BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Jaringan Distribusi Secara garis besar, suatu sistem tenaga listrik yang lengkap mengandung empat unsur. Pertama, adanya suatu unsur pembangkit tenaga listrik. Tegangan yang dihasilkan oleh pusat tenaga listrik ini biasanya merupakan tegangan menengah. Kedua, suatu sistem transmisi, lengkap dengan gardu induk. Karena jaraknya yang biasanya jauh, maka diperlukan penggunaan Tegangan Tinggi (TT) dan/atau Tegangan Ekstra Tinggi (TET). Ketiga, adanya saluran distribusi, yang biasanya terdiri atas saluran distribusi primer dengan Tegangan Menengah (TM) dan saluran distribusi sekunder dengan Tegangan Rendah (TR). Keempat, adanya unsur pemakaian atau utilisasi, yang terdiri atas instalasi pemakaian tenaga listrik. Instalasi rumah tangga biasanya memakai tegangan rendah, sedangkan pemakai besar seperti industri menggunakan tegangan menengah atau tegangan tinggi. Gambar 2.1 memperlihatkan skema suatu sistem tenaga listrik. Perlu dikemukakan bahwa suatu sistem dapat terdiri atas beberapa subsistem yang saling berhubungan, atau yang biasa disebut sebagai sistem terinterkoneksi. Sebagaimana diketahui, pada sistem distribusi terdapat dua bagian, yaitu distribusi primer, yang menggunakan tegangan menengah, dan distribusi sekunder, yang menggunakan tegangan rendah Distribusi Primer Pada distribusi primer terdapat tiga jenis sistem, yaitu (i) sistem radial, (ii) sistem lup (loop), dan (iii) sistem jaringan primer. i. Sistem Radial Sistem radial adalah sistem yang paling sederhana dan paling banyak dipakai, terdiri atas saluran (feeders) atau rangkaian tersendiri yang seolah-olah keluar dari suatu sumber atau wilayah tertentu secara radial. Feeder itu terdiri atas suatu bagian utama dari saluran samping atau literal lain bersumber dan dihubungkan dengan transformator distribusi sebagaimana terlihat pada Gambar 2.2. Saluran samping sering disambung pada feeder dengan sekring (fuse). 4

2 Dengan demikian maka gangguan pada saluran samping tidak akan mengganggu seluruh feeder. Pemasok pada rumah sakit atau pemakai vital lain tidak boleh mengalami gangguan yang berlangsung lama. Dalam hal demikian, satu feeder tambahan disediakan, yang menyediakan suatu sumber penyedia energi alternatif. Hal ini dilakukan dengan suatu saklar pindah, seperti terlihat pada Gambar 2.3 Gambar 2.1 Skema Sistem Tenaga Listrik Catatan : PTL : Pembangkit Tenaga Listrik GI : Gardu Induk TT : Tegangan Tinggi TET : Tegangan Ekstra Tinggi TM : Tegangan Menengah GD : Gardu Distribusi TR : Tegangan Rendah 5

3 Gambar 2.2 Skema Saluran Sistem Radial Gambar 2.3 Penggunaan Saluran Alternatif dengan Saklar Pindah ii. Sistem Lup Suatu cara lain guna mengurangi lama interupsi daya yang disebabkan gangguan adalah dengan mendesain feeder sebagai lup (loop) dengan menyambung kedua ujung saluran. Hal ini mengakibatkan suatu pemakai dapat 6

4 memperoleh pasokan energi dari dua arah. Jika pasokan dari salah satu arah terganggu, pemakai itu akan disambung pada pasokan arah lainnya. Kapasitas cadangan yang cukup besar harus tersedia pada tiap feeder. Sistem lup dapat dioperasikan secara terbuka ataupun tertutup. Pada sistem lup terbuka, bagian-bagian feeder tersambung melalui alat pemisah (disconnectors), dan kedua ujung feeder, alat pemisah sengaja dibiarkan dalam keadaan terbuka. Pada dasarnya sistem ini terdiri dari dua feeder yang dipisahkan oleh suatu pemisah yang dapat berupa sekring (Gambar 2.4). Bila terjadi gangguan, bagian saluran dari feeder yang terganggu dapat dilepas dan menyambungnya pada feeder yang tidak terganggu. Sistem demikian biasanya dioperasikan secara manual dan dipakai pada jaringan-jaringan yang relatif kecil. Pada sistem lup tertutup (Gambar2.5) diperoleh suatu tingkat keandalan yang lebih tinggi. Pada sistem ini alat-alat pemisah biasanya berupa saklar daya yang lebih mahal. Saklar-saklar daya itu digerakkan oleh relay yang membuka saklar daya pada tiap ujung dari bagian saluran yang terganggu, sehingga bagian fider yang tersisa tetap berada dalam keadaan berenergi. Pengoperasian relay yang baik diperoleh dengan menggunakan kawat pilot yang menghubungkan semua saklar daya. Kawat pilot ini cukup mahal untuk dipasang dan dioperasikan. Kadang-kadang rangkaian telepon yang disewa dapat dipakai sebagai pengganti kawat pilot. Gambar 2.4 Skema Rangkaian Lup Terbuka Catatan : SD1 : Saklar Daya, normaly closed SD2 : Saklar Daya, normaly open 7

