1. 1 | P a g e
Oleh
TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
TAHUN AJARAN 2014/2015
2. 2 | P a g e
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena
dengan rahmat, karunia, serta taufik dan hidayah-Nya lah sehingga kami dapat menyelesaikan
makalah tentang “Transformer” ini sebatas pengetahuan dan kemampuan yang dimiliki. Tak lupa
juga kami berterima kasih kepada bapak dosen serat kakak asisten mata kuliah Transformer yang
telah memberikan tugas ini kepada kami dan seluruh pihak yang telah berperan dalam
menyelesaikannya.
Kami sangat berharap makalah ini dapat berguna dalam rangka menambah wawasan serta
pengetahuan kita mengenai Transforme. Kami juga menyadari sepenuhnya bahwa di dalam tugas
ini terdapat kekurangan-kekurangan dan jauh dari apa yang kami harapkan. Untuk itu, kami
berharap adanya kritik, saran dan usulan demi perbaikan di masa yang akan datang, mengingat
tidak ada sesuatu yang sempurna tanpa sarana yang membangun.
Semoga makalah sederhana ini dapat dipahami bagi siapapun yang membacanya. Danjika
ada kata yang kurang berkenan dalam penyusunannya, kami sebagai penyusun memohon maaf
yang sebesar-besarnya.
Gowa, 10Maret 2015
Penyusun
3. 3 | P a g e
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR..............................................................................................................................2
BAB I..................................................................................................................................................5
MATERI UTAMA..................................................................................................................................5
A. SIRKUIT MAGNETIK..................................................................................................................5
4.1 Material ................................................................................................................................5
4.2 Desain Magnetic Circuit..........................................................................................................6
4.2.1 Fitur konstruksi...............................................................................................................7
4.3 Desain Optimum Inti............................................................................................................10
4.3.1 Penampanginti.............................................................................................................10
4.3.2 Pemilihan optimum laminasi..........................................................................................12
4.3.3 Perhitungan jumlah optimal saluran minyak ...................................................................14
4.3.4 Lokasi saluran minyak .............................................................................................16
4.4 Pabrik.................................................................................................................................18
4.4.1 Sudut sendi anggota badan denganlilitan.......................................................................19
4.4.2 Penyusunan lembar laminasi..........................................................................................21
4.4.3 Perakitaninti.................................................................................................................23
4.4.4 Pas inti dalam tangki......................................................................................................24
B. GULUNGAN DAN ISOLASI ......................................................................................................26
5.1 Jenis Gulungan.....................................................................................................................26
5.2 Lonjakan Tegangan Perilaku Gulungan .................................................................................33
5.3 Internal Heat Transfer in Windings........................................................................................41
5.4 Desain isolasi.......................................................................................................................43
5.5 Plotting Medan Listrik..........................................................................................................46
BAB II...............................................................................................................................................52
MATERI PENDUKUNG .......................................................................................................................52
A. SIRKUIT MAGNETIK................................................................................................................52
B. GULUNGAN DAN ISOLASI...........................................................................................................66
1. Gulungan...........................................................................................................................66
2. Isolator..............................................................................................................................67
3. Material Isolasi yang Digunakan Dalam Transformator…………………………………………………68
4. 4 | P a g e
4. Lonjakan Tegangan............................................................................................................73
5. Penentuan Gulungan atauVolt...........................................................................................74
BAB III..............................................................................................................................................76
SOAL DAN PENYELESAIAN.................................................................................................................76
KESIMPULAN DAN SARAN.................................................................................................................81
DAFTAR PUSTAKA.............................................................................................................................84
5. 5 | P a g e
BAB I
MATERI UTAMA
A. SIRKUIT MAGNETIK
Dalam transformator, energi dipindahkan dari satu rangkaian listrik yang lain melalui
medan magnet. Inti transformator yang terbuat dari lembar yang dilaminasi menyediakan
rangkaian magnetik untuk aliran fluks magnetik yang saling menghubungkan pada sirkuit listrik.
Saat melawan udara inti, inti besi memberikan perbandingan yang relatif rendah pada jalur
reluktansi untuk ke fluks magnetik dengan hasilnya didapatkan manfaat (a) magnetizing kecil
saat ini, b) peningkatan total linkage fluks dan (c) rasio tinggi dari kebocoran fluks
mengakibatkan pengurangan rugi sesaat. Desain ini, jenis dan metode manufakturnya memiliki
bantalan yang signifikan pada kualitas, transportability, keterbatasan operasional dan kinerja
teknis dari transformator yang terjamin.
4.1 Material
Beberapa inti transformator yang dulunya terbuat dari kualitas baja laminasi yang
rendah yang memiliki kerugian inti inheren lebih tinggi dan menunjukkan efek penuaan alat
yang lebih cepat, sehingga nantinya akan memperparah komponen hysteresis besi dan
mengakibatkan kerugian peralatan. Itu zatberkala yang ditemukan bahwa jumlah yang sangat
kecil dari paduansilikon dengan rendahkadar karbon baja menghasilkan bahan dengan kerugian
histeresis rendahdan permeabilitas yang tinggi.Lembaran baja ini dengan paduan silikon
mengurangi masalah penuaan dan meningkatkan permeabilitas dan secara berkala
mengurangirugi-rugi arus dan inti magnetizing. Pada setiap peningkatan pengejaran dari
peningkatan peringkat daya danpengurangan kerugian inti, teknik inovatif lain dari produsen
bajadatang dalam bentuk gulungan dingin dengan orientasibutir ke arah bergulir. Baja inti ini
dikenal sebagai CRGOS (gulungan dingin berorientasi inti baja silikon) memiliki kerugian
epstein minimum untuk aliran magnetik sepanjang arah orientasi butir dan bahan ini secara
umum digunakan untuk pembuatan inti transformator .
6. 6 | P a g e
Penerapan CRGOS telah membawa penurunan yang cukup dalam kerugian besi
spesifik ( W/kg ) selama nilai sebelumnya dari inti baja . Namun, CRGOS rentan terhadap
peningkatan kerugian akibat aliran fluks dalam arah selain dari strain mekanik karena klem
tekanan , lubang baut , keikutsertaan anggota badan dengan lilitan , dll. Selain sensitivitas ini ke
arah bergulir , lembar CRGOS juga sangat rentan terhadap gangguan kinerja akibat dampak
lentur , pengosongan pemotongan . Kedua permukaan baja lembaran inti disediakan dengan
isolasi lapisan oksida ( lebih umum dikenal sebagai Carlite ) . Susunan faktor laminasi
ditingkatkan menggunakan laminasi tebal , namun kerugian arus eddy naik sebanding dengan
kuadrat dari ketebalan laminasi tersebut . Untuk mengurangi kerugian arus eddy , laminasi tipis
lebih disukai meskipun faktor susunannya turun . Deburring dari laminasi meningkatkan faktor
penumpukan dan meminimalkan kerugian eddy . Setelah mesin , material harus anil pada 800-
900 ° c dalam lingkungan gas netral. Sifat material dari inti baja dibahas lebih lanjut dalam Bab 3
.
4.2 Desain Magnetic Circuit
Untuk desain transformator , faktor aturan dasarnya adalah :
( a) Penilaian transformator dan kinerjanya ,
( b ) Kondisi operasional ,
( c ) Keterbatasan transportasi ( yaitu , tinggi , panjang, lebar dan berat , dll )
Desain sirkuit magnetik , yaitu inti transformator juga berdasarkan pertimbangan di
atas dan memiliki dampak yang signifikan terhadap perekonomian secara keseluruhan
transformator . Untuk CRGOS , saturasi dapat terjadi pada kepadatan fluks magnetik melebihi
1,9 tesla . Berdasarkan tegangan input dan frekuensi variasi , nilai yang sesuai dari kerapatan
fluks dapat diadopsi untuk menghindari kemungkinan kejenuhan inti di bawah kondisi operasi .
Dengan meningkatkan nilai operasi magnetic kerapatan fluks ( pemuatan magnet ) berat bersih
inti dapat dikurangi , tapi ini menyebabkan peningkatan kerugian inti yang sesuai . Kita harus
menghitung nilai optimum dari kepadatan fluks magnetik , dengan tetap melihat semua
pertimbangan di atas .
7. 7 | P a g e
4.2.1 Fitur konstruksi
Jenis konstruksi transformator inti tergantung pada keterangan teknis pertimbangan
transformator dan transportasi . Secara umum lebih disukai untuk mengakomodasi gulungan dari
semua tiga fase dalam bingkai single inti . Tiga - fase transformator ekonomis lebih dari satu
bank tiga transformator fase tunggal . Keuntungan penting lainnya dari tiga fase inti
transformator adalah komponen ketiga dan beberapa harmonik mmf-nya membatalkan satu sama
lain , akibatnya bentuk gelombang tegangan sekunder bebas dari distorsi akibat harmonisa ketiga
mmf . Namun, jika peringkat tiga fase yang cukup besar dan sulit untuk transportasi , seseorang
tidak memiliki pilihan selain pergi untuk satu fase unit transformator .
Untuk fase tunggal dan tiga fase transformator , inti dapat secara luas diklasifikasikan
sebagai :
( a) Single- fase inti berkaki tiga
( b ) Single- fase inti berkaki dua
( c ) Tiga - fase inti berkaki tiga
( d ) Tiga - fase inti berkaki lima
( a) Single- Phase Inti Berkaki Tiga
Gulungan ditempatkan di sekitar tungkai pusat, juga dikenal sebagaiekstremitas utama.
Fluks magnet utama yang dihasilkan di tungkai pusatakan dibagi menjadi dua jalur kembali
paralel yang disediakan oleh lilitandan anggota badan tambahan . Untuk kerapatan fluks
magnetik yang sama seperti yang dianggota tubuh utama , anggota badan tambahan dan lilitan
harus memilikipenampang hanya setengah dari anggota tubuh utama. Jenis transformator
intiumumnya lebih disukai untuk single - fase transformator , karena ini lebihekonomis daripada
yang akan dibahas selanjutnya .
8. 8 | P a g e
( b ) Single - fase dua berkaki inti
Kadang-kadang fase kuat lajutunggal transformator begitu besar, bahwa jika gulungan
dari kekuatan penuh itu harus ditempatkan pada tungkai pusat, lebarnya akan menjadi terlalu
besar untuk diangkut .
Untuk mengurangi kesulitan seperti gulungan yang tumpah menjadi dua bagian dan
ditempatkan di sekitar dua anggota badan yang terpisah . Di sini ada luas penampang kakidan
lilitan yang identik . Akibatnya bentuk intinya lebih besar dari pada fase tunggal pengaturan
yang beranggota tubuh . Juga persentase kebocoran reaktansi untuk jenis konstruksi ini relatif
lebih tinggi karena sifat yang didistribusikan dari gulungan terjadi dalam dua anggota badan
secara terpisah .
9. 9 | P a g e
( c ) Tiga fase inti berkaki tiga
Jenis inti ini umumnya digunakan untuk tiga fase transformator daya dari peringkat
daya kecil dan menengah . Setiap fase berliku ditempatkan di sekitar satu kaki . Untuk setiap fase
fluks magnetik muncul di anggota badan , lilitan dan dua anggota badan yang lain menyediakan
jalur kembali. Jika fase fluks ditandai sebagai ɸA, ɸB, ɸC, penjumlahan mereka di sembarang
waktu sama dengan nol , yang dapat secara matematis dinyatakan sebagaiɸA+ɸB+ɸC=0. Dalam
jenis proses konstruksi , semua kaki dan lilitan memiliki penampang yang identik .
( d ) Tiga - fase inti berkaki lima
Untuk transformator daya peringkat besar , inti harus dibangun dalam diameter besar .
Dalam kasus tiga fase inti berkaki tiga, lilitan memiliki diameter yang sama dengan anggota
badan.
10. 10 | P a g e
Dalam kasus inti diameter besar , tinggi inti keseluruhan akan naik menuju masalah
pengangkutan. Untuk kasus seperti penampang kaki (dan akibatnya ketinggian kaki) dikurangi
sekitar 40% atau lebih dan jalur tambahan untuk fluks magnetik disediakan melalui lilitan
tambahan dan anggota badan . Penampang dan ketinggian lilitan tambahan dan anggota badan
yang lebih rendah daripada lilitan utama.
4.3 Desain Optimum Inti
Untuk desain optimum inti magnetik , aspek-aspek berikut harus diputuskan :
( a) Fitur konstruksi
( b ) Luas penampang inti
( c ) Jumlah saluran minyak dan lokasi
4.3.1 Penampang inti
Bentuk yang ideal untuk bagian dari inti adalah lingkaran, karena ini akan membuat
tidak ada ruang di luar itu diambil oleh isolasi antara laminasi. Bagian inti lingkaran yang
sempurna, bagaimanapun, melibatkan membuat variasi pada dimensi untuk setiap laminasi
berturut-turut, yang mungkindilaminasi tetapi tidak ekonomis. Sebagai solusi kompromi,
penampang inti dibuat oleh laminasi dari berbagai lebar dan paket ketinggian sedemikian rupa
sehingga secara keseluruhanbagiannyamendekati lingkaran. Bagian inti khas seperti ditunjukkan
pada fig.4.4.
11. 11 | P a g e
saluran minyak yang diperlukan untuk pendinginan inti, agarsuhu hot spot tidak naik berbahaya
dan jumlah mereka tergantung pada diameter inti dan kerugian inti tertentu, yang merupakan
fungsi dari kerapatan fluks operasi. Selain itu, piring penjepit yang terbuat dari baja yang
diperlukan di sisi laminasinya untuk secara efektif menjepit laminasi. Piring penjepit ini secara
mekanis harus cukup kuat untuk mencegah telilitan / lentur laminasi dan mampu menahan beban
angkat inti dan lilitan dan aksial pendek sirkuit paksa. Laminasi lembaran baja, saluran minyak
dan piring klem semua harus terletak dalam lingkaran inti.
