BAB II

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
tiga fasa adalah pengubah tegangan bolak-balik ke
tegangan
searah
yang
menggunakan
sumber
tiga fasa.
tiga-fasa
Berdasarkan
semikonduktor yang digunakan dan variasi tegangan keluarannya, penyearah tigatiga
fasa dapat
pat diklasifikasikan menjadi :
a. Penyearah tak terkendali.
b. Penyearah terkendali.
Rangkaian secara umum penyearah 3 fasa tak terkendali ditunjukan pada
gambar 2.2.
Gambar 2.2.
2.2 Rangkaian penyearah 3 phasa.
Gambar 2.3.
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
= Jarak pengisian Gardu
d(A-B)
= Jarak antara Gardu A ke Gardu B
d(B-C)
= Jarak antara Gardu B ke Gardu C
1/2d(A-B)
= Jarak pengisian gardu B ke arah A
1/2d(A-B)
= Jarak pengisian gardu B ke arah C
2. Koefisien Tanjakan (G.C)
Tabel 2.1. Koefisien tanjakan
Tanjakan 0/00
-13
-10
-5
0
5
10
13
G.C
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)