BAB III
Teori Dasar
3.1 Kelistrikan
Kelistrikan adalah sifat benda yang muncul dari adanya muatan listrik. Ada dua jenis muatan listrik, yaitu muatan listrik negatif dan positif. Suatu benda bermuatan listrik negatif jika kelebihan elektron, dan bermuatan listrik positif jika kekurangan elektron. Secara alami, muatan listrik positif selalu mengalir dari titik berpotensial tinggi ke titik berpotensial rendah. Aliran ini disebut sebagai arah arus listrik konvensional. Akan tetapi sebenarnya muatan listrik yang bergerak di dalam konduktor bukanlah muatan listrik positif, tetapi muatan listrik negatif (elektron) dan arah aliran elektron berlawanan dengan arah aliran muatan positif.
Arus listrik adalah mengalirnya elektron secara kontinyu pada konduktor akibat perbedaan jumlah elektron pada beberapa lokasi yang jumlah elektronnya tidak sama. Arus listrik dibagi menjadi 2 jenis, yaitu:
a) Listrik Arus Searah atau DC (Direct Current) adalah arus listrik yang arahnya tetap.
b) Listrik Arus Bolak-balik atau AC (Alternating Current) adalah arus yang besar dan arahnya selalu berubah-ubah.
Satuan SI untuk arus listrik adalah Ampere (A). Secara formal satuan Ampere didefinisikan sebagai arus konstan yang bila dipertahankan akan menghasilkan gaya sebesar 2 x 10-7 Newton/meter di antara dua penghantar lurus sejajar, dengan luas penampang yang dapat diabaikan, berjarak 1 meter satu sama lain dalam ruang hampa udara.
Hambatan listrik adalah perbandingan antara tegangan listrik dari suatu komponen elektronik (misalnya resistor) dengan arus listrik yang melewatinya. Hambatan listrik dapat di lihat dari dirumus (1.1).
R = V/I
...(1.1)antara dua titik dalam rangkaian listrik, dinyatakan dalam satuan volt. Besaran ini mengukur energi potensial pada sebuah medan listrik yang menyebabkan aliran listrik dalam sebuah konduktor listrik.
Dalam alirannya, arus listrik juga mengalami cabang-cabang. Ketika arus listrik melalui percabangan tersebut, arus listrik terbagi pada setiap percabangan dan besarnya tergantung ada tidaknya hambatan pada cabang tersebut. Bila hambatan pada cabang tersebut besar maka akibatnya arus listrik yang melalui cabang tersebut juga mengecil dan sebaliknya bila pada cabang hambatannya kecil, maka arus listrik yang melalui cabang tersebut aruslistriknya besar.
Hukum I Kirchoff berbunyi:
Jumlah kuat arus listrik yang masuk ke suatu titik simpul sama dengan jumlah kuat arus listrik yang keluar dari titik simpul tersebut.
Hukum I Kirchhoff tersebut sebenarnya tidak lain sebutannya dengan hukum kekekalan muatan listrik.
Hukum I Kirchhoff secara matematis dapat dituliskan rumus (1.2) sebagai:
... (1.2) 3.2 Pengertian Transformer
Transformer adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain, melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik.
Gambar 3.1 Transformasi Energi 3.2.1 Prinsip Dasar Transformer
Prinsip dasar suatu transformator adalah induksi bersama (mutual
induction) antara dua rangkaian yang dihubungkan oleh fluks magnet. Dalam
bentuk yang sederhana, transformator terdiri dari dua buah kumparan induksi yang secara listrik terpisah tetapi secara magnet dihubungkan oleh suatu path yang mempunyai relaktansi yang rendah. Kedua kumparan tersebut mempunyai mutual induction yang tinggi. Jika salah satu kumparan dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, fluks bolak-balik timbul di dalam inti besi yang dihubungkan dengan kumparan yang lain menyebabkan atau menimbulkan ggl (gaya gerak listrik) induksi ( sesuai dengan induksi elektromagnet) dari hukum faraday, Bila arus bolak balik mengalir pada induktor, maka akan timbul gaya gerak listrik (ggl).