Luas penampang bersih dihitung dari dimensi berbagai paket dan uang saku dibuat
untuk ruang yang hilang antara laminasi (dikenal sebagai faktor susun) yang untuk lembaran baja
dari 0,28 mm ketebalan dengan lapisan isolasi carlite adalah sekitar 0,96. Daerah ini juga
dipotong untuk saluran minyak. Rasio luas penampang bersih dan luas kotor lingkaran inti yang
dikenal sebagai faktor pemanfaatan (UF). Dengan meningkatkan jumlah inti langkah UF
membaik. Ini, bagaimanapun juga biaya produksi semakin bertambah. Nilai hemat biaya khas
untuk langkah-langkah (yaitu, satu-setengah dari penampang dari garis tengah) kebohongan dari
6 (untuk diameter yang lebih kecil) sampai 15 (untuk diameter besar). Untuk setiap diameter inti
tertentu berdasarkan pertimbangan desain lainnya, ini memberikan keluar tidaknya hanya pada
daerah yang optimal dan dengan demikian pengurangan kepadatan fluks mengakibatkan rugi
besi, tetapi juga membantu desainer untuk kembali ke nilai lebih rendah dari diameter inti, di
manapun margin komputasi memungkinkan lintang ini. Dilihat dari sudut yang lain, perbaikan
faktor pemanfaatan inti meningkatkan luas inti dan karenanya nilai volt / berubah untuk setiap
12. 12 | P a g e
diameter inti tertentu dan kerapatan fluks yang ditentukan. Hal ini, pada gilirannya,
menghasilkan pengurangan yang berliku dan dengan demikian menghasilkan pengurangan
tembaga. Oleh karena itu, optimasi daerah inti menghasilkan perekonomian yang lebih baik dari
desain transformator.
Berikut ini, akan dibahas optimasi inti :
(a) Pemilihan optimal laminasi
(b) Saluran minyak optimal .
4.3.2 Pemilihan optimum laminasi
Untuk setiap diameter inti tertentu, pertama dan terutama adalah penentuan titik
ketinggian maksimum dari paket laminasi. Hal iniditentukan oleh pertimbangan desain plat
kerang (lihat fig.4.5 ) dan kendala yang bersangkutan dalam mengakomodasi mereka dalam
lingkaran inti.
Untuk lingkaran berdiameter D , panjang kabel pada jarak Y dari pusat diberikan oleh :
(4.1)
Jika H adalah maksimum ketinggian paket yang diijinkan , lebar laminasi minimum yang
diijinkan diberikan oleh :
13. 13 | P a g e
(4.2)
Lebar maksimum dari paket sentral biasanya diameter inti kurang G mm ( untuk mengakomodasi
kemasan kayu ) .
Lmax = D – G (4.3)
Jika inti yang akan dibangun di sejumlah langkah Ns, dimana lebar laminasi dari langkah
individu Li, i = 1, 2, .....NS, , nilai ini harus memenuhi hubungan berikut :
(4.4)
Untuk membangun bagian inti lingkaran dibagian inti Ns , langkah-langkah yanh harus kita
putuskan bahwa luas Ns berbeda dari setiap laminasi untuk ditumpuk satu di atas yang lain
seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.4.Ketinggian paket dari masing-masing laminasi
dihitung dengan perbedaan ketinggian kabel sama dengan lebar laminasi dan berdekatan lebar
berikut di bawahnya. Luas penampang bruto disumbangkan oleh laminasi individu paket
diperoleh dengan lebar laminasi kali tinggi paket. Hal ini diambil sebagai fungsi kembali untuk
pemilihan lebar tertentu. Pemilihan optimal laminasi dirumuskan pada metode pemrograman
dinamis. Hubungan Rekursif diformulasikan untuk fungsi kembali dan fungsi transisi untuk
setiap langkah pengambilan keputusan. Metode ini memberikan pilihan yang optimal dari
laminasi untuk membangun di nomor N dari langkah-langkahnya.
Dari daerah optimum yang tersedia dengan metode di atas kita harus mengurangi area
untuk saluran minyak. Paket ketinggian individu harus dikurangi sedikit untuk memungkinkan
keseluruhan toleransi manufaktur toleransi dalam inti dibangun. Pilihan komputer program
laminasi telah dikembangkan untuk paket berdasarkan atas algoritma optimal. Program komputer
juga menghitung (a) jumlah optimal saluran minyak dan lokasi mereka dan (b) dimensi laminasi
inti dan rincian lain yang diperlukan untuk kegiatan manufaktur. Hal ini otomatis transformator
inti desain dan manufaktur informasi lengkap.
14. 14 | P a g e
4.3.3 Perhitungan jumlah optimal saluran minyak
Kerugian inti (besi kerugian) terjadi karena aliran fluks magnetik di laminasi. Untuk
CRGOS kerugian ini minimum untuk fluks sepanjang orientasi dan maksimum untuk aliran fluks
sepanjang arah butir lintasan. Bintik suhu panas dikembangkan di dalam inti sebagai akibat dari
kerugian inti dan desainer harus memastikan bahwa suhu titik panas berada jauh di bawah nilai
yang diijinkan.
Segmen penampang inti persegi panjang seperti yang ditunjukkan pada gambar.
4.6.Disipasi panas berlangsung sepanjang laminasi (arah x), dan di laminasi (arah y). Gradien
suhu sepanjang dua arah yang diberikan oleh :
(4.5) dan (4.6)
Dimana :
W = spesifik kerugian lintas gain ( W / kg )
K1 = konduktivitas termal sepanjang laminasi ( W / oC / mm )
K2 = konduktivitas termal di seluruh laminasi ( W / oC / mm )
h = permukaan koefisien perpindahan panas ( oC / mm2 / W )
15. 15 | P a g e
Tx = temperatur diferensial dari hot spot untuk minyak , dengan asumsi bahwa semua panas
mengalir sepanjang laminasi
Ty = suhu diferensial dari hot spot untuk minyak , di laminasi , dengan asumsi bahwa semua
panas mengalir di laminasi
Titik panas suhu gradien adalah :
(4.7)
Th ( max diijinkan) = maksimum yang diijinkan suhu titik panas ( kenaikan + suhu lingkungan
minyak ) .
Persamaan diatas dapat dituliskan kembali sebagai :
(4.8.1) dan (4.8.2)
Nilai W tergantung pada jenis konstruksi inti dan tetap konstan untuk jenis tertentu dari
Tx meningkat secara parabolik dengan nilai x. Suatu kondisi yang menarik muncul ketika x = x *
sehingga :
Tx<= Th. (4.9)
Kondisi kesetaraan (4.9) menunjukkan bahwa y = ∞, yaitu, untuk x=x *, Th tidak akan
pernah mencapai nilai maksimum tertentu untuk nilai y, dan, sepanjang laminasi, disipasi panas
akan cukup untuk mempertahankan nilai T di bawah nilai maksimum yang diizinkan ditentukan.
Kondisi kedua yang Tx< Th mengarah ke nilai negatif dari Ty, yang tidak mungkin secara fisik.
Hal ini juga berarti bahwa sepanjang laminasi, seiring disipasi cukup mengandung nilai Th
berdasarkan batas spesifikasi. Untuk kondisi seperti diperoleh dalam kaitannya (4.9), tidak ada
saluran minyak diperlukan untuk pendinginan. Kami sekarang memeriksa kasus ketika Tx> Th.
Persamaan (4.8.2) dapat diselesaikan untuk y sebagai :
16. 16 | P a g e
Di sini, kami memperkenalkan konsep penting bahwa ketinggian kritis y <= y * diperoleh
dari persamaan (4.10). Untuk setiap ketinggian 2yseperti bahwa y <=y * untuk nilai tertentu dari
x, suhu titik panas tidak akan melebihi nilai tertentu Th. Untuk aktual Tinggi tumpukan H>2y *,
permukaan pendinginan (dalam bentuk saluran minyak) diperlukan jika suhu titik panas tidak
melebihi Th.
Untuk setiap inti diameter D, jumlah minimum saluran minyak dihitung dengan iterasi
menggunakan Pers. (4.10) dan (4.11) untuk perhitungan ketinggian kritis y * mulai dari paket
sentral. Karena formulasi di atas menetapkan bahwa suhu titik panas maksimum paket akan
kurang dari atau sama dengan nilai yang diijinkan ditentukan, perhitungan di atas memberikan
jumlah yang optimal dari saluran minyak.
4.3.4 Lokasi saluran minyak
Selama lebih dari satu saluran minyak, kriteria yang sesuai diperlukan mengenai lokasi
mereka di bagian inti. Untuk saluran tunggal, perbedaan yang jelas pilihan titik panas adalah
lokasi di pusat. Perbedaan minimum suhu titik panas (idealnya nol) yang diperoleh di berbagai
daerah dibagi dengan saluran minyak yang diadopsi di sini sebagai kriteria lokasi saluran
minyak. Gambar 4.7 merupakan kasus dua saluran minyak di inti penampang.
17. 17 | P a g e
Dengan menyamakan gradien suhu titik panas zona 1 dan 2, kita mendapatkan berikut:
Dengan membatalkan ketentuan umum dan mengekspresikan perbedaan ekspresi lhs dan r.h.s.
bersama dengan konstanta normalisasi kita menghitung istilah perbedaan sebagai :
18. 18 | P a g e
Karena x1 adalah konstan dan y2 dan x2 terkait dengan x dan y pãda Persamaan ( 4.19 ) kita
dapatkan :
C0 = f(y1) (4.20)
Nilai diinginkan y adalah salah satu yang memenuhi Co =∞ 0. Ini diperoleh dengan
prosedur iterasi pada komputer. Jarak dari saluran minyak dari pusat lingkaran inti sama dihitung
untuk jumlah saluran minyak lebih dari dua tidak ada prinsip yang sama. Dalam hal tersebut,
konsep yang luas desain optimum inti transformator melingkar penampang telah dibahas.
Berdasarkan inti optimum penampang kepadatan daerah dan operasi fluks, gulungan untuk tahap
individu dapat dirancang dan dari ukuran jendela inti dapat bekerja. Ini memutuskan dimensi
bingkai transformator inti keseluruhan untuk jenis tertentu konstruksi inti seperti yang
diilustrasikan dalam Gambar. 4.1, 4.2 dan 4.3.
4.4 Pabrik
Dengan mengadopsi teknologi yang cocok untuk inti transformator dan berlatih dalam
penanganan laminasi dan bangunan inti, adalah mungkin untukmencapai :
(a) kehandalan lebih tinggi
(b) pengurangan kerugian besi dan magnetizing arus
(c) menurunkan bahan dan biaya tenaga kerja
(d) pengurangan tingkat kebisingan
19. 19 | P a g e
Hal ini diperlukan untuk menerapkan pemeriksaan kualitas pada berbagai tahap
manufaktur untuk memastikan kualitas dan kehandalan. Sampel inti baja harus diuji secara
teratur untuk menjamin epstein nilai rugi besi. Laminasi juga harus diperiksa secara visual dan
banyak menolak yang berkarat. Baja lembaran kargo rentan terhadap gangguan kerugian akibat
pemotongan, meninju, pembobolan, membunglilitan, dll. Selama memotong dan menusuk tepi
mengembangkan gerinda yang dapat dipotong, sebagai tepi pisau. Lapisan isolasi pada laminasi
yang berdekatan menurunkan faktor susun. Sangat penting bahwa laminasi yang deburred dan
anil (untuk menghilangkan stres), sehingga kerugian besi tidak meningkat. Untuk mengurangi
suara transformator, laminasi harus erat dijepit bersama-sama dan lubang pukulan harus
dihindari sejauh mungkin. Celah udara pada sendi dapat dikendalikan dengan bekerja pada
toleransi ketat sehingga nilai aspek magnetizing arus yang disimpan minimum. Manufaktur
dibahas secara lebih rinci dalam hal berikut.
4.4.1 Sudut sendi anggota badan dengan lilitan
Secara garis besar, kerugian inti dapat mempengaruhi (a) kerugian akibat aliran fluks
magnetik sepanjang arah orientasi butir (dengan arah serat cross butir besi kerugian) (b) aliran
fluks dalam (kerugian lintas-butir) yang terjadi di zona sendi anggota badan dengan lilitan.
Kerugian lintas butir tergantung untuk sebagian besar pada jenis sendi. Dua umum harus
digunakan jenis sendi sudut yaitu (a) berdaun, (b) bermitra.
(a) Sendi berdaun(Gambar. 4.8)
Berdaun adalah sederhana, dari sudut pandang manufaktur. Namun, di zona lintas-butiran
fluks magnetik meninggalkan memasuki laminasi dalam arah tegak lurus terhadap butir dan
kerugian ini relatif lebih tinggi. Jenis seperti lukisan biasanya disukai hanya untuk transformator
penilaian yang kecil, di mana total kerugian inti itu sendiri sangat kecil.
20. 20 | P a g e
(b) Sendi bermitra (Gambar 4.9, 4.10 dan 4.11)
Bila sudut laminasi dipotong pada 45 °, sendi ini dikenal sebagai simpai sendi. Kerugian
lintas-butir untuk jenis sendi minimum, sebagai fluks magnetik meninggalkan / masuk pada
sendi menemukan jalan yang mulus dari alirannya. Ini, bagaimanapun, memerlukan biaya
produksi tambahan untuk mempersiapkan tepi sudut laminasi individu.
Gambar 4.9 menunjukkan salah satu susunan meletakkan laminasi untuk tiga fase inti
berkaki tiga dengan simpai sendi. Gambar 4.10 menunjukkan laminasi meletakkan pengaturan
untuk tiga fase inti berkaki limadengan simpai sendi. Kadang-kadang mungkin ada kendala
dalam persiapan laminasi luar lebar tertentu. Jika laminasi Lebar lebih besar dari ini diperlukan,
seperti dalam kasus inti berdiameter besar, ini dibagi menjadi dua bagian, sehingga ini dapat
ditangani dengan mudah di bidang manufaktur. Sebuah inti khas dibangun dengan laminasi
perpecahan seperti ditunjukkan pada Gambar. 4.11.
21. 21 | P a g e
4.4.2 Penyusunan lembar laminasi
(a) Menggorok
Untuk membangun inti transformator, lembaran laminasi lebar yang berbeda dan paket
ketinggian yang diperlukan. Jadwal manufaktur dapat mencakup inti diameter yang berbeda dan
berbagai jenis menggorok laminasi di banyak lebar konstruksi memerlukan dan panjang.
CRGOS gulungan tidak dapat dipesan dalam berbagailebar yang berbeda dan kuantitas.
