GENERATOR AC
A. Pendahuluan
Generator sinkron (sering disebut alternator) adalah mesin listrik yang digunakan untuk mengubah energi mekanik (gerak) menjadi energi listr ik dengan perantara induksi medan magnet. Perubahan energi ini terjadi karena adanya pergerakan relatif antara medan magnet dengan kumparan generator. Pergerakan relatif adalah terjadinya perubahan medan magnet pada kumparan jangkar (tempat terbangkitnya tegangan pada generator) karena pergerakan medan magnet terhadap kumparan jangkar atau sebaliknya. Alternator ini disebut generator sinkron (sinkron= serempak) karena kecepatan perputaran medan magnet yang terjadi sama dengan kecepatan perputaran rotor generator. Alternator ini menghasilkan energi listrik bolak balik (alternating (alternating current, AC) dan biasa diproduksi untuk menghasilkan listrik AC 1-fasa atau 3-fasa. B. Listrik Arus Bolak-Balik
Yang dimaksud dengan listrik arus bolak – balik balik adalah listrik ( tegangan / arus ) yang berubah-ubah arah dan nilainya terhadap waktu. waktu. Arus Berkurang pada arah Posistif
1+ Perubahan Arus Berkurang
Positif
pada arah Posistif
1/3
Perubahan Negatif Arus Bertambah pada arah Negatif
Arus Bertambah pada arah Negatif
1-
Sinusioda listrik arus bolak- balik Waktu yang dibutuhkan oleh arus bolak-balik untuk kembali pada harga / nilai dan arah yang sama disebut dengan periode. Sedangkan jumlah periode dalam 1 ( satu ) detik disebut dengan frekwensi. Dari karakteristik arus bolak-balik yang disebut dengan sinusioda tersebut, maka terdapat nilai-nilai :
Tegangan / arus sesaat Tegangan / arus puncak / maksimum Tegangan / arus efektif Tegangan
Arus
Nilai sesaat :
e
= V sin t
i = sin t
Nilai maks :
V
= V
I
=I
Nilai efektif :
Vef
= V / √2
Ief
= I / √2
C. Prinsip Kerja
Kecepatan rotor dan frekuensi dari tegangan yang dibangkitkan berbanding secara langsung. Gambar dibawah memperlihatkan prinsip kerja dari sebuah generator AC dengan dua kutub, dan dimisalkan hanya memiliki satu lilitan yang terbuat dari dua
penghantar secara seri, yaitu penghantar a dan a’. Lilitan seperti ini disebut “Lilitan Terpusat”, dalam generator sebenarnya terdiri dari banyak lilitan dalam masing -masing fasa yang terdistribusi pada masing-masing alur stat or
dan disebut “Lilitan
Terdistribusi”. Diasumsikan rotor berputar searah jarum jam, maka flux medan rotor bergerak sesuai lilitan jangkar. Satu putaran rotor dalam satu detik menghasilkan satu siklus per ditik atau 1 Hertz (Hz). Bila kecepatannya 60 Revolution per menit (r/m), frekuensi 1 Hz, untuk frekuensi f = 60 Hz, maka rotor harus berputar 3600 r/m. Untuk kecepatan rotor n r/m, rotor harus berputar pada kecepatan n/60 revolution per detik (r/s). bila rotor mempunyai lebih dari 1 pasang kutub, misalnya mis alnya P kutub maka masing-masing revolution dari rotor menginduksikan P/2 siklus tegangan dalam lilitan stator. Frekuensi dari tegangan induksi sebagai sebuah fungsi dari kecepatan rotor,
2 60
Untuk generator sinkron tiga fasa, harus ada tiga belitan yang masing masing terpisah sebesar 120° listrik dalam ruang sekitar keliling celah udara seperti diperlihatkan pada kumparan a – a’,
b – b’ – b’ dan c – c’ pada gambar 2.10. Masing-masing lilitan akan
menghasilkan gelombang fluks sinus, dimana satu dengan lainnya berbeda 120°. Dalam keadaan seimbang besarnya fluks sesaat :
ΦA = Φm. Sin ωt ΦB = Φm. Sin ( ωt – 120° 120° ) ΦC = Φm. Sin ( ωt – 240° 240° ) Besarnya fluks resultan adalah jumlah vektor ketiga fluks tersebut adalah :
ΦT = ΦA +ΦB + ΦC yang merupakan fungsi tempat (Φ) dan waktu (t), maka besarnya fluks total adalah: 240°) ΦT = Φm.Sin ωt + Φm.Sin(ωt – 120°) – 120°) + Φm. Sin(ωt– 240°). Sin(ωt– 240°). Cos (φ – 240°)
Gambar. Diagram Generator AC Satu Fasa Dua Kutub
Dengan memakai transformasi trigonometri dari : Sin α . Cos β = ½.Sin (α + β) + ½
Sin (α + β )
maka dari persamaan diatas diperoleh :
ΦT = ½.Φm. Sin (ωt +φ ) + ½.Φm. Sin(ωt – φ) + ½.Φm. Sin (ωt + φ – 240°) + ½.Φm. Sin (ωt – φ) – φ) + ½.Φm. Sin (ωt + φ – 480°) 480°) Dari persamaan diatas, bila diuraikan maka suku kesatu, ketiga, dan kelima akan saling menghilangkan. Dengan demikian dari persamaan akan di dapat fluks total sebesar,
ΦT = ¾ Φm. Sin ( ωt - Φ ) Weber Jadi medan resultan merupakan medan putar dengan modulus 3/2 Φ dengan sudut putar sebesar ω. Maka bes arnya tegangan masing -masing fasa adalah : Emaks = Bm. ℓ. ω r Volt dimana : Bm = Kerapatan Fluks maksimum kumparan medan rotor (Tesla)
ℓ = Panjang masing -masing lilitan dalam medan magnetik (Weber) ω = Kecepatan sudut dari rotor (rad/s) r = Radius dari jangkar (meter)
Gambar. Diagram Generator AC Tiga Fasa Dua Kutub
D. Frekuensi Pada Generator Sinkron Kecepatan perputaran generator sinkron akan mempengaruhi frekuensi elektris yang
dihasilkan generator. Rotor generator sinkron terdiri atas rangkaian elektromagnet dengan suplai arus DC untuk membentuk medan magnet pada rotor. Medan magnet rotor ini bergerak pada searah putaran rotor. Hubungan Hubungan antara kecepatan putar medan magnet magnet pada rotor dengan frekuensi elektrik pada stator adalah:
.
(1)
Dimana:
= frekuensi listrik (Hz)
= kecepatan putar rotor (rpm) = jumlah kutub magnet pada pada rotor
E. GGL Induksi Pada Alternator
GGL induksi (Ea) pada alternator akan terinduksi pada kumparan jangkar alternator (misalnya kumparan jangkar ditempatkan di stator) bila rotor di putar di sekitar stator (misalnya kumparan medan di rotor). Besarnya kuat medan pada rotor dapat diatur dengan cara mengatur arus medan (If) yang diberikan pada rotor. Besarnya GGL induksi internal (Ea) yang dihasilkan kumparan jangkar Alternator ini dapat dibuatkan dalam bentuk rumus sebagai berikut.
=4,44.. . .. . . / /
(2)
Atau disingkat
=. . . .