Daya – daya nominal pada 50 Hz dalam KVA:
Untuk transformator-transformator tiga fasa: 5KVA, 10 KVA, 20 KVA, 30 KVA, 50 KVA, 75 KVA, 100 KVA, 125 KVA, 160 KVA, 200 KVA, 250 KVA, 325 KVA, 400 KVA, 500 KVA, 630 KVA, 800 KVA, 1000 KVA, 1250 KVA, 1600 KVA, 2000 KVA, 2500 KVA, 3150 KVA, 4000 KVA, 5000 KVA, 6300 KVA, 8000 KVA, 10000 KVA, dan seterusnya.
Normalisasi tegangan: 125 V, 220 V, 380 V, dan 500 V untuk tegangan rendah dan 3 KV, 5KV, 6 KV, 10 KV, 15 KV, 20 KV, 25 KV, 30 KV, 60 KV, 110 KV, 220 KV, dan 380 KV untuk tegangan tinggi. Data tersebut Merupakan nilai nominal dari Daya, tegangan, frekuensi pada Transformator Distribusi menurut VDE.
3.2.2 Prinsip Kerja Transformer
Prinsip kerja suatu transformator adalah induksi bersama (mutual
induction) antara dua rangkaian yang dihubungkan oleh fluks magnet. Dalam
bentuk yang sederhana, transformator terdiri dari dua buah kumparan yang secara listrik terpisah tetapi secara magnet dihubungkan oleh suatu alur induksi. Kedua kumparan tersebut mempunyai mutual induction yang tinggi. Jika salah satu kumparan dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, fluks bolak-balik timbul di dalam inti besi yang dihubungkan dengan kumparan yang lain menyebabkan atau menimbulkan ggl (gaya gerak listrik) induksi ( sesuai dengan induksi elektromagnet) dari hukum faraday.
Berdasarkan hukum Faraday yang menyatakan magnitude dari electromotive
force (emf) proporsional terhadap perubahan fluks terhubung dan hukum Lenz
yang menyatakan arah dari emf berlawanan dengan arah fluks sebagai reaksi perlawanan dari perubahan fluks tersebut didapatkan persaman (1.3) :
... (1.3) e = emf sesaat (instantaneous emf)
Ψ = fluks terhubung (linked flux)
Dan pada transformer ideal yang dieksitasi dengan sumber sinusoidal berlaku persamaan:
E = 4,44· Φm· N·f
E = 4,44 · Φm ·N · f
E = Tegangan (rms) N = jumlah lilitan
Φm = fluks puncak (peak flux)
f = frekuensi
dan persamaan (1.4):
...(1.4)
Dikarenakan pada transformer ideal seluruh mutual flux yang dihasilkan salah satu kumparan akan diterima seutuhnya oleh kumparan yang lainnya tanpa adanya leakage flux maupun loss lain misalnya berubah menjadi panas. Atas dasar inilah didapatkan pula persamaan:
P1 = P2
V1.I1 = V2.I2
Gambar 3.4 Grafik arus, tegangan dan fluks yang terjadi
Untuk mempermudah analisis dalam pengujian, rangkaian primer dan sekunder dibuat menjadi sebuah rangkaian yang disebut rangkaian equivalent. Pada rangkaian ini rugi tembaga pada sisi sekunder diubah menjadi nilai ekuivalennya dan dilihat dari arah primer.
RANGKAIAN RANGKAIAN
PRIMER SEKUNDER
Gambar 3.5 Rangkaian ekuivalen transformer Rugi tembaga sekunder dilihat (1.5) dari primer :
= I22 x R2
= I12 (I22/I12) x R2
= I12 (I2/I1)2 x R2
Dimana a adalah rasio perbandingan lilitan kumparan sekunder terhadap kumparan primer sehingga resistansi sekunder didapatkan :
Dari sini maka resistan sekunder dilihat dari primer (R2’) = a2 R2
Dan reaktan sekunder dilihat dari primer (X2’) = a2 X2
Dari persamaan sebelumnya dapat digambarkan rangkaian ekuivalen transformer menjadi
Gambar 3.6 Rangkaian ekuivalen yang telah disederhanakan 3.2.3 Trafo Tenaga
Trafo ini biasanya digunakan pada pemakaian daya dari rumah tangga, sampai pembangkit , transmisi dan distribusi tenaga listrik.
