Docstoc

trafo/transformator

Document Sample
trafo/transformator Powered By Docstoc
					                          TRANSFORMATOR




1. Auto Transformator
        Auto transformator adalah trafo yang hanya memiliki satu lilitan. Pada
trafo jenis ini antara lilitan primer dan sekunder tidak dilakukan isolasi elektrik
seperti pada trafo biasa dengan dua lilitan. Namun, secara teori dan operasi
memiliki kesamaan dengan trafo dengan dua lilitan.
        Karena hanya memiliki satu lilitan, auto trafo ini menggunakan lebih
sedikit tembaga sehingga lebih ekonomis. Adapun rangkaian ekivalen auto trafo
adalah sebagai berikut:




                            Gambar 1. Auto Transformator


Dan dengan mengabaikan rugi-rugi besi dan rugi-rugi arus keadaan tanpa beban
maka:
                                V2 N 2 I1
                                      K
                                V1 N1 I 2

        Arus pada sector CB adalah diferensiasi vektor dari I2 dan I1. Tetapi,
sebagai dua arus yang berbeda fasa, resultan arus arus adalah (I2 - I1) dimana I2
lebih besar dari I1.
        Seperti yang dikatakan sebelumnya, auto-trafo digunakan ketika nilai K
hampir mendekati nilai satu dan juga ketika tidak ada objek antara primer
sekunder. Oleh karena itu, auto-trafo digunakan untuk:
       Mengurangi jatuh tegangan pada kabel distribusi,
       Sebagai auto-stater trafo pada stater motor induksi,
       Sebagai trafo interkoneksi pada system 132 kV/330 kV,
       Pada peralatan control pada lokomotif listrik 1-fasa dan 3-fasa.


2. Kerja Paralel Trafo
   2.1. Kerja Paralel Trafo Satu Fasa
        Agar trafo dapat men-supply daya melebihi rating yang dimilikinya, kita
dapat menghubungkan trafo tersebut secara paralel dengan suatu trafo lain yang
memiliki rating yang sama dengan trafo pertama. Proses pemaralelan ini
dilakukan dengan menghubungkan lilitan primer kedua trafo yang memiliki
polaritas yang sama pada busbar supply dan lilitan sekundernya pada busbar
beban. Sebagaimana diperlihatkan gambar berikut:




                             Gambar 2: Kerja Paralel Trafo


       Pada proses pemaralelan ini sangat penting untuk memperhatikan
polaritasnya, karena jika kita salah dalam menghubungkannya, terutama pada sisi
sekunder, akan dapat menyebabkan timbulnya arus lokal dan menyebabkan
terjadinya hubung singkat.
       Ada beberapa kondisi yang harus dipenuhi ketika memaralelkan trafo untuk
menghindari timbulnya arus lokal dan memastikan bahwa trafo bekerja dalam
kondisi normal berdasarkan rating kVA-nya, yaitu:
       Lilitan primer trafo harus sesuai dengan tegangan dan frekuensi supply
        sistem,
       Ketika menhubungkan trafo, polaritasnya harus sangat diperhatikan,
       Rating tegangan sisi primer dan sekunder harus identik. Dengan kata lain,
        trafo harus memiliki rasio yang sama.
       Persentase magnitudo impedansi sisi primer dan sekunder harus sama dan
        memiliki rasio X/R yang sama untuk menghindari sirkulasi arus dan
        operasi dengan faktor daya yang berbeda,
       Pada trafo dengang rating kVA yang berbeda, ekivalen impedansi harus
        berkebalikan dengan rating kVA masing-masing trafo jika sirkulasi arus
        ingin dihindari.
       Jika kualitas dari kedua persentase impedansi adalah berbeda, maka ini akan
menyebabkan terjadinya divergensi pada segitiga fasa pada dua arus, dengan
akibat satu trafo akan beroperasi dengan kondisi faktor daya tinggi dan yang
lainnya dengan faktor daya rendah dari kombinasi beban.


