Kapasitas transformator dan kemampuan beban yang disuplaynya

Kapasitas transformator dan kemampuan beban yang disuplaynya – Sebuah transformator dilengkapi dengan nameplate yang menampilkan beberapa informasi terkait spesifikasi transformator tersebut, terutama kapasitas transformator yang satuannya adalah VA, kVA atau MVA. 

Sebenarnya postingan ini terinspirasi dari pengalaman yang saya dapati dilapangan mengenai pemahaman tentang kapasitas transformator dengan besarnya kemampuan daya yang dapat disuplaynya untuk memenuhi kebutuhan beban yang terpasang. 

Permasalahan yang saya temui adalah, masih banyaknya yang menganggap nilai sebuah kapasitas transformator (VA) menandakan besarnya nilai daya (kW) yang dapat disuplay oleh transformator tersebut. 

Dari pemahaman saya, pendapat tersebut tidak sepenuhnya salah bila kita berhadapan dengan beban yang resistif, kenapa ?

Karena pada beban yang resistif kita hanya mengenal beban tahanan murni yaitu R dalam satuan ohm. Sehingga bila beban yang disuplay oleh sebuah transformator adalah tahanan murni maka daya yang diserapnya cukup dengan rumusan V x I , cocok dengan satuan kapasitas transformator yaitu VA (Volt-Ampere).

Pembahasan mengenai kapasitas daya dari transforamtor tidak lepas dari aturan dasar dari segi tiga daya, S (VA),P (kW) dan Q (kVAR) sbb : 

Note : 

• P = kW
• Q = kVAR
• S = kVA

Bila beban resistif, sudut θ adalah 0o, karena nilai Q adalah 0 maka garis S berhimpit dengan garis P, sehingga nilai S sama dengan P atau nilai VA = kW. Lain halnya kalau beban yang akan disuplay bersifat kapasitif atau induktif. Sehingga nilai Q akan muncul, dan sudut θ akan berobah menyesuaikan dengan besar kecilnya nilai Q. 

Cos θ merupakan nilai cosinus dari besarnya sudut yang dibentuk yang sering dikenal dengan istilah faktor daya. 

Dalam hal ini, yang penting untuk diingat adalah rumus segitiga daya, dimana : 

Untuk 3 phasa

• P = √3 x V x I x Cos θ 
• Q = √3 x V x I x Sin θ 
• S = √3 x V x I S = √(P2 + Q2) 

Untuk 1 phasa

• P = V x I x Cos θ 
• Q = V x I x Sin θ 
•  S = V x I S = √(P2 + Q2) 

Saya tidak membahas lebih lanjut mengenai segitiga daya ini, untuk lebih mendalaminya, silahkan baca postingan sebelumnya. 

Kembali kecerita diatas, sebenarnya untuk merencanakan berapa besar kapasitas transformator yang dibutuhkan untuk menyuplay suatu beban tidak semudah yang diperkirakan, tidak cukup dengan formula segi tiga daya saja, perlu kajian mendalam mengenai load flow analisis, karakteristik beban, pola pembebanan dll. Kita tidak akan membahas hal – hal rumit tersebut, disini kita coba menyampaikan secara sederhana terkait kapasitas transformator yang akan digunakan. 

Pada prakteknya, beban yang ditemui tidak selamanya bersifat resistif, disana ada komponen induktif dan komponen kapasitif. Sehingga dengan adanya sifat beban tersebut, maka nilai Q pada segitiga daya akan muncul. Bisa minus ataupun plus. Dan segi tiga dayapun bisa mengarah keatas ataupun kebawah, sesuai dengan sudut θ yang dibentuk akibat berobahnya nilai Q. 

Kembali ke kapasitas transformator, sampai kapanpun satuan kapasitas transformator adalah VA, bisa kVA ataupun MVA. 

Pertanyaannya adalah, kenapa tidak kW menyesuaikan dengan satuan beban yang akan disuplaynya. 

Jawabannya adalah, karena transformator bukanlah sebuah beban, transformator berfungsi untuk menyuplai beban dengan arus maksimum yang sesuai dengan kapasitasnya sama halnya dengan generator. Beda halnya dengan motor. Setiap motor , dipastikan satuan dayanya adalah kW. Karena motor menerima suplay dan memiliki sifat induktif sehingga disana ada faktor Q seperti yang kita bahas diatas. 

