KAJIAN TEHADAP TERJADINYA NOISE

Transkripsi

1 KAJIAN TEHADAP TERJADINYA NOISE PADA TRANSFORMATOR TENAGA DRS. HARI SUCIPTO Abstrak Permasalahan dirumuskan sebagai kajian terhadap penyebab terjadinya noise pada transformator akibat pembebanan. Masalah dibatasi hanya pada analisis hubungan antara pembebanan dengan frekuensi noise transformator yang diaplikasikan pada transformator 3 phasa 3150 kva., 6 kv/400 V, 50 Hz. Hasilnya adalah Semakin besar arus yang mengalir maka semakin besar pula frekuensi noise yang dihasilkan dari hasil pengujian untuk arus beban sampai 2003 amper maka frekuensi noise 2.314,81 Hz dan untuk arus beban sampai 2192 amper frekuensi noise 3.300,33 Hz. Kata kunci: noise., pembebanan, magnetisasi Abstract Problem solution is formulated as study to cause of its happening noise on transformer effect imposition. Problem is drawn the line at only analize relationship among imposition with frequency noise transformer who is applied on transformer 3 phase 3150 kva., 6 kv / 400 v, 50 Hz. Its result is the greater current which be adrift therefore the greater too frequency noise one that resultant of examination result for current charges until 2003 amperes therefore frequency noise ,81 Hz and for charges current until 2192 amperes frequency noise ,33 Hz. 1. PENDAHULUAN Pada masa sekarang ini pemakaian energi listrik telah berkembang pesat di segala aspek kehidupan, karena itu transformator sebagai perangkat yang memindahkan energi listrik dari satu rangkaian ke rangkaian yang lain atau dari sumber listrik ke beban-beban umumnya dengan merubah tegangan mempunyai peran yang sangat penting dalam pemanfaatan energi listrik. Karena itu pemilihan transformator yang tepat sesuai dengan kebutuhan dalam instalasi akan sangat mengefektifkan pengoperasiannya. Kelebihan kapasitas pada transformator dapat menyebabkan panas, serta menimbulkan suara bising. Bising atau yang biasa disebut sebagai noise pada transformator dapat mengganggu lingkungan di sekitar peletakan trafo, dan yang lebih penting lagi noise dapat mempengaruhi fisik transformator itu sendiri yang akhirnya akan mengurangi nilai ekonomisnya. Noise trafo merupakan efek dari laminasi pada inti trafo yang mengalami gaya elektromagnetik dari fluks yang mengalir pada trafo. Efek magnetik pada masing-masing lembaran inti trafo menimbulkan getaran, dan jika segi mekanis isolasi lamel inti trafo kurang baik ataupun konstruksi inti secara keseluruhan juga kurang baik maka pada trafo akan timbul getaran yang menimbulkan suara yang disebut noise. Konstruksi inti trafo yang seperti di atas tentu saja tidak mungkin diubah, namun kita hanya dapat mencari solusi untuk mengatasi kekurangan pada transformator tersebut. Tiap-tiap transformator memiliki batasan noise yang diperbolehkan. Namun jika noise yang terjadi melebihi standard yang ada maka berarti terdapat suatu gangguan atau kesalahan dalam operasinya. Solusi masalah dirumuskan sebagai kajian terhadap penyebab terjadinya noise pada transformator akibat pembebanan. Masalah dibatasi hanya pada analisis hubungan antara pembebanan dengan frekuensi noise transformator.

