BAB IV

Dasar Teori4.1 Transformator4.1.1 Teori Trafo

Transformator merupakan suatu alat listrik yang termasuk ke dalam klasifikasi mesin listrik static yang berfungsi menyalurkan tenaga/daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah dan sebaliknya. Atau dapat juga diartikan mengubah tegangan arus bolak-balik dari satu tingkat ke tingkat yang lain melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip-prinsip induksi-elektromagnet. Transformator terdiri atas sebuah inti, yang terbuat dari besi berlapis dan dua buah kumparan, yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder.

Transformator digunakan secara luas, baik dalam bidang tenaga listrik maupun elektronika. Penggunaan transformator dalam sistem tenaga listrik memungkinkan terpilihnya tegangan yang sesuai dan ekonomis untuk tiap-tiap keperluan, misalnya kebutuhan akan tegangan tinggi dalam pengiriman daya listrik jarak jauh. Dasar teori dari transformator adalah apabila ada arus listrik bolak-balik yang mengalir mengelilingi suatu inti besi maka inti besi itu akan berubah menjadi magnet dan apabila magnet tersebut dikelilingi oleh suatu belitan maka pada kedua ujung belitan tersebut akan terjadi beda tegangan mengelilingi magnet, sehingga akan menimbulkan Gaya Gerak Listrik (GGL) pada sekitar magnet.4.1.2 Prinsip Kerja TransformatorKumparan primer dihubungkan dengan sumber, maka arus akan mengalir secara bolak-balik pada kumparan tersebut. Arus akan menimbulkan fluks magnetik yang berubah-ubah pada inti. Dengan adanya fluks magnet yang berubah-ubah, pada kumparan akan timbul gaya gerak listrik (GGL) induksi e. Daya listrik dari kumparan primer ke kumparan sekunder dengan perantara garis gaya magnet atau fluks magnet () yang dibangkitkan oleh aliran listrik yang mengalir melalui kumparan primer.

Untuk dapat membangkitkan tegangan listrik pada kumparan sekunder, fluks magnet yang dibangkitkan oleh kumparan primer harus berubah-ubah.Untuk memenuhi hal ini, aliran listrik yang mengalir melalui kumparan primer haruslah aliran listrik arus bolak-balik (AC). Saat kumparan primer ke sumber listrik AC, pada kumparan primer timbul gaya gerak magnet bersama yang bolak-balik juga. Dengan adanya gaya gerak magnet ini, di sekitar kumparan primer timbul fluks magnet bersama yang juga bolak balik. Adanya fluks magnet bersama ini, pada ujung-ujung kumparan sekunder timbul gaya gerak listrik sekunder yang mungkin sama, lebih tinggi, atau lebih rendah dari gaya gerak listrik primer. Hal ini tergantung pada perbandingan transformasi kumparan transformator tersebut.

4.1.3 Jenis-jenis Trafo Ada beberapa jenis trafo yang dikenal dan digunakan secara luas di masyarakat, diantaranya adalah :

1. Trafo Daya

Trafo daya adalah trafo yang biasa digunakan di Gardu Induk baik itu Gardu Induk Pembangkit dan Gardu Induk Distribusi dimana trafo tersebut memiliki kapasitas daya yang besar. Di Gardu Induk Pembangkit, trafo digunakan untuk menaikkan tegangan ke tegangan transmisi/tinggi (150/500kV). Sedangkan di Gardu Induk Distribusi, trafo digunakan untuk menurunkan tegangan transmisi ke tegangan primer/menengah (11,6/20kV).

Gambar 4.1 Trafo DayaSumber : dunia-listrik.blogspot.com2. Trafo Distribusi

Adalah trafo yang digunakan untuk menurunkan tegangan menengah (11,6/20kV) menjadi tegangan rendah (220/380V). Trafo ini tersebar luas di lingkungan masyarakat dan mudah mengenalinya karena biasa dicantol di tiang. Oleh karena itu, biasa juga disebut dengan gardu cantol. Dalam tulisan ini, penulis hanya membahas tentang trafo ini saja.

