Upload
others
View
8
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
II-1
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Gardu Distribusi
Gardu Distribusi merupakan suatu bangunan gardu listrik berisi atau
terdiri dari instalasi Perlengkapan Tegangan Menengah (PHB-TM) dan
Perlengkapan Hubung Bagi Tegangan Rendah (PHB-TR) untuk memasok
kebutuhan tenaga listrik bagi para pelanggan baik Tegangan Menengah (TM 20
kV) maupun Tegangan Rendah (TR 220/380V) [15]. Jenis perlengkapan hubung
bagi tegangan menengah pada gardu distribusi berbeda sesuai dengan jenis
konstruksi gardunya [5].
2.2 Jenis-Jenis Gardu Distribusi
Secara garis besar gardu distribusi dibedakan menjadi 3 jenis yaitu jenis
pemasangannya, jenis konstruksinya dan jenis penggunaannya. Menurut Jenis
Pemasangannya ialah gardu pasangan luar dan gardu pasangan dalam. Menurut
Jenis Konstruksinya ialah gardu beton, gardu tiang dan gardu kios. Dan menurut
Jenis Penggunaanya ialah gardu pelanggan umum dan gardu pelanggan khusus
[15]. Terdapat juga jenis gardu distribusi yang memiliki fungsi berbeda dengan
gardu distribusi pada umumnya yaitu gardu hubung.
Konstruksi gardu distribusi dirancang berdasarkan optimalisasi biaya
terhadap maksud dan tujuan penggunaanya yang kadang kala harus disesuaikan
dengan pemda setempat [15]. Konstruksi yang digunakan difungsikan untuk
menunjang dan mencapai kontinuitas pendistribusian pelayanan yang terjamin,
mutu yang tinggi dan menjalin keselamatan bagi manusia [3].
2.2.1 Gardu Portal
Gardu Portal adalah gardu listrik jenis terbuka (out-door) dengan memakai
konstruksi dua tiang atau lebih. Tempat kedudukan transformator sekurang –
kurangnya 3 meter di atas tanah dan ditambahkan platform sebagai fasilitas
kemudahan kerja teknisi operasi dan pemeliharaan. Transformator dipasang
II-2
bagian atas dan lemari panel atau PHB-TR pada bagian bawah [5]. Lokasi
penempatan gardu portal biasanya berdekatan langsung dengan daerah pelayanan
konsumen, tegangan disalurkan ke konsumen melewati jurusan-jurusan, dan untuk
setiap unit gardu portal dapat disalurkan sampai empat jurusan [3]. Gambar II.1
merupakan tampilan luar dari gardu portal.
Gambar II.1 Gardu Portal
2.2.2 Gardu Cantol
Gardu Cantol adalah tipe gardu distribusi jenis pasangan luar (outdoor)
yang terpasang dengan konstruksi 1 tiang dan memiliki transformator yang
terpasang jenis 3 phasa atau 1 phasa dengan tipe CSP (Completely Self Protected
Transformator) yaitu peralatan switching dan proteksinya sudah terpasang
lengkap dalam tangki transformator. Perlengkapan perlindungan tambahan LA
(Lightning Arrester) dipasang terpisah dengan penghantar 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 [15]. Gambar II.2 dan gambar II.3 merupakan
tampilan luar dari gardu cantol 1 phasa dan 3 phasa.
II-3
Gambar II.2 Gardu Cantol 1
phasa [15] Gambar II.3 Gardu Cantol 3
phasa [15] 2.2.3 Gardu Beton
Gardu beton adalah gardu distribusi tipe pasangan dalam, karena pada
umumnya seluruh komponen utama instalasi yaitu transformator, peralatan
switching, dan proteksi terangkai didalam bangunan sipil yang dirancang,
dibangun dan difungsikan dengan konstruksi bangunan pelindung terbuat dari
beton (masonrywall building). Dalam pembangunannya semua peralatan di
rancang dan dipasang pada lokasi sesuai dengan ukuran bangunan gardu.
Konstruksi ini dimaksudkan untuk pemenuhan persyaratan terbaik bagi
keselamatan ketenagalistrikan [15].
Kapasitas transformator yang terpasang pada gardu beton biasanya lebih
besar dibandingkan dengan jenis gardu lainnya, karena keamanan dari konstruksi
bangunan. Pelayanan dari gardu beton biasanya untuk pemenuhan ditempatkan
pada daerah – daerah pemukiman padat atau daerah kawasan industri [3].
Peralatan hubung bagi tegangan menengah (PHB-TM) pada gardu beton
berbentuk lemari yang disebut kubikel dan difungsikan sebagai alat
penghubungdan pemutus pada sisi tegangan menengah. Sedangkan peralatan
hubung bagi tegangan rendah (PHB-TR) berbentuk rangka terbuka tanpa panel
pelindung yang disebut rak TR dan memiliki cabang jurusan yang akan
menyalurkan tenaga listrik ke jaringan tegangan rendah [3]. Gambar II.4
merupakan tampilan bangunan gardu beton, sedangkan Gambar II.5 menunjukan
contoh kubikel pada gardu beton dan Gambar II.6 merupakan contoh dari rak TR
pada gardu beton.