          2.1.1. Kondisi Ideal
        Kondisi ini adalah kondisi dimana trafo memiliki rasio tegan sama dan
memiliki impedansi segitiga tegangan yang identik baik ukuran maupun bentuk.
        Misalkan E adalah tegangan sisi sekunder ketika tanpa beban, dan V2
adalah tegangan terminal. IA adalah arus supply trafo dan I adalah arus total,
lagging dibelakang V2 sebesar Φ, sebagaimana diperlihatkan gambar berikut:




                       Gambar 3: Kasus Ideal Operasi Paralel Trafo
Sehingga menghasilkan relasi:
                                       I = IA + IB,
                         V2 = E – IAZA = E – IBZB = E - IZAB,
                            IAZA = IBZB atau IA/IB = ZB/ZA
                      IA = IZB/(ZA + ZB) dan IB = IZA/(ZA + ZB)


         2.1.2. Kondisi Rasio Tegangan Sama
        Diasumsikan bahwa tegangan kondisi tanpa beban sisi sekunder kedua
trafo adalah sama, yaitu: EA = EB = E dan tidak ada perbedaan fasa antara EA dan
EB sehingga arus magnetisasi daru kedua trafo tidak meiliki perbedaan.
Berdasarkan kondisi ini, kedua sisi primer dan sekunder kedua trafo bisa
diparalelkan dan tidak ada arus yang mengalir ketika kondisi tanpa beban.
        Sehingga, dengan mengabaikan admitansi magnetisasi, kedua trafo bisa
dikoneksikan sebagaimana diperlihatkan gambar berikut:




              Gambar 4: Kasus Rasio Tegangan Sama pada Operasi Paralel Trafo


         Dengan memperhatikan semua nilai yang berkenaan dengan sisi
sekunder, dimana:
         ZA, ZB         : Impedansi Trafo
         IA, IB         : Arus masing-masing trafo
         V2             : Tegangan terminal
         I              : Total arus
Maka:
                              I A Z A  I B Z B  IZ AB ..... (i)
Dimana ZAB adalah kombinasi impedansi dari ZA dan ZB secara paralel, yaitu:
                                         1    1   1
                                               
                                        Z AB Z A Z B
Sehingga:
                                              ZAZ B
                                    Z AB            ...... (ii)
                                             ZA  ZB
Dan, berdasarkan persamaan (i), diperoleh:
                          IZ AB     IZ B           IZ      IZ A
                   IA                   dan I B  AB 
                           ZA     ZA  ZB           ZB   ZA  ZB

Dengan mengalikan kedua sisi tegangan terminal V2, maka:
                                    ZB                             ZA
                  V2 I A  V2 I           dan juga V2 I B  V2 I
                                  ZA  ZB                        ZA  ZB
Dan jika V2I x 10-3 = S (kombinasi beban dalam kVA), maka:
                   ZB           1                      ZA           1
        SA  S           S              dan S B  S         S
                 ZA  ZB    1 Z A / Z B             ZA  ZB    1 ZB / Z A


        2.1.3. Kondisi Rasio Tegangan Tidak Sama
        Pada kasus ini, rasio tegangan (rasio trafo) dari dua trafo yang
diparalelkan tidak sama. Pada kasus ini lebih mudah diselesaikan melalui
pendekatan aljabar fasor dari pada pendekatan grafis.
        Apabila EA, EB adalah e.m.f sekunder keadaan tanpa beban dari kedua
trafo, dan ZL adalah impedansi beban pada sisi sekunder, maka dapat digambarkan
rangkaian ekivalen kondisi ini sebagai berikut:




            Gambar 5: Kasus Rasio Tegangan Berbeda pada Operasi Paralel Trafo
           Ketika sisi sekunder tidak diberi beban, maka akan timbul arus yang
menyilang sebagai akibat induksi yang tidak rata. Arus tersebut dapat dijelaskan
secara matematis sesuai persamaan berikut:
                                       E A  EB
                               IC              ……… (i)
                                       Z A  ZB
        Sebagai akibat induksi e.m.f pada kedua trafo, maka persamaan total
menjadi:
                                      E A  I A Z A  V2