(3)
Dimana:
= faktor kisar = faktor distribusi
= frekuensi dalam dalam Hz atau cps = fluks/kutub dalam weber = banyaknya lilitan/fase = ½ Z
Z = banyak sisi kumparan (1 lilit adalah 2 sisi kumparan) c = konstanta mesin
= kecepatann putaran rotor (rpm)
F. Faktor Kisar Pada Lilitan Stator
Bila kisar atau gawang antara sisi lilitan jangkar yang satu dan sisi lilitan yang lain pada kumparan stator sama dengan jarak antara kutub yakni 180 o listrik maka lilitan tersebut dikatakan mempunyai gawang penuh atau kisar penuh, lihat gambar dibawah ini
Gambar. Kisar atau gawang lilitan jangkar
Bila jarak antara lilitan yang satu dengan yang lain kurang dari 1800 listrik, lilitan tersebut dikatakan mempunyai kisar pendek ( gawang pendek). pendek). Faktor kisar ( factor gawang) atau kc atau kp adalah perbandingan antara kisar pendek terhadap kisar penuhnya atau dapat dihitung dengan persamaan : kc = kp = Cos α/ 2
(4)
G. Faktor Distribusi
Lilitan jangkar pada tiap fasa tidak dipusatkan hanya pada satu alur / slot tetapi didstribusikan pada beberapa alur /slot menyebabkan suatu factor yang disebut faktor distribusi (k d) yang dapat dihitung dengan persamaan :
/ /
(5)
Dengan
° °
(6)
= banyaknya alur/fase/kutub
H. Rangkaian Ekuivalen Alternator 1-Fasa Kutub Silindris
Tegangan induksi Ea dibangkitkan pada kumparan jangkar Alternator. Tegangan ini biasanya tidak sama dengan tegangan yang muncul pada terminal alternator. Tegangan induksi ini dianggap sama dengan tegangan output terminal alternator hanya ketika tidak ada arus jangkar yang mengalir pada alternator (alternator tanpa beban). Beberapa faktor yang menyebabkan perbedaan antara tegangan induksi dengan tegangan terminal ini adalah: 1. Distorsi medan magnet pada celah udara oleh mengalirnya arus pada stator, disebut reaksi jangkar. 2. Induktansi sendiri kumparan jangkar. 3. Resistansi kumparan jangkar. 4. Efek permukaan rotor kutub sepatu. Karena semua faktor di atas mempengaruhi tegangan keluaran pada terminar alternator, maka faktor-fkator itu dimasukan dalam menganalisa rangkaian ekivalen alternator agar diperoleh hasil pendekatan yang lebih baik. Bila alternator yang digunakan adalah alternator 1-fasa, maka kumparan jangkar alternator hanya membangkitkan gelombang AC 1-fasa, sedangkan bila alternator yang digunakan adalah alternator 3-fasa, maka kumparan jangkar alternator akan membangkitkan gelombang AC 3-fasa yang masingmasing berbeda fasa 1200 listrik. Rangkaian ekivalen alternator sangat bermanfaat digunakan untuk menganalisa kondisi alternator tanpa harus mengoperasikan alternator secara nyata, sehingga dapat diketahui bentuk karakteristik alternator dalam berbagai kondisi tanpa merusak alternator. Apabila karakterisitik alternator telah diketahui tanpa harus mengoperasikan alternator, maka dapat direncanakan dengan baik beban yang cocok yang dapat diberikan pada alternator. Bentuk rangkaian ekivalen alternator 1-fasa diperllihatkan pada gambar berikut
Gambar. Rangkaian Ekuivalen Alternator 1-Fasa
Dalam keadaan berbeban arus jangkar akan mengalir dan mengakibatkan terjadinya reaksi jangkar. Reaksi jangkar besifat reaktif, karena itu dinyatakan sebagai reaktansi, dan disebut reaktansi magnetisasi akibat pengaruh reaktansi jangkar (Xar ). Pada generator sinkron kutup silindris, kuat medan yang terjadi merata di sekitar permukaan kutup, sehingga pengaruhnya terhadap kumparan jangkar juga akan merata. Karena kuat medan ya;ng merata, maka Reaktansi ini (Xar) dapat dijumlahkan langsung bersamasama dengan reaktansi fluks bocor pada kumparan jangkar (Xa ) yang kemudian dikenal sebagai reaktansi sinkron (Xs). Hubungan besarnya tegangan yang dibangkitkan alternator ini (Ea) terhadap reaktansi sinkron ini dan tegangan terminal alternator diperlihatkan pada persamaan-persamaan sebagai berikut.
. .
(7) (8)
Dengan:
= tegangan induksi pada jangkar yang dibangkitkan alternator (satuan Volt)
= tegangan terminal output alternator (atau boleh dibuat Vt, sat uan Volt)) = resistansi jangkar (satuan Ohm)
= reaktansi sinkron (satuan Ohm) = arus yang melewati jangkar generator (satuan Ampere)
Dari penjabaran rumus di atas terlihat bahwa tegangan keluaran alternator sangat dipengaruhi oleh besarnya arus dan jenis beban alternator. Makin besar beban alternator, maka makin besar pula drop tegangan yang terjadi pada kumparan alternator.
I. Sumbu ’dq’ Pada Alternator 1-Fasa Kutup Menonjol
Daerah sumbu ’d’ merupakan daerah yang terpengaruh langsung oleh medan magnet yang kuat pada
ujung kutup magnet, sedangkan sumbu ’q’ merupakan daerah yang
bukan pada ujung
kutup dengan daerah medan yang lemah. Bentuk sumbu ’dq’ ini dapat digambarkan sebagai berikut.
Gambar. Sumbu ‘dq’ pada kutup menonjol Karena pengaruh medan yang tidak sama pada kutup menonjol, maka reatansi sinkron yang dihasilkan pada rangkaian ekivalen alternator akan berubah menjadi:
.
(9)
Yang mana:
= reaktansi sinkron dalam arah sumbu d (karena pengaruh medan yang kuat dari
rotor)
= reaktansi sinkron dalam arah sumbu q (karena pengaruh medan yang lemah dari
rotor) Besarnya Ea yang dibangkitkan generator selanjut berubah menjadi persamaan sebagai berikut.
′ ′ ( .) . .sin .cos
(10)
Dengan
(11) (12)
(13)
(14)
Untuk faktor daya tertinggal:
+. − ..+ .
(15)
Untuk faktor daya mendahului:
+. − −..+ .
Dengan:
= arus dalam arah sumbu ‘d’ = arus dalam arah sumbu ‘q’
(16)
J.
Karakteristik Alternator Ggl Tiga-Fase
Rangkaian listrik tiga fase diberi energi oleh tiga GGL bolak balik dengan frekuensi yang sama dan berbeda fase 120º listrik. Tiga GGL gelombang sinus yang demikian ditunjukkan dalam gambar di bawah ini. Ketiga GGL ini dibangkitkan dalam tiga pasangan jangkar yang terpisah dalam generator AC. Toga pasang kumparan ini dipasang terpisah 120 derajat listrik pada jangkar genertor. Ujung kumparan semuanya dikeluarkan dari generator untuk membentuk tiga rangkaian fase-tunggal yang terpisah. Tetapi kumparan-kumparan biasanya dihubungkan baik di dalam maupun di luar guna membentuk sistem tiga fase kawat tiga atau kawat empat. Ada dua cara hubungan kumparan tiga fase, dan secara umum ada dua cara menghubungkan alat ke rangkaian tiga fase yaitu hubungan Y dan hubugan delta. Kebanyakan generator dihubungkan secara Y, tetapi beban dapat dihubungkan baik secara Y maupun delta. K. Hubungan Tegangan dalam Generator Hubungan Y
Lilitan ini diletakkan pada permukaan jangkar sedemikian rupa sehingga GGL yang dibangkitkan berbeda 120 deajat. Tiap-tiap kumparan diberi huruf S dan F (start dan finish). Dalam gambar 2a semua ujung kumparan yang diberi tanda S dihubungkan ke titik bersama N yang disebut netral dan ketiga kumparan n yang diberi tanda F dikeluarkan ke terminal saluran A,B, dan C membentuk catu tiga fase kawat tiga. Tipe hubungan ini disebut hubngan Y (kadan-kadanng disebut hubnngan bintang). Kerap kali dikeluarkan ke papan netral atau terminal seperti ditunjukkan pada gambar dengan garis putus-putus, membentuk sistem tiga fase kawat empat. Tegangan yang dibangkitkan setiap fase generator AC disebit tegangan fase (simbol Ep atau Vp). Jika sambungan netral dikeluarkan dafri generator, tegangan dari masing-masing terminal saluran A,B, atau C ke sambungan netral N adalah tegangan saluran ke saluran atau singkatnya tegangan saluran (simbol El atau Vl).
