BAB I

12
BAB III
Teori Dasar
3.1 Kelistrikan
Kelistrikan adalah sifat benda yang muncul dari adanya muatan listrik.
Ada dua jenis muatan listrik, yaitu muatan listrik negatif dan positif. Suatu
benda bermuatan listrik negatif jika kelebihan elektron, dan bermuatan listrik
positif jika kekurangan elektron. Secara alami, muatan listrik positif selalu
mengalir dari titik berpotensial tinggi ke titik berpotensial rendah. Aliran ini
disebut sebagai arah arus listrik konvensional. Akan tetapi sebenarnya muatan
listrik yang bergerak di dalam konduktor bukanlah muatan listrik positif,
tetapi muatan listrik negatif (elektron) dan arah aliran elektron berlawanan
dengan arah aliran muatan positif.
Arus listrik adalah mengalirnya elektron secara kontinyu pada
konduktor akibat perbedaan jumlah elektron pada beberapa lokasi yang
jumlah elektronnya tidak sama. Arus listrik dibagi menjadi 2 jenis, yaitu:
a) Listrik Arus Searah atau DC (Direct Current) adalah arus listrik yang
arahnya tetap.
b) Listrik Arus Bolak-balik atau AC (Alternating Current) adalah arus
yang besar dan arahnya selalu berubah-ubah.
Satuan SI untuk arus listrik adalah Ampere (A). Secara formal satuan
Ampere didefinisikan sebagai arus konstan yang bila dipertahankan akan
menghasilkan gaya sebesar 2 x 10-7 Newton/meter di antara dua penghantar
lurus sejajar, dengan luas penampang yang dapat diabaikan, berjarak 1 meter
satu sama lain dalam ruang hampa udara.
Hambatan listrik adalah perbandingan antara tegangan listrik dari suatu
komponen
elektronik
(misalnya
resistor)
dengan
arus
listrik
yang
melewatinya. Hambatan listrik dapat di lihat dari dirumus (1.1).
R = V/I
.............................................................(1.1)
di mana V adalah tegangan dan I adalah arus. Satuan SI untuk Hambatan
adalah Ohm (R). Tegangan listrik (Voltase) adalah perbedaan potensi listrik
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
13
antara dua titik dalam rangkaian listrik, dinyatakan dalam satuan volt. Besaran
ini mengukur energi potensial pada sebuah medan listrik yang menyebabkan
aliran listrik dalam sebuah konduktor listrik.
Dalam alirannya, arus listrik juga mengalami cabang-cabang. Ketika arus
listrik melalui percabangan tersebut, arus listrik terbagi pada setiap
percabangan dan besarnya tergantung ada tidaknya hambatan pada cabang
tersebut. Bila hambatan pada cabang tersebut besar maka akibatnya arus listrik
yang melalui cabang tersebut juga mengecil dan sebaliknya bila pada cabang
hambatannya kecil, maka arus listrik yang melalui cabang tersebut
aruslistriknya besar.
Hukum I Kirchoff berbunyi:
Jumlah kuat arus listrik yang masuk ke suatu titik simpul sama dengan jumlah
kuat arus listrik yang keluar dari titik simpul tersebut.
Hukum I Kirchhoff tersebut sebenarnya tidak lain sebutannya dengan
hukum kekekalan muatan listrik.
Hukum I Kirchhoff secara matematis dapat dituliskan rumus (1.2)
sebagai:
................................. (1.2)
3.2 Pengertian Transformer
Transformer adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan
mengubah energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian
listrik yang lain, melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip
induksi elektromagnetik.
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
14
Gambar 3.1 Transformasi Energi
3.2.1 Prinsip Dasar Transformer
Prinsip dasar suatu transformator adalah induksi bersama (mutual
induction) antara dua rangkaian yang dihubungkan oleh fluks magnet. Dalam
bentuk yang sederhana, transformator terdiri dari dua buah kumparan induksi
yang secara listrik terpisah tetapi secara magnet dihubungkan oleh suatu path
yang mempunyai relaktansi yang rendah. Kedua kumparan tersebut
mempunyai mutual induction yang tinggi. Jika salah satu kumparan
dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, fluks bolak-balik timbul di
dalam inti besi yang dihubungkan dengan kumparan yang lain menyebabkan
atau menimbulkan ggl (gaya gerak listrik) induksi ( sesuai dengan induksi
elektromagnet) dari hukum faraday, Bila arus bolak balik mengalir pada
induktor, maka akan timbul gaya gerak listrik (ggl).
Gambar 3.2 Simbol Transformer 3 phase
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
15
Daya – daya nominal pada 50 Hz dalam KVA:
Untuk transformator-transformator tiga fasa: 5KVA, 10 KVA, 20 KVA,
30 KVA, 50 KVA, 75 KVA, 100 KVA, 125 KVA, 160 KVA, 200 KVA, 250
KVA, 325 KVA, 400 KVA, 500 KVA, 630 KVA, 800 KVA, 1000 KVA, 1250
KVA, 1600 KVA, 2000 KVA, 2500 KVA, 3150 KVA, 4000 KVA, 5000 KVA,
6300 KVA, 8000 KVA, 10000 KVA, dan seterusnya.
Normalisasi tegangan: 125 V, 220 V, 380 V, dan 500 V untuk tegangan
rendah dan 3 KV, 5KV, 6 KV, 10 KV, 15 KV, 20 KV, 25 KV, 30 KV, 60 KV,
110 KV, 220 KV, dan 380 KV untuk tegangan tinggi. Data tersebut Merupakan
nilai nominal dari Daya, tegangan, frekuensi pada Transformator Distribusi
menurut VDE.
