BAB III
DASAR TEORI
3.1 Gardu Induk 3.1.1 Definisi Umum
Gardu induk adalah suatu instalasi yang terdiri dari peralatan listrik yang berfungsi untuk :
1. Mengubah tenaga listrik tegangan tingi yang satu ke tegangan tinggi yang lainnya u tegangan menengah.
2. Pengukuran, pengawasan, operasi serta pengaturan pengamanan sistem tenaga listrik.
3. Pengaturan daya ke Gardu Induk lain melalui tegangan tinggi dan Gardu-Gardu Distribusi melalui gawai tegangan menengah.
3.2 Klasifikasi Gardu Induk
Klasifikasi gardu induk dapat dibedakan menurut beberapa hal : 3.2.1 Menurut Lokasi dan Fungsi
Merurut lokasinya di dalam sistem tenaga listrik, fungsi dan tegangannya (tinggi, menengah atau rendah) maka gardu listrik dapat dibagi :
a. Gardu Induk Transmisi
Gardu induk transmisi adalah gardu listrik yang mendapatkan daya dari satuan transmisi atau sub-transmisi suatu sistem tenaga listrik kemudian menyalurkannya ke daerah beban (industri, kota dan sebagainya) melalui saluran distribusi primer.
b. Gardu Induk Distribusi
3.2.2 Menurut Penempatan Peralatannya
Menurut penempatannya, gardu induk dapat dibagi : a. Gardu Induk pemasangan dalam.
Gardu Induk dimana semua peralatannya (switchgear, isolator dan sebagainya) di pasang di dalam gedung/ruangan tertutup.
b. Gardu Induk pemasangan luar.
Gardu Induk dimana semua peralatannya (switchgear, isolator dan sebagainya) di tempatkan di udara terbuka.
3.2.3 Menurut Isolasi Yang Digunakan a. Gardu Induk dengan Isolasi Udara
Merupakan gardu induk yang menggunakan isolasi udara antara bagian yang bertegangan yang satu dengan bagian yang bertegangan lainnya. Gardu Induk ini berupa gardu induk konvensional dan memerlukan tempat terbuka yang cukup luas.
b. Gardu Induk yang Menggunakan Isolasi Gas SF 6
Gardu induk yang menggunakan gas SF 6 sebagai isolasi antara bagian yang bertegangan yang satu dengan bagian lain yang bertegangan, maupun antara bagian yang bertegangan dengan bagian yang tidak bertegangan. Gardu induk ini disebut Gas Insulated Substation atau Gas Insulated Switchgear (GIS), yang memerlukan tempat yang sempit.
3.2.4 Menurut Sistem Rel (Busbar)
Rel (busbar) merupakan titik hubungan pertemuan (connecting) antara transformator daya, SUTT/ SKTT dengan komponen listrik lainnya, untuk menerima dan menyalurkan tenaga listrik. Berdasarkan sistem rel (busbar), gardu induk dibagi menjadi beberapa jenis, diantaranya :
a. Gardu Induk Sistem Ring Busbar
Merupakan gardu induk yang busbarnya berbentuk ring. Pada gardu induk jenis ini, semua rel (busbar) yang ada terhubung satu dengan lainnya dan membentuk ring (cincin).
b. Gardu Induk Sistem Single Busbar
Merupakan gardu induk yang mempunyai satu (single) busbar. Pada umumnya gardu dengan sistem ini adalah gardu induk yang berada pada ujung (akhir) dari suatu sistem transmisi.
c. Gardu Induk Sistem Double Busbar
Merupakan gardu induk yang mempunyai dua (double) busbar. Gardu induk ini sangat efektif untuk mengurangi terjadinya pemadaman beban, khususnya pada saat melakukan perubahan sistem (manuver sistem). Jenis gardu induk ini pada umumnya yang banyak digunakan.