                                      EB  I B Z B  V2

Dimana:
                                V2  IZ L  ( I A  I B ) Z L

Dimana: ZL = Impedansi Beban
Sehingga:
                         E A  I A Z A  ( I A  I B ) Z L ……… (ii)

                        EB  I B Z B  ( I A  I B ) Z L ……… (iii)

Jadi,
                                E A  EB  I A Z A  I B Z B

                                       ( E A  EB )  I B Z B
                                IA 
                                                ZA

Dengan mesubstitusi IA ke persamaan (iii), maka:
                                          ( E A  EB )  I B Z B
                       EB  I B Z B  (                           I B )Z L
                                                   ZA

Sehingga:
                                                 E A Z B  EB Z A
                          I  I A  IB 
                                            Z A Z B  Z L (Z A  Z B )
Dengan mengalikan numerator dan denumerator persamaan ini dengan 1/ZAZB
dan juga karena ZL, maka:
                                             E A / Z A  EB / Z B
                           V2  IZ L 
                                           1/ Z A  1/ Z B  1/ Z L
      2.2. Kerja Paralel Trafo Tiga Fasa
           Pada dasarnya semua kondisi pada proses pemaralelan trafo satu fasa
dapat juga diaplikasikan pada proses pemaralelan trafo tiga fasa, namun terdapat
sedikit tambahan, yaitu:
          Rasio tegangan harus mengarah pada tegangan sisi primer dan sekunder
           trafo. Contoh: Jika V1 dan V2 adalah tegangan primer dan sekunder trafo
           satu fasa, maka untuk trafo tiga fada dengan hubungan Y/Δ memiliki rasio
           V2/(V1/√3) = √3V2/V1,
          Pemindahan fasa diantara tegangan primer dan sekunder harus sama untuk
           semua trafo yang diparalelkan,
          Urutan fasa harus sama,
          Ketiga trafo pada trafo tiga fasa memiliki konstruksi yang sama baik inti
           atau kulitnya.


Contoh soal:
         Dua trafo 1-fasa A dan B memiliki rating daya 250 kVA masing-masingnya.
          Kedua trafo tersebut dihubungkan secara paralel. Persentase impedansi A
          dan B berturut-turut adalah (1 + j6) dan (1.2 + j4.8). Hitung pembagian daya
          pada masing-masing trafo jika daya total sebesar 500 kVA dengan faktor
          daya 0.8 lagging !


          Pembahasan:
             ZA       1  j6
                                 0.55 2.1
          Z A  Z B 2.2  j10 .8

             ZB      1.2  j 4.8
                                 0.45   2.5
          Z A  Z B 2.2  j10 .8

                     ZB
          SA  S            500   36 .9  0.45   2.5  225   39 .4
                   ZA  ZB

                     ZA
          SB  S            500   36 .9  0.55 2.1  275   34 .8
                   ZA  ZB
                                                              275  250
    Sehingga, trafo B terjadi kelebihan beban sebesar                    100  10% .
                                                                250
    Dan, persentase total daya pada trafo B adalah (275/500) x 100% = 55 %.


   Suatu trafo 500 kVA dengan resistansi 1 % dan reaktansi 5 %diparalelkan
    dengan sebuah trafo 250 kVA dengan resistansi 1.5 % dan reaktansi 4 %.
    Tegangan sekunder pada setiap trafo pada kondisi tanpa beban adalah 400
    V. Tentukan bagaimana pembagian beban 750 kVA pada faktor daya 0.8 !