Gambar. Hubungan Bintang
Gambar: (a) hubungan lilitan fase dalam generator hubungan Y (b) diagram konvensional hubungan (c) diagram fasor yang menunjukkan hubungan antara tegangan fase dan saluran. Hubungan dari tiga fase-fase disebut urutan fase atau putaran fase tegangan. Ini ditentukan oleh putaran generator, tetapi dpat dibalikkan di luar generator dengan menukarkan setiap dari ketiga kawat saluran (jangan kawat saluran dengan kawat netral). Sangatlah membantu jika kita menggambrkan diagram rangkaian hubungan Y seperti dalam diagram 2.b. perhatikan bahwa ranglaian gambar benar-benar sama dengan gambar, dengan ujung setiap kumparannya dihubungkan ketitik netral, dan ujung F dikeluarkan ke terminal. Setelah diagram rangkaian digambar dan semua bagiannya diberi huruf, maka diagram fasor dapat digambar seperti pada gambar. Diagram fasor menunjukkan ketiga tegangan fase Van, Vbn, Vcn berbeda 120 derajat. Haruslah diperhatikan dalam gambar 2 bahwa setiap fasor diberi huruf dengan dua subskrip. Kedua huruf tersebut menunjukkan kedua titik diantarategangan yang ada, dan urutan
huruf
menunjukkan
polaritasrelatif
dari
tegangan
selama
setengah
siklus
positifnya.dalam diagram fasor yang ditunjukkan, telah diumpamakan bahwa terminal generatornya positif. Sebagai contoh ; simbol Van menunjukkan tegangan v antar titik A dan N dengan titik A positif terhadap titik N selama setengah siklus positifnya. Karena tegangan membalik setengah siklus, sekarang polsnya dapat diperhatikan, jika polaritas ini diperhatikan secara konsisten untuk semua fasenya.
MOTOR SINKRON
A. Pengertian Motor Sinkron
Motor Sinkron adalah mesin sinkron yang digunakan untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Mesin sinkron mempunyai kumparan jangkar pada stator dan kumparan medan pada rotor. Kumparan jangkarnya berbentuk sama dengan mesin
induksi, sedangkan kumparan medan mesin sinkron dapat berbentuk kutub sepatu ( salient ) atau kutub dengan celah udara sama rata (rotor silinder). Arus searah (DC) untuk menghasilkan fluks pada kumparan medan dialirkan ke rotor melalui cincin dan sikat. Jadi kontruksi motor sinkron ini adalah sama dengan generator sinkron, bedanya hanya bahwa generator sinkron rotornya diputar untuk menghasilkan tegangan, sedangkan motor sinkron statornya diberi tegangan agar rotornya berputar. B. Prinsip Kerja Motor Sinkron
Gambar 1. Terjadinya torsi pada motor sinkron (a) tanpa beban (b) kondisi berbeban (c) kurva karakteristik torsi
Gambar 1 memperlihatkan keadaan terjadinya torsi pada motor sinkron. Keadaan ini dapat dijelaskan sebagai berikut: apabila kumparan jangkar (pada stator) dihubungkan dengan sumber tegangan tiga fasa maka akan mengalir arus tiga fasa pada kumparan. Arus tiga fasa pada kumparan jangkar ini menghasilkan medan putar homogen ( BS ). Berbeda dengan motor induksi, motor sinkron mendapat eksitasi dari sumber DC eksternal yang dihubungkan ke rangkaian rotor melalui slip ring dan sikat. Arus DC pada rotor ini menghasilkan medan magnet rotor ( BR) yang tetap. Kutub medan rotor mendapat tarikan dari kutub medan putar stator hingga turut berputar dengan kecepatan yang sama (sinkron). Torsi yang dihasilkan motor sinkron merupakan fungsi sudut torsi
(δ). Semakin besar sudut antara kedua medan magnet, maka torsi yang dihasilkan akan semakin besar seperti persamaan di bawah ini.
...
(1)
Pada beban nol, sumbu kutub medan putar berimpit dengan sumbu kumparan medan ( δ
= 0). Setiap penambahan beban membuat medan motor “tertinggal” dari medan stator, berbentuk sudut kopel ( δ); untuk kemudian berputar dengan kecepatan yang sama lagi. Beban maksimum tercapai ketika δ = 90o. Penambahan beban lebih lanjut
mengakibatkan hilangnya kekuatan torsi dan motor disebut kehilangan sinkronisasi. Oleh karena pada motor sinkron terdapat dua sumber pembangkit fluks yaitu arus bolak-balik (AC) pada stator dan arus searah (DC) pada rotor, maka ketika arus medan pada rotor cukup untuk membangkitkan fluks (ggm) yang diperlukanmotor, maka stator tidak perlu memberikan arus magnetisasi atau daya reaktif dan motor bekerja pada faktor daya = 1,0. Ketika arus medan pada rotor kurang (penguat bekurang), stator akan menarik arus magnetisasi dari jala-jala, sehingga motor bekerja pada faktor daya terbelakang (lagging ). Sebaliknya bila arus pada medan rotor berlebih (penguat berlebih), kelebihan fluks (ggm) ini harus diimbangi, dan stator akan menarik arus yang bersifat kapasitif dari jala-jala, dan karenanya motor bekerja pada faktor daya mendahului (leading ). Dengan demikian, faktor daya motor sinkron dapat diatur dengan mengubah-ubah harga arus medan (IF). C. Model dan Dinamika Mesin Sinkron 1. Motor Sinkron 1-Fasa
Untuk menganalisa kondisi motor sinkron dengan mudah, harus diketahui terlebih dahulu bentuk model rangkaian ekivalennya. Rangkaian ekuivalen motor sinkron ini mirip dengan rangkaian ekuivalen generator sinkron, kecuali arah arus jangkar (Ia) yang dibalik. Oleh karena itu bentuk rangkaian ekuivalen motor sinkron 1-fasa mirip dengan rangkaian ekivalen alternator 1-fasa, tetapi dengan arah arus jangkar yang terbalik. Bentuk rangkaian ekivalen motor sinkron 1-fasa ini diperlihatkan pada gambar 2.
Gambar 2. Rangkaian ekuivalen motor sinkron
Dari gambar 2.2 dapat dibuatkan persamaan-persamaan yang memenuhi pada
rangkaian ekuivalen motor sinkron 1-fasa sebagai berikut.
. .. . .. .. ∅ . %
(2)
atau
(3)
dan
(4) (5) (6) (7) (8)
Dengan:
∅
= GGL induksi lawan pada kumparan motor sinkron (V) = tegangan terminal motor sinkron (V) = arus jangkar motor sinkron (V) = faktor daya = tahanan jangkar motor sinkron (ohm) = reaktansi sinkron motor sinkron (ohm) = daya keluaran motor sinkron (W) = daya masukan motor sinkron (W) = rugi-rugi tembaga pada motor sinkron (W) = daya mekanik yang dibangkitkan pada rotor motor sinkron (W) = efisiensi motor sinkron
2. Motor Sinkron 3-Fasa
Konstruksi motor sinkron 3-fasa sama dengan konstruksi generator sinkron 3-fasa (alternator 3-fasa). Oleh karena itu, kumparan motor sinkron ini juga dapat dibuat dalam bentuk hubunga bintang (Y) dan delta seperti halnya pada alternator 3-fasa. Motor ini dapat dianalisa dengan menggunakan rankaian ekivalen yang sama dengan alternator, tetapi dengan arah arus yang berbeda. Rumus untuk motor sinkron 3-fasa sebagai berikut. a. Untuk hubungan bintang (Y)
− . .
(9)
dengan:
∠° − . . ∠° − . . ∠° /√
(10)
dengan:
(11)
dengan:
dengan:
b. Untuk hubungan delta
− . . ∠° − . . ∠° − . . ∠° /√
(12)
dengan:
(13)
dengan:
(14)
dengan: dengan:
Untuk menghitung efisiensi motor sinkron 3-fasa dapat digunakan persamaan (8) dengan cara mengkalikan dengan 3 (tiga) semua hasil pada persamaan (4)
sampai dengan persamaan (7).