Gambar 3.3 Single Line Diagram Gardu Induk Sistem Double Busbar
d. Gardu Induk Sistem Satu Setengah (On Half) Busbar
Gambar 3.4 Single Line Diagram Gardu Induk Satu Setengah Busbar
3.3. Peralatan Perlengkapan Gardu Induk
Gardu induk merupakan suatu sistem Instalasi listrik yang terdiri dari beberapa perlengkapan peralatan listrik dan menjadi penghubung listrik dari jaringan transmisi ke jaringan distribusi primer. Gardu induk dilengkapi komponen utama sebagai fasilitas yang diperlukan sesuai dengan tujuannya serta mempunyai fasilitas untuk operasi dan pemeliharaan. , Secara umum perlatan dan perlengkapan pokok yang ada di Gardu Induk terdiri dari :
3.3.1. Transformator Daya
Gambar 3.5 Transformator Daya
3.3.2. Transformator Tegangan
Trafo tegangan adalah trafo yang berfungsi untuk menurunkan tegangan tinggi menjadi tegangan rendah, yang di perlukan untuk alat-alat ukur (pengukuran) dan alat pengaman (proteksi). Fungsi trafo tegangan (potensial transformer) :
a. Memperkecil besaran tegangan pada system tenaga listrik menjadi besaran tegangan untuk system pengukuran atau proteksi.
b. Mengisolasi rangkaian sekunder tehadap rangkaian primer.
c. Memungkinkan standarisasi rating tegangan untuk peralatan sisi sekunder.
3.3.3. Transformator Arus
Trafo arus disebut juga current transformer (CT) berfungsi untuk menurunkan arus yang besar pada tegangan tinggi menjadi arus yang kecil pada tegangan rendah untuk keperluan pengukuran dan pengaman (proteksi).
Gambar 3.7 Transformator Arus
3.3.4. Transformator Bantu (Auxilliary Transformator)
Transformator bantu adalah trafo yang berfungsi sebagai sumber tegangan AC 3 phasa 220/ 380 Volt yang digunakan untuk kebutuhan intern gardu induk, antara lain untuk :
a. Penerangan di swtich yard, gedung kontrol, halaman GI dan sekeliling GI b. Alat pendingin (AC).
c. Pompa air dan motor-motor listrik, dan
d. Peralatan lain yang memerlukan listrik tegangan rendah.
3.3.5. Aresster
menyalurkan arus listrik. Dalam keadaan terjadi gangguan, LA bersifat konduktif sehingga dapat menyalurkan arus listrik ke bumi.
Gambar 3.8 Arrester
3.3.6. Busbar/ rel
Merupakan titik pertemuan/hubungan antara trafo-trafo tenaga, Saluran Udara TT, Saluran Kabel TT dan peralatan listrik lainnya untuk menerima dan menyalurkan tenaga listrik/daya listrik. Bahan dari rel terbuat dari bahan tembaga (bar copper atau hollow conductor).
3.3.6. Saklar Pemisah (PMS) atau Disconneting Switch (DS)
Berfungsi untuk mengisolasikan peralatan listrik dari peralatan lain atau instalasi lain yang bertegangan. PMS ini boleh dibuka atau ditutup hanya pada rangkaian yang tidak berbeban. Oleh karena itu pemisah tidak boleh dihubungkan atau dikeluarkan dari rangkaian listrik dalam keadaan berbeban. Cara pemasangan PMS dibedakan ataspasangan dalam dan pasangan luar. Tenaga penggerak dari PMS adalah secara manual, motor, pneumatic atau angin dan hidrolis.
3.3.7. Pemutus Tenaga (PMT) atau Circuit Breaker (CB)
memutuskan hubungan daya listrik bila terjadi gangguaan, baik dalam keadaan berbeban maupun tidak berbeban dan proses ini di lakukan dengan cepat. Pada waktu menghubungkan atau memutus beban, akan terjadi tegangan recovery yaitu suatu fenomena tegangan lebih dan busur api, oleh karena itu sakelar pemutus dilengkapi dengan media peredam busur api tersebut, seperti media udara dan gas SF6.
Gambar 3.9 Pemutus Tenaga
3.3.8. Sakelar Pentanahan
Sakelar ini untuk menghubungkan kawat konduktor dengan tanah / bumi yang berfungsi untuk menghilangkan / mentanahkan tegangan induksi pada konduktor pada saat akan dilakukan perawatan atau pengisolasian suatu sistem. Sakelar pentanahan ini dibuka dan ditutup apabila sistem dalam keadaan tidak bertegangan (PMS dan PMT sudah membuka).
