Transformator daya
Transformator yang digunakan di gardu induk atau sistem tenaga listrik dapat berupa rangkaian tiga transformator satu fasa yang dihubungkan secara bintang/delta atau bintang/bintang, dan lain sebagainya, atau dapat berupa transformator tiga fasa tunggal dengan satu inti. Biasanya untuk transformator berkapasitas besar, transformator tiga fasa digunakan karena alasan berikut: lebih ringan dan lebih murah, membutuhkan ruang lebih sedikit, dan lebih efisien.
Satu-satunya kelemahan adalah bahwa apa pun yang memengaruhi lilitan satu fasa akan memengaruhi fasa lainnya juga, sedangkan pada transformator satu fasa hal ini tidak demikian, karena satu transformator dapat diganti dan pengoperasian dapat dilanjutkan.
Rangkaian magnetik transformator tipe inti tiga fasa (Gambar 1) agak tidak seimbang , cabang tengah memiliki reluktansi yang lebih kecil daripada dua cabang luar, meskipun ketidakseimbangan tersebut tidak terlalu signifikan.
Untuk semua keperluan praktis, fluksnya sama di semua bagian rangkaian magnetik dan penampang inti serta lengannya harus sama agar kerapatan fluks seragam di mana-mana.
Konstruksi tipe cangkang seperti pada Gambar 2, dengan arah lilitan yang sama di ketiga fase, menyebabkan ketidakseimbangan distribusi fluks di semua lengan .
Pada bagian B rangkaian, fluks total adalah perbedaan fasor fluks akibat fasa R dan Y yang besarnya sama dan bergeser fasa sebesar 120°, yaitu fluks total pada bagian B adalah (√3/2)×φ di mana φ adalah fluks akibat masing-masing fasa.
Hal yang sama berlaku untuk bagian C dari rangkaian, di mana fluks pada cabang luar adalah φ/2 .
Dari Gambar 3 terlihat jelas bahwa setiap fasa transformator tipe cangkang memiliki rangkaian magnetik independen. Oleh karena itu, jika karena alasan tertentu (kerusakan) salah satu gulungan tidak berfungsi dan dikeluarkan dari rangkaian, kedua gulungan yang tersisa dapat dioperasikan dalam konfigurasi delta terbuka.
Dalam kondisi ini, lebih baik untuk menghubungkan singkat baik primer maupun sekunder dari fasa yang rusak sehingga fluks liar yang mungkin masuk ke rangkaiannya dari dua rangkaian lainnya berkurang menjadi nilai yang kecil. Pada konstruksi tipe inti, rangkaian magnetik tidak independen dan jenis penghubungan singkat salah satu fasa ini tidak dilakukan.
Jenis koneksi yang umum digunakan untuk pengoperasian transformator 3 fasa adalah delta-star, star-delta, dan delta-delta .
Belitan delta digunakan sebagai belitan primer, karena tegangan yang dihasilkan kecil dan arus yang harus ditangani besar. Hal ini karena tegangan fasa sama dengan tegangan antar saluran dan arus fasa sama dengan arus saluran dibagi √3.
Pengardean netral kumparan sekunder transformator delta-bintang tidak menimbulkan masalah karena harmonik ketiga, karena komponen harmonik ketiga dari arus eksitasi dapat mengalir di kumparan primer delta.
Ketika transformator bintang-delta digunakan sebagai transformator penurun tegangan, komponen harmonik ketiga dari arus eksitasi tidak dapat mengalir di kumparan primer tetapi muncul di kumparan sekunder delta. Dengan kata lain, kumparan utama menggantikan peran kumparan tersier.
Oleh karena itu, selalu lebih baik untuk memiliki setidaknya satu belitan yang terhubung delta pada transformator tiga fasa , yang akan menghilangkan arus harmonik ketiga pada rangkaian eksternal dan dengan demikian akan menghindari interferensi saluran listrik dengan jaringan komunikasi.
Perlu dicatat bahwa jika fluks dalam rangkaian magnetik transformator berbentuk sinusoidal, maka arus eksitasi harus mengandung komponen harmonik ketiga.
Namun, jika karena sambungan transformator atau sambungan sistem, arus ini tidak dapat mengalir, fluks akan mengandung komponen harmonik ketiga yang akan menginduksi tegangan harmonik ketiga pada kumparan transformator. Tegangan ini bervariasi antara 5% hingga 50% dari tegangan frekuensi fundamental tergantung pada jenis transformator yang digunakan, apakah tipe inti atau tipe cangkang.