II-4
Gambar II.4 Gardu Beton
Gambar II.5 Kubikel Gambar II.6 Rak TR
2.2.4 Gardu Kios
Gardu kios 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. Gardu ini dibangun ditempat-tempat
yang tidak diperbolehkan membangun gardu beton [15].
Karena sifat mobilitasnya, maka kapasitas transformator distribusi yang
terpasang terbatas. Kapasitas maksimum adalah 400 kVA, dengan empat jurusan
tegangan rendah. Khusus untuk kios kompak, seluruh instalasi komponen utama
gardu sudah dirangkai selengkapnya di pabrik, sehingga dapat langsung di angkut
II-5
ke lokasi dan disambungkan pada sistem distribusi yang sudah ada untuk
difungsikan sesuai tujuannya [15]. Gambar II.7 merupakan contoh dari gardu
kios.
Gambar II.7 Gardu Kios [15]
2.2.5 Gardu Hubung
Gardu Hubung atau Switching Substation adalah gardu yang berfungsi
sebagai sarana manuver pengendali beban listrik jika terjadi gangguan aliran
listrik, program pelaksanaan pemeliharaan atau untuk maksud mempertahankan
kontinuitas pelayanan. Isi dari instalasi gardu hubung adalah rangkaian sakelar
beban (Load Break Switch – LBS), dan atau pemutus tenaga yang terhubung
paralel. Gardu hubung juga dapat dilengkapi sarana pemutus tenaga pembatas
beban pelanggan khusus tegangan menengah [15].
Konstruksi gardu hubung sama dengan gardu distribusi tipe beton. Pada
ruang dalam gardu hubung singkat dapat dilengkapi dengan ruang untuk gardu
distribusi yang terpisah dan ruang untuk sarana pelayanan kontrol jarak jauh.
Ruang untuk sarana pelayanan kontrol jarak jauh dapat berada pada ruang yang
sama dengan ruang gardu hubung, namun terpisah dengan ruang gardu
distribusinya [15].
2.3 Transformator
Transformator merupakan suatu alat magnetoelektrik yang sederhana,
andal, dan efisien untuk mengubah tegangan arus bolak-balik dari suatu tingkat ke
tingkat yang lain [6]. Transformator berfungsi untuk mentransformasikan daya
(arus dan tegangan) sistem AC ke sistem arus dan tegangan lain pada frekuensi
yang sama menggunakan prinsip elektromagnetik [4].
II-6
Transformator yang dipakai pada jaringan tenaga listrik merupakan
transformator tenaga. Disamping itu ada jenis-jenis transformator lain yang
banyak dipergunakan, dan pada umumnya merupakan transformator yang jauh
lebih kecil seperti transformator yang dipakai dalam elektronik [6].
Transformator merupakan peralatan yang sangat penting dalam penyaluran
tenaga listrik dan diharapkan dapat beroperasi secara maksimal atau bekerja
secara terus-menerus.
2.3.1 Prinsip Kerja Transformator
Dalam bentuknya yang paling sederhana transformator terdiri atas dua
kumparan dan satu induktansi mutual. Kumparan primer yang menerima daya dan
kumparan sekunder yang tersambung dengan beban. Kedua kumparan dibelit pada
suatu inti yang terdiri atas material magnetik berlaminasi [7].
Transformator menggunakan prinsip elektromagnetik yaitu hukum ampere
dan induksi faraday, dimana perubahan arus atau medan listrik dapat
membangkitkan medan magnet dan perubahan medan magnet/fluks medan
magnet dapat membangkitkan tegangan induksi.
Arus AC yang mengalir pada belitan primer membangkitkan flux magnet
yang mengalir melalui inti besi yang terdapat diantara dua belitan, flux magnet
tersebut akan menginduksi belitan sekunder sehingga pada ujung belitan sekunder
akan terdapat beda potensial/tegangan induksi [4].
...........................................................................................................(1)
Ket : e = gaya gerak listrik (volt)
N = jumlah lilitan (turn)
= perubahan fluks magnet (weber/sec)
Gambar II.8 Prinsip Kerja Transformator [4]
II-7
Ratio lilitan pada kumparan sekunder terhadap kumparan primer
menentukan rasio tegangan pada kedua kumparan tersebut. Sebagai contoh, 1
lilitan pada kumparan primer dan 10 lilitan pada kumparan sekunder akan
menghasilkan tegangan 10 kali lipat dari tegangan input pada kumparan primer.