5 Gambar 2.5 Skema Rangkaian Lup Tertutup iii. Sistem Jaringan Primer Walaupun beberapa studi memberi indikasi bahwa pada kondisi-kondisi tertentu sistem jaringan primer lebih murah dan lebih andal daripada sistem radial, namun secara relatif tidak banyak sistem jaringan primer yang kini dioperasikan. Sistem ini terbentuk dengan menyambung saluran-saluran utama atau fider yang terdapat pada sistem radial sehingga menjadi suatu kisi-kisi atau jaringan (Gambar 2.6). Kisi-kisi ini diisi dari beberapa sumber atau gardu induk. Sebuah saklar daya antara transformator dan jaringan yang dikendalikan oleh relay-relay arus balik (reverse current relay) dan relay-relay penutupan kembali otomatis (automatic reclosing relay), melindungi jaringan terhadap terjadinya arus-arus gangguan bila hal ini terjadi pada sisi pengisian dari gardu induk. Bagian-bagian jaringan yang terganggu akan dipisahkan oleh saklar daya dan sekring. 8

6 Gambar 2.6 Skema Sistem Jaringan Primer Catatan : GI : Gardu Induk GD : Gardu Distribusi SD : Saklar Daya iv. Sistem Spindel Terutama di kota yang besar, terdapat suatu jenis gardu tertentu yang tidak terdapat transformator daya. Gardu demikian dinamakan Gardu Hubung (GH). GH pada umumnya menghubungkan dua atau lebih bagian jaringan primer kota itu. Dapat pula terjadi bahwa pada suatu GH terdapat sebuah transformator pengatur tegangan. Karena besar kota itu, kabel-kabel Tegangan Menengah (TM) mengalami turun tegangan. Tegangan yang agak rendah ini dinaikkan kembali dengan bantuan transformator pengatur tegangan. Dapat juga terjadi bahwa pada GH ditumpangi sebuah Gardu Distribusi (GD). Gambar 2.7 merupakan skema prinsip dari sistem spindel. 9

7 Gambar 2.7 Skema Prinsip Sistem Spindel Catatan : GI : Gardu Induk GH : Gardu Hubung GD : Gardu Distribusi S : Saklar A : Pengisi khusus tanpa beban GD B : Pengisi biasa dengan beban GD Distribusi Sekunder Distribusi sekunder menggunakan tegangan rendah. Seperti halnya distribusi primer, terdapat pula pertimbangan-pertimbangan perihal keandalan pelayanan dan regulasi tegangan. Sistem sekunder dapat terdiri atas empat jenis umum, yaitu : a. Sebuah transformator tersendiri untuk tiap pemakai b. Penggunaan satu transformator dengan saluran tegangan rendah untuk sejumlah pemakai 10

8 c. Penggunaan satu saluran tegangan rendah yang tersambung pada beberapa transformator secara paralel. Sejumlah pemakai dilayani dari saluran tegangan rendah ini. Transformator-transformator diisi dari satu sumber energi. Hal ini disebut banking sekunder transformator d. Suatu jaringan tegangan rendah yang agak besar diisi oleh beberapa transformator, yang pada akhirnya diisi oleh dua sumber energi atau lebih. Jaringan tegangan rendah ini melayani suatu jumlah pemakai yang cukup besar. Hal ini dikenal sebagai jaringan sekunder atau jaringan tegangan rendah. 2.2 Gardu Distribusi Gardu distribusi merupakan salah satu komponen dari suatu sistem distribusi yang berfungsi untuk menghubungkan jaringan ke konsumen atau untuk membagikan/mendistribusikan tenaga listrik pada beban/konsumen baik konsumen tegangan menengah maupun konsumen tegangan rendah. Pengertian umum Gardu Distribusi tenaga listrik yang paling dikenal adalah suatu bangunan gardu listrik berisi atau terdiri dari instalasi Perlengkapan Hubung Bagi Tegangan Menengah (PHB-TM), Transformator Distribusi (TD) dan Perlengkapan Hubung Bagi Tegangan Rendah (PHB-TR) untuk memasok kebutuhan tenaga listrik bagi para pelanggan baik dengan Tegangan Menengah (TM 20 kv) maupun Tegangan Rendah (TR 220/380V). Konstruksi Gardu distribusi dirancang berdasarkan optimalisasi biaya terhadap maksud dan tujuan penggunaannya yang kadang kala harus disesuaikan dengan peraturan Pemda setempat. Secara garis besar gardu distribusi dibedakan atas: a. Jenis pemasangannya: Gardu pasangan luar: gardu portal, gardu cantol Gardu pasangan dalam: gardu beton, gardu kios b. Jenis konstruksinya: Gardu beton (bangunan sipil: batu,beton) Gardu tiang: gardu portal, gardu cantol Gardu kios 11