Beberapa alasan digunakannya transformer, antara lain :
1. Tegangana yang dihasilkan sumber tidak sesuai dengan tegangan pemakai.
2. Biasanya sumber jauh dari pemakai sehingga perlu tegangan tinggi (pada jaringan transmisi).
3. Kebutuhan pemakai/beban memerlukan tegangan yang bervariasi. Selain kapasitas daya, dalam pemilihan transformator distribusi kita juga harus Mengetahui:
a. Bushing
Bushing merupakan salah satu komponen pada transformator sebagai tempat penghubung antara transformator dengan jaringan luar. Bushing terbuat dari porselin, dimana porselin ini berfungsi sebagai penyekat antara konduktor (penghantar yang bertegangan) dengan tangki transformator.
Dalam memilih transformator kita harus mengetahui system pendinginan yang digunakan transformator tersebut.
c. Peralatan Proteksi
Transformator Distribusi yang digunakan harus memiliki peralatan proteksi. d. Indikator
Indikator dalam transformator digunakan untuk mengetahui tinggi dari permukaan minyak dan temperature / suhu minyak.
e. Tap Changer
Tap Changer adalah perubahan tegangan dari satu tegangan ke tegangan lain dilakukan dalam keadaan tanpa beban (tegangan off) dan dilakukan secara manual melalui sebuah tuas.
f. Spesifikasi Teknis Transformator
Untuk pemilihan transformator perlu melihat spesifikasi teknisnya, apakah transformator tersebut Step Up atau transformator Step Down Dari spesifikasi tersebut kita akan mengetahui :
1. Type
2. Standar menurut IEC dan SPLN 3. Rating
4. Vektor grup 5. Sifat kelistrikan 6. Berat dan dimensi
3.2.4 Rugi-Rugi Pada Transformer
Dengan memperhatikan Persamaan 1.9 dan Persamaan 1.10 terlihat bahwa besarnya arus yang mengalir pada kumparan berpengaruh terhadap besarnya rugi konduktor, dengan kata lain besarnya beban mempengaruhi besarnya nilai kerugian.
1. Rugi Arus Pusar (eddy current)
Arus pusar adalah arus yang mengalir pada material inti karena tegangan yang diinduksi oleh fluks. Arah pergerakan arus pusar adalah 90o terhadap arah
Gambar 3.7 Arus pusar yang berputar pada material inti
Dengan adanya resistansi dari material inti maka arus pusar dapat menimbulkan panas sehingga mempengaruhi sifat fisik material inti tersebut bahkan hingga membuat transformer terbakar. Untuk mengurangi efek arus pusar maka material inti harus dibuat tipis dan dilaminasi sehingga dapat disusun hingga sesuai tebal yang diperlukan Rugi arus pusar dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :
... (1.6)
pe = Rugi arus pusar [w/kg]
ke = Konstanta material inti
f = frekuensi [Hz]
t = ketebalan material [m]
Bmax = Nilai puncak medan magnet [T] 2. Rugi Hysterisis
Rugi hysterisis terjadi karena respon yang lambat dari material inti. Hal ini terjadi karena masih adanya medan magnetik residu yang bekerja pada material, jadi saat arus eksitasi bernilai 0, fluks tidak serta merta berubah menjadi 0 namun perlahan-lahan menuju 0. Sebelum fluks mencapai nilai 0 arus sudah mulai mengalir kembali atau dengan kata lain arus sudah bernilai
tidak sama dengan 0 sehingga akan membangkitkan fluks kembali. Grafik hysterisis dapat dilihat pada Gambar 3.8.
Gambar 3.8 Grafik hysterisis Iex terhadap Φ
Rugi hysterisis ini memperbesar arus eksitasi karena medan magnetik residu mempunyai arah yang berlawanan dengan medan magnet yang dihasilkan oleh arus eksitasi.
... (1.7)
ph = Rugi arus pusar [w/kg]
kh = Konstanta material inti
f = frekuensi [Hz]
Bmax = Nilai puncak medan magnet [T]
n = Nilai eksponensial, tergantung material dan Bmax
Rugi hysteris maupun rugi arus pusar bernilai tetap, tidak bergantung pada besarnya beban.
3. Rugi Tembaga
Rugi tembaga adalah rugi yang dihasilkan oleh konduktor/tembaga yang di gunakan sebagai bahan pembuat kumparan. Rugi ini diakibatkan oleh adanya resistansi bahan. Nilai resistansi konduktor dapat dihitung dengan Persamaan 1.8.
