6 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Sistem tenaga listrik DC Arus listrik searah dikenal dengan singkatan DC (Direct Current). Sesuai dengan namanya listrik arus searah itu mengalir ke satu jurusan saja dalam kawat penghantar, yaitu dari kutub positip (+) ke kutub negatip (-). Sumber arus listrik searah bisa dari Baterai, Accu, Dinamo arus searah ataupun dapat dihasilkan dari penyearahan arus AC ke DC. Listrik DC (Direct Current) merupakan listrik yang kuat arus maupun tegangannya tidak merupakan fungsi periodik dari waktu, dalam arti besar arus maupun tegangan dari listrik ini merupakan bilangan konstan (C). Rangkaian DC sederhana seperti pada gambar berikut : Gambar 2.1. Rangkaian DC loop tertutup. Dimana : E = Sumber tegangan R= Hambatan rangkaian I = Arus listrik 6
7 2.2 Rectifier Rectifier atau Penyearah tiga-fasa adalah pengubah tegangan bolak-balik ke tegangan searah yang menggunakan sumber tiga-fasa. Berdasarkan a. Penyearah tak terkendali. b. Penyearah terkendali. semikonduktor yang digunakan dan variasi tegangan keluarannya, penyearah tiga- fasa dapat diklasifikasikan menjadi : Rangkaian secara umum penyearah 3 fasa tak terkendali ditunjukan pada gambar 2.2. Gambar 2.2. Rangkaian penyearah 3 phasa. Gambar 2.3. Gelombang output dari penyearah.
8 2.3 Transformator Transformator (trafo) adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Transformator terdiri dari 3 komponen pokok yaitu: kumparan pertama (primer) yang bertindak sebagai input, kumparan kedua (skunder) yang bertindak sebagai output, dan inti besi yang berfungsi untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan. Gambar 2.4. Transformator. 2.3.1 Prinsip Kerja Transformator Prinsip kerja dari sebuah transformator adalah sebagai berikut. Ketika Kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan arus listrik pada kumparan primer menimbulkan medan magnet yang berubah. Medan magnet yang berubah diperkuat oleh adanya inti besi dan dihantarkan inti besi ke kumparan sekunder, sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder akan timbul ggl induksi. Efek ini dinamakan induktansi timbal-balik (mutual inductance).
9 Hubungan antara tegangan primer, jumlah lilitan primer, tegangan sekunder, dan jumlah lilitan sekunder, dapat dinyatakan dalam persamaan : (2.1) Dimana : Vp = tegangan primer (volt) Vs = tegangan sekunder (volt) Np = jumlah lilitan primer Ns = jumlah lilitan sekunder 2.3.2 Klasifikasi Transformator Tenaga Transformator tenaga dapat di klasifikasikan menurut sistem pemasangan dan cara pendinginannya. 1. Menurut Pemasangan a. Pemasangan dalam b. Pemasangan luar 2. Menurut Pendinginan: a. Transformator mesin (untuk mesin-mesin listrik) b. Transformator Gardu Induk c. Transformator Distribusi 2.3.3 Bagian utama transformator Transformator memilki bagian - bagian utama yang penting diantaranya adalah sebagai berikut :
10 a. Inti besi Inti besi berfungsi untuk mempermudah jalan fluks, yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melalui kumparan. Dibuat dari lempengan-lempengan besi tipis yang berisolasi, untuk mengurangi panas (sebagai rugi-rugi besi) yang ditimbulkan oleh arus pusar atau arus eddy (eddy current). b. Kumparan transformator Beberapa lilitan kawat berisolasi membentuk suatu kumparan, dan kumparan tersebut diisolasi, baik terhadap inti besi maupun terhadap kumparan lain dengan menggunakan isolasi padat seperti karton, pertinax dan lain-lain. Pada transformator terdapat 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. c. Kumparan tertier Fungsi kumparan tertier diperlukan adalah untuk memperoleh tegangan tertier atau untuk kebutuhan lain. Untuk kedua keperluan tersebut, kumparan tertier selalu dihubungkan delta atau segitiga. Kumparan tertier sering digunakan juga untuk penyambungan peralatan bantu seperti kondensator synchrone, kapasitor shunt dan reactor shunt, namun demikian tidak semua transformator daya mempunyai kumparan tertier.