Jenis tansformator ini biasanya disebut dengan transformator step up. Sebaliknya,
jika terdapat 10 lilitan pada kumparan primer dan 1 lilitan pada kumparan
sekunder, maka tegangan yang dihasilkan oleh kumparan sekunder adalah 1/10
dari tegangan input pada kumpatan primer. Transformator ini disebut
transformator step down [3].
..............................................................................................................(2)
Ket : Vp = tegangan primer (volt)
Vs = tegangan sekunder (volt)
Np = jumlah lilitan primer
Ns = jumlah lilitan sekunder
2.3.2 Transformator Distribusi
Transformator distribusi adalah suatu peralatan tenaga listrik yang
berfungsi untuk menyalurkan tenaga/daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan
rendah. Tujuan dari penggunaan transformator distribusi adalah untuk mengurangi
tegangan utama dari sistem distribusi tenaga listrik menjadi tegangan untuk
penggunaan konsumen [8].
Penempatan transformator untuk instalasi gardu pasangan luar (outdoor)
dipasang diatas tiang, dengan menggunakan satu tiang untuk gardu cantol dan dua
tiang untuk gardu portal. Sedangkan penempatan transformator untuk instalasi
pasangan dalam dipasang dibawah yang alasnya disemen dengan beton dalam
sebuah ruangan tembok atau kios [3].
Transformator distribusi yang umum digunakan adalah transformator step
down 20 kV/400 kV 3 phasa dan 1 phasa, dan ada juga yang menggunakan tiga
buah transformator 1 phasa. Tegangan phasa ke phasa sistem jaringan tegangan
rendah 380 Volt. Karena terjadi drop tegangan, maka pada tegangan rendahnya
dibuat diatas 380 Volt agar tegangan pada ujung penerima tidak lebih kecil dari
380 Volt [8].
II-8
2.3.3 Jenis Transformator Distribusi
Transformator distribusi dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitu
transformator 1 phasa dengan penggunaan 3 transformator 1 phasa identik dan
transformator 3 phasa dengan penggunaan 1 transformator konstruksi 3 phasa.
Sedangkan menurut karakteristiknya dibedakan menjadi tiga tipe yaitu,
transformator konvensional, CSP, dan CSPB [3].
A. Transformator 1 Phasa
Transformator distribusi dirangkai dan dioperasikan dengan 3
transformator 1 phasa yang bertipe sama (identik). Keuntungan
menggunakan transformator 3 x 1 phasa yaitu, kumparan primer dan
sekunder dapat dibuat beberapa vektor grup sesuai dengan yang
diinginkan, ketiga transformator tersebut dapat juga dioperasikan ke beban
menjadi 1 phasa (dihubungkan paralel karena ketiga transformator tersebut
identik), dan tegangan untuk ketiga phasanya, primer dan sekunder benar-
benar seimbang. Adapun kerugiannya yaitu, dengan daya yang sama untuk
ketiga phasa, maka phasa untuk 3 x 1 phasa dibanding dengan 1 x 3 phasa
lebih berat dan lebih mahal [3].
Gambar II.9 Transformator 1 phasa [15]
B. Transformator 3 Phasa
Karakteristik transformator 3 phasa yaitu, konstruksinya sudah di
rancang permanen dari pabrik pembuatnya, dapat digunakan untuk
mensuplai beban 1 phasa, maka tiap phasa maksimal beban yang dapat
ditanggungnya hanya sepertiga dari daya tiga phasa. Transformator ini
lebih ringan, sehingga lebih murah karena bahan materialnya lebih kecil
II-9
tetapi keseimbangan tegangan antara ketiga phasanya, primer dan
sekunder tidak terlalu simetris [3].
Gambar II.10 Transformator 3 Phasa
C. Transformator Konvensional
Transformator tipe ini tidak mempunyai peralatan pengaman
terhadap sambaran petir ataupun perlindungan terhadap gangguan
disebabkan beban lebih sebagai satu kesatuan dengan unit transformator.
Peralatan pengaman seperti FCO dan LA tersebut dipasang secara
terpisah. Untuk rating yang tidak terlalu besar, tipe ini adalah dalam
bentuk pasangan tiang. Sedang untuk rating yang besar, ditempatkan pada
gardu distribusi pasangan dalam [3].
Gambar II.11 Transformator Konvensional
D. Completely Self Protecting Transformer (CSP)
Transformator tipe ini mempunyai peralatan proteksi sendiri
terhadap gangguan petir, gelombang surja, beban lebih, dan hubung
singkat. Lightning arrester terpasang langsung pada tangki transformator
II-10
sebagai proteksi terhadap petir. Untuk proteksi terhadap beban lebih,
digunakan fuse yang dipasang di dalam tangki, fuse ini disebut weak link.
Proteksi transformator terhadap gangguan internal menggunakan
hubungan proteksi internal yang dipasang antara kumparan primer dengan
bushing primer [3].
