BAB II TRANSFORMATOR II.1 UMUM Transformator merupakan suatu alat listrik statis yang mampu mengubah maupun untuk menyalurkan energi listrik arus bolak-balik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik arus bolak-balik yang lain, melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik yang dapat menaikkan /menurunkan tegangan/arusdengan frekuensi yang sama. Pada umumnya transformator terdiri dari atas sebuah inti, yang terbuat dari besi belapis, dan dua buah kumparan, yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder. Rasio perubahan tegangan akan tergantung dari rasio jumlah lilitan pada kedua kumparan tersebut, pada umumnya kumparan tersebut terbuat dari kawat tembaga yang dibelit pada sekeliling kaki inti transformator. Penggunaan transformator yang sangat sederhana dan andal merupakan salah satu alasan penting dalam pemakaiannya dalam penyaluran tenaga listrik arus bolak-balik, karena arus bolak-balik snagat banyak dipergunakan untuk pembangkitan dan penyaluran tenaga listrik. Pada penyaluran tenaga listrik arus bolak-balik terjadi kerugian sebesar I R watt. Kerugian ini akan akna banyak berkurang apabila tegangan dinaikkan setinggi mungkin. Dengan demikian maka saluran-saluran transmisi tenaga listrik senantiasa mempergunakan tegangan yang lebih tinggi. Hal ini dilakukan terutama untuk mengurangi kerugian energi yang terjadi, dengan cara mempergunakan transformator untuk menaikan tegangan listrik di pusat listrik dari tegangan generator yang berkisar antara 6 k samapai 0 k pada awal transmisi ke tegangan saluran transmisi antara 100 k sampai 1000 k, kemudian menurunkannya lagi pada ujung akhir saluran ke teganagn yang lebih rendah. Dalam bidang tenaga listrik pada umumnya pemakain transformator dapat dikelompokkan dalam :
1. Transformator Daya, transformator ini biasanya digunakan di pembangkit tenaga listrik, untuk menaikkan tegangan pembangkit menjadi tegangan transmisi.. Transformator distribusi, transformator ini pada umumnya digunakan pada sub distribusi tenaga listrik, yaitu untuk menurunkan tegangan transmisi menjadi tegangan distribusi. 3. Transformator Instrument,transformator ini gunanya digunakan sebagai alat instrument pengukuran yang terdiri dari transformator arus ( current transformer) dan transformator tegangan (potential transformer). II. KONTRUKSI TRANSFORMATOR. Pada dasrnya transformator terdiri dari kumparan primer dan sekunder yang dibelitkan pada inti ferromagnetik. Berdasarkan letak kumparan terhadap inti, transformator terdiri dari dua macam kontruksi yaitu tipe inti ( core type) dan tipe cangkang ( shell type). Kedua tipe ini menggunakan inti yang berlaminasi yang terisolasi satu sama lainnya dengan tujuan untuk mengurangi rugi-rugi dan arus eddy. Tipe Inti. Tipe inti ini dibentuk dari lapisan besi berisolasi berbentuk persegi dan kumparan transformatornya dibelitkan pada dua sisi persegi. Pada kontruksi tipe inti, lilitan mengelilingi inti besi yang disebut dengan kumparan, seperti yang ditunjukakn pada Gambar.1 Gambar.1 Konstruksi transformator tipe inti (core form) Sedangkan kontruksi tipe intinya pada umumnya berbentuk L atau huruf U, dapat kita lihat pada Gambar.