D. Kurva karakteristik Torsi – Kecepatan Motor Sinkron
Gambar 3. Karakteristik torsi – kecepatan
Motor sinkron pada dasarnya merupakan alat yang menyuplai tenaga ke beban pada kecepatan konstan. Kecepatan putaran motor adalah terkunci pada frekuensi listrik yang diterapkan, oleh karena itu kecepatan motor adalah konstan pada beban bagaimanapun. Kecepatan motor yang tetap ini dari kondisi tanpa beban sampai torsi maksimum yang bisa disuplai motor disebut torsi pullout . Bentuk karakteristik torsi terhadap kecepatan ini diperlihatkan pada gambar 3 Dengan mengacu kembali ke persamaan (3) dan (6) dapat dibuatkan persamaan torsi motor sinkron 3-fasa sebagai berikut.
....
(15)
Torsi maksimum motor terjadi ketika δ = 90°. Umumnya torsi maksimum motor sinkron adalah tiga kali torsi beban penuhnya. Ketika torsi pada motor sinkron melebihi torsi maksimum maka motor akan kehilangan sinkronisasi. Dengan mengacu kembali ke persamaan (1), (3) dan (6), maka persamaan Torsi maksimum ( pullout ) motor sinkron dapat dibuatkan sebagai berikut.
.. ...
(16)
atau
(17)
Dari persamaan di atas menunjukkan bahwa semakin besar arus medan, maka torsi maksimum motor akan semakin besar.
MOTOR INDUKSI
A. Pengertian Motor Induksi
Motor induksi merupakan motor listrik arus bolak balik (ac) yang paling luas digunakan. Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa motor ini bekerja berdasarkan induksi medan magnet stator ke statornya, dimana arus rotor motor ini bukan diperoleh dari sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan relatif antara putaran rotor dengan medan putar (rotating magnetic field ) yang dihasilkan oleh arus stator. Motor induksi sangat banyak digunakan di dalam kehidupan sehari-hari baik di industri maupun di rumah tangga. Motor induksi yang umum dipakai adalah motor induksi 3-fase dan motor induksi 1-fase. Motor induksi 3-fase dioperasikan pada sistem tenaga 3-fase dan banyak digunakan di dalam berbagai bidang industri dengan kapasitas yang besar. Motor induksi 1-fase dioperasikan pada sistem tenaga 1-fase dan banyak digunakan terutama untuk peralatan rumah tangga seperti kipas angin, lemari es, pompa air, mesin cuci dan sebagainya karena motor induksi 1-fase mempunyai daya keluaran yang rendah. Bentuk gambaran motor induksi 3-fasa diperlihatkan pada gambar 1, dan contoh penerapan motor induksi ini di industri diperlihatkan pada gambar .2.
b) Bentuk Fisik
a) Bentuk Dalam
Gambar 1. Motor induksi 3-fasa
Gambar 2. Penerapan motor induksi di dunia industri
Data-data motor induksi mengenai daya, tegangan dan data lain yang berhubungan dengan kerja motor induksi dibuatkan pada plat nama (name plate) motor induksi. Contoh data yang ditampilkan pada plat nama motor induksi ini diperlihatkan pada gambar 3.
Gambar 3. Contoh data yang ada di plat nama motor induksi
B. Konstruksi Motor Induksi Motor induksi pada dasarnya mempunyai 3 bagian penting seperti yang diperlihatkan
pada gambar 4 sebagai berikut: 1. Stator : Merupakan bagian yang diam dan mempunyai kumparan yang dapat menginduksikan medan elektromagnetik kepada kumparan rotornya. 2. Celah : Merupakan celah udara: Tempat berpindahnya energi dari startor ke rotor. 3. Rotor : Merupakan bagian yang bergerak akibat adanya induksi magnet dari kumparan stator yang diinduksikan kepada kumparan rotor.
a) stator dan rotor sangkar
b) rotor belitan
Gambar 4. Bentuk konstruksi dari motor induksi
Bentuk konstruksi rotor sangkar motor induksi secara lebih rinci diperlihatkan pada gambar 5
a) bentuk rotor sangkar
b) kumparan dikeluarkan dari
Gambar 4. Konstruksi rotor sangkar motor induksi
C. Prinsip Kerja Motor Induksi
Motor induksi bekerja berdasarkan induksi elektromagnetik dari kumparan stator kepada kumparan rotornya. Bila kumparan stator motor induksi 3-fasa yang dihubungkan dengan suatu sumber tegangan 3-fasa, maka kumparan stator akan menghasilkan medan magnet yang berputar. Garis-garis gaya fluks yang diinduksikan dari kumparan stator akan memotong kumparan rotornya sehingga timbul emf (ggl) atau tegangan induksi. Karena penghantar (kumparan) rotor merupakan rangkaian yang tertutup, maka akan mengalir arus pada kumparan rotor. Penghantar (kumparan) rotor yang dialiri arus ini berada dalam garis gaya fluks yang berasal dari kumparan stator sehingga kumparan rotor akan mengalami gaya Lorentz yang menimbulkan torsi yang cenderung menggerakkan rotor sesuai dengan arah pergerakan medan induksi stator. Medan putar pada stator tersebut akan memotong konduktor-konduktor pada rotor, sehingga terinduksi arus; dan sesuai dengan Hukum Lentz, rotor pun akan turut berputar mengikuti medan putar stator. Perbedaan putaran relatif antara stator dan rotor disebut slip. Bertambahnya beban, akan memperbesar kopel motor yang oleh karenanya akan memperbesar pula arus induksi pada rotor, sehingga slip antara medan putar stator dan putaran rotor pun akan bertambah besar. Jadi. Bila beban motor bertambah, putaran rotor cenderung menurun. Pada rangka stator terdapat kumparan stator yang ditempatkan pada slot-slotnya yang dililitkan pada sejumlah kutup tertentu. Jumlah kutup ini menentukan kecepatan berputarnya medan stator yang terjadi yang diinduksikan ke rotornya. Makin besar jumlah kutup akan mengakibatkan makin kecilnya kecepatan putar medan stator
dan sebaliknya. Kecepatan berputarnya medan putar ini disebut kecepatan sinkron. Besarnya kecepatan sinkron ini adalah sebagai berikut.
2 ,/ 2/ ,/ 60./ /,
(1)
atau
(2)
dengan:
= frekuensi sumber AC (Hz) = jumlah pasang kutup
= kecepatan putaran sinkron medan magnet stator
Prinsip kerja motor induksi berdasarkan macam fase sumber tegangannya dapat dijelaskan lebih lanjut sebagai berikut dibawah ini 1. Sumber 3-fase
Gambar 5. Bentuk hubungan sederhana kumparan motor induksi 3-fase dengan dua kutup stator
Induksi 3-fase ini mempunyai kumparan 3-fase yang terpisah antar satu sama lainya sejarak 1200 listrik yang dialiri oleh arus listrik 3-fase yang berbeda fase 1200 listrik antar fasenya, sehingga keadaan ini akan menghasilkan resultan fluks magnet yang berputar seperti halnya kutup magnet aktual yang berputar secara mekanik. Bentuk gambaran sederhana hubungan kumparan motor induksi 3-fase dengan dua kutup stator diperlihatkan pada gambar 5. Bentuk gambaran fluk yang terjadi pada motor induksi 3-fasa diperllihatkan pada gambar 6 (fluks yang terjadi pada kumparan 3-fase diasumsikan sinusoidal seperti yang diperlihatkan pada gambar 6a dengan arah fluks positif seperti gambar 6b)
Gambar 6. Fluks yang terjadi pada motor induksi 3-fase dari gambar 5
Bila dimisalkan nilai fluks maksimum yang terjadi pada salah satu fasenya disebut φ m , maka resultan fluks φr pada setiap saat diperoleh dengan melakukan penjumlah vektor dari masing-masing fluks nilai
∅
∅ ∅ ∅ ,
dan
3 akibat pengaruh 3-fasenya. Bila
dihitung setiap 1/6 perioda dari gambar 3.8a dengan mengambil titik-titik 0,
1, 2 dan 3 maka akan diperoleh bentuk gambaran perputaran fluks stator seperti yang diperlihatkan pada gambar 7. Bentuk perhitungan hingga terjadinya perputaran fluks magnet stator dari gambar 7 dapat diterangkan dengan memperhatikan kembali titiktitik 0, 1, 2 dan 3 pada gambar 3.4 sehingga didapatkan sebagai berikut.