    Pembahasan:
                                              500 
    Z A  1  j5  5.178 .7           ZB       (1.5  j 4)  3  j8  8.55 69 .4
                                              250 
    Z A  Z B   4    j13  13 .672 .9    S  750  36.9
               ZB      750   36 .9  8.55 69 .4
    SA  S                                           470   40 .4
             ZA  ZB          13 .672 .9
        = 470 kVA dengan faktor daya 0.762 lagging
               ZA      750   36 .9  5.178 .7
    SB  S                                         280   31 .1
             ZA  ZB          13 .672 .9
       = 280 kVA dengan faktor daya 0.856 lagging


   Suatu beban 1400 kVA pada p.f. 0.866 lagging disupply oleh dua buah trafo
    3-fasa yang diparalelkan. Rasio kedua trafo adalah sama yaitu 6600/400
    Δ/Y. Jika ekivalen impedansi sekunder masing-masing trafo adalah (0.001 +
    j0.003) ohm dan 0.0028 + j0.005) ohm. Hitung daya dan faktor daya
    masing-masing trafo !


    Pembahasan:
    Dengan dasar 1000 kVA, ZA = (0.001 + j0.003) Ω,
    ZB = (1000/500)(0.0028 + j0.005) Ω = (0.0056 + j0.01) Ω
       ZA      (0.001  j 0.003) 3.162  10 3 71.6
                                                     0.20328.5
    Z A  Z B (0.0066  j 0.013) 14.57  10 3 63.1

    S  1400  cos 1 (0.866 )  1400   30   (1212  j 700 )
                  ZA
       SB  S            1400   30   0.2032 8.5
                ZA  ZB
             284.5  21.5  265  j104
       S A  S  S B  (1212  j 700 )  (265  j104 )  (947  j 596 )  1145   32 .2


3. Hubungan Trafo Tiga Fasa
   3.1. Hubungan Bintang (Y)
          Pada hubungan bintang, arus trafo 3-fasa dengan lilitan yang
dihubungkan secara bintang memiliki magnitudo sama, yaitu IA = IB = IC dan
masing-masing berbeda fasa 120°.




                       Gambar 6: Hubungan Bintang (Y) Trafo 3-Fasa


Berdasarkan gambar 6, untuk kondisi beban yang seimbang diperoleh persamaan :
                                   IN = IA + IB + IC
                             VAB = VAN +VBN = VAN – VBN
                            VBC = VBN + VCN = VBN – VCN
                                    VCA = VCN - VAN
Dan:
                             VAB = √3VAN atau VP = √3VL
Dimana:
                                         IP = IL
Sehingga:
                                          V 
                           S  3VP I P  3 L  I L  3VL I L
                                             
                                           3
   3.2. Hubungan Delta (Δ)
          Tegangan transformator tiga fasa dengan lilitan yang dihubungkan
secara delta adalah sama, yaitu VAB = VBC = VCA yang masing-masing berbeda
fasa 120°. Sehingga:
                                VAB + VBC + VCA = 0
Dan untuk beban yang seimbang :
                                    IA = IAB – ICA
                                    IB = IBC – IAB
                                    IC = ICA - IBC




                       Gambar 7 : Hubungan Delta (Δ) Trafo 3-Fasa



   3.3. Hubungan Zig Zag (Z)
        Trafo zig zag adalah trafo dengan kegunaan khusus. Trafo ini memiliki
lilitan primer namun tidak memiliki lilitan sekunder. Salah satu kegunaan trafo zig
zag adalah untuk earth reference point, yaitu untuk sistem listrik yang tidak
ditanahkan. Kegunaan lain dari trafo zig zag adalah untuk mengontrol harmonisa
arus.
        Sebagaimana trafo 3-fasa pada umumnya, trafo zig zag juga memiliki
enam lilitan dengan tiga inti besi. Lilitan pertama dari setiap inti besi dihubungkan
dengan lilitan kedua pada inti besi berikutnya dan begitu seterusnya. Sehingga
arus netral dapat diabaikan dan dapat ditanahkan.
        Jika pada salah satu fasa atau lebih terjadi kesalahan ke tanah maka dapat
menyebabkan tegangan antar fasa menjadi tidak seimbang dan fluks pada lilitan
tidak berputar. Arus urutan nol timbul antara netral trafo dan fasa yang salah. Dan
dengan trafo zig zag akan membuat suatu jalur balik pada fasa yang salah pada
sistem dengan hubungan delta. Sehingga arus gangguan menjadi kecil dan dapat
diabaikan.