Sekarang, apabila sebuah transformator tiga phasa memiliki kapasitas tertentu, misalkan 1000 kVA dengan tegangan sisi LV adalah 380 V. Berarti berdasarkan rumus , S = √3 x V x I, arus maksimum yang bisa dialirkannya adalah : 

• S = √3 x V x I 
• I = S / ( √3 x V ) 
• I = 1000 kVA / (( √3 x 380 ) 
• I = 1519 A 

Dari hasil perhitungan diatas, transformator dibebani 100% pada arus sebesar 1519 A. 

Sekarang kita beralih ke beban yang akan disuplaynya. 

Seperti yang telah disampikan diatas, beban yang ditemui dilapangan tidak selalu murni resistif, kadangkala bersifat induktif maupun kapasitif. Dikarenakan sifat beban tersebut, maka nilai Q akan timbul. Dikarenakan adanya nilai Q, maka akan ada sudut θ. Sehingga ada nilai faktor daya disana sesuai dengan nilai Cosinus dari sudut yang dibentuk. 

Pada rumusan segitiga daya, nilai P untuk tiga phasa dihitung dari :  

• P = √3 x V x I x Cos θ, 

Dikarenakan S untuk tiga phasa adalah = √3 x V x I, 

Maka P bisa disederhanakan menjadi P = S x Cos θ. 

Kapasitas transformator untuk menyuplai beban tertentu harus sesuai dengan VA nya (S), tapi pada daya berapa P (kW) sebuah transformator bisa menyuplai 100% tergantung dari besarnya nilai Faktor daya yang ditimbulkan oleh sifat beban yang akan disuplaynya. 

Nilai maksimum Cos θ atau faktor daya adalah 1 yaitu pada sudut θ = 0^o pada segitiga daya, dimana nilai Q = 0 , sehingga S = P. Hal ini sesuai dengan kaidah trigonometri , Cos 0^o = 1. 

Ketika beban yang disuplay transformator bersifat induktif atau kapasitif, nilai Q akan berobah, sehingga sudut θ akan terbentuk, membesar atau mengecil sesuai dengan nilai Q. 

Sudut θ yang terbentuk ada dalam range 0^o – 90^o. Sehingga nilai Cos θ (faktor daya) ada pada range nilai 1 – 0. Sekarang, apabila faktor daya beban ada pada nilai tertentu, maka 100% kapasitas transformator untuk menyuplai beban adalah, sebgai berikut : 

Bila nilai Cos θ = 0.85, maka 100% kapasitas transformator ada pada daya : 

• P = S x Cos θ, 
• P = S x 0.85 

Bila pada contoh sebelumnya, terdapat transformator dengan kapasitas 1000 kVA, maka 100% kapasitas transformator ada pada daya : 

• P = S x Cos θ 
• P = 1000 kVA x 0.85 
• P = 850 kW. 

Ini berarti, pada beban 850 kW dengan faktor daya 0.85, transformator 1000 kVA terbebani 100%, karena arus yang akan dialirkan transformator tersebut adalah arus maksimumnya yaitu 1519 A ( S = √3 x V x I ). 

Untuk beban dengan faktor daya yang lebih rendah, misalkan 0.70, transformator 1000 kVA akan terbebani 100% pada beban :

• P = 1000 kVA x 0.70 P = 700 kW 

Disini terjawab, mengapa satuan transformator ditulis dengan satuan VA (S).

Dari pembahasan diatas, untuk menentukan kapasitas transformator yang akan digunakan untuk menyuplai beban tertentu, hal utama yang harus diketahui adalah besarnya faktor daya beban tersebut dan tentu saja besarnya beban yang akan disuplaynya. 

Seperti contoh, apabila beban yang disuplay adalah 800 kW, secara nilai, transformator 1000 kVA tentu sanggup menyuplai beban tersebut. Tapi apabila faktor daya beban 800 kW tersebut adalah 0.70 apakah transformator 1000 kVA masih cocok digunakan , tentu saja perlu kita kaji terlebih dahulu, seperti contoh dibawah ini : 

Beban terpasang adalah 800 kW dengan faktor daya 0.70, maka daya transformator yang cocok untuk beban tersebut adalah : 

• P = S x Cos θ 
• S = P / Cos θ 
• S = 800 kW / 0.70 
• S = 1142 kVA. 

Dari hasil perhitungan diatas, daya semu S yang diperlukan beban 800 kW adalah sebesar 1142 kVA, transformator 1000 kVA tidak akan sanggup untuk menyuplai beban 800 kW dengan faktor daya 0.70. Bila dipaksakan, tentu saja transforamtor akan rusak, karena dipaksa menyuplai beban melebihi kapasitasnya. 

Namun bukan berarti transforamtor 1000 kVA tidak bisa digunakan , ada langkah lain yang mesti dilakukan, yaitu memperbesar nilai faktor daya sehingga nilai S pada perhitungan diatas menjadi lebih kecil atau sama dengan 1000 kVA. 

