TRANSFORMATOR
1.PengertianTransformator Transformator 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. Transformator digunakan secara luas, baik dalam bidang tenaga listrik maupun elektronika. Penggunaan transformator dalam sistem tenaga memungkinkan terpilihnya tegangan yang sesuai , dan ekonomis untuk tiap-tiap keperluan misalnya kebutuhan akan tegangan tinggi dalam pengiriman daya listrik jarak jauh. Dalam bidang elektronika, transformator digunakan antara lain sebagai gandengan impedansi antara sumber dan beban; untuk memisahkan satu rangkain dari rangkaian yang lain; dan untuk menghambat arus searah sambil tetap melakukan atau mengalirkan arus bolak-balik antara rangkaian.
Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain tanpa merubah frekuensi dari sistem, melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnet. Trafo digunakan secara luas,
baik dalam bidang tenaga listrik maupun elektronika. Penggunaan trafo dalam system tenaga memungkinkan terpilihnya tegangan yang sesuai dan ekonomis untuk tiap- tiap keperluan misalnya kebutuhan akan tegangan tinggi dalam pengiriman daya listrik jarak jauh. Masing–masing tipe transformator memiliki kekhususan dalam perencanaan dan pembuatan yang disesuaikan dengan pemakaiannya. Walaupun demikian semua tipe transformator mempunyai prinsip dasar yang sama. Pada umumnya transformator terdiri atas sebuah inti, yang terbuat dari besi berlapis dan dua buah kumparan, yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder. Rasio perubahan tegangan akan tergantung dari rasio jumlah lilitan pada kedua kumparan. Biasanya kumparan terbuat dari kawat tembaga yang dibelit seputar “kaki” inti transformator. 2.Jenis-jenisTransformator Berdasarkan frekuensi, transformator dapat dikelompokkan sebagai berikut : 1. frekuensi daya, 50 – 60 c/s 2. frekuensi pendengaran, 50 c/s – 20 kc/s 3. frekuensi radio, diatas 30 kc/s. Berdasarkan fungsinya, trafo dibagi menjadi empat kategori : - Trafo utama /daya (50 Hz, atau 60 Hz ) - Trafo frekuensi audio ( 20 Hz - 20 Khz ) - Trafo frekuensi tinggi (≥ 100 k Hz) - Trafo pulsa ( 1k Hz - 100 kHz) Hubungan antara tegangan primer dan sekunder Macam–macam transformator menurut pemakaiannya dalam bidang tenaga listrik dikelompokkan menjadi : a.TransformatorDaya Transformator ini biasanya digunakan untuk menyalurkan daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya. b.TranformatorDistribusi Transformator ini biasanya digunakan untuk menurunkan tegangan transmisi menjadi tegangan distribusi.
c.TransformatorInstrument Transformator ini biasanya digunakan untuk pengukuran yang terdiri atas transformator arus dan transformator tegangan. Berdasarkan cara melilitkan kumparan pada inti, dikenal 3 macam transformator, yaitu tipe inti, tipe cangkangdan tipe berry. 1.TipeInti (Core Type) Untuk belitan yang memiliki inti besi yang dilaminasi 2. Tipe Cangkang (Stell Type)
Memiliki lilitan yang mengelililngi inti yang berbeda di tengah-tengah, jadi perbedaan yang dibandingkan tipe inti yakni lilitannya berada pada satu kaki yangsama, Pada tipe cangkang mempunyai tiga buah kaki, dan hanya kaki yang tengah – tengah dibelit oleh kedua kumparan. Kedua kumparan dalam tipe cangkang ini tidak tergabung secara elektrik, melainkan saling tergabung secara magnetik melalui inti. 3. Tipe Berry (Coil Type) Transformator dengan tipe ini hanya didasarkan pada perencanaan, inti transformator ini terdiri dari lempengan-lempengan yang dalam group tersebut terpancar dari sebuah pusat inti. Masing–masing tipe transformator memiliki kekhususan dalam perencanaan dan pembuatan yang disesuaikan dengan pemakaiannya. Walaupun demikian semua tipe transformator mempunyai prinsip dasar yang sama. Selain jenis transformator diatas ada 2 jenis transformator yang paling sering dipakai, yaitu : 1. Transformator tegangan Trafo tegangan digunakan untuk menurunkan tegangan sistem dengan perbandingan