Transformator: Fungsi, Jenis, dan Cara Kerjanya

Pengertian Transformator

Transformator adalah perangkat listrik yang berfungsi untuk mengubah tegangan listrik dari satu level ke level lainnya. Dalam bahasa sederhana, transformator dapat mengubah tegangan tinggi menjadi tegangan rendah atau sebaliknya. Perangkat ini lebih dikenal dimasyarakat dengan sebutan Trafo. 

Secara umum transformator berfungsi untuk mengubah tegangan listrik dari satu level tegangan ke level tegangan yang lain. Trafo sangat penting dalam distribusi listrik karena memungkinkan listrik diantarkan dari pembangkit listrik ke rumah dan industri dengan efisien.

Prinsip Kerja Transformator

Hukum utama dalam transformator adalah hukum induksi faraday. Menurut hukum ini suatu gaya listrik melalui garis lengkung yang tertutup, adalah berbanding lurus dengan perubahan persatuan waktu dari pada arus induksi atau flux. Selain hukum Faraday, transformator menggunakan hukum Lorenz

Apabila ada arus listrik bolak-balik yang mengalir mengelilingi suatu inti besi maka inti besi itu akan berubah menjadi magnet dan apabila magnet tersebut dikelilingi oleh suatu belitan maka pada kedua ujung belitan tersebut akan terjadi beda tegangan yang mengelilingi magnet,  maka akan timbul gaya gerak listrik (GGL).

Prinsip Kerja Trafo

Berdasarkan hukum Faraday. menyatakan magnitude dari electromotive motive force (emf) proposional terhadap perubahan fluks terhubung dan hukum Lenz yang menyatakan arah dari emf berlawanan dengan arah fluks sebagai reaksi perlawnan dari perubahan fluks tersebut didapatkan persamaan:

Dimana :

e = emf sesaat (instantaneous emf)

Ψ = fluks terhubung (linked flux)

Dan pada transformer ideal yang diekstansi dengan sumber sinusiodal berlaku persamaan:

E = 4,44.Φm.N.f

E N f m = 4,44.Φm.N.f

Dimana :    

E = Tegangan (rms)

N = jumlah lilitan

Φm = fluks puncak (peak flux)

f = frekuensi

dan persamaan:

Dimana :  

E­1 = Tegangan Primer

E­­­­2 = Tegangan Sekunder

N1 = Belitan Primer

N2 = Belitan Sekunder

I1  = Arus Primer

I2  = Arus Sekunder

Dikarenakan pada transformer ideal seluruh mutual flux yang dihasilkan salah satu kumparan akan diterima seutuhnya oleh kumparan yang lainnya tanpa adanya leakage flux maupun loss lain misalnya berubah menjadi  panas. Atas dasar ini didapatkan pula persamaan:

P1  = P2

V1.I1  = V2.I2

N1.I1  = N2.I2

Komponen-Komponen Transformator

Transformator terdiri dari beberapa komponen utama yang bekerja sama untuk mentransformasikan tegangan listrik. 

a. Inti besi

Inti besi berfungsi untuk mempermudah aliran fluksi magnetik yang dihasilkan oleh arus listrik yang mengalir melalui kumparan. Biasanya terbuat dari lembaran besi tipis yang diisolasi untuk mengurangi panas yang dihasilkan.

b. Kumparan Traformator

Kumparan trafo adalah kumparan kawat yang diisolasi yang membentuk gulungan. Terdiri dari kumparan primer dan sekunder yang diisolasi baik dari inti besi maupun satu sama lain dengan isolasi seperti pertinak atau karton. Fungsinya adalah untuk mentransformasikan tegangan dan arus.

c. Minyak Transformator

Minyak trafo berfungsi sebagai isolasi, pendingin, dan perlindungan untuk belitan trafo dari oksidasi. Biasanya merupakan minyak mineral yang terbagi menjadi beberapa jenis, seperti parafinik, naphtenic, dan aromatic.

d. Bushing

Bushing adalah penghubung antara belitan trafo dan lingkungan luar. Terdiri dari konduktor yang dilapisi isolator untuk memisahkan konduktor dari tubuh utama trafo.

e. Tangki konservator

Tangki konservator adalah tempat trafo yang terendam dalam minyak ditempatkan. Tangki biasanya terbuat dari baja dan dilengkapi dengan sirip pendingin untuk meningkatkan efisiensi pendinginan minyak dan dilengkapi dengan konservator untuk menampung pemuaian minyak.

f. Pendinginan Transfromator

Pendinginan trafo diperlukan untuk menjaga suhu trafo tetap stabil saat beroperasi. Suhu trafo dipengaruhi oleh tegangan jaringan, rugi-rugi daya pada trafo, dan suhu lingkungan. Pendinginan efektif sangat penting karena suhu yang tinggi dapat merusak isolasi kertas pada trafo.

