Jurnal: Elektrika Borneo (JEB) Vol.
No.
Oktober 2025, hlm.
p-ISSN 2443-0986
e-ISSN 2685-001X
ANALISIS PENGARUH MAGNETISASI TERHADAP KEBISINGAN DAN
EFISIENSI PADA TRANSFORMATOR INTI BESI CRGO DAN
AMORPHOUS
Luqman Hakim1.
Henra Sibatuara2.
Tajuddin Nur3 Fakultas Ketenagalistrikan dan Terbarukan Institut Teknologi PLN.
Jakarta.
Indonesia Dept.
Teknik Elektro Universitas Katolik Indonesia Atma Jaya.
Jakarta.
Indonesia 1luqman2310542@itpln.
2henra2310507@itpln.
3tans@atmajaya.
AbstractAi Distribution transformers play a vital role in the reliability of electric power distribution systems.
With technological advancements, transformers are now manufactured not only using silicon steel but also amorphous steel cores.
However, field applications of amorphous steel distribution transformers have revealed anomalies in the form of excessive humming noise exceeding the SPLN D3.
0021:2020 standard.
This noise has become a public concern and raises questions regarding the reliability of amorphous core This study experimentally investigates the magnetization characteristics of amorphous and CRGO (Cold Rolled Grain Oriente.
steel cores by analyzing their magnetization curves.
The results show that amorphous steel cores reach magnetic saturation more rapidly than CRGO These findings are consistent with noise level measurements, which indicate that amorphous steel transformers generate higher noise levels compared to CRGO KeywordsAi Distribution Transformer.
Iron Core.
CRGO.
Amorphous.
Magnetization Curve.
Noise Level.
IntisariAi Transformator distribusi memiliki peran penting dalam kelangsungan sistem jaringan distribusi tenaga listrik.
Seiring dengan perkembangan teknologi, saat ini transformator distribusi tidak hanya di produksi menggunakan baja silicon saja, akan tetapi banyak produsen transformator yang sudah memproduksi menggunakan baja Dalam aplikasi penerapan transformator baja amorphous dilapangan, ditemukan kondisi anomali dimana transformator tersebut berdengung melebihi ketentuan standar SPLN D3.
002-1:2020.
Dengung pada transformator baja amorphous menjadi keluhan masyarakat yang berada disekitar transformator baja amorphous sehingga keandalan transformator dengan inti besi amorphous diragukan.
Dari kejadian tersebut penulis termotivasi untuk melakukan studi tentang karakteristik inti besi amorphous dan CRGO (Cold Rolled Grain Oriente.
dengan metode eksperimen percobaan pengujian kurva magnetisasi terhadap kedua inti besi yang digunakan pada transformator distribusi untuk mengetahui karakteristik saturasi terhadap kedua inti Hasil percobaan yang dilakukan menunjukkan bahwa kurva magnetik inti baja amorphous cenderung lebih cepat mengalami kejenuhan dibandingkan CRGO.
Hal ini berbanding lurus dengan pengujian tingkat bising yang dilakukan dimana hasil pengujian menunjukkan transformator baja amorphous memiliki nilai kebisingan yang lebih tinggi daripada CRGO.
Kata KunciAi Transformator Distribusi.
Inti Besi.
CRGO.
Amorphous, kurva magnetisasi.
Tingkat Bising.
PENDAHULUAN
Pengertian transformator menurut IEC (Internasional Electronical Commisio.
adalah AuPeralatan diam yang terdiri dari dua atau lebih kumparan dengan induksi elektromagnetik bersama, yang mengubah sebuah sistem tegangan dan arus bolak-balik ke tegangan dan arus sistem lainnya, dan biasanya dengan nilai yang berbeda pada frekuensi yang sama untuk kebutuhan transmisi daya listrikAy.
Transformator atau yang lebih sering dikenal Trafo merupakan alat yang memiliki peran penting dalam sistem kelistrikan di Indonesia.