Gambar. Konstruksi lempengan logam inti transformator bentuk L dan U Tipe Cangkang (Shell From) Jenis kontruksi yang kedua ini ini yaitu tipe cangkang yang dibentuk dari lapisan inti berisolasi, dan kumparan dibelitkan di pusat inti, dapat dilihat paga Gambar.3 Gambar.3 Transformator tipe cangkang (shell form) Pada transformator ini, kumparan atau belitan transformator dikelilingi oleh inti. Sedangakan kontruksinya intinya pada umumnya berbentuk huruf E, huruf I, atau huruf F. Seperti terlihat pada Gambar.4 Gambar.4 Konstruksi lempengan logam inti transformator bentuk E, I dan F II.3 PRINSIP KERJA TRANSFORMATOR Transformator meiliki dua buah kumparan yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder, dan kedua kumparan ini bersifat induktif. Kedua kumparan ini terpisah secara elektris namun berhubungan secara magnetis melalui jalur yang
memiliki reluktansi ( reluctance ) rendah. Apabila kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik maka fluks bolak-balik akan muncul di dalam inti yang dilaminasi, karena kumparan tersebut membentuk jaringan tertutup maka mengalirlah arus primer. Akibat adanya fluks di kumparan primer maka di kumparan primer terjadi induksi ( self induction ) dan terjadi pula induksi di kumparan sekunder karena pengaruh induksi dari kumparan primer atau disebut sebagai induksi bersama ( mutual induction ) yang menyebabkan timbulnya fluks magnet di kumparan sekunder, maka mengalirlah arus sekunder jika rangkaian sekunder di bebani, sehingga energi listrik dapat ditransfer keseluruhan (secara magnetisasi ). d e ( ) N (olt).(.1 ) dt Dimana : e = gaya gerak listrik (olt) N = jumlah lilitan (turn) d = perubahan fluks magnet (weber/sec) dt Perlu diingat bahwa hanya tegangan listrik arus bolak-balik yang dapat ditransformasikan oleh transformator, sedangkan dalam bidang elektronika, transformator digunakan sebagai gandengan impedansi antara sumber dan beban untuk menghambat arus searah sambil tetap melakukan arus bolak-balik antara rangkaian. Tujuan utama menggunakan inti pada transformator adalah untuk mengurangi reluktansi ( tahanan magnetis ) dari rangkaian magnetis ( common magnetic circuit ) II.3.1 Keadaan transformator tanpa beban Bila kumparan primer suatu transformator dihubungkan dengan sumber tegangan 1 yang sinusoidal, akan mengalirkan arus primer I 0 yang juga sinusoidal dan dengan menganggap belitan N 1 reaktif murni. I 0 akan tertinggal
90 0 dari 1. Arus primer I 0 menimbulkan fluks (Ф) yang sefasa dan juga berbentuk sinusoid. Gambar.5 Transformator dalam keadaan tanpa beban Gambar.6 Rangkaian ekivalen transformator dalam keadaan tanpa beban Gambar.7 Gambar vektor transformator dalam keadaan tanpa beban
Gambar.8 Gambar gelombang Io tertinggal 90 o dari 1 Faraday): max sin t (weber)... (.) Fluks yang sinusoid ini akan menghasilkan tegangan induksi е 1 (Hukum e e e 1 1 N1 N 1 d dt d ( max sin t) dt N cos t (olt)... (.3) 1 1 max e N sin( wt 90) (tertinggal 90 o dari Φ) 1 1 max Dimana : e 1 = gaya gerak listrik (olt) N 1 = jumlah belitan di sisi primer (turn) ω = kecepatan sudut putar (rad/sec) Φ = fluks magnetik (weber) Gambar.9 Gambar gelombang e 1 tertinggal 90 o dari Φ Harga efektif : E 1 N 1 max
N E1 N E1 N E 1 f 1 max x3,14 f 1 max,8 f 16 max E 1 4, 44N1 f max (volt)... (.4) Pada rangkaian sekunder, fluks (Φ) bersama tadi juga menimbulkan : e N d dt e N max cos t (olt) Harga efektifnya : E 4, 44N f max (volt) Bila rugi tahanan dan adanya fluksi bocor diabaikan, maka akan terdapat hubungan : E1 1 N1 a... (.5) E N Dimana : E 1 = ggl induksi di sisi primer (olt) E = ggl induksi di sisi sekunder (olt) 1 = tegangan terminal sisi primer (olt) = tegangan terminal sisi sekunder (olt) N 1 = jumlah belitan sisi primer (turn) N = jumlah belitan sisi sekunder (turn) a = faktor transformasi II.3. Keadaan Transformator Berbeban