2 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Umum 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 elektromagnetik. (Zuhal, Dasar Tenaga Listrik ). Rangkaian ekivalen ditujukkan pada gambar 1, adanya fluks bocor F P dan F S ditunjukkan sebagai reaktansi X P dan X S, sementara rugi tembaga ditunjukkan dengan R P dan R S. Gambar 1. Rangkaian Ekuivalen transformator Dari gambar di atas dapat kita peroleh: a. Tegangan primer V P = E P + I P x R P + I P x X P...(1) b. Tegangan yang dihasilkan E S = V S + I S x R S + I S x X S...(2) 2.2. Noise Transformator Disamping adanya efek listrik yang tidak dikehendaki, trafo juga memiliki efek fisik yang sangat berpengaruh, berupa panas dan noise. Noise adalah suatu efek gangguan, tetapi panas adalah suatu masalah yang serius, karena hal ini dapat merusak lilitan apabila terjadi pemanasan lebih. Pemanasan yang berlebihan mungkin dapat diperkecil dengan cara mendesain kontruksi dengan baik, yaitu memastikan bahwa inti tidak mendekati titik jenuhnya, sehingga arus pusar (Eddy current) dapat diperkecil, dan lilitan tidak terbebani berlebihan atau beroperasi mendekati kapasitas maksimalnya. Trafo dengan daya yang besar mempunyai jenis pendingin yang merendam lilitan dan inti trafo. Namun jika pendinginan tidak berlangsung sempurna, maka akan terjadi panas berlebih dan inti trafo akan mengeluarkan suara bising (noise) karena adanya efek magnetrostriction yang menggetarkan inti trafo. Pada gambar 2 di bawah ini akan diterangkan proses terjadinya panas pada trafo yang terletak pada lilitan dan inti trafo, hal ini disebabkan karena adanya induksi elektromagnetik dan rugi-rugi pada inti dan lilitan tersebut. Radiator tube adalah tempat mengalirnya minyak yang panas menuju sisi luar trafo agar dapat didinginkan langsung oleh udara luar, sehingga dengan kata lain radiator tube adalah tempat pelepasan panas pada trafo.

3 Gambar 2. Aliran panas transformator Selain menghasilkan panas, trafo yang beroperasi juga menghasilkan suara bising (noise). Noise didefinisikan sebagai suara yang tidak diharapkan atau diinginkan. Perbedaan antara noise dengan suara adalah tergantung pada telinga pendengar. Deruman trafo merupakan hal yang sepele bagi orang-orang yang menganggapnya hanya sebagai sebuah suara, namun hal tersebut dapat menjadi gangguan bagi kebanyakan orang. a. Penyebab Noise Transformator Fluks magnet pada bahan feromagnetik seperti inti transformator menyebabkan inti sedikit terpengaruh oleh medan magnet, yang disebut magnetostriction yaitu peristiwa perubahan bentuk suatu bahan feromagnetik saat dikenai suatu medan magnet. Efek ini dapat menyebabkan rugi-rugi karena pemanasan pada inti bahan feromagnetik. Hal ini menimbulkan noise pada transformator. Magnetostrictive material dapat mengubah tenaga magnetis ke tenaga gerak ataupun sebaliknya. Jika sebuah lembaran logam dimagnetisasi maka logam tersebut akan mengembang. Dan apabila magnetisasi dihentikan, logam tersebut akan kembali seperti semula. (Martin J. Heathcote, J&P Transformer Book, hal. 400). Gambar 3. Kurva magnetisasi inti transformator Gambar pada kurva 3 tersebut dapat bervariasi pada masing-masing lembaran logam inti transformator. Jika kurva kembang-kerut masing-masing lembaran inti transformator tidak beraturan dan tiap-tiap lembaran inti saling berbenturan, maka kejadian tersebut memungkinkan untuk menyebabkan getaran. Sumber-sumber getaran pada mesin listrik adalah sebagai berikut (Abdul Kadir, Mesin Induksi): 1) Gaya-gaya elektromagnetik pada stator dan rotor Gelombang-gelombang flux magnet yang melintasi celah udara sebuah mesin listrik mengakibatkan terjadinya gaya-gaya radial yang menyebabkan mesin bergetar sehingga

