LANDASAN TEORI
3.1 Sistem Distribusi
3.1.1 Saluran distribusi primer
Saluran Distribusi Primer terletak pada sisi primer trafo distribusi, yaitu antara titik sekunder trafo cabang (gardu induk) dengan titik primer trafo distribusi. Saluran ini bertegangan menengah 20 KV. Sistem distribusi primer digunakan untuk menyalurkan tenaga listrik dari gardu induk distribusi ke pusat-pusat beban. Sistem ini dapat menggunakan kabel udara maupun kabel tanah sesuai dengan tingkat keandalan yang diinginkan dan kondisi serta situasi lingkungan. Saluran distribusi ini direntangkan sepanjang daerah yang akan disuplai tenaga listrik sampai ke pusat beban6. Berikut ini merupakan macam-macam bentuk rangkaian jaringan distribusi primer :
A. Sistem Radial
Sistem Radial merupakan jaringan sistem distribusi primer yang sederhana dan murah biaya investasinya. Pada jaringan ini arus yang paling besar adalah yang paling dekat dengan Gardu Induk. Tipe ini dalam penyaluran energi listrik kurang handal karena bila terjadi gangguan pada penyulang maka akan menyebabkan terjadinya pemadaman pada penyulang tersebut.
Laporan Kerja Praktek 26 B. Sistem Spindle
Sistem Spindle merupakan jaringan distribusi primer gabungan dari struktur radial yang ujung - ujungnya dapat disatukan pada gardu hubung dan terdapat penyulang ekspres. Penyulang ekspres (express feeder) ini harus selalu dalam keadaan bertegangan, dan siap terus menerus untuk menjamin bekerjanya sistem dalam menyalurkan energi listrik ke beban pada saat terjadi gangguan atau pemeliharaan. Dalam keadaan normal tipe ini beroperasi secara radial.
C. Sistem Ring/Loop
Tipe ini merupakan jaringan distribusi primer, gabungan dari dua tipe jaringan radial dimana ujung kedua jaringan dipasang PMT. Pada keadaan normal tipe ini bekerja secara radial dan pada saat terjadi gangguan PMT dapat dioperasikan sehingga gangguan dapat terlokalisir. Tipe ini lebih handal dalam penyaluran tenaga listrik dibandingkan tipe radial namun biaya investasi lebih mahal.
Gambar 3.3 Sistem Jaringan Spindle Gambar 3.2 Sistem Jaringan Radial
Laporan Kerja Praktek 27
D. Sistem Mesh
Struktur jaringan distribusi primer ini dibentuk dari beberapa Gardu Induk yang saling dihubungkan sehingga daya beban disuplai oleh lebih dari satu gardu Induk dibandingkan dengan dua tipe sebelumnya, tipe ini lebih handal dan biaya investasi lebih mahal.
E. Sistem Cluster
Struktur jaringan primer pola cluster ini pada dasarnya sama dengan jaringan spindle, tetapi gardu hubungnya lebih dari satu. Biaya investasi pembangunannya lebih mahal dari struktur spindle tetapi kehandalannya lebih tinggi.
F. Sistem Margerithe
Struktur jaringan primer pola Margerithe merupakan gabungan dari struktur jaringan spindle. Apabila salah satu sisi terjadi gangguan maka beban dapat disuplai dari sisi yang lain. Biaya investasinya lebih mahal dari struktur jaringan lain.