0° ∅ 0 ∅ √ ∅ ∅ √ ∅ ∅ ∅ ∅ ∅ ∅ 2 √ 23 ∅ cos60°/2 √ 3 √ 23 ∅ 3/2 ∅ 60° ∅ √ ∅ ∅ √ ∅ ∅ 0 ∅ ∅ ∅ ∅ ∅ 2 √ 23 ∅ cos60°/2 √ 3 √ 23 ∅ 3/2 ∅ ∅ 60°.
(i) Saat
pada gambar 6a akan diperoleh:
,
,
Penjumlahan vektor dari ketiga vektor
,
dan
ini menghasilkan vektor
dan
ini menghasilkan vektor
dengan perhitungan :
(ii) Saat
pada gambar 6a akan diperoleh: ,
,
Penjumlahan vektor dari ketiga vektor
,
dengan perhitungan :
Di sini dapat dilihat bahwa resultan fluks yang dihasilkan adalah tetap sebesar (3/2)
dan berputar searah jarum jam dengan besar sudut sebesar
Gambar 7. Bentuk perputaran fluks stator dari gambar 4
120° ∅ √ ∅ ∅ 0 ∅ √ ∅ ∅ ∅ ∅ ∅ 2 √ 23 ∅ cos60°/2 √ 3 √ 23 ∅ 3/2 ∅ ∅ 60° 120° 180° ∅ √ ∅ ∅ √ ∅ ∅ ∅ ∅ ∅ ∅ 2 √ 23 ∅ cos60°/2 √ 3 √ 23 ∅ 3/2 ∅ ∅ 60° 180°
(iii) Saat
pada gambar 6a akan diperoleh: ,
,
Penjumlahan vektor dari ketiga vektor
,
dan
ini menghasilkan vektor
∅
dengan perhitungan :
Di sini dapat dilihat bahwa resultan fluks yang dihasilkan adalah tetap lagi sebesar (3/2) atau
(iv) Saat
dan berputar lagi searah jarum jam dengan besar sudut sebesar
dari saat awal.
pada gambar 6a akan diperoleh: ,
,
Penjumlahan vektor dari ketiga vektor
0
,
dan
ini menghasilkan vektor
∅
dengan perhitungan :
Di sini dapat dilihat bahwa resultan fluks yang dihasilkan adalah tetap lagi sebesar (3/2) atau
dan berputar lagi searah jarum jam dengan besar sudut sebesar
dari saat awal.
Dari uraian yang telah dijelaskan di atas, maka dapat disimpulkan sebagai berikut. 1. Resultan fluks yang dihasilkan konstan sebesar (3/2)
∅
yaitu 1,5 kali fluks
maksimum yang terjadi dari setiap fasenya. 2. Resultan fluks yang terjadi berputar disekeliling stator dengan kecepatan konstan sebesar 60.f /P (telah dijabarkan sebelumnya). Besarnya fluks konstan yang terjadi pada motor induksi 3-fase juga dapat dibuktikan secara matematik. Dengan cara mengambil salah satu fase-1 sebagai referensi maka didapatkan sebagai berikut. Misalkan fluks yang dihasilkan oleh kumparan a-a (fasa 1) pada saat “t” dapat dinyatakan dalam koordinat polar, yaitu :
∅ ∅ ∅
(3)
Fluks yang dihasilkan oleh kumparan b-b (fasa 2) dan c-c (fasa 3) masing-masing adalah :
∅ ∅ ∅120° ∅ ∅ ∅240° ∅ ∅ ∅ ∅ ∅ cos ∅ ∅ cos 120° ∅ ∅ cos 240°
(4)
(5)
Karena amplitudo fluks berubah menurut waktu secara sinusoid, maka amplitudo ,
dan
dapat dituliskan sebagai berikut. (6)
(7)
(8)
∅
Fluks resultan adalah jumlah ketiga fluks tersebut dan merupakan fungsi tempat ( ) dan waktu (t), sehingga diperloleh:
∅∅, ∅ cos ∅∅ ∅120°cos 120°∅ ∅240° cos 240° Dengan memakai transformasi trigonometri dari :
cos αcos 1⁄2cosα 1⁄2cosα
(9)
didapat:
∅∅, 1⁄2 ∅ cos∅ 1⁄2 ∅ cos∅ 1⁄2 ∅ cos∅ 1⁄2 ∅ cos∅ 240° 1⁄2 ∅ cos∅ 1⁄2 ∅ cos∅ 480° Suku kedua, keempat, dan keenam saling menghapuskan, maka diperoleh:
∅∅, 1,5 ∅ cos ∅
(10)
2. Sumber 2-fasa atau 1-fasa
Gambar 8. Teori perputaran medan ganda pada motor induksi 1-fase
Pada dasarnya, prinsip kerja motor induksi 1-fasa sama dengan motor induksi 2-fasa yang tidak simetris karena pada kumparan statornya dibuat dua kumparan (yaitu kumparan bantu dan kumparan utama) yang mempunyai perbedaan secara listrik dimana antara masing-masing kumparannya tidak mempunyai nilai impedansi yang sama dan umumnya motor bekerja dengan satu kumparan stator (kumparan utama). Khusus untuk motor kapasitor-start kapasitor-run, maka motor ini dapat dikatakan bekerja seperti halnya motor induksi 2-fasa yang simetris karena motor ini bekerja dengan kedua kumparannya (kumparan bantu dan kumparan utama) mulai dari start sampai saat running (jalan). Motor induksi 1-fase yang bekerja dengan satu kumparan stator pada saat running (jalan) dapat dikatakan bekerja bukan berdasarkan medan putar, tetapi bekerja berdasarkan gabungan medan maju dan medan mundur. Bila salah satu medan tersebut dibuat lebih besar maka rotornya akan berputar mengikuti perputaran medan ini. Bentuk gambaran proses terjadinya medan maju dan medan mundur ini dapat dijelaskan dengan menggunakan teori perputaran medan ganda seperti yang diperlihatkan pada gambar 8. Gambar 8 memperlihatkan bahwa fluks sinusoidal bolak balik dapat ditampilkan sebagai dua fluks yang berputar, dimana masing-masing fluks bernilai setengah dari nilai fluks bolak-baliknya yang
berputar dengan kecepatan sinkron dengan arah yang saling berlawanan. Gambar 8a memperlihatkan bahwa fluks total yang dihasilkan sebesar
∅
adalah akibat
pengaruh dari masing-masing komponen fluks A dan B yang mempunyai nilai sama sebesar
∅/2 ∅ ∅ ∅/2 ∅ ∅ ∅
yang berputar dengan arah yang berlawanan. Setelah fluks A dan B
berputar sebesar menjadi 2 x (
dan
(pada gambar 8b) resultan fluks yang terjadi
) sin (2 /2) =
sin . Selanjutnya setelah seperempat lingkaran
resultan fluks yang terjadi (gambar 8c) menjadi nol karena masing-masing fluks A dan B mempunyai harga yang saling menghilangkan. Setelah setengah lingkaran (gambar 8d) resultan fluks A dan b akan menghasilkan
– 2 x (
∅
/2) = -
∅
(arah
berlawanan dengan gambar 8a). Selanjutnya setelah tigaperempat lingkaran (gambar 8e) resultan fluks A dan B yang terjadi kembali nol karena masing-masing fluks yang saling menghilangkan. Proses pada gambar 8 ini akan terus berlangsung sehingga terlihat bahwa medan fluks yang terjadi adalah medan maju dan medan mundur karena pengaruh fluks magnet bolak balik yang dihasilkan oleh sumber arus bolak balik. D. Slip
Apabila rotor dari motor induksi berputar dengan kecepatan Nr, dan medan magnet stator berputar dengan kecepatan Ns, maka bila ditinjau perbedaan kecepatan relatif antara kecepatan medan magnet putar stator terhadap kecepatan rotor, ini disebut kecepatan slip yang besarnya sebagai berikut.
.
(11)
Kemudian slip (s) adalah :
−
(12)
Frekuensi yang dibangkitkan pada belitan rotor adalah f 2 dimana
−
(13)
dengan: p = jumlah kutup magnet stator. Sedangkan frekuensi medan putar stator adalah f l, di mana
.