... (1.8)
R = Tahanan (Ohm)
ρ = Tahanan jenis (Ohm.m) l = Panjang (m)
A = Luas penampang (m2)
Sedangkan untuk menghitung kerugian tembaga itu sendiri dapat
mempergunakan Persamaan 1.9 untuk sisi primer dan Persamaan 1.10 untuk sisi sekunder.
... (1.9)
... (1.10)
Pcp = Rugi konduktor primer
Pcs = Rugi konduktor sekunder
Ip = Arus pada kumparan primer
Is = Arus pada kumparan sekunder
Rp = Tahanan kumparan primer, didapat dari Persamaan (1.8).
Rs = Tahanan kumparan sekunder, didapat dari Persamaan (1.8). 3.2.5 Efisiensi Transformer
Efisiensi transformer adalah perbandingan antara daya output yang dihasilkan dibanding dengan daya input masukannya.
Efisiensi = Pout x 100 % Pin
= Vout x Iout x 100 %
Vin x Iin ... (1.11) 3.2.6 Kontruksi Transformer
Konstruksi suatu trafo tiga fasa terdiri dari rangaian tiga buah trafo satu fasa.
Gambar 3.9 Konstruksi trafo tiga fasa
Namun pada saat ini untuk transformer tiga fasa sudah menggunakan satu buah core untuk ketiga fasanya.
Pada dasarnya formulasi trafo tiga fasa dikembangkan atau merupakan jumlah vektor dari tiga buah trafo satu fasa, Jadi :
P3 Fasa = P1 + P2 + P3
= I1.V1 + I2.V2 + I3.V3
= 3.I.V ... (1.12)
Rumus disamping ini berlaku baik pada trafo terhubung bintang maupun segitiga, dengan catatan bahwa arus (i) dan tegangan (v) adalah arus dan tegangan trafo satu fasa (bukan arus dan tegangan line).
3.2.7 Formulasi Trafo Tiga Fasa
1. Bila Rangkaian Primer Atau Sekunder Trafo Terhubung Bintang
ILine = IFasa
VRS = VR – VS
= VR.√3 ... (1.13)
Gambar 3.11 Arah Vektor Tegangan Terhubung Bintang VRS = VLL = Voltage line to line
VR = VS = VT = VLN
= Voltage line to netral P3 Fasa = Daya Trafo Tiga Fasa
VLL = VLN. 3 Maka VLN = VLL / 3
P3 Fasa = 3.I.VLN
= 3.I.(VLL/ 3)
= I.VLL. 3 ... (1.14)
2. Bila Rangkaian Primer Atau Sekunder Trafo Terhubung Delta
Gambar 3.12 Rangkaian Terhubung Delta VLine = VFasa
= Ir.√3 ... (1.15)
Gambar 3.13 Arah Vektor Arus Terhubung Delta IR = IS = IT = ILine = Arus Line
Ir = Is = It = IFasa = Arus Fasa VRS = VST = VTR
= Tegangan Line
P3 Fasa = Daya Trafo Tiga Fasa
ILine = IFasa. 3 Maka IFasa = ILine / 3
P3 Fasa = 3.IFasa.V = 3.(Iline / 3).V
= ILine.V. 3
Jadi daya trafo tiga fasa adalah :
P = V x I x 3 ... (1.16) bila bebannya impedansi maka :
P = V x I x Cos x 3 ... (1.17) 3.2.8 Jenis – Jenis Pendingin Pada Transformator
Terdapat dua jenis pendingin pada transformator, diantaranya adalah: 1. Tipe Kering
a. AA : Pendingin udara natural b. AFA : Pendinginan udara terpompa 2. Tipe Basah
Pada tipe ini udara dan oli akan bersikulasi dengan alami. Perputaran oli akan dipengaruhi oleh suhu dari oli tersebut.
Gambar 3.14 Pendinginan Tipe ONAN b. ONAF : Oil Natural Air Forced
Pada tipe ini oli akan bersikulasi dengan alami namun saat oli melalui radiator oli akan didinginkan dibantu dengan kipas/fan.
Gambar 3.15 Pendinginan Tipe ONAF c. OFAF : Oil Forced Air Forced
Pada tipe ini oli akan didinginkan dengan bantuan pompa agar sirkulasi semakin cepat dan juga dibantu kipas/fan pada radiatornya.