transformasi tertentu. Transformator Tegangan/Potensial (PT) adalah trafo instrument yang berfungsi untuk merubah tegangan tinggi menjadi tegangan rendah sehingga dapat diukur dengan Volt meter. Prinsip kerja trafo jenis ini sama dengan trafo daya, meskipun demikian rancangannya berbeda dalam beberapa hal, yaitu : a. Kapasitasnya kecil (10 s/d 150 VA), karena digunakan untuk daya yang kecil. b. Galat faktor transformasi dan sudut fasa tegangan primer dan sekuder lebih kecil untuk mengurangi kesalahan pengukuran. c. Salah satu terminal pada sisi tegangan tinggi dibumikan/ ditanahkan. d. Tegangan pengenal sekunder biasanya 100 atau 100√3 V
Ada dua macam trafo tegangan yaitu : a. Transformator tegangan magnetik. Transformator ini pada umumnya berkapasitas kecil yaitu antara 10 – 150 VA. Faktor ratio dan sudut fasa trafo tegangan sisi primer dan tegangan sekunder dirancang sedemian rupa supaya faktor kesalahan menjadi kecil. Salah satu ujung kumparan tegangan tinggi selalu diketanahkan. Trafo tegangan kutub tunggal yang dipasang pada jaringan tiga fasa disamping belitan pengukuran, biasanya dilengkapi lagi dengan belitan tambahan yang digunakan untuk mendeteksi arus gangguan tanah. Belitan tambahan dari ketiga trafo tegangan dihubungkan secara seri b. Trafo Tegangan Kapasitip Trafo pembagi tegangan kapasitip dipakai untuk keperluan pengukuran tegangan tinggi, sebagai pembawa sinyal komunikasi dan kendali jarak jauh. Pada tegangan pengenal yang lebih besar dari 110
kV, karena alasan ekonomis maka trafo tegangan menggunakan pembagi tegangan dengan menggunakan kapasitor sebagai pengganti trafo tegangan induktif. Pembagi tegangan kapasitif dapat digambarkan seperti gambar dibawah ini. Oleh pembagi kapasitor, tegangan pada C2 atau tegangan primer trafo penengah V1 diperoleh dalam orde puluhan kV, umumnya 5, 10, 15 dan 20 kV. Kemudian oleh trafo magnetik tegangan primer diturunkan menjadi tegangan sekunder standar 100 atau 100√3 Volt. Jika terjadi tegangan lebih pada jaringan transmisi, tegangan pada kapasitor C2 akan naik dan dapat menimbulkan kerusakan pada kapasitor tersebut. Untuk mencegah kerusakan tersebut dipasang sela pelindung (SP). Sela pelindung ini dihubung seri dengan resistor R untuk membatasai arus saat sela pelindung bekerja untuk mencecah efek feroresonansi. Keburukan trafo tegangan kapasitor adalah terutama karena adanya induktansi pada trafo magnetik yang non linier, mengakibatkan osilasi resonansinya yang timbul menyebabkan tegangan tinggi yang cukup besar dan menghasilkan panas yang tidak diingikan pada inti magnetik dan belitan sehingga menimbulkan panas yang akan mempengaruhi hasil penunjukan tegangan. Diperlukan elemen peredam yang akan mengahsilkan tidak ada efek terhadap hasil pengukuran walaupun kejadian tersebut hanya sesaat. Berdasarkan perbandingan antara jumlah lilitan primer dan jumlah lilitan skunder transformator tegangan ada dua jenis yaitu: 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). 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). Dengan memilih jumlah lilitan yang sesuai untuk tiap kumparan dapat dihasilkan GGL kumparan sekunder yang berbeda dengan GGL kumparan primer. Hubungan GGL atau tegangan primer (Vp) tegangan sekunder (Vs), jumlah lilitan kumparan primer (np) dan jumlah lilitan kumparan sekunder (ns) Menurut kutubmya trafo tegangan dibedakan menjadi dua yaitu : 1) Trafo satu kutub : trafo tegangan yang salah satu terminalnya dibumikan / ditanahkan, dipergunakan untuk tegangan diatas 30 kV 2) Trafo dua kutub : trafo tegangan yang kedua terminalnya diisolir dari bumi / tanah, hanya digunakan untuk tegangan dibawah 30 kV Berdasarkan jenis tegangan, trafo tegangan dibedakan menjadi 2, yaitu : • Transformator satu fasa, bila transformator digunakan untuk memindahkan tenaga listrik satu fasa. • Transformator tiga fasa, bila transformator digunakan untuk memindahkan tenaga listrik tiga fasa.
