KOD DAN NAMA PROGRAM / PROGRAM CODE AND NAME

TEKNOLOGI ELEKTRIK

SEMESTER 4

NO. DAN TAJUK MODUL / MODULE NO. AND TITLE

ETE 401 SISTEM ELEKTRIK KUASA 2

KOMPETENSIM4K1 INTRODUCTION TO TRANSFORMERM4K2 IDENTIFY VOLTAGE TRANSFORMERM4K3 IDENTIFY CURRENT TRANSFORMER

NAMA MURID Tarikh:

OBJEKTIF:

Pada akhir kursus ini, para pelajar dapat

Memahami pengenalan kepada pengubah Mengenalpasti pengubah voltan Mengenalpasti pengubah arus

KOLEJ VOKASIONAL KULIMJALAN JUNJONG

09000 KULIM, KEDAH

KERTAS PENERANGAN

PRINSIP OPERASI

Pengubah adalah sebuah alat statik arus ulang alik yang digunakan untuk

mengalihkan kuasa elektrik dari satu litar ke litar yang lain dengan mengubah voltan dan

arus tetapi tanpa mengubah frekuensinya.

Prinsip kerja pengubah ialah kuasa ( power ), boleh dipindahkan secara efektif

melalui aruhan megnetik ( magnetic induction ) dari satu gelang lilitan kepada lilitan

yang lain dengan daya megnetik yang dihasilkan oleh arus ulangalik. Apabila arus

ulangalik ini dihidupkan ke lilitan utama ( primary ), arus yang mengalir ini membuat

teras besi ( iron core ) menjadi megnetik. Arus ini mulanya mengalir pada satu arah dan

kemudian sebaliknya.

Medan megnetik yang dihasilkan mengelilingi seluruh litar megnetik ( teras besi )

dan menghasilkan ( induce ) voltan ke litar utama ( primary ) dan pendua ( secondary )

kerana kedua – dua litar ini bersambung dengan medan megnetik yang sama.

Voltan yang dihasilkan di satu lilitan ( per turn ) di litar utama ( primary ) dan

lilitan pendua ( secondary ) adalah sama dan arah yang sama. Voltan yang dihasilkan di

lilitan pendua adalah bergantung kepada voltan yang di masukkan pada lilitan utama

dan bahagian lilitan di lilitan pendua. Oleh kerana voltan di lilitan utama dan pendua

berubah, arus di lilitan pendua juga berubah. Pengubah adalah alat elektrik yang boleh

memindahkan tenaga elektrik dari satu litar kepada satu atau lebih litar yang lain pada

frekuensi yang sama nilai. Ia boleh memindahkan nilai arus dan voltan yang berbeza

dari nilai asalnya. Pengubah hanya beroperasi pada voltan ulangalik.

Kuasa ( VA ) = Voltan x ArusLAMINATED CORE

Rajah 1

PENGUBAH @ PENGUBAH ( TRANSFORMER )

Pengubah satu fasa, 3 fasa dan sebagainya boleh digunakan dalam sistem elektrik

kerana kebolehannya untuk :

a) menaik dan menurunkan voltan

b) kecekapan pengubah adalah tinggi, nilai yang tertinggi yang boleh dicapai ialah

100 %, selalunya 98 %

c) dalam pengubah , ulangan pada lilitan primer dan sekunder adalah sama.

Pengubah juga memerlukan layanan yang sedikit. Oleh itu :

i. menyenangkan pekerjaan

ii. saiz pengubah bergantung kepada kuasa yang ia boleh bekalkan.

iii. Tidak mempunyai banyak komponen.

BINAAN PENGUBAH

Bahagian utama pengubah terdiri daripada :

a) Teras ( core )b) Lilitan ( winding )c) Penyejukan d) Penebatan dan tangki

Kita hanya akan melihat kepada bahagian teras dan lilitan sahaja.

TERAS

Diperbuat daripada kepingan besi dan keluli yang ditebat antara satu sama lain dan disusun supaya menjadi datu teras yang padat. Terdapat 2 jenis susutan voltan ( kehilangan ) yang berlaku pada teras ini iaitu :

a) Kehilangan arus pusarb) Kehilangan histerisis.

