Transformer Rectifier [PDF]

Citation preview

BAGIAN - BAGIAN TRANSFORMER RECTIFIER Pengetahuan secara umum mengenai komponen-komponen yang ada dalam Transformer Rectifier (TR)  harus diketahui oleh teknisi proteksi katodik dikarenakan adanya potensi bahaya besar dalam mengoperasikan TR. Komponen dasar yang terdapat dalam sebuah TR adalah : 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.



AC Supply Circuit Breaker Transformer Rectifying Element Meter DC output Terminal Fuses Surge Protector



Gambar 1. Komponen Dasar TR



1. AC Supply AC supply biasanya berada dalam blok terminal yang berada dI belakang atau dibawah TR.  Jika TR mempunyai dual AC voltage input, maka Transformer primer dibagi menjadi dua bagian yaitu higher voltage input dan lower voltage input. Biasanya switch/saklar berada di dekat AC supply dengan keterangan Higher atau lower AC Input. TR tetap dapat beroperasi ketika saklar di set pada posisi higher AC



input tapi menggunakan supply lower AC voltage. Kerusakan dapat terjadi jika TR diset pada posisi lower AC input tetapi mendapat supply dari higher AC voltage.



Gambar 2. Higher AC Input Setting



Gambar 3. Lower AC Input Setting



2. Circuit Breaker Fungsi utama sebuah circuit breaker adalah untuk melindungi komponen-komponen utama TR dari adanya lonjakan arus dan overload. Namun juga bisa berfungsi sebagai pemutus input AC pada TR. Circuit breaker dipasang pada jalur AC input dengan tuas berada pada panel TR. Untuk AC input sebesar 115 V biasanya digunakan satu Circuit breaker,sedangkan untuk AC input sebesar 230 Volt atau lebih maka menggunakan 2 buah circuit



breaker. Untuk TR 3 fasa menggunakan masing masing satu circuit breaker untuk 3 line. Terdapat 3 jenis circuit breaker yaitu : 



Thermal Breaker Jenis ini mempunyai element bimetal yang dialiri oleh arus listrik. Kelebihan arus yang mengalir akan membuat bimetal panas yang kemudian mengembang dan bergerak berlawanan arah sehingga koneksi terputus. Agar bisa terhubung kembali maka elemen bimetal harus dingin terlebih dahulu.



Gambar 4. Mekanisme Kerja Thermal Breaker 



Magnetic Breaker Magnetic breaker tediri dari inti besi yang dililit kawat (Coil) berfungsi sebagai electromagnet. Saat terjadi aliran arus yang menimbulkan medan magnet diatas spesifikasi medan electromagnet normal dari lilitan inti besi maka akan mendorong tuas menjauh sehingga akan memutus arus. Saat terjadi lonjakan arus listrik, magnetic breaker akan memutus arus dengan sangat cepat. Karena itulah TR saat ini pada umumnya menggunakan thermal breaker sebagai pemutus arus.



Gambar 5. Mekanisme Kerja Magnetic Breaker







Thermal Magnetic Breaker Prinsipnya sama dengan Thermal Breaker namun ditambahkan sebuah magnetic plate yang tujuannya adalah mempercepat reaksi ketika terjadi lonjakan arus. Ketika terjadi lonjakan arus istrik maka akan timbul medan electromagnetic pada plate yang kemudian menarik plate pemutus arus dan memutus arus sebelum bimetal element menjadi panas. Thermal magnetic breaker lebih cepat responnya dari pada thermal breaker namun sedikit lebih lambat daripada magnetic breaker.



3. Transformer Transformer berfungsi untuk menurunkan atau menaikkan supply AC voltage tergantung kebutuhan. Transformer terdiri dari inti besi yang terbuat dari besi lunak berlapis-lapis, lilitan primer yang terhubung dengan input AC voltage dan lilitan sekunder sebagai ouput AC voltage. Untuk Transformer step down akan memiliki lilitan sekunder lebih sedikit dari pada lilitan primernya, sedangkan untuk transformer step up mempunyai lilitan sekunder yang lebih besar daripada lilitan primernya.



