MESIN - MESIN LISTRIK

MAKALAH

MESIN-MESIN LISTRIK

Oleh

Deny Cahyo Nugroho ( 2210 039 010)

PROGRAM STUDI ELEKTRO INDUSTRI KERJASAMA DISNAKERTRANSDUK

JURUSAN D3 TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA 2012

TUGAS MAKALAH

MESIN – MESIN LISTRIK

OLEH :

NAMA : Deny cahyo Nugroho

NRP : 2210 039 010

PROGRAM STUDI ELEKTRO INDUSTRI KERJASAMA DISNAKERTRANSDUK

JURUSAN D3 TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA 2012

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Pendahuluan

Prinsip dasar dari sebuah mesin listrik adalah konversi energi elektromekanik, yaitu konversi dari energi listrik ke energi mekanik atau sebaliknya dari energi mekanik ke energi listrik. Alat yang dapat mengubah (mengkonversi) energy mekanik ke energi listrik disebut generator, dan apabila mesin melakukan proses konversi sebaliknya yaitu dari energy listrik ke energi mekanik disebut motor. Selain generator dan motor, transformator juga termasuk alat listrik yang menjadi bahasan pada saat mempelajari mesin, meskipun energi yang masuk dan yang keluar dari transformator sama yaitu energi listrik. Pada transformator energi listrik yang diberikan pada lilitan akan mengakibatkan timbulnya medan magnet pada inti besi dan selanjutnya diubah kembali menjadi energi listrik.

Mesin listrik mulai dikenal tahun 1831 dengan adanya penemuan oleh Michael Faraday mengenai induksi elektromagnetik yang menjadi prinsip kerja motor listrik. Percobaan mengenai konsep mesin listrik di laboratorium-laboratorium terus dilakukan sampai tahun 1870 saat Thomas Alfa Edison memulai pengembangan generator arus searah secara komersial untuk mendukung distribusi tenaga listrik yang berguna bagi penerangan listrik di rumah-rumah.

Kejadian yang penting dalam sejarah mesin listrik adalah dengan dipantenkannya motor induksi tiga fasa oleh Nikola Tesla pada tahun 1888. Konsep Tesla mengenai arus bolak-balik selanjutnya dikembangkan oleh Charles Steinmetz pada dekade berikutnya, sehingga pada tahun 1890 transformator dapat diwujudkan, sekaligus menjadi pembuka jalan untuk melakukan transmisi daya listrik jarak jauh.

Meskipun konsep mesin listrik yang digunakan saat ini tidak berbeda dari sebelumnya, tetapi perbaikan dan proses pengembangan tidak berhenti. Pengembangan bahan ferromagnetic dan isolasi terus dilakukan untuk

meningkatkan kemampuan daya yang lebih besar dibandingkan dengan mesin listrik yang digunakan sekarang ini.

Mesin listrik memegang peranan yang sangat penting dalam industri maupun dalam kehidupan sehari-hari. Pada power plant digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik, di industri digunakan sebagai penggerak peralatan mekanik, seperti mesin pembuat tekstil, pembuat baja, dan mesin pembuat kertas. Dalam kehidupan sehari-hari mesin listrik banyak dimanfaatkan pada peralatan rumah tangga listrik, kendaraan bermotor, peralatan kantor, peralatan kesehatan, dan sebagainya.

Ada tiga katagori utama untuk mesin putar (rotating machines) atau mesin dinamis yaitu mesin arus searah, mesin induksi, dan mesin sinkron. Dari kategori utama ini dikelompokkan lagi atas generator dan motor. Transformator termasuk katagori mesin statis, dan berdasarkan fasanya dibagi atas transformator satu fasa dan tiga fasa.

1.2 Latar Belakang

Pada saat ini, mesin listrik sangat berperan penting dalam kehidupan sehari-hari manusia karena kemajuan teknologi yang menggunakan mesin. Pada power plant digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik, di industri digunakan sebagai penggerak peralatan mekanik, seperti mesin pembuat tekstil, pembuat baja, dan mesin pembuat kertas. Dalam kehidupan sehari-hari mesin listrik banyak dimanfaatkan pada peralatan rumah tangga listrik, kendaraan bermotor, peralatan kantor, peralatan kesehatan, dan sebagainya.

System control dalam penggunaan mesin listrik terus ditingkatkan untuk memudahkan pekerjaan manusia. Dalam distribusi listrik dan industry, tanpa adanya mesin listrik tidak akan berjalan produksi, bisa dengan manual manusia. Memiliki karakteristik dan prinsip kerja serta konstruksi yang berbeda.

Dalam makalah ini, dibahas tentang semua mesin listrik yaitu motor listrik ( motor AC dan DC ), generator AC dan DC, transformator dan system distribusi listrik dari pembangkit hingga ke rumah tangga.

1.3 Tujuan

Tujuan dari pembuatan makalah ini adalah:

1. Mengetahui tentang generator dan macam- macamnya 2. Mengetahui tentang motor dan macam- macamny

3. Mengetahui tentang transformator dan macam- macamnya 4. Mengetahui tentang tegangan jala- jala pada pembangkit

5. Mengetahui tentang alat- alat dalam peralatan listrik yang digunakan dalam praktikum beserta cara kerjanya.

1.4 Metode Penulisan

Dalam penulisan laporan ini metode yang dilakukan adalah Library research, yaitu mencari data-data tentang materi permasalahan dari buku-buku maupun referensi lainnya yang dianggap relevan.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Motor Listrik

Motor listrik termasuk kedalam kategori mesin listrik dinamis dan merupakan sebuah perangkat elektromagnetik yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya, memutarimpeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dll. Motor listrik digunakan juga di rumah (mixer, bor listrik, fan angin) dan di industri. Motor listrik kadangkala disebut “kuda kerja” nya industri sebab diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri.

Gambar 1 Motor Listrik

Prinsip Kerja Motor Listrik :

 Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya

 Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran/loop, maka kedua sisiloop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan.

 Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar/torque untuk memutar kumparan.

 Motor-motor memiliki beberapaloop pada dinamonya untuk memberikan tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan.

Dalam memahami sebuah motor listrik, penting untuk mengerti apa yang dimaksud dengan beban motor. Beban mengacu kepada keluaran tenaga putar/torsi sesuai dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan kedalam tiga kelompok:

 Beban torsi konstan, adalah beban dimana permintaan keluaran energinya bervariasi dengan kecepatan operasinya, namun torsi nya tidak bervariasi. Contoh beban dengan torsi konstan adalah conveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan.

 Beban dengan torsi variabel, adalah beban dengan torsi yang bervariasi dengan kecepatan operasi. Contoh beban dengan torsi variabel adalah pompa sentrifugal dan fan (torsi bervariasi sebagai kwadrat kecepatan).  Beban dengan energi konstan, adalah beban dengan permintaan torsi yang

berubah dan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban dengan daya konstan adalah peralatan-peralatan mesin.

Jenis Motor Listrik

Bagian ini menjelaskan tentang dua jenis utama motor listrik: motor DC dan motor AC. Motor tersebut diklasifikasikan berdasarkan pasokan input, konstruksi, dan mekanisme operasi, dan dijelaskan lebih lanjut dalam bagan dibawah ini.

Bagan Jenis – Jenis Motor Listrik 2.1.1 Motor DC ( Arus Searah )

Motor DC/arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung yang tidak langsung/direct-unidirectional. Motor DC digunakan pada penggunaan khusus dimana diperlukan penyalaan torsi yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan yang luas. Motor DC memerlukan suplai tegangan yang searah pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Kumparan medan pada motor dc disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Jika terjadi putaran pada kumparan jangkar dalam pada medan magnet, maka akan timbul tegangan (GGL) yang berubah-ubah arah pada setiap setengah putaran, sehingga merupakan tegangan bolak-balik. Prinsip kerja dari arus searah adalah membalik phasa tegangan dari gelombang yang mempunyai nilai positif dengan menggunakan komutator, dengan demikian arus yang berbalik arah dengan kumparan jangkar yang berputar dalam medan magnet. Bentuk motor paling sederhana memiliki kumparan satu lilitan yang bias berputar bebas di antara kutub-kutub magnet permanen.

Sebuah motor DC yang memiliki tiga komponen utama:

 Kutub medan. Secara sederhada digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang stasioner dan dinamo yang

menggerakan bearing pada ruang diantara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan: kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar melintasi bukaan diantara kutub-kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari luar sebagai penyedia struktur medan.

 Dinamo. Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan menjadi elektromagnet. Dinamo yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor DC yang kecil, dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi, arusnya berbalik untuk merubah kutub-kutub utara dan selatan dinamo.

 Kommutator. Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah untuk membalikan arah arus listrik dalam dinamo. Kommutator juga membantu dalam transmisi arus antara dinamo dan sumber daya.

Gambar 4 Motor DC Sederhana

Keuntungan utama motor DC adalah kecepatannya mudah dikendalikan dan tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor DC ini dapat dikendalikan dengan mengatur:

 Tegangan dinamo – meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan kecepatan.

 Arus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan.