Gambar 4.2 Trafo Distribusi 3 fasaSumber : dunia-listrik.blogspot.comSebuah transformator distribusi berfungsi untuk menurunkan tegangan menengah 20kV ke tegangan distribusi 220/380V. Peralatan utama yang digunakan adalah unit dari trafo itu sendiri, antara lain:

1. Inti Besi/Kernel Inti besi berfungsi untuk membangkitkan dan mempermudah jalan fluks yang timbul akibat adanya arus listrik dalam belitan atau kumparan trafo. Bahan inti tersebut terbuat dari lempengan-lempengan baja tipis mengurangi panas (sebagai rugi-rugi besi) yang diakibatkan oleh arus eddy (eddy current).

2. Kumparan Trafo

Kumparan trafo terdiri dari beberapa lilitan kawat berisolasi membentuk kumparan, dan kumparan tersebut diisolasi, baik terhadap inti besi maupun terhadap kumparan lain dengan menggunakan isolasi padat seperti karton, pertinax dan lain-lain. Terdapat dua kumparan pada inti tersebut yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder. Jika kumparan primer dihubungkan dengan tegangan/arus bolak-balik maka pada kumparan tersebut timbul fluks yang menimbulkan induksi tegangan, bila pada rangkaian sekunder ditutup (rangkaian beban) maka mengalir arus pada kumparan tersebut. Sehingga kumparan ini berfungsi sebagai alat transformasi tegangan dan arus. 3. Media pendingin

Khusus jenis trafo tenaga tipe basah, kumparan-kumparan dan intinya direndam dalam minyak trafo, terutama trafo-trafo tenaga yang berkapasitas besar, karena minyak trafo mempunyai sifat sebagai media pemindah panas dan bersifat pula sebagai isolasi ( tegangan tembus tinggi ) sehingga berfungsi sebagai media pendingin dan isolasi. Untuk itu minyak trafo harus memenuhi persyaratan sebagai berikut:

a) Ketahanan isolasi harus tinggi ( >10kV/mm )

b) Berat jenis harus kecil, sehingga partikel- partikel di dalam minyak dapat mengendap dengan cepat. c) Penyalur panas yang baik. d) Titik nyala yang tinggi, tidak mudah menguap yg dapat membahayakan. e) Sifat kimia yang stabil.4. Bushing

Merupakan penghubung antara kumparan trafo ke jaringan luar. Bushing adalah sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator, yang sekaligus berfungsi sebagai penyekat antara konduktor tersebut dengan tangki trafo. 5. Tangki dan konservator (khusus pada trafo tipe basah) Pada umumnya bagian-bagian dari trafo yang terendam minyak trafo yang ditempatkan di dalam tangki baja. Tangki trafo trafo distribusi umumnya dilengkapi dengan sirip-sirip pendingin (cooling fin) yang berfungsi memperluas permukaan dinding tangki, sehingga penyaluran panas minyak pada saat konveksi menjadi semakin baik dan efektif untuk menampung pemuaian minyak trafo, tangki dilengkapi dengan konservator.4.1.4 Penyebab Gangguan Trafo1. Tegangan Lebih Akibat Petir Gangguan ini terjadi akibat sambaran petir yang mengenai kawat phasa, sehingga menimbulkan gelombang berjalan yang merambat melalui kawat phasa tersebut dan menimbulkan gangguan pada trafo. Hal ini dapat terjadi karena arrester yang terpasang tidak berfungsi dengan baik, akibat kerusakan peralatan/pentanahan yang tidak ada. Pada kondisi normal, arrester akan mengalirkan arus bertegangan lebih yang muncul akibat sambaran petir ke tanah. Tetapi apabila terjadi kerusakan pada arrester, arus petir tersebut tidak akan dialirkan ke tanah oleh arrester sehingga mengalir ke trafo. Jika tegangan lebih tersebut lebih besar dari kemampuan isolasi trafo, maka tegangan lebih tersebut akan merusak lilitan trafo dan mengakibatkan hubungan singkat antar lilitan.

2. Overload dan Beban Tidak Seimbang

Overload terjadi karena beban yang terpasang pada trafo melebihi kapasitas maksimum yang dapat dipikul trafo dimana arus beban melebihi arus beban penuh (full load) dari trafo.