Apabila kumparan sekunder di hubungkan dengan beban Z L, I mengalir pada kumparan sekunder, dimana I. Z L Gambar.10 Transformator dalam keadaan berbeban Gambar.11 Rangkaian ekivalen transformator dalam keadaan berbeban Arus beban I ini akan menimbulkan gaya gerak magnet (ggm) N I yang cenderung menentang fluks (Ф) bersama yang telah ada akibat arus pemagnetan. Agar fluks bersama itu tidak berubah nilainya, pada kumparan primer harus mengalir arus I ', yang menentang fluks yang dibangkitkan oleh arus beban I, hingga keseluruhan arus yang mengalir pada kumparan primer menjadi: I I0 ' (Ampere).. (.6) 1 I Bila komponen arus rugi inti (I c ) diabaikan, maka I 0 = I m, sehingga: I1 Im I ' (Ampere)... (.7) Dimana: I 1 = arus pada sisi primer (Amp) I' = arus yg menghasilkan Φ' (Amp) I 0 = arus penguat (Amp)
I m = arus pemagnetan (Amp) I c = arus rugi-rugi inti (Amp) Untuk menjaga agar fluks tetap tidak berubah sebesar ggm yang dihasilkan oleh arus pemagnetan I M, maka berlaku hubungan : = N 1 I M N 1 I 1 N I ' N 1 I M = N1 I M I N I ' N1 I = N I ' Karena dianggap kecil, maka I. Sehingga : I M I1 = N I N I 1 1 = I I 1 1 II.4 RANGKAIAN EKIALEN TRANSFORMATOR Fluks yang dihasilkan oleh arus pemagnetan I m tidak seluruhnya merupakan fluks bersama (Ф M ), sebagian mencakup kumparan pimer (Ф 1 ) atau mencakup kumparan sekunder saja (Ф ) dalam model rangkaian ekivalen yang dipakai untuk menganalisis kerja suatu transformator, adanya fluks bocor Ф 1 dengan mengalami proses transformasi dapat ditunjukan sebagai reaktansi X 1 dan fluks bocor Ф dengan mengalami proses transformasi dapat ditunjukan sebagai reaktansi X sedang rugi tahanan ditunjukan dengan R 1 dan R, dengan demikian model rangkaian dapat dituliskan seperti Gambar.1 dan untuk diagram vektor untuk rangkaian transformator ideal ditunjukkan pada Gambar.13 Gambar.1 Gambar rangkaian transformator ideal
Gambar.13 Diagram vektor model rangkaian transformator ideal Dari diagram vektor diatas dapat pula diketahui hubungan penjumlahan vektor yaitu : 1 = I 1 R 1 + I 1 X 1 + E 1 E = I R + I X + E 1 /E = N 1 /N = a atau E 1 = a E, hingga E 1 = a (I R + I X + ) Maka : 1 = I 1 R 1 + I 1 X 1 + a (I R + I X + ) 1 = I 1 R 1 + I 1 X 1 + a I R + a I X + a (.8) Karena I' /I = N /N 1 = 1/a atau I = ai' Maka: 1 = I 1 R 1 + I 1 X 1 + a (a I' R ) + a (a I' X ) + a 1 = I 1 R 1 + I 1 X 1 + a I' R + a I' X + a 1 = I 1 R 1 + I 1 X 1 + I' (a R + a X ) + a (olt)... Dari rangkaian transformator ideal diatas, apabila semua nilai parameter sekunder dinyatakan pada sisi rangkaian primer, harganya perlu dikalikan dengan faktor a, dimana X' = X a, R' = R a, dan I' = I a maka rangakian ekivalen transformator dapat disederhanakan menjadi seperti gambar yang ditunjukkan pada Gambar.14
Gambar.14 Gambar rangkaian ekivalen transformator Untuk memudahkan perhitungan, model rangkaian ekivalen transformator tersebut dapat diubah menjadi seperti Gambar.15 : Gambar.15 Penyederhanaan Rangkaian Ekivalen Transformator Gambar.16 Diagram vektor parameter sekunder pada rangkaian primer.
Pada gambar.15 di atas dapat di sederhanakan dengan menggunakan R ek dan X ek yang dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini : R ek = R 1 + a R (Ohm)...(.9) X ek = X 1 + a X (Ohm)...(.10) Sehingga rangkaian di atas dapat diubah seperti Gambar.17 di bawah ini : Gambar.17 Hasil akhir penyederhanaan rangkaian ekivalen transformator Untuk menentukan parameter- parameter transformator yang terdapat pada model rangkaian (rangkaian ekivalen) yaitu R c, X m, R ek dan X ek dapat ditentukan besarnya dengan dua macam pengukuran yaitu dengan pengukuran beban nol dan pengukuran hubungan singkat. II.4.1 Pengukuran beban nol Bentuk sederhana rangkaian pengukuran beban nol atau tanpa beban dari suatu transformator dapat ditunjukkan pada Gambar.18. Umumnya untuk pengukuran beban nol semua instrumen ukur diletakkan di sisi tegangan rendah (walaupun instrumen ukur terkadang diletakkan di sisi tegangan tinggi), dengan maksud agar besaran yang diukur cukup besar untuk dibaca dengan mudah. Gambar.18 Rangkaian pengukuran beban nol.