Prinsip Kerja Motor DC

Prinsip motor listrik berdasarkan pada kaidah tangan kiri. Sepasang magnet permanen utara - selatan menghasilkan garis medan magnet Φ, kawat penghantar diatas telapak tangan kiri ditembus garis medan magnet Φ. Jika kawat dialirkan arus listrik DC sebesar I searah keempat jari tangan, maka kawat mendapatkan gaya sebesar F searah ibu jari (Gambar 5). Bagaimana kalau posisi utara-selatan magnet permanen dibalik? Ke mana arah gaya yang dirasakan batang kawat? lakukan peragaan dengan tangan kiri Anda. Percobaan sederhana prinsip kerja motor dapat dilakukan dengan menggunakan sepasang magnet permanen berbentuk U, sebatang kawat digantung di kedua sisi ujungnya, pada ujung kawat dihubungkan sumber listrik DC (Gambar 6). Arus listrik mengalir dari terminal positif (+) ke batang kawat sebesar I ampere ke terminal negatif (-). Kawat yang dipotong garis medan magnet, pada batang dihasilkan gaya tolak sebesar F searah panah. Besarnya gaya F yang dibangkitkan:

Dimana :

F : Gaya pada kawat ( Newton ) B : Kerapatan medan magnet ( Tesla ) I : Arus mengalir di kawat ( Amper ) L : Panjang kawat efektif ( meter ) z : Jumlah belitan kawat

Konstruksi motor DC terdiri dari dua bagian, yaitu stator bagian motor yang diam dan rotor bagian motor yang berputar. Belitan stator merupakan elektromagnet, dengan penguat magnet terpisah F1-F2. Belitan jangkar ditopang oleh poros dengan ujung-ujungnya terhubung ke komutator dan sikat arang A1-A2. Arus listrik DC pada penguat magnet mengalir dari F1 menuju F2 menghasilkan medan magnet yang memotong belitan jangkar. Belitan jangkar diberikan listrik DC dari A2 menuju ke A1. Sesuai kaidah tangan kiri jangkar akan berputar berlawanan jarum jam.

Hubungan Belita Penguat medan dan Jangkar Motor DC

Terjadinya gaya torsi pada jangkar disebabkan oleh hasil interaksi dua garis medan magnet. Kutub magnet menghasilkan garis medan magnet dari utaraselatan melewati jangkar. Belitan jangkar yang dialirkan arus listrik DC mengasilkan magnet dengan arah kekiri ditunjukkan panah Gambar 8 . Interaksi kedua magnet berasal dari stator dengan magnet yang dihasilkan jangkar mengakibatkan jangkar mendapatkan gaya torsi putar berlawanan arah jarus jam. Untuk mendapatkan medan magnet stator yang dapat diatur, maka dibuat belitan electromagnet yang dapat diatur besarnya arus eksitasinya.

Gambar 8 Proses Pembangkitan Torsi Motor DC

Percobaan untuk mengecek apakah belitan jangkar berfungsi dengan baik, tidak ada yang putus atau hubungsingkat dengan inti jangkarnya periksa Gambar 9. Poros jangkar ditempatkan pada dudukan yang bisa berputar bebas. Alirkan listrik

DC melalui komutator, dekatkan sebuah kompas dengan jangkar, lakukan pengamatan jarum kompas akan berputar ke arah jangkar.

Gambar 9 Pengecekan sifat elektromagnetik pada jangkar motor DC

Jenis-Jenis Motor DC/Arus Searah

Motor DC sumber daya terpisah/ Separately Excited .

Jika arus medan dipasok dari sumber terpisah maka disebut motor DC sumber daya terpisah/separately excited. Motor DC penguat terpisah dikenal pada terminal box dimana belitan jangkarnya A1-A2 dan belitan penguat terpisah F1-F2 (Gambar 10). Aliran listrik dari sumber DC positif (+) melewati tahanan geser untuk starting awal, menuju terminal A1, ke belitan jangkar ke terminal A2 menuju negatif (-). Penguat terpisah dari sumber DC positif (+), menuju F2 belitan terpisah terminal F1 melewati tahanan geser pengatur arus eksitasi menuju negatif (-). Tahanan depan digunakan saat starting agar arus jangkar terkendali dan tidak merusak belitan jangkar atau merusak komutatornya. Tahanan geser pengatur arus eksitasi penguat terpisah F1-F2 mengatur putaran dalam range yang sempit, misalnya dari putaran maksimum 1.500 rpm sampai 1.400 rpm saja. Karakteristik putaran terhadap pembebanan momen, saat beban nol putaran motor pada posisi n0, motor diberikan beban maksimum putaran motor menjadi nn.

Pada motor shunt, gulungan medan (medan shunt) disambungkan secara paralel dengan gulungan dinamo (A) seperti diperlihatkan dalam gambar 4. Oleh karena itu total arus dalam jalur merupakan penjumlahan arus medan dan arus dinamo.

Gambar 12 Starting Motor DC Shunt.

Berikut tentang kecepatan motor shunt (E.T.E., 1997):

 Kecepatan pada prakteknya konstan tidak tergantung pada beban (hingga torsi tertentu setelah kecepatannya berkurang, lihat Gambar 4) dan oleh karena itu cocok untuk penggunaan komersial dengan beban awal yang rendah, seperti peralatan mesin.

 Kecepatan dapat dikendalikan dengan cara memasang tahanan dalam susunan seri dengan dinamo (kecepatan berkurang) atau dengan memasang tahanan pada arus medan (kecepatan bertambah).

Motor DC belitan Shunt dilihat dari terminal box terdapat rangkaian jangkar A1-A2 dan belitan Shunt E1-E2. Pengendali motor DC Shunt terdiri dua tahanan geser yang memiliki fungsi berbeda. Satu tahanan geser difungsikan untuk starting motor DC, disambungkan seri dengan jangkar A1- A2 tujuannya agar arus starting terkendali. Satu tahanan geser dihubungkan dengan belitan Shunt E1-E2, untuk mengatur arus eksitasi Shunt. Aliran dari sumber DC positif (+) melewati tahanan geser ke terminal A1, melewati rangkaian jangkar dengan belitan bantu, ke terminal A2, menuju sumber DC negatif (-). Dari positif sumber DC setelah melewati tahanan geser, menuju terminal E1, ke belitan Shunt, ke terminal E2 selanjutnya kembali ke sumber DC negatif (-).

Gambar 13 Rangkaian motor DC belitan Shunt

gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara seri dengan gulungan dinamo (A) seperti ditunjukkan dalam gambar 5 . Oleh karena itu, arus medan sama dengan arus dinamo. Berikut tentang kecepatan motor seri ,

 Kecepatan dibatasi pada 5000 RPM.

 Harus dihindarkan menjalankan motor seri tanpa ada beban sebab motor akan mempercepat tanpa terkendali.

Motor-motor seri cocok untuk penggunaan yang memerlukan torque penyalaan awal yang tinggi, seperti derek dan alat pengangkat hoist (lihat Gambar 13).

Gambar 11 Starting Motor DC Seri

Motor DC Seri mudah dikenali dari terminal box memiliki belitan jangkar notasi A1-A2 dan elitan seri notasi D1-D2. Dalam rangkaian jangkar A1-A2 terdapat dua belitan penguat yaitu kutub bantu dan kutub kompensasi keduanya berfungsi untuk memperbaiki efek reaksi jangkar. Aliran sumber DC positif (+), melewati tahanan depan RV yang fungsinya untuk starting awal motor seri, selanjutnya ke terminal A1, melewati jangkar ke terminal A2, dikopel dengan D1, melewati belitan menuju ke terminal negatif (-). Belitan seri D1-D2 memiliki penampang besar dan jumlah belitannya sedikit. Karena dihubungkan seri dengan belitan jangkar, maka arus eksitasi belitan sebanding dengan arus beban. Ketika beban dinaikkan, arus beban meningkat, dan justru putaran akan menurun.

Motor DC Kompon/Gabungan.

Motor Kompon DC merupakan gabungan motor seri dan shunt. Pada motor kompon, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara paralel dan seri dengan gulungan dinamo (A) seperti yang ditunjukkan dalam gambar 14. Sehingga, motor kompon memiliki torque penyalaan awal yang bagus dan kecepatan yang stabil. Makin tinggi persentase penggabungan (yakni persentase

gulungan medan yang dihubungkan secara seri), makin tinggi pula torque penyalaan awal yang dapat ditangani oleh motor ini. Contoh, penggabungan 40-50% menjadikan motor ini cocok untuk alat pengangkat hoist dan derek, sedangkan motor kompon yang standar (12%) tidak cocok (myElectrical, 2005).