Trafo berfungsi untuk menyalurkan energi listrik dari tegangan rendah ke tegangan tinggi (Step U.
atau dari tegangan tinggi ke tegangan rendah (Step Dow.
dalam frekuensi yang sama.
Transformator adalah peralatan penting dengan biaya modal tinggi dalam sistem tenaga listrik.
Penilaian kondisi transformator saat ini, pemantauan kondisi dilapangan dan keandalannya merupakan hal penting yang memerlukan studi menyeluruh.
Seiring dengan perkembangan teknologi, saat ini transformator distribusi tidak hanya di produksi menggunakan baja silicon saja, akan tetapi banyak produsen transformator yang sudah memproduksi menggunakan baja amorphous.
Transformator dengan baja amorphous dibuat menggunakan logam feromagnetik yang disusun menjadi lembaran tipis.
Resistensi yang tinggi dan lembaran yang tipis telah terbukti menghasilkan rugi-rugi yang rendah dan ketahanan yang lebih baik terhadap gelombang harmonik.
Transformator baja amorphous memiliki keunggulan nilai rugi-rugi yang sangat rendah dibandingkan dengan baja silicon.
Nilai rugi-rugi yang rendah pada transformator distribusi akan menurunkan nilai susut pada sistem jaringan distribusi PLN.
Namun dalam aplikasi penerapan transformator baja amorphous dilapangan, ditemukan anomali bahwa transformator tersebut Luqman Hakim, dkk.
Analisis Pengaruh Magnetisasi Terhadap Kebisingan dan Efisiensi pada TransformatorA 117 mengeluarkan dengung yang tidak biasa bahkan nilai tingkat kebisingan pada beberapa transformator baja amorphous dilapangan melebihi ketentuan standar SPLN D3.
002-1:2020.
Dengung pada transformator baja amorphous menimbulkan kecemasan dimasyarakat khususnya yang berada dekat dengan transformator.
Dalam permasalahan yang terjadi penulis ingin mengetahui perbandingan karakteristik kurva magnetisasi antara inti besi CRGO dan Amorphous lebih dalam dan korelasi dengung yang terjadi pada transformator distribusi baja amorphous.
II.
LANDASAN TEORI
Transformator Transformator merupakan peralatan listrik yang berfungsi untuk menyalurkan daya/tenaga dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya.
Transformator terdiri dari dua buah kumparan yaitu .
rimer dan sekunde.
yang bersifat induktif.
Kedua kumparan ini terpisah namun berhubungan secara magnetis melalui jalur yang mempunyai reluktansi .
Transformator atau yang lebih dikenal trafo adalah komponen elektomagnet yang dapat mengkonversi tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya dalam frekuensi yang sama.
Trafo Distribusi mempunyai peran yang sangat penting dalam penyaluran energi listrik ke konsumen.
Kerusakan pada trafo distribusi dapat menyebabkan keandalan pelayanan terhadap konsumen dapat terganggu.
Inti Transformator Inti besi dibuat dari lempengan-lempengan feromagnetik tipis yang berguna untuk mempermudah jalan fluksi yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melalui Inti besi ini juga diberi isolasi untuk mengurangi panas .
ebagai rugi-rugi bes.
yang ditimbulkan oleh arus eddy AuEddy CurrentAy.
Inti transformator terdiri dari lapisan plat-plat baja silikon yang disusun sedemikian rupa sehingga membentuk batangan dengan ketebalan tertentu.
Inti besi dibentuk dari laminasi baja silicon .
old-rolled grain oriente.
atau baja amorphous .
morphous stee.
Kontruksi inti besi dapat dibentuk dengan dua cara yaitu susunan .
dan gulungan .
ound typ.
Transformator dengan baja amorphous dibuat menggunakan logam feromagnetik yang disusun menjadi lembaran tipis.
Resistensi yang tinggi dan lembaran yang tipis telah terbukti menghasilkan rugi-rugi yang rendah dan ketahanan yang lebih baik terhadap gelombang harmonik.