Dalam keadaan tanpa beban bila kumparan primer di hubungkan dengan sumber tegangan 1, maka akan mengalir arus penguat I 0. Dengan pengukuran daya yang masuk (P 0 ), arus penguat I 0 dan tegangan 1 maka akan diperoleh harga : 1 R c (Ohm)... (.11) P Z 0 jx R 1 m c 0 (Ohm)... (.1) I0 Rc jx m Dimana : Z 0 = impedansi beban nol (Ohm) R c = tahanan beban nol (Ohm) X m = reaktansi beban nol (Ohm) II.4. Pengukuran hubung singkat Bentuk sederhana rangkaian pengukuran hubung singkat dari suatu transformator dapat ditunjukkan pada Gambar.19. Hubungan singkat berarti terminalnya dihubung singkatkan, sehingga hanya impedansi Z ek = R ek + j X ek yang membatasi arus. Karena harga R ek dan X ek ini relatif kecil maka harus dijaga agar tegangan masuk ( sc ) cukup kecil, sehingga arus yang dihasilkan tidak melebihi arus nominal. Harga I 0 akan relatif sangat kecil bila dibandingkan dengan arus nominal, sehingga pada pengukuran ini dapat diabaikan. Rangkaian Ekivalen pengukuran hubungsingkat dapat ditunjukkan pada Gambar.0 Gambar.19 Rangkaian Pengukuran hubung singkat.
Gambar.0 Rangkaian Ekivalen Pengukuran Hubung Singkat Dengan mengukur tegangan sc, arus I sc dan daya P sc, akan dapat dihitung parameter : P R (Ohm)... (.13) ek sc ( I sc ) Z X ek ek sc Rek jx (Ohm)... (.14) ek I sc ek ek Z R (Ohm)... (.15) II.5 RUGI-RUGI PADA TRANSFORMATOR Secara umum rugi-rugi yang terjadi pada transformator dapat digambarkan dalam sebuah blok digram, seperti ditunjukkan pada Gambar.1 Rugi Tembaga Rugi Tembaga Sumber Kumparan primer Fluks Bersama Kumparan Sekunder Rugi Besi Histeresis Out Put Dan Eddy Current Gambar.1 Blok diagram rugi rugi pada transformator
1I.5.1 Rugi tembaga ( Pcu ) Rugi yang disebabkan arus mengalir pada kawat tembaga yang terjadi pada kumparan sekunder dapat ditulis sebagai berikut : Pcu = I R (Watt)... (.16) Formula ini merupakan perhitungan untuk pendekatan. Karena arus beban berubah ubah, rugi tembaga juga tidak konstan bergantung pada beban. Dan perlu diperhatikan pula resistansi disini merupakan resistansi AC. II.5. Rugi besi ( Pi ) Rugi besi terdiri atas : Rugi histerisis (Ph), yaitu rugi yang disebabkan fluks bolak balik pada inti besi yang dinyatakan sebagai : Ph = kh f Bmaks 1.6 watt... (.17) Kh = konstanta Bmaks = Fluks maksimum ( weber ) Rugi arus eddy (Pe), yaitu rugi yang disebabkan arus pusar pada inti besi. Dirumuskan sebagai : Pe = ke f B maks (Watt)... (.18) Kh = konstanta Bmaks = Fluks maksimum ( weber ) Jadi, rugi besi ( rugi inti ) adalah : Pi = Ph + Pe (Watt)... (.19)
II.6 TRANSFORMATOR TIGA PHASA II.6.1 Umum Tiga transformator berfasa satu dapat dihubungkan untuk membentuk bank-3 fasa (susunan 3 fasa = 3 phase bank) dengan salah satu cara dari berbagai cara menghubungkan belitan transformator. Pada tiga buah transformator satu fasa yang dipakai sebagai transformator tiga fasa setiap kumparan primer dari satu transformator dijodohkan dengan kumparan sekundernya. Hendaknya dicatat bahwa pada transformator tiga fasa ini besar tegangan antar fasa ( L-L ) dan daya transformator (KA) tidak tergantung dari hubungan belitannya. Akan tetapi tegangan fasa netral ( L-N ) serta arus dari masing-masing transformator tergantung pada hubungan belitannya. II.6. Konstruksi transformator tiga fasa Untuk mengurangi kerugian yang disebabkan oleh arus pusar di dalam inti, rangkaian magnetik itu biasanya terdiri dari setumpuk laminasi tipis. Bentuk sederhana dari kontruksi transformator tiga fasa ditunukkan pada Gamabar. Gambar. Konstruksi transformator tiga fasa tipe inti