Gulungan ini tersedia dalam lebar standar 760, 790, 840, 915, 1000 mm, dll. Untuk operasi
menggorok, beberapa lebar dapat dikombinasikan bersama dengan menyesuaikan jarak di mesin
penggorok.
Hal ini terbukti bahwa lebar penuh gulungan tidak dapat dimanfaatkan saat operasi
menggorok dan bahan sisa akan menggelar dan tergantung pada lebar dipilih dalam kombinasi
selama proses menggorok. Perawatan teliti dalam perencanaan penting untuk meminimalkan
pemborosan inti baja.
22. 22 | P a g e
Operasi menggorok telah disusun berdasarkan jadwal prinsip. Ini pemrograman dinamis
untuk menghitung lebar optimal pada diambil kombinasi yang berbeda menyediakan optimal
bersama-sama dan panjang untuk menggorok sehingga memo selama operasi menggorok
minimum.
(b) Pemotongan dari laminasi
Bentuk dan ukuran laminasi yang dibutuhkan untuk membangun inti yang berbeda
diilustrasikan dalam Gambar. 4,8-4,11 untuk berbagai jenis inti transformator.Dalam kasus
laminasi inti bermitra, ini adalah potongan pertama dalam bentuk trapesium. Bentuk selesai
diberikan dengan memotong sudut (jika perlu) pada tahap kedua pemotongan dengan
menggunakan mesin guillotine hidrolik yang dioperasikan sederhana.
(c) Operasi menusuk
Para lilitan (laminasi) biasanya perlu lubang untuk alurlilitan laminasi. Lubang ini
menekan setelah operasi tanam / guillotine yang menyesuaikan posisi lubang tindik di mesin
menusuk dan memilih alat yang tepat untuk menusuk ukuran pukulan lubang tertentu. Namun,
beberapa inti juga dibangun tanpa baut lilitan.
(d) Deburring
Selama proses menggorok, pemotongan dan menusuk dari laminasi, lalu memotong tepi
dengan mendapatkan beberapa gerinda. Gerinda ini dihapus dengan melewati laminasi melalui
kehadiran deburring operasi. Gerinda dapat merusak faktor susun. Gerinda juga memotong
lapisan isolasi dan menjembatani laminasi yang berdekatan dan dengan demikian meningkatkan
kerugian eddy.
23. 23 | P a g e
(e) anil / varnishing
Jika lapisan isolasi di tepi tergores selama proses deburring atau lapisan pernis ekstra
yang diinginkan, laminasi adalah proses varnishing yang menyediakan lapisan tipis pernis dan
cepat kering pada temperatur tinggi. Namun, lapisan pernis tidak dianggap perlu jika lapisan
insulasi carlite di laminasi konsisten. Selama proses menggorok, tanam pembobolan, deburring,
dll. Tegang mekanik dikembangkan dalam laminasi, yang mengganggu orientasi butir asli dan
dengan demikian meningkatkan kerugian besi. Masalah ini diatasi dengan anil laminasi di pabrik
anil.
Anil dilaminasi pada suhu tinggi dari 800-900 ° C, lebih disukai di zona atmosfer netral
dan kemudian didinginkan oleh semburan udara.Laminasi selesai kemudian dibawa ke daerah
perakitan inti.
4.4.3 Perakitan inti
Bangunan inti dari lembaran laminasi selesai dilaminasi dalam posisi horizontal pada
platform pengangkat khusus. Lembaran laminasi rentan terhadap tekanan mekanis lentur,
memutar. dampak, dll. Banyak perawatan dilaminasi sambil menangani dan biasanya dua orang
dibutuhkan untuk memegang kedua ujung laminasi pada saat peletakan.
Pada awalnya piring penjepit dan bingkai akhir struktur satu sisi perakitan inti diletakkan.
Pin panduan digunakan pada posisi yang cocok untuk mempertahankan keberpihakan yang tepat
selama proses pembangunan inti. saluran minyak terbentuk dengan tetap berpegang pada lajur
laminasi dan dimasukkan ke dalam posisi yang diperlukan.
Untuk setiap paket, laminasi diproduksi dalam dua panjang yang berbeda dan set ini
diletakkan secara bergantian, menjaga pada suatu waktu 2-4 laminasi bersama-sama. Dua
pengaturan alternatif memberikan tumpang tindih pada sendi sudut dan ketika paket laminasi
dijepit bersama-sama, ini tepi tumpang tindih memberikan kekuatan mekanik yang cukup dalam
memegang tepi dalam pegangan erat. Setelah meletakkan laminasi lengkap, piring penjepit, dan
struktur rangka akhir sisi lain diletakkan seluruhnya benar dijamin melalui baut dan pita baja di
sejumlah posisi.
24. 24 | P a g e
Platform di mana bangunan inti berlangsung adalah desain khusus dan bingkai perakitan
inti akhir dapat diangkat ke posisi vertikal bersama dengan platform yang berfungsi sebagai
buaian. Selanjutnya platform terlepas. Dalam proses ini, perakitan inti terhindar dari ketegangan
mekanik mengangkat dan membesarkan dalam posisi vertikal. Kecil ukuran inti namun dapat
dibangun tanpa platform khusus ini.
Pitabaja yang digunakan untuk mengencangkan laminasi hanya pengaturan sementara
dan kemudian dihapus, jika tidak ini akan membentuk pergantian pendek. Dua metode yang
umum digunakan memegang bersama-sama adalah menjepit mereka dengan baik (a) laminasi
pita kaki kaca atau (b) dengan menggunakan kulit stres silinder bakelite. Dalam kasus kaset kaca,
ini erat luka di sekitar kaki di lapangan tertentu dan disembuhkan dengan pemanasan.Rekaman
itu menyusut setelah pemanasan dan memberikan pegangan yang kuat. Kekuatan tarik kaset kaca
bahkan lebih tinggi dari kaset baja. Dalam kasus kaki inti diperketat oleh kulit stres silinder
(silinder dasar coil terdalam), ini diturunkan dari atas dan band baja dan memotong progresif.
Wedges kayu dimasukkan sepanjang paket sudut dan dipalu ke bawah, sehingga silinder bakelite
menyelimuti dan laminasi kaki yang pas erat satu sama lain.
Konvensional, inti dirakit bersama dengan semua dirakit dan setelah perakitanatas akan
dibuka setelah mengeluarkan kebagian atas bingkai untuk tujuan menurunkan gulungan. Ini
membutuhkan banyak tenaga kerja dan manufaktur waktu. Perkembangan terbaru adalah untuk
merakit inti tanpa lilitan atas dan masukkan lilitan atas setelah menurunkan semua gulungan di
kaki inti.
4.4.4 Pas inti dalam tangki
Metode yang paling umum digunakan menempatkan perakitan inti untuk menyandarkan
bingkai inti pada kakinya, yang pada gilirannya tegas tetap pada dasar tangki. Kaki ujung ekstrim
diapit braket baja dilas pada dasar tangki. Bagian atas perakitan inti ini juga cocok terkunci
dengan penutup tangki, sehingga setiap pembesaranmemungkinkan getaran selama transit
sepenuhnya ditangkap. Sebuah alternatif untuk ini adalah pembangunan basis tangki dalam
bentuk saluran. Laminasi bersama dengan bingkai bagian bawah jaket dari kedua sisi dinding-
dinding saluran tangki. Dengan demikian, tidak ada baut yang dibutuhkan dalam lilitan bawah
dan kerugian besi yang relatif lebih rendah karena tidak adanya lubang pukulan tersebut. Gambar
25. 25 | P a g e
4.12 mengilustrasikanjenis saluran ini dari tangki dan perakitan inti memperbaiki pengaturan. Ini
juga memiliki keuntungan bahwa inti yang kaku tetap ke dasar tangki dan tidak ada
kemungkinan inti perakitan pergeseran ada. Sebagai hasil dari peningkatan basis tangki (item 1,
Gambar. 4.12) volume minyak dalam tangki berkurang. Juga, gulungan dan cincin isolasi dan
blok secara langsung beristirahat di dasar tangki datar.
Gambar 4.12 Transformer 1. Saluran berbentuk inti pas di saluran berbentuk tangki dasar 2.
Akhir pandangan transformator inti 3. bingkai bawah akhir 4. selimut inti bingkai akhir terhadap
saluran dinding 5. Tank dasar pengaku 6. Gulungan 7. blok isolasi dan rims
26. 26 | P a g e
B. GULUNGAN DAN ISOLASI
Gulungan dari rangkaian listrik dari trafo. Konstruksi mereka harus memastikan
keamanan dalam kondisi normal dan rusak. Gulungan harus elektrik dan mekanik kuat untuk
menahan kedua kelebihan tegangan di bawah lonjakan transient, dan stres mekanik selama arus
pendek, dan tidak harus mencapai suhu melebihi batas diremehkan dan kelebihan kondisi beban.
Untuk inti-jenis transformator, gulungannya silindris dan disusun secara konsentris. Melingkar
kumparan menawarkan perlawanan terbesar untuk komponen radial kekuatan elektromagnetik,
sejak itu bentuk kumparan apapun akan cenderung diaganggap berada dibawah tekanan sirkuit
pendek.
5.1 Jenis Gulungan
Pilihan jenis berkelok-kelok sebagian besar ditentukan oleh peringkat berliku. Beberapa
jenis umum dari gulungan dijelaskan di bawah ini.
5.1.1 Gulungan penyeberangan didistribusikan
Gulungan ini cocok untuk arus tidak melebihi sekitar 20 A. Mereka terdiri dari kabel
edaran penampang (Gambar. 5.1) dan digunakan untuk lilitan HV dalam transformator kecil
dalam kisaran distribusi. Sejumlah kumparan tersebut tergabung dalam seri, spasi dengan blok
yang menyediakan isolasi serta saluran untuk pendinginan.
27. 27 | P a g e
5.1.2 Spiral berliku
Jenis berliku biasanya digunakan hingga 33 kV dan peringkat rendah saat ini. Konduktor
jalur yang kesalahantertutupdalam arah aksial tanpa saluran radial antara bergantian. Kumparan
spiral biasanya kesalahan pada bakelite atau papan tekan silinder (Gbr. 5.2).
Meskipun biasanya konduktor kesalahan di sisi datar, kadang-kadang mereka kesalahan di tepi.
Namun, ketebalan konduktor harus cukup dibandingkan dengan lebarnya, sehingga gulungan
tetap kembar bebas (Gambar. 5.3).
Lilitan spiral dapat dijadikan sebagai lapisan tunggal atau jenis multilayer. Gambar 5.4
menunjukkan dua lapisan spiral kumparan di mana saluran minyak memisahkan dua lapisan.
Untuk kumparan tersebut, baik awal dan akhir mengarah terletak di salah satu ujung kumparan
dan mungkin kadang-kadang terbukti menguntungkan untuk membuat gigi terminal.
Biasanya tidak perlu untuk memberikan transposisi apapun antara konduktor paralel
lilitan spiral sebagai panjang dan merangkul kebocoran fluks hampir sama.
28. 28 | P a g e
5.1.3 Gulunganspiral
Jenis gulungan digunakan dalam tegangan rendah dan tinggi pada tingkat saat ini.
Sejumlah konduktor yang digunakan secara paralel untuk membentuk satu putaran. Belokan
yang kesalahan dalam spiral sepanjang arah aksial dan setiap giliran dipisahkan dari berikutnya
dengan suatu saluran. Kumparan spiral mungkin satu layar gambar(5.5) atau lapisan ganda
(gambar. 5.6) atau multilayer, jika jumlah putaran yang lebih.
Kecuali dialihkan, konduktor dalam sebuah kumparan tidak memiliki panjang yang sama
dan merangkul fluks yang sama dan karena itu memiliki impedansi yang tidak sama, sehingga
kerugian eddy karena beredar saat ini antara konduktor secara paralel. Untuk mengurangi
kerugian eddy ini, gulungan spiral disediakan dengan transposisi konduktor yang menyamakan
impedansi konduktor paralel.
5.1.4 Gulungan cakram terus menerus
Jenis berliku digunakan untuk tegangan antara 33 dan 132 kv dan peringkat menengah
saat ini.
Kumparan ini terdiri dari beberapa bagian.ditempatkan dalam arah aksial (Gambar. 5.7),
dengan saluran di antara mereka. Setiap bagian adalah koil datar, memiliki lebih dari satu
putaran, sementara setiap giliran sendiri dapat terdiri dari satu atau lebih konduktor (biasanya
tidak lebih dari empat atau lima), secara paralel. Bagian-bagian yang terhubung dalam seri, tetapi
29. 29 | P a g e
tanpa sambungan antara mereka. Hal ini dicapai dengan metode khusus berliku. Hal ini tidak
perlu untuk memberikan mantan silinder untuk gulungan ini, karena ini adalah pendukung
sendiri. Setiap cakram secara mekanik yang kuat dan pameran baik menahan kekuatan aksial.
Keuntungan lain dari kumparan khusus ini adalah bahwa setiap bagian dapat memiliki jumlah
integral atau pecahan putaran (misalnya 4(15/18) ternyata per bagian).
5.1.5 Transposition
(a) Untuk gulungan heliks, biasanya tiga transposisi disediakan. Lengkap transposisi [Gambar.
5.8 (a)] disediakan di tengah gulungan. Dua parsial dan yang lainnya di transposisi disediakan,
satu di 25% putaran [Gambar. 5.8 (b)] dan yang lainnya di 75% putaran [Gambar. 5.8 (c)].
Dalam transposisi lengkap, setiap posisi konduktor bervariasi simetris, relatif terhadap titik
tengah, sedangkan pada transposisi parsial, dua bagian konduktor paralel dipertukarkan dalam
posisi: bagian atas menjadi lebih rendah, dan sebaliknya. Transposisi seperti membutuhkan
ruang tambahan di ketinggian kumparan.
(b) Dengan multi-start gulungan spiral, transposisi dapat dicapai dengan menggunakan
transposisi rotary. Gambar 5.9 menunjukkan transposisi dalam dua mulai heliks berliku. Dengan
pengaturan ini, setiap konduktor menempati setiap posisi secara bergantian dan pemerataan
30. 30 | P a g e
sehingga perhitungan impedansi lengkapmemungkinkan. Juga, tidak ada kebutuhan untuk ruang
ekstra di ketinggian kumparan.