(14)
Dari persamaan– persamaan di atas akan diperoleh
2 − , 1 2 1
(15)
Apabila, slip = 0 (karena Ns=Nr) maka f 2 = 0. Apabila rotor ditahan slip = 1 (karena Nr= 0) maka f2 = f1. Dari persamaan f 2 = sf 1, diketahui bahwa frekuensi rotor dipengaruhi oleh slip. Oleh karena GGL induksi dan reaktansi pada rotor merupakan fungsi frekuensi maka besarnya juga turut dipengaruhi oleh slip. Besarnya GGL induksi efektif pada kumparan stator adalah :
4,44...∅ 4,44...∅ 4,44....∅ .
(16)
Selanjutnya, besarnya GGL induksi efektif pada kumparan rotor adalah :
Dimana:
(17)
= GGL pada saat rotor diam (
)
= GGL pada saat rotor berputar = jumlah lilitan primer (lilitan stator) = jumlah lilitan sekunder (lilitan rotor)
Karena kumparan rotor mempunyai reaktansi induktif yang dipengaruhi oleh frekuensi, maka dapat dibuatkan :
2.. 2... .
(18)
Dengan:
= reaktansi pada saat rotor berputar = reaktansi pada saat rotor diam
E. Arus Rotor
Lilitan rotor dihubung singkat dan tidak mempunyai hubungan langsung dengan sumber, arusnya diinduksikan oleh fluks magnet bersama ( φ) antara stator dan rotor yang melewati celah udara, sehingga arus rotor ini bergantung kepada perubahan-perubahan yang terjadi pada stator. Apabila tegangan sumber V 1 diberikan pada stator, pada stator timbul tegangan E1 yang diinduksikan oleh fluks-fluks tersebut yang juga menimbulkan tegangan E pada rotor, (E 2 = E1 pada saat rotor ditahan dan s E2 = E1 pada waktu motor berputar dengan slip s). Besarnya arus rotor I2 akan diimbangi dengan arus stator tapi
dengan arah berlawanan agar fluks magnet bersama ( φm) tetap konstan seperti yang diperlihatkan pada gambar 9.
Gambar 9. Diagram vektor motor induksi dengan tinjauan sederhana
Pada slip s, arus rotor ditentukan oleh s E 2 (GGL rotor) dan Z 2 (impedansi rotor), sehingga akan diperoleh:
. [+..] +
(19)
I2 ketinggalan sebesar ϕ2 terhadap E2, dengan:
tan .2
(20)
F. Rangkaian Ekivalen Motor Induksi 3-fasa
Motor induksi 3-fasa mempunyai kumparan stator dan kumparan rotor. Rangkaian pengganti rotor motor induksi ideal digambarkan pada gambar 10.
Gambar 10. Rangkaian pengganti rotor motor induksidengan tinjauan sederhana
GGL induksi pada rotor adalah sE 2 = E 1, jika dibuat E l = E 2 maka semua unsur yang ada di rotor harus dibagi dengan “s”, sehingga r 2 menjadi
dan s.X menjadi X . Selanjutnya 2
2
dapat juga dibuatkan :
−
(21)
dengann arus rotor I 2 tetap sama dengan I2 sebelumnya. Bila tahanan stator dinamakan = r 1 dan reaktansi induksi dari fluks bocor kumparan stator = X 1, akan dapat dibuatkan
rangkaian pengganti motor induksi 3-fasa perfasanya seperti gambar 11. Selanjutnya, bila rotor dilihat dari sisi stator akan diperoleh gambar 12 dengan r m (tahanan karena pengaruh rugi-rugi inti) dan Xm (reaktansi induktifmagnet) pada inti. Gambar 10 merupakan gambar rangkaian pendekatan (ekivalen) motor induksi 3-fasa perfasa yang sudah merupakan standar untuk menganalisa rangkaian karena sisi rotor dilihat dari sisi stator.
Gambar 11. Rangkaian ekivalen motor induksi 3-fasa perfasa
Gambar 12. Rangkaian ekivalen dengan rotor disesuaikan terhadap stator
Gambar 12 memperlihatkan bahawa untuk menggabungkan rangkaian stator dan rangkaian rotor, rangkaian rotor harus disesuaikan dengan rangkaian stator. Apabila rangkaian rotor disesuaikan terhadap rangkaian stator maka rangkaian rotor dianggap mempunyai nilai yang sama dengan bayangan dari rangkaian stator itu sendiri, sehingga E1 = E2’. Selanjutnya untuk parameter-parameter yang lain pada sisi rotor juga diberik tanda ( ‘ ) seperti yang diperlihatkan pada gambar 10, yang mengartikan bahwa semua rangkaian rotor dilihat dari sisi stator. G. Daya dan Rugi-Rugi pada Motor Induksi
Gambar 13. Daya dan rugi-rugi daya pada motor induksi
Dengan memperhatikan gambar 10 sampai dengan gambar 12, maka dari gambar 13 dapat dibuatkan besarnya daya aktif makanik yang ditransfer dari stator melalui celah udar ke rotor (Pg) adalah sebesar.
. . − ′. ′.′ ′ − . ′.
(22)
dan rugi-rugi daya aktif pada kumparan rotor (Pr 2) sebesar:
(23)
Selanjutnya, daya aktif mekanik yang bermanfaat untuk menggerakkan rotor (Pm) sebesar:
. − ′.′ −
(24)
Bila dibuatkan perbandingan antara ketiga daya tersebut, dengan asumsi rugi-rugi putar diabaikan, maka dapat dibuatkan perbandingan sebagai berikut.
: 1: : : 1:1:
(25)
(26)
Kemudian rugi-rugi daya aktif pada kumparan stator motor induksi 3-fasa perfasa (P 1) dapat dibuatkan sebagai berikut.
. ℎ 3. ℎ ..cos∅ ∅
(27)
Daya masukan motor induksi 3-fasa perfasa menjadi:
(28)
Selanjutnya, daya 3-fasa dari motor induksi 3-fasa ini dapat dibuatkan sebagai beri kut.
(29)
Dengan:
= perbedaan sudut antara
(30)
= tegangan antar fasa sistesm 3-fasa (V) = arus yang melewati penghantar pada motor induksi 3 fasa (A)
H. Efisiensi pada Motor Induksi
Efisiensi motor dapat didefinisikan sebagai “ perbandingan daya keluaran motor yang dirgunakan terhadap daya masukan pada terminalnya ”, yang dapat dirumuskan sebagai berikut.
100%
(31)
Dengan:
= efisiensi motor (%)
I. Torsi Motor Induksi
Torsi berhubungan dengan kemampuan motor untuk mesuplai beban mekanik. Oleh karena itu Torsi (T) secara umum dapat dirumuskan sebagai berikut.
(32)
Dengan:
= kecepatan sudut (mekanik) dari motor
Dari persamaan (12) dapat dibuat bahwa Nr = Ns (1-s ), sehingga diperoleh pula: =
(1-s)
(33)
Bila dilihat torsi mekanik yang ditransfer pada rotornya (perhatikan gambar 12) akan diperoleh hasil sebagai berikut.
. [+] +
(34)
Dimana:
22 22
2
Torsi start yang dibutuhkan pada motor induksi dapat dihitung dengan memasukkan nilai s = 1 pada persamaan (34). Selanjutnya dengan memperhatikan persamaan (26), torsi mekanik yang bermanfaat untuk memutar rotor menjadi:
1 . 1 2−2 Torsi maksimum dicapai pada
(35)
= 0, maka dari persamaan (34) diperoleh hasil:
(2 2).2 0 2 0 ±
(36)
Dari keadaan ini akan diperoleh torsi maksimum (T mx) sebesar:
1/2
(37)
Torsi maksimum (1/2k) tersebut dicapai pada slip positif (mesin bertindak sebagai motor induksi) dan pada slip negatif (mesin bertindak sebagai generator induksi). TRANSFORMATOR
1.
Umum
Transformator merupakan suatu alat listrik statis yang dapat memindahkan dan mengubah tegangan dan arus bolak-balik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain dengan nilai yang sama maupun berbeda besarnya pada frekuensi yang sama, melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Pada umumnya transformator terdiri atas sebuah inti yang terbuat dari besi berlapis, dan dua buah kumparan, yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder. Rasio perubahan tegangan akan tergantung dari rasio jumlah lilitan pada kedua kumparan itu. Biasanya kumparan terbuat dari kawat tembaga yang dililitkan pada kaki inti transformator.
