Transformator Distribusi

URAIAN SYSTEM
Transformator yang biasa diistilahkan dengan transformer atau ‘trafo’ adalah suatu alat untuk “memindahkan” daya listrik arus bolak-balik ( alternating current ) dari suatu rangkaian ke rangkaian lainnya berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik ( EMF Induction ) yang terjadi antara 2 induktor ( kumparan ) atau lebih.

Bagian-bagian terpenting dan mendasar dari sebuah trafo adalah :
● Kumparan primer (primary winding) yg dihubungkan dengan sumber listrik,
● Kumparan sekunder (secondary winding) yg dihubungkan dengan beban,
● Inti / teras / kernel (core) yang berfungsi menyalurkan GGL induksi antar kedua kumparan

Perhatikan sketsa berikut :

1. Prinsip teknis kerja trafo :

Dalam parktek, dikenal 3 sistem pendeteksian dan pengendalian, yaitu :
Apabila kumpatan primer dihubungkan dengan sumber tegangan dengan arus bolak balik (AC), maka arus I1 akan mengalir pada kumparan primer, dan menimbulkan flux magnet yang berubah - ubah sesuai frekuensi arus I1 pada kernel trafo, dan menimbulkan GGL induksi eρ pada kumparan primer. Besarnya GGL induksi eρ adalah :

eρ = - Nρ dø / dt volt ..….……….………………………………………. (1)

dengan : eρ = GGL Induksi primer
Nρ = Jumlah lilitan primer
dø = Jumlah GGM, dalam weber
dt = Perubahan waktu, dalam detik

Perubahan flux magnetik yang menginduksi GGL ep adalah flux bersama (mutual flux), sehingga GGL induksi muncul pada kumparen sekunder sebagai es yang besarnya adalah :
es = – Ns (dø / dt) volt …………………………………………… (2)

dengan Ns = jumlah lilitan kumparan sekunder dari (1) dan (2), perbandingan lilitan dapat didapat dari perbandingan lilitan sebagai berikut :

a = ep / es = Np / Ns ……………..………………………………….. (3)

dengan ‘a’ = rasio perbandingan lilitan (turn ratio) transformator

Karena rasio perbandingan tegangan berbanding lurus dengan rasio perbandingan lilitan, maka apabila a<1>1 maka fungsinya adalah untuk menaikkan tegangan (step up transformer).
Flux pada saat dinyatakan dengan f(t) = fm sin wt
dengan øm = nilai flux maksimum ( webwer), sehingga GGL pada kumparan primer adalah :

ep = – Np dø / dt
ep = – Np d øm sin ωt / dt
ep = – Np ω øm cos ωt
ep = – Np ω øm sin (ωt - Л/2)

GGL induksi primer maksimum adalah (ep)max = - Np ω øm, melalui persamaan :

ep = (Ep)max / √2
= Np ω øm / √2
= 2Л ø Np ω øm √2 / 2
= 3,14. 1.41 f Np øm
ep = 4,44 f Np øm ………………………………………..……………..………….. (4)

dengan cara yang sama diperoleh :

es = 4,44 f Nsøm ………………………………..……….………….…………….. (5)

Apabila transformer dianggap ideal, tanpa rugi-rugi daya, maka daya input Pi dianggap sama dengan daya output Po. Sehingga dari ( 3 ) didapat:

U1.I1 = U2.I2

a = Np/Ns = U1/U2 = I1/I2 .………………………………………………………. (6)

Persamaan (5) dan (6) inilah yang biasa digunakan sebagai pendekatan dalam praktek pengawasan di lapangan.

2. Jenis / tipe dan klasifikasi trafo:
(akan di jelaskan dimateri tersendiri)

PERALATAN UTAMA & FUNGSI

Sesuai dengan penjelasan diatas, maka sebuah transformator distribusi berfungsi untuk menurunkan tegangan transmisi menengah 20kV ke tegangan distribusi 220/380V sehingga dengan demikian, peralatan utamanya adalah unit trafo itu sendiri ( umumnya jenis 3 phase ).

1. Kumparan tersier :
Selain kedua kumparan ( primer dan sekunder ) ada beberapa trafo yang dilengkapi dengan kumparan ketiga atau kumparan tersier ( tertiary winding ).
Kumparan tersier diperlukan untuk memperoleh tegangan tersier atau untuk kebutuhan lain. Untuk kedua keperluan tersebut, kumparan tersier selalu dihubungkan delta.
Kumparan tersier sering dipergunakan juga untuk penyambungan peralatan bantu seperti kondensator synchrone, kapasitor shunt dan reactor shunt, namun demikian tidak semua trafo daya mempunyai kumparan tersier.

2. Media pendingin :
Khusus jenis trafo tenaga tipe basah, kumparan-kumparan dan intinya direndam dalam minyak-trafo, terutama trafo-trafo tenaga yang berkapasitas besar, karena minyak trafo mempunyai sifat sebagai media pemindah panas dan bersifat pula sebagai isolasi ( tegangan tembus tinggi ) sehingga berfungsi sebagai media pendingin dan isolasi. Untuk itu minyak trafo harus memenuhi persyaratan sbb. :
a. ketahanan isolasi harus tinggi ( >10kV/mm )
b. Berat jenis harus kecil, sehingga partikel-partikel inert di dalam minyak dapat mengendap dengan cepat.
c. Viskositas yang rendah agar lebih mudah bersirkulasi dan kemampuan pendinginan menjadi lebih baik.
d. Titik nyala yang tinggi, tidak mudah menguap yg dapat membahayakan
e. Tidak merusak bahan isolasi padat ( sifat kimia ‘y’ )

3. Bushing :
Merupakan penghubung antara kumparan trafo ke jaringan luar. Bushing adalah sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator, yang sekaligus berfungsi sebagai penyekat antara konduktor tersebut dengan tangki trafo.