Salah satu jenis konstruksi yang biasa dipergunakan diperlihatkan pada Gambar.3 : Gambar.3 Transformator tiga fasa tipe cangkang Dalam jenis inti (core type) kumparan dililitkan disekitar dua kaki inti magnetik persegi. Dalam jenis cangkang (shell type) kumparan dililitkan sekitar kaki tengah dari inti berkaki tiga dengan laminasi silikon-steel. Umumnya digunakan untuk transformator yang bekerja pada frekuensi dibawah beberapa ratus Hz. Silikon-steel memiliki sifat-sifat yang dikehendaki yaitu murah, rugi inti rendah dan permeabilitas tinggi pada rapat fluks tinggi. Inti transformator yang dipergunakan dalam rangkaian komunikasi pada frekuensi tinggi dan tingkat energi rendah, kadang-kadang dibuat dari campuran tepung ferromagnetik yang dimanfaatkan sebagai permalloy. II.6.3 Hubungan tiga fasa dalam transformator Secara umum hubungan belitan tiga fasa terbagi atas dua jenis, yaitu hubungan wye (Y) dan hubungan delta (Δ). Masing-masing hubungan belitan ini memiliki karakteristik arus dan tegangan yang berbeda-beda, selanjutnya akan dijelaskan dibawah ini. Baik sisi primer maupun sekunder masing-masing dapat
dihubungkan wye ataupun delta. Kedua hubungan ini dapat dijelaskan secara terpisah, yaitu : 1. Hubungan wye (Υ) Hubungan ini dapat dilakukan dengan menggabungkan ketiga belitan transformator yang memiliki rating yang sama dengan mempertemukan ujungujungnya pada satu titik seperti terlihat pada Gambar.4 di bawah ini. Gambar.4 Transformator Hubungan-Y Dalam hubungan-y dengan memakai kawat netral dalam keadaan seimbang dapat kita ketahui sebagai berikut : R (olt)... (.0) S T ph 3 (olt)... (.1) RS ST TR ph I L I I I I (Amp)... (.) R S T ph Dimana: L = Tegangan line to line (olt) ph I L I ph = Tegangan phasa (olt) = Arus line to line (Amp) = Arus phasa (Amp). Hubungan delta (Δ)
Hubungan delta ini juga mempunyai tiga buah belitan dan masing-masing memiliki rating yang sama dengan menghubungkannya berbentuk segitiga, seperti terlihat pada Gambar.5. Dalam hubungan delta pada keadaan seimbang dapat kita ketahui sebagai berikut : Gambar.5 Transformator Hubungan Delta I R R I I (Amp)... (.3) S T ph I I I I I I I 3 I (Amp)... (.4) R T S T T S L ph RS (olt)... (.5) ST TR ph Dimana : L = Tegangan line to line (olt) ph = Tegangan phasa (olt) I L I ph = Arus line to line (Amp) = Arus phasa (Amp) Pada transformator tiga phasa selain terdapat dua hubungan belitan utama yaitu hubungan delta dan hubungan bintang. Ada empat kemungkinan lain hubungan transformator tiga phasa yaitu :
.6 : 1. Hubungan YY Transformator tiga phasa Hubungan YY pada transformator tiga phasa dapat dilihat pada Gambar Gambar.6 Transformator Hubungan YY Pada hubungan Y-Y, tegangan primer pada masing-masing phasa adalah : P LP / 3 (olt). (. 6 ) Tegangan phasa primer sebanding dengan tegangan phasa sekunder dan perbandingan belitan transformator. Maka diperoleh perbandingan tegangan pada transformator adalah : LP LS 3 3 P S a..(. 7 ) Pada hubungan Y-Y ini jika beban transformator tidak seimbang maka tegangan pada phasa transformator tidak seimbang.