Khusus jenis trafo tipe basah, kumparan – kumparan dari intinya di rendam dalam minyak trafo, terutama trafo – trafo tenaga yang berkapasitas besar, karena minyak trafo mempunyai sifat seperti media pemindah panas
sebagai media pendingin dan isolasi. Untuk itu minyak trafo harus memenuhi persyaratan sbb :
a. Ketahanan isolasi harus tinggi ( >10Kv/mm ).
b. Berat jenis harus kecil, sehingga partikel – partikel inert di dalam minyak dapat mengendap dengan cepat.
c. Viskositas yang rendah agar lebih mudah bersirulasi dengan kemampuan pendingin menjadi lebih baik.
d. Titik nyala yang tinggi, tidak mudah menguap yang dapat membahayakan.
e. Tidak merusak bahan isolasi padat ( sifat kimia ‘ y ‘). 3.2.9 Sistem Proteksi Transformator
Terdapat dua jenis system Proteksi Transformator, diantaranya adalah: 1. Proteksi Ekternal
a. Over Current Relay
1. Memproteksi trafo dari arus berlebih
2. Arus berlebih adalah arus yang melebihi arus nominal dalam jangka waktu tertentu
b. Ground Fault Relay
1. Memproteksi trafo dari kesalahan/gangguan grounding
2. Berlaku hanya untuk trafo yang titik netralnya di hubungkan ke ground 3. Prinsip kerja mirip over current relay
2. Proteksi Internal a. Differensial Relay
1. Memproteksi terhadap kebocoran arus
2. Prinsipnya pada perbedaan arus masuk dan keluar trafo b. Bucholz Relay
1. Memproteksi trafo dari loncatan listrik di dalam trafo 2. Memanfaatkan sifat kimiawi
c. Sudden Pressure Relay
2. Tidak bereaksi pada tekanan berlebih, hal ini telah ditangani oleh relief vent
3.3 Fungsi Generator
Generator listrik mandiri atau sering disebut genset adalah pembangkit daya listrik yang biasa digunakan kantor, pusat belanja, pabrik atau hotel untuk memenuhi kebutuhan listrik saat terhentinya suplay listrik dari PLN. Biasanya genset berbahan bakar minyak seperti premium atau bensin, solar, bensin campuran, bahkan ada juga yang berbahan bakar gas. Fungsi genset adalah untuk memberikan suplay daya listrik alternatif untuk alat-alat yang membutuhkan listrik sebagai sumber powernya, saat listrik PLN padam.
3.3.1 Jenis Generator
Jenis-jenis generator yang umum di gunakan saat ini adalah sebagai berikut :
1.Genset Open Type
Genset open type pada umumnya digunakan bagi pemakai yang mempunyai power house sendiri dan dirancang khusus untuk penempatan genset di dalam ruang/gedung yang kedap suara. Genset ini yang paling sering dipakai dirumah-rumah. Open Type mempunyai kelebihan dalam hal kemudahan perawatan karena kondisinya yang terbuka. Bongkar pasang mesin lebih mudah dilakukan
Gambar 3.16 Genset Open Type 2. Genset Silent Type
empat. Canopy ini terbuat dari bahan plat besi dan dilapisi dengan busa peredam (accoustic foam). Lapisan ini memberikan peredaman yang cukup baik sehingga suara mesin dikeluarkan tidak membuat kebisingan (dalam batas normal). Canopy genset dirancang dan diproduksi dengan konstruksi knock down serta dilengkapi pintu-pintu untuk memudahkan akses ke dalam genset agar memudahkan pengoperasian dan perawatan.
Gambar 3.17 Genset Silent Type 3. Genset mobile type
Genset mobile type merupakan gabungan antara genset Open type dan Silent type. Tipe ini diperlukan bagi pemakai yang memerlukan mobilitas tinggi dalam penggunaannya. Perusahaan pembuat film dan stasiun televisi banyak memakai genset tipe ini untuk keperluan syuting di luar kota. Disamping itu genset tipe ini sangat berguna untuk menyuplai daerah yang mengalami pemadaman listrik (PLN) secara terlokalisir karena dapat dengan mudah dipindahkan.
