Menggunakan Riben dan Kipas Minyak trafo panas yang dialirkan melalui riben seperti yang dijelaskan di atas akan dihembus dengan udara dari dari kipa kipass pend pendin ingi gin, n, baik baik seca secara ra vert vertik ikal al atau ataupu pun n hori horizo zont ntal al sehi sehing ngga ga miny minyak ak pana panass sebe sebelu lum m masu masuk k kedalam kedalam trafo trafo telah telah diding didingink inkan an dengan dengan udara udara luar luar dengan bantuan kipas angin.
•
Menggunakan radiator dan Kipas Pendingin Minyak Minyak panas dari dalam trafo dipompa dipompa dengan dengan motor pompa minyak dialirkan melalui radiator-radiator dan pad padaa bagi bagian an depa depan n radiat radiator or terp terpas asan ang g kipa kipass-ki kipa pass pen pendi ding ngin in yang yang akan akan mena menari rik k udar udaraa pana panass yang yang ditimbulkan oleh minyak panas ke udara luar dan dari
13
sela-sela radiator akan mengalir udara segar yang akan mendinginkan minyak trafo.
Gambar 3.4. Pendingin Sirip dan Kipas 3.1.2.2 Pengaruh Panas pada Transformator Transformato r
Panas lebih pada trafo adalah sangat merusak pengaruhnya baik pada sistem solasi maupun minyak trafo. Besi maupun tembaga umumnya tidak berpengaruh. (a)
Kertas Selulose Mate Materi rial al isol isolas asii dapa dapatt menc menciu iutt dan dan sang sangat at rapu rapuh. h. Peng Pengar aruh uh sekunder dari panas lebih juga sangat penting misalnya produksi gas dan free water pada waktu terjadi dekomposisi dari material pressboard dan kertas. Jika ada free water yang tersisa selanjutnya akan mempercepat proses degradasi isolasi. Jika terdapat gasses selama selama dekomp dekomposi osisi si tak dapat dapat keluar keluar dari dari windin winding g gelemb gelembung ung-gelemb gelembung ung dapat dapat terkum terkumpul pul pada pada daerah daerah tekana tekanan n listri listrik k yang yang ting tinggi gi,, akan akan memi memind ndah ahkan kan miny minyak ak ( displ displace ace oil ) dan akan member memberika ikan n kerusa kerusakan kan sebelu sebelum m waktun waktunya ya ( premature failure). Oleh karena itu sejak transformator tidak tahan terhadap hubung singka singkat, t, tegang tegangan an impuls impulse, e, switch switching ing surge, surge, beban beban lebih lebih dari dari transformator harus dibatasi dari hot spot temperatur tidak lebih dari 1400C.
14
(b)
Minyak Mineral Meng Mengin inga gatt lagi lagi atur aturan an untu untuk k kerta kertass selu selulo lose se seba sebaga gaii “80 C” sement sementara ara minyak minyak trafo trafo berope beroperas rasii pada pada “100 C”. Pemili Pemilik k atau atau operator operator harus berpendapat berpendapat dua temperatur temperatur kritis yaitu 1500 C dan 1100 C untu untuk k isol isolas asii pada padatt dan dan 600 C untu untuk k isol isolas asii miny minyak ak trafo. trafo.Umu Umurr minyak minyak trafo trafo yang yang bergu berguna na dapat dapat dihara diharapka pkan n jika jika temperatur minyak bagian atas tidak lebih dari 600 C. Harapan umur berguna minyak trafo kondisi energize dapat mencapai 20 tahun sebelum mencapai titik kritis jumlah kandungan asam 0,25 mg KOH/ KOH/g. g. Juml Jumlah ah kand kandun unga gan n asam asam ini ini tak terc tercap apai ai,, ting tingka katt per perub ubah ahan an umur umur miny minyak ak traf trafo o dari dari lini linier er menj menjad adii
fung fungsi si
eksp ekspon onen ensi sial al.. Umur Umur berg bergun unaa miny minyak ak trafo trafo dipo dipoto tong ng ½ untu untuk k kenaikan setiap 100 C beyond 60 0 C faktor yang lain konstan. Tabel berik berikut ut memper memperlih lihatk atkan an period periodee waktu waktu yang yang diharap diharapkan kan pada pada bermacam-macam suhu operasi untuk mencapai jumlah kandungan asam kritis. Sementara ANSI/IEEE ANSI/IEEE membuat membuat kriteria kriteria untuk kertas kraft kraft dan untuk untuk isolas isolasii minyak minyak tidak tidak ada petunj petunjuk. uk. Selanj Selanjutn utnya ya disara disaranka nkan n pemili pemilik k atau atau operat operator or menjag menjagaa kebena kebenaran ran pikiran pikiran : umur umur maks maksim imum um miny minyak ak dan dan kert kertas as adal adalah ah 600 C adal adalah ah temperatur maksimum minyak bagian atas yang diijinkan. Apabila temp temper erat atur ur
mele melebi bihi hi
600
C, sege segera ra amb ambil
lang langka kah h
untu untuk k
membenarkan masalah ini. Rugi Listrik, Rugi-rugi I 2R konduktor dan rugi rugi inti inti yang yang bertam bertambah bah dengan dengan naikny naiknyaa temper temperatur atur.. Ini merupakan pemborosan energi dalam bentuk panas. (c)
Polimeric Wire Coating Untuk Untuk beberap beberapaa jenis jenis coatin coating g polime polimeric ric konduk konduktor tor temper temperatu atur r mencapai 1200 C dan lebih tinggi lagi dapat menghasilkan rugirugi dielektrik yang signifikan.