. Hubungan YΔ Transformator tiga phasa Hubungan YΔ pada transformator tiga phasa dapat dilihat pada Gambar.7 berikut ini : Gambar.7 Transformator Hubungan YΔ Pada hubungan ini tegangan kawat ke kawat primer sebanding dengan tegangan phasa primer LP 3 dan tegangan kawat ke kawat sekunder sama P dengan tegangan phasa LS = ΦS. Sehingga diperoleh perbandingan tegangan pada hubungan ini adalah sebagai berikut : LP LS 3 S P 3 a..(. 8 ) Hubungan ini lebih stabil dan tidak ada masalah dengan beban tidak seimbang dan harmonisa.
3. Hubungan ΔY Transformator tiga phasa Hubungan ΔY pada transformator tiga phasa ditunjukkan pada Gambar.8 berikut ini : Gambar.8 Transformator hubungan ΔY Pada hubungan ini tegangan kawat ke kawat primer sama dengan tegangan phasa primer LP = ΦP dan tegangan sisi sekunder LS 3 S. Maka perbandingan tegangan pada hubungan ini adalah : LP P 3 LS 3 S a (. 9 ) Hubungan ini memberikan keuntungan yang sama dan beda phasa yang sama seperti pada hubungan YΔ.
4. Hubungan ΔΔ Transformator tiga phasa Hubungan ini dapat dilihat pada Gambar.9 berikut ini : Gambar.9 Transformator hubungan ΔΔ Pada hubungan ini tegangan kawat ke kawat dan tegangan phasa sama untuk primer dan sekunder transformator LP = ΦP dan LS = ΦS. Maka hubungan tegangan primer dan sekunder transformator adalah sebagai berikut : LP LS P S a..(. 30 ) Perbedaan phasa pada hubungan ini tidak ada dan stabil terhadap beban tidak seimbang dan harmonisa.
II.7 SISTEM PENDINGIN TRANSFORMATOR a. Pendingin Alamiah 1. Air Nutarul Cooling (AN) yaitu pendingin dengan tidak menggunakan bantuan apapun kecuali udara biasa.. Oil-Immersed Natural Cooling (ON) yaitu transformator dimasukkan ke dalam minyak transformator. 3. Oil-Immersed Forced-oil circulation With Natural Cooling (OFN) yaitu transformator dimasukkan ke dalam minyak yang dialirkan. b. Pendingin Buatan (udara) 1. Oil-Immersed Forced-Oil Circulation With Air Blast Cooling (OFB) yaitu transformator dimasukkan ke dalam minyak yang dialirkan dengan udara yang dihembuskan.. Oil-Immersed Air Blast Cooling (OB) yaitu transformator dimasukkan dalam minyak dengan udara yang dihembuskan. 3. Air Blast Cooling (AB) yaitu pendingin dengan udara yang dihembuskan. c. Pendingin Buatan (air) 1. Oil Immersed Water Cooling (OW) yaitu transformator dimasukkan dalam minyak dan pendingin juga dibantu dengan air.. Oil Immersed Forced-Oil-Circulation With Water Cooling (OFW) yaitu transformator dimasukkan dalam minyak yang dialirkan, pendingin juga dibantu dengan air. II.8 TRANSFORMATOR DISTRIBUSI II.8.1 UMUM Suatu sistem tenaga listrik terdiri dari tiga bagian utama : pusat pembangkit listrik, saluran transmisi, dan sistem distribusi. Pemakaian energi yang diberikan kepada para pelanggan bukanlah menjadi tanggung jawab PLN. Suatu sistem distribusi yang menghubungkan semua beban terjadi pada stasiun pembantu atau substation, dimana dilaksanakan transformasi tegangan. Pada umumnya pusat pembangkit tenaga listrik berada jauh dari pengguna tenaga listrik. Untuk mentransmisikan tenaga listrik dari pembangkit ini, maka diperlukan penggunaan tegangan tinggi 150 k atau tegangan ekstra tinggi 500 k. Setelah saluran transmisi mendekati pusat pemakaian tenaga listrik, yang