(c) Untuk gulungan cakram memiliki lebih dari satu konduktor secara paralel, transposisi dibuat
antara konduktor dengan mengubah posisi mereka saling pada setiap persilangan dari satu bagian
ke bagian lain (Gbr. 5.10).
5.1.6 Gulungan cakramberdaun
Kelemahan dengan gulungan cakram terus menerus adalah bahwa kekuatan mereka
terhadap tegangan impuls tidak memadai untuk tegangan di atas, katakanlah, kelas 145 kV.
Impuls tegangan menahan perilaku cakram kumparan dapat ditingkatkan jika ternyata yang
disisipkan sedemikian rupa bahwa dua konduktor yang berdekatan memiliki dua putaran yang
berbeda.
31. 31 | P a g e
Gambar 5.11 menunjukkan dimana gulungan berdaun telah dilaminasi di masing-masing
pasangan cakram. Ini akan terlihat bahwa perlu untuk memiliki konduktor 2n di tangan untuk
gulungan ketika n adalah jumlah konduktor secara paralel.
Konduktor putaran 8 dan 9 bergabung dengan mematri. Sebuah penyeberangan yang
diberikan di bagian bawah cakram. Selain berdaun antara setiap dua cakram, juga
memungkinkan untuk memiliki jumlah yang lebih besar dari cakram (mengatakan empat) di
masing-masing kelompok berdaun (Gbr. 5.12)
Hal ini memberikan perbaikan perilaku lebih lanjut terhadap tegangan impuls, meskipun ada
peningkatan kompleksitas bersamaan. Gulungan berdaun memerlukan lebih banyak keterampilan
dan tenaga kerja dari polos gulungan cakram terus menerus. Kadang-kadang bagian dari
gulunganberdaun sedangkan bagian yang tersisa adalah cakram polos, sehingga untuk
menggabungkan kelebihan dari impuls yang lebih baik menahan pada akhir tegangan tinggi dari
biaya tenaga kerja gulungan dan wajar untuk gulungan secara keseluruhan. Ini dikenal sebagai
gulungan sebagian disisipkan.
5.1.7 Tungkai terlindung gulungan
Cara alternatif untuk meningkatkan kapasitansi seri tanpa benar-benar berdaun dicapai
dalam gulungan tungkaiterlindung. Mengambang perisai disediakan dalam gulungan cakram
terus menerus, dan relatif lebih mudah untuk memproduksi, bila dibandingkan dengan gulungan
cakram disisipkan. Kabel perisai tidak konduktif terhubung ke sirkuit (Gbr. 5.13).
32. 32 | P a g e
5.1.8 Perisai lapisan gulungan
Jenis gulungan umumnya digunakan untuk transformator terhubung bintang memiliki
isolasi dinilai dan untuk tegangan yang lebih besar dari 132 kelas kV. Berliku terdiri dari
sejumlah konsentris spiral kumparan dilapisi. Lapisan yang dinilai dengan panjang dari
terpanjang di ujung netral (lapisan terdalam) ke terpendek di ujung garis (lapisan terluar).
Lapisan disusun antara dua perisai silinder konsentris, terhubung satu sama ujung berliku (Gbr.
5.14). Semua lapisan ini dihubungkan secara seri, dimana dua skema yang mungkin, yaitu. Jenis
parallel layer (Berkas 5.14) dan jenis lapisan meruncing (Gbr. 5.15).
Lapisan dipisahkan oleh saluran minyak dan silinder kertas tak terikat. Selama berkelok-
kelok, yang terakhir diatur untuk memperpanjang jauh melampaui putaran layer dan setelah itu
ekstensi ini kelopak dan membuat lilitan di sudut kanan untuk membentuk isolasi flensa antara
lapisan berikutnya. Flensa ini menyediakan sistem isolasi ke tanah, yang meningkatkan secara
progresif dari ujung netral maksimal untuk garis akhir kumparan.
Lapisan berliku dan perisai membentuk rangkaian kapasitor dan begitu berdimensi bahwa
hasil dalam kapasitansi secara substansial sama dalam seri. Hal ini memastikan distribusi yang
relatif seragam lonjakan tegangan di seluruh gulungan.
33. 33 | P a g e
Ketika gulungan saat ini dan kepadatan kebocoran fluks tidak terlalu tinggi, gulungan
dapat kesalahan dengan konduktor persegi panjang penampang. Untuk arus besar dan kepadatan
lebih tinggi dari fluks kebocoran, konduktor dialihkan unutk digunakan.
5.2 Lonjakan Tegangan Perilaku Gulungan
Dalam pelayanan, gulungan transformator yang terkena berbagai transient kelebihan
tegangan seperti kilat lonjakan, beralih lonjakan, dll. Ini kelebihan tegangan memiliki muka
gelombang curam dan ujung relatif lebih lama. Gulungan transformator menanggapi gelombang
tegangan sebagai sistem kapasitansi dan induktansi jaringan. Untuk beberapa mikro detik
pertama setelah penerapan impuls, yang berperilaku berkelok-kelok sebagai jaringan kapasitansi.
Selanjutnya, diri dan saling-induktansi dari unsur-unsur yang berkelok-kelok mulai berlaku dan
memberikan sifat berosilasi dengan tegangan muncul di berbagai bagian gulungan. Jadi ada
baiknya memeriksa secara terpisah distribusi tegangan awal karena perilaku kapasitif karena efek
kapasitif sendirian dan perilaku berosilasi karena efek gabungan dari kapasitansi dan induktansi.
34. 34 | P a g e
5.2.1 Sifat lonjakan tegangan
Gelombang pada sistem transmisi karena debit petir, baik di sekitar garis atau garis itu
sendiri mungkin memiliki gelombang yang sangat rumit. Untuk tujuan pengujian transformator,
gelombang standar telah dirumuskan untuk impuls gelombang penuh memiliki gelombang depan
dari 1,2mikro detik dan gelombang tali dari 50 mikro detik.
Gelombang impulse menyebarkan sepanjang garis sesekali dapat membuat lonjakan lebih
pada isolator ke tanah, menyebabkan runtuhnya tiba-tiba tegangan impuls dan konsekuen tingkat
yang sangat tinggi perubahan tegangan di gulungan trafo. Gelombang ini disebut impuls cincang
gelombang. Potongan tegangan terjadi biasanya antara 2 sampai 6 mikro detik.
Jenis lain kelebihan tegangan disebabkan karena menyalakan dan mematikan beban atau
sumber pada baris dan dikenal sebagai lonjakan hubungan dengan munculnya sistem EHV
beroperasi pada pengurangan BIL, lonjakan beralih menjadi faktor penting. Gelombang bentuk
standar untuk lonjakan beralih memiliki waktu depan virtual setidaknya 20 mikro detik, durasi di
atas 90% dari amplitudo tertentu minimal 200 mikro detik dan total durasi ke nol bagian pertama
setidaknya 500 mikro detik.
Dorongan penuh gelombang dan hubungan gelombang-gelombang dapat didefinisikan
secara matematis sebagai perbedaan antara dua fungsi eksponensial :
V (t) = a0 (e-b
1t– e-b
2t ) (5.1)
misalnyagelombang cincang memiliki gelombang yang sama sampai dengan instan
memotong dan segera setelah itu mengurangi ke nol. Seperti gelombang dapat didefinisikan
sebagai :
V (t) = a0 (e-b
1t– e-b
2t ) – b0 (e-b
3t’– e-b
4t’ ) (5.2)
Dimana : t’ = t-tc
tc = waktu pemotongan
35. 35 | P a g e
5.2.2 Idealisasi gulungan transformator
Dalam gulungan terdapat kapasitansi antara bergantian dalam cakram atau lapisan,
Kapasitansi antara cakram yang berdekatan atau lapisan, kapasitansi ke tanah dan gulungan
lainnya. Demikian pula, terdapat diri dan saling induktansi yang berkaitan dengan bergantian
individu, bagian cakram, salah satu bagian dari gulungan lain atau satu kesatuan berliku yang
lain. Meskipun kedua kapasitansi dan induktansi adalah alam didistribusikan, untuk tujuan
perhitungan praktis ini harus disamakan dalam berbagai derajat sesuai dengan akurasi yang
diinginkan. Juga, efek perlawanan berliku tidak signifikan dan karena itu diabaikan.
Gambar 5.16 menunjukkan bagian dari gulungan transformator yang direpresentasikan sebagai
jaringan yang terdiri dari kapasitansi seri, kapasitansi ground, induktansi diri, dan induktansi
mutual.
5.2.3 Distribusi tegangan awal
Pada kejadian gelombang impuls , elemen induktif berperilaku seperti elemen sirkuit terbuka dan
gulungan dapat diperlakukan sebagai jaringan kapasitif seperti yang ditunjukkan pada gambar .
5.17 . node o adalah impuls , diterapkan dengan tegangan sebagai eq . 5.1 atau 5.2 .
Dimana :
n = jumlah node pada jaringan
Csk = kapasitansi seri dari segmen k jaringan
Cgk = kapasitansi tanah dari segmen k jaringan
ek = tegangan muncul di simpul k
36. 36 | P a g e
Equation 5.4 can be solved numerically :
Distribusi tegangan awal untuk nilai yang berbeda dari ditunjukkan pada gambar. 5.18 untuk
gulungan dengan ground netral. Untuk = 0, distribusi sempurna linear. Untuk nilai-nilai lain
37. 37 | P a g e
dari distribusi tegangan nonlinear dan tegangan gradien pada akhir baris adalah dikali gradien
tegangan linier.
Karena tekanan ekstra ini pada isolasi antara bergantian di ujung garis tegangan tinggi berkelok-
kelok, kadang-kadang-putaran akhir yang diperkuat dengan bahan isolasi ekstra. Namun, akhir-
turn penguatan adalah masalah desain hati-hati karena tidak tepat meningkatkan ketebalan isolasi
dapat menyebabkan peningkatan yang tidak semestinya dari tegangan impuls pada putaran ini
dan dengan demikian mengalahkan tujuan itu sendiri.
Menggunakan perisai elektrostatik pada line-akhir cakram berliku membantu dalam
meningkatkan non-linear dari distribusi tegangan awal. Kadang-kadang perisai ini digunakan
pada akhir netral juga. Perisai ini terhubung elektrik ke ujung-bagian. Berada di dekat bagian
tersebut, terdapat kapasitansi besar antara perisai dan berubah dari akhir-bagian. Karena
kapasitansi tambahan ini, distribusi tegangan awal di akhir-bagian menjadi lebih linear.
Untuk gulungan dic belitan, umumnya bervariasi dari 5 sampai 15. Sebuah kumparan luar
memiliki kurang dibandingkan dengan kumparan dalam yang sama seperti yang terakhir
menghadapi dua bidang tanah (yaitu, lebih tinggi Cg).
dari lilitan dapat dikurangi baik dengan (a) mengurangi Cg, atau (b) dengan meningkatkan Cs.
Pendekatan kedua diikuti dalam kasus lilitan cakram disisipkan. Mengacu pada fig.5.12 kita
menemukan bahwa tegangan antara dua konduktor yang berdekatan adalah 2m. (V / T), di mana
38. 38 | P a g e
m adalah jumlah turs / bagian. Yang tersimpan energi antara konduktor yang berdekatan adalah
sedangkan energi yang sesuai antara konduktor yang berdekatan dalam sebuah piringan polos
berliku adalah :
Dengan kata lain, kapasitansi seri efektif cakramberdaun berkelok-kelok adalah 4m2 kali lebih.
Hal ini akan menurunkansecara substansial dan mengakibatkan distribusi hampir linier.
Pendekatan lain, yaitu, dari mengurangi Cg diikuti dalam terlindung lapisan gulungan. Bagian
dari gulungan dilihat oleh bumi sangat kecil karena disposisi konsentris lapisan. Juga,
pemerataan antar-lapisan (seri) kapasitansi, dengan memperpendek panjang lapisan sesuai
dengan peningkatan diameter, memastikan distribusi hampir seragam tegangan impuls antara
lapisan GAMBA (5.19)
5.2.4 Distribusi tegangan transien
Setelah melewati beberapa mikrodetik, ketika laju perubahan tegangan turun jauh,
induktansi mulai berlaku, selain kapasitansi. Efek gabungan dari induktansi dan kapasitansi
menimbulkan tegangan berosilasi pada bagian yang berbeda.Dari gulungan 3,4 multi-berliku
transformator dapat diwakili oleh jaringan multi-tangga (Gambar. 5.20).
39. 39 | P a g e
Ini akan menjadi jelas bahwa solusi jaringan tersebut dapat dilaminasi hanya terlibat
untuk dengan penggunaan komputer. Untuk menggambarkan prinsip-prinsip perhitungan, kita
mengambil jaringan sederhana seperti ditunjukkan pada Gambar. 5.16. Analisis yang disajikan di
sini adalah sejalan dengan yang Hartill et ar. Parameter jaringan diberikan sebagai:
40. 40 | P a g e
Persamaan (5.6) dapat diselesaikan secara numerik (misalnya perintah-4 Runge Kutta) Gambar
5.21 menunjukkan respon pada berbagai titik dalam transformator berkelok-kelok di bawah
tegangan impuls, seperti yang diperoleh dengan metode ini
41. 41 | P a g e
5.3 Internal Heat Transfer in Windings
Panas yang dihasilkan dalam transformator belitan ditransfer ke minyak terutama oleh
konveksi. Minyak yang bersentuhan dengan gulungan mengambil panas dari yang terakhir dan
menjadi lebih hangat dan lebih ringan. Minyak, sekarang lebih ringan, naik ke atas dan akhirnya
pergi ke peralatan pendingin, di mana itu akan didinginkan. Minyak dingin memasuki kumparan
dari bagian bawah gulungan dan cara ini, sirkulasi terus menerus berlangsung.
Panas dari bagian dalam gulungan ditransfer ke bagian luarnya dengan konduksi.
Konduktivitas termal tembaga berkali-kali lebih tinggi dari kertas isolasi pada konduktor. Hal
demikian jelas bahwa kertas mencoba untuk menghambat konduksi panas dan tebal kertas,
semakin impedansi ini. Ketebalan kertas meliputi pada konduktor harus keseimbangan antara
kebutuhan isolasi listrik dan impedansi termal.