4 menghasilkan bising. Pada trafo gaya-gaya radial disebabkan oleh adanya alur serta gelombang-gelombang fluks pada bagian inti. 2) Sumber-sumber yang bersifat mekanik Sumber-sumber getaran yang bersifat mekanis pada trafo adalah konstruksi laminasi inti beserta isolasinya. Transformator mendapat eksitasi magnetik dari tegangan dan arus bolakbalik sehingga hal tersebut menyebabkan lembaran inti transformator bereaksi yang memungkinkan menjadi sumber terjadinya noise. Dari pengertian pada kurva kembang-kerut, transformator bergetar dua kali dalam satu periode frekuensi, misalnya untuk frekuensi 60 Hz maka frekuensi getaran noise dapat menjadi 120 Hz. Hal ini disebut sebagai Hukum Frekuensi Noise. Noise atau getaran yang dihasilkan hanya 20 % dari frekuensi, dan noise pada transformator dihasilkan oleh frekuensi pada harmonisa orde 1, orde 3, orde 5, dan orde 7. Artinya, noise terjadi pada frekuensi 120 Hz (1 st harmonics), 360 Hz (3 rd harmonics), 600 Hz (5 th harmonics), dan pada 840 Hz (7 th harmonics). Harmonik pertama dan ketiga memiliki nilai frekuensi yang pada umumnya mendominasi untuk menghasilkan noise trafo. Oleh karena itu, untuk mengetahui bagaimana noise dapat terjadi pada trafo dapat dianalisa dari harmonik pertama dan ketiga. Bentuk gelombang noise yang dihasilkan trafo dapat ditunjukkan dalam hubungan antara magnetisasi sumber noise dengan frekuensinya seperti pada gambar 4. Gambar 4. Bentuk gelombang noise (Martin J. Heathcote, J&P Transformer Book, hal. 436) Peristiwa magnetostriksi pada inti trafo menghasilkan suatu getaran longitudinal dalam laminasi pada frekuensi terukur. Dan karena magnetostriksi memiliki karakteristik yang tidak sinusoidal maka hal tersebut menyebabkan terjadinya gelombang harmonik seperti yang tampak pada gambar. b. Mereduksi Noise dan Getaran Transformator Untuk menghilangkan atau menghindari noise pada trafo tidaklah sesederhana yang dibayangkan. Beberapa langkah yang dapat dilakukan untuk mereduksi noise dan getaran pada trafo yaitu:

5 1) Letakkan trafo di dalam ruang yang dinding dan lantainya cukup besar untuk mengurangi noise bagi orang yang mendengarkan dari sisi yang lain. Dengan cara ini pada umumnya noise dapat dikurangi dan tidak dapat menerobos dinding terseebut. Dinding dapat dibuat dari batu bata, baja, beton, dll. 2) Letakkan trafo di dalam ruang tertutup yang menggunakan suatu teknik dinding tumpang (limp wall). Ini adalah suatu yang metode menggunakan dua plat tipis yang dipisahkan oleh material karet (elastis). Noise memukul lembaran bagian dalam hingga energinya habis di dalam material yang elastis tersebut, sementara plat yang di luar mestinya tidak bergetar 3) Membangun suatu dinding peredam di sekitar unit. Hal ini lebih murah dibanding suatu ruang penuh. Dinding akan mengurangi noise bagi mereka yang berada di dekat dinding, tetapi noise akan mengalir ke tempat lain. Dinding yang dibuat dari kayu, beton, batu bata dan dengan bantalan padat 4) Jangan membuat apapun yang dapat merefleksikan permukaan yang waktunya bersamaan dengan separuh panjang gelombang frekuensi. Artinya, tiap-tiap frekuensi mempunyai suatu panjang gelombang dan untuk mendapatkan panjang gelombang di udara, dapat dilakukan dengan membagi kecepatan bunyi dengan frekuensi. Jika noise menyentuh suatu permukaan hasil refleksi pada dimensi itu maka akan menghasilkan suatu gelombang tegak. Gelombang tegak akan menyebabkan gema dan suatu peningkatan bunyi. Isolasikan lilitan dan inti trafo dari ground. Pada trafo berpendingin udara jenis kering berarti isolasikan lilitan dan inti dari ground. Untuk minyak yang mengisi trafo ini berarti untuk isolasikan lilitan dan inti dari dasar tangki, dan isolasikan tangki dari ground 5) Gunakan material yang menjamin untuk menghilangkan frekuensi trafo (di atas 120 Hz). Hal ini penting karena tidak banyak material dapat melakukannya. Carilah bahan anti getaran yang terbaik 6) Semua koneksi padat dari getaran trafo yang menuju suatu struktur padat akan memancarkan getaran. Oleh karena itu pastikan semua koneksi pada permukaan padat sudah fleksibel. Hal ini meliputi kabel, bus bar, bahan isolasi, dan lain-lain 7) Pastikan baut-baut saat pengiriman telah dilepas sehingga tidak terjadi gesekan pada bantalan anti getaran 3. PEMBAHASAN 3.2. Pengujian noise pada Trafo Untuk analisis digunakan data frekuensi dari noise trafo yang diambil menggunakan alat perekam (recorder) pada trafo uji 3150 kva., 6 kv/400 V, 50 Hz dan membandingkannya dengan parameter-parameter yang ada, sementara pengukuran