3.2.2 Prinsip Kerja Transformer
Prinsip kerja suatu transformator adalah induksi bersama (mutual
induction) antara dua rangkaian yang dihubungkan oleh fluks magnet. Dalam
bentuk yang sederhana, transformator terdiri dari dua buah kumparan yang
secara listrik terpisah tetapi secara magnet dihubungkan oleh suatu alur
induksi. Kedua kumparan tersebut mempunyai mutual induction yang tinggi.
Jika salah satu kumparan dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik,
fluks bolak-balik timbul di dalam inti besi yang dihubungkan dengan kumparan
yang lain menyebabkan atau menimbulkan ggl (gaya gerak listrik) induksi (
sesuai dengan induksi elektromagnet) dari hukum faraday.
Gambar 3.3 Rangkaian transformer
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
16
Berdasarkan hukum Faraday yang menyatakan magnitude dari electromotive
force (emf) proporsional terhadap perubahan fluks terhubung dan hukum Lenz
yang menyatakan arah dari emf berlawanan dengan arah fluks sebagai reaksi
perlawanan dari perubahan fluks tersebut didapatkan persaman (1.3) :
............................................ (1.3)
e = emf sesaat (instantaneous emf)
Ψ = fluks terhubung (linked flux)
Dan pada transformer ideal yang dieksitasi dengan sumber sinusoidal
berlaku persamaan:
E = 4,44· Φm· N·f
E = 4,44 · Φm ·N · f
E = Tegangan (rms)
N = jumlah lilitan
Φm = fluks puncak (peak flux)
f = frekuensi
dan persamaan (1.4):
.....................................................(1.4)
Dikarenakan pada transformer ideal seluruh mutual flux yang dihasilkan
salah satu kumparan akan diterima seutuhnya oleh kumparan yang lainnya
tanpa adanya leakage flux maupun loss lain misalnya berubah menjadi panas.
Atas dasar inilah didapatkan pula persamaan:
P1 = P 2
V1.I1 = V2.I2
N1.I1 = N2.I2
............................................................................................. (1.4)
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
17
Gambar 3.4 Grafik arus, tegangan dan fluks yang terjadi
Untuk mempermudah analisis dalam pengujian, rangkaian primer dan
sekunder dibuat menjadi sebuah rangkaian yang disebut rangkaian equivalent.
Pada rangkaian ini rugi tembaga pada sisi sekunder diubah menjadi nilai
ekuivalennya dan dilihat dari arah primer.
RANGKAIAN
RANGKAIAN
PRIMER
SEKUNDER
Gambar 3.5 Rangkaian ekuivalen transformer
Rugi tembaga sekunder dilihat (1.5) dari primer :
= I22 x R2
= I12 (I22/I12) x R2
= I12 (I2/I1)2 x R2
= I12 x a2 x R2
............................................(1.5)
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
18
Dimana a adalah rasio perbandingan lilitan kumparan sekunder terhadap
kumparan primer sehingga resistansi sekunder didapatkan :
Dari sini maka resistan sekunder dilihat dari primer (R2’) = a2 R2
Dan reaktan sekunder dilihat dari primer (X2’) = a2 X2
Dari persamaan sebelumnya dapat digambarkan rangkaian ekuivalen
transformer menjadi
Gambar 3.6 Rangkaian ekuivalen yang telah disederhanakan
3.2.3 Trafo Tenaga
Trafo ini biasanya digunakan pada pemakaian daya dari rumah tangga,
sampai pembangkit , transmisi dan distribusi tenaga listrik.
Beberapa alasan digunakannya transformer, antara lain :
1. Tegangana yang dihasilkan sumber tidak sesuai dengan tegangan
pemakai.
2. Biasanya sumber jauh dari pemakai sehingga perlu tegangan tinggi
(pada jaringan transmisi).
3. Kebutuhan pemakai/beban memerlukan tegangan yang bervariasi.
Selain kapasitas daya, dalam pemilihan transformator distribusi kita juga
harus Mengetahui:
a. Bushing
Bushing merupakan salah satu komponen pada transformator sebagai tempat
penghubung antara transformator dengan jaringan luar. Bushing terbuat dari
porselin, dimana porselin ini berfungsi sebagai penyekat antara konduktor
(penghantar yang bertegangan) dengan tangki transformator.
b. Sistem Pendinginan
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
19
Dalam memilih transformator kita harus mengetahui system pendinginan
yang digunakan transformator tersebut.
c. Peralatan Proteksi
Transformator Distribusi yang digunakan harus memiliki peralatan proteksi.
