Transformator: prinsip, rugi, polaritas, trafo kendali, dan trafo isolasi

Trafo kendali di panel sebuah pengering laundry terbakar dan diganti teknisi dengan trafo 63 VA dari gudang, karena jumlah daya tahan semua koil kontaktornya kurang dari 50 VA. Sejak itu, setiap pagi saat ketiga tahap pemanas masuk bersamaan, kontaktor pemanas berdengung keras dan kadang bergetar tanpa menutup penuh, dan dua minggu kemudian satu koil hangus. Tegangan jaringan pagi memang rendah, tetapi trafo lama 400 VA bekerja bertahun-tahun tanpa gejala. Penjelasannya ada pada impedansi dalam trafo dan pada beda daya koil saat menutup dan saat menahan.

Batas pembahasan

Bab ini membahas trafo tegangan rendah 50 Hz di bengkel dan panel mesin: trafo kendali, trafo isolasi, trafo pengaman, autotrafo, dan trafo tiga fasa kecil, berdasar hukum Faraday dan saturasi di Bab 11 (magnet dan induksi). Trafo distribusi PLN ada di Bab 13 (sistem suplai tegangan rendah), trafo arus sebagai alat ukur di Bab 16 (tang ampere), batas tarik dan lepas koil di Bab 46 (komponen kendali), dan gangguan tanah sirkit kendali di Bab 56 (sirkit kendali). Uraiannya prinsip, bukan langkah kerja. Pengukuran pada trafo bertegangan hanya dilakukan personel kompeten dengan alat berkategori ukur yang sesuai dan APD, seperti diuraikan Bab 14 tentang keselamatan alat ukur.

Prinsip: rasio lilitan, tegangan, dan arus

Transformator (transformer), disingkat trafo, adalah dua atau lebih belitan pada satu inti besi berlaminasi yang memindahkan daya bolak-balik antarbelitan melalui fluks bersama. Arus kecil dari tegangan primer membangun fluks bolak-balik di inti, yang menginduksikan tegangan sekunder sebanding dengan jumlah lilitan dan laju perubahan fluks (hukum Faraday). Untuk fluks sinus berpuncak $\Phi_\text{m}$:

$$E = 4{,}44\, f\, N\, \Phi_\text{m}$$

dengan $E$ nilai efektif tegangan induksi dalam volt, $f$ dalam hertz, $N$ jumlah lilitan, dan $\Phi_\text{m}$ dalam weber; 4,44 adalah $2\pi/\sqrt{2}$. Pada trafo ideal, tanpa rugi dan fluks bocor:

$$\frac{V_1}{V_2} = \frac{N_1}{N_2} = a, \qquad \frac{I_1}{I_2} = \frac{N_2}{N_1} = \frac{1}{a}, \qquad V_1 I_1 = V_2 I_2$$

dengan indeks 1 untuk primer, 2 untuk sekunder, dan $a$ rasio lilitan. Trafo mengubah tegangan dan arus, bukan daya; ratingnya dalam VA karena panas belitan ditentukan arus dan panas inti ditentukan tegangan, bukan faktor daya beban, sejalan dengan Bab 6 tentang rating VA. Arus magnetisasi (magnetizing current) adalah arus tanpa beban yang membangun fluks inti; trafo nyata menariknya walaupun tanpa beban, dan resistansi serta reaktansi bocornya menurunkan tegangan sekunder saat dibebani.

Trafo tidak bekerja pada arus searah. Fluksnya konstan, sehingga tidak ada tegangan lawan di primer dan arus hanya dibatasi resistansi belitan: belitan 230 V trafo 100 VA dengan resistansi, misalnya, 16 Ω menarik 14,4 A, sekitar 33 kali arus pengenalnya, dan terbakar dalam waktu singkat.