dapat merupakan suatu daerah industri atau suatu kota, tegangan melalui gardu induk diturunkan menjadi tegangan menengah 0 k. Tegangan menengah dari gardu induk ini melalui saluran distribusi primer untuk disalurkan ke gardu-gardu distribusi atau pemakai tegangan menengah. Dari saluran distribusi primer, tegangan menengah diturunkan menjadi tegangan rendah 400/30 melalui gardu distribusi. Tegangan rendah dari gardu distribusi disalurkan melalui saluran tegangan rendah ke komsumen tegangan rendah. Bentuk sederhana dari sistem distem distribusi tenaga listrik dapat ditunjukkan pada Gambar.30 Gambar.30 Gambaran Umum Distribusi Tenaga Listrik Transformator distribusi yang umum digunakan adalah transformator stepdown 0K/400. Tegangan fasa ke fasa sistem jaringan tegangan rendah adalah
380. Karena terjadi drop tegangan, maka pada rak tegangan rendah dibuat di atas 380 agar tegangan pada ujung penerima tidak lebih kecil dari 380. Pada kumparan primer akan mengalir arus jika kumparan primer dihubungkan ke sumber tegangan bolak-balik, sehingga pada inti tansformator yang terbuat dari bahan ferromagnet akan terbentuk sejumlah garis-garis gaya magnet (fluks = ). Karena arus yang mengalir merupakan arus bolak-balik, maka fluks yang terbentuk pada inti akan mempunyai arah dan jumlah yang berubah-ubah. Jika arus yang mengalir berbentuk sinusoidal, maka fluks yang terjadi akan berbentuk sinusoidal pula. Karena fluks tersebut mengalir melaui inti yang mana pada inti tersebut terdapat belitan primer dan sekunder, maka pada belitan primer dan sekunder tersebut akan timbul ggl (gaya gerak listrik) induksi, tetapi arah ggl induksi primer berlawanan dengan arah ggl induksi sekunder. Sedangkan frekuensi masing-masing tegangan sama dengan frekuensi sumbernya. Hubungan transformasi tegangan adalah sebagai berikut : E E 1 N N 1 a...(.31) Dimana : E 1 = ggl induksi di sisi primer (volt) E = ggl induksi di sisi sekunder (volt) N 1 = jumlah belitan sisi primer (turn) N = jumlah belitan sisi sekunder (turn) a = perbandingan transformasi
II.8. KLASIFIKASI BEBAN PADA TRANSFORMATOR DISTRIBUSI. Tujuan utama dari adanya alat Transformator Distribusi dalam sistem tenaga listrik adalah untuk mendistribusikan tenaga listrik dari gardu induk ke sejumlah pelanggan atau konsumen. Pada Tabel.1 berikut ini adalah klasifikasi pelanggan listrik yang dilayani oleh PLN : Tabel.1 Klasifikasi Beban Pelanggan Listrik PLN Beban Yang Dilayani No Golongan Tarif Batas Daya 1 S-1 / TR 0 A TARIF S ( Sosial ) 3 4 5 6 S- / TR S- / TR S- / TR S- / TR S- / TR 450 A 900 A 1300 A 00 A > 00 A s/d 00 KA S-3 / TM > 00 KA 1 R-1 / TR s/d 450 A R-1 / TR 900 A TARIF R 3 R-1 / TR 1300 A ( Perumahan ) 4 R-1 / TR 00 A 5 R- / TR > 00 A 6600 A 6 R-3 / TR > 6600 A 1 B-1 / TR s/d 450 A B-1 / TR 900 A TARIS B 3 B-1 / TR 1300 A ( Bisnis ) 4 B-1 / TR 00 A 5 B- / TR > 00 A s/d 00 KA 6 B-3 / TM > 00 KA 1 I-1 / TR s/d 450 A I-1 / TR 900 A TARIF I 3 I-1 / TR 1300 A ( Industri ) 4 I-1 / TR 00 A