Gambar II.12 Completely Self Protecting Transformer (CSP) [15]
E. Completely Self Protecting For Secondary Banking Transformer
(CSPB)
Transformator ini memiliki kesamaan dengan CSP transformer,
tetapi pada transformator jenis ini terdapat sebuah circuit breaker pada sisi
sekunder, circuit breaker ini akan membuka sebelum weak link melebur.
Transformator tipe ini di desain untuk cadangan pelayanan kedua. Selain
itu bertujuan agar pelayanan terhadap konsumen tidak terputus bila terjadi
kesalahan pada transformator, CSPB di desain untuk menggunakan 1
phasa saja dan digunakan pada rating 10, 15, 25, dan 37 KVA [3].
Gambar II.13 Completely Self Protecting For Secondary Banking
Transformer (CSPB) [3]
II-11
2.3.4 Bagian-Bagian Transformator Distribusi
Transformator tersusun dari komponen – komponen yang disesuaikan
dengan persyaratan desain yang ditetapkan oleh peraturan pemerintah setempat.
Transformator dibagi menjadi 2 bagian yaitu :
A. Bagian Utama Transformator
Bagian utama transformator terdiri dari :
1) Inti Transformator
Inti besi pada transformator digunakan sebagai media untuk
jalannya flux yang timbul akibat adanya induksi arus bolak-balik pada
kumparan yang mengelilingi inti besi sehingga dapat menginduksi
kembali ke kumparan yang lain. Dibentuk dari lepengan-lempengan
besi tipis berisolasi yang disusun sedemikian rupa [4]. Inti
transformator ditunjukan oleh gambar II.4.
Gambar II.14 Inti Transformator [4]
2) Belitan/Kumparan (Current Carrying Circuit)
Belitan/Kumparan Transformator terdiri dari batang tembaga
berisolasi yang mengelilingi inti besi, dimana saat arus bolak-balik
mengalir pada belitan tembaga tersebut, inti besi akan terinduksi dan
menimbulkan flux magnetik [4]. Belitan Transformator ditunjukan
oleh gambar II.15
Inti Transformator
II-12
Gambar II.15 Belitan Transformator [4]
3) Tangki dan Konservator Transformator
Tangki Transformator berfungsi untuk menyimpan minyak
transformator dan sebagai pelindung bagian-bagian transformator yang
direndam dalam minyak adapun ukuran tangki disesuaikan dengan
ukuran inti dan kumparan transformator. pada tangki dibuat bersirip-
sirip yang berguna sebagai bagian dari sistem pendinginan eksternal
transformator [3].
Luas permukaan dari sirip-sirip transformator merupakan faktor
yang menentukan efektifitas pendinginan. Jumlah dan ukuran sirip
pendingin didesain sedemikian, sehingga mampu menurunkan suhu
saat transformator dioperasikan. Pada proses pendinginan terjadi
pertukaran panas antara tangki transformator yang bersuhu tinggi
dengan sirip-sirip yang melepas panas karena adanya aliran udara [3].
Konservator pada umumnya merupakan bagian-bagian dari
transformator terendam minyak yang ditempatkan dalam tangki. Untuk
menampung pemuaian minyak transformator, tangki dilengkapi
dengan konservator [3]. Gambar II.16 menunjukan bentuk dari tangki
transformator.
Belitan Transformator
II-13
Gambar II.16 Tangki Transformator
4) Bushing
Bushing merupakan medium penghubung antara belitan/kumparan
tansformator dengan jaringan di luar transformator. Bushing Terdiri
dari sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator. Isolator
berfungsi sebagai sekat antara konduktor bushing dengan badan tangki
utama transformator [4].
Secara garis besar Bushing dibagi menjadi 4 bagian utama yaitu
isolasi, konduktor, klem koneksi, dan asesoris. Isolasi pada bushing
terdiri dari dua jenis yaitu oil impregnated dan resin impregnated
paper. Pada tipe oil impregnated paper isolasi yang digunakan adalah
kertas isolasi sedangkan pada tipe resin impregnated paper isolasi
yang digunakan adalah kertas isolasi dan resin [4].
Jenis-jenis konduktor pada bushing yaitu hollow conductor dimana
terdapat besi pengikat atau penegang ditengah lubang konduktor
utama, konduktor pejal dan plexible lead. Klem koneksi merupakan
sarana pengikat antara stud bushing dengan konduktor penghantar
diluar bushing. Asesoris bushing terdiri dari indikasi level minyak,
seal atau gasket dan tap pengujian. Seal atau gasket pada bushing
terletak dibagian bawah mounting flange [4]. Gambar II.17 menujukan
bentuk bushing pada transformator.
Tangki Transformator
II-14
Gambar II.17 Bushing
5) Dielectric ( Minyak Isolasi Transformator dan Isolasi Kertas )
Dalam hal ini, Dielectric dibagi menjadi :
a. Minyak Isolasi Transformator
Minyak Isolasi pada Transformator berfungsi sebagai
media isolasi, pendingin dan pelindung belitan dan oksidasi.