Gambar 6. Bagian Sebuah Transformer Hubungan antara jumlah lilitan dan voltase output adalah sebagai berikut :



Contohnya adalah ketika  sebuah transformer dengan 400 kali lilitan primer dan 100 kali lilitan sekunder diberi voltase input sebesar 115 Volt maka voltase outputnya dapat dicari dengan memasukkan nilai tersebut ke persamaan (asumsi tidak ada kehilangan beban) sebagai berikut : E secondary (Voltase output) = (E primary x Secondary turn)/ Primary Turns                                                            = (115 x 100)/400                                                             = 28,75 Volt AC



4. Rectifying Circuit Rectifier terbagi menjadi satu fasa dan 3 fasa. Selain itu berdasarkan jumlah diode yang dipakai maka dapat dibagi menjadi setengah gelombang (1 dioda), center Tap (2 dioda) dan gelombang penuh yakni 4 gelombang. Saat ini tipe rectifier gelombang penuh menjadi standard dalam pembuatan TR.



Gambar 7. Sirkuit TR 1 fasa



Gambar 8. Sirkuit TR 3 Fasa TR 3 fase mempunyai efisiensi 96,5 % sedangkan TR yang 1 fasa mempunyai efisiensi 81 %. Namun harganya mahal. Modern rectifier menggunakan diode selenium atau diode silicon. Fungsi diode adalah sebagai penyearah arus dengan cara meneruskan arus satu arah dan menahan arus yang berlawanan arah.



Gambar 9. Sinyal input dan output dari Dioda Bridge 1 fasa



5. Meter DC voltmeter dan ampere meter terinstall pada panel TR dan befungsi untuk memudahkan monitoring operasional TR. DC voltmeter digunakan untuk mengukur voltase arus yang keluar dari terminal. DC ampere meter mempunyai internal shunt, tetapi pada banyak jenis TR, shunt terpasang pada panel TR. Amperemeter harus dikalibrasi sesuai dengan shunt rating nya. Kebanyakan panel meter setelah sekian lama terpasang tidak pernah dikalibrasi, karena itu sebaiknya meter digunakan untuk sebagai indicator saja, sedangkan untuk mendapatkan nilai actual output, tetap diukur dengan menggunakan multimeter.



Gambar 10. Komponen TR



6. DC Output Terminal DC output terminal diberi label positif (+) dan negative (–) . Dan juga harus diberi tanda agar terminal positif harus dihubungkan ke kabel anoda dan terminal negative dihubungkan ke pipa. Jika hubungan ini sampai terbalik maka system proteksi katodik tidak akan bekerja dan malah akan mempercepat reaksi korosi pada pipa



Gambar 11. Terminal TR



7. Fuse Fuse terbuat dari elemen logam yang mempunyai titik lebur rendah yang berfungsi untuk melindungi  komponen yang lebih mahal pada TR dari kerusakan akibat adanya lonjakan arus listrik internal atau overload. Fuses yang baik saat diukur tidak ada nilai voltase yang mengalir, jika ada voltase yang mengalir berarti fuse sudah rusak. Fuse pada TR terdiri dari AC fuse dan DC fuse. AC fuse dipasang antara lilitan sekunder Transformer dan rectifier. Fungsinya untuk melindungi elemen-elemen



rectifier dan sisi sekunder transformer. DC fuse dipasang diantara elemen rectifier dan Terminal DC output. Tujuannya untuk melindungi elemen rectifier dari lonjakan arus yang berasal dari pipa. DC fuse bersifat optional, sehingga tidak semua TR ada.



Gambar 12. AC Fuse



Gambar 13. DC Fuse



8. Surge Protector Surge protector terdiri dari dua jenis, yaitu AC surge protector dan DC surge protector. AC surge protector terletak pada circuit breaker atau pada AC supply. Fungsi dari AC surge protection adalah untuk mencegah powerline faults mengalir menuju ground lewat rectifier. Biasanya jika ada lonjakan arus listrik akibat powerline fault atau petir, maka AC breaker akan trip dan memutuskan koneksi ke AC input.