Overload akan menyebabkan trafo menjadi panas dan kawat tidak sanggup lagi menahan beban, sehingga timbul panas yang menyebabkan naiknya suhu lilitan tersebut. Kenaikan ini menyebabkan rusaknya isolasi lilitan pada kumparan trafo.4.2 Sistem Proteksi Dan Manfaat4.1.1 Sistem Proteksi

Dalam sistem tenaga listrik sering terjadi gejala gejala yang tidak normal. Gejala gejala yang tidak normal ini disebut juga dengan kondisi abnormal diantaranya: hubung singkat, tegangan lebih, beban lebih, frekuensi sistem rendah sehingga mengakibatkan terjadinya berbagai bentuk masalah dalam sistem tenaga listrik. Dari berbagai bentuk masalah tadi kita dapat menentukan sistem proteksi yang akan digunakan supaya kerusakan tidak berimbas pada alat alat yang lain. Sistem proteksi dipasang pada peralatan-peralatan listrik suatu sistem tenaga listrik, misalnya generator, transformator, jaringan dan lain-lain.4.1.2 Manfaat dari Sistem ProteksiManfaat dari sistem proteksi ini adalah sebagai berikut:

1. Menghindari ataupun untuk mengurangi kerusakan peralatan-peralatan akibat gangguan (kondisi abnormal operasi sistem). Semakin cepat reaksi perangkat proteksi yang digunakan maka akan semakin sedikit pengaruh gangguan kepada kemungkinan kerusakan alat.2. Cepat meminimalisir meluasnya daerah yang mengalami gangguan, menjadi sekecil mungkin.3. Dapat memberikan pelayanan listrik dengan keandalan yang tinggi kepada konsumen dan juga mutu listrik yang baik.

4. mengamankan manusia terhadap bahaya yang ditimbulkan oleh listrik.4.3 Fuse cut out (FCO)4.3.1 Pengertian

Fuse cut out (FCO) adalah peralatan proteksi yang bekerja apabila terjadi gangguan arus lebih, Alat ini akan memutuskan rangkaian listrik yang satu dengan yang lain apabila fungsi peralatan pelindung arus lebih pada suatu sistem jaringan adalah mendeteksi gangguan dalam rangkaian, dan memutus arus lebih pada harga rating pemutusnya, serta dapat membantu ketika peralatan pelindung disekitarnya yang berdekatan tidak dapat bekerja dengan baik.

Gambar 4.3 Fuse cut outSumber : www.dunia-listrik.blogspot.comHal-hal yang perlu diperhatikan dalam pemilihan fuse :

1. Arus nominal sekering (current rating) adalah arus yang mengalir secara terus menerus tanpa terjadi panas yang berlebihan dan kerusakan.2. Tegangan nominal (voltage rating) yaitu tegangan kerja antar konduktor yang diproteksi atau peralatan.3. Time current protection yaitu suatu lengkung karakteristik untuk menentukan waktu pemutusan.4. Pre arcing time adalah waktu yang diperlukan oleh arus yang besar untuk dapat meleburkan elemen sekering.5. Arcing time adalah waktu elemen sekering melebur dan memutuskan rangkaian sehingga arus jatuh menjadi nol.6. Minimum fusing current adalah suatu harga minimun dari arus yang akan menyebabkan elemen sekering beroperasi (melebur).7. Fusing factor adalah suatu perbandingan antara minimum fusing current dengan curret rating dari sekering.

8. Total operating time adalah waktu total yang dibutuhkan oleh sekering sehingga dapat mengisolasi gangguan yang terjadi.

9. Cut off adalah satuan fungsi yang penting pada sekering High Ruptring Capacity (HRC). Sekering HRC adalah sekering yang mempunyai kapasitas pemutusan yang tinggi. Jika elemen sekering pada HRC melebur dan membatasi harga arus yang dicapai maka hal ini dapat disebut denganarus cut off.10. Categori of duty. 4.3.2 Kelemahan FCOa) Penggunaannya terbatas pada penyaluran daya yang kecil.b) Tidak dilengkapi dengan alat peredam busur api yang timbul pada saat terjadi gangguan hubung singkat.IV-7