Saluran pendingin dalam gulungan memberikan jalan untuk sirkulasi minyak. Saluran
yang baik aksial (Gambar. 5.22) atau radial (Gambar. 5.23). Jalan khas aliran minyak juga
ditampilkan di dalamnya. Jika dimensi radial dari kumparan sangat besar, hal ini menguntungkan
42. 42 | P a g e
untuk memperkenalkan saluran pendingin menengah (Gambar. 5.24). The ini antara saluran
efektivitas vertikal dapat ditingkatkan dengan mengejutkan lokasi mereka di bagian alternatif.
Perpindahan panas dapat ditingkatkan secara substansial jika aliran minyak benar diarahkan
dalam kumparan. Gambar 5.25 menunjukkan pengaturan yang khas dimana nama telah
disediakan setelah beberapa bagian untuk mengarahkan aliran minyak secara searah antara dua
barnes.
Pompa minyak yang digunakan secara eksternal untuk membuat aliran peningkatan minyak
dalam gulungan. minyak dengan peningkatan dan searah aliran dapat mengambil panas lebih
efektif dari gulungan. Hal ini menyebabkan gradien suhu yang lebih rendah untuk lilitan.
43. 43 | P a g e
5.4 Desain isolasi
Untuk transformator minyak tenggelam, sistem isolasi terdiri dari dielektrik campuran,
yaitu. minyak dan bahan selulosa.
Struktur isolasi dapat dikategorikan sebagai per lokasi mereka di trafo sebagai berikut:
(a) isolasi kecil mengacu pada isolasi antara bagian-bagian yang berbeda dari satu berkelok-
kelok, seperti isolasi antara bergantian, lapisan, dll .
1) Isolasi konduktor umumnya kertas, yang melilit konduktor. Untuk terus konduktor, untaian
individu dilapisi dialihkan dengan lapisan enamel sebelum pembungkus akhir kertas.
2) Isolasi antara bergantian disediakan baik oleh isolasi konduktor (misalnya, dalam spiral
gulungan, secara bergiliran dalam bagian dari cakram berliku) atau dengan isolasi konduktor
bersama dengan saluran minyak radial dibentuk dengan menggunakan blok (misalnya, untuk
kumparan heliks, atau untuk isolasi antara bagian cakram berliku). Ketebalan isolasi ditentukan
oleh tegangan (frekuensi daya serta impuls) muncul konduktor, sedangkan ketebalan antara
berbagai saluran minyak ditentukan dari tegangan serta pertimbangan termal.
3) Isolasi antara lapisan lapisan terlindung berliku terdiri saluran minyak vertikal dan silinder
kertas.
44. 44 | P a g e
4) Dalam gulungan tegangan tinggi, ternyata akhir kadang-kadang diperkuat untuk mengurus
distribusi nonlinear tegangan impuls (lihat Sec. 5.2.3).
(b) isolasi utama terdiri dari isolasi gulungan ke inti bumi dan transformator, lilitan lain dari fase
yang sama (misalnya, HV berliku untuk LV berkelok-kelok) dan antara satu fase dan lainnya.
Isolasi gulungan batin untuk inti terdiri dari silinder pressboard dipisahkan oleh saluran
minyak.Hambatan Pressboard disediakan antara gulungan dari fase yang berbeda dan antara
gulungan dan tangki. Ujung lilitan terisolasi dari lilitan dengan jumlah yang memadai dari mesin
cuci cincin sudut sudut tergantung pada kelas tegangan. Untuk lapisan gulungan terlindung, flens
diperoleh dengan mengatakan kertas radial berfungsi sebagai cincin sudut.
5.4.1 Komposit sistem isolasi dielektrik
Beberapa pertimbangan penting mengenai desain komposit sistem isolasi dielektrik
dibahas di bawah ini
(a) Minyak
1) Dalam sistem dielektrik komposit, dielektrik dengan permitivitas rendah beruang lebih
dari stres tegangan rata-rata. Permitivitas minyak transformator hampir setengah dari
kotak. Oleh karena itu, stres listrik hampir dua kali lebih besar dalam minyak di saluran
annular seperti pada silinder pressboard untuk ketebalan yang sama isolasi.
2) Kekuatan listrik minyak secara substansial lebih rendah dari bahan selulosa.saluran
minyak menunjukkan karakteristik penting dari tegangan menahan, bahwa sempit duc,
semakin tinggi adalah stres menahan tingkat (Kv / mm).
3) Di bawah pengaruh medan listrik, zat-zat asing dalam minyak dalam bentuk debu,
kelembaban, dll, memiliki kecenderungan untuk menyesuaikan diri dalam garis radial,
sehingga menimbulkan jalur cakram rendah kekuatan dielektrik, dengan bahaya akibat
kerusakan.
4) Karena karakteristik yang disebutkan dalam (iii) di atas, stabilitas struktural dari
hambatan, yang membentuk saluran minyak, sangat penting.
45. 45 | P a g e
(b) Isolasi padat
1) Isolasi padat adalah minyak diresapi kondisi vakum. Ada perbedaan yang cukup besar
dalam kekuatan dielektrik dari kotak diresapi bawah relatif tinggi dan vakum relatif
miskin. Jadi vakum tinggi diinginkan selama pembuahan.
2) Penempatan yang tepat dari isolasi adalah dasar dari struktur. Sangat diharapkan bahwa
isolasi isolasi sukses bahan dikenakan hanya terhadap stres kerusakan, dan tekanan
merayap tinggi pada lapisan batas hambatan dihindari. Oleh karena itu, lapisan batas
padat isolasi harus sesuai dengan bidang ekipotensial sejauh mungkin. Karena,
bagaimanapun, adalah tidak mungkin untuk sepenuhnya menghindari tekanan creep,
perancang harus membatasi tekanan dalam nilai-nilai yang diijinkan.
3) Karena ketidaksempurnaan dalam pembuatan mereka, lembar pers papan mungkin
mengandung beberapa mikro-void, yang cenderung menurunkan menahan kekuatan.
Karena kemungkinan lokasi void tersebut bertepatan sangat kurang, lebih baik untuk
membangun ketebalan yang diperlukan isolasi padat dari lebih dari satu lembar.
4) Bahan isolasi menunjukkan beberapa derajat kerugian dielektrik ketika ditempatkan
dalam medan listrik. Kerugian dielektrik tergantung pada tegangan dan frekuensi
lapangan dan konstanta dielektrik dan sudut kerugian materi. Panas yang dihasilkan
akibat kerugian ini perlu hilang, jika tidak maka dapat menyebabkan membatalkan
kenaikan suhu.
(c) Cakram luran parsial
Cakram luran parsial dianggap sebagai fenomena yang paling berbahaya terhadap
kehidupan pelayanan isolasi. Dua jenis luahan parsial dapat terjadi di isolasi padat.
1) pembuangan sebagian dari intensitas tinggi dapat terjadi pada permukaan papan pers.
Namun, ini dianggap kurang berbahaya, karena waktu breakdown secara substansial
lebih lama.
2) Konsentrat luahan parsial dapat terjadi pada tajam secara bertahap menembus tepi
elektroda. Debit ini lebih dalam dan lebih dalam ke pressboard dan akhirnya
menyebabkan kerusakan. Saluran minyak besar juga dapat menimbulkan pelepasan
46. 46 | P a g e
parsial ketika tekanan muncul di dalamnya melampaui batas parsial tegangan debit awal.
Praktek desain suara akan bertujuan sepenuhnya parsial debit struktur isolasi bebas untuk
diberikan over-voltage.
5.5 Plotting Medan Listrik
Dari penjelasan di atas, jelaslah bahwa desain suara sistem isolasi memerlukan pra-
penentuan tingkat stres tegangan (baik creep dan tusukan) dalam kondisi tegangan impuls dan
frekuensi daya. Tegangan tegangan adalah fungsi dari bentuk dan disposisi relatif gulungan,
bentuk struktur isolasi dan media dielektrik. Tegangan tegangan dapat dihitung dari pengetahuan
tentang kekuatan medan elektrostatik pada berbagai titik dalam struktur. Medan elektrostatik
adalah Laplacian di alam dan metode yang berbeda dari solusi adalah:
5.5.1 Metode analisis
Dimana elektroda dan isolasi konfigurasi sederhana, solusi dari persamaan lapangan
dapat diperoleh secara langsung. bentuk tertutup Untuk kasus-kasus tertentu yang lebih
kompleks, ditutup-bentuk solusi masih dapat diperoleh dengan teknik seperti pencitraan, fungsi
konjugasi conformal transformasi, dll.
5.5.2 Metode grafik
Dalam metode ini, perkiraan grafis berturut dibuat pada sifat orthogonal fluks dan garis
ekipotensial. Namun, orthogonal metode ini menjadi terlalu ted ous untuk masalah signifikansi
praktis .
5.5.3 Metode analog
Berbagai analog telah digunakan oleh para pekerja yang berbeda, seperti jaringan
perlawanan, membran karet, model pasir, kertas tahan dan tangki elektrolit. Dua yang terakhir
adalah yang paling terkenal. Masing-masing memiliki keterbatasan sendiri, dengan metode
tangki elektrolit menjadi orang yang paling serbaguna. Tapi kebutuhan untuk membuat model
mahal dan untuk setiap masalah dan waktu - memakan model untuk setiap masalah dan juga
47. 47 | P a g e
masalah-masalah seperti polarisasi, tegangan permukaan, dll, serius membatasi bahkan metode
ini.
5.5.4 Metode numerik
Dalam masalah praktis, seperti dalam transformator, dengan kompleksitas yang
terkandung di dalamnya, seperti elektroda dengan profil aneh, karena banyak intervensi
dielektrik, metode analisis menjadi tidak memadai dan ini membawa kita ke metode numerik
solusi. Yang terakhir selalu perkiraan untuk solusi yang benar, tetapi dengan hasil hasil
perawatan yang cukup yang benar dalam akurasi teknik 9-11 Dua metode numerik utama adalah
metode terbatas-perbedaan dan metode finite-element. Sebuah deskripsi singkat dari formulasi
hingga-elemen hingga-perbedaan masalah medan elektrostatik diberikan di bawah ini.
5.6 Metode terbatas-perbedaan
Dalam metode ini, kontinum digantikan oleh sistem mesh titik cakramrit. Pertimbangkan
Gambar. 5.26 yang menunjukkan titik umum Ao dari sistem mesh, dikelilingi oleh empat poin
Ai, A2, Aa dan A4. Panjang lengan adalah p, q, r dan 8 seperti yang ditunjukkan. Setiap hns jala
dua media yang dielektrik interfacing di diagonal karena itu total delapan dielektrik bertemu
pada titik 110. Pertimbangkan n kotak yang melewati penampang adalah kontur 1-2-3-4-5-6-7-8,
titik tengah dari lengan, dan dengan satuan panjang ke arah ke dalam kertas.
Persamaan ini untuk potensi Ao yang berturut-turut diterapkan ke setiap node secara
berulang, sampai akurasi yang cukup diperoleh. Perlu dicatat bahwa persamaan ini benar di
daerah biaya-bebas saja demikian, setiap kali sebuah node yang merupakan bagian dari sebuah
konduktor dengan potensi yang pasti, ditemui di iterasi, perhitungan dilewati untuk node yang
masalah medan elektrostatik pada dasarnya adalah masalah nilai batas dan sifat batas-batas yang
dikenal apriori. Kedua jenis batas bertemu seni Dirichlet dan Neumann terikat. aries. Untuk yang
pertama, potensi di perbatasan adalah konstan, batas ditandai dengan konstan sedangkan kondisi
Neumann. Setiap sumbu simetri lateral dalam masalah wilayah gradien dapat dianggap sebagai n
batas Neumann.
48. 48 | P a g e
5.6.1 Penggunaan komputer digital
Sebuah program komputer umum berdasarkan algoritma di atas dapat memenuhi hampir
semua jenis struktur isolasi. Garis grid begitu dipilih bahwa semua antarmuka antara dielektrik
dan konduktor, dll, bertepatan dengan grid baris. Garis melengkung dapat didekati dengan
segmentasi mereka menjadi beberapa garis lurus. Sistem grid dapat erat spasi mana akurasi yang
49. 49 | P a g e
lebih tinggi yang diinginkan. Masalahnya didefinisikan melalui serangkaian input data sebagai
berikut: (a) Jumlah grid garis horizontal dan vertikal dan jarak mereka (b) Posisi isolasi dan
konduktor (c) permitivitas media.
5.6.2 Fitur khusus
Karena formulasi adalah dalam hal potensi pada titik-titik cakramrit di kawasan ini,
adalah mungkin untuk mempertimbangkan baik titik konduktor dan melalilitanan foil persis
seperti mereka terjadi pada masalah. Pentingnya ini dalam kasus transformator mana perisai
tertentu, yang pada dasarnya tergabung dalam program ini adalah foil-konduktor, digunakan
elektrostatik untuk sebagian besar. Sebuah fitur khusus perhitungan potensi diakuisisi oleh
konduktor mengambang di wilayah lapangan.
5.6.3 Penerapan teknik lapangan merencanakan untuk transformator desain isolasi
Untuk menggambarkan sifat bidang yang dihadapi dalam transformer, 7 petak lapangan
khas daerah coikend dari transformator tegangan tinggi ditunjukkan pada Gambar. 5.27.
Kumparan yang berbeda telah terbukti bersama dengan garis ekipotensial dalam langkah 10%.
Menurut sifat lapangan tiga zona telah ditandai sebagai A, B dan C. Zona A, atau zona vertikal
memiliki seragam feld hampir. Jumlah dan ketebalan hambatan ditentukan oleh stres. menahan
kesenjangan minyak. Zona B memiliki medan seragam dan umumnya konfigurasi horisontal.
Dalam zune ini kesenjangan minyak lebih besar daripada di zona A. Penempatan hambatan dan
cincin statis cenderung membuat lapangan lebih seragam.
50. 50 | P a g e
Zona C adalah zona transisi antara zona A dan B dan adalah yang paling penting dari
pertimbangan desain isolasi. Ini adalah zona gradien tinggi dan tunduk pada kedua tusukan dan
permukaan merayap tekanan. Hal ini relatif mudah untuk menjaga terhadap tusuk, tapi
minimalisasi tekanan merayap permukaan membutuhkan pengetahuan tentang posisi yang tepat
dari garis ekipotensial. Jika profil insulasi dirancang agar sesuai dengan bentuk garis
ekipotensial, creep tekanan diminimalkan. Gambar 5.28 menunjukkan contoh lain dari medan
elektrostatik merencanakan untuk transformator EHV.