Minyak isolasi trafo merupakan minyak mineral yang secara umum
terbagi menjadi tiga jenis, yaitu parafinik, nepthanik dan aromatik.
Diantara ketiga jenis minyak dasar tersebut tidak boleh dilakukan
percampuran karena memiliki sifat maupun kandungan kimia yang
berbeda [4].
b. Kertas Isolasi Transformator
Isolasi kertas berfungsi sebagai isolasi, pemberi jarak, dan
memiliki kemampuan mekanis [4]. Gambar II.18 menujukan
bentuk dari kertas isolasi transformator.
Gambar II.18 Kertas Isolasi Transformator [1]
Bushing Sisi Primer
Bushing Sisi Sekunder
II-15
B. Peralatan Bantu Transformator
Terdapat peralatan bantu pada transformator guna
menyempurnakan fungsi kerja dari transformator itu sendiri, yaitu :
1) Pendingin
Suhu pada transformator yang sedang beroperasi akan dipengaruhi
oleh kualitas tegangan jaringan, losses pada trafo itu sendiri dan suhu
lingkungan. Suhu operasi yang tinggi akan mengakibatkan rusaknya
isolasi kertas pada transformator. Oleh karena itu pendinginan yang
efektif sangat diperlukan [4].
Minyak isolasi tranformator selain merupakan media isolasi juga
berfungsi sebagai pendingin. Pada saat minyak bersikulasi, panas yang
berasal dari belitan akan dibawa oleh minyak sesuai jalur sirkulasinya
dan akan didinginkan pada sirip-sirip radiator. Adapun proses
pendinginan ini dapat dibantu oleh adanya kipas dan pompa sirkuasi
guna meningkatkan sirkulasi efisiensi pendinginan [4].
Tabel 2.1 Macam – macam pendingin pada Transformator [4]
No.
Macam
Sistem
Pendinginan
Media
Dalam Transformator Di luar Transformator
Sirkulasi
Alamiah
Sirkulasi
Paksa
Sirkulasi
Alamiah
Sirkulasi
Paksa
1. AN - - Udara -
2. AF - - - Udara
3. ONAN Minyak - Udara -
4 ONAF Minyak - - Udara
5. OFAN - Minyak Udara -
6. OFAF - Minyak - Udara
7. OFWF - Minyak - Air
8. ONAN/ONAF Kombinasi 3 dan 4
9. ONAN/OFAN Kombinasi 3 dan 5
10. ONAN/OFAF Kombinasi 3 dan 6
11. ONAN/OFWF Kombinasi 3 dan 7
II-16
Keterangan :
1. ONAN (Oil Natural-Air Natural) ialah transformator yang menggunakan
minyak sebagai pendingin kumparan yang bersikulasi alami dan
menggunakan udara sebagai pendingin luar transformator yang bersikulasi
alami [9].
2. ONAF ( Oil Natural-Air Force) merupakan pendinginan transformator
dengan minyak sebagai pendingin kumparan yang bersikulasi alami dan
udara sebagai pendingin luar yang bersikulasi secara paksa menggunakan
kipas,dsb [9].
3. OFAF (Oil Force-Air Force) merupakan jenis pendinginan transformator
dengan minyak sebagai pendingin kumparan yang bersikulasi paksa dan
dengan udara sebagai pendingin luar transformator yang bersikulasi paksa
[9].
4. OFWF (Oil Forced-Water Forced) merupakan pendinginan transformator
dengan minyak sebagai pendingin kumparan transformator yang
bersirkulasi paksa dan air sebagai pendingin luar transformator yang
bersikulasi paksa [9].
2) Tap Changer
Kestabilan tegangan dalam suatu jaringan merupakan salah satu
hal yang dinilai sebagai kualitas tegangan. Transformator dituntut
memiliki nilai tegangan output yang stabil sedangkan besarnya
tegangan input tidak selalu sama. Dengan mengubah banyaknya
belitan pada sisi primer diharapkan dapat merubah ratio antara belitan
primer dan sekunder dengan sistem berapapun tegangan
input/primernya. Penyesuaian ratio belitan ini disebut Tap Changer
[4].
Proses perubahan ratio belitan ini dapat dilakukan pada saat
trafo sedang berbeban (on load tap changer) atau saat trafo tidak
berbeban (off load tap changer) [4].
II-17
Tap changer terdiri dari :
a. Selector Switch
Selector switch merupakan rangkaian mekanis yang terdiri dari
terminal-terminal untuk menentukan posisi tap atau ratio belitan
primer [4].
b. Diverter Switch
Diverter Switch merupakan rangkaian mekanis yang
dirancang untuk melakukan kontak atau melepaskan kontak
dengan kecepatan yang tinggi [4].
c. Tahanan Transisi
Tahanan Transisi merupakan tahanan sementara yang akan
dilewati arus primer pada perubahan tap [4].