11 d. Minyak transformator Sebagian besar dari transformator tenaga memiliki kumparan-kumparan yang intinya direndam dalam minyak transformator, terutama pada transformatortransformator tenaga yang berkapasitas besar, karena minyak transformator mempunyai sifat sebagai media pemindah panas (disirkulasi) dan juga berfungsi pula sebagai isolasi (memiliki daya tegangan tembus tinggi) sehingga berfungsi sebagai media pendingin dan isolasi. Minyak transformator harus memenuhi persyaratan, yaitu: 1. Kekuatan isolasi tinggi. 2. Penyalur panas yang baik, berat jenis yang kecil, sehingga partikelpartikel dalam minyak dapat mengendap dengan cepat. 3. Viskositas yang rendah, agar lebih mudah bersirkulasi dan memiliki kemampuan pendinginan menjadi lebih baik. 4. Titik nyala yang tinggi dan tidak mudah menguap yang dapat menimbulkan bahaya. 5. Tidak merusak bahan isolasi padat. 6. Sifat kimia yang stabil. e. Bushing Hubungan antara kumparan transformator ke jaringan luar melalui sebuah bushing, yaitu sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator, yang sekaligus berfungsi sebagai penyekat antara konduktor tersebut dengan tangki transformator.
12 f. Tangki dan konservator Pada umumnya bagian-bagian dari transformator yang terendam minyak transformator berada atau (ditempatkan) di dalam tangki. Untuk menampung pemuaian pada minyak transformator, pada tangki dilengkapi dengan sebuah konservator. 2.4 Rumus perhitungan kebutuhan kapasitas daya gardu. Perhitungan kebutuhan kapasitas daya gardu yang dimaksud adalah untuk mengetahui berapa besarnya kapasitas daya gardu yang dibutuhkan pada suatu petak jalan untuk pengoperasian KRL pada jalur Jakarta Kota - Bogor. Untuk menentukan besarnya kapasitas daya pada gardu maka kita harus dihitung terlebih dahulu tenaga maksimum dalam satu jam dan puncak beban maksimum. 2.4.1 Tenaga Maksimum dalam satu jam (Y) Tenaga maksimum ditentukan oleh : 1. Jarak Bagi (S.D) dalam Km Sebagai misal menghitung jarak bagi total pengisian gardu B Gambar 2.5. Jarak pengisian gardu Jadi rumus untuk menghitung jarak pengisian adalah sebagai berikut : S.D = 1/2d(A-B) + 1/2d(B-C) (2.3)
13 Dimana : S.D d(a-b) d(b-c) 1/2d(A-B) 1/2d(A-B) = Jarak pengisian Gardu = Jarak antara Gardu A ke Gardu B = Jarak antara Gardu B ke Gardu C = Jarak pengisian gardu B ke arah A = Jarak pengisian gardu B ke arah C 2. Koefisien Tanjakan (G.C) Tabel 2.1. Koefisien tanjakan Tanjakan 0/00 G.C -13-10 -5 0 5 10 13 0.3 0.4 0.6 1 1.5 2 2.5 3. Berat KRL dengan penumpang penuh (W). Maksud berat KRL ini adalah berat total beban, yaitu berat total kereta di tambah dengan berat penumpang (dianggap yang rata rata 1 orang memiliki berat 60 kg). 4. Ratio konsumsi Tenaga (P) dalam Wh/ton Km. Ratio konsumsi berdasar percobaan 50 Wh/ton.km 5. Jumlah Kereta dalam 1 jam (V) V = 60/Headway Headway adalah selang waktu antara 2 kereta (menit). Sebagai contoh headway 6 menit, maka : V Single track = 60 menit / 6 menit = 10 Kereta V Double track = (60 menit / 6 menit) x 2 = 20 Kereta 6. Komposisi KRL yang beroperasi /Jumlah set kereta (C)
14 Yang dimaksud komposisi KRL ini adalah jumalah set kereta yang di jalankan pada lintas tersebut. Pada lintas bogor KRL sebagian besar KRL yang beroperasi adalah 2 Set (1 set = 4 rangkaian kereta). Maka Tenaga Maksimum dalam 1 jam dapat dihitung dengan rumus empiris sebagai berikut : Y = C x (S.D) x (G.C) x W x P x V...(Kw) (2.4) 2.4.2 Puncak Beban Maksimum (Z) Puncak beban maksimum diketahui dengan dari : Z = Y + C Y =...(kw) (2.5) Dimana: Y = Tenaga Maksimum C = konstanta/faktor elektrifikasi = 1,7 I Max Dalam hal ini I max adalah arus tertinggi dari KRL 2.4.3 Perhitungan Kapasitas Daya Gardu (Z) Dari hasil perhitungan Puncak Beban Maksimum dapat ditentukan kapasitas Listrik sebagai berikut : 1,25 x (2.6),