Setelah pengetahuan lapangan diperoleh, perlu untuk memastikan bahwa tekanan muncul
di berbagai bagian dari struktur isolasi yang terkandung di bawah batas parsial debit inception.13
Untuk mencapai hal ini, resor desainer untuk salah satu atau semua metode berikut untuk
membawa tekanan dalam batas.
(a) Elektroda memiliki sudut yang sangat tajam menghasilkan tegangan tinggi yang tidak
diinginkan di sekitar sudut. Oleh karena itu penting untuk menghindari ketajaman seperti
di elektroda. Jari-jari minimum yang diijinkan elektroda diatur oleh disposisi relatif
mereka.
(b) Walaupun mungkin cukup dari pertimbangan termal menggunakan ukuran konduktor
kecil untuk arus yang rendah, tegangan tinggi lead, mungkin kadang-kadang diperlukan
51. 51 | P a g e
untuk masuk untuk konduktor dengan diameter yang lebih besar, sebagai yang terakhir
menimbulkan menurunkan tekanan listrik.
(c) Dalam sistem elektroda minyak tenggelam, di mana stres adalah cukup tinggi pada
permukaan elektroda dan jatuh eksponensial, elektroda ditutupi dengan isolasi yang kuat
untuk mengambil keuntungan dari menahan lebih tinggi kemampuan dan o mendorong
insulant minyak ke titik yang aman di mana ia mengalami batas tegangan yang diijinkan.
(d) Jika teknik di atas menjadi tidak layak menahan kapasitas minyak jauh meningkat tanpa
menurunkan stres yang terkena, dengan membagi zona minyak sangat menekankan
menjadi beberapa lamina tipis dengan menggunakan hambatan isolasi padat. (E) Di
beberapa daerah penting, penggunaan terbuat dari barang-barang isolasi dibentuk yang
kontur yang dibuat sesuai dengan bentuk garis ekipotensial. Jadi stres merayap
permukaan hampir dapat dihindari dan sistem isolasi yang sangat kompak dapat
berevolusi 0 Sumber lain partial cakramharge dalam transformator adalah kabel dan
peralatan terminal. Di sini juga, perlu untuk memastikan bahwa tekanan listrik pada
antarmuka-kertas tembaga atau antarmuka kertas minyak dalam batas. Penyediaan terlalu
banyak sekat pada tembaga, namun, menghambat transfer panas.
52. 52 | P a g e
BAB II
MATERI PENDUKUNG
A. SIRKUIT MAGNETIK
Apaitu sirkuit magnetik? Untuk lebih memahami sirkuit magnetik, pemahaman dasar dari
kualitas fisik sirkuit magnetik akan diperlukan.Sebuah sirkuit magnetik dapat dibandingkan
dengan sebuah arus listrik yang EMF, atau tegangan, menghasilkan arus. The ampere-turning
(NI), atau gaya magnetomotive ( mmf), akan menghasilkan fluks magnet phi (Gambar 1).
mmf ini dapat dibandingkan dengan EMF, dan fluks (phi) dapat dibandingkan dengan saat
ini. Persamaan (1) adalah representasi matematis kekuatan magnetomotive diturunkan
menggunakan Hukum Ohm, I = E / R.
phi =mmf / R … … …. (1)
dimana :
phi = fluks magnetik, Wb
Fm = magnetomotive gaya (mmf) At
R =Reluktansi, At/Wb
Gambar 1 Magnetic Current with Closed Iron Path
Persamaan (2) adalah representasi matematika untuk reluktansi.
R = L / μA … … … … … … … …. (2)
dimana :
R = reluktansi, At / Wb
L = panjang kumparan, m
μ = permeabilitas bahan magnetik,(T-m)/At
53. 53 | P a g e
A = luas penampang koil, m 2
1. Dasar-dasar Perhitungan dan Perencanaan Transformator
Susunan trafo daya pada dasarnya adalah seperti pada gambar dibawah ini :
Pada inti besi berbahan ferromagnetis b dililitkan gulungan primer sebanyak n1 , dan lilitan
sekunder sebanyak n2 . Bila lilitan primer diberi tegangan bolak-balik (AC) dengan harga efektif
sebesar V1 dengan frekuensi f , maka dalam inti besi b akan timbul fluks magnet Φ. Hubungan
antara V1 dengan Φ bagi tegangan bolak-balik berbentuk sinus adalah :
V1 = 4,44 f n1 Φ (1)
Dengan adanya fluks magnet Φ , maka pada lilitan sekunder yang juga melingkupi fluks magnet
tersebut akan diinduksikan tegangan sekunder sebesar
V2 = 4,44 f n2 Φ (2)
Dari kedua persamaan diatas kalau kita bagi maka akan kita dapatkan persamaan :
V1 / V2 = n1 / n2 (3)
Dengan kata lain, tegangan lilitan-lilitan suatu transformator adalah sebanding dengan jumlah
lilitannya masing-masing.
Jika lilitan sekunder diberi beban, sehingga akan mengalir arus sebesar I2 , maka arus ini juga
akan membentuk fluks pada inti besi sebesar Φ2 , yang akan mengubah besarnya Φ awal. Bila
hal ini terjadi, maka keseimbangan antara V1 dan Φ pada persamaan (1) akan terganggu. Hal ini
54. 54 | P a g e
akan menyebabkan mengalirnya arus I1 pada primer, yang berakibat timbulnya fluks Φ1 . Arus
I1 nilainya sedemikian besar, sehingga Φ1 akan meniadakan pengaruh Φ2, atau dengan kata lain
Φ1 = Φ2.
Karena Φ1 sebanding dengan n1 I1 , dan Φ2 sebanding dengan n2 I2 , maka akan timbul
persamaan :
n1 I1 = n2 I2 atau I1 / I2 = n2 / n1 (4)
Bila tegangan sebanding dengan jumlah lilitan, maka arus akan berbanding terbalik dengan
jumlah lilitan. Persamaan (3) dan (4) adalah rumus dasar transformator dalam keadaan ideal.
Perkalian antara persamaan (3) dan (4) menghasilkan :
V1 I1 / V2 I2 = 1 atau V1 I1 = V2 I2 (5)
Dari persamaan tersebut jelas bahwa daya yang disalurkan lewat lilitan primer sama dengan daya
yang diberikan oleh sekunder.
Keadaan diatas adalah keadaan pada trafo yang ideal. Trafo ideal cirinya ialah bahwa fluks Φ
yang timbul dengan sendirinya jika primer diberi tegangan V1 , dan I2 = I1 = 0. Jadi untuk
membentuk fluks tidak diperlukan suatu arus apapun. Hal ini sebenarnya tidak mungkin terjadi,
karena untuk membentuk fluks Φ diperlukan arus yang diambil dari sumber V1 yang disebut
arus magnetisasi atau arus beban nol I0.
Nilai fluks per satuan penampang disebut induksi magnet B .
B = Φ / Aeff (6)
Di dalam inti trafo arus yang membentuk fluks magnet adalah arus magnetisasi yang merupakan
arus bolak-balik dengan frekuensi f. Karenanya fluks di dalamnya juga akan berubah-ubah sesuai
dengan frekuensi arus tersebut. Magnetisasi inti secara bolak-balik ini akan menimbulkan
kerugian yang disebut kerugian histeresis. Kerugian histeresis ini besarnya sebanding dengan
luas jerat histeresis tersebut. Kecuali dari jenis bahan inti trafo, luas jerat histeresis juga
55. 55 | P a g e
tergantung dari besarnya Induksi maksimum Bm yang dicapai dalam magnetisasi bolak-balik itu.
Kerugian hiteresis ini sebanding dengan (Bm)2. Besarnya nilai induksi maksimum Bm dapat
diperoleh dari :
Bm = Φ / Aeff = V1 / 4,44 f n1 Aeff (7)
Dari persamaan (1) dan (7), maka daya semu trafo dapat ditulis dengan persamaan :
P = V1 I1
= 4,44 f n1 Bm Aeff I1 (8)
Kalau penampang kawat primer adalah q1 , maka jika kita memakai besaran padat arus dengan
persamaan s = I1 / q1 (A/mm2) , dari persamaan (8) akan kita dapatkan :
P = V1 I1
= 4,44 f n1 Bm Aeff q1 s
= 4,44 f Bm s Aeff ( n1 q1 ) (9)
Karena n1 I1 = n2 I2 , maka bila padat arus diambil sama dengan padat arus sekunder, akan
diperoleh :
n1 q1 s = n2 q2 s karena besaran s sama maka n1 q1 = n2 q2
Dapat juga kita tulis n1 q1 = ½ ( n1 q1 + n2 q2 ) sehingga kita peroleh :
P = 2,22 f Bm s Aeff ( n1 q1 + n2 q2 ) (10)
( n1q1 + n2q2 ) tidak lain adalah luas jendela inti yang ditempati oleh penampang-penampang
kawat primer dan sekunder, sisanya ditempati oleh kertas isolasi dan ruang udara antar kawat.
Jika luas jendela dimisalkan Acu , maka dapat ditulis :
56. 56 | P a g e
( n1 q1 + n2 q2 ) = 100 c Acu (11)
dimana c adalah suatu konstanta yang disebut faktor pengisian. Faktor 100 karena Acu akan
dinyatakan dalam cm2, sedangkan q1 dan q2 dinyatakan dalam mm2.
Dari persamaan (10) dan (11) dapat kita peroleh :
P = 222 f Bm s c ( Aeff Acu ) (12)
Jadi bila suatu inti trafo dengan ukuran tertentun maka hasil luas penampang besi dengan luas
jendelanya adalah sebanding dengan daya trafo yang mungkin dibuat oleh inti tersebut. Tin ggal
tergantung dari pembebanan besi dengan Bm serta pembebanan tembaga dengan s.
Bila selanjutnya Acu dipilih sebanding dengan Aeff untuk berbagai ukuran inti, maka ada
hubungan Acu = m Aeff , sehingga dapat kita tulis :
P = 222 f Bm s c m Aeff2
atau Aeff = √P / √2,22 f Bm s c m
dimana Aeff : Luas penampang inti besi
P : Daya trafo
f : frekuensi ( di Indonesia 50 Hz )
Bm : Induksi maksimal ( 0,9 ... 1,1 Wb/m2 )
s : Kepadatan arus ( 1,5 ... 5 A/mm2 )
c : faktor pengisian ( 0,45 ... 0,7 )
m : Acu/Aeff
Jika kita ambil besar Bm = 1,0 Wb/m2 = 10-4 Wb/cm2 , s = 3 A/mm2 , c = 0,5 , dan m = kita
ambil perkiraan besarnya 0,6 maka persamaan diatas dapat kita sederhanakan menjadi :
Aeff = √P / √222 x 50 x 10-4 x 3 x 0,5 x 0,6
= √P / √1
Aeff = √P (13)
57. 57 | P a g e
2. Perhitungan Inti Transformator dan Kawat Tembaga
Untuk menentukan lebar penampang inti b dipakai pendekatan
b = √Aeff / 1,5 hingga √Aeff (14)
setelah ketemu lebar penampang inti tinggal menentukan panjang inti besi
h = Aeff / b (15)
Gambar2. Dimensi trafo
Untuk menentukan diameter kawat sekunder yang akan digunakan , lebih dulu dihitung arus
sekundernya :
I2 = P2 / V2
penampang kawat sekunder
q2 = I1 / s nilai padat arus s antara 1,5 ... 5 A/mm2
diameter kawat sekunder
d2 = √4 / φ x q2
= √4 / φ x I2 / s
= √4 / φ x I2 / s jika s kita pakai besaran 3A/mm2
maka = (√4 / 3,14 x 3 ) √I2
= (√0,424 ) √I2
d2 = 0,7 √I2 (16)
58. 58 | P a g e
jumlah lilitan sekunder per volt perlu ditambahkan 10% dari totalnya, gunanya untuk
memperhitungkan kerugian tegangan pada waktu trafo diberi beban sehingga persamaannya
n2 / V = 110% x ( 1 / 4,44 f Bm Aeff )
Jika kita pilih nilai f = 50Hz , dan Bm = 10-4 Wb/cm2 , maka
n2 / V = 1,1 x ( 1 / 4,44 x 50 x 10-4 ) x ( 1 / Aeff )
= 49,549 x 1 / Aeff
n2 / V ≈ 50 / Aeff (17)
Efisiensi transformator adalah perbandingan antara daya listrik keluaran dengan daya listrik pada
masukannya. Pada transformator ideal efisiensinya 100 %, tetapi pada kenyataannya efisiensi
tranformator tidak akan bisa mencapai 100 % , hal ini disebabkan karena sebagian energi
terbuang menjadi panas atau energi bunyi.
Efisiensi trafo untuk tegangan rendah kira-kira hanya 90%, sehingga dalam perencanaan suatu
trafo setelah ditentukan daya keluaran sekundernya, agar bisa mendekati maksimal dayanya,
maka daya primer kita tambahkan 10% nya
P1 = ( 100 % + 10 % ) x P2
P1 = 1,1 x P2 (18)
Sehingga dapat kita cari nilai arus primernya
I1 = P1 / V1
Untuk menetukan diameter kawat primer jika dipakai padat arus 3 A/mm2 maka rumusnya sama
seperti waktu menetukan diameter kawat sekunder :
d1 = 0,7 √I1 (19)
59. 59 | P a g e
Jumalah lilitan per volt jika kita pilih nilai f = 50Hz , dan Bm = 10-4 Wb/cm2 , maka :
n1 / V = 1 / 4,44 f Bm Aeff
= ( 1 / 4,44 x 50 x 10-4 ) x ( 1 / Aeff )
n1 / V = 45 / Aeff (20)
Setelah diameter kawat dan jumlah lilitan sekunder maupun primer sudah ditentukan perlu
pengecekan apakah gulungan dapat masuk ke dalam jendela dengan baik. Langkah pengecekan
dapat menggunakan rumus :
c = ( n1 q1 + n2 q2 ) / Acu (21)
Dimana Acu = x . y ( dalam mm2 ) lihat gambar 2 untuk ukuran x dan y
Nilai c yang baik adalah antara 0,45 ... 0,7 . Kalau lebih besar dari 0,7 kemungkinan gulungan
kawat tidak dapat masuk kedalam jendela inti. Jika hasil dari c kurang dari 0,45 berarti inti besi
kurang dimanfaatkan dengan baik sehingga kurang ekonomis.