Trafo arus memakai prinsip yang sama: primernya dialiri arus beban dan sekundernya bekerja hampir terhubung singkat melalui alat ukur. Bila sekunder dibuka selama primer mengalirkan arus, seluruh arus primer menjadi arus magnetisasi dan tegangan sekunder naik ke nilai berbahaya. PUIL 2020 Bagian 4-43, Lampiran D.3, menyatakan sirkit ukur dengan trafo arus tidak boleh terbuka karena timbul voltase lebih.

Rugi inti, rugi tembaga, dan efisiensi

Rugi inti (core loss) $P_\text{Fe}$ adalah jumlah rugi histeresis, energi yang hilang setiap kali magnetisasi inti dibalik, dan rugi arus pusar, panas dari arus yang terinduksi di dalam besi. Rugi histeresis sebanding dengan frekuensi, rugi arus pusar dengan kuadrat frekuensi, kerapatan fluks, dan tebal pelat, sehingga inti dibuat dari pelat tipis berisolasi. Pada tegangan dan frekuensi tetap, rugi inti praktis konstan dan mengalir selama trafo bertegangan, walaupun tanpa beban. Rugi tembaga (copper loss) $P_\text{Cu}$ adalah rugi $I^2R$ belitan (Bab 1, daya pada resistansi) yang sebanding dengan kuadrat arus beban. Dengan fraksi beban $x = S/S_\text{r}$:

$$\eta = \frac{x\,S_\text{r}\cos\varphi}{x\,S_\text{r}\cos\varphi + P_\text{Fe} + x^2 P_\text{Cu,r}}, \qquad x_{\eta\,\text{maks}} = \sqrt{P_\text{Fe}/P_\text{Cu,r}}$$

dengan $S_\text{r}$ rating dalam VA, $P_\text{Cu,r}$ rugi tembaga pengenal dalam watt, dan $\cos\varphi$ faktor daya beban; efisiensi maksimum terjadi saat rugi tembaga sama dengan rugi inti. Trafo isolasi 1 kVA ilustrasi dengan $P_\text{Fe} = 20$ W dan $P_\text{Cu,r} = 45$ W pada faktor daya 1 berefisiensi 93,9% pada beban penuh, maksimum 94,3% pada sekitar 667 VA, dan hanya 83,0% pada beban 10%.

Uji beban nol (tegangan pengenal, belitan lain terbuka) mengukur hampir seluruhnya rugi inti; uji hubung singkat (belitan lain dihubung singkat, tegangan dinaikkan sampai arus pengenal mengalir) mengukur rugi tembaga. Impedansi hubung singkat (short-circuit impedance) $u_\text{k}$ adalah tegangan uji hubung singkat itu dalam persen tegangan pengenal. Kedua uji memakai tegangan jaringan dan memerlukan personel kompeten, alat berkategori ukur yang sesuai, dan APD; pakaian kerja saja tidak cukup.

Polaritas dan titik penanda

Polaritas (polarity) belitan adalah keterangan ujung mana yang pada saat yang sama positif terhadap ujung lainnya; ujung itu diberi titik, dan tegangan dari ujung bertitik ke ujung tak bertitik sefase di kedua belitan. Polaritas tidak terlihat dari luar karena bergantung pada arah lilitan dan cara ujung belitan dibawa ke terminal. Dua belitan yang diparalel dengan polaritas terbalik membentuk hubung singkat yang hanya dibatasi impedansi belitan, dan arus sirkulasinya membakar trafo tanpa beban apa pun.

Rasio dan polaritas diperiksa dengan trafo terlepas dari instalasi. Tegangan AC rendah dari sumber terproteksi diberikan ke belitan tegangan tinggi; belitan tegangan rendah tidak pernah diberi tegangan jaringan, karena trafo akan bekerja sebagai penaik tegangan. Pada uji polaritas cara voltmeter, satu terminal primer dihubungkan ke terminal sekunder di sebelahnya; tegangan antara dua terminal bebas yang lebih kecil dari tegangan uji berarti subtraktif, lebih besar berarti aditif. Tegangan tanpa beban trafo kecil sengaja dibuat beberapa persen di atas pelat nama agar tegangan pengenal tercapai pada beban penuh; selisih itu bukan tanda kerusakan.

