Chapter ii 2

697 views

Published on

0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
697
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
1
Actions
Shares
0
Downloads
17
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Chapter ii 2

  1. 1. BAB IIGARDU TRAFO DISTRIBUSIII.1 UmumGardu trafo distribusiberlokasi dekat dengan konsumen. Transformatordipasang pada tiang listrik dan menyatu dengan jaringan listrik. Untukmengamankan transformator dan sistemnya, gardu dilengkapi dengan unit-unitpengaman. Karena tegangan yang masih tinggi belum dapat digunakan untukmencatu beban secara langsung, kecuali pada beban yang didisain khusus, makadigunakan transformator penurun tegangan ( step down) yang berfungsi untukmenurunkan tegangan menengah 20kV ke tegangan rendah 400/230Volt. Gardutrafo distribusi ini terdiri dari dua sisi, yaitu : sisi primer dan sisi sekunder.Sisi primer merupakan saluran yang akan mensuplay ke bagian sisisekunder. Unit peralatan yang termasuk sisi primer adalah :a. Saluran sambungan dari SUTM ke unit transformator (primer trafo).b. Fuse cut out.c. Ligthning arrester.Gardu trafo distribusi ditunjukkan pada Gambar 2.1.Universitas Sumatera Utara
  2. 2.  Gambar 2.1 Gardu Trafo DistribusiII.2 Transformator DistribusiTujuan dari penggunaan transformator distribusi adalah untuk mengurangitegangan utama dari sistem distribusi listrik untuk tegangan pemanfaatanpenggunaan konsumen.Transformator distribusi yang umum digunakan adalahtransformator step-down 20kV/400V. Tegangan fasa ke fasa sistem jaringantegangan rendah adalah 380 V. Karena terjadi drop tegangan, maka pada teganganrendahnya dibuat diatas 380V agar tegangan pada ujung penerima tidak lebihkecil dari 380V. Sebuah transformator distribusi perangkat statis yang dibangundengan dua atau lebih gulungan digunakan untuk mentransfer daya listrik arusbolak-balik oleh induksi elektromagnetik dari satu sirkuit ke yang lain padaUniversitas Sumatera Utara
  3. 3. frekuensi yang sama tetapi dengan nilai-nilai yang berbeda tegangan dan arusnya.Transformator distribusi yang terpasang pada tiang dapat dikategorikanmenjadi : Conventional transformers Completely self-protecting ( CSP ) transformers Completely self-protecting for secondary banking ( CSPB ) transformersConventional transformers tidak memiliki peralatan proteksi terintegrasiterhadap petir,gangguan dan beban lebih sebagai bagian dari trafo. Oleh karena itudibutuhkan fuse cutout untuk menghubungkan conventional transformers denganjaringan distribusi primer. Lightning arrester juga perlu ditambahkan untuk trafojenis ini.Completely self-protecting ( CSP ) transformers memiliki peralatanproteksi terintegrasi terhadap petir, baban lebih, dan hubung singkat. Lightningarrester terpasang langsung pada tangki trafo sebagai proteksi terhadap petir.Untuk proteksi terhadap beban lebih, digunakan fuse yang dipasang di dalamtangki. Fuse ini disebut weak link. Proteksi trafo terhadap gangguan internalmenggunakan hubungan proteksi internal yang dipasang antara beliran primerdengan bushing primer.Completely self-protecting for secondary banking ( CSPB ) transformersmirip dengan CSP transformers, tetapi pada trafo jenis ini terdapat sebuah circuitbreaker pada sisi sekunder, circuit breaker ini akan membuka sebelum weak linkmelebur.Universitas Sumatera Utara