d. Indikator
Indikator dalam transformator digunakan untuk mengetahui tinggi dari
permukaan minyak dan temperature / suhu minyak.
e. Tap Changer
Tap Changer adalah perubahan tegangan dari satu tegangan ke tegangan lain
dilakukan dalam keadaan tanpa beban (tegangan off) dan dilakukan secara
manual melalui sebuah tuas.
f. Spesifikasi Teknis Transformator
Untuk pemilihan transformator perlu melihat spesifikasi teknisnya, apakah
transformator tersebut Step Up atau transformator Step Down Dari
spesifikasi tersebut kita akan mengetahui :
1. Type
2. Standar menurut IEC dan SPLN
3. Rating
4. Vektor grup
5. Sifat kelistrikan
6. Berat dan dimensi
3.2.4 Rugi-Rugi Pada Transformer
Dengan memperhatikan Persamaan 1.9 dan Persamaan 1.10 terlihat bahwa
besarnya arus yang mengalir pada kumparan berpengaruh terhadap besarnya
rugi konduktor, dengan kata lain besarnya beban mempengaruhi besarnya nilai
kerugian.
1. Rugi Arus Pusar (eddy current)
Arus pusar adalah arus yang mengalir pada material inti karena tegangan
yang diinduksi oleh fluks. Arah pergerakan arus pusar adalah 90 o terhadap arah
fluks seperti terlihat pada Gambar 3.7
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
20
Gambar 3.7 Arus pusar yang berputar pada material inti
Dengan adanya resistansi dari material inti maka arus pusar dapat
menimbulkan panas sehingga mempengaruhi sifat fisik material inti tersebut
bahkan hingga membuat transformer terbakar. Untuk mengurangi efek arus
pusar maka material inti harus dibuat tipis dan dilaminasi sehingga dapat
disusun hingga sesuai tebal yang diperlukan Rugi arus pusar dapat dihitung
dengan menggunakan persamaan :
pe = Rugi arus pusar [w/kg]
................... (1.6)
ke = Konstanta material inti
f = frekuensi [Hz]
t = ketebalan material [m]
Bmax = Nilai puncak medan magnet [T]
2. Rugi Hysterisis
Rugi hysterisis terjadi karena respon yang lambat dari material inti. Hal ini
terjadi karena masih adanya medan magnetik residu yang bekerja pada
material, jadi saat arus eksitasi bernilai 0, fluks tidak serta merta berubah
menjadi 0 namun perlahan-lahan menuju 0. Sebelum fluks mencapai nilai 0
arus sudah mulai mengalir kembali atau dengan kata lain arus sudah bernilai
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
21
tidak sama dengan 0 sehingga akan membangkitkan fluks kembali. Grafik
hysterisis dapat dilihat pada Gambar 3.8.
Gambar 3.8 Grafik hysterisis Iex terhadap Φ
Rugi hysterisis ini memperbesar arus eksitasi karena medan magnetik
residu mempunyai arah yang berlawanan dengan medan magnet yang
dihasilkan oleh arus eksitasi.
.............................. (1.7)
ph = Rugi arus pusar [w/kg]
kh = Konstanta material inti
f = frekuensi [Hz]
Bmax = Nilai puncak medan magnet [T]
n = Nilai eksponensial, tergantung material dan Bmax
Rugi hysteris maupun rugi arus pusar bernilai tetap, tidak bergantung pada
besarnya beban.
3. Rugi Tembaga
Rugi tembaga adalah rugi yang dihasilkan oleh konduktor/tembaga yang
di gunakan sebagai bahan pembuat kumparan. Rugi ini diakibatkan oleh
adanya resistansi bahan. Nilai resistansi konduktor dapat dihitung dengan
Persamaan 1.8.
............................................ (1.8)
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
22
R = Tahanan (Ohm)
ρ = Tahanan jenis (Ohm.m)
l = Panjang (m)
A = Luas penampang (m2)
Sedangkan untuk menghitung kerugian tembaga itu sendiri dapat
mempergunakan Persamaan 1.9 untuk sisi primer dan Persamaan 1.10 untuk
sisi sekunder.
................................ (1.9)
Pcp = Rugi konduktor primer
................................ (1.10)
Pcs = Rugi konduktor sekunder
Ip = Arus pada kumparan primer
Is = Arus pada kumparan sekunder
Rp = Tahanan kumparan primer, didapat dari Persamaan (1.8).
Rs = Tahanan kumparan sekunder, didapat dari Persamaan (1.8).
3.2.5 Efisiensi Transformer
Efisiensi transformer adalah perbandingan antara daya output yang
dihasilkan dibanding dengan daya input masukannya.
Efisiensi
=
Pout x 100 %
Pin
= Vout x Iout x 100 %
Vin x Iin
............................... (1.11)
3.2.6 Kontruksi Transformer
Konstruksi suatu trafo tiga fasa terdiri dari rangaian tiga buah trafo satu
fasa.
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
23
Gambar 3.9 Konstruksi trafo tiga fasa
Namun pada saat ini untuk transformer tiga fasa sudah menggunakan satu
buah core untuk ketiga fasanya.