Untuk mengurangkan kehilangan arus pusar, teras basi dibina dari kepingan besi. Bentuk kepingan besi adalah seperti dalam gambarajah 1.

rajah 2

BINAAN TERAS

Untuk mengurangkan kehilangan histerisis pula, teras ( bahan ) megnet diperbuat daripada besi @ keluli yang bermutu tinggi supaya luas lintasan tertutup histerisisnya kecil. @ jenis kekuli yang biasa digunakan untuk membuat teras ialah :

i. Hot rolled oriented silicon – ironii. Cold rolled oriented silicon – iron

Tebal kepingan ini antara 0.28mm – 0.35mm.Dilihat dari segi binaannya, terdapat 2 bentuk teras utama iaitu ;

a) Jenis coreb) Jenis shell

Celahan udara

Celahan udara

rajah 2

Perbezaan utama antara keduanya adalah dari segi rupa bentuk.

LILITAN

Ianya dibina dengan menggunakan dawai atau kepingan kuprum @ alumunium yang dililit pada teras, maka pengubah boleh dilihat seperti litar megnet.

Terdapat 2 jenis lilitan ( rajah 3 ) iaitu :

i. Lilitan primerii. Lilitan sekunder

V1

V2

V1 V2

Jenis Core Jenis shell

rajah 3

Bilangan lilitan ditentukan oleh nisbah voltan - naik / turun.

Binaan Asas

Sebuah pengubah mestilah mempunyai 3 binaan iaitu ‘teras’, ‘belitan’ dan

‘penutup atau pembalut’.

Teras pengubah dibuat daripada lapisan-lapisan besi yang telah diapit bersama

(lamina). Terdapat berbagai jenis teras, tetapi yang umumnya berbentuk tingkap dan

kelompang. Teras ini merupakan faktor penting bagi menguatkan uratdaya magnet yang

dihasilkan, ia dibuat berlapis-lapis agar kehilangan arus pusar dapat dikurangkan dalam

teras tersebut.

Belitan pengubah terbahagi kepada 2 iaitu :

i. Belitan Primer (Primary Winding).

ii. Belitan sekunder (Secondary Winding).

Belitan primer disambungkan kebekalan masuk sementara belitan sekunder

disambungkan keluar. Dari sinilah sama ada nilai voltan atau arus pengubah itu diambil

selepas “perpindahan”nya. Ia boleh memberi nilai voltan atau arus yang lebih dari nilai

bekalan yang diberikan iaitu dengan menambahkan bilangan belitan sekundernya.

Lilitan sekunder

I1 I2

BEBAN ( ZN )N2

N1

v1E1 E2

Lilitan primer

Belitan itu dililit secara lapisan’sandwich’, sepusat atau berasingan. Semuanya

ini dilakukan bagi mengelakan dari kebocoran uratdayanya di samping mengeluarkan

uratdaya yang berguna.

Penutup pengubah selain daripada menjadi pembalut, juga berfungsi untuk

menyejukan pengubah tersebut. Penutup pengubah itu kadang-kala diabaikan jika

penyejukan pengubah itu tidak diperlukan.

‘Step-up transformer’ mempunyai voltan sekunder yang lebih tinggi daripada

voltan primer, manakala ‘step-down transformer’ mempunyai voltan sekunder yang

rendah daripada voltan primer.

tran2/imc

Teras Berlapis

TERAS BERLAPIS JENIS KELOMPANG

Ip

Vp

Np

Is

Vs

Ns

tran1/imc

Teras Berlapis

TERAS BERLAPIS JENIS TINGKAP

Jenis Belitan Pengubah

tran3/imc

BelitanPrimer Belitan

Sekunder

Bp

Bs

BELITAN BERLAPIS BELITAN BERASINGAN

Kendalian Asas Transformer

Kendalian asas transformer berdasarkan dua hukum aruhan elektromagnet yang

penting iaitu Hukum Faraday dan Hukum Lenz. Hukum Faraday menyatakan bahawa

magnitud d.g.e. teraruh dalam suatu konduktor adalah berkadar langsung kepada

perubahan fluks merangkai gegelung (atau kadar pemotongan fluks magnet oleh

konduktor). Hukum Lenz pula menyatakan bahawa arus teraruh sentiasa mengalir pada

arah yang menentang perubahan fluks magnet (atau gerakan) yang menghasilkannya.

Apabila bekalan AU diberikan kepada belitan primer, uratdaya akan wujud di

sekeliling belitan primer itu. Oleh kerana bekalan arus AU yang diberikan, maka aruhan

diri (self induction) akan terhasil di belitan itu.