9 2.2.1 Gardu Portal Umumnya konfigurasi Gardu Tiang yang dicatu dari SUTM adalah T section dengan peralatan pengaman Pengaman Lebur Cut-Out (FCO) sebagai pengaman hubung singkat transformator dengan elemen pelebur (pengaman lebur link type expulsion) dan Lightning Arrester (LA) sebagai sarana pencegah naiknya tegangan pada transformator akibat surja petir. Gambar 2.8 Gardu Portal Gardu Cantol Pada Gardu Distribusi tipe cantol, transformator yang terpasang adalah transformator dengan daya 100 kva Fase 3 atau Fase 1. Transformator terpasang adalah jenis CSP (Completely Self Protected Transformer) yaitu peralatan switching dan proteksinya sudah terpasang lengkap dalam tangki transformator. 12

10 Gambar 2.9 Gardu Cantol Perlengkapan perlindungan transformator tambahan LA (Lightning Arrester) dipasang terpisah dengan Penghantar pembumiannya yang dihubung langsung dengan badan transformator. Perlengkapan Hubung Bagi Tegangan Rendah (PHB-TR) maksimum 2 jurusan dengan saklar pemisah pada sisi masuk dan pengaman lebur (type NH, NT) sebagai pengaman jurusan. Semua Bagian Konduktif Terbuka (BKT) dan Bagian Konduktif Ekstra (BKE) dihubungkan dengan pembumian sisi Tegangan Rendah Gardu Beton Seluruh komponen utama instalasi yaitu transformator dan peralatan switching/proteksi, terangkai didalam bangunan sipil yang dirancang, dibangun dan difungsikan dengan konstruksi pasangan batu dan beton (masonrywall building). Konstruksi ini dimaksudkan untuk pemenuhan persyaratan terbaik bagi keselamatan ketenagalistrikan. 13

11 Gambar 2.10 Gardu Beton Gardu Kios Gardu tipe ini adalah bangunan prefabricated terbuat dari konstruksi baja, fiberglass atau kombinasinya, yang dapat dirangkai di lokasi rencana pembangunan gardu distribusi. Terdapat beberapa jenis konstruksi, yaitu Kios Kompak, Kios Modular dan Kios Bertingkat. Gambar 2.11 Gardu Kios Gardu ini dibangun pada tempat-tempat yang tidak diperbolehkan membangun Gardu Beton. Karena sifat mobilitasnya, maka kapasitas transformator distribusi yang terpasang terbatas. Kapasitas maksimum adalah 400 kva, dengan 4 jurusan Tegangan Rendah. 14

12 Khusus untuk Kios Kompak, seluruh instalasi komponen utama gardu sudah dirangkai selengkapnya di pabrik, sehingga dapat langsung di angkut kelokasi dan disambungkan pada sistem distribusi yang sudah ada untuk difungsikan sesuai tujuannya. Gambar 2.12 Gardu Kios Bertingkat 2.3 Transformator Transformator (trafo) merupakan suatu alat magnetoelektrik yang sederhana, handal, dan efisien untuk mengubah tegangan arus bolak-balik dari satu tingkat ke tingkat yang lain. Pada umumnya terdiri atas sebuah inti yang terbuat dari besi berlapis dan dua buah kumparan, yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder. Rasio perubahan tegangan akan tergantung dari rasio jumlah lilitan pada kedua kumparan itu. Biasanya kumparan terbuat dari kawat tembaga yang dibelit seputar kaki inti transformator. Secara umum dapat dibedakan dua jenis transformator menurut konstruksinya, yaitu tipe inti dan tipe cangkang. Pada tipe inti terdapat dua kaki, dan masing-masing kaki dibelit oleh satu kumparan. Sedangkan tipe cangkang mempunyai tiga buah kaki, dan hanya kaki yang tengah-tengah dibelit oleh kedua kumparan. Kedua kumparan dalam tipe cangkang ini tidak tergabung secara elektrik, melainkan saling tergabung secara magnetik melalui inti. Bagian datar dari inti dinamakan pemikul. 15

13 Gambar 2.13Jenis Transformator Menurut Konstruksinya Prinsip Kerja Transformator Transformator terdiri atas dua buah kumparan (primer dan sekunder) yang bersifat induktif. Kedua kumparan ini terpisah secara elektris namun berhubungan secara magnetis melalui jalur yang memiliki reluktansi rendah. Apabila kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik maka fluks bolak-balik akan muncul di dalam inti yang dilaminasi, karena kumparan tersebut membentuk rangkaian tertutup maka mengalirlah arus primer. Akibat adanya fluks di kumparan primer maka di kumparan primer terjadi induksi (self induction) dan terjadi pula induksi di kumparan sekunder karena pengaruh induksi dari kumparan primer atau disebut sebagai induksi bersama yang menyebabkan timbulnya fluks magnet di kumparan sekunder, maka mengalirlah arus sekunder jika rangkaian sekunder di bebani, sehingga energi listrik dapat ditransfer keseluruhan (secara magnetisasi). ee = ( )NN dd dddd (VVVVVVVV)... (2.1) dimana: e = gaya gerak listrik N = jumlah lilitan d dt = perubahan fluks magnet (web/sec) 16