2. Transformator Arus Transformator arus biasanya digunakan untuk mengukur arus beban yang besar dalam suatu rangkaian. Dengan menggunakan transformator arus maka arus beban yang besar dapat diukur hanya dengan menggunakan alat ukur amperemeter yang rangenya tidak terlalu besar. Kumparan primer trafo arus dihubungkan seri dengan jaringan atau peralatan yang akan diukur arusnya, sedang kumparan sekunder dihubungkan dengan meter atau relay proteksi. Pada umumnya peralatan ukur dan relay membutuhkan arus 1 atau 5 A. Trafo arus bekerja sebagai trafo yang terhubung singkat, kawasan trafo arus yang digunakan untuk pengukuran biasanya 0,05 s/d 1,2 kali arus yang akan diukur, sedang trafo arus untuk proteksi harus mampu bekerja lebih dari 10 kali arus pengenalnya. Trafo arus digunakan untuk menurunkan arus dengan perbandingan transformasi tertentu dan sekaligus mengisolasi peralatan ukur dari tegangan sistem yang diukur. Transformator Arus (CT) adalah trafo instrument yang berfungsi untuk merubah arus besar menjadi arus kecil sehingga dapat diukur dengan Amper meter. Gaya gerak magnet ini mempruduksi fluks pada inti, kemudian membangkitkan gaya gerak listrik (GGL) pada kumparan sekunder. Jika termianal kumparan sekunder tertutup, maka pada kumparan sekunder mengalir arus I2 , arus ini menimbulkan gaya gerak magnet N1I1 pada kumparan sekunder. Bila trafo tidak mempunyai rugi-rugi (trafo ideal) berlaku persamaan : N1I1=N2I2 Trafo arus digunakan untuk pengukuran arus yang besarnya ratusan amper lebih yang mengalir pada jaringan tegangan tinggi. Jika arus hendak diukur mengalir pada tegangan rendah dan besarnya dibawah 5 amper, maka pengukuran dapat dilakukan secara langsung sedangkan arus yang besar tadi harus dilakukan secara tidak langsung dengan menggunakan trafo arus sebutan trafo pengukuran arus yang besar. Disamping untuk pengukuran arus, trafo arus juga dibutuhkan untuk pengukuran daya dan energi, pengukuran jarak jauh dan rele proteksi. Kumparan primer trafo arus dihubungkan secara serie dengan jaringan atau peralatan yang akan diukur arusnya, sedangkan kumparan sekunder dihubungkan dengan peralatan meter dan rele proteksi. Trafo arus bekerja sebagai trafo yang terhubung singkat. Kawasan kerja trafo arus yang digunakan untuk pengukuran biasanya 0,05 sampai 1,2 kali arus yang akan diukur. Trafo arus untuk tujuan proteksi biasanya harus mampu bekerja lebih dari 10 kali arus pengenalnya. Prinsip kerja tansformator ini sama dengan trafo daya satu fasa. Jika pada kumparan primer mengalir arus I1, maka pada kumparan primer akan timbul gaya gerak magnet sebesar N1 I1. Gaya gerak magnet ini memproduksi fluks pada inti. Fluks ini membangkitkan gaya gerak listrik pada kumparan sekunder. Jika kumparan sekunder tertutup, maka pada kumparan sekunder mengalir arus I2. arus ini menimbulkan gaya gerak magnet N2I2 pada kumparan sekunder. Pada trafo arus biasa dipasang burden pada bagian sekunder yang berfungsi sebagai impedansi beban,
sehingga trafo tidak benar-benar short circuit. Apabila trafo adalah trafo ideal, maka berlaku persamaan : N1I1 = N2I2 I1/I2 = N2/N1 Dimana : N1 = Jumlah belitan kumparan primer N2 = Jumlah belitan kumparan sekunder I1 = Arus kumparan primer I2 = Arus kumparan sekunder