Gambar 14 Starting Motor DC Kompon

Motor DC Belitan Kompound merupakan penggabungan dua karakteristik dari motor DC belitan seri dengan motor DC belitan. Pada terminal box memiliki enam terminal, terdiri rangkaian jangkar A1-A2, belitan Shunt E1-E2 dan belitan seri D1-D2. Memiliki dua tahanan geser, satu tahanan geser untuk mengatur starting motor diseri dengan rangkaian jangkar A1-A2. Tahanan geser satunya mengatur arus eksitasi menuju belitan Shunt E1- E2. Aliran sumber DC positif (+) melewati tahanan geser untuk starting, menuju terminal A1, ke rangkaian jangkar dan belitan kutub bantu, ke terminal A2, dikopel terminal D1, ke belitan seri, ke terminal D2 ke sumber DC negatif (-). Sumber DC positif (+) melewati tahanan geser mengatur arus eksitasi ke terminal E1, ke belitan Shunt, ke terminal E2, dikopel terminal D2 kembali ke sumber DC negatif (-).

Pengaturan putaran dilakukan dengan pengaturan medan Shunt, dengan range putaran relatif rendah dalam orde ratusan rpm, putaran maksimal 1.500 rpm dan putaran minimal 1.400 rpm. Untuk mendapatkan range pengaturan putaran yang lebar dilakukan dengan mengatur tegangan yang masuk ke rangkaian jangkarnya.

Gambar 15 Rangkaian motor Gambar 16 Karakteristik DC belitan compound putaran motor DC compound

2.1.2 Motor AC/Arus Bolak-Balik

Motor AC/arus bolak-balik menggunakan arus listrik yang membalikkan arahnya secara teratur pada rentang waktu tertentu. Motor listrik AC memiliki dua buah bagian dasar listrik: "stator" dan "rotor" seperti ditunjukkan dalam Gambar .

Stator merupakan komponen listrik statis. Rotor merupakan komponen listrik berputar untuk memutar as motor. Keuntungan utama motor DC terhadap motor AC adalah bahwa kecepatan motor AC lebih sulit dikendalikan. Untuk mengatasi kerugian ini, motor AC dapat dilengkapi dengan penggerak frekwensi variabel untuk meningkatkan kendali kecepatan sekaligus menurunkan dayanya.

Jenis-Jenis Motor AC/Arus Bolak-Balik

Motor sinkron

Motor sinkron adalah motor AC yang bekerja pada kecepatan tetap pada sistim frekwensi tertentu. Motor ini memerlukan arus searah (DC) untuk

pembangkitan daya dan memiliki torque awal yang rendah, dan oleh karena itu motor sinkron cocok untuk penggunaan awal dengan beban rendah, seperti kompresor udara, perubahan frekwensi dan generator motor. Arus searah (DC) untuk menghasilkan fluks pada kumparan medan dialirkan ke rotor melalui cincin dan sikat . Motor sinkron mampu untuk memperbaiki faktor daya sistim, sehingga sering digunakan pada sistim yang menggunakan banyak listrik. Mesin sinkron mempunyai kumparan jangkar pada stator dan kumparan medan pada rotor. Kumparan jangkarnya berbentuk sama dengan mesin induksi, sedangkan kumparan medan mesin sinkron dapat berbentuk kutub sepatu (salient) atau kutub dengan celah udara sama rata (rotor silinder).

Gambar 17 Motor sinkron Komponen utama motor sinkron

 Rotor. Perbedaan utama antara motor sinkron dengan motor induksi adalah bahwa rotor mesin sinkron berjalan pada kecepatan yang sama dengan perputaran medan magnet. Hal ini memungkinkan sebab medan magnet rotor tidak lagi terinduksi. Rotor memiliki magnet permanen atau arus DC-excited, yang dipaksa untuk mengunci pada posisi tertentu bila dihadapkan dengan medan magnet lainnya.

 Stator. Stator menghasilkan medan magnet berputar yang sebanding dengan frekwensi yang dipasok.

Gambarb18 Terjadinya torsi pada motor sinkron (a) tanpa beban (b) kondisi berbeban (c) kurva karakteristik torsi.

Gambar 18 memperlihatkan keadaan terjadinya torsi pada motor sinkron. Keadaan ini dapat dijelaskan sebagai berikut: apabila kumparan jangkar (pada stator) dihubungkan dengan sumber tegangan tiga fasa maka akan mengalir arus tiga fasa pada kumparan. Arus tiga fasa pada kumparan jangkar ini menghasilkan medan putar homogen (BS). Berbeda dengan motor induksi, motor sinkron mendapat eksitasi dari sumber DC eksternal yang dihubungkan ke rangkaian rotor melalui slip ring dan sikat. Arus DC pada rotor ini menghasilkan medan magnet rotor (BR) yang tetap.

Motor induksi

Motor induksi merupakan motor yang paling umum digunakan pada berbagai peralatan industri. Popularitasnya karena rancangannya yang sederhana, murah dan mudah didapat, dan dapat langsung disambungkan ke sumber daya AC.

Komponen Motor induksi memiliki dua komponen listrik utama :

 Rotor

Motor induksi menggunakan dua jenis rotor:

a. Rotor kandang tupai terdiri dari batang penghantar tebal yang dilekatkan dalam petak-petak slots paralel. Batang-batang tersebut diberi hubungan pendek pada kedua ujungnya dengan alat cincin hubungan pendek.

b. Lingkaran rotor yang memiliki gulungan tiga fase, lapisan ganda dan terdistribusi. Dibuat melingkar sebanyak kutub stator. Tiga fase digulungi kawat pada bagian dalamnya dan ujung yang lainnya dihubungkan ke cincin kecil yang dipasang pada batang as dengan sikat yang menempel padanya.

 Stator

Stator dibuat dari sejumlah stampings dengan slots untuk membawa gulungan tiga fase. Gulungan ini dilingkarkan untuk sejumlah kutub yang tertentu. Gulungan diberi spasi geometri sebesar 120 derajat .

2.2 Generator Listrik 2.2.1 Generator DC

Generator DC merupakan sebuah perangkat mesin listrik dinamis yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Generator DC menghasilkan arus DC / arus searah. Generator DC dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan dari rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya terhadap jangkar (anker), jenis generator DC yaitu:

 Generator shunt  Generator kompon Konstruksi Generator DC

Pada umumnya generator DC dibuat dengan menggunakan magnet permanent dengan 4-kutub rotor, regulator tegangan digital, proteksi terhadap beban lebih, starter eksitasi, penyearah, bearing dan rumah generator atau casis, serta bagian rotor. Gambar 22 menunjukkan gambar potongan melintang konstruksi generator DC.

Gambar 22 Konstruksi Generator DC

Generator DC terdiri dua bagian, yaitu stator, yaitu bagian mesin DC yang diam, dan bagian rotor, yaitu bagian mesin DC yang berputar. Bagian stator terdiri dari: rangka motor, belitan stator, sikat arang, bearing dan terminal box. Sedangkan bagian rotor terdiri dari komutator, belitan rotor, kipas rotor dan poros rotor. Bagian yang harus menjadi perhatian untuk perawatan secara rutin adalah sikat arang yang akan memendek dan harus diganti secara berkala.

Prinsip kerja Generator DC

Pembangkitan tegangan induksi oleh sebuah generator diperoleh melalui dua cara:  dengan menggunakan cincin-seret, menghasilkan tegangan

induksi bolak-balik.

 dengan menggunakan komutator, menghasilkan tegangan DC.

Jika rotor diputar dalam pengaruh medan magnet, maka akan terjadi perpotongan medan magnet oleh lilitan kawat pada rotor. Hal ini akan menimbulkan tegangan induksi. Tegangan induksi terbesar terjadi saat rotor menempati posisi seperti Gambar 2 (a) dan (c). Pada posisi ini terjadi perpotongan medan magnet secara maksimum oleh penghantar. Sedangkan posisi jangkar pada Gambar 2.(b), akan menghasilkan tegangan induksi nol. Hal ini karena tidak adanya perpotongan medan magnet dengan penghantar pada jangkar atau rotor. Daerah medan ini disebut daerah netral.

Gambar 24 Tegangan Rotor yang dihasilkan melalui cincin-seret dan komutator.

Jika ujung belitan rotor dihubungkan dengan slip-ring berupa dua cincin (disebut juga dengan cincin seret), seperti ditunjukkan Gambar 3.(1), maka dihasilkan listrik AC (arus bolak-balik) berbentuk sinusoidal. Bila ujung belitan rotor dihubungkan dengan komutator satu cincin Gambar 3.(2) dengan dua belahan, maka dihasilkan listrik DC dengan dua gelombang positip.

Rotor dari generator DC akan menghasilkan tegangan induksi bolak-balik. Sebuah komutator berfungsi sebagai penyearah tegangan AC. Besarnya tegangan yang dihasilkan oleh sebuah generator DC, sebanding dengan banyaknya putaran dan besarnya arus eksitasi (arus penguat medan).

Jangkar Generator DC

Jangkar adalah tempat lilitan pada rotor yang berbentuk silinder beralur. Belitan tersebut merupakan tempat terbentuknya tegangan induksi. Pada umumnya jangkar terbuat dari bahan yang kuat mempunyai sifat feromagnetik dengan permiabilitas yang cukup besar.

Gambar 25 Jangkar Generator DC. Reaksi Jangkar

Fluks magnet yang ditimbulkan oleh kutub-kutub utama dari sebuah generator saat tanpa beban disebut Fluks Medan Utama (Gambar 26). Fluks ini memotong lilitan jangkar sehingga timbul tegangan induksi.