14 Perlu diingat bahwa hanya tegangan listrik bolak-balik yang dapat ditransformasikan oleh transformator, sedangkan dalam bidang elektronika transformator digunakan sebagai gandengan impedansi antara sumber dan beban untuk menghambat arus searah sambil tetap melakukan arus bolak-balik antara rangkaian Hubungan Lilitan Transformator Secara umum dikenal tiga macam hubungan lilitan untuk sebuah transformator tiga fasa, yaitu: hubungan bintang, hubungan delta, dan hubungan zig-zag. 1. Hubungan Bintang (Y) Arus transformator 3 fasa dengan kumparan yang dihubungkan secara bintang yaitu I A, I B, dani C masing-masing berbeda fasa 120. (a) (b) Gambar 2.14(a) Rangkaian hubungan bintang (b) Diagram fasor rangkaian hubungan bintang Untuk beban yang seimbang: I N = I A + I B + I C = 0 V AB = V AN + V BN = V AN V CN V BC = V BN V CN V CA = V CN - V AN 17

15 Dari vektor diagram pada Gambar 2.14(b) diketahui bahwa untuk hubungan bintang berlaku : VV AAAA = 3 VV AAAA aaaaaaaavv LL = 3VV pp II PP = II LL Jadi besarnya daya pada hubungan bintang (VA) : P = 3 V p I p P = 3 (V L / 3 ) I L P = 3 V L I L... (2.2) 2. Hubungan Delta (Δ) Tegangan transformator 3 fasa dengan kumparan yang dihubungkan secara delta, yaitu V AB, V BC, dan V CA masing-masing berbeda 120. V AB + V BC + V CA = 0 (a) (b) Gambar 2.15 (a) Rangkaian hubungan delta (b) Diagram fasor rangkaian hubungan delta Untuk beban yang seimbang : I A = I AB - I CA I B = I BC - I AB I C = I CA I BC 18

16 Dari vektor diagram pada Gambar 2.15(b) diketahui arus I A (arus jala-jala) adalah 3 x I AB (arus fasa). Tegangan jala-jala dalam hubungan delta sama dengan tegangan fasanya. Besarnya daya pada hubungan delta (VA) : P = 3 V P I P P = 3 ( V L / 3 ) I L P = 3 V L I L... (2.3) 3. Hubungan Zig-Zag Pada hubungan zig-zag, di mana masing-masing lilitan 3 fasa pada sisi tegangan rendah, dibagi menjadi 2 bagian dan masing-masing dihubungkan pada kaki yang berlainan. Hubungan zig-zag dapat digambarkan seperti terlihat pada Gambar Hubungan silang atau zig-zag digunakan untuk keperluan khusus seperti pada transformator distribusi dan transformator converter. (a) (b) Gambar 2.16 (a) Rangkaian Hubungan Zig-zag (b) Diagram vektor hubungan zig-zag 19

17 2.4 Transformator Distribusi Tujuan dari penggunaan transformator distribusi adalah untuk menurunkantegangan utama dari sistem distribusi listrik dalam pemanfaatanpenggunaan tegangan di 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 pada frekuensi yang sama tetapi dengan nilai-nilai yang berbeda pada tegangan dan arusnya. Transformator distribusi yang terpasang pada tiang dapat dikategorikan menjadi : Conventional transformers Completely self-protecting ( CSP ) transformers Completely self-protecting for secondary banking ( CSPB ) transformers Conventional transformers tidak memiliki peralatan proteksi terintegrasi terhadap petir,gangguan dan beban lebih sebagai bagian dari trafo. Oleh karena itu dibutuhkan fuse cutout untuk menghubungkan conventional transformers dengan jaringan distribusi primer. Lightning arrester juga perlu ditambahkan untuk trafo jenis ini. Completely self-protecting ( CSP ) transformers memiliki peralatan proteksi 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 dalam tangki. Fuse ini disebut weak link. Proteksi trafo terhadap gangguan internal menggunakan hubungan proteksi internal yang dipasang antara belitan primer dengan bushing primer. Completely self-protecting for secondary banking ( CSPB ) transformers mirip dengan CSP transformers, tetapi pada trafo jenis ini terdapat sebuah circuit 20