Perbedaan utama trafo arus dengan trafo daya adalah: jumlah belitan primer sangat sedikit, tidak lebih dari 5 belitan. Arus primer tidak mempengaruhi beban yang terhubung pada kumparan sekundernya, karena arus primer ditentukan oleh arus pada jaringan yang diukur. semua beban pada kumparan sekunder dihubungkan seri. terminal sekunder trafo tidak boleh terbuka, oleh karena itu terminal kumparan sekunder harus dihubungkan dengan beban atau dihubung singkat jika bebannya belum dihubungkan. a. Jenis-Jenis Trafo Arus 1. Jenis Trafo Arus Menurut Jumlah Kumparan Primer Jenis Kumparan (Wound) Biasa digunakan untuk pengukuran pada arus rendah, burden yang besar, atau pengukuran yang membutuhkan ketelitian tinggi. Belitan primer tergantung pada arus primer yang akan diukur, biasanya tidak lebih dari 5 belitan. Penambahan belitan primer akan mengurangi faktor thermal dan dinamis arus hubung singkat. Jenis Bar (Bar) Konstruksinya mampu menahan arus hubung singkat yang cukup tinggi sehingga memiliki faktor thermis dan dinamis arus hubung singkat yang tinggi. Keburukannya, ukuran inti yang paling ekonomis diperoleh pada arus pengenal yang cukup tinggi, yaitu 1000A.
2. Jenis Trafo Arus Menurut Jumlah Rasio Jenis Rasio Tunggal Rasio tunggal adalah trafo arus dengan satu kumparan primer dan satu kumparan sekunder. Jenis Rasio Ganda Rasio ganda diperoleh dengan membagi kumparan primer menjadi beberapa kelompok yang dihubungkan seri atau paralel. 3. Jenis Trafo Arus Menurut Jumlah Inti Inti Tunggal Digunakan apabila sistem membutuhkan salah satu fungsi saja, yaitu untuk pengukuran atau proteksi.
Inti Ganda Digunakan apabila sistem membutuhkan arus untuk pengukuran dan proteksi sekaligus. 4. Jenis Trafo Arus Menurut Konstruksi Isolasi Isolasi Epoksi-Resin Biasa dipakai hingga tegangan 110KV. Memiliki kekuatan hubung singkat yang cukup tinggi karena semua belitan tertanam pada bahan isolasi. Terdapat 2 jenis, yaitu jenis bushing dan pendukung. Isolasi Minyak-Kertas Isolasi minyak kertas ditempatkan pada kerangka porselen. Merupakan trafo arus untuk tegangan tinggi yang digunakan pada gardu induk dengan pemasangan luar. Dibedakan menjadi jenis tangki logam, kerangka isolasi, dan jenis gardu. Kelebihannya, penyulang pada sisi primer lebih pendek, digunakan untuk arus pengenal dan arus hubung singkat yang besar. Isolasi Koaksial Jenis trafo arus dengan isolasi koaksial biasa ditemui pada kabel, bushing trafo, atau pada rel daya berisolasi gas SF6. Sering digunakan inti berbentuk cincin dengan belitan sekunder yang dibelit secara seragam pada cincin dan dimasukkan pada isolasi, dengan demikian terbuka jalan untuk membawa lapisan terluar bagian yang di-ground keluar dari trafo arus. Jenis-jenis transformator lainnya : a. Autotransformator Transformator jenis ini hanya terdiri dari satu lilitan yang berlanjut secara listrik, dengan sadapan tengah. Dalam transformator ini, sebagian lilitan primer juga merupakan lilitan sekunder. Fasa arus dalam lilitan sekunder selalu berlawanan dengan arus primer, sehingga untuk tarif daya yang sama lilitan sekunder bisa dibuat dengan kawat yang lebih tipis dibandingkan transformator biasa. Keuntungan dari autotransformator adalah ukuran fisiknya yang kecil dan kerugian yang lebih rendah daripada jenis dua lilitan. Tetapi transformator jenis ini tidak dapat memberikan isolasi secara listrik antara lilitan primer dengan lilitan sekunder. Selain itu, autotransformator tidak dapat digunakan sebagai penaik tegangan lebih dari beberapa kali lipat (biasanya tidak lebih dari 1,5 kali). b. Autotransformator variabel Autotransformator variabel sebenarnya adalah autotransformator biasa yang sadapan tengahnya bisa diubah-ubah, memberikan perbandingan lilitan primer-sekunder yang berubah-ubah. c. Transformator isolasi Transformator isolasi memiliki lilitan sekunder yang berjumlah sama dengan lilitan primer, sehingga tegangan sekunder sama dengan tegangan primer. Tetapi pada beberapa desain, gulungan sekunder dibuat sedikit lebih banyak untuk mengkompensasi kerugian. Transformator seperti ini berfungsi sebagai isolasi antara dua kalang. Untuk penerapan audio, transformator jenis ini telah banyak digantikan oleh kopling kapasitor.