Pada dasarnya formulasi trafo tiga fasa dikembangkan atau merupakan
jumlah vektor dari tiga buah trafo satu fasa, Jadi :
P3 Fasa
= P1 + P2 + P3
= I1.V1 + I2.V2 + I3.V3
= 3.I.V
........................ (1.12)
Rumus disamping ini berlaku baik pada trafo terhubung bintang maupun
segitiga, dengan catatan bahwa arus (i) dan tegangan (v) adalah arus dan
tegangan trafo satu fasa (bukan arus dan tegangan line).
3.2.7 Formulasi Trafo Tiga Fasa
1. Bila Rangkaian Primer Atau Sekunder Trafo Terhubung Bintang
Gambar 3.10 Rangkaian Terhubung Bintang
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
24
ILine = IFasa
VRS = VR – VS
= VR.√3
.................................. (1.13)
Gambar 3.11 Arah Vektor Tegangan Terhubung Bintang
VRS = VLL = Voltage line to line
VR = VS = VT = VLN
= Voltage line to netral
P3 Fasa = Daya Trafo Tiga Fasa
VLL = VLN. 3 Maka VLN = VLL / 3
P3 Fasa = 3.I.VLN
= 3.I.(VLL/ 3)
= I.VLL. 3
..................................... (1.14)
2. Bila Rangkaian Primer Atau Sekunder Trafo Terhubung Delta
Gambar 3.12 Rangkaian Terhubung Delta
VLine = VFasa
IR = Ir – It
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
25
= Ir.√3
..................................... (1.15)
Gambar 3.13 Arah Vektor Arus Terhubung Delta
IR = IS = IT = ILine = Arus Line
Ir = Is = It = IFasa = Arus Fasa
VRS = VST = VTR
= Tegangan Line
P3 Fasa = Daya Trafo Tiga Fasa
ILine = IFasa. 3 Maka IFasa = ILine / 3
P3 Fasa = 3.IFasa.V = 3.(Iline / 3).V
= ILine.V. 3
Jadi daya trafo tiga fasa adalah :
P = V x I x 3
................................. (1.16)
bila bebannya impedansi maka :
P = V x I x Cos x 3
..................... (1.17)
3.2.8 Jenis – Jenis Pendingin Pada Transformator
Terdapat dua jenis pendingin pada transformator, diantaranya adalah:
1. Tipe Kering
a. AA : Pendingin udara natural
b. AFA : Pendinginan udara terpompa
2. Tipe Basah
a. ONAN : Oil Natural Air Natural
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
26
Pada tipe ini udara dan oli akan bersikulasi dengan alami. Perputaran oli
akan dipengaruhi oleh suhu dari oli tersebut.
Gambar 3.14 Pendinginan Tipe ONAN
b. ONAF : Oil Natural Air Forced
Pada tipe ini oli akan bersikulasi dengan alami namun saat oli melalui
radiator oli akan didinginkan dibantu dengan kipas/fan.
Gambar 3.15 Pendinginan Tipe ONAF
c. OFAF : Oil Forced Air Forced
Pada tipe ini oli akan didinginkan dengan bantuan pompa agar sirkulasi
semakin cepat dan juga dibantu kipas/fan pada radiatornya.
Khusus jenis trafo tipe basah, kumparan – kumparan dari intinya di
rendam dalam minyak trafo, terutama trafo – trafo tenaga yang berkapasitas
besar, karena minyak trafo mempunyai sifat seperti media pemindah panas
dan bersifat pula sebagai isolasi ( tegangan tembus tinggi ) sehingga berfungsi
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
27
sebagai media pendingin dan isolasi. Untuk itu minyak trafo harus memenuhi
persyaratan sbb :
a. Ketahanan isolasi harus tinggi ( >10Kv/mm ).
b. Berat jenis harus kecil, sehingga partikel – partikel inert di dalam
minyak dapat mengendap dengan cepat.
c. Viskositas yang rendah agar lebih mudah bersirulasi dengan
kemampuan pendingin menjadi lebih baik.
d. Titik nyala yang tinggi, tidak mudah menguap yang dapat
membahayakan.
e. Tidak merusak bahan isolasi padat ( sifat kimia ‘ y ‘).
3.2.9 Sistem Proteksi Transformator
Terdapat dua jenis system Proteksi Transformator, diantaranya adalah:
1. Proteksi Ekternal
a. Over Current Relay
1. Memproteksi trafo dari arus berlebih
2. Arus berlebih adalah arus yang melebihi arus nominal dalam jangka
waktu tertentu
b. Ground Fault Relay
1. Memproteksi trafo dari kesalahan/gangguan grounding
2. Berlaku hanya untuk trafo yang titik netralnya di hubungkan ke ground
3. Prinsip kerja mirip over current relay
2. Proteksi Internal
a. Differensial Relay
1. Memproteksi terhadap kebocoran arus
2. Prinsipnya pada perbedaan arus masuk dan keluar trafo
b. Bucholz Relay
1. Memproteksi trafo dari loncatan listrik di dalam trafo
2. Memanfaatkan sifat kimiawi
c. Sudden Pressure Relay
1. Memproteksi dari tekanan berlebih sesaat
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
28
2. Tidak bereaksi pada tekanan berlebih, hal ini telah ditangani oleh relief
vent
3.3 Fungsi Generator
Generator listrik mandiri atau sering disebut genset adalah pembangkit
daya listrik yang biasa digunakan kantor, pusat belanja, pabrik atau hotel untuk
memenuhi kebutuhan listrik saat terhentinya suplay listrik dari PLN. Biasanya
genset berbahan bakar minyak seperti premium atau bensin, solar, bensin
campuran, bahkan ada juga yang berbahan bakar gas. Fungsi genset adalah
untuk memberikan suplay daya listrik alternatif untuk alat-alat yang
membutuhkan listrik sebagai sumber powernya, saat listrik PLN padam.