Tabel 1. Ukuran kern trafo EI
No Tipe a
(mm)
b
(mm)
c,c1,c2
(mm)
d
(mm)
e
(mm)
x
(mm)
y
(mm)
1 EI-24 24 6 3 15 18 6 12,05
2 EI-28 28 8 4 21 25 6 17
3 EI-29,6 29,6 8 4 19,4 23,65 6,8 15,4
4 EI-30 30 10 5 20 25 5 15
5 EI-35 35 10 5 24,5 29,5 7,5 19,5
6 EI-38,4 38,4 12,8 6,4 25,7 32,2 6,4 19,2
7 EI-41 41 13 6 27 33 8 21
63. 63 | P a g e
40 0.07874 0.09 0.0137 3440
3. Induksi Elektromagnetik
Induksi elektromagnetik ditemukan oleh Michael Faraday pada tahun 1831. Faraday
menemukan bahwa jika sebuah konduktor “memotong” garis-garis gaya magnet, atau jika garis-
garis gaya magnet memotong melintasi sebuah konduktor, tegangan, atau EMF, diinduksi ke
konduktor. Pertimbangkan magnet dengan garis-garis gaya dari Kutub Utara ke Kutub Selatan
(Gambar 4). Sebuah konduktor C, yang dapat bergerak di antara kutub magnet, tersambung ke
galvanometer G, yang dapat mendeteksi kehadiran tegangan, atau EMF. Bila konduktor tidak
bergerak, nol EMF ditunjukkan oleh galvanometer. Jika konduktor bergerak di luar medan
magnet pada posisi 1, nol EMF masih ditandai dengan galvanometer. Bila konduktor
dipindahkan ke posisi 2, garis gaya magnet akan dipotong oleh konduktor, dan galvanometer
akan bias titik A. Pindah konduktor ke posisi 3 akan menyebabkan galvanometer untuk kembali
ke nol. Dengan membalik arah di mana konduktor dipindahkan (3 sampai 1), hasil yang sama
adalah melihat, tetapi polaritas berlawanan. Jika kita terus konduktor diam dalam garis gaya
magnetik, pada posisi 2, galvanometer menunjukkan nol. Fakta ini menunjukkan bahwa harus
ada gerakan relatif antara konduktor dan garis-garis gaya magnetik dalam rangka untuk
merangsang EMF.
Gambar 4 Induced EMF
Aplikasi yang paling penting dari gerak relatif terlihat pada generator listrik. Dalam
sebuah generator DC, elektromagnet tersebut diatur dalam rangka silinder. Konduktor, dalam
bentuk gulungan, yang diputar pada inti seperti yang terus-menerus kumparan memotong garis
gaya magnetik. Hasilnya adalah tegangan induksi di masing-masing konduktor. Konduktor ini
dihubungkan secara seri, dan tegangan induksi ditambahkan bersama-sama untuk menghasilkan
tegangan output generator.
64. 64 | P a g e
4. Konstruksi Transformator
Konstruksi trafo secara umum terdiri dari :
1. Inti yang terbuat dari lembaran-lembaran plat besi lunak atau baja silikon yang diklem jadi
satu
2. Belitan dibuat dari tembaga yang cara membelitkan pada inti dapat konsentris maupun
spiral.
3. Sistem pendingin pada trafo-trafo dengan daya yang cukup besar
Prinsip kerja transformator adalah berdasarkan hukum Ampere dan hukum Faraday,
yaitu : arus listrik dapat menimbulkan medan magnet dan sebaliknya medan magnet dapat
menimbulkan arus listrik. Jika pada salah satu kumparan pada transformator diberi arus bolak-
balik (AC) maka jumlah garis gaya magnet akan berubah-ubah. Akibatnya pada sisi primer
terjadi induksi. Sisi sekunder menerima garis gaya magnet dari sisi primer yang jumlahnya
berubah-ubah pula. Maka di sisi sekunder juga timbul induksi, akibatnya antara dua ujung
kumparan (lilitan) terdapat beda tegangan.
4. Kerugian Dalam Trafo
a. Kerugian tembaga. Kerugian I2.R dalam lilitan tembaga yang disebabkan oleh resistansi
tembaga dan arus listrik yang mengalirinya.
b. Kerugian kopling. Kerugian yang terjadi karena kopling primer-sekunder tidak sempurna,
sehingga tidak semua fluks magnet yang diinduksikan primer memotong lilitan sekunder.
Kerugian ini dapat dikurangi dengan menggulung lilitan secara berlapis-lapis antara
primer dan sekunder.
c. Kerugian kapasitas liar. Kerugian yang disebabkan oleh kapasitas liar yang terdapat pada
lilitan-lilitan transformator. Kerugian ini sangat mempengaruhi efisiensi transformator
untuk frekuensi tinggi. Kerugian ini dapat dikurangi dengan menggulung lilitan primer
dan sekunder secara semi-acak (bank winding).
d. Kerugian histeresis. Kerugian yang terjadi ketika arus primer AC berbalik arah.
Disebabkan karena inti transformator tidak dapat mengubah arah fluks magnetnya dengan
65. 65 | P a g e
seketika. Kerugian ini dapat dikurangi dengan menggunakan material inti reluktansi
rendah.
e. Kerugian efek kulit. Sebagaimana konduktor lain yang dialiri arus bolak-balik, arus
cenderung untuk mengalir pada permukaan konduktor. Hal ini memperbesar kerugian
kapasitas dan juga menambah resistansi relatif lilitan. Kerugian ini dapat dikurang
dengan menggunakan kawat Litz, yaitu kawat yang terdiri dari beberapa kawat kecil yang
saling terisolasi. Untuk frekuensi radio digunakan kawat geronggong atau lembaran tipis
tembaga sebagai ganti kawat biasa.
f. Kerugian arus eddy (arus olak). Kerugian yang disebabkan oleh GGL masukan yang
menimbulkan arus dalam inti magnet yang melawan perubahan fluks magnet yang
membangkitkan GGL. Karena adanya fluks magnet yang berubah-ubah, terjadi olakan
fluks magnet pada material inti. Kerugian ini berkurang kalau digunakan inti berlapis-
lapisan.
5. Komponen-komponen Trafo
1.) Inti Besi
Inti besi berfungsi untuk mempermudah jalan fluksi, magnetik yang ditimbulkan oleh arus
listrik yang melalui kumparan. Dibuat dari lempengan-lempengan besi tipis yang
berisolasi, untuk mengurangi panas (sebagai rugi-rugi besi) yang ditimbulkan oleh arus
pusar atau arus eddy (eddy current).
2. )Kumparan Transformator
Kumparan transformator adalah beberapa lilitan kawat berisolasi yang membentuk suatu
kumparan atau gulungan. Kumparan tersebut terdiri dari kumparan primer dan kumparan
sekunder yang diisolasi baik terhadap inti besi maupun terhadap antar kumparan dengan
isolasi padat seperti karton, pertinak dan lain-lain. Kumparan tersebut sebagai alat
transformasi tegangan dan arus.
66. 66 | P a g e
6. Perencanaan Penggulungan Trafo
Bahan–bahan yang diperlukan untuk menggulung suatu transformator antara lain :
a.) Kern atau teras besi lunak yang terbentuk dari kumparan besi lunak yang mengandung
silicon yang berbentuk seperti : huruf E dan I
b.) Koker atau rumah atau tempat mengulung kumparan primer dan sekunder
c.) Kawat email yang terbuat dari tembaga yang dilapiskan bahan isolasi yang tahan panas.
B. GULUNGAN DAN ISOLASI
1. Gulungan
Semua bahan yang ada di muka bumi dapat dipandang sebagai bahan listrik
khususnya bila ditinjau dari sifat resistivitasnya. Dalam hal ini bahan dikelompokkan ke
dalam 4 jenis yaitu isolator, semi konduktor, konduktor, dan super konduktor. Bahan
isolator seperti plastik, karet dan porselin mempunyai resistivitas yang paling tinggi
sehingga sering digunakan sebagai isolator tegangan tinggi. Bahan semi konduktor
seperti silikon (Si) dan germanium (Ge) mempunyai resistivitas sedang dan banyak
digunakan dalam bidang pembuatan komponen elektronika. Bahan konduktor seperti
tembaga (Cu) dan perak (Ag) mempunyai resistivitas yang rendah sehingga banyak
digunakan untuk penyaluran arus listrik misalnya kawat emaildari Cu yang banyak
digunakan dalam bidang mesin listrik seperti generator, motor dan transformator.
Komponen utama dari transformator adalah gulungan dan inti magnit yang
masing-masing berfungsi untuk membangkitkan fluks magnit pada gulungan primer dan
menyalurkannya ke gulungan sekunder melalui inti. Gulungan primer dan sekunder
kebanyakan dibuat dari kawat email yang karakteristiknya ditentukan berdasarkan nilai
resistivitas dan berat jenisnya. Bahan kawat email kebanyakan adalah Cu karena
mempunyai sifat-sifat yang baik dibanding dengan bahan lain misalnya, resistivitas, berat
jenis dan koefisien suhu atau panas jenisnya yang rendah. Besar tahanan listrik suatu
67. 67 | P a g e
bahan logam berbanding lurus terhadap resistivitas (ρ) dan panjang (L) bahan serta
berbanding terbalik terhadap luas penampangnya (A), sehingga reistivitas bahan adalah ρ
= R (L/A) dan apabila R, A dan L bahan diketahui maka resistivitasnya dapat diketahui.
Suatu penghantar kawat dari bahan Cu dikatakan mempunyai hantaran listrik 100
% IACS (International Annealed Copper Standart) bila pada suhu 20 °C mempunyai
tahanan jenis (ρ) 1,7241 µΩ-cm atau 0,15328 Ω/gr-m dan berat jenis BDnya= 8,89
gr/cm3 , sedangkan panas jenisnya adalah sekitar 0,09 kalor/(gr o C). Ketidakmurnian Cu
akan menurunkan daya hantarnya atau menaikkan resistivitasnya dan menaikkan panas
jenisnya, tetapi dapat memperbaiki sifat-sifat mekanisnya. Unsurunsur pengotor yang
menyebabkan ketidakmurnian penghantar Cu biasanya adalah Pb, Ni dan Fe.[4]
2. Isolator
Isolator adalah penyekat listrik yaitu bahan yang tidak bisa atau sulit melakukan
perpindahan muatan listrik karena elektronnya terikat kuat pada inti atomnya. Dalam
sistem tegangan tinggi isolator baik padat cair dan gas merupakan hal yang sangat
penting dan harus diperhatikan yaitu untuk mencegah terjadinya kondisi ekstrim berupa
hubung singkat antar kawat gulugan maupun terhadap bodi. Bahan yang disebut sebagai
bahan isolator adalah bahan dielektrik, ini disebabkan jumlah elektron yang terikat oleh
gaya tarik inti sangat kuat. Elektron-elektronnya sulit untuk bergerak atau bahkan sangat
sulit berpindah, walaupun telah terkena eksitasi oleh energi dari luar.
Dalam ilmu kelistrikan isolator juga dianggap sebagai bahan penyekat atau
dielektrik yang karakteristiknya ditunjukkan oleh konstanta dielektrik relatifnya.
Konstanta dieklektrik relativebahan menunjukkan kemampuan mengisolasi dari bahan
tersebut terhadap kawat yang bertegangan Dalam pemilihan isolator perlu
dipertimbangkan sifat kelistrikannya misalnya kuat atau rugi dielektrik, resitivitas, dan
permitivitasnya. Selain itu juga harus diperhatikan sifat-sifat isolator yang baik lainnya
yaitu sifat mekanik, termis maupun kimia. Dalam hal ini isolator harus mempunyai
kekuatan mekanik yang baik, tidak mudah aus, tahan terhadap panas atau suhu tinggi dan
68. 68 | P a g e
tidak higroskopis. Beberapa bahan sintetis masih "cukup bagus" digunakan sebagai
isolator kabel berisolasi plastik seperti NYA, NYM, dan NYY.
Bahan tersebut digolongkan menjadi dua yaitu termoplastik yaitu bahan yang
menjadi lunak jika dipanaskan dan termoseting yaitu bahan yang menjadi keras kalau
dipanaskan dan sebaliknya. Begitu juga bahan karet miasalnya SA, SAF, N4GA, dan
SALIPT masih banyak digunakan sebagai isolator kawat atau kabel. Bahan-bahan ini
dipilih sebagai isolator kabel karena lebih mudah dibentuk dan diproses dan masih bisa
menghambat aliran listrik pada tegangan menengah, ratusan sampai mungkin ribuan volt.
Bahan, seperti kaca, teflon, ebonit, dan porselin merupakan bahan isolator yang sangat
bagus, terutama dari sisi kekuatan mekanik dan tidak higroskopis sehingga bahan ini
banyak digunakan sebagai isolator tarik, penyangga maupun gantung yang terletak di luar
udara bebas atau outdoor.
Untuk isolator antara gulungan primer dan sekunder dengan body, pada umumnya
dipakai isolator minyak trafo dengan konstanta dielektrik yang tinggi. c. Tegangan
tembus dan kegagalan isolator Tegangan tembus (electrical breakdown) sering pula
diasosiasikan dengan kegagalan bahan isolasi padat atau cair yang digunakan dalam
kondensator maupun transformator tegangan tinggi di kabel listrik. Tegangan tembus
dapat terjadi di sepanjang sejumlah isolator yang dipasang pada saluran listrik, di dalam
kabel listrik bawah tanah, atau kabel yang membusur pada cabang pohon terdekat. Dalam
tekanan listrik yang cukup kuat, electrical breakdown bisa berlangsung di dalam zat
padat, cair, atau gas dengan, mekanisme kegagalan yang sangat berbeda di setiap jenis
bahan dielektrik. Kegagalan tersebut biasanya mengakibatkan hubungan pendek atau
sekering yang melebur atau meleleh ledak dan hal tersebut terjadi pada tegangan dadal.
Jadi sebelum dipakai, isolator harus diuji terlebih dulu terutama tegangan dadalnya.