18 breaker pada sisi sekunder, circuit breaker ini akan membuka sebelum weak link melebur Jenis- Jenis Transformator Distribusi Trafo yang umum dipakai distribusi yaitu trafo 3 fasa dan trafo satufasa. Trafo tiga fasa paling banyak pemakaiannya karena: a. Tidak memerlukan ruangan yang besar b. Lebih murah c. Pemeliharaan persatuan barang lebih mudah dan lebih murah. Menurut jenisnya trafo distribusi dibedakan menjadi : a. Jenis overhead Jenis ini bisa dibedakan menjadi : 1). Tipe Konvensional : Tipe ini tidak memiliki alat pengaman seperti arester,pengaman beban lebih sebagai satu kesatuan unit trafo. Jadi alat-alatpengaman tersebut didapat dan dipasang secara terpisah.untuk rating yang tidak terlalu besar, tipe ini adalah dalambentuk pasangan tiang. Sedang untuk rating yang besar,ditempatkan pada gardu distribusi. 2). Tipe CSP (Completely Selp Protected) Trafo distribusi tipe ini memiliki pengaman sebagaikesatuan unit trafo. Pengaman yang lain adalah pengamanterhadap gangguan surya petir dan surya hubung, pengamanbeban lebih dan pengaman hubung singkat. Selain itu trafo jenis ini juga dilengkapi dengan lampumerah peringatan yang akan menyala bila temperatur gulunganmelebihi batas yang diijinkan untuk isolasinya. Apabila tidakdiambil tindakan dan temperatur mencapai batas bahaya, makacircuit breaker akan membuka. Apabila diperlukan, circuitbreaker bisa diset pada posisi darurat untuk melakukan bebanlebih sementara. b. Jenis underground : Jenis ini bisa dibedakan lagi menjadi : 1). Tipe Subway : Trafo distribusi tipe ini dipasang pada ruangan bawahtanah untuk sistem distribusi bawah tanah. Tipe ini bisaberbentuk trafo konvensional, maupun trafo berproteksi arus. 21

19 Trafo berproteksi arus mempunyai perlengkapan pengamanyang sama seperti trafo CSP hanya saja tidak memilikipengaman gangguan surya petir yang memang tidak diperlukanuntuk sistem distribusi bawah tanah. 2). Tipe network Trafo network dirancang untuk melayani sistem distribusijaringan tegangan rendah (LV network). Trafo distribusi inidiklasifasikan menjadi 3, berdasarkan pendinginannya yangmasing-masing : a. Berisi Minyak Merupakan jenis yang biasa digunakan, sebagaiminyak pengisi pada umumnya dipakai askatrel yangmempunyai sifat tidak bisa terbakar (non flamcable).meskipun demikian trafo jenis ini belum terhindar darikemungkinan meledaknya tangki, karena kegagalangulungan dengan dengan kekuatan tertentu akanmenghasilkan tekanan besar, yang biasa menyebabkantangki meledak. Oleh sebab itu sering ditambahkanperalatan mekanis pelepas tekanan. b. Tipe kering berventilasi Digunakan bila ada tempat kering pada lantai dasarsebuah bangunan, dimana udara cukup bersih. Adanyalubang-lubang hawa pada rumah trafo yang terbuat darimetal memungkinkan udara mengalir ke koil dan intitrafo. Tipe ini memberikan keamanan maksimum denganbiaya pemasangan dan perawatan minimum. c. Tipe kering tertutup Pada tipe ini trafo ditempatkan pada tangki yangtertutup rapat, dengan sedikit tekanan positif dari gasnitrogen. Trafo tipe ini menghilangkan sama sekali kemungkinan terbakar ataupun meledak juga biayapemeliharaan minyak karena isolasi utamanya adalahudara, tipe kering tertutup ini ukurannya lebih lebih besardari trafo network yang berisi minyak.trafo tipe ini juga dilengkapi dengan networkprotector pada sisi sekundernya dimana network protectorini sudah merupakan satu unit dengan trafonya. Networkprotector ini adalah alat pengaman jaringan distribusi tipelv network, dimana bisa timbul kemungkinanpembalikan arus dari sekunder ke primer atau pada trafodistribusi yang menyebabkan membukanya circuit breaker saluran primer. Network protector (pengamanjaringan) ditempatkan pada bagian sekunder trafodistribusi merupakan 22

20 jenis air circuit breaker dengan relay-relay dan peralatan pembantu dan mempunyai fungsi: a. Mengerjakan pemutus bila terjadi gangguan pada kabel primer atau trafo distribusi. b. Mengerjakan pemutus bila terjadi pembalikan daya. c. Menutup kembali rangkaian jika tegangan pada bagian primer dan sudut fasanya sudah sesuai dengan tegangan jaringan, sehingga setelah penutupan, daya akan mengalir dari feeder ke jaringan. c. Tipe padmounted Trafo ini pada mulanya digunakan untuk distribusi daerah rumah tinggal dengan sistem jaringan bawah tanah. Dengan diadakannya pengembangan trafo ini dapat dipakaiuntuk beban-beban yang besar sampai 2500KVA per unitnya.trafo ini merupakan satu kesatuan dengan rumah trafoyang terbuat dari metal dan dilengkapi dengan pengaman-pengamanuntuk tegangan rendah yang terdiri dari sekring,pemutusan switch. Trafo-trafo padmounted ini dapat diletakkan langsungdiatas tanah untuk daerah perumahan atau gedung. Denganperlengkapan penyambung tertutup dari bahan sintesis, trafopadmounted biasa berkemampuan: a. Tahan banjir b. Dapat dipegang (dead front), aman terhadap tegangan c. Dapat dengan cepat dipasang dan dilepas tanpamemutuskan circuit primer, dengan menggunakan hotstick, sehingga aliran daya keunit laintetap terjaga Perhitungan Arus Beban Penuh dan Arus Hubung Singkat Telah diketahui bahwa daya transformator distribusi bila ditinjau dari sisi tegangan tinggi (primer) dapat dirumuskan sebagai berikut : S = 3. V. I... (2.4) dimana: S = Daya Transformator (kva) V = Tegangan Sisi Primer Transformator (kv) I = Arus Jala-jala (A) 23