Trafo tiga fasa dan kelompok vektor

Belitan tiap sisi trafo tiga fasa dihubung bintang (Y, y), segitiga (D, d), atau zig-zag (z). Hubungan bintang-segitiga dari Bab 8 (sistem tiga fasa) berlaku pada tiap sisi, sehingga rasio tegangan saluran sama dengan rasio lilitan hanya bila kedua sisi dihubung sama:

$$U_\text{L2} = \sqrt{3}\;U_\text{L1}\,\frac{N_2}{N_1} \quad \text{(Dy)}, \qquad U_\text{L2} = \frac{1}{\sqrt{3}}\;U_\text{L1}\,\frac{N_2}{N_1} \quad \text{(Yd)}$$

dengan $U_\text{L}$ tegangan saluran dan $N_1/N_2$ rasio lilitan per fasa.

Kelompok vektor (vector group) adalah kode hubungan belitan dan pergeseran fasa trafo tiga fasa; pergeseran Dy dan Yd berupa kelipatan 30° yang ditulis sebagai angka jam. Pada Dyn11, huruf besar menandai sisi tegangan tinggi, n netral yang dikeluarkan, dan 11 berarti fasor sisi tegangan rendah mendahului 30° (pukul 11 terhadap pukul 12); pada Dyn1 tertinggal 30°. Arah pergeseran harus dibaca dari pelat nama, bukan dari pasangan huruf. Dua trafo hanya boleh diparalel bila rasio, angka jam, urutan fasa, dan impedansi hubung singkatnya sesuai. Beda satu angka jam memberi beda tegangan antarsekunder sekitar setengah tegangan pengenal ($2\sin 15° \approx 0{,}52$), sehingga dua trafo $u_\text{k}$ 6% mengalirkan arus sirkulasi sekitar 4 kali arus pengenal tanpa beban.

Trafo kendali

PUIL 2020 Bagian 1, 11.3 k), menyatakan PUIL tidak berlaku untuk peralatan listrik pada mesin; normanya IEC 60204-1 (2016 dengan Amendemen 1:2021). Klausul 9.1.1-nya mensyaratkan trafo berbelitan terpisah (atau catu daya bertrafo) untuk sirkit kendali AC, kecuali pada mesin dengan satu starter motor dan/atau paling banyak dua gawai kendali. Untuk kendali motor dalam instalasi, PUIL 2020 mensyaratkan sirkit kendali ikut terputus dari semua sumber bila sarana pemutus dibuka (5100.5.7.7.1), trafo kendali dihubungkan ke sisi beban sarana pemutus sirkit kendali (5100.5.7.7.2), dan proteksi di awal sirkit kendali, kecuali pada beberapa keadaan yang membolehkan proteksi sirkit daya dianggap cukup (2.9.2.1).

Trafo kendali (control transformer) adalah trafo untuk menyuplai sirkit kendali. IEC 61558-2-2:2022 memakai definisi itu untuk tegangan suplai sampai 1.000 V AC dan menguji trafo kendali sebagai produk.

VA tahan (holding VA) adalah daya semu koil yang sudah menutup, dengan celah udara dan arus kecil. VA tarik (pick-up VA) adalah daya semu koil yang baru diberi tegangan: selama jangkar terbuka, celah udara besar membuat induktansi kecil dan arus besar, sampai jangkar menutup dalam puluhan milidetik (peran celah udara di Bab 11). Satu katalog kontaktor mencantumkan 27 VA tarik dan 4,2 VA tahan untuk kontaktor 3 kW, serta 77 VA tarik dan 9,8 VA tahan untuk kontaktor 15 kW (koil 230 V 50 Hz, faktor daya tarik sekitar 0,8). VA tahan menentukan panas trafo; VA tarik hampir tidak memanaskan, tetapi menurunkan tegangan tepat saat koil membutuhkannya.

