TRANSFORMATOR (TRAFO)

Definisi             

          Transformator atau yg biasa disingkat dengan trafo merupakan peralatan listrik statis, yang digunakan untuk memindahkan daya dari satu rangkaian ke rangkaian yang lain, dengan mengubah tegangan,tanpa mengubah frekwensi.. Trafo terdiri dari dua kumparan konduktor yang saling berinduksi (mutual inductance). Kumparan ini terdiri dari lilitan konduktor berisolasi sehingga kedua kumparan tersebut terisolasi secara elektrik antara yang satu dengan yang lain. Ratio perubahan tegangan tergantung dari ratio perbandingan jumlah lilitan kedua kumparan itu. Kumparan yang menerima daya listrik disebut kumparan primer sementara kumparan yang terhubung ke beban disebut kumparan sekunder. Kedua kumparan tersebut dililitkan pada suatu inti yang terbuat dari laminasi lembaran baja, yang kemudian dimasukan ke dalam tangki yang berisi minyak trafo.

               Apabila kumparan primer dialiri arus listrik bolak-balik, maka akan timbul tluks magnetik bolak-balik sepanjang inti yang akan menginduktansi kumparan sekunder sehingga kumparan sekunder akan menghasilkan tegangan

Gambar 1 Konstruksi Dasar Trafo)

              Apabila trafo diasumsikan sebagai trafo ideal dimana tidak terjadi rugi-rugi daya pada trafo. maka daya pada kumparan primer (PI) sama dengan daya pada kumparan sekunder (P2). Besar tegangan dan arus pada kumparan sekunder diatur
menggunakan perbandingan banyaknya lilitan antara
kumparan primer dan kumparan sekunder berdasarkan rumus:

Inti Trafo 

              Secara umum dapat dibedakan dua jenis trafo menurut
konstruksinya. yaitu tipe inti (core), dan tipe cangkang (shell). Pada tipe inti terdapat dua kaki. dan masing-masing kaki dibelit oleh satu kumparan. Sedangkan tipe cangkang mempunyai tiga buah kaki. dan hanya kaki yang tengah saja yang dibelit oleh kedua kumparan. Kedua kumparan sating tergabung secara magnetik melalui inti, tetapi terisolasi secara elektrik. Trafo dengan tipe konstruksi shell memiliki kehandalan yang Iebih tinggi dalam menghadapi tekanan mekanis yang kuat pada saat terjadi hubung singkat.

                                                                 Gambar 2 Inti Trafo

Sumber: Kadir, Abdul. Transformator. Jakarta: PT Elex Media Komputido, 1989. P.I 

Minyak Trafo  

            Minyak trafo memegang peranan penting dalam sistem isolasi trafo dan juga berfungsi sebagai pendingin untuk menghilangkan panas akibat rugi-rugi pada trafo. Isi utama dari minyak trafo adalah naftalin, paraffin dan aromatik. Keuntungan digunakannya minyak trafo yang merupakan isolasi cair sebagai isolator dalam trafo adalah:  

• Isolasi cair memiliki kerapatan 1000 kali atau lebih dibandingkan dengan  isolasi gas, sehingga memiliki kekuatan dielektrik yang lebih tinggi.

• Isolasi cair akan mengisi celah atau ruang yang akan diisolasi dan secara  serentak melalui proses konversi menghilangkan pangs yang timbul akibat rugi energi.  

•  Isolasi cair cendenmg dapat memperbaiki diri sendiri  (self healing) jika terjadi pelepasan muatan (discharge).

               Kekuatan dielektris adalah ukuran kemampuan elektris suatu material sebagai isolator. Kekuatan dielektris didefinisikan sebagai tegangan rnaksimum yang dibutuhkan untuk mengakibatkan dielectric breakdown pada material, yang dinyatakan dalam satuan volt per satuan ketebalan. Semakin tinggi kekuatan dielektris dari minyak trafo, maka semakin bagus kualitas minyak trafo tersebut sebagai isolator. Kekuatan dielektris dari minyak trafo penting sebagai ukuran kemampuannya menahan tegangan listrik tanpa mengalami kerusakan. Apabila kekuatan dielektris darfi basil pengujian rendah, dapat menunjukan adanya benda-benda yang mengotori minyak seperi air dan kotoran atau partikel penghantar dalam minyak. Meskipun demikian kekuatan dielektris yang tinggi darfi hasil pengujian tidak mengartikan tidak terjadinya pengotoran. 

untuk mencegah kemungkinan timbulnya kebakaran dari peralatan dipilih minyak dengan titik nyala yang tinggi. Titik nyala dari minyak yang baru tidak boleh lebih kecil darfi 135 °C, sedangkan untuk minyak bekas tidak boleh kurang dari  130 T. 

          Trafo distribusi dapat dilengkapi dengan konservator yang berfungsi untuk menampung ekspansi minyak trafo yang naik akibat pemuaian.

                                                               Gambar 3  Konservator 

                                                     Sumber: Pansini, Anthony J. Electrical Distribution 

                                                     Engineering, Singapore: McGraw-Hill Book Company, 1986, p.340 

     Menurut SNI 04-6954.2-2004 batas kenaikan suhu minyak bagian atas yang diperbolehkan adalah          60 K. pada suhu lingkungan sekitar normal (25°C sampai 40°C).