21 Dengan demikian untuk menghitung arus beban penuh (full load) dapat menggunakan rumus : I FL = dimana: S 3 V... (2.5) I FL = Arus Beban Penuh (A) S = Daya Transformator (kva) V = Tegangan Sisi Sekunder Transformator (kv) Sedangkan untuk menghitung arus hubung singkat pada transformator digunakan rumus : I SC = S (2.6) %Z 3 V dimana: I SC = Arus Hubung Singkat (A) S = Daya Transformator (kva) V= Tegangan Sisi Sekunder Transformator (kv) %Z = Persen Impedansi Transformator Dengan demikian untuk menghitung persentase pembebanannya adalah sebagai berikut : % b = I ph I FL x 100 %... (2.7) dimana: % b = Persentase Pembebanan (%) I ph = Arus Fasa (A) I FL = Arus Beban Penuh (A) Losses (rugi-rugi) Akibat Adanya arus Netral pada Penghantar Netral Transformator Sebagai akibat dari ketidakseimbangan beban antara tiap-tiap fasa pada sisi sekunder trafo (fasa R, fasa S dan fasa T) mengalirlah arus di netral trafo. Arus yang mengalir pada penghantar netral trafo ini menyebabkan losses (rugirugi). Dan losses pada penghantar netral dapat dirumuskan sebagai berikut : P N = I N 2 R N... (2.8) 24

22 dimana: P N = Lossesyang timbul pada penghantar netral (Watt) I N = Arus yang mengalir melalui kawat netral (Ampere) R N = Tahanan pada kawat netral (Ω) Losses Akibat Arus Netral yang Mengalir ke Tanah Losses ini terjadi karena adanya arus netral yang mengalir ke tanah.besarnya dapat dirumuskan sebagai berikut : P G = I 2 G R G... (2.9) dimana: P G = losses akibat arus netral yang mengalir ke tanah (watt) I G = Arus netral yang mengalir ke tanah (Ampere) R G = Tahanan pembumian netral trafo (Ω) 2.5 Ketidakseimbangan Beban Beban tidak seimbang adalah masalah umum yang dihadapi pada sistem 3 fasa, hal ini diakibatkan karena yang mendominasi adalah pelanggan 1 fasa dari pada pelanggan 3 fasa. Walaupun demikian dengan banyaknya pelanggan 3 fasa tetap tidak menjamin keseimbangan fasa. Apabila terjadi ketidakseimbangan beban pada sistem 3 fasa maka kawat netral akan dialiri arus dan perbedaan sudut beban per fasa adalah tidak sama dengan 120, beban transformator yang tidak seimbang menyebabkan akan muncul arus netral. Yang dimaksud dengan keadaan seimbang adalah suatu keadaan dimana: a. Ketiga vektor arus/tegangan sama besar b. Ketiga vektor saling membentuk sudut 120 satu sama lain. Sedangkan yang dimaksud dengan keadaan tidak seimbang adalah keadaan dimana salah satu atau kedua syarat keadaan seimbang tidak dipenuhi. Kemungkinan keadaan tidak seimbang ada 3: a.ketiga vektor sama besar tetapi tidak membentuk sudut satu sama lain. b. Ketiga vektor tidak sama besar tetapi membentuk sudut satu sama lain. c. Ketiga vektor tidak sama besar dan tidak membentuk sudut satu sama lain. 25