Susut tegangan trafo didekati dengan komponen resistif dan reaktif impedansi hubung singkat, $u_\text{R}$ dan $u_\text{X}$ (per satuan), seperti susut tegangan kabel di Bab 6 (daya AC):

$$\frac{\Delta U}{U} \approx \frac{S}{S_\text{r}}\left(u_\text{R}\cos\varphi + u_\text{X}\sin\varphi\right)$$

dengan $S$ beban yang ditarik dan $\varphi$ sudut faktor dayanya. Pada trafo kendali kecil $u_\text{R}$ lebih besar dari $u_\text{X}$, dan menurut satu katalog $u_\text{k}$ sekitar 5 sampai 10% pada ukuran ratusan VA dan dapat melewati 15% pada ukuran puluhan VA, sehingga beban tarik dua kali rating dapat menurunkan tegangan belasan persen.

Kontaktor menurut IEC 60947-4-1 harus menutup dengan baik pada 85 sampai 110% tegangan koil pengenal. Bila tegangan jaringan boleh turun 10% menurut IEC 60038, susut trafo saat penarikan dibatasi sekitar 5,6%, karena $0{,}9 \times (1 - 0{,}056) = 0{,}85$. Koil AC yang kurang tegangan tidak menutup penuh; celah udaranya tetap terbuka, arus tarik mengalir terus, dan koil terbakar seperti pada kasus pembuka.

Satu sisi sekunder trafo kendali lazim dihubungkan ke rangkaian ikatan proteksi, dengan kontak kendali di sisi lainnya dan satu ujung setiap koil langsung ke sisi terbumikan. IEC 60204-1 klausul 9.4.3.1 memuat susunan ini sebagai salah satu cara agar gangguan isolasi ke rangka menjadi hubung singkat yang memutus pengaman, bukan jalur yang menjembatani tombol start.

Trafo isolasi, trafo pengaman, dan autotrafo

Trafo isolasi (isolating transformer) adalah trafo yang belitan primer dan sekundernya terpisah secara listrik dengan isolasi teruji, sehingga sekundernya tidak beracuan ke bumi kecuali sengaja dibumikan; standar produknya IEC 61558-2-4:2021. PUIL 2020 memakainya dalam proteksi separasi listrik (413): sumber sekurangnya berseparasi sederhana, tegangan paling tinggi 500 V, dan bagian aktif tidak dihubungkan ke sirkit lain, bumi, atau konduktor proteksi, begitu pula bagian konduktif terbuka ke konduktor proteksi. Menyentuh satu konduktor sekunder praktis tidak mengalirkan arus ke bumi selama sirkitnya kecil dan isolasinya utuh. Gangguan pertama tidak menimbulkan arus, sehingga gangguan kedua pada pemanfaat lain dapat membuat dua rangka berbeda tegangan; karena itu 413.1.2 membatasi tindakan ini pada satu pemanfaat, kecuali syarat Lampiran C dipenuhi. Tanpa arus ke bumi pula, RCD (gawai proteksi arus sisa, GPAS) di hulu trafo tidak melihat gangguan di sekunder, dan RCD di sekunder tidak bekerja pada gangguan pertama.