6 parameter listrik yang dibutuhkan ini menggunakan Circutor Power Analyzer CVM-NRG 96 yang telah terpasang pada sisi sekunder trafo atau pada sisi incoming cubicle trafo. Tabel 1. Data Pengukuran Tegangan dan Arus Trafo Uji I Waktu L1 (V) L1 (A) L2 (V) L2 (A) L3 (V) L3 (A) , Tabel 2. Data Pengukuran Tegangan dan Arus Trafo Uji II Waktu L1 (V) L1 (A) L2 (V) L2 (A) L3 (V) L3 (A) Pengukuran tinggi rendahnya noise trafo menggunakan recorder dikonversikan dalam sebuah software aplikasi untuk memperoleh besaran frekuensi dari noise tersebut. Adapun hasil pengkonversian frekuensi noise trafo menghasilkan gambar white noise sebagai berikut: Hasilnya sangat sulit untuk melihat frekuensi noise trafo karena gelombang yang terjadi terlalu rapat sehingga tidak dapat terlihat tanpa perbesaran. Namun dengan perbesaran terlihat gelombang frekuensi noise trafo sebagai berikut: Gambar 5. Perbesaran frekuensi Noise Trafo pada pukul (saat LWBP) Gambar 6. Perbesaran frekuensi Noise Trafo pada pukul (saat WBP)

7 Untuk menghitung besarnya frekuensi dari gambar yang ada, tidak mungkin dilakukan dengan cara menghitung banyaknya gelombang yang terjadi tiap detiknya. Sehingga perhitungan frekuensi akan lebih mudah dilakukan dengan cara mencari periode untuk setiap 1 gelombang. Dengan perbesaran maksimal untuk mendapatkan gambar satu periode gelombang didapat hasil sebagai berikut: Gambar 7. Perbesaran maksimum gelombang Noise Trafo pada pukul Gambar 8. Perbesaran maksimum gelombang Noise Trafo pada pukul Satuan frekuensi adalah Hz, yang mengandung arti banyaknya gelombang yang terjadi dalam 1 detik. Sementara 1 gelombang penuh memiliki 1 bukit dan 1 lembah (sinusoid) yang pada gambar di atas diindikasikan oleh titik-titik yang membentuk gelombang yang tidak sinusoid (harmonik). Dengan patokan titik 0 sebagai sumbu x maka pada gambar 7 di atas 1 gelombang terjadi kira-kira pada range waktu 0, sampai 0, detik atau dengan kata lain periode untuk 1 gelombang yang terjadi adalah: T = 0, , = 0, detik 1 sehingga untuk gambar di atas, f = 0, = 2.314,81 Hz

8 Dengan cara yang sama pada gambar 8 di atas 1 gelombang terjadi kira-kira pada range waktu 0, sampai 0, detik atau dengan kata lain periode untuk 1 gelombang yang terjadi adalah: T = 0, , = 0, detik 1 sehingga untuk gambar di atas, f = 0, = 3.300,33 Hz Dari hasil perhitungan di atas terlihat bahwa pada saat WBP yaitu pukul frekuensi noise trafo bertambah seiring meningkatnya arus beban karena penambahan pembebanan, yang dibuktikan dengan tabel sebagai berikut: Waktu Tabel 3. Perbandingan arus dengan frekuensi noise Arus (A) L1 L2 L3 Frekuensi Noise (Hz) (LWBP) , (WBP) ,33 Dari tabel diatas, terbukti seiring meningkatnya arus yang melewati lilitan, maka frekuensi noise akan semakin tinggi, dan artinya dengan peningkatan frekuensi maka noise yang terjadi pada trafo juga semakin tinggi. 4. PENUTUP Dari analisis terjadinya noise pada transformator distribusi dapat disimpulkan : 4.1. Penyebab utama noise transformator adalah peristiwa magnetrostriction, Kipas pendingin yang dipaksakan (forced), kekurangan dari desain konstruksi dan pemasangannya dan gaya reaksi fisik antara lilitan primer dan sekunder trafo saat pembebanan Semakin besar arus yang mengalir maka semakin besar pula frekuensi noise yang dihasilkan dari hasil pengujian untuk arus beban sampai 2003 amper maka frekuensi noise 2.314,81 Hz dan untuk arus beban sampai 2192 amper frekuensi noise 3.300,33 Hz. 5. DAFTAR PUSTAKA Heathcote, Martin J., J&P Transformer Book, Twelfth edition, Laser Words, Madras, India,1998. Kadir, Abdul, Prof. Ir., Mesin Induksi, Penerbit Djambatan, Jakarta, Zuhal, Dasar Tenaga Listrik, Penerbit ITB, Bandung, 1991.