23 Untuk lebih jelasnya dapat digambarkan dengan vektor diagram arus pada gambar berikut ini. (a) Gambar 2.17Vektor Diagram Arus (b) Gambar (2.17a) menunjukkan vektor diagram arus dalam keadaan seimbang, terlihat bahwa penjumlahan ketiga vektor arusnya (I R, I S, I T ) adalah sama dengan nol sehingga tidak muncul arus netral (I N ). Sedangkan pada gambar (2.17b) menunjukkan vektor diagram arus yang tidak seimbang, terlihat bahwa penjumlahan ketiga vektor arusnya tidak sama dengan nol sehingga muncul sebuah besaran yaitu arus netral karena faktor ketidakseimbangannya. Penyebab dari ketidakseimbanganbeban ini diantaranya adalah sebagai berikut : 1. Pasang baru pada bagian kabel yang mudah untuk penyambungan. Banyaknya pemasangan pelanggan baru oleh biro pada bagian kabel yang mudah untuk dipasangi pierching connector tanpa memperhatikan phasa yang terpasang pada saat itu. Hal ini terjadi sebagian besar pada jaringan SKUTR yang memakai kabel LVTC. Hal ini diakibatkan karena saat pemasangan pierching connector pada LVTC tersebut, pemasangan harus melonggarkan kabel tersebut dari pilinannya. 2. Banyaknya pelanggan pada suatu sambungan deret. Tidak semua pelanggan listrik memiliki rumah tinggal dekat jaringan, untuk mengatasinya maka dibuat suatu SR deret. Peraturannya suatu SR deret 26

24 dibatasi maksimal 5 pelanggan tiap fasanya, namun pada pelaksanaannyabanyak SR deret yang memilikipelanggan lebih dari 5 pelanggan dalam satu fasa. Hal ini diakibatkan adanya penambahan pelanggan yang tidak selalu terjadi pada pelanggan yang dekat jaringan JTR saja, melainkan ada juga yang agak jauh dari jaringan, sehingga oleh pemasang diambilkan dari jaringan SR yang terdekat. Pemasangan tersebut tidak memperhatikan SR deret yang telah tersambung pada satu fasa tersebut. Sehingga menyebabkan beban pincang pada trafo karena fasa tersebut terlalu banyak menanggung beban. Selain mengakibatkan beban pincang banyaknya pelanggan pada suatu SR deret akan mengakibatkan tegangan ujung pada SR deret tersebut drop (jauh dari tegangan normal). 3. Kurangnya pengawasan di lapangan. Dalam pelaksanaan pemasangan sambungan baru, pada umumnya pengawas lapangan langsung percaya kepada pelaksana bahwa apa yang dikerjakan sesuai dengan perintahnya. Untuk itu perlu dicek ulang dengan cara melakukan pengukuran kembali, kemudian membandingkannya dengan hasil pengukuran sebelum pelaksanaan pemasangan. Dari data tersebut dapat diketahui adanya penambahan beban pada phasa terdapat sambungan baru. 2.6 Penyaluran dan Susut Daya Pada Transformator Misalkan daya sebesar P disalurkan melalui suatu saluran dengan penghantar netral. Apabila pada penyaluran daya ini arus-arus fasa dalam keadaan seimbang, maka besarnya daya dapat dinyatakan sebagai berikut : P = 3 [V] [I] cos φ... (2.10) Daya yang sampai ujung terima akan lebih kecil dari P karena terjadi penyusutan dalam saluran. Penyusutan daya ini dapat diterangkan dengan menggunakan diagram fasor tegangan saluran model fasa tunggal seperti pada Gambar 2.18 di bawah ini : 27

25 Gambar 2.18 Diagram Fasor Tegangan Saluran Daya Model Fasa Tunggal Model ini dibuat dengan asumsi arus pemusatan kapasitif pada saluran cukup kecil sehingga dapat diabaikan. Dengan demikian besarnya arus ujung kirim sama dengan arus di ujung terima. Apabila tegangan dan faktor faktor daya pada ujung terima berturut-turut adalah V dan φ, maka besarnya daya pada ujung terima adalah : P = 3 [V ] [I] cos φ... (2.11) Selisih antara P pada persamaan (2.10) dan P pada persamaan (2.11) memberikan susut daya saluran, yaitu : Pl= P P... (2.12) Pl= 3 [V] [I] cos φ - 3 [V ] [I] cos φ... (2.13) Pl= 3 [I] {[V] cos φ - [V ] cos φ }... (2.14) Sementara itu dari Gambar 2.18 memperlihatkan bahwa : {[V] cos φ - [V ] cos φ }= [I] R... (2.15) Dengan R adalah tahanan kawat penghantar tiap fasa, oleh karena itu persamaan (2.14) berubah menjadi : Pl = 3 [I 2 ] R... (2.16) Jika [I] pada persamaan 2.10 adalah besaran arus fasa dalam penyaluran daya sebesar P pada keadaan seimbang, maka pada penyaluran daya yang sama tetapi dengan keadaan tak seimbang besarnya arus-arus fasa dapat dinyatakan dengan koefisien a, b dan c sebagai berikut : 28