g. Tap changer

Tap changer adalah mekanisme yang memungkinkan trafo untuk menyesuaikan tegangan keluarannya agar tetap stabil meskipun tegangan masuknya bervariasi. Ini dilakukan dengan mengubah jumlah belitan pada trafo untuk menyesuaikan rasio antara belitan primer dan sekunder.

h. Dehydrating Breather

Alat pernafasan (dehydrating breather) digunakan untuk mencegah kelembaban udara yang mengandung uap air mencemari minyak trafo. Udara yang masuk ke dalam tangki konservator disaring melalui media penghisap kelembaban, seperti silica gel, untuk menjaga kualitas minyak.

Baca juga: Mengenal Transformator Daya

Jenis-Jenis Transformator

Berdasarkan tingkat tegangan:

a. Transformator Tegangan Tinggi (500/150kV, 150/70kV)

b. Transformator Tegangan Menengah (150/30kV, 150/20kV)

c. Transformator Tegangan Rendah (20kV/380V, 6kV/380V)

Berdasarkan fungsi/pemakaian:

a. Trafo Pembangkitan: Menaikkan tegangan dari generator ke Gardu Induk untuk transmisi ke pemakaian.

b. Trafo Gardu Induk: Menurunkan tegangan untuk digunakan oleh pabrik/industri.

c. Trafo Distribusi: Menurunkan tegangan untuk pemakaian perumahan dan infrastruktur.

Beberapa jenis trafo yang umum digunakan adalah:

Transformator Step-Up

Transformator step-up digunakan untuk menaikkan tegangan listrik. Transformator ini biasanya digunakan di pembangkit listrik sebelum listrik disalurkan ke jaringan transmisi. Dengan menaikkan tegangan, arus listrik yang mengalir dapat dikurangi, sehingga mengurangi panas dan kerugian energi dalam perjalanan panjang. Ini sangat penting untuk efisiensi sistem distribusi listrik.

Transformator Step-Down

Transformator step-down digunakan untuk menurunkan tegangan listrik. Transformator ini biasanya digunakan di dekat akhir jaringan distribusi listrik, seperti di gardu listrik atau bahkan di tiang listrik dekat rumah kita. Dengan menurunkan tegangan, listrik menjadi lebih aman untuk digunakan di rumah dan peralatan elektronik.

Baca juga: Mengenal Trafo Potensial atau Trafo Tegangan

Pentingnya Pemeliharaan Transformator

Pemeliharaan transformator sangat penting untuk memastikan kinerja optimal dan umur panjang perangkat. Beberapa langkah pemeliharaan meliputi pemeriksaan rutin, penggantian minyak isolasi, dan pengujian bagian-bagian transformator. Pemeliharaan yang baik dapat mencegah kerusakan, memperbaiki efisiensi, dan menghindari gangguan listrik yang tidak diinginkan.

Kesimpulan

Transformator memainkan peran krusial dalam sistem distribusi listrik, mengubah tegangan untuk berbagai kebutuhan dan memastikan efisiensi serta keamanan. Dengan memahami jenis-jenis, cara kerja, dan pentingnya pemeliharaan transformator, kita dapat lebih menghargai teknologi ini yang memungkinkan kehidupan modern kita berjalan lancar.

Demikian penjabaran dari Transformator atau trafo yang telah Kelas Teknisi berikan mulai dari pengertian, fungsi, prinsip kerja, komponen, dan jenis-jenis dari transformator. Semoga bermanfaat.

Daftar Referensi

1. Aprianto, Agung, dkk. (2010). Pemeliharaan Transformator. Jurnal teknik, Vol. 20 No. 1.

2. Aribowo, Didik, Wiryadinata, Romi dan YH. Daniel A. (2014). Care And Maintenance System Generator Transformer 20KV-150KV. Jurnal Rekayasa dan Teknologi Elektro, Vol 8 No 1.

3. Chapman, S. J. (2005). Electric Machinery Fundamentals Fourth Edition. United States: Elizabeth A. Jones.

4. Puntoko. 2008. Modul Trainning Transformator. Banten: Krakatau Daya Listrik. Sumanto (1991). Teori Transformator. Yogyakarta: Andi Offset.

5. Tim PT PLN. (2014). Buku Pedoman Pemeliharaan Transformator Tenaga. Jakarta: PT PLN (PERSERO).

6. Wahyudi, U. (2018). Mahir dan Terampil Belajar Elektronika Untuk Pemula. Yogyakarta: Deepublish.