TARIF P ( Perkantoran ) 5 I-1 / TR > 00 A s/d 14 KA 6 I- / TR > 14 KA s/d 00 KA 7 I-3 / TM > 00 KA 8 I-4 / TT > 30000 KA 1 P-1 / TR s/d 450 A P-1 / TR 900 A 3 P-1 / TR 1300 A 4 P-1 / TR 00 A 5 P-1 / TR > 00 A s/d 00 KA P- / TM > 00 KA P-3 / TR LPJU Keterangan : S = Pelanggan Listrik Sosial R = Pelanggan Listrik Perumahan B = Pelanggan Listrik Bisnis I = Pelanggan Listrik Insdustri P = Pelanggan Listrik Perkantoran TR = Tegangan Rendah TM = Tegangan Menengah TT = Tegangan Tinggi LPJU = Lampu Penerangan Jalan Umum Berikut ini jenis-jenis /spesifikasi umum dari Transformator Distribusi yang sering digunakan : Spesifikasi Umum Tegangan Primer Transformator Distribusi
Tegangan primer sesuai dengan tegangan nominal sistem pada jaringan tegangan menengah (JTM) yang berlaku dilingkungan ketenagalistrikan yaitu 6 K dan 0 K. Dengan demikian ada dua macam transformator distribusi yang dibedakan oleh tegangan primernya, yaitu : a. Transformator distibusi bertegangan primer 6 K b. Transformator distribusi betegangan primer 0 K Catatan : phasa Pada sistem distribusi tiga phasa, 4 kawat, maka transformator tunggal yang dipasang tentunya mempunyai tegangan pengenal 0K 1K 3 Spesifikasi Umum Tegangan Sekunder Transfomator Distribusi Tegangan sekunder ditetapkan tanpa disesuaikan dengan tegangan nominal sistem jaringan tegangan rendah (JTR) yang berlaku dilingkungan PLN (17 & 0 untuk sistem phasa tunggal dan 17/0 dan 0/380 untuk sistem tiga phasa), yaitu 133/31 dan 31/400 (pada keadaan tanpa beban). Dengan demikian ada empat macam transformator distribusi yang dibedakan oleh tegangan sekundernya, yaitu : a. Transformator distribusi bertegangan sekunder 133/31 b. Transformator distribusi bertegangan sekunder 31/400 c. Transformator distribusi bertegagan sekunder 133/31 dan 31/400 yang dapat digunakan secara serentak (simultan). Catatan :
Bilamana dipakai tidak serentak maka dengan bertegangan sekunder 31/400 daya transformator tetap 100 % daya pengenal, sedang dengan tegangan sekunder 133/31 dayanya hanya 75 % daya pengenal. d. Transformator distribusi bertegangan sekunder 133/31 dan 31/400 yang digunakan terpisah. Spesifikasi Umum Penyadapan (Taping) Transformator Distribusi Ada tiga macam penyadapan tanpa beban (STB), yaitu : a. Sadapan tanpa beban tiga langkah : 1 ; 0 ; 19 K b. Sadapan tanpa beban lima langkah : ; 1 ; 0 ; 19 ; 18 K c. Sadapan tanpa beban lima langkah : 1 ; 0,5 ; 0 ; 19,5 ; 19 K Penyadapan dilakukan dengan pengubah sadapan (komutator) pada keadaan tanpa beban pada sisi primer. Catatan : Nilai-nilai tegangan sadapan, khususnya penyadapan utama (principle tapping), adalah nilai-nilai yang bersesuaian dengan besaran-besaran pengenal (arus, tegangan, daya). Spesifikasi Umum Daya Pengenal Transformator Distribusi Nilai-nilai daya pengenal tranformator distribusi yang lebih banyak dipakai dalam SPLN 8 : 1978 IEC 76 1 (1976) seperti pada Tabel., sedang yang bertanda * adalah nilai-nilai standar transformator distribusi yang dipakai PLN.
Tabel. Nilai Daya Pengenal Transformator Distribusi KA KA KA 5 6,3 8 10 1,5 16* 0 5* 31,5 40 50* 63 80 100* 15 160* 00* 50* 315* 400* 500* 630* 800* 1000* 150* 1600* dst Spesifikasi Umum Rugi-rugi Transformator Distribusi Berbagai nilai dari rugi-rugi transformator distribusi menurut SPLN 50 tahun 1997 dapat dilihat pada Tabel.3 berikut ini : Tabel.3 Nilai Rugi-rugi Transformator Distribusi KA Rating 5 50 100 160 00 315 400 680 800 1000 150 1600 Rugi Besi (Watt) 115 190 30 400 550 770 930 1300 1950 300 700 3300 Rugi Tembaga (Watt) 700 1100 1750 000 850 3900 4600 6500 1000 1100 15000 18100