Peringkat Kinerja Transformator:

Peringkat kinerja transformator adalah serangkaian spesifikasi teknis yang menentukan batasan operasionalnya yang aman dan efisien. Peringkat ini sangat penting dalam memilih, menggunakan, dan memelihara transformator karena menunjukkan kapasitasnya untuk menangani daya tanpa mengalami kerusakan akibat panas berlebih. Salah satu peringkat yang paling mendasar adalah kVA (kilovolt-ampere) atau MVA (megavolt-ampere), yang mengukur daya semu maksimum yang dapat ditangani oleh transformator. Peringkat ini didasarkan pada kemampuan transformator untuk menghilangkan panas, karena panas yang dihasilkan oleh beban menentukan output daya berkelanjutan yang aman. Selain kVA, peringkat penting lainnya mencakup peringkat voltase (voltase maksimum yang dapat ditangani), peringkat arus (arus maksimum yang dapat dibawa tanpa panas berlebih), kelas isolasi (suhu maksimum yang dapat ditahan oleh bahan isolasi), dan impedansi. Impedansi ini memengaruhi seberapa baik transformator mengatur voltase dan menangani arus gangguan. Bersama-sama, peringkat-peringkat ini memberikan gambaran yang jelas mengenai batasan dan kemampuan transformator, memastikan transformator dapat memenuhi persyaratan beban dengan andal dan efisien.

1. Definisi Ukuran Transformator Daya

Cara yang disarankan untuk menentukan kapasitas throughput transformator adalah dengan menggunakan daya terukur. Daya terukur ini didefinisikan dengan baik dalam standar dan merupakan salah satu parameter utama dalam menentukan ukuran transformator. Namun, parameter penting ini tidak selalu memberikan gambaran yang jelas tentang ukuran fisik transformator.

“SizingMVA” ini tidak hanya merupakan indikator yang lebih bermakna mengenai berat dan dimensi fisik, tetapi juga berkorelasi lebih baik dengan jam kerja yang dibutuhkan untuk memproduksi unit dan harganya.

Sebagai demonstrasi awal penerapannya, kami merujuk pada transformator paling sederhana yang layak, yang hanya memiliki dua lilitan dan tidak satu pun lilitannya dilengkapi Tapping. Dalam kasus sederhana ini, daya pengenal masing-masing lilitan terpisah sama dengan daya pengenal transformator.

Gulungan tegangan tinggi (HV) dirancang untuk membawa beban terukur (Sn MVA), dan hal yang sama berlaku untuk gulungan tegangan rendah (LV). Dengan kata lain, transformator memiliki dua gulungan yang masing-masing dirancang untuk memiliki jumlah lilitan dan luas penampang konduktor yang sesuai untuk daya terukur Sn MVA.

Ukurannya MVA (Ssizing) didefinisikan sebagai setengah jumlah daya pengenal semua belitan, yaitu (Sn+ Sn)/2 yang dalam kasus ini sama dengan Sn.

Kasus sederhana ini menjadi dasar bagi aplikasi lain yang lebih menarik. Misalnya, penerapan definisi ukuran ini pada reaktor shunt sederhana berkapasitas 100 MVAr yang hanya memiliki satu belitan berkapasitas 100 MVA, menghasilkan kesimpulan bahwa daya ukurannya hanya (100 + 0) MVA / 2 = 50 MVA.

Sebagian besar jenis transformator memiliki dua atau lebih lilitan, misalnya; autotransformator, transformator dengan lilitan sadap, dan transformator penggeser fasa.

Artikel teknis ini akan memberikan perhitungan dasar ukuran fisik transformator dan menggunakannya untuk mengembangkan penilaian parameter lain untuk jenis-jenis utama transformator yang umum ditemui.

1.1 Transformator dengan Lebih dari Dua Gulungan

Transformator adalah perangkat elektromagnetik yang digunakan untuk mengubah tingkat tegangan dalam sistem tenaga listrik. Transformator dengan lebih dari dua gulungan, atau transformator multi-gulungan, dirancang untuk menyediakan beberapa tingkat tegangan dari satu sumber daya. Desain ini memungkinkan distribusi energi yang lebih efisien dan fleksibel dalam berbagai aplikasi industri dan komersial.