Gambar 26 Medan Eksitasi Generator DC

Bila generator dibebani maka pada penghantar jangkar timbul arus jangkar. Arus jangkar ini menyebabkan timbulnya fluks pada penghantar jangkar tersebut dan biasa disebut FIuks Medan Jangkar (Gambar 27).

Gambar 27 Medan Jangkar dari Generator DC (a) dan Reaksi Jangkar (b).

Munculnya medan jangkar akan memperlemah medan utama yang terletak disebelah kiri kutub utara, dan akan memperkuat medan utama yang terletak di sebelah kanan kutub utara. Pengaruh adanya interaksi antara medan utama dan medan jangkar ini disebut reaksi jangkar. Reaksi jangkar ini mengakibatkan medan utama tidak tegak lurus pada garis netral n, tetapi bergeser sebesar sudut α. Dengan kata lain, garis netral akan bergeser. Pergeseran garis netral akan melemahkan tegangan nominal generator. Reaksi jangkar ini dapat juga diatasi

dengan kompensasi yang dipasangkan pada kaki kutub utama baik pada lilitan kutub utara maupun kutub selatan, seperti ditunjukkan pada gambar 28 (a) dan 28 (b), generator dengan komutator dan lilitan kompensasinya.

Kini dalam rangkaian generator DC memiliki tiga lilitan magnet, yaitu:  Lilitan magnet utama

 Lilitan magnet bantu (interpole)  Lilitan magnet kompensasi Jenis-Jenis Generator DC

Seperti telah disebutkan diawal, bahwa generator DC berdasarkan dari rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya terhadap jangkar (anker) dibagi menjadi 3 jenis, yaitu:

 Generator penguat terpisah  Generator shunt

 Generator kompon Generator Penguat Terpisah

Pada generator penguat terpisah, belitan eksitasi (penguat eksitasi) tidak terhubung menjadi satu dengan rotor. Terdapat dua jenis generator penguat terpisah, yaitu: - Penguat elektromagnetik (Gambar 29.a)

 Magnet permanent / magnet tetap (Gambar 29.b)

Gambar 29 Generator Penguat Terpisah.

Energi listrik yang dihasilkan oleh penguat elektromagnet dapat diatur melalui pengaturan tegangan eksitasi. Pengaturan dapat dilakukan secara elektronik atau magnetik. Generator ini bekerja dengan catu daya DC dari luar yang dimasukkan melalui belitan F1-F2. Penguat dengan magnet permanen menghasilkan tegangan output generator yang konstan dari terminal rotor A1-A2.

Karakteristik Generator Penguat Terpisah

Gambar 30 Karakteristik Generator Penguat Terpisah Pada gambar menunjukkan:

a) Karakteristik generator penguat terpisah saat eksitasi penuh (Ie 100%) dan saat eksitasi setengah penuh (Ie 50%). Ie adalah arus eksitasi, I adalah arus beban.Tegangan output generator akan sedikit turun jika arus beban semakin besar.

b) Kerugian tegangan akibat reaksi jangkar.

c) Perurunan tegangan akibat resistansi jangkar dan reaksi jangkar, selanjutnya mengakibatkan turunnya pasokan arus penguat ke medan magnet, sehingga tegangan induksi menjadi kecil.

Generator Shunt

Pada generator shunt, penguat eksitasi E1-E2 terhubung paralel dengan rotor (A1-A2). Tegangan awal generator diperoleh dari magnet sisa yang terdapat pada medan magnet stator. Rotor berputar dalam medan magnet yang lemah, dihasilkan tegangan yang akan memperkuat medan magnet stator, sampai dicapai tegangan nominalnya. Pengaturan arus eksitasi yang melewati belitan shunt E1-E2 diatur oleh tahanan geser. Makin besar arus eksitasi shunt, makin besar medan penguat shunt yang dihasilkan, dan tegangan terminal meningkat sampai mencapai tegangan nominalnya. Diagram rangkaian generator shunt dapat dilihat pada Gambar 31

Gambar 31 Diagram Rangkaian Generator Shunt

Jika generator shunt tidak mendapatkan arus eksitasi, maka sisa megnetisasi tidak akan ada, atau jika belitan eksitasi salah sambung atau jika arah putaran terbalik, atau rotor terhubung-singkat, maka tidak akan ada tegangan atau energi listrik yang dihasilkan oleh generator tersebut.

Karakteristik Generator Shunt

Gambar Karakteristik Generator Shunt.

Tegangan output akan turun lebih banyak untuk kenaikan arus beban yang sama, dibandingkan dengan tegangan output pada generator penguat terpisah. Generator Kompon

Generator kompon mempunyai dua penguat eksitasi pada inti kutub utama yang sama. Satu penguat eksitasi merupakan penguat shunt, dan lainnya merupakan penguat seri. Pengatur medan magnet (D1-D2) terletak di depan belitan shunt.

Gambar 12. Diagram Rangkaian Generator Kompon Karakteristik Generator Kompon

Gambar Karakteristik Generator Kompon

Pada gambar menunjukkan karakteristik generator kompon. Tegangan output generator terlihat konstan dengan pertambahan arus beban, baik pada arus eksitasi penuh maupun eksitasi 50%. Hal ini disebabkan oleh adanya penguatan lilitan seri, yang cenderung naik tegangannya jika arus beban bertambah besar. 2.2.2 Generator AC

Generator arus bolak-balik berfungsi mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik arus bolak-balik. Generator Arus Bolak-balik sering disebut juga seabagai alternator, generator AC (alternating current), atau generator sinkron. Dikatakan generator sinkron karena jumlah putaran rotornya sama dengan jumlah putaran medan magnet pada stator. Kecepatan sinkron ini dihasilkan dari kecepatan putar rotor dengan kutub-kutub magnet yang berputar dengan kecepatan yang sama dengan medan putar pada stator. Mesin ini tidak dapat dijalankan sendiri karena kutub-kutub rotor tidak dapat tiba-tiba mengikuti kecepatan medan putar pada waktu sakelar terhubung dengan jala-jala. Generator arus bolak-balik dibagi menjadi dua jenis, yaitu

a. Generator arus bolak-balik 1 fasa b. Generator arus bolak-balik 3 fasa

Konstruksi Generator Arus Bolak-balik

Konstruksi generator arus bolak-balik ini terdiri dari dua bagian utama, yaitu : (1) stator, yakni bagian diam yang mengeluarkan tegangan bolakbalik, dan (2) rotor, yakni bagian bergerak yang menghasilkan medan magnit yang menginduksikan ke stator. Stator terdiri dari badan generator yang terbuat dari baja yang berfungsi melindungi bagian dalam generator, kotak terminal dan name plate pada generator. Inti Stator yang terbuat dari bahan ferromagnetik yang berlapis-lapis dan terdapat alur-alur tempat meletakkan lilitan stator. Lilitan stator yang merupakan tempat untuk menghasilkan tegangan. Sedangkan, rotor berbentuk kutub sepatu (salient) atau kutub dengan celah udara sama rata (rotor silinder). Konstruksi dari generator sinkron ini dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1 Konstruksi Generator Arus Bolak-balik Prinsip Kerja Generator Arus Bolak-balik

Prinsip kerja generator arus bolak-balik tiga fasa (alternator) pada dasarnya sama dengan generator arus bolak-balik satu fasa, akan tetapi pada generator tiga fasa memiliki tiga lilitan yang sama dan tiga tegangan outputnya berbeda fasa 1200 pada masing-masing fasa seperti ditunjukkan pada Gambar 2.

Rotor :

1. Kutub magnet

2. Lilitan penguat magnet 3. Cincin seret (slip ring) 4. Poros Stator : 1. Rumah Stator 2. Inti satator 3. Lilitan stator 4. Alur stator 5. Kontak hubung 6. Sikat

Gambar 2 Skema Lilitan Stator Generator Tiga Fasa

Besar tegangan generator bergantung pada : 1. Kecepatan putaran (N)

2. Jumlah kawat pada kumparan yang memotong fluk (Z)

3. Banyaknya fluk magnet yang dibangkitkan oleh medan magnet (f) Jumlah Kutub

Jumlah kutub generator arus bolak-balik tergantung dari kecepatan rotor dan frekuensi dari ggl yang dibangkitkan. Hubungan tersebut dapat ditentukan dengan persamaan :

dimana :

f = frekuensi tegangan (Hz) p = jumlah kutub pada rotor n = kecepatan rotor (rpm) Karakteristik Generator

Generator Tanpa Beban (Beban Nol)

Generator arus bolak-balik yang dioperasikan tanpa beban, arus jangkarnya akan nol (Ia = 0) sehingga tegangan terminal Vt = Va = Vo. Karena besar ggl induksi merupakan fungsi dari flux magnet, maka ggl induksi dapat dirumuskan: Ea = f (�), yang berarti pengaturan arus medan sampai kondisi tertentu akan mengakibatkan ggl induksi tanpa beban dalam keadaan saturasi seperti ditunjukkan pada Gambar 3.

f =

pn 120

Gambar 3 Hubungan dan Karakteristik Generator Tanpa Beban

Generator Berbeban

Tiga macam sifat beban jika dihubungkan dengan generator, yaitu : beban resistif, beban induktif, dan beban kapasitif. Akibat pembeban ini akan berpengaruh terhadap tegangan beban dan faktor dayanya. Gambar menunjukkan jika beban generator bersifat resistif mengakibatkan penurunan tegangan relatif kecil dengan faktor daya sama dengan satu. Jika beban generator bersifat induktif terjadi penurunan tegangan yang cukup besar dengan faktor daya terbelakang (lagging). Sebaliknya, Jika beban generator bersifat kapasitif akan terjadi kenaikan tegangan yang cukup besar dengan faktor daya mendahului (leading).