d. Transformator pulsa Transformator pulsa adalah transformator yang didesain khusus untuk memberikan keluaran gelombang pulsa. Transformator jenis ini menggunakan material inti yang cepat jenuh sehingga setelah arus primer mencapai titik tertentu, fluks magnet berhenti berubah. Karena GGL induksi pada lilitan sekunder hanya terbentuk jika terjadi perubahan fluks magnet, transformator hanya memberikan keluaran saat inti tidak jenuh, yaitu saat arus pada lilitan primer berbalik arah. e. Transformator tiga fasa Transformator tiga fasa sebenarnya adalah tiga transformator yang dihubungkan secara khusus satu sama lain. Lilitan primer biasanya dihubungkan secara bintang (Y) dan lilitan sekunder dihubungkan secara delta (Δ). 3. Komponen-komponen Transformator a. Inti Besi Inti besi berfungsi untuk mempermudah jalan fluksi,magnetik 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. Ada beberapa jenis inti trafo, diantaranya: a. Bentuk EI b. Bentuk L c. Bentuk M d. Bentuk UI
b. Kumparan Transformator Kumparan transformator adalah beberapa lilitan kawat berisolasi yang membentuk suatu kumparan atau gulungan. Kumparan tersebut terdiri dari kumparan primer dan kumparan sekunder yang diisolasi baik terhadap inti besi maupun terhadap antar kumparan dengan isolasi padat seperti karton, pertinak dan lain-lain. Kumparan tersebut sebagai alat transformasi tegangan dan arus. c. Minyak Transformator Minyak transformator merupakan salah satu bahan isolasi cair yang dipergunakan sebagai isolasi dan pendingin pada transformator. Sebagai bagian dari bahan isolasi, minyak harus memiliki kemampuan untuk menahan tegangan tembus, sedangkan Sebagai pendingin minyak transformator harus mampu meredam panas yang ditimbulkan, sehingga dengan kedua kemampuan ini maka minyak diharapkan akan mampu melindungi transformator dari gangguan. Minyak transformator mempunyai unsur atau senyawa hidrokarbon yang terkandung adalah senyawa hidrokarbon parafinik, senyawa hidrokarbon naftenik dan senyawa hidrokarbon aromatik. Selain ketiga
senyawa tersebut, minyak transformator masih mengandung senyawa yang disebut zat aditif meskipun kandungannya sangat kecil .
d. Bushing Hubungan antara kumparan transformator dengan jaringan luar melalui sebuah bushing, yaitu sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator. Bushing sekaligus berfungsi sebagai penyekat / isolator antara konduktor tersebut dengan tangki transformator. Pada bushing dilengkapi fasilitas untuk pengujian kondisi bushing yang sering disebut center tap. e. Tangki Konservator Tangki Konservator berfungsi untuk menampung minyak cadangan dan uap / udara akibat pemanasan trafo karena arus beban. Diantara tangki dan trafo dipasangkan relai bucholzt yang akan meyerap gas produksi akibat kerusakan minyak. Untuk menjaga agar minyak tidak terkontaminasi dengan air, ujung masuk saluran udara melalui saluran pelepasan / venting dilengkapi media penyerap uap air pada udara, sering disebut dengan silica gel dan dia tidak keluar mencemari udara disekitarnya.