Karena aktifitas tap changer lebih dinamis dibanding
dengan belitan utama dan inti besi, maka kompartemen antara
belitan utama dengan tap changer dipisah [4].
3) Alat Pernapasan (Silicagel)
Karena pengaruh naik turunnya beban transformator maupun
suhu udara luar, maka suhu minyak pun akan berubah-ubah
mengikuti keadaan tersebut. Bila suhu minyak tinggi, minyak akan
memuai dan mendesak udara di atas permukaan minyak keluar dari
tangki, sebaliknya apabila suhu minyak turun, minyak menyusut
maka udara luar akan masuk ke dalam tangki. Kedua proses tersebut
dinamakan pernapasan transformator [4].
Akibat pernapasan transformator tersebut maka permukaan
minyak akan selalu bersinggungan dengan udara luar. Udara luar
yang lembab akan menurunkan nilai tegangan tembus minyak
transformator, maka untuk mencegah hal tersebut, pada ujung pipa
penghubung udara luar dilengkapi dengan alat pernapasan, berupa
tabung berisi kristal zat hygroskopis [4].
II-18
2.4 Jenis Daya Listrik
Daya Listrik dibagi menjadi 3 jenis yaitu :
2.4.1 Daya Nyata/Aktif (P)
Daya nyata dilambangkan dengan simbol P dengan satuannya Watt atau
kW. Energi ini dapat diubah ke bentuk energi lain, misalnya energi panas, cahaya,
dsb [14]. Daya nyata 3 phasa dapat dinyatakan dalam rumus :
√ .........................................................................................(3)
Keterangan :
P = Daya Nyata
VLL = Tegangan Line
IL = Arus Line
cos φ = Faktor Daya
2.4.2 Daya Reaktif (Q)
Daya reaktif dilambangkan dengan simbol Q dengan satuannya VAR (Volt
Ampere Reaktif) atau kVAR. Energi ini diperluakan untuk pembentukan medan
magnet pada peralatan yang bekerja dengan sistem elektromagnet [14]. Daya
reaktif dinyatakan dalam rumus :
√ .........................................................................................(4)
Keterangan :
Q = Daya Reaktif
VLL = Tegangan Line
IL = Arus Line
sin φ = Faktor Daya
II-19
2.4.3 Daya Semu (S)
Daya semu dilambangkan dengan simbol S dengan satuannya VA (Volt
Ampere). Daya ini terbentuk dari penjumlahan vektor daya aktif dan daya reaktif
[14]. Hubungan dari tiga jenis daya ini dapat dilihat dari segitiga daya berikut :
Gambar II.19 Segitiga Daya
Daya Semu dapat dinyatakan dalam rumus :
√ atau √ ..................................................................(5)
2.5 Rugi – Rugi Pada Transformator
Rugi-rugi pada transformator teridiri dari :
2.5.1 Rugi Inti
Rugi inti pada transformator bersifat tetap, tidak tergantung besarnya
beban trafo [11]. Rugi inti dibagi menjadi 2 kelompok yaitu:
a. Rugi Arus Eddy atau Eddy Current
Rugi Arus Eddy adalah terjadinya arus pusar yang arahnya berputar
didalam inti trafo. Arus ini menimbulkan panas didalam inti trafo [11].
Rugi Arus Eddy diasumsikan dengan perhitungan:
................................................................................(6)
Keterangan :
Rugi arus eddy (Watt)
Konstanta
frekuensi (Hertz)
kepadatan fluks maksimum (Tesla)
S Q
P
φ
II-20
b. Rugi Hysterisis
Rugi Hysterisis merupakan rugi dari simpul/jerat kemagnitan didalam
inti trafo, berkaitan dengan sifat logam inti tersebut [11]. Rugi Hysterisis
diasumsikan dengan perhitungan:
....................................................................................(7)
Keterangan :
Rugi Hysterisis (Watt)
konstanta
frekuensi (Hertz)
kepadatan fluks maksimum (Tesla)
2.5.2 Rugi Belitan
Rugi belitan adalah rugi-rugi lilitan primer dan sekunder. Nilai Rugi
belitan tergantung dari arus primer dan sekunder, maka rugi belitan bersifat tidak
tetap tergantung pada beban trafo [11]. Rugi belitan dapat diperoleh dengan cara :
..........................................................................................................(8)
Keterangan :
Rugi belitan (Watt)
Arus (A)
Tahanan (Ω)
2.6 Pembebanan Transformator
Bilamana suatu transformator dioperasikan dengan beban penuh secara
kontinu dan tak terputus maka transformator ini akan mengalami “kenaikan susut
umur”, dengan kata lain transformator akan memiliki umur yang lebih pendek [9].
Pembebanan ideal transformator menurut PT.PLN yaitu sebesar 80% dari
daya pengenalnya. Transformator harus mampu mengalirkan arus pengenalnya
pada tegangan 105% dari tegangan pengenalnya saat operasi pada tegangan yang
lebih tinggi dari tegangan pengenalnya [10].
