Gulungan Transformator dan Isolasi Transformator

Gulungan transformator merupakan komponen rangkaian transformator dan merupakan bagian inti untuk konversi energi elektromagnetik. Mereka terbuat dari kabel berinsulasi (biasanya tembaga atau aluminium) yang dililitkan menurut pola tertentu dan mengirimkan energi melalui prinsip induksi elektromagnetik.

1. Fungsi Utama

• Menciptakan medan magnet: Ketika belitan primer disuplai dengan arus bolak-balik, medan magnet bolak-balik terbentuk.
• Menginduksi gaya gerak listrik: Medan magnet bolak-balik ini melewati belitan sekunder, menginduksi gaya gerak listrik (tegangan) pada belitan sekunder.
• Mengubah tegangan: Dengan mengatur rasio belitan belitan primer dan sekunder, tegangan dapat dinaikkan atau diturunkan.

2. Jenis Belitan (diklasifikasikan berdasarkan level tegangan dan posisi relatif)

• Gulungan-tegangan tinggi: Gulungan yang tahan terhadap tegangan lebih tinggi. Biasanya memiliki penampang kawat-yang lebih kecil (karena arusnya relatif kecil), namun memerlukan isolasi yang tinggi.
• Gulungan-tegangan rendah: Gulungan yang tahan terhadap tegangan lebih rendah. Biasanya memiliki penampang kawat-yang lebih besar (karena arusnya relatif besar), dan memiliki persyaratan isolasi yang relatif lebih rendah.

Secara struktural, berdasarkan susunannya pada inti, mereka dibagi menjadi dua jenis:

(1) Belitan konsentris:

• Struktur: Gulungan-tegangan tinggi dan-tegangan rendah digulung menjadi bentuk silinder dengan diameter berbeda dan ditempatkan secara konsentris pada bagian inti.
• Susunan umum: Untuk memudahkan isolasi, belitan-tegangan rendah biasanya ditempatkan di bagian dalam (lebih dekat ke inti) dan belitan-tegangan tinggi di bagian luar. Hal ini karena isolasi antara belitan tegangan rendah-dan inti (dibumikan) lebih mudah ditangani.
• Aplikasi: Kebanyakan transformator daya (terutama yang berkapasitas lebih besar) menggunakan struktur ini. Proses pembuatannya relatif sederhana dan strukturnya kokoh.

(2) Gulungan interleaved:

• Struktur: Gulungan tegangan-tinggi dan-tegangan rendah dibuat menjadi bentuk cakram dan ditumpuk secara bergantian di sepanjang ketinggian bagian inti.
• Keuntungan: Mengurangi fluks kebocoran antar belitan, kekuatan mekanik yang tinggi, dan ketahanan hubung singkat-yang kuat.
• Aplikasi: Terutama digunakan untuk trafo khusus, seperti trafo tungku listrik dan trafo las, yang perlu menahan gaya elektromagnetik yang besar.

3. Persyaratan Utama Gulungan
Performa kelistrikan: Harus tahan terhadap-tegangan pengoperasian jangka panjang dan tegangan berlebih sementara (seperti sambaran petir).
Kinerja mekanis: Struktur harus cukup kuat untuk menahan gaya elektromagnetik besar yang dihasilkan selama hubungan pendek tanpa mengalami deformasi.
Performa termal: Harus memiliki pembuangan panas yang baik untuk memastikan kenaikan suhu pada-beban jangka panjang tidak melebihi batas.
Kinerja proses: Proses penggulungan harus sederhana, ekonomis, dan dapat diandalkan.

Ini adalah sistem material yang mengisolasi bagian belitan yang berbeda satu sama lain dan memisahkan belitan dari bagian yang dibumikan (seperti inti dan tangki minyak). Ini adalah bagian non-rangkaian transformator tetapi menentukan keamanan dan masa pakai transformator.
1. Fungsi Utama

• Isolasi Potensial: Memisahkan bagian konduktif dengan potensi berbeda (seperti belitan tegangan tinggi dan rendah, dan belitan dari inti) dengan andal untuk mencegah korsleting.
• Saluran Pembuangan Panas: Bahan isolasi (seperti minyak transformator) sering berfungsi sebagai media pendingin, memindahkan panas yang dihasilkan oleh belitan dan inti.
• Dukungan Mekanis: Bahan insulasi (seperti papan insulasi) juga membantu memperbaiki dan menopang belitan.

2. Klasifikasi Isolasi (berdasarkan Lokasi dan Fungsi)
Sistem isolasi transformator biasanya dibagi menjadi dua kategori utama:

• Isolasi Internal: Terletak di dalam tangki minyak trafo, tidak bersentuhan langsung dengan udara luar.
• Insulasi Utama: Mengacu pada isolasi antara belitan dan bagian yang dibumikan (seperti inti dan tangki minyak), dan antara belitan dengan level voltase berbeda (seperti antara belitan-tegangan tinggi dan-tegangan rendah). Ini adalah inti dari sistem isolasi trafo dan menentukan level tegangan trafo.
• Insulasi Longitudinal: Mengacu pada insulasi dalam belitan yang sama, seperti insulasi antar lilitan (isolasi putaran-ke-putaran), antar lapisan belitan (isolasi lapisan-ke-lapisan), dan antar bagian belitan (isolasi bagian-ke-bagian).
• Insulasi Eksternal: Mengacu pada bagian insulasi yang terkena udara di luar trafo, terutama insulasi di bagian atas busing (di luar tangki oli). Kekuatan insulasinya terutama bergantung pada kondisi udara dan jarak rambat.

3. Bahan Isolasi Utama
Insulasi trafo (khususnya trafo-yang terendam minyak) adalah sistem komposit. Bahan umum meliputi:
(1) Bahan Isolasi Cair:

• Minyak Transformator Mineral: Yang paling umum digunakan. Fungsinya meliputi: isolasi (kekuatan dielektrik jauh lebih tinggi daripada udara), pembuangan panas (menghilangkan panas melalui konveksi), perlindungan (mengisolasi oksigen, menunda penuaan material).
• Minyak Isolasi Ester Sintetis atau Alami: Seperti minyak silikon atau minyak isolasi nabati, biasa digunakan di tempat dengan persyaratan ketahanan api yang tinggi.

(2) Bahan Isolasi Padat:

• Kertas Isolasi, Papan Isolasi: Digunakan untuk insulasi belokan, insulasi lapisan, pemisah antar belitan, dan silinder insulasi. Sistem insulasi komposit kertas-minyak adalah jenis insulasi transformator yang paling klasik dan andal.
• Resin Epoksi: Banyak digunakan pada transformator tipe-kering, membentuk insulasi keseluruhan yang kokoh melalui pengecoran.
• Kertas NOMEX®: Kertas poliamida aromatik-performa tinggi dengan ketahanan termal tinggi, biasanya digunakan pada trafo tipe-kering atau khusus.

Gulungan transformator adalah 'saluran sirkuit' untuk mencapai konversi energi elektromagnetik, sedangkan insulasi transformator adalah 'sistem proteksi' yang secara aman memisahkan komponen-komponen dengan potensi berbeda; isolasi bertindak sebagai 'pelindung' untuk belitan, memberikan keamanan pada pengoperasian normalnya dan mencegah kecelakaan-hubungan pendek. Keduanya saling melengkapi dan bersama-sama menentukan kinerja transformator, tingkat tegangan, dan keandalan operasional.