Trafo pengaman (safety isolating transformer) adalah trafo isolasi bertegangan keluaran paling tinggi 50 V AC atau 120 V DC tanpa riak, dengan standar produk IEC 61558-2-6:2021. PUIL 2020 414.3.1 menyebutnya sumber SELV dan PELV. SELV (safety extra-low voltage) adalah sirkit tegangan ekstra rendah, paling tinggi 50 V AC atau 120 V DC (414.1.1), yang dipisahkan secara proteksi dari sirkit lain, termasuk koil dan kontak relai atau kontaktor bertegangan lebih tinggi (414.4.1), dan bagian konduktif terbukanya tidak boleh dibumikan (414.4.4); PELV (protective extra-low voltage) sama, tetapi boleh dibumikan. Proteksi dasar diperlukan di atas 25 V AC atau bila peralatan direndam; pada kondisi kering normal proteksi dasar biasanya tidak diperlukan sampai 25 V AC untuk SELV dan untuk PELV yang bagiannya dihubungkan ke terminal pembumian utama, dan dalam keadaan lain batasnya 12 V AC (414.4.5).

Tegangan 24 V dari trafo kendali belum tentu SELV atau PELV. FELV (functional extra-low voltage) adalah sirkit tegangan ekstra rendah yang tidak memenuhi 414, misalnya karena sumbernya hanya berseparasi sederhana. Menurut PUIL 2020 411.7, proteksi dasar FELV mengikuti tegangan primer dan bagian konduktif terbukanya dihubungkan ke konduktor proteksi sirkit primer. Sebagian trafo kendali diuji menurut 61558-2-2 dan 61558-2-6 sekaligus dan menandainya di pelat nama; tanpa tanda itu, sirkit 24 V diperlakukan sebagai FELV.

Autotrafo (autotransformer) adalah trafo dengan satu belitan bersadapan yang sebagian dipakai bersama oleh primer dan sekunder, sehingga lebih kecil tetapi tanpa separasi; PUIL 2020 411.7.4 menganggap keluaran ototransformator sebagai perluasan sirkit masukan. Autotrafo 230/110 V mengeluarkan 110 V antarterminal, tetapi bila fasa dan netral tertukar pada kotak kontak yang tidak berpolaritas, satu terminal keluarannya bertegangan 230 V terhadap bumi dan terminal lainnya 120 V. Bila bagian belitan bersama putus, tegangan masukan penuh muncul di keluaran.

Arus inrush saat energisasi dan pilihan pengaman

Arus lonjakan energisasi (inrush current) adalah arus magnetisasi yang melonjak saat trafo baru disambung karena intinya jenuh. Bila penyambungan terjadi dekat titik nol tegangan, fluks setengah siklus pertama dapat mendekati dua kali fluks puncak normal ditambah fluks sisa pemutusan sebelumnya (saturasi dan fluks sisa di Bab 11). Satu katalog trafo kendali menyebut arus energisasi sekitar 25 kali arus pengenal selama kira-kira 10 ms; besarnya bergantung pada saat penyambungan dan fluks sisa.

Pengaman primer harus tahan lonjakan ini tanpa trip, tetapi tetap memproteksi belitan primer dan kabelnya. MCB kurva B, yang trip seketika pada 3 sampai 5 kali arus pengenalnya, mudah trip saat energisasi; katalog yang sama merekomendasikan sekering aM atau MCB kurva D di primer dan sekering gG atau MCB kurva C di sekunder, dengan nilai menurut ukuran trafo.

Impedansi trafo kecil membatasi arus hubung singkat sekunder menjadi $I_\text{k} \approx I_\text{r2}/u_\text{k}$, dengan $I_\text{r2}$ arus pengenal sekunder dan $u_\text{k}$ per satuan; trafo $u_\text{k}$ 6% hanya mengalirkan sekitar 17 kali arus pengenalnya. Pengaman sekunder yang terlalu besar tidak trip seketika pada arus sekecil itu dan membiarkan gangguan memanaskan trafo dan kabel, sehingga pengaman sekunder berukuran dekat arus pengenal sekunder dan dicek pada $I_\text{k}$.

Contoh kerja

Angka dalam contoh di bawah adalah angka latihan, kecuali disebut asalnya. Pengukuran pada trafo bertegangan hanya dilakukan personel kompeten dengan alat berkategori ukur yang sesuai dan APD.