Gambar. Transformator
Transformator digunakan secara luas baik dalam bidang tenaga listrik maupun elektronika. Penggunaan transformator dalam sistem tenaga memungkinkan terpilihnya tegangan yang sesuai dan ekonomis untuk tiap-tiap keperluan misalnya, kebutuhan akan tegangan tinggi dalam pengiriman daya jarak jauh. Penggunaan transformator yang sangat sederhana dan andal merupakan salah satu alasan penting dalam pemakaiannya pada penyaluran tenaga listrik arus bolak-balik, karena arus bolak – balik sangat banyak dipergunakan untuk pembangkitan dan penyaluran tenaga listrik. Pada penyaluran tenaga listrik arus bolak-balik terjadi kerugian energi sebesar watt. Kerugian ini akan banyak berkurang apabila tegangan dinaikkan setinggi mungkin. Dengan demikian maka saluran – saluran transmisi tenaga listrik senantiasa mempergunakan tegangan yang tinggi. Hal ini dilakukan terutama untuk mengurangi kerugian energi yang terjadi, dengan cara mempergunakan transformator untuk menaikkan tegangan listrik di pusat listrik dari tegangan generator yang biasanya berkisar antara 6 kV sampai 20 kV pada awal transmisi ke tegangan saluran transmisi antara 100 kV sampai 1000 kV, kemudian menurunkannya lagi pada ujung akhir saluran ke tegangan yang lebih rendah. 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. Misalnya transformator yang dipakai di rumah tangga untuk menyesuaikan tegangan dari lemari es dengan tegangan yang berasal dari jaringan listrik umum, transformator yang dipakai pada lampu TL dan transformator –transformator “mini”
yang dipergunakan pada berbagai alat elektronik, seperti
pesawat penerima radio, televisi, dan sebagainya. 2.
Bagian-Bagian Dari Transformator
1) Inti Besi
Inti besi tersebut berfungsi untuk membangkitkan fluksi yang timbul karena arus listrik dalam belitan atau kumparan trafo, sedang bahan ini terbuat dari lempengan-lempengan baja tipis, hal ini dimaksudkan untuk mengurangi panas yang diakibatkan oleh arus eddy (weddy current). 2) Kumparan Primer dan Kumparan Sekunder
Kawat email yang berisolasi terbentuk kumparan serta terisolasi baik antar kumparan maupun antara kumparan dan inti besi. Terdapat dua kumparan pada inti tersebut yaitu kumparan primair dan kumparan skunder, bila salah satu kumparan tersebut diberikan tegangan maka pada kumparan akan membangkitkan fluksi pada inti serta menginduksi kumparan lainnya sehingga pada kumparan sisi lain akan timbul tegangan.
3) Minyak Trafo
Belitan primer dan sekunder pada inti besi pada trafo terendam minyak trafo, hal ini dimaksudkan agar panas yang terjadi pada kedua kumparan dan inti trafo oleh minyak trafo dan selain itu minyak tersebut juga sebagai i solasi pada kumparan dan inti besi. 4) Isolator Bushing
Pada ujung kedua kumparan trafo baik primair ataupun sekunder keluar menjadi terminal melalui isolator yang juga sebagai penyekat antar kumparan dengan body badan trafo.
5) Tangki dan Konserfator
Bagian-bagian trafo yang terendam minyak trafo berada dalam tangki, sedangkan untuk pemuaian minyak tangki dilengkapi dengan konserfator yang berfungsi untuk menampung pemuaian minyak akibat perubahan temperature. 6) Katup Pembuangan dan Pengisian
Katup pembuangan pada trafo berfungsi untuk menguras pada penggantian minyak trafo, hal ini terdapat pada trafo diatas 100 kVA, sedangkan katup pengisian berfungsi untuk menambahkan atau mengambil sample minyak pada trafo. 7) Oil Level
Fungsi dari oil level tersebut adalah untuk mengetahui minyak pada tangki trafo, oil level inipun hanya terdapat pada trafo diatas 100 kVA. 8) Indikator Suhu Trafo
Untuk mengetahui serta memantau keberadaan temperature pada oil trafo saat beroperasi, untuk trafo yang berkapasitas besar indikator limit tersebut dihubungkan dengan rele temperature 9) Pernapasan Trafo
Karena naik turunnya beban trafo maupun suhu udara luar, maka suhu minyaknya akan berubah-ubah mengikuti keadaan tersebut. Bila suhu minyak tinggi, minyak akan memuai dan mendesak udara diatas permukaan minyak keluar dari tangki, sebaliknya bila suhu turun, minyak akan menyusut maka udara luar akan masuk kedalam tangki. Kedua proses tersebut diatas disebut pernapasan trafo, akibatnya permukaan minyak akan bersinggungan dengan udara luar, udara luar tersebut lembab. Oleh sebab itu pada ujung pernapasan diberikan alat dengan bahan yang mampu menyerap kelembaban udara luar yang disebut kristal zat Hygrokopis (Clilicagel ).
10) Pendingin Trafo
Perubahan temperature akibat perubahan beban maka seluruh komponen trafo akan menjadi panas, guna mengurangi panas pada trafo dilakukan pendingin pada trafo, guna mengurangi pada trafo dilakukan pendinginan pada trafo. Sedangkan cara pendinginan trafo terdapat dua macam yaitu : alamiah/natural (Onan) dan paksa/tekanan (Onaf ). Pada pendinginan alamiah (natural) melalui sirip-sirip radiator yang bersirkulasi dengan udara luar dan untuk trafo yang besar minyak pada trafo disirkulasikan dengan pompa. Sedangkan pada pendinginan paksa pada sirip-sirip trafo terdapat fan yang bekerjanya sesuai setting temperaturnya
11) Tap Canger Trafo (Perubahan Tap)
Tap changer adalah alat perubah pembanding transformasi untuk mendapatkan tegangan operasi sekunder yang sesuai dengan tegangan sekunder yang diinginkan dari tegangan primer yang berubah-ubah. Tiap changer hanya dapat dioperasikan pada keadaan trafo
tidak bertegangan atau disebut dengan “ Off Load Tap Changer ” serta dilakukan secara manual. 3.
Kontruksi Transformator
Pada dasarnya transformator terdiri dari kumparan primer dan sekunder yang dibelitkan pada inti ferromagnetik. Transformator yang menjadi fokus bahasan disini adalah transformator daya. Konstruksi transformator daya ada dua tipe yaitu tipe inti (core type) dan tipe cangkang ( shell type). Kedua tipe ini menggunakan inti berlaminasi yang terisolasi satu sama lainnya, dengan tujuan untuk mengurangi rugi-rugi arus eddy. a) Tipe inti (Core form) Tipe inti ini dibentuk dari lapisan besi berisolasi berbentuk persegi dan kumparan transformatornya dibelitkan pada dua sisi persegi. Pada konstruksi tipe inti, kumparan mengelilingi inti besi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar
Gambar. Konstruksi transformator tipe inti (core form)
Sedangkan konstruksi intinya pada umumnya berbentuk huruf U atau huruf L, dapat kita lihat pada gambar
Gambar. Konstruksi lempengan logam inti transformator bentuk U dan L
b) Tipe cangkang ( Shell form) Jenis konstruksi transformator yang kedua yaitu tipe cangkang yang dibentuk dari lapisan inti berisolasi dan kumparan dibelitkan di pusat inti, dapat dilihat pada gambar
Gambar. Transformator tipe cangkang ( shell form)
Pada transformator ini, kumparan atau belitan transformator dikelilingi oleh inti. Sedangkan konstruksi intinya pada umumnya berbentuk huruf E, huruf I atau huruf F seperti terlihat pada gambar
Gambar. Konstruksi lempengan logam inti transformator bentuk E, I dan F
4.