Gambar 3.18 Genset mobile type 3.3.2 Pengertian Generator Arus Bolak-balik
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: 1. Generator arus bolak-balik 1 fasa
2. Generator arus bolak-balik 3 fasa 3.3.3 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
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 3.19 Konstruksi Generator Arus Bolak-balik
Stator : Rotor :
1. Rumah Stator 1. Katub magnet
2. Inti satator 2. Lilitan penguat magnet
3. Lilitan stator 3. Cincin seret
4. Alur stator 4. Poros
5. Kontak hubung 6. Sikat
3.3.4 Prinsip Kerja Generator Arus Bolak-balik
Prinsip dasar generator arus bolak-balik menggunakan hukum Faraday yang menyatakan jika sebatang penghantar berada pada medan magnet yang berubah-ubah, maka pada penghantar tersebut akan terbentuk gaya gerak listrik. 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 3.20.
Gambar 3.20 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 generator arus bolak-balik tergantung dari kecepatan rotor dan frekuensi dari ggl yang dibangkitkan. Hubungan tersebut dapat ditentukan dengan persamaan (1.18) :
... (1.18) dimana :
f = frekuensi tegangan (Hz) p = jumlah kutub pada rotor n = kecepatan rotor (rpm)
3.3.5 Generator Tanpa Beban dan Berbeban 1. Generator Tanpa Beban (Beban Nol)
Jika poros generator diputar dengan kecepatan sinkron dan rotor diberi arus medan If, maka tegangan E0 akan terinduksi pada kumparan jangkar stator
E
0
= cnΦ
... (1.19) dimana :c = konstanta mesin n = putaran sinkron
E= fluks yang dihasilkan oleh If
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 (Φ), yang berarti pengaturan arus medan sampai kondisi tertentu akan mengakibatkan ggl induksi tanpa beban dalam keadaan saturasi seperti ditunjukkan pada Gambar 3.21.
Gambar 3.21 Hubungan dan Karakteristik Generator Tanpa Beban 2. 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 3.22 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 3.22 Karakteristik Berbeban
Hubungan antara tegangan tanpa beban (Eo) dengan tegangan berbeban (V) disebut regulasi tegangan, yang dinyatakan sebagai berikut :
Regulasi tegangan
... (1.20) 3.3.6 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 3.25 menunjukkan sistem arus penguatan pada generator dan karakteristik tegangan keluarannya.
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.
3.3.7 Sistem pada generator
Sebelum memulai mengoperasikan generator, perlu diketahui sistem-sistem untuk operasi generator, yaitu :
1. Sistem start (starting system)
Sebelum mengoperasikan generator, perlu diperhatikan spesifikasi dari Mesin generator. Data mesin generator dapat diketahui dari buku manual yang dikeluarkan oleh pabrik. Hal-hal yang perlu dikenali dari data pada mesin generator, yaitu :
Mesin : Generator :
Diameter silinder Frekwensi
Langkah Tegangan antar fasa
Jumlah dan letak silinder Arus maximum
Letak silinder Daya keluar
Langkah volume persilinder Cos
Volume total langkah Eksitansi
Putaran normal Kemampuan operasi
2. Sistem bahan baker (fuel system)
Sistem bahan bakar berfungsi untuk menyalurkan bahan bakar ke ruang bakar dengan takaran yang sesuai dengan kerja mesin diesel. Umumnya, bahan bakar yang banyak dipakai pada mesin generator diesel adalah minyak solar atau minyak IDO (ignation diesel oil).
3. Sistem pelumasan (lubricating system)
Fungsi dari pelumasan pada mesin generator adalah untukmengurangi gaya gesek pada mesin, untuk pendinginan, dan pencegahan karat.
4. Sistem pendinginan (coolant system)
Untuk menurunkan temperatur kerja mesin diperlukan sistem pendinginan dengan menggunakan air. Sistem pendinginan menggunakan air murni (fresh water) yang tidak menggandung kadar garam atau kotoran-kotoran penyebab korosi mesin. Air murni ini berfungsi mendinginkan silinder block dan turbo charger yang merupakan bagian terpanas dari sistem dan sebagian panas gas pembakaran tersebut dipindahkan secara langsung ke fluida pendinginnya. 5. Sistem udara masuk (intake valve) dan sistem udara keluar (exhaust valve).