II-21
Usia pakai suatu transformator bergantung pada pembebanan transformator itu
sendiri. Ketika transformator diopersikan dalam kondisi berbeban maka akan
menimbulkan panas pada belitan transformator. Apabila transformator diberi
beban lebih atau dalam keaadaan beban puncak maka panas yang dihasilkan akan
semakin besar. Panas yang dihasilkan dalam keadaan ini dapat mempengaruhi
nilai suhu titik panas belitan (Hot-spot temperature) pada transformator.
2.7 Pengaruh Kenaikan Suhu Pada Transformator
Salah satu kerugian pada saat transformator beroperasi pada kondisi
temperatur lebih adalah terjadinya penuaan isolasi. Komponen yang paling
penting dari sistem isolasi adalah isolasi kertas pada belitan dan coil yang tidak
mudah diganti. maka dari itu, umur isolasi kertas (cellulosic material) menjadi
faktor pembatas dalam operasi transformator. Merunut pada standar SPLN
D3.002-1 tahun 2007 mengenai spesifikasi transformator distribusi, Suhu udara
ambient transformator pada kondisi pelayanan normal tidak boleh melebihi 40°C
untuk suhu rata-rata harian 30°C dan suhu rata-rata tahunan 30°C [11].
2.8 Karakteristik Thermal Transformator
Kenaikan temperatur dapat diasumsikan dengan diagram thermal sederhana
seperti ditunjukkan Gambar II.20. Gambar ini merupakan penyederhanaan dari
distribusi yang lebih rumit.
II-22
Gambar II.20. Diagram Thermal Transformator [1]
Keterangan :
A : Suhu minyak atas (top-oil) diturunkan sebagai rata-rata suhu minyak luar
tangki dan suhu minyak dalam tangki
B : Suhu campuran minyak dalam tangki di belitan atas (sering diasumsikan sama
dengan suhu A)
C : Suhu rata- rata minyak dalam tangki
D : Suhu minyak di belitan bawah
E : Tangki bawah
: Belitan rata-rata untuk gradient rata-rata pada arus pengenal
H : Faktor hot-spot
P : Suhu hot-spot
Q : Suhu Belitan rata-rata ditentukan oleh pengukuran resistensi
II-23
X-axis : Suhu
Y-axis : Posisi relatif
: Nilai Ketetentuan : Nilai Perhitungan
Asumsi yang dibuat dalam penyederhanaan ini adalah sebagai berikut [1] :
a. Suhu minyak di dalam tangki meningkat secara linear dari bawah ke atas, apa
pun mode pendiginannya [1].
b. Sebagai perkiraan pertama, kenaikan suhu konduktor pada setiap posisi
belitan diasumsikan meningkat secara linier, sejajar dengan kenaikan suhu
minyak, dengan perbedaan konstan antara dua garis lurus ( menjadi
perbedaan antara kenaikan suhu rata-rata belitan oleh resistansi dan kenaikan
suhu minyak rata-rata dalam tangki) [1].
c. Kenaikan suhu hot-spot lebih tinggi daripada kenaikan suhu konduktor di
bagian atas belitan, karena tunjangan harus dibuat untuk mengurangi kerugian
menyimpang, untuk perbedaan pada aliran minyak lokal dan kemungkinan
tambahan kertas pada konduktor. untuk memperhitungkan non-linearitas ini,
perbedaan suhu antara hot-spot dan minyak atas dalam tangki yang dibuat
sama dengan ,itu adalah . [1]
2.8.1 Perumusan Nilai Suhu Hot-spot pada Transformator Distribusi
Berikut adalah perumusan nilai suhu hot-spot pada transformator
distribusi.
A. Kenaikan suhu hot-spot dapat dihitung dengan persamaan [1]:
....................................................................................(9)
Keterangan :
H = Faktor hot-spot yang disebabkan akibat rugi arus eddy pada belitan
akhir
= Selisih antara suhu rata-rata belitan dengan suhu rata2 minyak pada
rating beban
K = Faktor Beban (suplai beban / rating beban)
II-24
y = Konstanta yang tergantung dari metode pendinginan. (untuk
transformator distribusi nilai y yang digunakan adalah 1,6 untuk
pendinginan ONAN sesuai dengan IEC 60076-7)
Nilai Faktor H dari hot-spot menurut IEC 60076-7, untuk
transformator distribusi digunakan H=1,1 dan transformator daya
digunakan nilai H=1,3. Nilai didapat dari selisih antara kenaikan suhu
rata-rata belitan, yaitu 65 (menurut IEC 60076-7), dengan kenaikan suhu
rata-rata minyak, yaitu 44 (menurut IEC 60076-7).