Dengan koneksi antar bintang, sistem berikut (Gambar 4, 5, 6, dan 7) dipertimbangkan untuk pemahaman yang lebih jelas:
Pada Gambar 4, karena komponen harmonik ketiga dari arus tidak menemukan jalur, maka komponen harmonik ketiga dari tegangan akan hadir pada tegangan saluran ke netral meskipun tegangan harmonik ketiga tidak ada di sepanjang saluran.
Pada Gambar 5, komponen harmonik ketiga dari arus memang menemukan jalur, sehingga komponen harmonik ketiga dari tegangan tidak ada .
Pada Gambar 6 dan 7, karena adanya belitan delta, koneksi delta menyediakan jalur bagi arus harmonik ketiga yang diperlukan untuk menghilangkan tegangan harmonik ketiga.
Pada Gambar 6, tidak akan ada arus harmonik ketiga yang mengalir di saluran sistem, sedangkan pada Gambar 7 aliran tersebut akan bergantung pada besaran relatif impedansi sistem dan belitan delta.
Namun, arus yang mengalir biasanya kecil dan tidak menimbulkan banyak masalah pada jaringan komunikasi.
Pada Gambar 4 di atas, tegangan harmonik ketiga dapat ditekan dengan menyediakan lilitan ketiga yang terhubung dalam konfigurasi delta. Lilitan ini dikenal sebagai lilitan tersier. GGL frekuensi fundamental yang diinduksi pada lilitan ini akan terpisah 120° dan karenanya akan seimbang, tetapi GGL frekuensi tiga kali lipat yang diinduksi akan berada dalam fase waktu di sekitar rangkaian tertutup dan arus harmonik ketiga yang dihasilkan akan memasok komponen magnetisasi yang tidak dapat mengalir pada lilitan primer.
Dengan koneksi bintang-bintang, terdapat ketidakstabilan netral karena kondisi pembebanan yang tidak seimbang . Potensial netral fisik umumnya berada di titik selain pusat geometris segitiga tegangan dan sangat dipengaruhi oleh karakteristik beban.
Penggunaan sambungan tersier bersamaan dengan sambungan bintang-bintang memungkinkan adanya pembebanan satu fasa pada sisi sekunder transformator meskipun netral primer terisolasi.
Lihat Gambar 8 di bawah ini.
Beban satu fasa pada Gambar 8 tidak mungkin dilakukan karena hal ini akan membutuhkan arus pada fasa Y dari kumparan primer dan karenanya arus pada R dan B dari kumparan yang sama. Karena tidak ada lilitan ampere yang berlawanan pada kumparan sekunder di fasa R dan B, oleh karena itu, tidak ada arus yang dapat mengalir di Y dari kumparan primer dan karenanya di Y dari kumparan sekunder .
Nah, jika lilitan tersier ditambahkan seperti pada Gambar 9, dapat dilihat bahwa pembebanan satu fasa pada transformator yang sama dimungkinkan.
Perlu dicatat di sini bahwa meskipun arus urutan nol dan arus harmonik ketiga memiliki kemiripan dalam beberapa aspek, keduanya berbeda dalam arti bahwa aliran arus urutan nol dalam suatu rangkaian memerlukan penyeimbangan lilitan ampere, sedangkan aliran arus harmonik ketiga tidak memerlukan kondisi penyeimbangan lilitan ampere.
Pengoperasian Paralel Transformator 3 Fase
Jelas sekali bahwa jika dua transformator dihubungkan secara bintang-bintang dengan rasio transformasi yang sama, maka keduanya akan beroperasi secara paralel dengan memuaskan karena diagram fasor tegangan primer dan sekunder saling tumpang tindih secara langsung.
Jika tegangan antar saluran (line-to-line voltage) dari dua transformator dengan koneksi bintang-bintang dan delta-delta sama, maka keduanya dapat beroperasi secara paralel dengan memuaskan karena diagram fasor tegangan primer dan sekunder juga bertepatan.
Terakhir, mari kita pertimbangkan kasus ketika satu transformator terhubung bintang-delta dan transformator lainnya terhubung delta-bintang, keduanya dirancang untuk tegangan saluran yang sama pada sisi primer dan sekunder.
Sambungan normal transformator bintang-delta dan delta-bintang beserta diagram fasornya ditunjukkan pada Gambar 10 dan 11.
Dengan membandingkan diagram fasor belitan sekunder dari kedua transformator, terlihat bahwa tegangan saluran tidak sefase , oleh karena itu, hal ini akan mengakibatkan korsleting virtual pada belitan.
Kedua tegangan dapat diselaraskan satu sama lain dengan menukar dua fasa kumparan primer dan kemudian membalik terminal (awal dan akhir) dari ketiga kumparan primer seperti yang ditunjukkan pada Gambar 12, dan sekarang kedua set transformator dapat dioperasikan secara paralel.