Kalau kita coba menghitung ulang, nilai S akan menjadi 1000 kVA pada faktor daya : 

• P = S x Cos θ 
• Cos θ = P / S 
• Cos θ = 800 kW / 1000 kVA 
• Cos θ = 0.80 

Dari hasil perhitungan, transformator 1000 kVA akan dapat menyuplai beban 800 kW asalkan faktor dayanya dinaikkan dari 0.70 menjadi 0.80 atau lebih. 

Bagaimana cara menaikkan faktor daya atau bahasa lainnya memperbaiki faktor daya sudah pernah kita bahas pada postingan sebelumnya. Silahkan lihat disini. 

Ok, sekarang mudah-mudahan kita semua telah dapat memahami hubungan kapasitas transforamtor (VA) dengan daya yang disuplaynya (kW) serta faktor daya yang mempengaruhinya. 

Ada sedikit yang perlu saya ingatkan, agar transformator memiliki umur yang panjang, dan saya pikir berlaku untuk semua peralatan lainnya, yaitu : 

Jangan pernah mengoperasikan suatu peralatan secara terus menerus dikapasitas 100%

Pada kondisi tertentu, karena keadaan emergency, boleh saja dioperasikan 100% ataupun maksimum 110% tetapi bukan untuk terus menerus. Agar transformator berumur panjang, perlu dipertimbangkan batas beban normal yang akan disuplaynya, idealnya ada pada angka 80%. 

Jadi, bila kita ambil contoh transformator 1000 kVA diatas, ideal operasinya adalah di angka 800 kVA (80% x 1000 kVA). Sehingga bila faktor daya beban yang akan disuplaynya adalah 0.85 , maka transformator 1000 kVA akan menyuplai beban pada angka : 

• P = S x Cos θ 
• P = 1000 kVA x 0.85 
• P = 850 kW 

Untuk ideal operasi dikalikan safety faktor pembebanan sebesar 80%, sehingga daya yang disuplaynya maksimum adalah : P = 850 kW x 80% P = 680 kW. 

Jadi transformator akan lebih baik dan aman bila dioperasikan pada beban 680 – 700 kW pada faktor daya 0.85. 

Kadang kala kita tidak mengetahui berapa faktor daya beban yang akan disuplay oleh sebuah transformator dan informasi yagn diketahui hanya nilai beban, misalkan 1000 kW. 

Maka untuk menentukan nilai transformator pada beban 1000 kW dengan faktor daya yang tidak diketahui, untuk amannya ambil faktor daya yang terjelek yang bisa timbul pada beban tersebut. Biasanya diangka 0.70 atau 0.75. 

Misalkan kita tetapkan faktor dayanya diangka 0.75. Maka kapasitas transformator yang akan kita sediakan adalah : 

• P = S x Cos θ 
• S = P / Cos θ 
• S = 1000 kW / 0.75 S = 1333 kVA 

Dengan mempertimbangkan keamanan dan umur trannsformator agar tahan lama, maka kita tambahkan faktor 80%, sehingga kapasitas transformator yang dibutuhkan menjadi : 

• S = 1333 kVA / 0.8 
• S = 1666 kVA – 1750 kVA (menyesuaikan dengan nilai yang ada dipasaran). 

Selain mempertimbangkan umur operasional transformator, dengan menggunakan faktor 80% , kita juga telah mempersiapkan kapasitas transformator untuk aman beroperasi bila nilai faktor daya 0.7 yang telah kita tetapkan tersebut meleset jauh dari realitas dilapangan. 

Misalkan, faktor daya sebenarnya adalah 0.6, maka kapasitas transformator yang diperlukan adalah :

• P = S x Cos θ 
• S = P / Cos θ 
• S = 1000 kW / 0.6 
• S = 1666 kVA 

Transformator 1750 kVA yang telah kita tetapkan masih sanggup untuk menyuplay beban tersebut. 

Disamping hal diatas, faktor 80% juga bermanfaat apabila seandainya ada penambahan beban dikemudian hari. Tentu saja juga mempertimbangkan besar kecilnya penambahan beban tersebut. 

Selain memperhatikan keamanan operasi transformator, umur pemakaian dan adanya penambahan beban nantinya, pertimbangan ekonomis terkait pengadaan sebuah transforamtor juga penting karena semakin tinggi kapasitas transformator maka harganya juga semakin mahal. 

Disinilah diperlukan pentingnya menyeimbangkan antara kebutuhan operational dan pemeliharaan transformator dan finansial.