  4. 4. II.2.1 Konstruksi TransformatorTransformator merupakan alat listrik statis yang digunakan untukmemindahkan daya dari satu rangkaian ke rangkaian yang lain dengan mengubahtegangan, tanpa mengubah daya dan frekuensi. Transformator terdiri dari duakumparan yang saling berinduksi ( mutual inductance ). Kumparan ini terdiri darililitan konduktor berisolasi sehingga kedua kumparan tersebut terisolasi secaraelektrik antara yang satu dengan yang lain. Ratio perubahan tegangan tergantungdari ratio perbandingan jumlah lilitan kedua kumparan itu. Kumparan yangmenerima daya listrik disebut kumparan primer sedangkan kumparan yangterhubung ke beban disebut kumparan sekunder. Kedua kumparan itu dililitkanpada suatu inti yang terbuat dari laminasi lembaran baja yang kemudiandimasukkan ke dalam tangki berisi minyak trafo.Apabila kumparan primer dialiri arus listrik bolak – balik, maka akantimbul fluks magnetik bolak – balik sepanjang inti yang akan menginduksikumparan sekunder sehingga kumparan sekunder akan menghasilkan tegangan.Konstruksi dasar transformator ditunjukkan pada Gambar 2.2.Gambar 2.2 Konstruksi Dasar TransformatorUniversitas Sumatera Utara
  5. 5. Apabila trafo diasumsi sebagai trafo ideal dimana tidak terjadi rugi-rugidaya pada trafo, maka daya pada kumparan primer (P1) sama dengan daya padakumparan sekunder (P2). Besar tegangan dan arus pada kumparan sekunder diaturmenggunakan perbandingan banyaknya lilitan antara kumparan primer dankumparan sekunder berdasarkan rumus :psspspIIVVNN ........................................................................... (2.1)dimana :Np = Banyaknya lilitan kumparan sisi primerNs = Banyaknya lilitan kumparan sisi sekunderVp = Tegangan sisi primer (V)Vs = Tegangan sisi sekunder (V)Ip = Arus sisi primer (Amp)Is = Arus sisi sekunder (Amp)II.2.2 Prinsip Kerja TransformatorTransformator miliki dua kumparan yaitu kumparan primer dan kumparansekunder, dan kedua kumparan ini bersifat induktif. Kedua kumparan ini terpisahsecara elektris namun berhubungan secara magnetis melalui jalur yang memilikireluktansi ( reluctance ) rendah. Apabila kumparan primer dihubungkan dengansumber tegangan bolak-balik maka fluks bolak-balik akan muncul di dalam intiyang dilaminasi, karena kumparan tersebut membentuk jaringan tertutup makamengalirlah arus primer. Akibat adanya fluks di kumparan primer maka dikumparan primer terjadi induksi ( self induction ) dan terjadi pula induksi dikumparan sekunder karena pengaruh induksi dari kumparan primer atau disebutUniversitas Sumatera Utara
  6. 6. sebagai induksi bersama ( mutual induction ) yang menyebabkan timbulnyafluksmagnet di kumparan sekunder, maka mengalirlah arus sekunder jikarangkaian sekunder dibebani, sehingga energi listrik dapat ditransfer keseluruhan.dtdNe)( (Volt) ………………………………………………... (2.2)dimana :e = Gaya gerak listrik (Volt)N = Banyaknya lilitandtd= Perubahan fluks magnetik (weber/sec)Tujuan utama menggunakan inti pada transformator adalah untukmengurangi reluktansi (tahanan magnetis) dari rangkaian magnetis (commonmagnetic circuit).II.2.3 Inti TransformatorSecara umum inti transformator dibedakan menjadi dua jenis, yaitu tipeinti (core type), dan tipe cangkang (shell type). Tipe inti dibentuk dari lapisan besiberisolasi berbentuk persegi panjang dan kumparan transformatornya dibelitkanpada dua sisi persegi.Sedangkan tipe cangkang dibentuk dari lapisan inti berisolasi dankumparan transformatornya di belitkan di pusat inti. Transformator dengan tipekonstruksi shell memiliki kehandalan yang lebih tinggi dari pada tipe konstruksicore dalam menghadapi tekanan mekanis yang kuat pada saat terjadi hubungsingkat. Kedua tipe inti transformator ini ditunjukkan pada Gambar 2.3.Universitas Sumatera Utara