Contoh 1: trafo 60 Hz pada mesin setrika impor. Trafo kendali mesin setrika impor di laundry hotel berpelat nama 220 V 60 Hz, dengan inti yang diandaikan dirancang untuk 1,2 T, hendak disambung ke 230 V 50 Hz. Fluks sebanding dengan $E/f$:

$$\frac{\Phi'_\text{m}}{\Phi_\text{m}} = \frac{230/50}{220/60} = 1{,}25, \qquad B' = 1{,}25 \times 1{,}2 = 1{,}5\ \text{T}$$

Inti mendekati saturasi, arus magnetisasi melonjak, dan trafo panas tanpa beban. Trafo tidak dipakai kecuali pelat namanya juga menyebut 50 Hz; penggantinya trafo 50 Hz dengan tegangan yang sesuai.

Contoh 2: trafo penurun untuk alat dapur impor 110 V. Dapur hotel memakai alat impor 110 V berdaya masukan 1.100 VA. Dengan trafo ideal:

$$I_2 = \frac{1\,100}{110} = 10\ \text{A}, \qquad I_1 = \frac{1\,100}{230} = 4{,}8\ \text{A}$$

Rating trafo sekurang-kurangnya 1.100 VA. Keluaran autotrafo adalah perluasan sirkit 230 V (411.7.4) dan bertegangan 230 V terhadap bumi bila fasa dan netral tertukar, sehingga untuk alat yang dipegang tangan di dapur basah, jenis trafo dan proteksinya ditentukan perancang dengan memperhitungkan bahwa autotrafo tidak memberi separasi.

Contoh 3: trafo isolasi bengkel yang dibiarkan bertegangan. Trafo isolasi 1 kVA di bagian rugi bertegangan 24 jam di bengkel hotel, tetapi dipakai 2 jam sehari pada 500 VA faktor daya 1:

$$\eta = \frac{500}{500 + 20 + 0{,}5^2 \times 45} = 94{,}1\ \%$$

Setahun, energi keluaran 365 kWh, rugi inti 175 kWh, dan rugi tembaga 8,2 kWh, sehingga hanya 66,6% energi masukan sampai ke beban. Memutus primer saat trafo tidak dipakai menurunkan rugi inti menjadi 14,6 kWh, hemat sekitar 161 kWh setahun.

Contoh 4: rasio dan polaritas trafo kendali pengganti. Penanda terminal trafo kendali 400/230 V pengganti di laundry hotel tidak terbaca. Trafo yang terlepas dari instalasi diberi 24,0 V AC dari sumber terproteksi pada belitan 400 V, dan sekundernya terbaca 14,2 V:

$$V_2 = 24{,}0 \times \frac{230}{400} = 13{,}8\ \text{V}, \qquad \frac{14{,}2}{13{,}8} = 1{,}029$$

Kelebihan 2,9% sesuai tegangan tanpa beban trafo kecil, jadi rasionya benar. Dengan satu terminal primer dihubungkan ke terminal sekunder di sebelahnya, dua terminal bebas terbaca 9,8 V, yaitu $24{,}0 - 14{,}2$, bukan $24{,}0 + 14{,}2 = 38{,}2$ V, jadi hubungannya subtraktif. Kedua tegangan saling mengurangi, sehingga dua terminal yang dihubungkan berpolaritas sama dan keduanya diberi titik.

Contoh 5: memilih VA trafo kendali untuk panel dengan enam kontaktor. Panel pengering ilustrasi memiliki enam kontaktor berkoil 230 V 50 Hz: K1 drum maju, K2 drum mundur (saling mengunci dengan K1), dan K3 kipas, dengan data koil kontaktor 3 kW di bagian trafo kendali, serta K4, K5, K6 untuk tiga tahap pemanas, dengan data koil kontaktor 15 kW. Pengendali suhu dan lampu menarik 10 VA terus-menerus. Calon trafo 400/230 V dengan $u_\text{R}$/$u_\text{X}$ dalam persen adalah 100 VA (8/4), 160 VA (6,5/3,5), 250 VA (5/3), dan 400 VA (3,5/2,5), dengan $u_\text{k}$ 8,9, 7,4, 5,8, dan 4,3%.