   

Sistem Pendingin Trafo  

Sistem pendinginan trafo dapat dikelompokan sebagai berikut:

•  ONAN (Oil Natural Air Natural) Sistem pendingin ini menggunakan sirkulasi minyak dan sirkulasi udara secara alamiah. Sirkulasi minyak yang terjadi pada radiator disebabkan oleh perbedaan berat jenis antara minyak yang dingin dengan minyak yang panas. 

•  ONAF (Oil Natural Air Force) Sistem pendingin ini menggunakan sirkulasi minyak secara alami sedangkan sirkulasi udaranya secara buatan yaitu menggunakan hembusan kipas angin yang digerakan oleh motor listrik. Pada omumnya operasi trafo dimulai dengan ONAN atau dengan ONAF tetapi hanya sebagian kipas angin yang berputar. Apabila suhu trafo meningkat, maka kipas angin lainnya akan berputar secara bertahap.   

• OFAF (Oil Force Air Force) Pada sistem pendingin ini, sirkulasi minyak pada radiator digerakan menggunakan kekuatan pompa, sedangkan sirkulasi udara menggunakan kipas angin. 

Bushing Trafo  

Hubungan antara kumparan trafo ke jaringan luar melalui bushing atau bantalan, yaitu sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator, yang sekaligus berfungsi sebagai penyekat antara konduktor tersebut dengan tangki trafo. Bushing pada trafo distribusi biasanya terbuat dari porselin. Flashover pada bushing dapat terjadi apabila muncul tegangan lebih pada konduktor, seperti pada saat terjadi sambaran petir. Apabila tegangan lebih tersebut lebih besar dari V50% (spark-over voltage) dari isolasi bushing maka dapat mengakibatkan flashover. V50% untuk tegangan 20kV adalah 160kV.  

Golongan Hubungan Trafo  

Golongan hubungan menandakan bagaimana kumparan-kumparan dari sebuah trafo saling dihubungkan Untuk penetapan golongan hubungan ini dipergunakan tiga tanda atau kode, yaitu:

• Tanda hubungan untuk sisi primer terdiri atas kode I,D,Y, atau Z

• Tanda hubungan untuk sisi tegangan rendah terdiri atas kode I,D,Y. atau Z 
• Angka jam yang menyadakan bagaimana kumparan-kumparan pada sisi tegangan rendah terletak terhadap sisi tegangan tinggi. Untuk keperluan pengusahaan paralel, angka jam trafo perlu diketahui.

                                                           Tabel golongan hubungan Trafo

                                                          
                                                             Gambar 4  hubungan Dy 11

                                        Sumber: Zuhal. Dasar Teknik Tenaga Listrik Dan Elektroniku Daya. Jakarta PT. Gramedia Pustaka Utama, 2000, p.48 

Trafo Distribusi 

                                                           Gambar 5  Trafo Distrbusi 20 kV 

                                                       Sumber: Kadir, Abdul. Transformator. Jakarta: PT Elex Media Komputido, 1989,p.180

       Trafo distribusi berfungsi untuk mengubah tegangan menengah 20 kV dari SUTM menjadi tegangan rendah 400 / 231 Volt dengan tegangan operasi 380 / 220 Volt. Daya 3 fasa dari saluran distribusi dapat di transform menggunakan tiga buah trafo I fasa atau dengan hanya menggunakan sebuah trafo 3 fasa. Kumpulan trafo I fasa yang digunakan untuk mentransform daya 3 fasa disebut trafo bank 3 fasa.  

 Trafo distribusi yang terpasang pada tiang dapat dikategorikan menjadi:

• Conventional transformers

• Completely self-protecting (CSP) transformers

• Completely self-protecting for secondary banking (CSPB) transformers

          Conventional transformers tidak memiliki peralatan proteksi terintegrasi terhadap petir, gangguan dan beban lebih sebagai bagian dari trafo. Oleh karena itu dibutuhkan fuse cutout untuk menghubungkan conventional trafonsfornrers dengan jaringan distribusi primer. Lightning arrester juga perlu ditambahkan untuk trafo jenis ini.  

          Completely self-protecting (CSP) transformers memiliki peralatan proteksi terintegrasi terhadap petir, beban lebih, dan hubung singkat. Lightning arrester terpasang Iangsung pada tanki trafo sebagai proteksi terhadap petir. Untuk proteksi terhadap beban lebih, digunakan fuse yang dipasang di dalam tangki. Fuse ini disebut weak link. Proteksi trafo terhadap gangguan internal menggunakan hubungan proteksi internal yang dipasang antara belitan primer dengan bushing primer.  

        Completely self-protecting for secondary banking (CSPB) transformers mirip dengan CSP transformers, tetapi pada trafo jenis ini terdapat sebuah circuit breaker pada sisi sekunder. Apabila terjadi gangguan atau beban lebih pada sisi sekunder, circuit breaker ini akan open sebelum weak link melebur.  

                                                                Gambar 6 Gardu Trafo Tiang 

               Sumber: Pabla, A.S. Sistim Distribusi Daya Listrik, Jakarta,Penerbit Erlangga, 1986. p. 270 


from various Source