15
3.1.2.3
Tap Changer
Tap changer adalah alat perubah perbandingan transformasi untuk mendapatkan tegangan operasi sekunder yang lebih baik (diinginkan) dari tegangan jaringan/primer yang berubah-rubah. Tap changer yang hanya bisa bisa berop beroperas erasii untuk untuk memind memindahk ahkan an tap transfo transforma rmator tor dalam dalam keadaa keadaan n transformator tidak berbeban disebut “Off Load Tap Changer ” dan hanya dapat dioperasikan manual. Tap Tap chan change gerr yang yang dapa dapatt bero berope pera rasi si untu untuk k memi memind ndah ahka kan n tap tarnsformator, dalam keadaan transformator berbeban disebut “On Load
Tap Changer ” dan dapat dioperasikan secara manual atau otomatis. Ada dua cara kerja tap changer : (a) (a)
Meng Mengub ubah ah tap tap dal dalam am kead keadaa aan n tra trafo fo tanp tanpaa beb beban an..
(b)
Mengubah tap dalam keadaan trafo berbeban (On Load Load Tap Tap
Changer/OLTC ) Tran ransfo sformat rmator or
yang ang
terp terpas asan ang g
di
gard gardu u
ind induk
pada ada
umumn mumnya ya
menggunakan tap changer yang dapat dioperasikan dalam keadaan trafo berb berbeb eban an dipa dipasa sang ng di sisi sisi prim primer. er. Seda Sedang ngka kan n tran transf sfor orma mato torr pena penaik ik tega tegang ngan an di pemb pemban angk gkit it atau atau pada pada trafo trafo kapa kapasi sita tass keci kecil, l, umum umumny nyaa menggu menggunak nakan an tap chang changer er yang yang dioper dioperasi asikan kan hanya hanya pada pada saat saat tenaga tenaga beban OLTC terdiri dari: 1. Selector Switch. 2. Diverter Switch, dan 3. Transisi Resistor Untuk mengisolasi dari bodi trafo (tanah) dan meredam panas pada saat proses perpindahan tap, maka OLTC direndam di dalam minyak isolasi yang biasanya terpisah dengan minyak isolasi utama trafo (ada beberapa trafo yang compartemennya menjadi satu dengan main tank). Karena pada proses perpindahan hubungan tap di dalam minyak terjadi fenomena elektris, mekanis, kimia dan panas, maka minyak isolasi OLTC kualit kualitasn asnya ya akan akan cepat cepat menuru menurun, n, tergant tergantung ung dari dari jumlah jumlah kerjan kerjanya ya dan adanya kelainan di dalam OLTC
16
3.1.2.4 Alat Pernapasan (Silicagel)
Karena pengaruh naik turunnya beban transformator maupun udara luar, luar, maka maka suhu suhu minyak minyak pun akan akan beruba berubah-u h-ubah bah mengik mengikuti uti keadaa keadaan n tersebut. Bila suhu minyak tinggi, minyak akam memuai dan mendesak udara di atas atas perm permuk ukaan aan miny minyak ak kelu keluar ar dari dari tang tangki ki,, seba sebali likn knya ya apab apabil ilaa suhu suhu minyak turun, minyak menyusut maka udara luar akan masuk ke dalam tangki. Kedua proses di atas disebut pernapasan transformator. Akibat pernapasan transformator tersebut maka permukaan minyak akan selalu bersinggungan dengan udara luar. Udara luar yang lembab akan menurunka menurunkan n nilai tegangan tembus tembus minyak minyak transformato transformator, r, maka untuk mencegah hal tersebut, pada ujung pipa penghubung udara luar dilengkapi dengan alat pernapasan, berupa tabung berisi kristal zat hygroskopis .