Langkah 1 dan 2: VA tahan dan VA tarik terburuk. K1 dan K2 tidak pernah bekerja bersamaan, jadi paling banyak lima kontaktor tertahan. VA tarik terburuk, dari koil yang menutup bersamaan ditambah koil yang tertahan, bergantung pada logika kendali. Desain A menyalakan tahap pemanas bergiliran dengan tunda waktu, sehingga saat terburuk satu kontaktor pemanas menutup ketika K1, K3, dua kontaktor pemanas, dan pengendali tertahan; desain B menyambung ketiga tahap dengan satu kontak termostat:

$$S_\text{tahan} = 2 \times 4{,}2 + 3 \times 9{,}8 + 10 = 47{,}8\ \text{VA}, \quad S_\text{A} = 77 + 2 \times 4{,}2 + 2 \times 9{,}8 + 10 = 115\ \text{VA}, \quad S_\text{B} = 3 \times 77 + 2 \times 4{,}2 + 10 = 249{,}4\ \text{VA}$$

Dari sisi panas trafo 63 VA pun cukup; berhenti di VA tahan adalah kesalahan kasus pembuka. Bila pembalikan drum (K2) dapat bertepatan dengan penarikan kontaktor pemanas, desain A menjadi 137,8 VA dan gagal tipis pada 160 VA (84,3%).

Langkah 3: susut tegangan saat penarikan. Dengan faktor daya tarik 0,8 dari katalog dan tegangan primer turun 10%, untuk trafo 160 VA:

$$u_\text{R}\cos\varphi + u_\text{X}\sin\varphi = 0{,}065 \times 0{,}8 + 0{,}035 \times 0{,}6 = 0{,}073, \qquad U_\text{koil} = 0{,}9 \times \left(1 - \frac{\Delta U}{U}\right)$$$$\left.\frac{\Delta U}{U}\right|_\text{A} = \frac{115}{160} \times 0{,}073 = 5{,}2\,\%, \qquad \left.\frac{\Delta U}{U}\right|_\text{B} = \frac{249{,}4}{160} \times 0{,}073 = 11{,}4\,\%$$

Langkah 4: memilih. Tegangan koil harus sekurang-kurangnya 85%. Desain A cukup dengan 160 VA, dengan margin tipis; desain B memerlukan 400 VA, karena 250 VA hanya memberi 84,8%. Panel kasus pembuka adalah desain B: trafo 63 VA jauh dari cukup, sedangkan trafo lama 400 VA memenuhi. Bila tersedia, data daya tarik sesaat dari pabrikan menggantikan hitungan ini.

Langkah 5: pengaman. Untuk trafo 160 VA desain A:

$$I_\text{r1} = \frac{160}{400} = 0{,}40\ \text{A}, \quad I_\text{r2} = \frac{160}{230} = 0{,}70\ \text{A}, \quad u_\text{k} = \sqrt{0{,}065^2 + 0{,}035^2} = 7{,}4\,\%, \quad I_\text{k} \approx \frac{0{,}70}{0{,}074} = 9{,}4\ \text{A}$$

Pengaman sekunder 1 A kurva C (trip seketika 5 sampai 10 A) memutus hubung singkat itu dengan cepat tanpa terganggu arus tarik 0,5 A, sedangkan MCB 6 A kurva C baru trip seketika pada 30 sampai 60 A. Lonjakan energisasi primer dapat mencapai $25 \times 0{,}40 = 10$ A selama sekitar 10 ms, sehingga pengaman primer dipilih dari jenis yang tahan lonjakan sesuai rekomendasi pabrikan trafo, bukan MCB kurva B terkecil.