Rugi-rugi Transformator Rugi-rugi Transformator merupakan kerugian energi yang terjadi selama proses konversi daya listrik pada Kerugian ini terjadi karena berbagai macam faktor yang ada dalam komponen transformator, baik pada bagian inti besi maupun lilitan.
Rugi-rugi yang paling dominan pada transformator yaitu rugi-rugi inti dan rugirugi tembaga.
Rugi rugi inti disebabkan oleh adanya fenomena magnetisasi yang terbentuk di dalam inti transformator saat arus bolak balik melalui lilitan.
Rugi-rugi inti terdiri dari rugi hysteresis (Hysteresis Los.
dan rugi arus eddy (Eddy Current Los.
Rugi hysteresis disebabkan oleh pergerakan domain magnetic dalam bahan inti sementara rugi arus eddy disebabkan oleh arus eddy yang terbentuk akibat perubahan fluks magnetik.
Persamaan berikut dapat digunakan untuk menghitung rugi-rugi inti:
ycEEa = yaEa .
yaAycoycaycoyc .
ycO a.
ycEyce = yayce.
yce 2 .
yaA2ycoycaycoyc .
ycO a.
Kurva Magnetisasi Kurva magnetisasi material inti transformator adalah grafik yang menunjukkan hubungan antara kuat medan magnet (H) atau arus magnetisasi .
ayco ) dan rapat fluks magnet atau fluks per lilitan .
lux linkag.
pada suatu bahan magnetik.
Untuk mendapatkan kurva tersebut, pengujian rugi rugi tanpa beban dilakukan dengan memberikan tegangan secara bertahap hingga melebihi tegangan nominalnya yang menyebabkan inti besi mengalami saturasi.
Nilai arus, daya dan cosphi dicatat untuk setiap nilai tegangan yang diberikan.
Selanjutnya, nilai-nilai tersebut digunakan untuk mendapatkan arus magnetisasi dan flux linkage serta arus rugi rugi berdasarkan persamaan berikut:
PF = yaycuyc yuE = ycEyc ycOyc .
yayc AA.
yayco = yayc.
ycycnycu yuE a.
yayca = yayc.
ycycnycu yuE a.
yayco = ycOyc yayc .
2yuU .
yce yuI = yayco.
yayco a.
Dimana :
ycEyc : daya (W) ycOyc : tegangan sekunder (V) yayc : arus sekunder (A) yayca : arus rugi rugi (A) yayco : arus magnetisasi (A) yayco : Induktansi inti transformator (H) yuI : flux linkage (Wb-T) Perubahan medan magnet mempengaruhi struktur fisik inti besi.
Perubahan signifikan pada fluks magnetik akan Luqman Hakim, dkk.
Analisis Pengaruh Magnetisasi Terhadap Kebisingan dan Efisiensi pada TransformatorA 118 meningkatkan getaran mekanis dan menghasilkan suara yang keras.
METODE PENELITIAN
masukan dinaikkan secara bertahap dengan kenaikan tegangan sebesar 10% tegangan nominal pada 5 titik pengukuran awal selanjutnya kenaikan tegangan 5% sampai 110% tegangan nominal.
Tahapan Penelitian Metode penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah studi literatur, pengambilan data atau pengujian, analisa data dan yang terakhir adalah evaluasi hasil dan Untuk mempermudah dalam melakukan penelitian ini penulis membuat Diagram Alir (Flowchar.
sebagai berikut:
Gambar 2.
Wiring Pengujian Rugi-rugi Inti Pengujian tingkat kebisingan dilakukan untuk mengetahui perbedaan nilai kebisingan antara transformator dengan inti CRGO dan amorphous.
Pengujian dilakukan menggunakan rangkaian yang sama dengan rangkaian pengujian rugi tanpa beban.
Pengukuran dilakukan pada 80%, 100% dan 110% tegangan nominal.
Data spesifikasi trafo distribusi yang digunakan adalah sebagai berikut:
Tabel I Spesifikasi Transformator Distribusi Gambar 1.