Gambar Karakteristik Berbeban

Hubungan antara tegangan tanpa beban (Eo) dengan tegangan berbeban (V) disebut regulasi tegangan, yang dinyatakan sebagai berikut :

Sistem Penguat (Exciter)

Saat generator dihubungkan dengan beban akan menyebabkan tegangan keluaran generator akan turun, karena medan magnet yang dihasilkan dari arus

penguat relatif konstan. Agar tegangan generator konstan, maka harus ada peningkatan arus penguatan sebanding dengan kenaikan beban. Gambar 5 menunjukkan sistem arus penguatan pada generator dan karakteristik tegangan keluarannya.

Gambar 5 Prinsip Kerja Exciter Generator Keterangan :

Garis lengkung 1 : Karakteristik tegangan keluar tanpa beban yang diperoleh dari medan magnet minimum.

Garis lengkung 2 : Karakteristik tegangan dengan penambahan arus penguatan maksimum

Garis lengkung 3 : Karakteristik yang bervariasi dengan mengatur arus penguatan sesuai kebutuhan beban.

2.3 Transformator

Transformator adalah peralatan pada tenaga listrik yang berfungsi untuk memindahkan/menyalurkan tenaga listrik tegangan rendah ke tegangan menengah atau sebaliknya, sedangkan prinsip kerjanya melalui kopling magnit atau induksi magnit.

Bagian-Bagian Dari Transformator  Inti Besi

Inti besi tersebut berfungsi untuk membangkitkan fluksi yang timbul karena arus listrik dalam belitan atau kumparan trafo, sedang bahan ini terbuat dari lempengan-lempengan baja tipis, hal ini dimaksudkan untuk mengurangi panas yang diakibatkan oleh arus eddy (weddy current).

Kawat email yang berisolasi terbentuk kumparan serta terisolasi baik antar kumparan maupun antara kumparan dan inti besi. Terdapat dua kumparan pada inti tersebut yaitu kumparan primair dan kumparan skunder, bila salah satu kumparan tersebut diberikan tegangan maka pada kumparan akan membangkitkan fluksi pada inti serta menginduksi kumparan lainnya sehingga pada kumparan sisi lain akan timbul tegangan.

Persamaan tegangan induksi :

Transformator :

a). memindahkan daya listrik dari satu sisi ke sisi lainnya. b). tidak ada perubahan frekuensi

c). bekerja berdasarkan induksi elektromagnetis

Transformator ideal

adalah trafo yang rugi-ruginya nol, artinya daya pada belitan primer sama dengan daya dibelitan sekunder. Dalam kondisi trafo tanpa beban, hubungan antara tegangan primer dan sekunder dengan jumlah belitan primer dan sekunder berlaku persamaan :

Garis gaya magnet pada inti trafo tampak pada Belitan primer N1 yang dihubungkan dengan tegangan AC dialiri arus primer I1. Arus primer menghasilkan fluk magnet yang mengalir sepanjang inti besi yang melingkupi juga belitan sekunder N2. Ketika belitan sekunder dipasang kan beban, timbularus sekunder I2 yang menghasilkan fluk magnet yang berlawanan arah dengan fluk magnet arus primer

Macam – macam inti pada trafo Komponen transformator yang penting adalah inti trafo. Inti trafo dibuat dari bahan ferro magnetis berupa plat-plat tipis yang ditumpuk menjadi satu sehingga membentuk inti dengan ketebalan tertentu. Ada beberapa jenis inti trafo, diantaranya

a. Bentuk EI b. Bentuk L c. Bentuk M d. Bentuk UI

Inti transformator EI atau tipe Shell Trafo jenis ini paling banyak dipakai untuk trafo daya kecil puluhan watt sampai daya besar orde kilowatt. Belitan primer dan sekunder digulung pada inti bagian tengah. Belitan primer digulungkan terlebih dulu, setiap lapisan gulungan dipisahkan dengan kertas yang berfungsi sebagai isolasi. Bentuk inti lainnya adalah bentuk M- yang sebenarnya akan membentuk tipe yang sama dengan tipe Shell Bentuk UI atau sering disebut jenis inti banyak dipakai untuk trafo dengan daya kecil untuk peralatan elektronika.

Belitan sekunder trafo jenis Shell diperlihatkan pada gambar dibawah ini. 1. Cara pertama belitan primer dibelitkan diatas tumpang tindih dengan

belitan sekunder.

2. Cara kedua belitan primer dibelitakan diatas, dibawahnya belitan sekunder. 3. Cara ketiga sama dengan cara kedua, ditambahkan isolasi untuk memisahkan

dua belitan.

Jumlah belitan dan penampang kawat belitan primer dan sekunder berbeda ukuran, disesuaikan dengan tegangan dan besarnya arus yang mengalir dimasing belitan primer dan sekunder. Belitan primer

dan sekunder digulung dalam satu kern. Sedangkan inti merupakan pita berbentuk memanjang yang dibelitkan di dua sisi trafo sampai mengisi penuh belitan kawatnya. Selanjutnya kedua gulungan inti diikat dengan pelat sehingga inti tidak terlepas.

Macam – macam trafo Autotransformator

termasuk trafo yang dibuat dengan rancangan berbeda, karena belitan primer dan belitan sekunder menggunakan satu belitan. Sehingga ada belitan yang terhubung seri dan ada belitan yang terhubung secara paralel, Rumus untuk Autotransformator tetap berlaku persamaan :

Autotrafo jumlah belitan primer N1 300 belitan, jumlah belitan sekunder N2 sebanyak 207 belitan. Jika tegangan sekunder U2 sebesar 270 Volt. Besarnya tegangan sisi primer.

Transformator pengukukuran ini di gunakan untuk mengukur arus maupun tegangan pada jala – jala. Dari Panel distribusi dengan tegangan menengah 20 KV atau panel tegangan tinggi 150 KV menggunakan trafo pengukuran tegangan (Potential Transformer = PT), dapat menurunkan tegangan 150KV atau 20KV menjadi 100 V. Untuk arus beban yang lebih besar 50 A dipakai trafo arus (Current Transformer = CT) .untuk menurunkan arus menjadi 1 A atau 5 A. Transformator pengukur tegangan

Trafo arus dalam bentuk portabel untuk kebutuhan pemeriksaan atau pemeliharaan dipakai jenis tang amper dengan sistem digital. Cara penggunaannya sangat praktis, tekan tang amper masukkan kesalah satu kabel phasa yang akan diukur, periksa batas ukurnya dan penunjukan amper terbaca secara digital. Tang amper juga dapat mengukur daya listrik Kwmeter dengan menghubungkan kabel clip-on tegangan ke phasa R, S, T dan N. Tang amper sangat bermanfaat untuk mengukur arus beban tiap-tiap phasa untuk mengetahui keseimbangan arus. Arus beban yang tidak seimbang berpotensi merusak alat listrik. Dengan metode tertentu tang amper bisa digunakan untuk melacak jika terjadi pencurian listrik yang disengaja.

Transformator 3 phasa

Transformator 3 phasa digunakan untuk sistem listrik berdaya besar, baik pada sistem pembangkitan, transmisi maupun distribusi. Transformator 3 phasa yang umum kita lihat pada gardu distribusi daya 250 KVA sampai 630 KVA berbentuk persegi .