3. Material Isolasi yang Digunakan Dalam Transformator
Isolasi merupakan salah satu komponen yang paling penting dari sebuah
transformator. Daya tahan dan stabilitas transformator tergantung pada pemanfaatan yang
tepat dari bahan isolasi di dalamnya. Dalam transformator terutama tiga bahan isolasi yang
digunakan.
69. 69 | P a g e
a. minyak transformator
b. kertas isolasi
c. pressboard
Dari tiga bahan isolasi utama yang digunakan adalah minyak transformator.
a. Minyak Transformator
Seperti dikatakan minyak transformator sebelumnya adalah bahan isolasi yang
utama yang digunakan dalam transformator. Ini adalah salah satu faktor penting yang
menentukan hidup dan operasi memuaskan transformator.
Minyak Transformator melakukan dua fungsi berikut.
1. Menyediakan isolasi dalam kombinasi dengan bahan isolasi yang digunakan dalam
konduktor dan koil.
2. Hal ini juga bertindak sebagai pendingin untuk
mengambil panas dari inti dan gulungan.
Transformer memanfaatkan minyak mineral
hidrokarbon. Ini terutama terdiri dari empat kelas
generik senyawa organik. Mereka adalah aromatik,
parafin, napthenes dan olefines. Minyak Transformer
akan memberikan isolasi yang lebih baik ketika
aromatik, parafin, napthenes dan olefines hadir di
dalamnya pada proporsi yang tepat. Minyak transformator diinginkan adalah memiliki
lebih dari parafin jenuh dan kurang aromatik, napthenes dan olefines untuk isolasi yang
lebih baik. Untuk stabilitas lebih, lebih banyak aromatik dan napthenes diperlukan. Untuk
mendapatkan properti isolasi minyak transformator dan stabilitasnya, harus ada
campuran optimum dari empat komponen organik. Hal ini dapat diperoleh dengan
penyulingan minyak mentah dengan hati-hati. Minyak nabati dan hewan tidak dapat
digunakan dalam transformer karena mereka membentuk asam lemak dan menyerang
bahan isolasi berserat.
70. 70 | P a g e
Transformator dipengaruhi oleh kondisi operasi. Kehadiran partikel uap air atau
ditangguhkan dalam minyak transformator mempengaruhi properti dielektrik nya. Oleh
karena minyak transformator harus diuji secara berkala. Jadi minyak yang mengandung
uap air atau partikel harus disaring atau diganti dengan minyak segar.
Physical constants of Transformer oil
Property Recommended value
Permitivity 2.2
Thermal conductivity 0.12 W/m oC
Specific Heat 2.06 kJ/kg oC
Co-efficient of Expansion 0.00078/ oC
Mean density factor 0.00065/ oC
The above parameters are based on IS 335
b. Kertas Isolasi
Kertas isolasi terbuat dari serat nabati. Serat ini terutama terdiri dari selulosa.
Sifat utama dari bahan ini adalah sebagai berikut:
71. 71 | P a g e
- gramatur
Gramatur adalah rasio massa ke daerah. Ini mempengaruhi sebagian besar sifat
listrik dan mekanik. Nilai yang disarankan untuk kertas yang ketebalannya 125
mikrometer adalah 100 gm / mt2. Variasi maksimum yang diperbolehkan adalah 5%.
- Massa Jenis
Kertas yang direkomendasikan digunakan transformator dapat memiliki berbagai
kepadatan dari 0,6-1,3 gm / cc
- kadar air
Kadar air mengurangi properti dielektrik kertas. Karena kertas bersifat
higroskopis, maka ingression kelembaban melakukan tugasnya dengan baik. Kadar air
maksimum yang diijinkan adalah 8%.
- Penyerapan minyak dan air
Properti dielektrik kertas meningkat ketika diresapi dalam minyak di bawah
vakum dan menurun dengan kadar air. Meskipun kadar air tidak dianjurkan kadar tapi air
maksimum yang diizinkan adalah 10%.
72. 72 | P a g e
- permeabilitas udara
Permeabilitas udara adalah tingkat di mana udara dapat melewatinya. Kekuatan
dielektrik kertas berbanding terbalik dengan permeabilitas udara. Nilai yang
direkomendasikan permeabilitas udara adalah 0,2-0,5.
- Kekuatan tarik dan elongasi
Kertas harus mampu menahan regangan selama membungkus. Nilai yang
direkomendasikan regangan kertas adalah 78-85 N-mt / gm dalam membungkus langsung
adalah 25 - 30 N-mt / gm.
The electrical parameters of insulating paper are indicated below.
Property Recommended Value
Break down voltage 7- 7.5 kV/mm (min) at 90 deg. C
Dissipation factor 0.003 (max)
Conductivity 10 ns/mt (max)
c. Pressboard
Pressboard juga terdiri dari serat sayuran dan mengandung selulosa. Pressboard
isolasi yang solid yang biasanya dibuat memiliki ketebalan 6 mm hingga 8mm. Karena
masalah isolasi yang paling sulit dalam HT trafo terjadi pada ujung gulungan dan
memimpin out dari gulungan Pressboard maka dibentuk secara luas digunakan di daerah
ini untuk insulasi. Resin sintetis terikat laminasi kertas digunakan dalam tegangan
menekankan zona. Parameter penting dipertimbangkan adalah kepadatan, kekuatan tarik,
elongasi, konduktivitas, penyerapan minyak, kadar air, kompresibilitas, dan lain-lain.
73. 73 | P a g e
3. Lonjakan Tegangan
Permasalahan kualitas daya listrik disebabkan oleh gejala-gejala atau fenomena-
fenomena elektromagnetik yang terjadi pada sistem tenaga listrik. Gejala elektromagnetik
yang menyebabkan permasalahan kualitas daya adalah (Roger C. Dugan, 1996) :
a. Gejala Peralihan (Transient), yaitu suatu gejala perubahan variabel (tegangan,
arus dan lain-lain) yang terjadi selama masa transisi dari keadaan operasi tunak
(steady state) menjadi keadaan yang lain.
b. Gejala Perubahan Tegangan Durasi Pendek (Short-Duration Variations), yaitu
suatu gejala perubahan nilai tegangan dalam waktu yang singkat yaitu kurang dari
1 (satu) menit. 3. Gejala Perubahan Tegangan Durasi Panjang (Long-Duration
Variations), yaitu suatu gejala perubahan nilai tegangan, dalam waktu yang lama
yaitu lebih dari 1 (satu) menit.
74. 74 | P a g e
c. Ketidakseimbangan Tegangan, adalah gejala perbedaan besarnya tegangan dalam
sistem tiga fasa serta sudut fasanya
d. Distorsi Gelombang, adalah gejala penyimpangan dari suatu gelombang
(tegangan dan arus) dari bentuk idealnya berupa gelombang sinusoidal .
e. Fluktuasi Tegangan, adalah gejala perubahan besarnya tegangan secara
sistematik.
f. Gejala Perubahan Frekuensi Daya yaitu gejala penyimpangan frekuensi daya
listrik pada suatu sistem tenaga listrik.
4. Penentuan Gulungan atau Volt
Transformator atau sering disingkat dengan istilah Trafo adalah suatu alat listrik yang
dapat mengubah taraf suatu tegangan AC ke taraf yang lain.Pada system penggulungan
trafo, biasa terjadi penyimpangan kerugian. Seperti kerugian kawat email
dan kerugian panas tidak diperhitungkan. Kerugian seperti ini sekitar 20% sampai 30% dari
tembaga gulunganPrimer.Apabila kita ingin merencanakan gulungan sekunder 100 watt,
maka tenaga primer harus lebih 20% sampai 25% dari tenaga sekunder. Yang harus selalu
diingat bahwa setiap kali tegangan gulungan sekunder diberi beban tegangannya akan
turun.Di negara kita tegangan listrik berfrekuensi sekitar 50 sampai 60 circle/second. Oleh
sebab itu untuk menghitung gulungan pervolt kita dapat memakai rumus
Circle per second x 1 gulungan
Untuk menghindarkan panasnya transformator tenaga kita dapat memakai standar 56
circle/second sebagai dasar perhitungan. Jadi rumus perhitungan jumlah gulungan per volt :
56 x 1 gulungan
Gulungan Pervolt
Yang dimaksud dengan gulungan per volt yaitu sejumlah gulungan kawat yang
disesuaikan untuk tegangan sebesar 1 Volt. Untuk menetapkan besar jumlah gulung per volt
dipakai ketentuan :
75. 75 | P a g e
Rumus :
gpv = f / O
Dimana
Gpv = jumlah gulung per volt
f = frekuensi listrik (50 Hz)
O = luas irisan teras diukur dengan cm2. (hasil kali dari lebar dan tinggi tempat gulungan
76. 76 | P a g e
BAB III
SOAL DAN PENYELESAIAN
1. A coil has an mmf of 600 At, and a reluctance of 3 x 10^6 At/Wb.Find the total flux
phi.
Solusi:
fluks phi = mmf / R = 600At / (3 x 10 ^ 6 At / Wb) = 200 x 10 ^ -6 Wb = 200 μWb
2. Carilah permeabilitas bahan yang memiliki permeabilitas relatif dari 100 !
Jawab:
μ = μr x μo = 100 (1,26 x 10 ^ -6) = 126 x 10 ^ -6 (m T) / At
3. Sebuah trafo memiliki perbandingan lilitan 10 : 2 dihubungkan ke sumber listrik
100V untuk menyalakan sebuah lampu 25 W. Hitunglah tegangan listrik yang
diserap oleh lampu dan kuat arus yang masuk kedalam trafo
Jawab :
Diket: Np:Ns = 10 : 2
Vp = 100 V
Ps = 25 W
Dit. Vs = …
Ip = …
Jawab:
Np : Ns = Vp : Vs
10 : 2 = 100 : Vs
Vs = 20 V
Pp = Ps
Vp . Ip = Ps
100 . Ip = 25
Ip = 0,25 A
77. 77 | P a g e
4. Sebuah trafo memiliki perbandingan lilitan kumparan 10:1 dihubung-kan ke listrik
100 V untuk menyalakan sebuah lampu 7,5 W. Jika efisiensi trafo 75 %, berapakah
arus listrik pada kumparan primer?
Diket: Np : Ns = 10:1
Vp = 100 V
Ps = 7,5W
η = 75%
Dit Ip = …
Jawab:
η = (Ps/Pp)X100 %
75 % = 7,5/Pp X 100%
0,75 = 7,5/Pp
Pp = 7,7/0,75 = 10 W
Pp = Vp . Ip
10 = 100 . Ip
Ip = 0,1 A
5. Sebuah tempat gulung kawat transformator mempunyai ukuran lebar 2,5 cm dan
tinggi 2 cm. Besar jumlah gulungan per volt ?
Jawab: :
gpv = f / O
f = 50 Hz
O = 2,5 x 2 = 5 Cm2
gpv = 50 / 5
= 10 gulung / volt
(setiap 10 lilitan kawat berlaku untuk tegangan sebesar 1 volt)
6. Dibutuhkan sebuah transformator dengan tegangan 220 V untuk gulung primer dan
tegangan 6 V digulungan sekundernya, lebar tempat gulungan kawat 2,5 cm dan
tinggi 2 cm. Berapa jumlah gulungan atau banyaknya lilitan untuk kawatprimer dan
sekunder.
78. 78 | P a g e
Jawab :
O = 2,5 x 2 = 5 cm2
gpv = 50 / 5 = 10
Jadi untuk gulung primer dibutuhkan sejumlah 220 x 10 = 2200 lilitan. Untuk
gulungan sekunder dibutuhkan 6 x 10 = 60 lilitan. Mengingat selalu adanya tenaga
hilang di tansformator jumlah lilitan digulungan sekunder ditambahkan 10% = 60
+6 = 66 lilitan.
Dengan jumlah lilitan tersebut diatas, maka bila gulung primer dihubungkan
kepada tegangan listrik jala–jala sebesar 220 V, gulungan sekundernya
menghasilkan tegangan sebesar 6 volt.
7. Sebutkan jenis-jenis model gulungan trafo !
Jawab :
a)Gulungan distribusi penyebrangan
b) Spiral berliku
c) Gulungan spiral
d) Gulungan cakram berlanjut
e)Transposisi
f) Gulungan cakram berdaun
g) Gulungan bertungkai
h) Gulungan berlapis
8. Misalkan kita mau membuat/gulung trafo kotak EI dengan tegangan primer 220V dan
sekundernya 32V CT ; 5A , maka perhitungannya dengan memakai rumus-rumus
trafo diatas
1. Hitung daya trafo yang kita butuhkan
P2 = V2 x I2
= 2 x 32 x 5
79. 79 | P a g e
= 320 VA
Sehingga daya primernya
P1 = 1,1 x P2
= 1,1 x 320
= 352 VA
2. Hitung luas penampang inti besinya
Aeff = √ P1
= √ 352
Aeff = 18,7 cm2
3. Hitung lebar dan panjang inti besinya
b = √Aeff / 1,3
= √18,7 / 1,3
= 3,79 cm
dengan melihat tabel ukuran inti besi, maka ukuran lebar yang mendekati adalah
3,8 cm (EI-114)
h = Aeff / b
= 18,7 / 3,8
= 4,9 cm
4. Tentukan diameter kawat primer dan sekunder
d1 = 0,7 x √ I1
= 0,7 x √ 352 / 220
80. 80 | P a g e
= 0,7 x √ 1,6
= 0,88 mm
Dengan melihat tabel ukuran kawat yang mendekati yaitu AWG 19 diameter 0,91
mm
d2 = 0,7 x √ I2
= 0,7 x √ 5
= 0,7 x 2,236
= 1,56 mm
Di tabel ukuran kawat yang mendekati yaitu AWG 14 diameter 1,6 mm.
5. Menghitung jumlah lilitan primer dan sekunder
n1 = ( 45 / Aeff ) x 220
= ( 45 / 18,7 ) x 220
= 2,4 x 220
= 529 lilit
n2 = ( 50 / Aeff ) x 32
= ( 50 / 18,7 ) x 32
= 2,67 x 32
= 85 lilit
Karena mau dibikin CT (Center Tap) maka gulungannya menjadi 2 kali, 85 lilit -
CT - 85 lilit
6. Pengecekan gulungan
c = ( n1 q1 + n2 q2 ) / Acu