3.3.8. Kompensator
kondensator asinkron, sedangkan yang stationer adalah kondensator statis atau kapasitor shunt dan reaktor shunt.
3.3.9. Rele Proteksi dan Papan Alarm
Rele proteksi yaitu alat yang bekerja secara otomatis untuk mengamankan suatu peralatan listrik saat terjadi gangguan, menghindari atau mengurangi terjadinya kerusakan peralatan akibat gangguan dan membatasi daerah yang terganggu sekecil mungkin. Semua manfaat tersebut akan memberikan pelayanan penyaluran tenaga listrik dengan mutu dan keandalan yang tinggi. Sedangkan papan alarm atau announciator adalah sederetan nama-nama jenis gangguan yang dilengkapi dengan lampu dan suara sirine pada saat terjadi gangguan, sehingga memudahkan petugas untuk mengetahui rele proteksi yang bekerja dan jenis gangguan yang terjadi.
3.3.10. Baterai
Sumber tenaga untuk sistem kontrol dan proteksi selalu mempunyai keandalan dan stabilitas yang tinggi, maka batere dipakai sebagai sumber tenaga kontrol dan proteksi pada gardu induk. Peranan dari baterai sangat penting karena pada saat gangguan terjadi, baterai sebagai sumber tenaga untuk menggerakkan alat-alat kontrol dan proteksi. Bentuk fisik baterai yang digunakan pada gardu induk menurut bahan elektrolit yang digunakan dibedakan menjadi dua, yaitu:
a. Baterai timah hitam (lead acid storage batery) : bahan elektrolitnya adalah larutan asam belerang. Baterai timah hitam ada dua macam yaitu:
1) Lead-antimony 2) Lead-calcium
b. Baterai alkali (alkali stroge batery) : bahan elektrolitnya adalah larutan alkali (patassium hydroxide). Batery alkali ada dua macam yaitu:
3.4. Bagian-Bagian dari Transformator 3.4.1. Bagian Utama
3.4.1.1.Inti Besi
Inti besi adalah tempat melekatnya kumparan dan berfungsi sebagai jalannya fluks magnetik. Besi yang digunakan untuk inti transformator biasanya mempunyai kadar silikon yang tinggi dan diproses agar memiliki permeabilitas yang tinggi dan rugi-rugi histeris yang kecil pada operasi normal. Inti besi berfungsi untuk mempermudah jalan fluks yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melalui kumparan. Dibuat dari lempengan-lempengan besi tipis yang berisolasi untuk mengurangi panas (sebagai rugi-rugi besi) yang ditimbulkan oleh Eddy Current. Ada dua jenis inti yang biasanya digunakan pada trafo, yang membedakan tipe inti ini adalah cara pemasangan kumparan primer dan skundernya. Kedua jenis inti tersebut adalah: 1. Tipe inti (core).
2. Tipe cangkang (shell).
Gambar 3.10 Inti Besi
3.4.1.2 Kumparan Transformator
kumparan primer dan skunder. Bila kumparan primer dihubungkan dengan tegangan / arus bolak-balik maka pada kumparan tersebut akan terjadi fluksi. Fluksi ini akan menginduksikan tegangan dan bila pada rangkaian sekunder dihubungkan dengan beban maka akan menghasilkan arus pada kumparan ini. Jadi kumparan sebagai alat transformasi tegangan dan arus. Jumlah lilitan transformator pada bagian primer dan sekunder juga menentukan apakah transformator berfungsi sebagai penaik (step up) atau penurun tegangan (step down).