Gambar 3.4 Sistem Jaringan Loop
Laporan Kerja Praktek 28 3.1.2 Saluran distribusi sekunder
Saluran distribusi sekunder terletak pada sisi sekunder trafo distribusi, yaitu antara titik sekunder dengan titik cabang menuju beban. Sistem distribusi sekunder digunakan untuk menyalurkan tenaga listrik dari gardu distribusi ke beban-beban yang ada di konsumen. Pada sistem distribusi sekunder bentuk saluran yang paling banyak digunakan ialah sistem radial. Sistem ini dapat menggunakan kabel yang berisolasi maupun konduktor tanpa isolasi. Sistem ini biasanya disebut sistem tegangan rendah yang langsung akan dihubungkan kepada konsumen/pemakai tenaga listrik dengan melalui peralatan-peralatan sebagai berikut:
a. Papan pembagi pada trafo distribusi.
b. Hantaran tegangan rendah (saluran distribusi sekunder). c. Saluran Layanan Pelanggan (SLP) ke konsumen/pemakai.
d. Alat Pembatas dan pengukur daya (KWH meter) serta fuse atau pengaman pada pelanggan.
Komponen sistem distribusi dapat digambarkan pada gambar berikut:
Jaringan distribusi listrik secara umum dibedakan menjadi empat bagian utama : 1. Jaringan Tegangan Menengah (JTM), yang berfungsi sebagai penyulang
(feeder) tegangan menengah yang keluar dari gardu induk (GI) untuk kemudian mensuplai gardu-gardu distribusi.
2. Trafo distribusi (gardu distribusi), yang berfungsi sebagai penurun tegangan dari tegangan menengah ke tegangan rendah.
3. Jaringan Tegangan Rendah (JTR), yaitu penyulang tegangan rendah setelah keluar dari gardu distribusi.
Laporan Kerja Praktek 29 4. Sambungan Rumah (SR) & Alat Pembatas dan Pengukur (APP), yaitu
sambungan pelayanan dari JTR ke setiap rumah sampai dengan APP. Dalam sistem distribusi, masalah yang utama adalah mengatasi gangguan karena jumlah gangguan dalam sistem distribusi adalah relatif lebih banyak dibandingkan dengan jumlah gangguan pada bagian sistem yang lain. Di samping itu masalah tegangan, bagian-bagian instalasi yang berbeban lebih dan rugi-rugi daya dalam jaringan merupakan masalah yang perlu dicatat dan dianalisa secara terus menerus, untuk dijadikan masukan bagi perencanaan pengembangan sistem dan juga untuk melakukan tindakan-tindakan penyempurnaan pemeliharaan dan penyempurnaan operasi sistem distribusi.
3.2 Transformator
Dalam penyaluran energi listrik dibutuhkan suatu transformator untuk untuk menaikkan atau menurunkan tegangan listrik sesuai dengan rating tegangan yang dibutuhkan. Transformator berperan dalam menyalurkan tenaga atau daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya tanpa mengubah frekuensinya.
Transformator terdiri dari dua atau lebih kumparan yang membungkus inti besi feromagnetik. Kumparan-kumparan tersebut biasanya satu sama lain tidak dihubungkan secara langsung. Kumparan yang satu dihubungkan dengan sumber listrik AC (kumparan primer) dan kumparan yang lain mensuplai listrik ke beban (kumparan sekunder). Bila terdapat lebih dari dua kumparan maka kumparan tersebut akan disebut sebagai kumparan tersier, kuarter, dst. Berikut ini merupakan konstruksi umum transformator :
Laporan Kerja Praktek 30 Transformator bekerja berdasarkan prinsip elektromagnetik. Ketika Kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan arus listrik pada kumparan primer menimbulkan perubahan medan magnet. Medan magnet yang berubah diperkuat oleh adanya inti besi. Inti besi berfungsi untuk mempermudah jalan fluksi yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melalui kumparan, sehingga fluks magnet yang ditimbulkan akan mengalir ke kumparan sekunder, sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder akan timbul ggl induksi. Efek ini dinamakan induktansi timbal-balik (mutual inductance). Bila pada rangkaian sekunder ditutup (rangkaian beban) maka akan mengalir arus pada kumparan sekunder. Jika efisiensi sempurna (100%), semua daya pada lilitan primer akan dilimpahkan ke lilitan sekunder.