4. Pinsip dan Cara Kerja Transformator 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.
Dasar dari teori transformator adalah sebagai berikut : Apabila ada arus listrik bolak-balik yang mengalir mengelilingi suatu inti besi maka inti besi itu akan berubah menjadi magnit (seperti gambar 2.6.) dan apabila magnit tersebut dikelilingi oleh suatu belitan maka pada kedua ujung belitan tersebut akan terjadi beda tegangan mengelilingi magnit, maka akan timbul gaya gerak listrik (GGL).
Apabila kumparan primer dihubungkan dengan tegangan (sumber), maka akan mengalir arus bolakbalik I1 pada kumparan tersebut. Oleh karena kumparan mempunyai inti, arus I1 menimbulkan fluks magnit yang juga berubah-ubah pada intinya. Akibat adanya fluks magnit yang berubah-ubah, pada kumparan primer akan timbul GGL induksi ep. Besarnya GGL induksi pada kumparan primer adalah (Sulasno, p. 114 – 115) :
ep = -Np (dφ/dt)volt dimana
ep = GGL induksi pada kumparan primer Np= Jumlah lilitan kumparan primer dφ= Perubahan garis-garis gaya magnit dalam satuan weber dt = Perubahan waktu dalam satuan detik Fluks magnit yang menginduksikan GGL induksi ep juga dialami oleh kumparan sekunder karena merupakan fluks bersama (mutual fluks). Dengan demikian fluks tersebut menginduksikan GGL induksi es pada kumparan sekunder(Sulasno, p. 114 – 115) : ep = -Ns (dφ/dt)volt dimana Ns adalah jumlah lilitan kumparan sekunder. Dari persamaan ep dan es didapatkan perbandingan lilitan berdasarkan perbandingan GGL induksi, yaitu (Sulasno, p. 114 – 115) : a = ep/ es = Np/Ns a = nilai perbandingan lilitan transformator (turn ratio) Apabila, a <> 1, maka transformator berfungsi untuk menurunkan tegangan (step down) dimana dengan menyusun ulang persamaan akan didapat : sedemikian hingga . Dimana : Vp = tegangan primer (volt) Vs = tegangan sekunder (volt) Np = jumlah lilitan primer Ns = jumlah lilitan sekunder
Dengan kata lain, hubungan antara tegangan primer dengan tegangan sekunder ditentukan oleh perbandingan jumlah lilitan primer dengan jumlah lilitan sekunder. Pada transformator, besarnya tegangan yang dikeluarkan oleh kumparan sekunder adalah: a. Sebanding dengan banyaknya lilitan sekunder (Vs ~ Ns). b. Sebanding dengan besarnya tegangan primer (Vs ~ Vp). c. Berbanding terbalik dengan banyaknya lilitan primer. Sehingga dapat dituliskan: Pada trafo ideal berlaku daya primer sama dengan daya sekunder. Energi listrik sekunder disalurkan ke beban listrik. Besarnya tegangan induksi berlaku persamaan sebagai berikut: U0 = 4,44 B. Afe. f. N Dimana : U0 = Tegangan induksi B = Fluks magnet Afe = Luas inti
f = Frekuensi N = Jumlah belitan
Daya transformator bila ditinjau dari sisi tegangan tinggi (primer) dapat dirumuskan sebagai berikut : S = √3 . V . I (1) dimana : S : daya transformator (kVA) V : tegangan sisi primer transformator (kV) I : arus jala-jala (A) Sehingga untuk menghitung arus beban penuh (full load) dapat menggunakan rumus : IFL (2) dimana : IFL : arus beban penuh (A) S : daya transformator (kVA) V : tegangan sisi sekunder transformator (kV)