Gambar 3.11 Susunan Kumparan dari Transformator
3.4.1.3.Minyak Transformator
Minyak transformator mempunyai fungsi ganda yaitu sebagai bahan isolasi dan bahan pendingin transformator. Sebagai bahan isolasi, minyak akan mengisi ruangan antara kumparan primer dan skunder sehingga tidak akan menimbulkan breakdown antara kumparan tersebut. Sebagai bahan pendingin minyak dipilih karena minyak dapat mensirkulasikan panas dengan baik. Jenis minyak transformator yang biasa dipakai di indonesia pada umumnya adalah Shel Dialla B. Sebagai minyak transformator pasti mempunyai sifat sebagai media pemindah panas (disirkulasi) dan juga berfungsi pula sebagai isolasi (memiliki daya tegangan tembus tinggi), maka minyak transformator harus memenuhipersyaratan yaitu:
a. Kekuatan isolasi tinggi
b. Penyalur panas yang baik, berat jenis yang kecil, sehingga partikel-partikel dalam minyak dapat mengendap dengan cepat.
d. Titik nyala yang tinggi dan tidak mudah menguap yang dapat menimbulkan bahaya
e. Tidak merusak bahan isolasi padat. f. Sifat kimia yang stabil.
3.4.1.4 Tangki Konservator
Tangki konservator merupakan tempat untuk menampung pemuaian minyak dari minyak yang ada di dalam transformator, minyak pada transformator dalam keadaan tertentu akan memuai oleh panas akibat temperatur yang tinggi. Hasil pemuaian dari minyak ditampung didalam tangki yang bernama tangki konservator. Saat terjadi kenaikan suhu operasi pada transformator, minyak isolasi akan memuai sehingga volumenya bertambah. Sebaliknya saat terjadi penurunan suhu operasi, maka minyak akan menyusut dan volume minyak akan turun.
Gambar 3.12 Tangki Konservator 3.4.1.5 Bushing
Gambar 3.13 Bushing
3.4.2 Bagian Peralatan Bantu Transformator 3.4.2.1 Pendingin Transformator
Transformator umumnya diisi minyak sebagai bahan isolasi antara kumparan dengan kumparan dan kumparan dengan tangki. Transformator tenaga umumnya dilengkapi dengan sistem pendingin yang dimaksudkan agar transformator dapat bekerja sesuai rating yang tertera pada spesifikasinya.
Gambar 3.14 Pendingin Kipas – Kipas Radiator
3.4.2.2 Tap Changer
Tap changer adalah alat perubah perbandingan transformasi untuk mendapatkan tegangan operasi sekunder yang lebih baik (diinginkan) dari tegangan jaringan/primer yang berubah-rubah. Tap changer yang hanya bisa beroperasi untuk memindahkan tap transformator dalam keadaan transformator tidak berbeban disebut Off Load Tap Changer dan hanya dapat dioperasikan manual. Tap changer yang dapat beroperasi untuk memindahkan tap transformator, dalam keadaan transformator berbeban disebut On Load Tap Changer dan dapat dioperasikan secara manual atau otomatis.
Ada dua cara kerja tap changer:
1. Mengubah tap dalam keadaan transformator tanpa beban.
2. Mengubah tap dalam keadaan transformator berbeban (On Load Tap Changer/OLTC).
3.4.2.3 Alat Pernafasan
Gambar 3.15 Alat Pernafasan Transformator
3.4.2.4 Indikator
Berfungsi untuk mengawasi selama transformator beroperasi, maka perlu adanya indikator yang terpasang pada transformator, dan indikator yang biasa digunakan sebagai berikut:
1. Indikator suhu minyak 2. Indikator permukaan minyak 3. Indikator winding temperatur 4. Indikator kedudukan tap
Gambar 3.16 Indikator Winding Temperature
Proteksi transformator daya berfungsi untuk mencegah kerusakan transformator sebagai akibat adanya gangguan yang terjadi dalam petak/bay transformator. Tujuan pemasangan relay proteksi pada transformator daya adalah untuk mengamankan peralatan /sistem sehingga kerugian akibat gangguan dapat dihindari atau dikurangi menjadi sekecil mungkin dengan cara :
1) Mencegah kerusakan transformator akibat adanya gangguan/ketidak normalan yang terjadi pada transformator atau gangguan pada bay transformator.
2) Mendeteksi adanya gangguan atau keadaan abnormal lainnya yang dapat membahayakan peralatan atau sistem.