Uratdaya yang wujud tadi akan berpindah ke belitan sekunder melalui teras

transformer untuk menghasilkan aruhan saling (mutual induction) di belitan sekunder.

Apabila keadaan ini berlaku dan jika kehilangan dalam transformer itu diabaikan,

maka voltan aruhan akan terhasil di belitan sekunder itu (voltan primer dan sekunder

adalah berkadar terus dengan bilangan belitan teras dan belitan teras berkadar

songsang dengan arus).

tran4/imc

Bs

Bp

BpBs

BELITAN SEPUSAT BELITAN BERASINGAN

Perhubungan Pengubah Ideal

Mana-mana alat yang memindahkan kuasa dari satu ‘titik’ ke satu ‘titik’ yang lain

akan mempunyai kehilangannya (internal losses). Oleh itu pengubah juga mempunyai

kehilangan dalamnya.

Pengubah yang dibuat sekarang mempunyai kecekapan antara 95% hingga

99%. Dengan kecekapan yang begitu tinggi, bolehlah menganalisa pengubah dengan

menganggapkan ia satu alat yang ideal.

Seperti yang diketahui, arus yang mengalir dalam satu gelung akan

menghasilkan ‘MMF’. MMF akan menghasilkan ‘flux’ (f) dimana magnitudnya

bergantung kepada litar magnetik. Jika MMF yang dihasilkan itu ialah arus ulangalik

(AU), maka flux juga akan berulangalik.

Rajah menunjukan

bekalan AU dibekalkan

kepada belitan primer bagi

satu pengubah. Kebanyakan

‘flux’ yang dihasilkan akan

tinggal di dalam teras (core).

Ianya akan mengaitkan

(links) belitan primer dan

sekunder, ini dipanggil

‘mutual flux’. Sedikit daripada

‘flux’ yang dihasilkan oleh

arus primer dan sekunder

akan bocor keluar daripada teras. Ini dipanggil ‘flux’ bocor (leakage flux), ditunjukan

sebagai Q1 dan Q2 dalam rajah.

f

Q1 Q2

I1

N1

I2

V2

N2

ide/imc

E1V1AC

NISBAH PENGUBAHAN

Disebuah pengubah sempurna ( ideal ), nisbah pengubahan di antara voltan, arus dan

bilangan lilitan adalah seperti berikut :

Vp = Np

Vs Ns

Dimana :

Vp = voltan lilitan utama

Vs = voltan lilitan pendua

Np = bilangan lilitan di lilitan utama

Ns = bilangan lilitan di lilitan pendua

Dan

KVA ( MASUK ) = KVA ( KELUAR )

VP X IP = Vs x Is

Vp / Vs = Is / Ip

Dimana :

Is = arus di lilitan pendua

Ip = arus di lilitan utama

Kesimpulan di antara arus dan juga bilangan lilitan ialah :

Vp / Vs = Is / Ip = Np / Ns

KEHILANGAN DI DALAM PENGUBAH

i. KEHILANGAN KUPRUM

Apabila arus melalui gelung ia akan menghasilkan haba ( I R ) dan menyebabkan kehilangan kuprum.

ii. KEHILANGAN HISTERISIS

Bagi setiap molekul besi di dalam teras boleh disifatkan sebagai magnet sementara. Apabila medan megnet di bentuk daripada arus ulangalik yang akan menyebabkan perubahan arah maka daya megnet yang kecil akan wujud dan bertentangan dengan medan megnet daripada bekalan.

iii. KEHILANGAN EDDY CURRUNT ( ARUS PUSAR )

Disebabkan oleh medan megnet bukan hanya membentuk voltan tetapi juga arus di dalam gelung. Begitu juga yang terjadi di dalam teras. Arus yang wujud di dalam teras berpusar seperti pusaran air akan menghasilkan haba yang akan mengakibatkan kehilangan tenaga.

iv. KEHILANGAN TENAGA PADA TERAS LOGAM

Ia berhubung dengan kehilangan Histerisis dan arus pusar. Ia bergantung kepada bahan teras logam serta pembentukkannya ( lamination ).

v. NO LOAD LOSE

Ia berlaku sekiranya gelung pendua terbuka ( tiada sambungan ke beban ) menyebabkan berlaku arus bocor pada primary mnyebabkan self induce voltan yang wujud pada gelung utama. Secara praktikalnya berlaku counter balance pada voltan yang asal di dalam gelung.