3.3.1 Jenis Generator
Jenis-jenis generator yang umum di gunakan saat ini adalah sebagai
berikut :
1.Genset Open Type
Genset open type pada umumnya digunakan bagi pemakai yang
mempunyai power house sendiri dan dirancang khusus untuk penempatan
genset di dalam ruang/gedung yang kedap suara. Genset ini yang paling sering
dipakai dirumah-rumah. Open Type mempunyai kelebihan dalam hal
kemudahan perawatan karena kondisinya yang terbuka. Bongkar pasang mesin
lebih mudah dilakukan
Gambar 3.16 Genset Open Type
2. Genset Silent Type
Genset Silent Type mempunyai canopy (rumah genset) berbentuk segi
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
29
empat. Canopy ini terbuat dari bahan plat besi dan dilapisi dengan busa
peredam (accoustic foam). Lapisan ini memberikan peredaman yang cukup
baik sehingga suara mesin dikeluarkan tidak membuat kebisingan (dalam batas
normal). Canopy genset dirancang dan diproduksi dengan konstruksi knock
down serta dilengkapi pintu-pintu untuk memudahkan akses ke dalam genset
agar memudahkan pengoperasian dan perawatan.
Gambar 3.17 Genset Silent Type
3. Genset mobile type
Genset mobile type merupakan gabungan antara genset Open type dan
Silent type. Tipe ini diperlukan bagi pemakai yang memerlukan mobilitas
tinggi dalam penggunaannya. Perusahaan pembuat film dan stasiun televisi
banyak memakai genset tipe ini untuk keperluan syuting di luar kota.
Disamping itu genset tipe ini sangat berguna untuk menyuplai daerah yang
mengalami pemadaman listrik (PLN) secara terlokalisir karena dapat dengan
mudah dipindahkan.
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
30
Gambar 3.18 Genset mobile type
3.3.2 Pengertian Generator Arus Bolak-balik
Generator arus bolak-balik berfungsi mengubah tenaga mekanis menjadi
tenaga listrik arus bolak-balik. Generator Arus Bolak-balik sering disebut juga
seabagai alternator, generator AC (alternating current), atau generator sinkron.
Dikatakan generator sinkron karena jumlah putaran rotornya sama dengan
jumlah putaran medan magnet pada stator. Kecepatan sinkron ini dihasilkan
dari kecepatan putar rotor dengan kutub-kutub magnet yang berputar dengan
kecepatan yang sama dengan medan putar pada stator. Mesin ini tidak dapat
dijalankan sendiri karena kutub-kutub rotor tidak dapat tiba-tiba mengikuti
kecepatan medan putar pada waktu sakelar terhubung dengan jala-jala.
Generator arus bolak-balik dibagi menjadi dua jenis, yaitu:
1. Generator arus bolak-balik 1 fasa
2. Generator arus bolak-balik 3 fasa
3.3.3 Konstruksi Generator Arus Bolak-balik
Konstruksi generator arus bolak-balik ini terdiri dari dua bagian utama,
yaitu : (1) stator, yakni bagian diam yang mengeluarkan tegangan bolakbalik,
dan (2) rotor, yakni bagian bergerak yang menghasilkan medan magnit yang
menginduksikan ke stator. Stator terdiri dari badan generator yang terbuat dari
baja yang berfungsi melindungi bagian dalam generator, kotak terminal dan
name plate pada generator. Inti Stator yang terbuat dari bahan ferromagnetik
yang berlapis-lapis dan terdapat alur-alur tempat meletakkan lilitan stator.
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
31
Lilitan stator yang merupakan tempat untuk menghasilkan tegangan.
Sedangkan, rotor berbentuk kutub sepatu (salient) atau kutub dengan celah
udara sama rata (rotor silinder). Konstruksi dari generator sinkron ini dapat
dilihat pada Gambar 1.
Gambar 3.19 Konstruksi Generator Arus Bolak-balik
Stator :
Rotor :
1. Rumah Stator
1. Katub magnet
2. Inti satator
2. Lilitan penguat magnet
3. Lilitan stator
3. Cincin seret
4. Alur stator
4. Poros
5. Kontak hubung
6. Sikat
3.3.4 Prinsip Kerja Generator Arus Bolak-balik
Prinsip dasar generator arus bolak-balik menggunakan hukum Faraday
yang menyatakan jika sebatang penghantar berada pada medan magnet yang
berubah-ubah, maka pada penghantar tersebut akan terbentuk gaya gerak
listrik. Prinsip kerja generator arus bolak-balik tiga fasa (alternator) pada
dasarnya sama dengan generator arus bolak-balik satu fasa, akan tetapi pada
generator tiga fasa memiliki tiga lilitan yang sama dan tiga tegangan outputnya
berbeda fasa 1200 pada masing-masing fasa seperti ditunjukkan pada Gambar
3.20.