Konstruksi transformator 3 phasa untuk daya besar dalam bentuk potongan lihat Inti trafo berbentuk E-I dengan belitan primer an sekunder pada ketiga kaki inti tarfo. Terminal tegangan tinggi (primer) tampak dari

isolator yang panjang. Terminal tegangan rendah (sekunder) dengan terminal lebih pendek. Trafo ditempatkan dalam rumah trafo yang diisi dengan minyak trafo yang berfungsi sebagai pendingin sekaligus isolasi. Secara berkala minyak trafo diganti. Pendinginan rumah trafo disempurnakan dengan dipasang sirip pendingin agar panas mudah diserap oleh udara luar. Bagian terpenting dari trafo 3 phasa. Trafo 3 phasa bisa dibangun dari dua buah trafo satu phasa, atau tiga buah trafo satu phasa. Untuk traffo 3 phasa berukuran berdaya besar, dibangun dari tiga buah trafo satu phasa, tujuannya jika ada salah

satu phasa yang rusak/terbakar, maka trafo yg rusak tersebut dapat diganti dengan cepat dan praktis. Trafo 3 phasa memiliki enam belitan. Tiga belitan primer dan tiga belitan sekunder. Belitan primer diberikan nomor awal 1, belitan 1U1 – 1U2 artinya belitan primer phasa U .Belitan sekunder diberikan notasi nomor awal 2, misalnya 2U2-2U1, artinya belitan sekunder phasa U. Belitan primer atau sekunder dapat dihubungkan secara Bintang atau hubungan Segitiga. Magnetis yang ditumpuk dengan ketebalan tertentu. Pelat tipis dimaksudkan untuk menekan rugi-rugi histerisis dan arus edy pada batas minimal. Tipe U-I terdiri dari tiga inti yang dipasangkan sudut menyudut 1200.ubungan belitan Transformator

2.4 Sistem Distribusi Listrik dan Tegangan Jala-jala

Sistem Distribusi merupakan bagian dari sistem tenaga listrik. Sistem distribusi ini berguna untuk menyalurkan tenaga listrik dari sumber daya listrik besar (Bulk Power Source) sampai ke konsumen. Tenaga listrik yang dihasilkan oleh pembangkit tenaga listrik besar dengan tegangan dari 11 kV sampai 24 kV dinaikan tegangannya oleh gardu induk dengan transformator penaik tegangan menjadi 70 kV ,154kV, 220kV atau 500kV kemudian disalurkan melalui saluran transmisi. Tujuan menaikkan tegangan ialah untuk memperkecil kerugian daya listrik pada saluran transmisi, dimana dalam hal ini kerugian daya adalah sebanding dengan kuadrat arus yang mengalir (I2.R)..

Dari saluran transmisi, tegangan diturunkan lagi menjadi 20 kV dengan transformator penurun tegangan pada gardu induk distribusi, kemudian dengan sistem tegangan tersebut penyaluran tenaga listrik dilakukan oleh saluran distribusi primer. Dari saluran distribusi primer inilah gardu-gardu distribusi mengambil tegangan untuk diturunkan tegangannya dengan trafo distribusi

menjadi sistem tegangan rendah, yaitu 220/380Volt. Selanjutnya disalurkan oleh saluran distribusi sekunder ke konsumen-konsumen.

Untuk kemudahan dan penyederhanaan, lalu diadakan pembagian serta pembatasan-pembatasan seperti pada Gambar :

Daerah I : Bagian pembangkitan (Generation)

Daerah II : Bagian penyaluran (Transmission) , bertegangan tinggi (HV,UHV,EHV)

Daerah III : Bagian Distribusi Primer, bertegangan menengah (6 atau 20kV).

Daerah IV : (Di dalam bangunan pada beban/konsumen), Instalasi, bertegangan rendah.

Berdasarkan pembatasan-pembatasan tersebut, maka diketahui bahwa porsi materi Sistem Distribusi adalah Daerah III dan IV, yang pada dasarnya dapat dikelasifikasikan menurut beberapa cara, dengan ruang lingkup Jaringan Distribusi adalah:

a. SUTM, terdiri dari : Tiang dan peralatan kelengkapannya, konduktor dan peralatan per-lengkapannya, serta peralatan pengaman dan pemutus.

b. SKTM, terdiri dari : Kabel tanah, indoor dan outdoor termination, batu bata, pasir dan lain-lain.

c. Gardu trafo, terdiri dari : Transformator, tiang, pondasi tiang, rangka tempat trafo, LV panel, pipa-pipa pelindung, Arrester, kabel-kabel, transformer band, peralatan grounding, dan lain-lain.

d. SUTR dan SKTR terdiri dari: sama dengan perlengkapan/ material pada SUTM dan SKTM. Yang membedakan hanya dimensinya.

Secara umum, saluran tenaga Listrik atau saluran distribusi dapat diklasifikasikan sebagai berikut:

Menurut nilai tegangannya:

 Saluran distribusi Primer. Terletak pada sisi primer trafo distribusi, yaitu antara titik Sekunder trafo substation (G.I.) dengan titik primer trafo distribusi. Saluran ini bertegangan menengah 20kV. Jaringan listrik 70 kV atau 150 kV, jika langsung melayani pelanggan , bisa disebut jaringan distribusi.

 Saluran Distribusi Sekunder, Terletak pada sisi sekunder trafo distribusi, yaitu antara titik sekunder dengan titik cabang menuju beban (Lihat Gambar)

 Menurut bentuk tegangannya:

a. Saluran Distribusi DC (Direct Current) menggunakan sistem tegangan searah.

b. Saluran Distribusi AC (Alternating Current) menggunakan sistem tegangan bolak-balik.

a. Saluran udara, dipasang pada udara terbuka dengan bantuan support (tiang) dan perlengkapannya, dibedakan atas:

- Saluran kawat udara, bila konduktornya telanjang, tanpa isolasi pembungkus.

- Saluran kabel udara, bila konduktornya terbungkus isolasi.

b. Saluran Bawah Tanah, dipasang di dalam tanah, dengan menggunakan kabel tanah (ground cable).

c. Saluran Bawah Laut, dipasang di dasar laut dengan menggunakan kabel laut (submarine cable).

Menurut susunan (konfigurasi) salurannya: a. Saluran Konfigurasi horisontal:

Bila saluran fasa terhadap fasa yang lain/terhadap netral, atau saluran positip terhadap negatip (pada sistem DC) membentuk garis horisontal.

b.Saluran Konfigurasi Vertikal:

Bila saluran-saluran tersebut membentuk garis vertikal c. Saluran konfigurasi Delta:

Bila kedudukan saluran satu sama lain membentuk suatu segitiga (delta).

Gambar.a Gambar.b

Gambar.c Menurut Susunan Rangkaiannya

Dari uraian diatas telah disinggung bahwa sistem distribusi di bedakan menjadi dua yaitu sistem distribusi primer dan sistem distribusi sekunder.

 Jaringan Sistem Distribusi Primer

Sistem distribusi primer diguna kan untuk menyalurkan tenaga listrik dari gardu induk distribusi ke pusat-pusat beban. Sistem ini dapat mengguna kan saluran udara, kabel udara, maupun kabel tanah sesuai dengan tingkat keandalan yang diinginkan dan kondisi serta situasi lingkungan. Saluran distribusi ini direntangkan sepanjang daerah yang akan di suplai tenaga listrik sampai ke pusat beban. Terdapat bermacam-macam bentuk rangkaian jaringan distribusi primer. 1) Jaringan Distribusi Radial.

Bila antara titik sumber dan titik bebannya hanya terdapat satu saluran (line), tidak ada alternatif saluran lainnya. Bentuk Jaringan ini merupakan bentuk dasar, paling sederhana dan paling banyak digunakan. Dinamakan radial karena saluran ini ditarik secara radial dari suatu titik yang merupakan sumber dari jaringan itu,dan dicabang-cabang ke titik-titik beban yang dilayani. Catu daya berasal dari satu titik sumber dan karena adanya pencabangan- pencabangan tersebut, maka arus beban yang mengalir sepanjang saluran menjadi tidak sama besar. Oleh karena kerapatan arus (beban) pada setiap titik sepanjang saluran tidak sama besar, maka luas penampang konduktor pada jaringan bentuk radial ini ukurannya tidak harus sama. Maksudnya, saluran utama (dekat sumber) yang menanggung arus beban besar, ukuran penampangnya relatip besar, dan saluran cabang cabangnya makin ke ujung dengan arus beban yang lebih kecil, ukurannya lebih kecil pula. Spesifikasi dari jaringan bentuk radial ini adalah:

a). Bentuknya sederhana.(+)

b). Biaya investasinya relatip murah.(+)

c). Kualitas pelayanan dayanya relatip jelek, karena rugi tegangan dan rugi daya yang terjadi pada saluran relatip besar.(-)

d). Kontinyuitas pelayanan daya tidak terjamin, sebab antara titik sumber dan titik beban hanya ada satu alternatif saluran sehingga bila saluran tersebut mengalami gangguan, maka seluruh rangkaian sesudah titik gangguan akan mengalami "black out" secara total.(-).

Untuk melokalisir gangguan, pada bentuk radial ini biasanya diperlengkapi dengan peralatan pengaman berupa fuse, sectionaliser, recloser, atau alat pemutus beban lainnya, tetapi fungsinya hanya membatasi daerah yang mengalami pemadaman total, yaitu daerah saluran sesudah/dibelakang titik gangguan, selama gangguan belum teratasi. Jadi, misalkan gangguan terjadi di titik F, maka daerah beban K, L dan M akan mengalami pemadaman total (Gambar 2-10). Jaringan distribusi radial ini memiliki beberapa bentuk modifikasi, antara lain:

(1). Radial tipe pohon.

(2). Radial dengan tie dan switch pemisah. (3). Radial dengan pusat beban.