PENGUBAH VOLTAN.

Pengubah voltan merupakan komponen elektrik yang dapat menaik dan menurunkan voltan serta menghantar arus elektrik diantara litar. Dicipta untuk mengawal voltan arus elektrik, terutamanya dalam senario voltan tinggi dimana pengubah voltan digunakan bagi menghasilkan tahap kuasa yang spesifik. Untuk itu pengubah ini selalu digunakan untuk peralatan yang memerlukan bekalan 500V ke atas, ia juga boleh didapati dalam perkakasan elektronik voltan rendah.

Pengubah jenis ini berkendali berdasarkan prinsip aruhan saling. Jika disambung bekalan, arus akan mengalir melalui lilitan utama dan aruhan saling yang dihasilkan oleh arus ini mengalir melalui teras pengubah. Ini akan menghasilkan daya gerak magnet yang berubah-ubah pada lilitan pendua pengubah. Jumlah lilitan pengalir pada kedua-dua lilitan mengawal sama ada arus meningkat, menurun atau pada nilai yang sama.

Pengubah jenis ini paling banyak digunakan, antaranya seperti pengubah loceng, kuasa, penggalak audio dan sebagainya.

i. Pengubah Loceng.

Pengubah loceng digunakan dalam kerja-kerja pemasangan loceng. Pengubah ini ialah jenis penurun (step down). Voltan yang biasa dikeluarkan ialah 12 V, 8 V, 4 V.

Penggunaannya amat menjimatkan kerana bekalannya berterusan dan tidak perlu dicas semula seperti bateri bekal.

Peraturan IEE berkaitan dengan pemasangan pengubah loceng ini ialah pada A-58, B-45 dan D-8.

A-58 - Pengubah loceng hendaklah disambung pada litar kecil akhir yang berasingan dan ia tidak memerlukan suis untuk kawalannya kerana ia dianggap bukan peralatan.

B-45 - Pendawaian loceng hendaklah dipisahkan daripada kabel-kabel kuasa dan lampu.

D-8 - Satu daripada punca belitan sekunder dan bekas logam pengubah hendaklah dibumikan.

ii. Pengubah Kuasa.

Pengubah ini digunakan untuk menaik dan menurunkan voltan pada sistem penghantaran dan pengagihan elektrik. Pengubah ini juga digunakan sebagai unit kawalan kuasa arus terus yang dipasang pada alat-alat elektronik seperti radio,

tranbell/imc

4 v

8 v

L.K.A.

tranpo/imc

AC +

-

ALATUBAH KUASA

televisyen, pemain kaset atau sebagai pengecas bateri sekunder. Contohnya seperti litar unit bekalan kuasa arus terus pada 'rectifier' gelombang penuh.

iii. Pengubah Penggalak (Booster Transformer).

Pengubah ini sebenarnya ialah pengubah dua belitan untuk menaikan kembali voltan pada suatu talian kepada nilai yang dikehendaki. Biasanya ia digunakan pada permulaan talian.

Pengubah ini boleh digunakan sebagai penggalak dengan syarat bahagian belitan voltan yang tinggi mampu membawa voltan talian dan bahagian belitan voltan rendah mempunyai nilai yang dikehendaki dan juga mampu membawa arus talian

PENGUBAH ARUS (CT)

1. ‘Current transformer’ (CT) atau dikenali sebagai pengubah arus banyak digunakan

dalam litar pengukuran dan perlindungan elektrik di industri.

Fungsi utamanya adalah mengubah nilai arus primer kepada nilai arus sekunder

iaitu nilai yang mampu diukur oleh jangka dalam keadaan selamat.

Didalam litar utama mungkin arus yang mengalir ialah 1000 A atau 2000 A atau

mungkin lebih tinggi lagi. Tiada jangka yang berkebolehan mengukur terus nilai

yang sebegitu tinggi tanpa mengunakan kaedah pengubahan arus.

Dalam perkara ini pengubah arus mestilah digunakan bagi merendahkan nilai yg

selamat disamping itu juga litar pendawaian sekunder (Permeteran dan

Perlindungan) akan menjadi lebih kecil saiz pengalirnya.

