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 -