Sistem pemasukan udara ini berfungsi untuk menyalurkan udara murni ke dalam ruang bakar pada saat langkah hisap. Jumlah dan kualitas udara yang akan masuk ke dalam selinder (ruang bakar) sangat penting bagi kinerja motor diesel generator. Sistem pembuangan udara yang dikenal dengan knalpot pada mesin berfungsi untuk menyalurkan gas bekas sisa pembakaran ke udara luar dan sekaligus berfungsi sebagai peredam getaran akibat ledakan pembakaran serta tekanan gas buang. Fungsi sebagai peredam getaran ini sangat penting, mengingat getaran yang berlebihan dapat mempercepat keausan komponen-komponen motor itu sendiri.
6. Sistem pengaman listrik generator
Generator tiga fasa dilengkapi dengan beberapa relay. Pemasangan relay-relay dimaksudkan untuk mencegah hal-hal yang tidak diinginkan serta kerusakankerusakan yang disebabkan oleh gangguan-gangguan yang terjadi dalam generator. Relay pengaman adalah suatu perangkat kerja proteksi yang mempunyai fungsi dan peranan :
a. Memberi sinyal alarm atau melepas pemutusan tenaga (circuit breaker) dengan tujuan mengisolasi gangguan atau kondisi yang tidak normal seperti adanya : beban lebih, tegangan rendah, kenaikan suhu, beban tidak seimbang, daya kembali, frekwensi rendah, hubungan singkat dan kondisi tidak normal lainnya.
b. Melepas atau mentrip peralatan yang berfungsi tidak normal untuk mencegah timbulnya kerusakan
c. Melepas atau mentrip peralatan yang terganggu secara cepat dengan tujuan mengurangi kerusakan yang lebih berat
d. Melokalisir kemungkinan dampak akibat gangguan dengan memisahkan peralatan yang terganggu dari sistem
e. Melepas peraltan atau bahagian yang terganggu secara cepat dengan maksud menjaga stabilitas sistem.
Prinsip kerja dari relay pengaman pada mesin generator: a) Relay arus lebih
Relay arus lebih digunakan untuk melindungi kerusakan akibat terjadinya hubungan singkat antar hantaran yang menuju jaring-jaring atau antar fasa. Dalam keadaan normal relay arus lebih tidak bekerja. Tetapi bila terjadi hubung singkat antar hantaran yang menuju jaring-jaring atau antar fasa maka arus yang mengalir pada fasa yang mengalami hubung singkat tersebut melebihi batas nominalnya. Dengan demikian relay arus lebih bekerja.
b) Relay tegangan lebih
Relay tegangan lebih akan bekerja bila tegangan yang dihasilkan generator melebihi batas nominalnya. Misalnya disebabkan ketidakberesan penguat magnit atau pengaturan penguat magnit terlalu besar sehingga mengakibatkan tegangan yang dihasilkan generator melebihi batas nominalnya. Tegangan lebih dapat dimungkinkan oleh mesin putaran lebih (over speed) atau kerusakan pada pengatur tegangan otomatis (AVR). c) Relay diferensial
Relay differensial bekerja atas dasar perbandingan tegangan atau perbandingan arus, yaitu besarnya arus sebelum lilitan stator dengan arus yang mengalir pada hantaran yang menuju jaring-jaring. Dalam keadaan normal antara keduanya mempunyai arus sama besar. Bila terjadi hubung singkat antara lilitan stator dengan rangka mengakibatkan arus antara keduanya tidak sama maka relay differensial akan bekerja. Bekerjanya relay-relay tersebut digunakan untuk membuka sakelar, misalnya sakelar utama, sakelar penguat magnit.
Relai daya balik berfungsi untuk mendeteksi aliran daya aktif yang masuk ke arah generator. Perubahan ini disebabkan oleh pengaruh rendahnya input dari penggerak mula generator. Bila input tidak dapat mengatasi rugi-rugi yang ada, maka kekurangan daya dapat diperoleh dengan cara menyerap daya aktif dari sistem. Selama penguatan masih tetap, maka aliran daya rekatif generator sama halnya sebelum generator bekerja sebagai motor. Dengan demikian pada generator bekerja sebagai motor, daya aktif akan masuk ke generator, sementara itu aliran daya reaktif mungkin masuk atau mungkin juga keluar.