3) Melepaskan (memisahkan) bagian sistem yang terganggu atau yang mengalami keadaan abnormal lainnya secepat mungkin sehingga kerusakan instalasi yang terganggu atau yang dilalui arus gangguan dapat dihindari atau dibatasi seminimum mungkin dan bagian sistem lainnya tetap dapat beroperasi.
4) Memberikan pengamanan cadangan bagi instalasi lainnya.
5) Memberikan pelayanan keandalan dan mutu listrik yang tbaik kepada konsumen. Serta mengamankan manusia terhadap bahaya yang ditimbulkan oleh listrik
Trafo tenaga diamankan dari berbagai macam gangguan, diantaranya dengan peralatan proteksi sesuai SPLN 52-1:1983 Bagian Satu C yaitu Pola Pengamanan Transformator 150/66, 150/20 KV DAN 66/20 KV.
Macam-macam peralatan proteksi pada transformator, yaitu : a. Relay bucholz
Relay bucholz adalah alat atau rele untuk mendeteksi dan mengamankan terhadap gangguan di dalam transformator yang menimbulkan gas. Gas yang timbul diakibatkan oleh karena:
1. Hubung singkat antar lilitan/dalam fasa. 2. Hubung singkat antar fasa.
3. Hubung singkat antar phasa ke tanah. 4. Busur api listrik antar laminasi.
b. Relay tekanan lebih (sudden pressure relay)
Relay tekanan lebih ini berfungsi hampir sama seperti relay bucholz, yaitu sebagai pengaman terhadap gangguan di dalam transformator. Perbedaannya relay ini hanya bekerja oleh kenaikan tekanan gas yang tiba-tiba dan langsung menjatuhkan PMT.
c. Relaydifferensial
Relay differensial berfungsi mengamankan trafo dari gangguan hubung singkat (short circuit) yang terjadi di dalam daerah pengaman trafo.
d. Relay arus lebih (Over Cuurrent Relay)
Relay arus lebih erfungsi mengamankan trafo dari gangguan hubung singkat (short circuit) antara phasa di dalam maupun di luar daerah pengamanan trafo.
e. Relay Tangki Tanah
Relay tangki tanah berfungsi untuk mengamankan transformator bila ada hubung singkat antara bagian yang bertegangan dengan bagian yang tidak bertegangan pada transformator.
f. Relay hubung tanah
Relay hubung tanah berfungsi untuk mengamankan transformator bila terjadi gangguan satu phasa ke tanah.
g. Relay termis
h. Minyak trafo (transformator oil)
Fungsi dari minyak transformator adalah sebagai insulator yaitu menginsolasikan kumparan di dalam transformator agar tidak terjadi loncatan bunga api listrik (hubungan pendek) akibat tegangan tinggi.
3.6 Pemeliharaan Transformator Daya 3.6.1 Pemeliharaan Harian
Pemeliharaan transformator yang berupa monitoring dan dilakukan oleh petugas operator setiap hari untuk Gardu Induk yang dijaga atau petugas patroli pada Gardu Induk yang tidak dijaga dan dilaksanakan setiap minggu (Jadwal Mingguan) dalam keadaan operasi.
Tabel 3.1 Jadwal Pemeliharaan Transformator setiap minggu
No Peralatan/Komponen Yang Diperiksa Cara Pelaksanaan Trafo Besar Trafo Sedang Trafo Kecil
1
Periksa apakah ada kebocoran minyak
Periksa kipas kipas apakah ada karat
3 kotoran / bangkai
binatang atau binatang serta benda asing
lainnya.
4 Indikator tinggi minyak
5 Bushing Bushing Bushing
Periksa apakah ada yang retak, kotor,
pecah dan kebocoran minyak.
6 Indikator Pompa sikulasi
7 Sumber arus searah (DC) tertutup dan MCB
8 Pemadam
sempurna , bila perlu tutup kembali
dan bersihkan bila kotor.
Periksa tekanan gas Nitrogen.
Pemeliharaan transformator yang berupa monitoring dan dilakukan oleh petugas Pemeliharaan setiap bulan untuk Gardu Induk yang dijaga maupun Gardu Induk yang tidak dijaga.