3.1.2.5
Indikator
Untuk Untuk mengawasi mengawasi selama selama transformat transformator or beroperasi, beroperasi, maka perlu adanya indikator pada transformator sebagai berikut: (a) Indikator suhu minyak (b) Indikator permukaan minyak (c) Indikator sistem pendingin (d) Indikator kedudukan tap (e) Dan sebagainya
17
Gambar 3.5. Alat Pengukur Suhu
3.1.3.
Peralatan Proteksi
3.1.3.1 Rele Bucholz
Rele Bucholz adalah alat/rele untuk mendeteksi dan mengamankan terhadap gangguan di dalam transformator yang menimbulkan gas. Gas yang timbul diakibatkan oleh karena: a. Hubung singkat antar lilitan/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.
3.1.3.2
Pengaman Tekanan Lebih ( Explosive Membrane/ Pressureelief Vent
Alat ini berupa berupa membrane yang dibuat dari kaca, plastik, tembaga atau katup berpegas, berpegas, berfungsi berfungsi sebagai sebagai pengaman pengaman tangki transformat transformator or terhadap kenaikan tekanan gas yang timbul di dalam tangki (yang akan pecah pada tekanan tertentu) dan kekuatannya lebih rendah dari kekuatan tangki transformator.
18
3.1.3.3 Rele Tekanan Lebih ( Sudden Pressure Relay) Relay)
Rele Rele ini ini berf berfun ungs gsii hamp hampir ir sama sama sepe seperti rti rele rele Buch Buchol olz, z, yakn yaknii pengaman terhadap gangguan di dalam transformator. Bedanya rele ini hanya hanya bekerj bekerjaa oleh oleh kenaik kenaikan an tekana tekanan n gas yang yang tiba-ti tiba-tiba ba dan langsu langsung ng menjatuhkan PMT.
3.1. 3.1.4. 4.
Pera Perala lata tan n Tamb Tambah ahan an un untu tuk k Peng Pengam aman an Tr Tran ansf sfor orma mato torr
3.1.4.1 Rele Diffrensial
Berfungsi Berfungsi mengamank mengamankan an transformato transformatorr dari gangguan gangguan di dalam transformat transformator or antara lain, Flash Over antara kumparan atau kumparan dengan tangki atau belitan dengan belitan di dalam kumparan ataupun beda kumparan.
3.1.4.2 Rele Arus Lebih
Berfungsi Berfungsi mengamank mengamankan an transformato transformatorr dari arus yang melebihi melebihi dan dari arus yang telah diperkenankan lewat dari transformator tersebut dan arus lebih ini dapat terjadi oleh karena beban lebih atau gangguan hubung singkat.
3.1.4.3 Rele Tangki Tanah
Berfun Berfungsi gsi untuk untuk mengam mengamank ankan an transf transform ormato atorr bila bila ada hubung hubung sing singka katt anta antara ra bagi bagian an yang yang bert berteg egan anga gan n deng dengan an bagi bagian an yang yang tida tidak k bertegangan pada transformator.
3.1.4.4 Rele Hubung Tanah
Berfungsi untuk mengamankan transformator bila terjadi gangguan satu phasa ke tanah.
19
3.1.4.5 Rele Termis
Berfun Berfungsi gsi untuk untuk menceg mencegah ah / mengam mengamank ankan an transf transform ormato atorr dari dari kerusakan isolasi kumparan, akibat adanya panas lebih yang ditimbulkan arus arus lebih lebih.. Besa Besarn rnya ya yang yang diuk diukur ur di dalam dalam rele rele ini ini adal adalah ah kena kenaik ikan an temperatur.
3.1.4.6 Minyak Trafo (Transformator Oil )
Fungsi dari Minyak Trafo adalah: Insulator yaitu menginsolasikan kumparan di dalam trafo supaya tidak terjadi loncatan bunga api listrik (hubungan pendek) akibat tegangan tinggi. Pendingin yaitu mengambil panas panas yang yang ditimb ditimbulk ulkan an sewakt sewaktu u trafo trafo berbeb berbeban an lalu lalu melepa melepaska skanny nnya. a. Melindungi kompon komponenen-kom kompo ponen nen di dalam dalam trafo trafo terhad terhadap ap koros korosii dan
oksidasi.