5. Rugi–Rugi dan Efisiensi Didalam pengoperasiannya transformator mengalami rugi–rugi daya, baik pada kumparan maupun pada inti besinya. Rugi–rugi daya ini yang mempengaruhi efisiensi kerja dari transformator tersebut. Macam– macam rugi pada transformator adalah : a. Kerugian tembaga. Kerugian dalam lilitan tembaga yang disebabkan oleh resistansi tembaga dan arus listrik yang mengalirinya. Rugi tembaga adalah rugi yang disebabkan arus beban mengalir pada kawat tembaga. Hal ini menimbulkan rugi tembaga (Pcu) sebesar : (Zuhal, p.54) Pcu = I2 R dimana Pcu = Rugi tembaga (Watt) I = Arus (A) R = Tahanan (Ohm) Karena arus beban berubah–ubah, rugi tembaga juga tidak tetap tergantung pada beban. b. Kerugian kopling. Kerugian yang terjadi karena kopling primer-sekunder tidak sempurna, sehingga tidak semua fluks magnet yang diinduksikan primer memotong lilitan sekunder. Kerugian ini dapat dikurangi dengan menggulung lilitan secara berlapis-lapis antara primer dan sekunder. c. Kerugian kapasitas liar. Kerugian yang disebabkan oleh kapasitas liar yang terdapat pada lilitan-lilitan transformator. Kerugian ini sangat mempengaruhi efisiensi transformator untuk frekuensi tinggi. Kerugian ini dapat dikurangi dengan menggulung lilitan primer dan sekunder secara semi-acak (bank winding)
d. Rugi Besi (Pi) Rugi besi adalah rugi yang timbul pada inti transformator sebelum dibebani. Rugi besi ini terdiri atas : 1. Rugi Histerisis Kerugian histeresis. Kerugian yang terjadi ketika arus primer AC berbalik arah. Disebabkan karena inti transformator tidak dapat mengubah arah fluks magnetnya dengan seketika. Kerugian ini dapat dikurangi dengan menggunakan material inti reluktansi rendah. Rugi histerisis dinyatakan sebagai : (Zuhal, p.55) Ph = Kh f Bm dimana : Ph = Rugi–rugi daya histerisis (Watt) Kh = Konstanta histerisis Bm = Kerapatan fluks maksimum (Weber/m2) F = Frekuensi (Hz)
2. Rugi Arus Eddy Kerugian arus eddy (arus olak). Kerugian yang disebabkan oleh GGL masukan yang menimbulkan arus dalam inti magnet yang melawan perubahan fluks magnet yang membangkitkan GGL. Karena adanya fluks magnet yang berubah-ubah, terjadi olakan fluks magnet pada material inti. Kerugian ini berkurang kalau digunakan inti berlapis-lapisan. Rugi arus eddy adalah rugi yang disebabkan arus pusar pada inti besi. Arus pusar ini mengalir pada inti besi karena adanya induksi magnetis yang ditimbulkan oleh kumparan primer pada inti besi. Sama seperti pada rugi histerisis, rugi arus eddy ini akan berakibat timbulnya panas pada inti besi. Untuk memperkecil rugi arus eddy ini dipakai inti besi berupa lembaran– lembaran tipis yang dilapisi dengan lapisan isolasi. Pe = Ke f 2 Bm dimana : Pe = Rugi arus eddy Ke = Konstanta arus eddy Bm = Kerapatan fluks maksimum (Weber/m2) F = Frekuensi (Hz) Jadi rugi besi (Pi) : Pi = Ph + Pe e. Kerugian efek kulit. Sebagaimana konduktor lain yang dialiri arus bolak-balik, arus cenderung untuk mengalir pada permukaan konduktor. Hal ini memperbesar kerugian kapasitas dan juga menambah resistansi relatif lilitan. Kerugian ini dapat dikurang dengan menggunakan kawat Litz, yaitu kawat yang terdiri dari beberapa kawat kecil yang saling terisolasi. Untuk frekuensi radio digunakan kawat
geronggong atau lembaran tipis tembaga sebagai ganti kawat biasa. Efisiensi transformator didefinisikan sebagai perbandingan antara daya listrik keluaran dengan daya listrik yang masuk pada transformator. Pada transformator ideal efisiensinya 100 %, Karena adanya kerugian pada transformator. Maka efisiensi transformator tidak dapat mencapai 100%. Untuk transformator daya frekuensi rendah, efisiensi bisa mencapai 98%. hal ini karena sebagian energi terbuang menjadi panas atau energi bunyi. Efisiensi transformator dapat diketahui dengan rumus :
η = (Po/Pi)100%