   3.4. Hubungan Bintang-Bintang (Y-Y)
       Pada gambar 8 berikut diperlihat sebuah trafo 3-fasa yang memiliki
hubungan bintang antara sisi primer dan sekundernya.




                  Gambar 8 : Hubungan Bintang – Bintang Trafo 3-Fasa


       Pada hubungan bintang-bintang, rasio tegangan fasa-fasa (L-L) pada
primer dan sekunder adalah sama dengan rasio setiap trafo. Sehingga, tejadi
pergeseran fasa sebesar 30° antara tegangan fasa-netral (L-N) dan tegangan fasa-
fasa (L-L) pada sisi primer dan sekundernya.
       Hubungan bintang-bintang ini akan sangat baik hanya jika pada kondisi
beban seimbang. Karena, pada kondisi beban seimbang menyebabkan arus netral
(IN) akan sama dengan nol. Dan apabila terjadi kondisi tidak seimbang maka akan
ada arus netral yang kemudian dapat menyebabkan timbulnya rugi-rugi.


   3.5. Hubungan Bintang-Delta (Y-Δ)
       Sebagian besar jenis hubungan ini digunakan pada sisi terima saluran
transmisi dimana tegangan mulai diturunkan. Lilitan primer adalah dengan
hubungan bintang (Y) dengan netral ditanahkan. Sementara lilitan sekunder
adalah hubungan delta (Δ), seperti pada gambar 9.
                   Gambar 9 : Hubungan Bintang – Delta Trafo 3-Fasa


       Rasio antara sekunder dan primer tegangan fasa-fasa adalah 1/√3 kali
rasio setiap trafo. Terjadi sudut 30° antara tegangan fasa-fasa antara primer dan
sekunder yang berarti bahwa trafo Y-Δ tidak bisa diparalelkan dengan trafo Y-Y
atau trafo Δ-Δ. Dan juga, ketiga harmonisa arus yang mengalir pada Δ dapat
menimbulkan suatu fluks sinusoidal.


Contoh soal:
     Suatu trafo 3-fasa 50 Hz dengan hubungan delta-bintang memiliki rasio
      22000/400 V. Faktor daya sisi sekunder dengan beban seimbang adalah 0.8
      lagging. Arus pada sisi primer adalah 5 A. Tentukan arus pada setiap inti
      besi pada sisi primer dan sekunder ! Dan tentukan besar daya keluarannya !


      Pembahasan:
      Tegangan Line to Netral sisi primer      : 22000 V
      Tegangan Line to Netral sisi sekunder : 400/√3 V
      Sehingga                                 : K = 400/22000 x √3
                                                   = 1/55 √3
      Arus Line to Netral sisi primer          : 5/√3 A
                                                   5        1
      Arus Line to Netral sisi sekunder        :                 = 275 A
                                                   3       55 3
      Arus Line to Line sisi sekunder          : 275 A
      Dan, daya output                         : S = √3VLIL cos Φ
                                                   = √3 x 400 x 275 x 0.8
                                                   = 15.24 Watt


   Suatu trafo 3-fasa dengan rasio 33/6.6 kV, Δ/Y, 2-MVA memiliki resistansi
    primer 8 Ω/fasa dan resistansi sekunder 0.08 Ω/fasa. Persentase impedansi 7
    %. Hitung tegangan sisi sekunder dan tentukan regulasi tegangan beban
    penuh dimana faktor daya 0.75 lagging !