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
32
Gambar 3.20 Skema Lilitan Stator Generator Tiga Fasa
Besar tegangan generator bergantung pada :
1. Kecepatan Putaran (N).
2. Jumlah kawat pada kumparan yang memotong fluk (Z).
3. Banyaknya fluk magnet yang dibangkitkan oleh medan magnet (f).
Jumlah kutub generator arus bolak-balik tergantung dari kecepatan rotor
dan frekuensi dari ggl yang dibangkitkan. Hubungan tersebut dapat ditentukan
dengan persamaan (1.18) :
.................................... (1.18)
dimana :
f = frekuensi tegangan (Hz)
p = jumlah kutub pada rotor
n = kecepatan rotor (rpm)
3.3.5 Generator Tanpa Beban dan Berbeban
1. Generator Tanpa Beban (Beban Nol)
Jika poros generator diputar dengan kecepatan sinkron dan rotor diberi
arus medan If, maka tegangan E0 akan terinduksi pada kumparan jangkar stator
sebesar :
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
33
E0 = cnΦ
............................ (1.19)
dimana :
c = konstanta mesin
n = putaran sinkron
E= fluks yang dihasilkan oleh If
Generator arus bolak-balik yang dioperasikan tanpa beban, arus jangkarnya
akan nol (Ia = 0) sehingga tegangan terminal Vt = Va = Vo. Karena besar ggl
induksi merupakan fungsi dari flux magnet, maka ggl induksi dapat
dirumuskan: Ea = f (Φ), yang berarti pengaturan arus medan sampai kondisi
tertentu akan mengakibatkan ggl induksi tanpa beban dalam keadaan saturasi
seperti ditunjukkan pada Gambar 3.21.
Gambar 3.21 Hubungan dan Karakteristik Generator Tanpa Beban
2. Generator Berbeban
Tiga macam sifat beban jika dihubungkan dengan generator, yaitu : beban
resistif, beban induktif, dan beban kapasitif. Akibat pembeban ini akan
berpengaruh terhadap tegangan beban dan faktor dayanya. Gambar 3.22
menunjukkan jika beban generator bersifat resistif mengakibatkan penurunan
tegangan relatif kecil dengan faktor daya sama dengan satu. Jika beban
generator bersifat induktif terjadi penurunan tegangan yang cukup besar
dengan faktor daya terbelakang (lagging). Sebaliknya, Jika beban generator
bersifat kapasitif akan terjadi kenaikan tegangan yang cukup besar dengan
faktor daya mendahului (leading).
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
34
Gambar 3.22 Karakteristik Berbeban
Hubungan antara tegangan tanpa beban (Eo) dengan tegangan berbeban
(V) disebut regulasi tegangan, yang dinyatakan sebagai berikut :
Regulasi tegangan
........................... (1.20)
3.3.6 Sistem Penguat (Exciter)
Saat generator dihubungkan dengan beban akan menyebabkan tegangan
keluaran generator akan turun, karena medan magnet yang dihasilkan dari arus
penguat relatif konstan. Agar tegangan generator konstan, maka harus ada
peningkatan arus penguatan sebanding dengan kenaikan beban. Gambar 3.25
menunjukkan sistem arus penguatan pada generator dan karakteristik tegangan
keluarannya.
Gambar 3.23 Prinsip Kerja Exciter Generator
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
35
Keterangan :
Garis lengkung 1 : Karakteristik tegangan keluar tanpa beban yang diperoleh
dari medan magnet minimum.
Garis lengkung 2 : Karakteristik tegangan dengan penambahan arus penguatan
Maksimum.
Garis lengkung 3 : Karakteristik yang bervariasi dengan mengatur arus
penguatan sesuai kebutuhan beban.
3.3.7 Sistem pada generator
Sebelum memulai mengoperasikan generator, perlu diketahui sistemsistem untuk operasi generator, yaitu :
1. Sistem start (starting system)
Sebelum mengoperasikan generator, perlu diperhatikan spesifikasi dari
Mesin generator. Data mesin generator dapat diketahui dari buku manual yang
dikeluarkan oleh pabrik. Hal-hal yang perlu dikenali dari data pada mesin
generator, yaitu :
Mesin :
Generator :
Diameter silinder
Frekwensi
Langkah
Tegangan antar fasa
Jumlah dan letak silinder
Arus maximum
Letak silinder
Daya keluar
Langkah volume persilinder
Cos
Volume total langkah
Eksitansi
Putaran normal
Kemampuan operasi
2. Sistem bahan baker (fuel system)
Sistem bahan bakar berfungsi untuk menyalurkan bahan bakar ke ruang bakar
dengan takaran yang sesuai dengan kerja mesin diesel. Umumnya, bahan bakar
yang banyak dipakai pada mesin generator diesel adalah minyak solar atau
minyak IDO (ignation diesel oil).