4. Tangki dan konservator (khusus pada trafo tipe basah) :
Pada umumnya bagian-bagian dari trafo yang terendam minyak trafo yang ditempatkan di dalam tangki baja. Tangki trafo-trafo distribusi umumnya dilengkapi dengan sirip-sirip pendingin ( cooling fin ) yang berfungsi memperluas permukaan dinding tangki, sehingga penyaluran panas minyak pada saat konveksi menjadi semakin baik dan efektif untuk menampung pemuaian minyak trafo, tangki dilengkapi dengan konservator.

5. Tap changer ( perubah tap ) :
Tap Changer adalah perubah perbandingan transformator untuk mendapatkan tegangan operasi sekunder sesuai yang diinginkan dari tegangan jaringan / primer yang berubah-ubah. Tap changer dapat dioperasikan baik dalam keadaan berbeban ( on-load ) atau dalam keadaan tak berbeban ( off load ), tergantung jenisnya.

6. Breather ( alat pernapasan ) :
Karena pengaruh naik turunnya beban trafo maupun suhu udara luar, maka suhu minyakpun akan berubah-ubah mengikuti keadaan tersebut. Bila suhu minyak tinggi, minyak akan memuai dan mendesak udara di atas permukaan minyak keluar dari dalam tangki, sebaliknya bila suhu minyak turun dan volumenya menyusut maka udara luar akan masuk ke dalam tangki.
Proses di atas disebut “pernapasan trafo”. Hal tersebut menyebabkan permukaan minyak trafo akan selalu bersinggungan dengan udara luar yg menurunkan nilai tegangan tembus minyak trafo. Untuk mencegah hal tersebut maka pada ujung pipa penghubung udara luar dilengkapi tabung khusus yg berisi kristal yg bersifat hygroskopis.

7. Perlatan pengaman (safety devices):
Setiap unit trafo distribusi selalu dilengkapi dengan peralatan pengaman, yg mengamankan trafo khususnya fisis, elektris maupun kimiawi. Beberapa peralatan pengaman yg umum dikenal, antara lain :

a. Bucholz rele :
Rele ini berfungsi mendeteksi dan mengamankan trafo terhadap gangguan di dalam tangki yang menimbulkan gas. Gas dapat timbul diakibatkan oleh :
i. Hubung singkat antar lilitan pada/dalam phasa
ii. Hubung singkat antar phasa atau phasa ke tanah
iii.Busur api listrik antar laminasi atau karena kontak yang kurang baik.

b. Over pressure rele :
Rele ini berfungsi hampir sama seperti rele Bucholz, yakni mengamankan terhadap gangguan di dalam trafo. Bedanya rele ini hanya bekerja oleh kenaikan tekanan gas yang tiba-tiba dan langsung mentripkan CB pada sisi upstream-nya.

c. Differential rele :
Berfungsi mengamankan trafo dari gangguan di dalam trafo antara lain flash over antara kumparan dengan kumparan, kumparan dengan tangki atau belitan dengan belitan di dalam kumparan ataupun antar kumparan.

d. Thermal rele :
Berfungsi untuk mengamankan trafo dari kerusakan isolasi kumparan, akibat adanya panas berlebih yang ditimbulkan oleh arus lebih ( over current ). Parameter yang diukur oleh rele ini adalah kenaikan temperatur.
Saat ini keempat jenis rele tersebut diintegrasikan pada satu jenis rele yang dikenal dengan DGPT2. Notasi DGPT2 berarti :
- D = Differential rele
- G = Gas rele
- P = Pressure rele
- T2= Temperature ( thermal ) rele dengan 2 thermostat, masing masing digunakan untuk men-triger alarm dan yang lainnya untuk mengoperasikan kumparan shunt pada CB di sisi upstream, untuk memutuskan / men-trip pasokan daya ke trafo.

e. OCR ( Over Current Rele) :
Berfungsi mengamankan trafo arus yang melebihi nilai yang diperkenankan lewat pada trafo tersebut. Arus lebih dapat terjadi oleh karena beban lebih atau gangguan hubung singkat.

f. Rele tangki–tanah :
Berfungsi untuk mengamankan trafo bila terjadi hubung singkat antara bagian yang bertegangan dengan bagian yang tidak bertegangan pada trafo.

g. Restricted Earth Fault rele :
Berfungsi untuk mengamankan trafo bila terjadi gangguan hubung singkat 1 phasa ke tanah.

h. Indikator-indikator :
Untuk mengawasi kondisi trafo selama beroperasi, maka setiap unit trafo umumnya dilengkapi dengan indikator-indikator berikut :
i. Indikator suhu minyak
ii. Indikator permukaan minyak
iii.Indikator sistem pendingin
iv.Indikator kedudukan tap

DIAGRAM SISTEM

Drawing 7 : Contoh penempatan unit trafo distribusi dalam sistem