Tabel 3.2 Jadwal Pemeliharaan Transformator setiap bulan
No Peralatan/Komponen Yang Diperiksa Cara Pelaksanaan Trafo Besar Trafo Sedang Trafo Kecil
1
Periksa Lemari kotrol/ Proteksi dan box
kontrol serta Marshaling kios dari
kotoran / bangkai binatang atau binatang
serta benda asing lainnya. selicagel pada sistem
pernapasan transformator apakah masih biru dan apakah
mulut pernapasannya masih kerendam
minyak. 3 Kerja OLTC Kerja OLTC Kerja OLTC Periksa jumlah kerja
OLTC apakah sudah melampaui jumlah
minyaknya sudah kotor.
3.6.3 Pemeliharaan Tahunan
Pemeliharaan transformator yang berupa pemeriksaan, pengukuran dan pengujian dan dilakukan oleh petugas Pemeliharaan setiap tahun untuk Gardu Induk yang dijaga maupun Gardu Induk yang tidak dijaga.
Tabel 3.3 Jadwal Pemeliharaan Transformator setiap tahun
No Peralatan/Komponen Yang Diperiksa Cara Pelaksanaan Trafo Besar Trafo Sedang Trafo Kecil
1 Diafragma Diafragma
-Periksa diapragma apakah masih menutup sempurna /rapat , Pada diaphragma tipe tidak hancur (non shaterring
type diaphragm), periksa tertutup oleh
karat atau cat.
2 Tahanan
Periksa tahanan isolasi dengan megger antara
belitan dan belitan ketanah serta tahanan tanahnya. Apabila ada
yang kendor kencangkan dan nilai
pentanahan berubah, kembalikan ke
nilainyanya.
3 Ratio Ratio Ratio
Ukur ratio
Uji dielectrik minyak, apakah masih sesuai
standar yang dipergunakan
5 Kadar asam minyak
Kadar asam minyak
Kadar asam minyak
Uji dielectrik minyak, apakah masih sesuai
standar yang dipergunakan
Uji kadar air dalam minyak, apakah masih
sesuai standar yang dipergunakan
Uji viscositas minyak, apakah masih sesuai
standar yang dipergunakan.
8 Warna
minyak Warna minyak
Warna minyak
Uji warna minyak, apakah masih sesuai
9
Uji kandungan gas dalam minyak menggunakan DGA, apakah masih sesuai
standar yang
Bersihkan terminal dari debu. Periksa seal pada
tempat masuk kabel tripping dan alaram bila
rusak ganti. Bersihkan rongga tempat sambungan kabel dari socket Sudden Pressure
dari bangkai binatang kecil dan periksa seal pada tempat masuk
kabel tripping dan alarm bila rusak ganti.
Uji seluruh alarm dan trippingnya. Bersihkan
dari debu dan kotoran lalu beri vet. 11 Bushing dengan air atau sakapen
Periksa dan keraskan bila terdapat mur baut
bocor diganti yang baru
12 Roda gigi OLTC
Roda gigi OLTC
Roda gigi OLTC
Periksa dan kencangkan serta bersihkan roda gigi dan beri pelumas.
13 baut body dan
baut
Periksa dan kencangkan bila terdapat baut-baut
sambungan yang kendor Keraskan semua
baut penghubung.
Periksa Spark gap bushing apakah masih memenuhi syarat ( lihat
lampiran IV .4 buku O&M SE 032) standard
VDE 0111/12.
Periksa dan kencangkan dan bila terdapat baut-baut yang kendor pada
panel kontrol dan proteksi.
Uji kontrol, limit switch apakah bekerja sesuai fungsinya dan periksa indikator OLTC apakah
posisinya.
Uji tegangan tembus minyak apakah masih
sesuai standar yang berlaku.
18 Pondasi Pondasi Pondasi
Periksa pondasi apakah ada
keretakkan-keretakkan dan perubahan kedudukan.
Periksa penahan roda apakah masih tetap kokoh pada tempatnya.
Periksa apakah isolasi antara tangki terhadap
tanah masih baik ( untuk trafo yang memakai pengaman
Periksa arus beban motor dan bandingkan
dengan arus nominal motor tersebut. Periksa