Diagram Alir Penelitian ini dimulai dengan menyiapkan 2 unit transformator 3 fasa 50 kVA Yzn5 dengan inti besi CRGO dan baja amorphous.
Pengujian rugi tanpa beban sesuai ketentuan IEC 60076-1:2011 subpasal 11.
5 diaplikasikan untuk mendapatkan rugi-rugi histeresis dan arus eddy atau rugi-rugi inti.
Pengujian dilakukan dengan menerapkan tegangan nominal pada sisi tegangan rendah dan sisi tegangan tinggi dibiarkan terbuka seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.
Untuk mendapatkan kurva magnetisasi pengujian rugi tanpa beban diaplikasikan namun tegangan Spesifikasi
CRGO
Amorphous
Daya Pengenal Jumlah Fasa
Frekuensi
Kelompok Vektor
Tegangan HV
Tegangan LV
Arus HV
Arus LV
Jenis Belitan HV LV
Panjang Total
Lebar Total
50 kVA
50 Hz
Yzn5
20 kV
1,443 A
72,168 A
50 kVA
50 Hz
Yzn5
20 kV
1,443 A
72,168 A
Al-Al Al-Al 880 mm 670 mm 1090 mm 710 mm 740 mm 765 mm Tinggi permukaan radiasi .
IV.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Pengujian Rugi-rugi Inti Pengujian rugi tanpa beban dilakukan pada 90%, 95%, 100%, 105% dan 110% tegangan nominal terhadap transformator 50 kVA dengan inti CRGO dan baja Tabel 4.
1 merupakan hasil pengujian rugi tanpa beban dari kedua transformator.
Luqman Hakim, dkk.
Analisis Pengaruh Magnetisasi Terhadap Kebisingan dan Efisiensi pada TransformatorA 119 Tabel II Hasil pengujian Rugi tanpa beban Vtarget Transformator Inti Besi CRGO Transformator Inti Besi Amorphous No Load No Load dimana kurva memotong sumbu X menunjukkan nilai koersivitas, dalam hal ini terlihat nilai koersivitas mendekati 0 yang berarti bahwa material mudah mengalami demagnetisasi atau pelepasan medan magnet.
Hal ini selaras dengan karakteristik inti CRGO.
Tabel i Hasil Pengujian Kurva Magnetisasi Transformator Inti
CRGO
70,79
0,135
33,32
0,210
79,70
0,140
37,20
0,207
254,12
89,64
0,149
41,53
0,197
99,55
0,181
46,16
111,75
0,252
51,79
Im (A) Lm (A) A 0,206 1235,21 3,93 0,809 242,50 A 0,118 2061,49 6,57 0,772 0,180 0,158 46,14 0,014 3361,24 10,70 0,147 23,05 0,006 3980,52 12,68 0,073 0,00 0,000 0,00 0,00 0,000 -23,05 -0,006
3980,52
12,68
-0,073
-46,14
-0,014
3361,24
10,70
-0,147
-242,50
-0,118
2061,49
6,57
-0,772
-254,12
-0,206
1235,21
3,93
-0,809
Dari hasil pengujian rugi tanpa beban yang telah dilakukan, diketahui bahwa nilai rugi tanpa beban transformator dengan inti baja amorphous memiliki nilai yang lebih rendah daripada transformator dengan inti CRGO.
Hal ini sesuai dengan salah satu kelebihan baja amorphous yang memiliki nilai rugi-rugi yang sangat rendah (Low Losse.
Persentase perbandingan nilai rugi tanpa beban transformator distribusi dengan inti baja amorphous yaitu 53% lebih rendah dari CRGO, hal ini dapat dilihat pada kurva digambar 3.
Perbandingan yang sangat signifikan terhadap rugi-rugi transformator distribusi ini dapat menjadi alternatif pilihan yang menguntungkan untuk mengurangi susut ketika transformator distribusi dengan baja amorphous diaplikasikan pada jaringan distribusi PLN.
Vtest (V) Gambar 4.
Kurva Magnetisasi CRGO Gambar 3.