Prinsip dasar transformator multi-gulungan didasarkan pada induksi elektromagnetik, di mana perubahan fluks magnetik dalam gulungan primer menginduksi tegangan dalam gulungan sekunder. Rasio jumlah lilitan (turns ratio) antara gulungan primer dan sekunder menentukan tingkat perubahan tegangan. Dalam transformator multi-gulungan, setiap gulungan sekunder dapat memiliki rasio lilitan yang berbeda, memungkinkan output tegangan yang bervariasi sesuai kebutuhan aplikasi spesifik.

Rated power of high voltagewinding (S_HV) = 100 MVA
Rated power of low voltage winding (S_LV) = 100 MVA
Ratedpower of tertiary winding (S_TV) = 30 MVA
S_sizing = (S_HV+ S_LV+ S_TV) / 2
S_sizing = (100 MVA + 100 MVA + 30 MVA) / 2
S_sizing = 115 SizingMVA

1.2 Autotransformator dengan Gulungan Tersier

Autotransformator dua lilitan memiliki lilitan yang sama untuk rangkaian tegangan tinggi (HV) dan tegangan rendah (LV), sehingga tidak semua daya benar-benar tertransformasi. Dalam hal ini, perlu untuk mengoreksi daya pengenal ke daya yang telah ditransformasi sebelum menambahkan efek Tersier.

Rated Power of high voltage winding (S_HV)= 100 MVA
Voltage of high voltage winding (U_HV) = 400 kV
Rated Power of low voltage winding (S_LV)= 100 MVA
Voltage of low voltage winding (U_LV)= 1l0 kV
Rated Power of tertiary winding (S_TV) = 30 MVA
Voltage of tertiary winding (U_TV) = 13 kV (does not affect the calculation)
S_sizing = (2 × (1 − U_LV/U_HV) × S_HV + S_TV) / 2
S_sizing = (2 × (1 − 110kV/400kV) × 100 MVA + 30 MVA) / 2
S_sizing = 87.5 SizingMVA

1.3 Transformator dengan Tap

Transformator adalah komponen vital dalam sistem tenaga listrik yang berfungsi mentransfer daya dari satu sirkuit ke sirkuit lain melalui induksi elektromagnetik. Dalam operasinya, transformator sering menghadapi variasi tegangan pada sisi primer yang disebabkan oleh perubahan beban dan kondisi jaringan. Untuk menjaga tegangan pada sisi sekunder tetap stabil dalam rentang yang diizinkan, transformator dilengkapi dengan perangkat yang dikenal sebagai tap changer. Tap changer memungkinkan penyesuaian rasio lilitan transformator dengan menambah atau mengurangi jumlah lilitan efektif pada salah satu kumparan.

Sebagai contoh, kita pertimbangkan sebuah transformator dengan 2 lilitan dan lilitan tapping (pengatur) pada sisi tegangan tinggi. Nilai nominal harus dikoreksi untuk memperhitungkan nilai tegangan dan arus tertinggi yang berlaku untuk setiap sadap.

Rated power of high voltage winding (S_HV) = 100 MVA
Tapping range of the HVwinding is (R_pos) positive 12% and.(R_neg) negative 12%
Rated power of the untapped low voltage winding (S_LV) = 100 MVA
S_sizing = (S_HV × [(1 + R_pos) / (1 − R_neg)] + S_LV) / 2
S_sizing = (100 MVA × [(1 + 0.12) / (1 − 0.12)] + 100 MVA) / 2
S_sizing = 113.6 SizingMVA

1.4 Transformator Penggeser Fasa (PST)

Transformator Penggeser Fasa (PST) adalah perangkat vital dalam sistem tenaga listrik modern, digunakan untuk mengontrol aliran daya aktif dengan mengatur perbedaan sudut fasa antara dua titik dalam jaringan transmisi. Artikel ini membahas prinsip dasar operasi PST, desain teknis, klasifikasi jenis PST, serta aplikasi dan tantangan implementasinya dalam sistem tenaga listrik.

Dalam sistem tenaga listrik, aliran daya aktif dipengaruhi oleh perbedaan sudut fasa antara tegangan di titik pengirim dan penerima. PST digunakan untuk mengatur perbedaan sudut fasa ini, sehingga memungkinkan kontrol aliran daya aktif tanpa mempengaruhi tegangan sistem secara signifikan. Hal ini penting terutama dalam jaringan transmisi yang kompleks dan padat, di mana pengaturan aliran daya diperlukan untuk mencegah kelebihan beban dan meningkatkan stabilitas sistem.