3. Sistem pelumasan (lubricating system)
Fungsi dari pelumasan pada mesin generator adalah untukmengurangi gaya
gesek pada mesin, untuk pendinginan, dan pencegahan karat.
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
36
4. Sistem pendinginan (coolant system)
Untuk menurunkan temperatur kerja mesin diperlukan sistem pendinginan
dengan menggunakan air. Sistem pendinginan menggunakan air murni (fresh
water) yang tidak menggandung kadar garam atau kotoran-kotoran penyebab
korosi mesin. Air murni ini berfungsi mendinginkan silinder block dan turbo
charger yang merupakan bagian terpanas dari sistem dan sebagian panas gas
pembakaran tersebut dipindahkan secara langsung ke fluida pendinginnya.
5. Sistem udara masuk (intake valve) dan sistem udara keluar (exhaust valve).
Sistem pemasukan udara ini berfungsi untuk menyalurkan udara murni ke
dalam ruang bakar pada saat langkah hisap. Jumlah dan kualitas udara yang
akan masuk ke dalam selinder (ruang bakar) sangat penting bagi kinerja motor
diesel generator. Sistem pembuangan udara yang dikenal dengan knalpot pada
mesin berfungsi untuk menyalurkan gas bekas sisa pembakaran ke udara luar
dan sekaligus berfungsi sebagai peredam getaran akibat ledakan pembakaran
serta tekanan gas buang. Fungsi sebagai peredam getaran ini sangat penting,
mengingat getaran yang berlebihan dapat mempercepat keausan komponenkomponen motor itu sendiri.
6. Sistem pengaman listrik generator
Generator tiga fasa dilengkapi dengan beberapa relay. Pemasangan relay-relay
dimaksudkan untuk mencegah hal-hal yang tidak diinginkan serta
kerusakankerusakan yang disebabkan oleh gangguan-gangguan yang terjadi
dalam generator. Relay pengaman adalah suatu perangkat kerja proteksi yang
mempunyai fungsi dan peranan :
a. Memberi sinyal alarm atau melepas pemutusan tenaga (circuit
breaker) dengan tujuan mengisolasi gangguan atau kondisi yang
tidak normal seperti adanya : beban lebih, tegangan rendah,
kenaikan suhu, beban tidak seimbang, daya kembali, frekwensi
rendah, hubungan singkat dan kondisi tidak normal lainnya.
b. Melepas atau mentrip peralatan yang berfungsi tidak normal untuk
mencegah timbulnya kerusakan
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
37
c. Melepas atau mentrip peralatan yang terganggu secara cepat
dengan tujuan mengurangi kerusakan yang lebih berat
d. Melokalisir kemungkinan dampak akibat gangguan dengan
memisahkan peralatan yang terganggu dari sistem
e. Melepas peraltan atau bahagian yang terganggu secara cepat
dengan maksud menjaga stabilitas sistem.
Prinsip kerja dari relay pengaman pada mesin generator:
a) Relay arus lebih
Relay arus lebih digunakan untuk melindungi kerusakan akibat terjadinya
hubungan singkat antar hantaran yang menuju jaring-jaring atau antar fasa.
Dalam keadaan normal relay arus lebih tidak bekerja. Tetapi bila terjadi
hubung singkat antar hantaran yang menuju jaring-jaring atau antar fasa
maka arus yang mengalir pada fasa yang mengalami hubung singkat
tersebut melebihi batas nominalnya. Dengan demikian relay arus lebih
bekerja.
b) Relay tegangan lebih
Relay tegangan lebih akan bekerja bila tegangan yang dihasilkan generator
melebihi batas nominalnya. Misalnya disebabkan ketidakberesan penguat
magnit
atau pengaturan penguat
magnit
terlalu
besar
sehingga
mengakibatkan tegangan yang dihasilkan generator melebihi batas
nominalnya. Tegangan lebih dapat dimungkinkan oleh mesin putaran lebih
(over speed) atau kerusakan pada pengatur tegangan otomatis (AVR).
c) Relay diferensial
Relay differensial bekerja atas dasar perbandingan tegangan atau
perbandingan arus, yaitu besarnya arus sebelum lilitan stator dengan arus
yang mengalir pada hantaran yang menuju jaring-jaring. Dalam keadaan
normal antara keduanya mempunyai arus sama besar. Bila terjadi hubung
singkat antara lilitan stator dengan rangka mengakibatkan arus antara
keduanya tidak sama maka relay differensial akan bekerja. Bekerjanya
relay-relay tersebut digunakan untuk membuka sakelar, misalnya sakelar
utama, sakelar penguat magnit.
d) Relay daya balik
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
38
Relai daya balik berfungsi untuk mendeteksi aliran daya aktif yang masuk
ke arah generator. Perubahan ini disebabkan oleh pengaruh rendahnya
input dari penggerak mula generator. Bila input tidak dapat mengatasi
rugi-rugi yang ada, maka kekurangan daya dapat diperoleh dengan cara
menyerap daya aktif dari sistem. Selama penguatan masih tetap, maka
aliran daya rekatif generator sama halnya sebelum generator bekerja
sebagai motor. Dengan demikian pada generator bekerja sebagai motor,
daya aktif akan masuk ke generator, sementara itu aliran daya reaktif
mungkin masuk atau mungkin juga keluar.