DC surge protector fungsinya adalah untuk mengarahkan lonjakan arus DC dari pipa menuju anoda untuk digrounding tanpa melewati TR sehingga kerusakan komponen TR dapat dihindari.



Gambar 14. DC Surge Protector Referensi : 1. 2.



2009



NACE International “CP-2 Cathodic Protection Technician Manual”, Houston,



Appalchian Underground Corrosion Short Course, “Advanced Course Modul”, West Virginia, 2013 3. Suwandi, “Air cooled Transformer Rectifier”, Reka Cipta makmur Sejahtera, Bekasi, 2013 4. Brian Holtsbaum “Cathodic Protection Survey Procedures”, NACE International, Houston, 2009



PRINSIP KERJA TRANSFORMER RECTIFIER Sumber arus listrik yang digunakan untuk mengaktifkan system impressed current merupakan bagian yang sangat penting. Sumber listrik  bisa berasal dari DC source seperti aki, solar panel, generator angin dan lain-lain. Dan juga bisa berupa AC source yang berasal dari listrik PLN. Sumber listrik AC yang paling mudah dan umum digunakan untuk system impressed current adalah Transformer rectifier. Transformer berfungsi untuk menurunkan voltase  AC  PLN sebesar 380 V atau 220 V menjadi voltase operasi yang dibutuhkan sedangkan rectifier berfungsi mengubah arus AC menjadi arus DC yang akan digunakan untuk proteksi katodik. Ada beberapa rectifier yang tidak mempunyai transformer tapi memanfaatkan solid state circuit untuk mengurangi power yang masuk. Jenis ini dinamakan switch mode rectifier. Transformator (trafo) adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Transformator terdiri dari 3 komponen pokok yaitu: kumparan pertama (primer) yang bertindak sebagai input, kumparan kedua (sekunder) yang bertindak sebagai output, dan inti besi yang berfungsi untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan.



Gambar 1. Transformator Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Ketika lilitan primer dihubungkan dengan sumber arus listrik bolak balik (AC) maka akan timbul fluks magnet. secara ideal semua fluks magnet bersambung dengan lilitan



sekunder. Fluks bolak-balik ini menginduksikan GGL dalam lilitan sekunder. Jika efisiensi sempurna, semua daya pada lilitan primer akan dilimpahkan ke lilitan sekunder. Inti besi lunak dibuat dari pelat yang berlapis-lapis untuk mengurangi daya yang hilang karena arus pusar. Kumparan primer dan sekunder dililitkan pada kaki inti besi yang terpisah seperti gambar berikut :



Gambar 2. Inti Besi dan Lilitan Primer Dengan model lilitan seperti ini masih terdapat flux yang leakage (bocor) sehingga untuk mengatasi hal ini digunakan model inti besi ditengah dimana lilitan primer dan sekunder berada pada satu inti besi dengan lilitan sekunder diatas lilitan primer.



Gambar 3. Inti Besi di Tengah Berdasarkan perbandingan antara jumlah lilitan primer dan jumlah lilitan skunder transformator ada dua jenis yaitu: 1.



Transformator step up yaitu transformator yang mengubah tegangan bolakbalik rendah menjadi tinggi, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan sekunder lebih banyak daripada jumlah lilitan primer (Ns > Np). 2. Transformator step down yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik tinggi menjadi rendah, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan primer lebih banyak daripada jumlah lilitan sekunder (Np > Ns).



Rectifier adalah alat yang berfungsi untuk mengubah gelombang listrik AC dari Transformator atau dari sumber listrik lain menjadi gelombang listrik DC.



Gambar 4. Bentuk Gelombang AC dan DC Rectifier dibagi menjadi 2 jenis yaitu : 1. 2.



Rectifier setengah gelombang (Half Wave rectifier) Rectifier gelombang penuh Rectifier setengah gelombang hanya menggunakan 1 buah diode sebagai komponen utama dalam menyearahkan gelombang AC. Prinsipnya adalah hanya mengambil satu sisi sinyal yaitu sinyal positif dari arus AC untuk dilewatkan dan menahan gelombang sisi sinyal negative sehingga menjadi arus searah (Direct current)



Gambar 5. Prinsip Kwerja Rectifier Setengah Gelombang Rectifier gelombang penuh merubah semua sisi sinyal baik itu positif ataupun negative menjadi gelombang searah (Direct current). Rectifier gelombang penuh lebih efisien karena tidak ada gelombang yang terbuang, semua dirubah menjadi gelombang DC. Rectifier gelombang penuh dapat dibuat dengan menggunakan 2 dioda atau 4 dioda.