  7. 7. (a) Tipe Inti (b) Tipe CangkangGambar 2.3Inti TransformatorII.2.4 Minyak TransformatorMinyak transformator memegang peranan penting dalam sistem isolasitrafo dan juga berfungsi sebagai pendingin untuk menghilangkan panas akibatrugi-rugi daya pada trafo. Kandungan utama minyak trafo adalah naftalin, parafindan aromatik. Keuntungan minyak trafo sebagai isolator dalam trafo adalah : Isolasi cair memiliki kerapatan 1000 kali atau lebih dibandingkan denganisolasi gas, sehingga memiliki kekuatan dielektrik yang lebih tinggi. Isolasi cairakan mengisicelah atau ruang yang akan diisolasi dan secaraserentak melalui proses konversi menghilangkan panas yang timbul akibatrugi daya. Isolasi cair cenderung dapat memperbaiki diri sendiri (self healing) jikaterjadi pelepasan muatan (discharge).Kekuatan dielektrikadalah ukuran kemampuan elektrik suatu materialsebagai isolator. Kekuatan dielektrik didefenisikan sebagai tegangan maksimumyang dibutuhkan untuk mengakibatkan dielectric breakdown pada material yangdinyatakan dalam satuan Volt/m. Semakin tinggi kekuatan dielektrik minyaktrafo, maka semakin bagus kualitas minyak tersebut sebagai isolator. Hasil ujikekuatan dielektrikyang rendah, menunjukkan adanya benda-benda pengotorminyak seperti air atau partikel penghantar dalam minyak. Sebaliknya, apabilaUniversitas Sumatera Utara
  8. 8. hasil uji kekuatan dielektrik tinggi, bukan berarti bahwa tidak terjadi pengotorandalam minyak tersebut.Untuk mencegah kemungkinan timbulnya kebakaran pada peralatan, perludipilih minyak dengan titik nyala yang tinggi. Titik nyala minyak baru tidak bolehlebih kecil dari 135 °C, sedangkan untuk minyak bekas tidak boleh kurang dari130 °C.Menurut SNI 04 - 6954.2 - 2004 batas kenaikan suhu minyak bagian atasyang diperbolehkan adalah 60 °K pada suhu lingkungan sekitar normal ( 25°Csampai 40°C ).II.2.5 Bushing TransformatorUntuk tujuan keamanan, konduktor tegangan tinggi dilewatkan menerobossuatu bidang yang dibumikan melalui suatu lubang terbuka yang dibuat sekecilmungkin dan biasanya membutuhkan suatu pengikat padu yang disebutbushing.Konstruksi suatu bushing sederhana ditunjukkan pada Gambar 2.4.Gambar2.4Konstruksi Suatu Bushing SederhanaBagian utama suatubushingterdiri dari inti atau konduktor, bahandielektrik dan flans yang terbuat dari logam. Inti berfungsi untuk menyalurkanarus dari bagian dalam peralatan ke terminal luar dan bekerja pada tegangantinggi. Dengan bantuan flans, isolator diikatkan pada badan peralatan yangUniversitas Sumatera Utara
  9. 9. dibumikan.II.2.6 Sistem Pendingin TransformatorSistem pendinginan trafo dapat dikelompokkan sebagai berikut :1. ONAN ( Oil Natural Air Natural )Sistem pendingin ini menggunakan sirkulasi minyak dan sirkulasi udarasecara alamiah. Sirkulasi minyak yang terjadi disebabkan oleh perbedaan beratjenis antara minyak yang dingin dengan minyak yang panas.2. ONAF ( Oil Natural Air Force )Sistem pendingin ini menggunakan sirkulasi minyak secara alamisedangkan sirkulasi udaranya secara buatan, yaitu dengan menggunakanhembusan kipas angin yang digerakkan oleh motor