B. Ratio Pembebanan (K)
Ratio Pembebanan (K) dapat dihitung dengan persamaan [13]:
...................................................................................................(10)
Keterangan :
S = Daya Beban
= Daya dengan nilai tertentu
C. Perbandingan Rugi-rugi
Perbandingan Rugi-rugi dapat dihitung dengan persamaan [13]:
......................................................(11)
D. Kenaikan Suhu Top-Oil
Untuk kenaikan suhu Top-Oil (minyak atas) steady state dapat
dihitung dengan persamaan [1]:
................................................................ (12)
Keterangan :
K = Faktor beban
R = Rasio dari beban total dibandingakn rugi tanpa beban
II-25
x = Konstanta berdasarkan pendinginan yang digunakan (untuk
transformator distribusi pendinginan ONAN, x = 0,8 menurut IEC
60076-7)
ΔθOR = Kenaikan suhu minyak bagian atas pada perubahan beban (55°C
untuk ONAN transformator distribusi menurut IEC 60076-7)
E. Nilai Akhir Suhu hot-spot
Nilai akhir suhu hot-spot dapat dihitung dengan persamaan [1]:
...................................................................(13)
Keterangan :
Suhu Hot-Spot
Suhu Ambient (Suhu ruang untuk gardu in-door/beton)
Kenaikan Suhu Hot-Spot
Kenaikan Suhu Top-Oil
2.9 Metode Laju Penuaan Relatif
Meskipun penuaan kerusakan isolasi adalah fungsi waktu suhu, kadar air,
kandungan oksigen dan kandungan asam, model yang disajikan di bagian IEC
60076 hanya didasarkan pada suhu insulasi sebagai suhu pengontrolan [1]. karena
distribusi temperatur tidak seragam, bagian yang beroperasi pada suhu tertinggi
biasanya akan mengalami deteriorasi terbesar. Oleh karena itu, tingkat penuaan
mengacu pada suhu hot-spot belitan [1]. Laju penuaan relatif menurut IEC 60076-
7 dapat dihitung dengan persamaan [1]:
....................................................................................................(14)
Keterangan :
V = Laju penuaan relatif
= Suhu Hot-spot (°C)
II-26
Tabel II.2 menunjukan laju penuaan relatif menurut ketentuan IEC 60076-
7 dan gambar grafik II.21 menunjukan hubungan antara suhu hot-spot dengan
laju penuaan relatif.
Tabel II.2 Laju Penuaan Relatif disebabkan oleh suhu hot-spot untuk non-upgraded
paper insulation [1]
Suhu hot-spot Laju penuaan relatif
V
°C p.u
80 0,125
86 0,25
92 0,5
98 1,0
104 2,0
110 4,0
116 8,0
122 16,0
128 32,0
134 64,0
140 128,0
Gambar grafik II.21 Laju Penuaan Relatif
020406080
100120140
80 86 92 98 104 110 116 122 128 134 140
V
𝜃H
Laju Penuaan Relatif
V
II-27
2.10 Susut Umur Transformator
Susut umur transformator dalam jangka waktu operasi tertentu dapat
dihitung dengan persamaan [1] :
∫
.........................................................................................................(15)
Dimana :
L = Susut Umur
= Laju penuaan relatif
= Interval Waktu Beban Puncak
= Interval Waktu diluar Beban Puncak
2.11 Perkiraan Sisa Umur Transformator
Dalam menghitung perkiraan sisa umur transformator, telah ditetapkan
berdasarkan ketentuan standar IEC 70076-7 tahun 2005 bahwa perkiraan umur
transformator distribusi pada saat pembebanan terus menerus dengan suhu hot-
spot tidak lebih dari 110°C diharapkan mencapai umur 20,55 tahun [1], maka
dapat dibuat persamaan : [13]
Sisa Umur Transformator pada waktu ke n = umur dasar – (n xsusut
umur)...............................................................................................................(16)
(tahun pengukuran-tahun pembuatan) = 20,55 – (nx susut umur)
Keterangan :
n = Sisa umur transformator
Sebagai pedoman untuk perhitungan pembebanan, diberikan karakteristik
thermal dari transformator distribusi jenis pendingin ONAN pada tabel II.3
sebagai berikut.
...(17)
II-28
Tabel II.3 Karakteristik thermal transformator distribusi tipe pendinginan ONAN [1]
Komponen Karakteristik Thermal Simbol
Transformator
Distribusi Satuan
ONAN
Exponen Minyak 0,8 -
Exponen Belitan 1,6 -
Ratio Rugi-Rugi 5 -
Faktor Hot-Spot 1,1 -
Waktu minyak konstan 180 -
Waktu belitan konstan 4 -
Suhu lingkungan (Ambient
Temperature) 20 °C
Suhu Hot-Spot 98 °C
Gradient minyak top-oil sampai titik
hot-spot 23 °C
Suhu minyak rata-rata 44 °C
Kenaikan suhu minyak top-oil 55 °C
Kenaiakan suhu minyak bottom-oil 33 °C
1,0 -
1,0 -
2,0 -