Kurva Perbandingan Rugi-rugi Inti Pengujian Kurva Magnetisasi Inti Kurva magnetisasi diperoleh dari pengukuran rugi tanpa beban dengan pengambilan titik ukur dibeberapa persen tegangan nominal.
Hasil pengukuran dihitung berdasarkan persamaan .
s/d .
Tabel i merupakan hasil perhitungan kurva magnetisasi pada transformator inti CRGO.
Hasil pengujian kurva magnetisasi transformator dengan inti CRGO ditunjukkan pada gambar 4, kurva tersebut menggambarkan hubungan antara arus magnetisasi dan Flux Linkage pada transformator inti CRGO memiliki bentuk kurva menyerupai huruf AuSAy yang tertutup, hal ini menunjukkan fenomena histeresis.
Titik Titik dimana kurva memotong sumbu Y saat flux linkage (Wb-T) = 0 merupakan fenomena remanensi, yaitu sisa magnetisasi ketika arus magnetisasi dihilangkan.
Sementara pada bagian akhir kurva menunjukkan bahwa material akan mencapai titik jenuh karena flux linkage tidak banyak terjadi peningkatan.
Tabel IV Hasil Pengujian Kurva Magnetisasi Transformator Inti Amorphous Vtest (V) Im (A) Lm (A) 254,03 A 0,143 1776,97 5,66 0,809 242,35 A 0,169 1435,07 4,57 0,772 46,17 0,040 1149,62 3,66 0,147 Luqman Hakim, dkk.
Analisis Pengaruh Magnetisasi Terhadap Kebisingan dan Efisiensi pada TransformatorA 120
Tabel IV
Hasil Pengujian Kurva Magnetisasi Transformator Inti
Amorphous
Vtest (V) Im (A) Lm (A) 23,09 A 0,019 1237,22 3,94 0,074 0,00 A 0,000 0,00 0,00 0,000 -23,09 -0,019 1237,22 3,94 -0,074 -46,17 -0,040 1149,62 3,66 -0,147 -242,35 -0,169 1435,07 4,57 -0,772 -254,03 -0,143 1776,97
5,66
-0,809
Gambar 4.
Kurva Magnetisasi Amorphous Gambar 4.
Menunjukkan kurva magnetisasi transformator dengan baja amorphous, kurva tersebut menunjukkan kurva yang relative lebih landai dengan gradient tinggi diawal magnetisasi.
Nilai koersivitas pada amorphous juga berada mendekati nilai 0, hal ini terjadi karena pengukuran dilakukan pada kondisi minor loop atau pada material dengan sifat soft magnetic yang baik.
Transformator baja amorphous mencapai saturasi pada nilai arus magnetisasi yang lebih rendah.
Pada akhir kurva, peningkatan arus magnetisasi tidak lagi menghasilakan peningkatan fluk linkage secara proporsional, bahkan menurun akibat perubahan domain magnet yang terganggu oleh stress mekanis internal.
Hal ini karena struktur amorphous yang sangat tipis.
Gambar 5.
Perbandingan Kurva Magnetisasi Gambar 5 menunjukkan perbandingan kurva magnetisasi anatara transformator dengan inti CRGO dan baja amorphous.
CRGO memiliki kurva yang lebih tajam menuju titik jenuh namun dieprlukan arus magnetisasi yang tinggi untuk mencapai fluks maksimum dan memiliki fluks yang stabil, sementara kurva magnetisasi baja amorphous menunjukkan kurva yang lebih halus dan mengindikasikan permeabilitas yang tinggi diawal, namun memiliki potensi fluks bocor yang tinggi ketika dialiri arus Hal ini bias dilihat dari kurva yang melengkung ketika diberi tegangan tinggi.
Baja amorphous mencapai saturasi pada nilai arus magnetisasi yang lebih rendah dibandingkan CRGO.
Permeabilitas awal yang tinggi pada transformator amorphous menjadikannya lebih cepat termagnetisasi dan cocok untuk mengurangi rugi-rugi inti pada beban ringan.