listrik. Pada umumnya operasitrafo dimulai dengan ONAN atau dengan ONAF tetapi hanya sebagian kipasangin yang berputar. Apabila suhu trafo sudah semakin meningkat, maka kipasangin yang lainnya akan berputar secara bertahap.3. OFAF ( Oil Force Air Force )Pada sistem ini, sirkulasi minyak digerakkan dengan menggunakankekuatan pompa, sedangkan sirkulasi udara mengunakan kipas angin.II.3 Gangguan Pada Gardu Trafo DistribusiII.3.1 Gangguan Sambaran PetirGangguan sambaran petir dibagi atas dua, yaitu sambaran langsung danUniversitas Sumatera Utara
  10. 10. sambaran tidak langsung. Sambaran langsung adalah sambaran petir dari awanyang langsung menyambar jaringan sehingga menyebabkan naiknya tegangandengan cepat. Daerah yang terkena sambaran dapat terjadi pada tower dan jugakawat penghantar. Besarnya tegangan dan arus akibat sambaran ini tergantungpada besar arus kilat, waktu muka, dan jenis tiang saluran. Sambaran tidaklangsung atau sambaran induksi adalah sambaran petir ke bumi atau sambaranpetir dari awan ke awan di dekat saluran sehingga menyebabkan timbulnyamuatan induksi pada jaringan.Pada saluran udara tegangan menengah (SUTM), gangguan akibatsambaran tidak langsung ini tidak boleh diabaikan. Gangguan akibat sambarantidak langsung ini pada umumnya lebih banyak terjadi dibandingkan akibatsambaran langsung, dikarenakan luasnya daerah sambaran induksi. Spesifikasigelombang petir ditunjukkan pada Gambar 2.5.Gambar 2.5 Spesifikasi Gelombang PetirSpesifikasi dari suatu gelombang petir :a) Puncak (crest) gelombang, E (kV), yaitu amplitudo maksimum dariUniversitas Sumatera Utara
  11. 11. gelombang.b) Muka (front) gelombang, t1 (mikrodetik), yaitu waktu dari permulaansampai puncak. Ini diambil dari 10% E sampai 90% E.c) Ekor (tril) gelombang, yaitu bagian belakang puncak.Panjang gelombang, t2 (mikrodetik), yaitu waktu dari permulaan sampaititik 50% E pada ekor gelombang.II.3.2 Gangguan Hubung SingkatHubung singkat dapat terjadi melalui dua atau tiga saluran fasa sistemdistribusi. Arus lebih yang dihasilkan hubung singkat tergantung pada besarkapasitas daya penyulang, besar tegangan, dan besar impedansi rangkaian yangmengalami gangguan. Hubung singkat menghasilkan panas yang cukup tinggipada sisi primer trafo sebagai akibat dari naiknya rugi-rugi tembaga sebagaiperbandingan dari kuadrat arus gangguan. Arus gangguan yang besar inimengakibatkan tekanan mekanik (mechanical stress) yang tinggi pada trafo.Arus hubung singkat pada trafo dapat dihitung dengan menggunakanpersamaan :VZSIsc.3.%100. ........................................................................... (2.3)dimana :S = Daya trafo (kVA)%Z = Impedansi trafo dalam persenV = Tegangan fasa-fasa pada sisi tegangan rendah (kV)Universitas Sumatera Utara
  12. 12. Dari rumus13.ZVI NLf  A …….………………………………………………... (2.4)1..2.3ZVjI NLLLf  A ………………………………………………... (2.5)maka dapat diperoleh  3..23fLLf II A ………………………………………………... (2.6)  3.. 866.0 fLLf II A ……………………………………………… (2.7)dimana,3fI = Arus gangguan 3 fasa (A)LLfI . = Arus gangguan fasa ke fasa (A)NLV  = Tegangan fasa ke netral (V)1Z = Impedansi total urutan positif (Ω)Arus beban penuh dapat diketahui dengan menggunakan persamaan :VSIFL.3 ………………………………………………………... (2.8)dimana,S = Daya trafo 3 fasa (VA)V = Tegangan fasa-fasa pada sisi tegangan rendah (V)II.3.3 Gangguan Kegagalan Minyak TransformatorKegagalan isolasi (insulation breakdown) minyak trafo disebabkan olehbeberapa hal antara lain minyak trafo tersebut sudah lama dipakai, berkurangnyaUniversitas Sumatera Utara
