Penjelasan Kerugian Transformator: Kerugian Tanpa Beban vs. Kerugian Berbeban
Kerugian tanpa beban dan kerugian beban pada transformator adalah dua bentuk utama kehilangan energi selama pengoperasiannya. Berikut ini adalah penjelasan rinci tentang bagaimana keduanya dihasilkan, didistribusikan, dan dihilangkan di dalam transformator.
Kerugian tanpa beban terjadi ketika kumparan primer transformator hanya mengalirkan arus eksitasi kecil dalam kondisi tanpa beban. Pada saat ini, kerugian tembaga dapat diabaikan, dan sebagian besar kerugian terjadi di inti, yang dikenal sebagai kerugian besi. Kerugian besi terdiri dari kerugian histeresis dan kerugian arus eddy. Kerugian histeresis dihasilkan dari pembalikan domain magnetik yang terus menerus di dalam inti di bawah pengaruh medan magnet bolak-balik, yang mengkonsumsi energi dan menghasilkan panas. Kerugian arus eddy terjadi karena inti itu sendiri bersifat konduktif. Ketika dikenai medan magnet yang berubah, gaya gerak listrik diinduksi pada bidang yang tegak lurus terhadap garis medan magnet, membentuk loop tertutup yang menghasilkan arus—dikenal sebagai arus eddy—yang menghasilkan panas karena resistansi material inti.
Kerugian tanpa beban terutama terkonsentrasi di inti, karena inti merupakan komponen utama dari rangkaian magnetik, dan kerugian histeresis serta arus eddy terjadi di dalam materialnya. Selain itu, sejumlah kecil kerugian tembaga dihasilkan di kumparan primer karena arus tanpa beban, tetapi ini biasanya dapat diabaikan. Panas yang dihasilkan oleh kerugian tanpa beban terutama dihilangkan melalui konduksi dan radiasi panas dari inti ke lingkungan sekitarnya. Inti bersentuhan dengan oli transformator atau udara, mentransfer panas ke oli atau udara. Panas ini kemudian dibawa pergi melalui konveksi alami oli atau aliran udara, akhirnya hilang ke lingkungan sekitarnya.
Kerugian beban meliputi kerugian tembaga dasar dan kerugian tambahan. Kerugian tembaga dasar adalah kerugian akibat resistansi pada kumparan ketika arus beban melewatinya. Menurut hukum Joule, panas dihasilkan ketika arus mengalir melalui konduktor, dan kehilangan daya berbanding lurus dengan kuadrat arus. Kerugian tambahan meliputi kerugian arus eddy pada kumparan, kerugian arus sirkulasi, kerugian hamburan pada komponen struktural, dan lain-lain, yang berbanding lurus dengan kuadrat arus dan kuadrat frekuensi.
Kerugian beban terutama terdistribusi di kumparan dan inti. Arus beban di kumparan menghasilkan kerugian tembaga, sementara inti juga mengalami beberapa kerugian akibat fluks bocor yang disebabkan oleh arus beban, meskipun ini relatif kecil dibandingkan dengan kerugian tembaga di kumparan. Selain itu, fluks bocor yang diinduksi oleh arus beban menghasilkan kerugian tambahan pada komponen struktural logam di luar kumparan.
Panas yang dihasilkan akibat kehilangan beban sebagian ditransfer ke oli transformator melalui konduksi panas dari kumparan dan kemudian dibuang oleh konveksi alami atau sirkulasi paksa oli. Sebagian lainnya hilang ke lingkungan sekitar melalui konduksi dan radiasi panas dari inti dan komponen struktural. Pada transformator besar, pendinginan sirkulasi oli paksa atau metode serupa sering digunakan untuk meningkatkan pembuangan panas, sehingga meningkatkan efisiensi operasional dan keandalan transformator.