    Pembahasan:
                               2  10 6
    Arus F.L. sekunder =                       175 A
                             3  6.6  10 3
    K = 6.6/(√3 x 33) = 1/8.65
    R02 = 0.08 + 8/8.652 = 0.1867 Ω/fasa
                                               7    6600
    Drop impedansi sekunder per-fasa =                   266 .7 V
                                              100     3
    Z02 = 266.7/175 = 1.523 Ω/fasa

    X 02  Z 02  R02  1.5232  0.1867 2  1.51 Ω/fasa
             2     2



    Drop per-fasa = I2(R02 cos Φ + X02 sin Φ)
                    = 175(0.1867 x 0.75 + 1.51 x 0.66) = 200 V
    Tegangan sekunder/fasa = 6600/√3 = 3810 V;
    V2 = 3810 – 200 = 3610 V
    Tegangan Line to Line sekunder = 36.10 x √3 = 6250 V
    % regn. = (200/3810) x 100 % = 5.23 %


   Suatu trafo 3-fasa 100 kVA, 50 Hz, 3300/400 V memiliki hubungan-Δ pada
    sisi tegangan tinggi dan hubungan-Y pada sisi tegangan rendah. Resistansi
    pada sisi lilitan tegangan tinggi adalah 3.5 Ω/fasa dan 0.02 Ω/fasa fada
    lilitan sisi tegangan rendah. Hitung rugi-rugi inti besi trafo pada tegangan
    normal dan frekuensinya jika efisiensi beban penuh 95.8 % pada faktor daya
    0.8 lagging !


    Pembahasan:
    Keluaran F.L.            = 100 x 0.8 = 80 kW
      Masukan                 = 80/0.958 = 83.5 kW
      Total rugi – rugi       = masukan – keluaran = 83.5 – 80 = 3.5 kW

                                  tegangan / fasa _ sekunder 400 / 3     4
      K                       =                                     
                                   tegangan / fasa _ primer   3300     33 3
      R02                     = R2 + K2R1 = 0.02 +(4/√3 x 33)2 x 3.5 = 0.037 Ω
      Arus sekunder F.L. I2   = 100000/√3 x 400 = 144.1 A
      Total rugi-rugi Cu      = 3I22R02 = 3 x 144.12 x 0.037 = 2305 W
      Rugi-rugi besi          = Total rugi-rugi – Total rugi-rugi Cu
                              = 3500 – 2305 = 1195 W


4. Trafo Instrumentasi
    4.1. Trafo Arus
            Trafo arus adalah trafo instrumentasi yang digunakan untuk mengukur
arus beban suatu rangkaian. Dengan menggunakan trafo arus maka arus beban
yang besar dapat diukur hanya dengan menggunakan alat ukur (ammeter) yang
tidak terlalu besar.




                                Gambar 10 : Trafo Arus



            Dengan mengetahui perbandingan trafo N1/N2 dan I2 maka arus beban I1
dapat dihitung. Dan, bila trafo dianggap ideal maka arus beban :
                                  I1 = (N2/N1) x I2
            Untuk menjaga agar fluks tetap tidak berubah maka perlu diperhatikan
agar rangkaian sekunder selalu tertutup. Dalam keadaan rangkaian sekunder
terbuka, ggm N2I2 akan sama dengan nol (karena I2 = 0) sedangkan ggm N1I1
tetap ada sehingga fluks normal akan terganggu.


   4.2. Trafo Tegangan
         Trafo tegangan adalah trafo instrumentasi yang digunakan untuk
mengukur tegangan. Dengan mengetahui N1 dan N2, membaca tegangan V2, serta
menganggap transformator ideal maka tegangan V1 adalah :
                                 V1 =(N1/N2)V2
         Pada trafo tegangan pentanahan rangkaian sekunder diperlukan untuk
mencegah adanya beda potensial yang besar antara kumparan primer dan
sekunder saat isolasi kumparan primer rusak.




                            Gambar 11 : Trafo Tegangan
 TUGAS MESIN LISTRIK 2
 TRANSFORMATOR




          Oleh:
    S.AVIV AL RASYID
        06 175 028




JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
   FAKULTAS TEKNIK
 UNIVERSITAS ANDALAS
       PADANG
          2008

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Tags:
Stats:
views:8614
posted:3/30/2010
language:Malay
pages:16