  13. 13. kekuatan dielektrik dankarena isolasi tersebut dikenakan tegangan lebih. Padaprinsipnya tegangan pada isolator merupakan suatu tarikan atau tekanan (stress)yang harus dilawan oleh gaya dalam isolator itu sendiri agar isolator tersebut tidakgagal. Dalam struktur molekul material isolator, elektron-elektron terikat erat padamolekulnya, dan ikatan ini mengadakan perlawanan terhadap tekanan yangdisebabkan oleh adanya tegangan. Bila ikatan ini putus pada suatu tempat makasifat isolasi pada tempat itu akan hilang. Bila pada bahan isolasi tersebut diberikantegangan akan terjadi perpindahan elektron-elektron dari suatu molekul kemolekul lainnya sehingga timbul arus konduksi atau arus bocor. Karakteristikisolator akan berubah bila material kemasukan suatu ketidakmurnian (impurity)seperti adanya arang atau kelembaban dalam isolasi yang dapat menurunkantegangan tembus.Oksigen yang terdapat di udara yang berhubungan dengan minyak yangpanas dapat mengakibatkan terjadinya oksidasi dan terbentuknya bahan asam danendapan. Kadar asam yang terdapat pada minyak trafo merupakan suatu ukurantaraf deteriorasi dan kecenderungan untuk membentuk endapan. Endapan inisangat mengganggu karena melekat pada semua permukaan trafo dan mempersulitproses pendinginan. Endapan ini juga akan meningkatkan kemungkinan terjadinyabunga api antara bagian-bagian trafo yang terbuka. Suatu endapan setelahmencapai tebal 0,2 mm sampai 0,4 mm pada inti dan kumparan akan dapatmeningkatkan suhu sampai 10°C sampai 15°C.Bila dalam minyak terdapat kelembaban, maka kelembaban tersebut dapatmembentuk jalur-jalur yang membuka jalan terhadap terjadinya hubung singkat.Kelembaban tidak saja menurunkan daya isolasi minyak, melainkan kelembabanUniversitas Sumatera Utara
  14. 14. itu dapat pula diserap oleh bahan isolasi lainnya, sehingga seluruh trafo menjaditerancam.II.4 Proteksi Pada Gardu Trafo DistribusiII.4.1 FuseFuse adalah peralatan proteksi arus lebih yang bekerja denganmenggunakan prinsip melebur. Terdapat dua tipe fuse berdasarkan kecepatanmelebur elemen fusenya (fuse link), yaitu tipe K (cepat) dan tipe T (lambat).Fuse yang didesain untuk digunakan pada tegangan diatas 600Vdikategorikan sebagai fuse cutout. Fuse cutoutjenis ekspulsi (expulsion type)adalah jenis yang paling sering digunakan pada sistem distribusi saluran udara.Fuse jenis inimenggunakan elemen fuse yang relatif pendek yang dipasang didalam fuse catridge.Pada umumnya fuse cutout dipasang antara trafo distribusi dengan salurandistribusi primer. Pada saat terjadi gangguan, elemen fuse akan melebur danmemutuskan rangkaian sehingga akan melindungi trafo distribusi dari kerusakanakibat gangguan dan arus lebih pada saluran primer, atau sebaliknya memutuskansaluran primer dari trafo distribusi apabila terjadi gangguan pada trafo ataujaringan sisi sekunder sehingga akan mencegah terjadinya pemadaman padaseluruh jaringan primer.II.4.2 Lightning ArresterPenggunaan lightning arrester pada sistem distribusi adalah untukmelindungi peralatan dari gangguan akibat sambaran petir. Arrester jugaUniversitas Sumatera Utara