Contoh 6: arus gangguan di ujung kabel kendali 24 V. Panel pompa hotel memakai trafo kendali 400/24 V 250 VA ($u_\text{R}$ 5%, $u_\text{X}$ 3%, $u_\text{k}$ 5,8%) dan kabel kendali 1 mm² sepanjang 40 m (1,4 Ω pergi-pulang) ke sakelar pelampung. Impedansi trafo dari sisi sekunder hanya sekitar 0,13 Ω:

$$I_\text{k,terminal} \approx \frac{I_\text{r2}}{u_\text{k}} = \frac{10{,}4}{0{,}058} \approx 179\ \text{A}, \qquad I_\text{k,ujung} \approx \frac{24}{\sqrt{(0{,}115 + 1{,}4)^2 + 0{,}069^2}} \approx 15{,}8\ \text{A}$$

Di ujung kabel arus gangguan hanya sekitar 1,5 kali arus pengenal sekunder, padahal MCB 10 A kurva C baru trip seketika pada 50 sampai 100 A; gangguan itu diputus lambat. Pengaman dan kabel diperiksa perancang pada arus ujung terjauh; teknisi tidak memperbesar pengaman.

Kondisi berhenti

Hentikan pekerjaan, jangan menyentuh terminal, dan jangan mengenergikan ulang bila salah satu keadaan berikut ditemukan. Pemeriksaan lanjut diambil alih personel kompeten: trafo bertegangan hanya diperiksa personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD, menurut prosedur isolasi dan verifikasi keadaan aman di Bab 1 · Keselamatan dan Bab 2 · Keselamatan. Jenis trafo, rating, dan pengaman diputuskan perancang.

1. Trafo panas tidak wajar, berbau hangus, berubah warna, dengungnya berubah, atau isolasinya meleleh.
2. Kontaktor berdengung, bergetar, atau tidak menutup penuh saat ditarik. Koil sedang menarik arus tarik terus-menerus; mesin dihentikan sampai tegangan kendali saat penarikan dan ukuran trafo diperiksa.
3. Jenis trafo tidak diketahui, atau keluaran trafo penurun tegangan terukur bertegangan tinggi terhadap bumi. Keluarannya diperlakukan sebagai bagian sirkit primer sampai pelat nama dan standar ujinya dipastikan.
4. Sirkit sekunder trafo arus terbuka atau akan dibuka selama primernya mengalirkan arus.
5. Trafo dapat menerima tegangan dari lebih dari satu sisi, misalnya sekunder tersambung ke sumber cadangan. Mengisolasi primer saja tidak membebaskan trafo dari tegangan; PUIL 2000 5.8.1.1.1 mensyaratkan gawai pembebas tegangan di setiap sisi yang dapat bertegangan (PUIL 2000, sebagai rujukan cadangan).
6. Pengaman primer trip berulang saat energisasi. Pengaman tidak diperbesar sebelum data pabrikan dan kemungkinan hubung singkat belitan diperiksa.
7. Dua trafo akan diparalel tanpa kepastian rasio, polaritas, atau kelompok vektor; hubungan bumi sisi sekunder trafo kendali terlepas; atau uji rasio direncanakan dengan memberi tegangan jaringan ke belitan tegangan rendah.

Salah tafsir yang sering terjadi

Hubungan dengan bab lain

Prasyaratnya Bab 1 (daya pada resistansi), Bab 4 (arus bolak-balik), Bab 5 (reaktansi dan impedansi), Bab 6 (daya AC), Bab 8 (sistem tiga fasa), dan Bab 11 (magnet dan induksi). Bab 52 (kontrol motor listrik) memakai sirkit kendali tanpa membahas suplainya, dan uji resistansi isolasi primer-sekunder-inti ada di Bab 17 (uji resistansi isolasi).

Latihan dan pembahasan

Tuliskan rumus, satuan, dan asumsi.

Referensi