(4). Radial dengan pembagian phase area. (1) Jaringan Radial tipe Pohon

Bentuk ini merupakan bentuk yang paling dasar. Satu saluran utama dibentang menurut kebutuhannya, selanjutnya dicabangkan dengan saluran cabang (lateral penyulang) dan lateral penyulang ini dicabang-cabang lagi dengan sublateral penyulang (anak cabang). Sesuai dengan kerapatan

arus yang ditanggung masing-masing saluran, ukuran penyulang utama adalah yang terbesar, ukuran lateral adalah lebih kecil dari penyulang utama, dan ukuran sub lateral adalah yang terkecil.

Bentuk ini merupakan modifikasi bentuk dasar dengan menambahkan tie dan switch pemisah, yang diperlukan untuk mempercepat pemulihan pelayanan bagi konsumen, dengan cara menghubungkan areaarea yang tidak terganggu pada penyulang yang bersangkutan, dengan penyulang di sekitarnya. Dengan demikian bagian penyulang yang terganggu dilokalisir, dan bagian penyulang lainnya yang "sehat" segera dapat dioperasikan kembali, dengan cara melepas switch yang terhubung ke titik gangguan, dan menghubungkan bagian penyulang yang sehat ke penyulang di sekitarnya.

(3). Jaringan radial tipe pusat beban.

Bentuk ini mencatu daya dengan menggunakan penyulang utama (main feeder) yang disebut "express feeder" langsung ke pusat beban, dan dari titik pusat beban ini disebar dengan menggunakan "back feeder" secara radial.

Pada bentuk ini masing-masing fasa dari jaringan bertugas melayani daerah beban yang berlainan. Bentuk ini akan dapat menimbulkan akibat kondisi sistem 3 fasa yang tidak seimbang (simetris), bila digunakan pada daerah beban yang baru dan belum mantap pembagian bebannya. Karenanya hanya cocok untuk daerah beban yang stabil dan penambahan maupun pembagian bebannya dapat diatur merata dan simetris pada setiap fasanya

Instalasi tenaga listrik tidak bisa dipisahkan dari keberadaan panel dimana di dalamnya berisi semua pengaman utama bagi beroperasinya tegangan listrik yang digunakan seperti MCB, MCCB, fuse serta peralatan pengukuran dan auxilary switches.

Panel yang digunakan harus memenuhi syarat antara lain :  Mudah pemasangannya

 Menjaga kelangsungan operasi dan aman terhadap operator  Mudah dioperasikan dan sedikit pemeliharaan

Untuk setiap gedung panel – panel diletakkan di depan agar mudah dalam pengoperasiannya dan bila terjadi gangguan cukup mudah untuk memperbaikinya. Pada pemasangan setiap panel terdapat sistem tiga phasa agar tidak saling megganggu dan mudah dalam pemeliharaannya. Ada jalur untuk penerangan dan tenaga untuk alat – alat yang digunakan.

Saklar Dan Tombol

Berbagai macam saklar (sakelar, switch) listrik dan elektronik yang umum digunakan berikut simbolnya ditampilkan dalam daftar berikut. Secara mendasar semua saklar melakukan kontak nyala | padam (on | off) dalam berbagai cara berbeda, tapi tiap saklar melakukan tugas sama, yakni membuka dan menutup sirkuit listrik.

 Tombol tekan (Push Button)

Adalah tombol yang jika dilepaskan tekanannya akan kembali keposisi semula. Typenya ada dua: normal tertutup (Normally close (NC)) dan normal terbuka (Normally Open (NO)).

Banyak dipakai pada start-stop semi otomatis dengan kontaktor dan otomatis. Simbol :

 Saklar Putar Cam (Cam Switch).

Adalah saklar yang digerakkan secara manual dengan cara memutar saklar. Banyak digunakan dalam rangkaian kontrol bintang segitiga secara manual, membalik putaran motor 1 fasa.

 Saklar batas (limit switch)

Adalah saklar yang bekerja jika mendapat tekanan sedikit/lembut. Banyak digunakan dalam pengontrolan otomatis membalik putaran motor, garasi otomatik, sensor roda berjalan dll. Dalam penggunaaanya dapat dipilih posisi NO maupun NC. Berikut gambar simbolnya dan gambar aslinya :

 Beberapa Jenis Kabel - Kabel NYA

Kabel NYA berinti tunggal, berlapis bahan isolasi PVC, untuk instalasi luar/kabel udara. Kode warna isolasi ada warna merah, kuning, biru dan hitam. Kabel tipe ini umum dipergunakan di perumahan karena harganya yang relatif murah. Lapisan isolasinya hanya 1 lapis sehingga mudah cacat, tidak tahan air (NYA adalah tipe kabel udara) dan mudah digigit tikus.

Agar aman memakai kabel tipe ini, kabel harus dipasang dalam pipa/conduit jenis PVC atau saluran tertutup. Sehingga tidak mudah menjadi sasaran gigitan tikus, dan apabila ada isolasi yang terkelupas tidak tersentuh langsung oleh orang.

- Kabel NYM

Kabel NYM memiliki lapisan isolasi PVC (biasanya warna putih atau abu-abu), ada yang berinti 2, 3 atau 4. Kabel NYM memiliki lapisan isolasi dua lapis, sehingga tingkat keamanannya lebih baik dari kabel NYA (harganya lebih mahal

dari NYA). Kabel ini dapat dipergunakan dilingkungan yang kering dan basah, namun tidak boleh ditanam.

- Kabel NYAF

Kabel NYAF merupakan jenis kabel fleksibel dengan penghantar tembaga serabut berisolasi PVC. Digunakan untuk instalasi panel-panel yang memerlukan fleksibelitas yang tinggi.

- Kabel NYY

Kabel NYY memiliki lapisan isolasi PVC (biasanya warna hitam), ada yang berinti 2, 3 atau 4. Kabel NYY dipergunakan untuk instalasi tertanam (kabel tanah), dan memiliki lapisan isolasi yang lebih kuat dari kabel NYM (harganya lebih mahal dari NYM). Kabel NYY memiliki isolasi yang terbuat dari bahan yang tidak disukai tikus.

- Kabel NYFGbY

Kabel NYFGbY ini digunakan untuk instalasi bawah tanah, di dalam ruangan di dalam saluran-saluran dan pada tempat-tempat yang terbuka dimana perlindungan terhadap gangguan mekanis dibutuhkan, atau untuk tekanan rentangan yang tinggi selama dipasang dan dioperasikan.

Pada setiap mesin produksi, untuk memperlihatkan proses yang sedang berlangsung pada mesin tersebut umumnya diperlihatkan oleh alat yang dinamakan Lampu indikator (indicator lamp), lampu indikator tersebut memiliki warna. cahaya/warna cover lampu yang bermacam-macam dan setiap warna mempunyai fungsi dan arti yang berlainan.

Pada perusahaan, lampu indikator biasanya memiliki warna cahaya seperti merah, hijau, kuning(orange), Putih, dan berikut adalah arti dari warna-warna tersebut.

Sirkuit Breaker dan MCB (Miniatur Circuit Breaker)

Alat pengaman arus lebih adalah pemutus sirkit dan pemutus mini yang selanjutnya disebut sirkuit breaker dan MCB. MCB ini memproteksi arus lebih yang disebabkan terjadinya beban lebih dan arus lebih karena adanya hubungan pendek. Dengan demikian prinsip dasar bekerjanya yaitu untuk pemutusan hubungan yang disebabkan beban lebih dengan relai arus lebih seketika digunakan electromagnet. Bila bimetal ataupun electromagnet bekerja, maka ini akan memutus hubungan kontak yang terlertak pada pemadam busur dan membuka saklar. MCB untuk rumah seperti pada pengaman lebur diutamakan untuk proteksi hubungan pendek, sehingga pemakaiannya lebih diutamakan untuk mengamankan instalasi atau konduktornya.

Arus nominal yang digunakan pada APP dengan mengenal tegangan 230/400V ialah: 1.2.4.6.10.16.20.25.35 dan 50 A disesuaikan dengan tingkat VA konsumen. Adapun kemampuan mebuka (breaking capacity) bila terjadi hubung singkat 3 KA dan 6 KA (SPLN 108-1993). MCB yang khusus digunakan oleh PLN mempunyai tombol biru.

MCCB (Molded Case Circuit Breaker)

MCCB Adalah pemutus sirkuit tegangan menengah. Dalam memilih circuit breaker hal-hal yang harus dipertimbangkan adalah :

 Karakteristik dari sistem di mana circuit breaker tersebut dipasang.  Kebutuhan akan kontinuitas pelayanan sumber daya listrik.

 Aturan-aturan dan standar proteksi yang berlaku.

Karakteristik system 1. Sistem tegangan

Tegangan operasional dari circuit breaker harus lebih besar atau minimum sama dengan tegangan sistem.

Frekuensi pengenal dari circuit breaker harussesuai dengan frekuensi sistem. Circuit breaker Merlin Gerin dapat beroperasi pada frekuensi 50 atau 60 Hz. 3. Arus pengenal

Arus pengenal dari circuit breaker harus disesuaikan dengan besarnya arus beban yang dilewatkan oleh kabel, dan harus lebih kecil dari arus ambang yang diijinkan lewat pada kabel.