7. Pentanahan (grounding)
Grounding merupakan bagian penting bagi alat kelistrikan. Grounding
mempunyai hubungan erat dengan perlindungan suatu sistem terhadap arus
gangguan agar mengalir masuk ke tanah sehingga tidak merusak peralatan.
Pemasangan pentanahan ini pada bagian badan (body). Dalam pelaksanaanya
grounding berfungsi :
a. Pentanahan sistem, berupa pengadaan hubungan dengan tanah untuk
suatu titik pada penghantar arus dari sistem. Pada umumnya titik
tersebut adalah titik netral dari suatu mesin, transformator, atau untuk
rangkaian listrik tertentu.
b.
Pentanahan peralatan sistem, berupa pengadaan hubungan dengan
tanah untuk suatu bagian atau bagian yang tidak membawa arus dari
sistem. Bagian-bagian ini misalnya : Semua logam seperti saluran
tempat kabel, kerangka mesin, batang pemegang sakelar, penutup
kotak sakelar.
c. Menjamin keselamatan orang dari sengatan listrik baik dalam keadaan
normal atau tidak dari tegangan sentuh dan tegangan langkah.
d. Menstabilkan tegangan dan memperkecil kemungkinan terjadinya
flashover ketika terjadi transient.
e. Mencegah kerusakan peralatan listrik/elektronik.
f. Menyalurkan energi serangan petir ke tanah.
g. Mengalihkan energi RF liar dari peralatan-peralatan seperti: Genset,
Transformer, Panel-panel listrik dan panle-panel kontrol .
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
39
3.4 Medium Voltage Distributionv Board (kubikel TM)
MVDB atau Medium Voltage Distribution Board ( kadang kadang
digunakan istilah MVDP/Medium Voltage Distribution Panel) atau PTM
(Panel Tegangan Menengah) adalah unit switching tegangan menengah yang
berfungsi mendistribusikan beban ke panel-panel yang lebih kecil kapasitasnya,
yang berada di sisi down-steam-nya. MVDB umumnya terdiri sbb:
1. Incoming Cubicle
Gambar 3.24 Incoming Kubikel TM
a. LBS 3P 400 A, 20 kV, 14,5 kA + Earthing Switch, Door interlock.
b. Capacitive voltage indicator.
c. MCB 1 ph 6A, 8 kA.
d. Thermostat & Heater AC 220 V, 50 Watt.
e. Free Standing (Metal Enclosure).
f. Rated impulse withstand voltage to earthed parts across the phases
across
g. isolating distances
h. Rated power frequency withstand voltage
to earthed parts across the phases
: 50 kV
across isolating distances
: 75 kV
i.
Making current
: 36,5 kA
j.
Peak short circuit current
: 36 KA
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
40
k. Short time current
l.
: 14,5 KA
Relay untuk proteksi over current & meter yang mencakup Volt,
Ampere, power factor dll.
2. Outgoing Cubicle
Ganbar 3.25 Outgoing Kubikel TM
Outgoing cubicle Panel Tegangan Menengah dilengkapi dengan peralatan
peralatan sebagai berikut :
a. LBS 3P 400 A, 20 kV, 14.5 KA + Earthing Switch, Door Interlock +
Shunt Trip + Aux Switch
b. Fuse link 20 kV (sesuai kapasitas trafo)
c. Meter arus & Trafo Arus
d. Capacitive voltage indicator
e. MCB 1 ph 6A, 8 kA
f. Thermostat & Heater AC 220 V, 50 Watt
g. Free Standing (Metal Enclosure).
http://digilib.mercubuana.ac.id/z
41
3. Lightning Arrester 20 kV
Adalah suatu alat untuk melindungi isolasi atau peralatam listrik terhadap
tegangan lebih yang diakibatkan oleh sambaran petir atau tegangan transient
yang tinggi dari suatu penyambungan atau pemutusan rangkaian (sirkuit),
dengan jalan mengalirkan arus denyut (Surge Current) ketanah serta
membatasi berlangsungnya arus ikutan (Follow Current) serta mengembalikan
keadaan jaringan ke keadaan semula tanpa mengganggu sistem.
4. Fuse
Gambar 3.26 fuse
Fuse adalah suatu alat yang berfungsi sebagai alat pemutus (switch)
tegangan / arus listrik. Fuse di gunakan untuk pengamana arus lebih yang
terjadi karena adanya gangguan hubung singkat antara fasa pada transformer.
Fuse ini dipasang pada sisi dalam kubikel outgoing MVDP ( Main Voltage
Distribution Panel).
5. Busbar
a. Jenis single bar
b. Rated capacity
c. Bentuk persegi panjang
d. Bahan Tembaga
http://digilib.mercubuana.ac.id/z