Fenomena kurva melengkung karena nilai arus magnetisasi menurun dianggap bukan saturasi klasik melainkan penurunan fluks efektif akibat efek termal, mekanis dan distribusi fluks yang berubah.
Hal ini terjadi pada material baja amorphous karena struktur nonkristalnya lebih sensitif terhadap stress dan efek suhu panas dibandingkan CRGO.
Pengujian Tingkat Bising (Nois.
Pengujian tingkat bising juga dilakukan untuk mengetahui perbandingan noise transformator distribusi inti CRGO dan baja amorphous.
Pengujian dilakukan dengan rangkaian yang sama seperti rangkaian pengujian rugi tanpa beban dimana tegangan yang diterapkan sebesar 90%, 100% dan 110% dari tegangan nominal.
Nilai tingkat bising diukur menggunakan sound level meter dan pengujian dilakukan sesuai IEC 60076-10:2016 subpasal Hasil pengujian tingkat bising yang dilakukan terhadap transformator distribusi inti CRGO dan Baja Amorphous terlampir pada tabel V.
Tabel V Hasil pengujian Rugi tanpa beban No.
Vuji (V) Tingkat Bising .
B) CRGO
Amorphous
36,85
39,42
41,96
45,59
51,27
Noise pada transformator distribusi baja amorphous memiliki nilai lebih tinggi disbanding CRGO.
Hal ini karena terjadi karena baja amorphous memiliki struktur non-kristalin yang membuatnya sangat tipis namun efisiensi magnetiknya tinggi sehingga memiliki losses yang rendah, akantetapi koefisien magnetostriksi yang besar sehingga prilaku getarnya tidak teratur karena Luqman Hakim, dkk.
Analisis Pengaruh Magnetisasi Terhadap Kebisingan dan Efisiensi pada TransformatorA 121 butirannya tidak terorientasi.
Hal ini menyebabkan noise akustik lebih tinggi, terutama saat mendekati saturasi.
Sementara transformator dengan inti CRGO memiliki orientasi butiran yang teratur dan koefisien magnetostriksi lebih rendah sehingga noisenya lebih kecil pada kondisi operasi yang sama.
Noise pada transformator berasal dari efek magnetostriksi, yaitu perubahan dimensi fisik material inti saat mengalami siklus magnetisasi.
Semakin tinggi fluks, semakin besar perubahan dimensi inti akibat magnetostriksi sehingga noise menjadi tinggi.
KESIMPULAN
Berdasarkan pengujian dan analisi pengaruh magnetisasi terhadap kebisingan dan efisiensi pada transformator inti besi CRGO dan amorphous yang telah dilakukan, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:
a Transformator distribusi 50 kVA Yzn5 dengan inti baja amorphous memiliki rugi-rugi inti yang rendah dan permeabilitas awal yang tinggi, akantetapi transformator ini menghasilkan noise lebih tinggi dibanding transformator distribusi 50 kVA Yzn5 dengan inti CRGO, hal ini terjadi karena efek magnetostriksi yang lebih besar.
a Transformator distribusi 50 kVA Yzn5 dengan inti CRGO memiliki stabilitas fluks yang baik dan noise yang lebih rendah dari transformator distribusi baja amorphous pada kapasitas yang sama dan kondisi operasi yang sama.
a Kurva magnetisasi pada transformator distribusi baja amorphous tidak menunjukkan saturasi yang umum karena struktur non-kristalnya yang sensitive terhadap stress dan efek termal.
a Selain dipengaruhi oleh magnetostriksi tingkat kebisingan transformator juga dipengaruhi oleh kenaikan tegangan.
a Penelitian ini masih banyak kekurangan dan perlu penelitian lanjutan untuk memastikan efisiensi amorphous di jaringan distribusi PLN.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Dosen Pembimbing.
PLN Pusat Sertifikasi serta Kampus IT PLN yang telah memberi dukungan yang membantu pelaksanaan penelitian serta penulisan jurnal ini.
REFERENSI