4. Kapasitas pemutusan

Kapasitas pemutusan dari circuit breaker harus paling sedikit sama dengan arus hubung singkat prospektif yang mungkin akan terjadi pada suatu titik instalasi dimana circuit breaker tersebut dipasang.

5. Jumlah pole dari circuit breaker

Jumlah pole dari circuit breaker sangat tergantung kepada sistem pembumian dari sistem.

6. Kebutuhan kontinuitas sumber daya

Tergantung dari kebutuhan tingkat kontinuitas pelayanan sumber daya listrik, dalam memilih circuit breaker harus diperhatikan :

 Diskriminasi total dari dua circuit breakaer yang ditempatkan secara seri, atau

 Diskriminasi terbatas (sebagian), diskriminasi hanya dijamin sampai tingkat

arus gangguan tertentu.

 Aturan-aturan instalasi listrik yang berlaku seperti PUIL harus diperhatikan dan dituruti.

 Standar-standar yang diacu baik standar lokal maupun standar internasional harus diperhatikan seperti SPLN, IEC 60947-2.

 Untuk spesifikasi lain yang mengacu pada standar-standar lain ataupun aplikasi khusus dan spesifik.



ELCB ( Earth Leakage Circuit Breaker )

ELCB adalah sebuah alat pemutus ketika terjadi kontak antara arus positif, arus negatif dan grounding pada instalasi listrik. Dan yang lebih penting lagi ELCB bisa memutuskan arus listrik ketika terjadi kontak antara listrik dan tubuh manusia. Telah banyak kasus yang terjadi di sekitar kita meninggalnya seseorang karena tersengat arus listrik. Mungkin ELCB patut kita perhitungkan untuk tingkat keamanan di rumah kita, baik untuk keamanan keluarga kita dari sengatan listrik maupun untuk instalasi listrik di rumah kita. Cara kerja ELCB ketika terjadi kontak antara listrik dan tubuh manusia, maka arus akan mengalir melalui tubuh manusia ke grounding atau bumi maka akan terjadi perbedaan total arus yang melewati ELCB sehingga akan memicu alat tersebut memutuskan arus listrik seketika. Hal-hal yang perlu di perhatikan dalam pemasangan ELCB :

 Pastikan instalasi listrik dalam keadaan baik, artinya samua sambungan harus tertutup rapat dengan menggunakan isolasi dan pastikan pengabelan positif maupun negatip jangan bersetuhan dengan grounding atau tembok

dan apapun yang berhubungan dengan bumi atau grounding sebab walaupun arus negatif/netral bersentuhan dengan tembok dan sejenisnya yang berhubungan dengan bumi maka ELCB akan memutuskan arus seketika.

 Pastikan semua peralatan rumah tangga seperti pompa air, kulkas lampu dan lain sebagai dalam kondisi yang baik atau normal, karena jika ada alat yang dalam kondisi tidak baik/kurang normal juga bisa memicu ELCB memutuskan arus.

Relay

Relay adalah suatu peranti yang menggunakan elektromagnet untuk mengoperasikan seperangkat kontak sakelar. Susunan paling sederhana terdiri dari

kumparan kawat penghantar yang dililit pada inti besi. Bila kumparan ini dienergikan, medan magnet yang terbentuk menarik armatur berporos yang digunakan sebagai pengungkit mekanisme sakelar.

Berdasarkan cara kerja

1. Normal terbuka. Kontak sakelar tertutup hanya jika relai dihidupkan. 2. Normal tertutup. Kontak sakelar terbuka hanya jika relai dihidupkan. 3. Tukar-sambung. Kontak sakelar berpindah dari satu kutub ke kutub lain

saat relai dihidupkan.

4. Bila arus masuk Pada gulungan maka seketika gulungan,maka seketika gulungan akan berubah menjadi medan magnit.gaya magnit inilah yang akan menarik luas sehingga saklar akan bekerja.

Berdasarkan konstruksi

1. Relai menggrendel. Jenis relai yang terus bekerja walaupun sumber tenaga kumparan telah dihilangkan.

2. Relai lidi. Digunakan untuk pensakelaran cepat daya rendah. Terbuat dari dua lidi feromagnetik yang dikapsulkan dalam sebuah tabung gelas. Kumparan dililitkan pada tabung gelas.

Kontaktor

Kontaktor adalah jenis saklar yang bekerja secara magnetik yaitu kontak bekerja apabila kumparan diberi energi. The National Manufacture Assosiation (NEMA) mendefinisikan kontaktor magnetis sebagai alat yang digerakan secara magnetis untuk menyambung dan membuka rangkaian daya listrik. Tidak seperti relay, kontaktor dirancang untuk menyambung dan membuka rangkaian daya listrik tanpa merusak. Beban-beban tersebut meliputi lampu, pemanas, transformator, kapasitor, dan motor listrik.

Adapun peralatan elektromekanis jenis kontaktor magnet dapat dilihat pada gambar berikut :

Sebuah kontaktor terdiri dari koil, beberapa kontak Normally Open ( NO ) dan beberapa Normally Close ( NC ). Pada saat satu kontaktor normal, NO akan membuka dan pada saat kontaktor bekerja, NO akan menutup. Sedangkan kontak NC sebaliknya yaitu ketika dalam keadaan normal kontak NC akan menutup dan dalam keadaan bekerja kontak NC akan membuka. Koil adalah lilitan yang apabila diberi tegangan akan terjadi magnetisasi dan menarik kontak-kontaknya sehingga terjadi perubahan atau bekerja. Kontaktor yang dioperasikan secara elektromagnetis adalah salah satu mekanisme yang paling bermanfaat yang pernah dirancang untuk penutupan dan pembukaan rangkaian listrik maka gambar prinsip kerja kontaktor magnet dapat dilihat pada gambar berikut :

Kontaktor termasuk jenis saklar motor yang digerakkan oleh magnet seperti yang telah dijelaskan di atas. Bila pada jepitan a dan b kumparan magnet diberi tegangan, maka magnet akan menarik jangkar sehingga kontak-kontak bergerak yang berhubungan dengan jangkar tersebut ikut tertarik. Tegangan yang harus dipasangkan dapat tegangan bolak balik ( AC ) maupun tegangan searah ( DC ), tergantung dari bagaimana magnet tersebut dirancangkan. Untuk beberapa keperluan digunakan juga kumparan arus ( bukan tegangan ), akan tetapi dari segi produksi lebih disukai kumparan tegangan karena besarnya tegangan umumnya sudah dinormalisasi dan tidak tergantung dari keperluan alat pemakai tertentu. Karakteristik

Spesifikasi kontaktor magnet yang harus diperhatikan adalah kemampuan daya kontaktor ditulis dalam ukuran Watt / KW, yang disesuaikan dengan beban yang dipikul, kemampuan menghantarkan arus dari kontak – kontaknya, ditulis dalam satuan ampere, kemampuan tegangan dari kumparan magnet, apakah untuk tegangan 127 Volt atau 220 Volt, begitupun frekuensinya, kemampuan melindungi terhadap tegangan rendah, misalnya ditulis ± 20 % dari tegangan kerja. Dengan demikian dari

segi keamanan dan kepraktisan, penggunaan kontaktor magnet jauh lebih baik dari pada saklar biasa.

Aplikasi

Keuntungan penggunaan kontaktor magnetis sebagai pengganti peralatan kontrol yang dioperasikan secara manual meliputi hal :

 Pada penangan arus besar atau tegangan tinggi, sulit untuk membangun alat manual yang cocok. Lebih dari itu, alat seperti itu besar dan sulit mengoperasikannya. Sebaliknya, akan relatif sederhana untuk membangun kontaktor magnetis yang akan menangani arus yang besar atau tegangan yang tinggi, dan alat manual harus mengontrol hanya kumparan dari kontaktor.

 Kontaktor memungkinkan operasi majemuk dilaksanakan dari satu operator (satu lokasi) dan diinterlocked untuk mencegah kesalahan dan bahaya operasi.

 Pengoperasian yang harus diulang beberapa kali dalam satu jam, dapat digunakan kontaktor untuk menghemat usaha. Operator secara sederhana harus menekan tombol dan kontaktor akan memulai urutan event yang benar secara otomatis.

 Kontaktor dapat dikontrol secara otomatis dengan alat pilot atau sensor yang sangat peka. Tegangan yang tinggi dapat diatasi oleh kontaktor dan menjauhkan seluruhnya dari operator, sehingga meningkatkan keselamatan / keamanan instalasi.

 Dengan menggunakan kontaktor peralatan kontrol dapat dipasangkan pada titik-titik yang jauh. Satu-satunya ruang yang diperlukan dekat mesin adalah ruangan untuk tombol tekan.

Dengan kontaktor, kontrol otomatis dan semi otomatis mungkin dilakukan dengan peralatan seperti kontrol logika yang dapat diprogram seperti Programmable Logic Controller (PLC).

Time delay relay atau yang biasa dikenal dengan istilah timer, merupakan salah satu komponen penting dalam dunia elektro industri. Komponen ini berfungsi layaknya sebuah relay. Namun komponen ini memiliki kelebihan yaitu sistem kontak dapat diatur waktu jedanya.