7. Pentanahan (grounding)
Grounding merupakan bagian penting bagi alat kelistrikan. Grounding mempunyai hubungan erat dengan perlindungan suatu sistem terhadap arus gangguan agar mengalir masuk ke tanah sehingga tidak merusak peralatan. Pemasangan pentanahan ini pada bagian badan (body). Dalam pelaksanaanya grounding berfungsi :
a. Pentanahan sistem, berupa pengadaan hubungan dengan tanah untuk suatu titik pada penghantar arus dari sistem. Pada umumnya titik tersebut adalah titik netral dari suatu mesin, transformator, atau untuk rangkaian listrik tertentu.
b. Pentanahan peralatan sistem, berupa pengadaan hubungan dengan tanah untuk suatu bagian atau bagian yang tidak membawa arus dari sistem. Bagian-bagian ini misalnya : Semua logam seperti saluran tempat kabel, kerangka mesin, batang pemegang sakelar, penutup kotak sakelar.
c. Menjamin keselamatan orang dari sengatan listrik baik dalam keadaan normal atau tidak dari tegangan sentuh dan tegangan langkah.
d. Menstabilkan tegangan dan memperkecil kemungkinan terjadinya flashover ketika terjadi transient.
e. Mencegah kerusakan peralatan listrik/elektronik. f. Menyalurkan energi serangan petir ke tanah.
g. Mengalihkan energi RF liar dari peralatan-peralatan seperti: Genset, Transformer, Panel-panel listrik dan panle-panel kontrol .
3.4 Medium Voltage Distributionv Board (kubikel TM)
MVDB atau Medium Voltage Distribution Board ( kadang kadang digunakan istilah MVDP/Medium Voltage Distribution Panel) atau PTM (Panel Tegangan Menengah) adalah unit switching tegangan menengah yang berfungsi mendistribusikan beban ke panel-panel yang lebih kecil kapasitasnya, yang berada di sisi down-steam-nya. MVDB umumnya terdiri sbb:
1. Incoming Cubicle
Gambar 3.24 Incoming Kubikel TM
a. LBS 3P 400 A, 20 kV, 14,5 kA + Earthing Switch, Door interlock. b. Capacitive voltage indicator.
c. MCB 1 ph 6A, 8 kA.
d. Thermostat & Heater AC 220 V, 50 Watt. e. Free Standing (Metal Enclosure).
f. Rated impulse withstand voltage to earthed parts across the phases across
g. isolating distances
h. Rated power frequency withstand voltage
to earthed parts across the phases : 50 kV across isolating distances : 75 kV
i. Making current : 36,5 kA
k. Short time current : 14,5 KA
l. Relay untuk proteksi over current & meter yang mencakup Volt, Ampere, power factor dll.
2. Outgoing Cubicle
Ganbar 3.25 Outgoing Kubikel TM
Outgoing cubicle Panel Tegangan Menengah dilengkapi dengan peralatan peralatan sebagai berikut :
a. LBS 3P 400 A, 20 kV, 14.5 KA + Earthing Switch, Door Interlock + Shunt Trip + Aux Switch
b. Fuse link 20 kV (sesuai kapasitas trafo) c. Meter arus & Trafo Arus
d. Capacitive voltage indicator e. MCB 1 ph 6A, 8 kA
f. Thermostat & Heater AC 220 V, 50 Watt g. Free Standing (Metal Enclosure).
3. Lightning Arrester 20 kV
Adalah suatu alat untuk melindungi isolasi atau peralatam listrik terhadap tegangan lebih yang diakibatkan oleh sambaran petir atau tegangan transient yang tinggi dari suatu penyambungan atau pemutusan rangkaian (sirkuit), dengan jalan mengalirkan arus denyut (Surge Current) ketanah serta membatasi berlangsungnya arus ikutan (Follow Current) serta mengembalikan keadaan jaringan ke keadaan semula tanpa mengganggu sistem.
4. Fuse
Gambar 3.26 fuse
Fuse adalah suatu alat yang berfungsi sebagai alat pemutus (switch) tegangan / arus listrik. Fuse di gunakan untuk pengamana arus lebih yang terjadi karena adanya gangguan hubung singkat antara fasa pada transformer. Fuse ini dipasang pada sisi dalam kubikel outgoing MVDP ( Main Voltage
Distribution Panel).
5. Busbar
a. Jenis single bar b. Rated capacity
c. Bentuk persegi panjang d. Bahan Tembaga