Transformer Rectifier Units (TRU) For Military and Commercial Aircraft Application The Electrocube Model TR1010 family of TRUs converts aircraft primary AC power to 28 VDC power from a single phase, 115 volt, 400 Hz source.  These lightweight TRUs have been specifically designed for military and commercial aircraft applications. They meet all the exceptional reliability demands and environmental requirements of common commercial and military standards for airborne equipment. Hermetically sealed versions are available.  Electrocube’s many years of experience in manufacturing airborne components assures our design provide the most lightweight product in the industry.  Cooling is provided by thermal conduction via the mounting base plate. No forced air cooling is necessary. The absence of blowers results in high reliability and absolutely maintenancefree operation ensuring a low unit life-cycle cost. Standard Features:  



Resistance (bonding resistance): MTBF: >50.000 H



Applications:  



Military aircraft/li> Commercial aircraft/li>



Output Current: 



3 to 20 Amps



Electrical Specifications (typical): Input:     



Rated Voltage: 115/200 VAC, 1-ph Rate Frequency: 400 Hz and/or frequency wild Voltage Spikes: MIL-STD-704 D Voltage Transients: MIL-STD-704 D Frequency Transients: MIL-STD-704 D



Output (3 Amp Design):



   



Rated Voltage: 28 VDC Rated Power: 84 W Rated Current: 3 A Ripple (Rated Power): 8%



Efficiency: >86% (Rated Power) Harmonic Content: Max 5% of the Fundamental Output Characteristic (typical): a)  UE=115 VAC (Full Load)      fE=400 Hz ± 7.5%/UA => 25.3 VDC b)  UE=115 VAC (No Load)      fE=400 Hz ± 7.5%/UA => 28 VDC      *other voltages available Typical Physical Characteristics: (non-hermetic 3 Amp design) Dimension: L = 3.90 * H = 2.56 * W = 1.94 Weight: 1.2 lbs. Environmental Specifications: Operating Temperature ……… -30°C to 102°C Momentary: (Air and Mounting Plate Temperature) ………153°C for 2 min. Storage Temperature ………   -60°C to 90°C Vibration: Random ……… .22 G rms ……………………………… 10-2000 Hz ……………………………… IAW MIL-STD-810 C Shock: 40 g. 11 ms Humidity: 95% IAW ……… RTCA/DO-160 Altitude ……… 10 kPa Dielectric Resistance ……… > 100 M Ohm Specifications subject to change without notice



HIGH CURRENT TRANSFORMER RECTIFIER UNIT (TRU) Regulated or Unregulated - Electrocube high current TRUs convert three-phase power to MIL-STD-704 quality DC power. Standard units operate within the most stringent environments and are designed to meet military standards for mission critical equipment.  Design Electrocube’s lightweight aluminum foil transformer technology offer the “lowest weight” product available.  Forced air,internal fan or natural free-air conduction models are available with nominal output current ratings from 20 A to 500 A.  Applications for TRUs include commercial and military aircraft: freighters to fighters, tankers to trainers, helicopters and ground base units. Input Voltage: 



Three Phase WYE or Delta Connections



Input Frequency: 



400 Hz and/or frequency wild



Output Voltage:     



Unregulated 28 VDC Nominal 24.0-31.5 VDC Normal Regulated 28 VDC+/-1%



Output Power:  



20 to 500 Amps 1400 to 14000 Watts



Overload:    



125% for 5 Minutes 150% for 2 Minutes 200% for 1 Minute 1200% for 1 Second



Ripple: 



1.5 V p-p



Efficiency: 



88% Typical



Power Factor: 



0.97 Typical



Harmonic Content: 



Max 5% of the Fundamental