  15. 15. dipergunakan untuk melindungi saluran distribusi dari flashover. Arresterdipasang pada peralatan yang dihubungkan dari fasa konduktor ke tanah.Agar perlindungan saluran menjadi lebih efektif, arrester harus dipasang padasetiap fasa pada tiap tiang. Pada saat sistem bekerja keadaan normal, arrestermemiliki sifat sebagai isolator. Apabila terjadi sambaran petir, arrester akanberubah menjadi konduktor dan membuat jalan pintas (bypass) ke tanah yangmudah dilalui oleh arus petir, sehingga tidak menimbulkan tegangan lebih yangtinggi pada trafo. Jalur ke tanah tersebut harus sedemikian rupa sehingga tidakakan mengganggu aliran daya normal. Setelah petir hilang, arrester harus menutupdengan cepat kembali menjadi isolator, sehingga tidak mengakibatkan pemutusdaya terbuka. Pada kondisi operasi normal, arus bocor pada arrester tidak bolehmelebihi 2 mA. Apabila arus bocor melebihi angka tersebut, kemungkinan besararrester mengalami kerusakan.Pada saluran distribusi, arrester yang biasanya digunakan adalah arresterjenis katub (valve type). Arrester jenis katub terdiri dari sela percik dan sela seriyang terhubung dengan elemen tahanan yang mempunyai karakteristik tidaklinier. Tegangan frekuensi dasar tidak dapat menimbulkan tembus pada sela seri.Apabila sela seri tembus pada saat tibanya suatu surja yang cukup tinggi,sela tersebut berfungsi menjadi penghantar. Sela seri tidak bisa memutuskan arussusulan. Dalam hal ini sela seri dibantu oleh tahanan non linier yang mempunyaikarakteristik tahanan kecil untuk arus besar dan tahanan besar untuk arus susulandari frekuensi dasar. Lightning arrester jenis katub ditunjukkan pada Gambar 2.6.Universitas Sumatera Utara
  16. 16. Gambar 2.6Lightning Arrester Jenis KatubII.5 Pembumian ( Grounding )Pembumian adalah penghubungan suatu bagian dari rangkaian listrik ataubagian yang bersifat konduktor tetapi bukan bagian dari rangkaian listrik yangpada keadaan normal tidak bertegangan ke bumi.Tujuan dari pembumian adalah : Mengurangi tegangan kejut listrik pada peralatan. Memberi jalan bagi arus gangguan, baik akibat terjadinya arus hubungsingkat ke tanah maupun akibat terjadinya sambaran petir. Untuk membatasi tegangan pada fasa yang tidak mengalami gangguan.Sesuai dengan SNI 04-0225-2000 Pasal 3.13.2.10 dan Pasal 3.19.1.4, nilaitahanan pembumian seluruh sistem tidak boleh lebih besar dari 5 Ω dan jarakantar elektroda pembumian minimal 2 kali panjang elektroda. Resistivitas tanahdapat dihitung dengan menggunakan rumus:Ra..2  ....................................................................................... (2.9)dimana,ρ = Resistivitas tanah (Ωm)Universitas Sumatera Utara
  17. 17. a = Jarak antara elektroda (m)R = Tahanan (Ω)II.6 TiangPada umumnya tiang listrik yang sekarang pada Saluran Udara TeganganMenengah ( SUTM ) 20 kV terbuat dari beton bertulang dan tiang besi.Pemakaian tiang kayu sudah jarang digunakan karena daya tahannya ( umurnya )relatif pendek dan memerlukan pemeliharaan khusus.Dilihat dari fungsinya, tiang listrik dibedakan menjadi dua yaitu tiangpemikul dan tiang tarik. Tiang pemikul berfungsi untuk memikul konduktor danisolator,sedangkan tiang tarik berfungsi untuk menarik konduktor.Pada SUTM 20 kV, jarak antar tiang ditetapkan sebesar 40 meter, tetapijarak tersebut perlu disesuaikan dengan kondisi wilayah sehingga diberi standaryang jelas sejauh 30 - 50 meter. Untuk pemasangan tiang, sudah ada standar untukkedalaman tiang yang harus ditanam dibawah permukaan tanah yaitu 1/6 daripanjang tiang.Universitas Sumatera Utara

×