Jika kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan AC (dialiri arus listrik AC), besi lunak akan menjadi elektromagnet. Karena arus yang mengalir tersebut adalah arus AC, garis-garis gaya elektromagnet selalu berubah-ubah. Oleh karena itu, garis-garis gaya yang dilingkupi oleh kumparan sekunder juga berubah-ubah. Perubahan garis gaya itu menimbulkan GGL induksi pada kumparan sekunder. Hal itu menyebabkan pada kumparan sekunder mengalir arus AC (arus induksi).
Gambar 3.8 Prinsip Kerja Transformator
Adapun alasan mengenai tegangan dan arus diubah - ubah dengan menggunakan transformator adalah sebagai berikut :
1. Digunakan untuk pengiriman tenaga listrik 2. Untuk menyesuaikan tegangan
Laporan Kerja Praktek 31 3. Untuk mengadakan pengukuran dari besaran listrik
4. Untuk memisahkan rangkaian yang satu dengan yang lain 5. Untuk memberikan tenaga pada alat tertentu
3.3 Prinsip Dasar Transformator
Transformator mengubah dan menyalurkan energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian ke rangkaian listrik yang lain melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Transformator di gunakan secara luas baik dalam bidang tenaga listrik maupun elektronika.
Penggunaan transformator dalam sistem tenaga memungkinkan terpilihnya tegangan yang sesuai dan ekonomis untuk tiap- tiap keperluan misalnya, kebutuhan akan tegangan tinggi dalam pengiriman daya jarak jauh.
Gambar 3.9 Rangkaian dasar transformator
Transformator terdiri atas dua buah kumparan ( primer dan sekunder ) yang bersifat induktif. Kedua kumparan ini terpisah secara elektrik namun berhubungan secara magnetis melalui jalur yang memiliki reluktansi ( reluctance ) rendah. Apabila kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik maka fluks bolak-balik akan muncul di dalam inti yang dilaminasi, karena kumparan tersebut membentuk jaringan tertutup maka mengalirlah arus primer. Akibat adanya fluks di kumparan primer maka di kumparan primer terjadi induksi sendiri ( self
Laporan Kerja Praktek 32
induction ) dan terjadi pula induksi di kumparan sekunder karena pengaruh induksi dari kumparan primer atau disebut sebagai induksi bersama mutual induction yang menyebabkan timbulnya fluks magnet di kumparan sekunder, maka mengalirlah arus sekunder jika pada rangkaian sekunder diberikan beban, sehingga energi listrik dapat ditransfer keseluruhan (secara magnetisasi ).
𝒆 = −𝑵𝒅𝝋 𝒅𝒕
Keterangan : e = gaya gerak listrik ( ggl ) [ volt ] N = jumlah lilitan
𝒅𝝋
𝒅𝒕 = perubahan fluks magnet
Lilitan Primer (N1) dan Lilitan Sekunder (N2), maka berdasarkan hukum Faraday pada masing-masing lilitan tersebut akan membangkitkan ggl induksi E1 dan E2. Besarnya ggl induksi E1 dan E2 adalah :
E1 = 4.44 f N1 φm E2 = 4.44 f N2 φm
Perbandingan antara E1 dan E2 disebut perbandingan transformator yang besarnya adalah sebagai berikut :
a = E1/E2 = N1/N2
Hanya tegangan listrik arus bolak-balik yang dapat ditransformasikan oleh transformator, sedangkan dalam bidang elektronika, transformator digunakan sebagai gandengan impedansi antara sumber dan beban untuk menghambat arus searah sambil tetap mengalirkan arus bolak-balik antara rangkaian. Tujuan utama menggunakan inti pada transformator adalah untuk mengurangi reluktansi (hambatan magnetis ) dari rangkaian magnetis ( common magnetic circuit ).
Laporan Kerja Praktek 33
3.4 Jenis Transformator
Trafo apabila ditinjau dari kegunaannya dapat dibedakan menjadi bermacam macam antara lain:
3.4.1 Trafo daya atau tenaga