PST bekerja dengan cara menyuntikkan tegangan kuadratur (90°) ke dalam jalur transmisi melalui transformator seri yang dihubungkan dengan transformator shunt. Tegangan kuadratur ini dihasilkan oleh transformator shunt yang terhubung secara paralel dengan sistem dan kemudian dimasukkan ke dalam jalur transmisi melalui transformator seri. Pengaturan posisi tap pada transformator shunt memungkinkan kontrol sudut fasa dan, akibatnya, aliran daya aktif dalam sistem

Rated Equivalent Sizing (MVA) dihitung sebagai berikut:

√3 × Tegangan Terukur antar Saluran × Ampere Saluran × fungsi (Sudut Fasa Tanpa Beban)

di mana fungsi (Sudut Fasa Tanpa Beban) ditentukan dengan beberapa cara, tergantung pada jenis Transformator Penggeser Fasa yang dibutuhkan.

Lihat Gambar 1, 2, dan 3.

2. Estimasi Massa Transformator

Estimasi masa pakai transformator adalah proses perhitungan yang digunakan untuk memprediksi berapa lama sebuah transformator dapat beroperasi secara optimal sebelum memerlukan penggantian atau pemeliharaan besar. Masa pakai transformator dipengaruhi oleh berbagai faktor, termasuk beban operasional, suhu, kualitas bahan isolasi, dan kondisi lingkungan tempat transformator beroperasi. Beban yang melebihi kapasitas desain dan suhu yang tinggi dapat mempercepat degradasi komponen dalam transformator, terutama bahan isolasi yang sangat penting untuk mencegah arus bocor dan kerusakan mekanis. Selain itu, kondisi lingkungan seperti kelembapan, polusi, dan debu juga dapat memperpendek umur transformator dengan memperburuk keadaan bahan isolasi dan sistem pendingin.

Untuk memperkirakan estimasi masa pakai, digunakan berbagai metode, antara lain model degradasi bahan, pengujian kondisi minyak isolasi, serta pengukuran suhu dan beban secara berkala. Pemeliharaan preventif yang dilakukan secara rutin dapat memperpanjang umur transformator, sementara kegagalan dalam pemeliharaan dapat menyebabkan kerusakan yang lebih cepat dan biaya perbaikan yang lebih tinggi. Dengan memantau kondisi transformator secara tepat, dapat diambil langkah-langkah yang diperlukan untuk menjaga agar transformator tetap beroperasi dengan efisien dan menghindari kegagalan yang tidak terduga. Estimasi masa pakai yang tepat sangat penting dalam perencanaan pengelolaan aset dan memastikan keberlanjutan operasional dalam jaringan distribusi listrik.

Timeline

Beberapa perbedaan massa terdapat antara transformator 50 dan 60 Hz, karena untuk kerapatan fluks yang sama, inti transformator 50 Hz memiliki luas penampang yang lebih besar dan karenanya massa lebih besar daripada inti 60 Hz.
Timeline

Meskipun terdapat perbedaan massa antara transformator 50 dan 60 Hz, varians pada dimensi merupakan efek orde kedua jika dibandingkan dengan varians akibat tingkat kapitalisasi, jenis pendingin, dan sebagainya.

2.1 Transportasi Massa

Masa transformator untuk mengetahui berat pengangkutan merujuk pada periode waktu yang diperlukan untuk mengevaluasi dan memperkirakan berat total transformator yang akan diangkut. Berat transformator menjadi faktor penting dalam perencanaan logistik dan pengangkutan, karena dapat memengaruhi pemilihan jenis kendaraan, perlengkapan pengangkut, serta estimasi biaya transportasi. Berat transformator dipengaruhi oleh berbagai faktor, termasuk kapasitas daya, jenis material yang digunakan, dan ukuran fisiknya. Untuk menghitung berat pengangkutan secara akurat, perlu dilakukan pengukuran terhadap komponen-komponen utama transformator, seperti inti besi, gulungan kawat tembaga, dan pelindung isolasi. Selain itu, faktor-faktor eksternal seperti kondisi jalan dan jarak pengangkutan juga perlu dipertimbangkan, karena ini akan mempengaruhi jenis kendaraan dan cara pengangkutan yang digunakan. Dengan memahami berat transformator secara rinci, perusahaan dapat merencanakan pengangkutan dengan lebih efisien, memastikan keselamatan selama perjalanan, dan mengoptimalkan biaya transportasi.