26 [I R ] = a [I] [I S ] = b [I]... (2.17) [I T ] = c [I] dengan I R, I S dan I T berturut-turut adalah arus di fasa R, S dan T. Bila faktor daya di ketiga fasa dianggap sama walaupun besarnya arus berbeda, besarnya daya yang disalurkan dapat dinyatakan sebagai : P = (a + b + c). [V]. [I]. cos φφ..... (2.18) Apabila persamaan (2.18) dan persamaan (2.10) menyatakan daya yang besarnya sama, maka dari kedua persamaan itu dapat diperoleh persyaratan untuk koefisien a, b, dan c yaitu : a + b + c = (2.19) dimana pada keadaan seimbang, nilai a = b = c = Faktor Daya Pengertian faktor daya (cos φ) adalah perbandingan antara daya aktif (P) dan daya semu (S). Dari pengertian tersebut, faktor daya (cos φ) dapat dirumuskan sebagai berikut : daya aktif Faktor Daya = daya semu Faktor Daya = P S V. I. cos φ Faktor Daya = V. I Untuk penjelasan tentang daya-daya dapat dilihat pada segitiga daya berikut ini : Gambar 2.19 Segitiga Daya 29

27 Daya Semu (S) = V.I (VA)... (2.20) Daya Aktif (P) =V.I.cos φ(watt)... (2.21) Daya Reaktif (Q) = V.I.sin φ(var)... (2.22) 2.8 Arus Netral Arus netral dalam sistem distribusi tenaga listrik dikenal sebagai arus yang mengalir pada kawat netral di sistem distribusi tegangan rendah tiga fasa empat kawat. Arus netral ini muncul jika: a. Kondisi beban tidak seimbang b. Karena adanya arus harmonisa akibat beban non-linear. Arus yang mengalir pada kawat netral yang merupakan arus bolak-balik untuk sistem distribusi tiga fasa empat kawat adalah penjumlahan vektor dari ketiga arus fasa dalam komponen simetris. Untuk arus tiga fasa dari suatu sistem yang tidak seimbang dapat juga diselesaikan dengan menggunakan metode komponen simetris. Dengan menggunakan notasi-notasi yang sama seperti pada tegangan akan didapatkan persamaan-persamaan untuk arus-arus fasanya sebagai berikut : Ia = I 1 + I 2 + I 0... (2.23) Ib = a 2 I 1 + a I 2 + I 0... (2.24) Ic = ai 1 + a 2 I 2 + I 0... (2.25) Dengan tiga langkah yang telah dijabarkan dalam menentukan tegangan urutan positif, urutan negative, dan urutan nol terdahulu, maka arus-arus urutan juga dapat ditentukan dengan cara yang sama, sehingga kita dapatkan juga : I 1 =1/3( Ia +a Ib+a 2 Ic)... (2.26) I 2 =1/3( Ia +a 2 Ib+a Ic)... (2.27) I 0 =1/3( Ia + Ib+ Ic)... (2.28) Di sini terlihat bahwa arus urutan nol (I 0 ) adalah merupakan sepertiga dari arus netral atau sebaliknya akan menjadi nol jika dalam sistem tiga fasa empat kawat. Dalam sistem tiga fasa empat kawat ini jumlah arus saluran sama dengan arus netral yang kembali lewat kawat netral, menjadi : I N = Ia + Ib+ Ic... (2.29) 30

28 Denganmensubstitusikan persamaan (2.28) ke (2.29) maka diperoleh : I N =3 I 0... (2.30) Dalam sistem tiga fasa empat kawat ini jumlah arus dalam saluran sama dengan arus netral yang kembali lewat kawat netral. Jika arus-arus fasanya seimbang maka arus netralnya akan bernilai nol, tapi jika arus-arus fasanya tidak seimbang, maka akan ada arus yang mengalir di kawat netral sistem (arus netral akan mempunyai nilai dalam arti tidak nol). Adapun upaya untuk mengatasi arus netral yang tinggi dapat dilakukan melalui beberapacara berikut, yaitu: a. Pemerataan Beban Pembebanan yang tak seimbang mengakibatkan arus netral sekunder trafo distribusi menjadi tinggi. Pemerataan beban dilakukan untuk memperbaiki kualitas beban yang dikirim. Dapat dilihat dengan beban seimbang menghasilkan pergeseran sudutantar fasa sebesar Hal ini berpengaruh terhadap arus netral yang terjadi dimana arus netral yang terjadi menjadi nol. b. Memperbaiki Sambungan Netral Setiap sistem distribusi biasanya memakai sistem 3 phase empat kawat, yaitu 3 kawat untuk ketiga phase dan 1 kawat lagi untuk netral. Apabila beban yang dipasok non linier sehingga pengaruh harmonik lebih dominan maka untuk mengatasi panaslebih pada kawat netral akibat pengaruh harmonik sebaiknya ukuran kawat netral diperbesar dari ukuran standarnya. Begitu juga pada panel-panel listrik disarankan kawat netral untuk sistem pentanahannya diperbesar dari ukuran standarnya. c. Minimisator Arus Netral Untuk instalasi konsumen yang memerlukan kualitas listrik yang lebih baik dan handal, untuk mengurangi pengaruh pembebanan tak seimbang dan beban yang non linier maka pada transformator distribusi atau panel kontrol utama perlu dipasang peralatan untuk membuat pembebanan menjadi seimbang. Hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan alat untuk meminimisator arus netral. Alat dipasang pada sambungan sekunder rak TR yang arah pelanggan. 31