Busbar

A

Arus pendua 0 - 5A

Arah aliran arus

yg tinggi.

Alatubah arus

Arus maksima sekunder adalah 0 - 5 ampiar bagi kebanyakan sistem LV manakala

0 -1 ampiar bagi sistem HT.

2. Kendalian ‘CT’ adalah berbeza dari pengubah kuasa walaupun prinsip

kendaliannya adalah sama. Lilitan penduanya mengandungi belitan yang banyak

dan disambungkan kepada ammeter.

Ammeter yang menggunakan ‘CT’ ini telah dipiawaikan samada menggunakan

kadaran 1A atau 5A. Ammeter dipilih berdasarkan kepada nilai pendua ‘CT’.

Pengiraan nisbah ‘CT’ adalah seperti berikut...

Vp Is

─── = ─────

Vs Ip

Lilitan primer dililit hanya dengan beberapa lilitan sahaja atau pun biasanya diwakili bus

bar sebagai lilitan primer. Dalam keadaan ini arus utama adalah mengalir melalui bus bar

dan melalui teras ‘CT’.

3. Contoh.

Satu Ammeter mempunyai skil pesongan penuh ialah 5A di gunakan mengukur

arus utama 200A. Jika lilitan utama/Primer sebanyak 2 belitan, kirakan jumlah

belitan sekunder yang diperlukan bagi memberikan nilai skil pesongan penuh.

Np Is

─── = ─────

Ns Ip

Np x Ip

Ns = ─────────

Is

2t x 200A

Ns = ───────── = 80 belitan.

5A

Ns= ?Np= 2T

A

Pengubah kuasa memerlukan beban pada litar pendua bagi mengujudkan

pengaliran arus di litar primer yang mana menetapkan flux di dalam terasnya pada

nilai tetap.

Manakala ‘CT’, arus dari litar primer adalah arus utama dan mengalir tidak kira

lilitan pendua disambung atau tidak.

Oleh itu arus pendua perlu dialirkan melalui Ammeter bagi menstabilkan flux

didalam teras dan jika ammeter ditanggalkan, voltan yang merentangi di antara

punca ‘CT’ akan meningkat kepada nilai tinggi dan akan menyebabkan kerosakan

tebatan (Insulation Breakdown) atau akan menyebabkan lampau panas kepada

teras.

‘CT’ tidak boleh dikendalikan dalam keadaan lilitan pendua terbuka dan

perlindungan lampau beban tidak boleh dipasangkan kepada litar penduanyanya.

(IEE 473-01-03).

Jika Ammeter memerlukan penggantian, litar pendua Ct mestilah di litar pintaskan.

Ini tidak akan merosakan Ct.

Kuasa ketara alat pengubah arus (CT) ini dikadarkan dalam nilai Volt ampiar (VA)

dan di sebutkan BURDEN. Untuk mengurangkan kesalahan (ERROR) ammeter

atau voltmeter yg disambungkan mestilah dikendalikan pada nilai ‘burden’ yang

dikadarkan.

KEKUTUBAN PENGUBAH

Kumpulan belitan pada pengubah, sama ada belitan primer atau sekunder boleh

ditentukan dengan menggunakan jangka 'ohm'. Nilai rintangan yang tinggi menunjukan

belitan primer dan nilai rintangan yang rendah menunjukan belitan sekunder.

Selain dari itu, boleh juga mengguna voltmeter (jangka volt) untuk menentukan

kekutuban sesuatu pengubah.

1. Kaedah 'Subtractive'.

Misalkan: V1 = 220 Volt.

V2 = 280 Volt.

Sekiranya bacaan voltmeter V1 kurang daripada V2 maka titik 'common' bagi

sekunder adalah positif (+), ditandakan dengan X1 dan satu lagi hujungnya adalah negatif

(-), ditandakan dengan X2.

transub/imc

common jumper

V2

V1

H1 (+)

H2 (-)

X2 (-)

X1 (+)

P S

2. Kaedah 'Additive'.

Sekiranya bacaan voltmeter V1 lebih daripada bacaan V2, maka titik 'common'

bagi sekunder adalah negatif (-), ditandakan dengan X2 dan hujung satu lagi adalah positif

(+), ditandakan dengan X1.

tranadd/imc

P S

V2

V1

common jumper

H1 (+)

H2 (-)

X2 (-)

X1 (+)