Transformator Tiga Phasa
Pada prinsipnya transformator tiga phasa sama dengan transformator satu phasa, perbedaannya adalah seperti perbedaan sistem listrik satu phasa dengan listrik tiga phasa, yaitu mengenal sistem bintang ( Y ) dan segitiga ( ), serta sistem zig-zag ( Z ), dan juga sistem bilangan jam yang sangat menentukan untuk kerja paralel transformator tiga phasa. Untuk menganalisa transformator daya tiga phasa dilakukan dengan memandang atau menganggap
transformator
tiga
phasa
sebagai
transformator
satu
phasa,
teknik
perhitungannya pun sama, hanya untuk nilai akhir biasanya parameter tertentu ( arus, tegangan dan daya ) transformator tiga phasa dikaitkan dengan nilai
√3
.
Transformator tiga phasa ini dikembangkan dengan alasan ekonomis, biaya lebih murah karena bahan yang digunakan lebih sedikit dibandingkan tiga buah transformator satu phasa dengan jumlah daya yang sama dengan satu buah transformator daya tiga phasa, lebih
ringan dan lebih kecil sehingga mempermudah pengangkutan ( menekan biaya pengiriman ), pengerjaannya lebih cepat, serta untuk menangani operasinya hanya satu buah transformator yang perlu mendapat perhatian (meringankan pekerjaan perawatan).
Konstruksi Transformator Tiga Phasa
Untuk mengurangi kerugian yang disebabkan oleh arus pusar di dalam inti, rangkaian magnetik itu biasanya terdiri dari setumpuk laminasi tipis. Dua jenis konstruksi yang biasa dipergunakan diperlihatkan pada gambar
Gambar. Transformator 3 Phasa Tipe Inti
Gambar. Transformator 3 Phasa Tipe Cangkang
Dalam jenis inti (core type) kumparan dililitkan pada setiap kaki transformator. Dalam jenis cangkang ( shell type) kumparan dililitkan sekitar kaki tengah dari inti. Kebanyakan fluks terkurung dalam inti dan karena itu dirangkum oleh kedua kumparan. Meskipun fluks bocor yang dirangkum salah satu kumparan tanpa dirangkum yang lain merupakan bagian kecil dari fluks total, ia mempunyai pengaruh penting pada perilaku transformator. Kebocoran dapat dikurangi dengan membagi-bagi kumparan dalam bagian bagian yang diletakkan sedekat mungkin satu sama lainnya.
Hubungan Tiga Phasa Dalam Transformator
Secara umum hubungan belitan tiga phasa terbagi atas dua jenis, yaitu hubungan wye
(Y) dan hubungan delta (Δ). Masing -masing hubungan belitan ini memiliki karakteristik arus dan tegangan yang berbeda-beda. Baik sisi primer maupun sekunder masing-masing dapat dihubungkan wye ataupun delta. Kedua hubungan ini dapat dijelaskan secara terpisa h, yaitu : i. Hubungan wye (Y) Hubungan ini dapat dilakukan dengan menggabungkan ketiga belitan transformator yang memiliki rating yang sama
Gambar. Hubungan Wye
ii.
Hubungan delta (Δ) Hubungan delta ini juga mempunyai tiga buah belitan dan masing-masing memiliki rating yang sama.
Gambar. Hubungan Delta
Jenis-Jenis Hubungan Belitan Transformator Tiga Phasa
Pada transformator tiga phasa terdapat dua hubungan belitan utama yaitu hubungan delta dan hubungan bintang dengan kombinasi Y - Y, Y -
Δ, Δ - Y, Δ - Δ, bahkan untuk kasus
tertentu belitan sekunder dapat dihubungkan secara berliku-liku (zig-zag), sehingga diperoleh
kombinasi Δ - Z dan Y – Z. Hubungan zig-zag ( Z ) merupakan sambungan bintang “istimewa”, hubungan ini dibuat dengan menambahkan kumparan yang dihubungkan secara segitiga pada kumparan sekunder yang dihubungkan secara bintang. Berikut ini pembahasan hubungan transformator tiga phasa secara umum:
1) Hubungan Wye-Wye ( Y-Y ) Hubungan ini ekonomis digunakan untuk melayani beban yang kecil dengan tengangan transformasi yang tinggi. Hubungan Y-Y pada transformator tiga phasa dapat dilihat pada Gambar
Gambar. Transformator Hubungan Y-Y
2) Hubungan Wye-Delta ( Y-Δ )
Digunakan sebagai penaik tegangan untuk sistem tegangan tinggi. Hubungan Y- Δ pada transformator tiga phasa dapat dilihat pada Gambar
Gambar. Transformator Hubungan Y-
Δ
3) Hubungan Delta – Wye (Δ – Y ) Umumnya digunakan untuk menurunkan tegangan dari tegangan transmisi ke
tegangan rendah. Hubungan Δ – Y pada transformator tiga phasa ditunjukkan pada Gambar
Gambar. Transformator hubungan Δ – Y
4) Hubungan Delta-Delta (Δ – Δ ).
Hubungan Δ–Δ ini pada transformator tiga phasa ditunjukkan pada Gambar
Gambar.Transformator hubungan Δ – Δ
5.
Prinsip Kerja Transformator
Transformator terdiri atas dua buah kumparan (primer dan sekunder) yang bersifat induktif. Kedua kumparan ini terpisah secara elektris namun berhubungan secara magnetis melalui jalur yang memiliki reluktansi (reluctance) rendah. Apabila kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik maka fluks bolak-balik akan muncul di dalam inti yang dilaminasi, karena kumparan tersebut membentuk jaringan tertutup maka mengalirlah arus primer. Akibat adanya fluks di kumparan primer maka di kumparan primer terjadi induksi ( self induction) dan terjadi pula induksi di kumparan sekunder karena pengaruh induksi dari kumparan primer atau disebut sebagai induksi bersama (mutual induction) yang menyebabkan timbulnya fluks magnet di kumparan sekunder, maka mengalirlah arus sekunder jika rangkaian sekunder di bebani, sehingga energi listrik dapat ditransfer keseluruhan (secara magnetisasi).
Dimana : e = gaya gerak listrik ( ggl ) [ volt ] N = jumlah lilitan
Perlu
diingat
bahwa
hanya
tegangan
listrik
arus
bolak-balik
yang
dapat
ditransformasikan oleh transformator, sedangkan dalam bidang elektronika, transformator digunakan sebagai gandengan impedansi antara sumber dan beban untuk menghambat arus searah sambil tetap melakukan arus bolak-balik antara rangkaian. Tujuan utama menggunakan inti pada transformator adalah untuk mengurangi reluktansi ( tahanan magnetis ) dari rangkaian magnetis ( common magnetic circuit ).
6.
Keadaan transformator tanpa beban
Bila kumparan primer suatu transformator dihubungkan dengan sumber tegangan V1 yang sinusoidal, akan mengalir arus primer I o yang juga sinusoidal, dengan menganggap belitan N1 reaktif murni, I0 akan tertinggal 900 dari V 1. Arus primer Io menimbulkan fluks
(Ф) yang sephasa dan juga berbentuk sinusoid.
Gambar.Transformator dalam keadaan tanpa beban
Gambar. Rangkaian Ekivalen Transformator Dalam Keadaan Tanpa
Fluks yang sinusoidal ini akan menghasilkan tegangan induksi е1 (Hukum Faraday).
Dimana : e1 = Gaya gerak listrik induksi N1 = Jumlah belitan di sisi primer
ω = Kecepatan sudut putar
Φ = Fluks magnetik Harga Efektif
Dimana : E1 = Gaya gerak listrik induksi (efektif) f = Frekuensi
Bila rugi tahanan dan adanya fluksi bocor diabaikan akan terdapat hubungan:
Dimana : E1 = GGL induksi di sisi primer (volt) E2 = GGL induksi di sisi sekunder (volt) V1 = Tegangan terminal di sisi primer (volt) V2 = Tegangan terminal di sisi sekunder (volt) N1 = Jumlah belitan di sisi primer N2 = Jumlah belitan di sisi sekun a = Faktor transformasi
Hubungan Tanpa Beban
Apabila transformator tidak dibebani, arus yang mengalir dalam tr ansformator hanyalah arus pemagnetan ( Io ) saja. Dalam hal ini : 1)
Fluks magnet ( Φo ) sephasa dengan arus primer tanpa beban ( Io ) dan ketinggalan 90o terhadap tegangan sumber ( V 1 ).
2) Gaya gerak listrik induksi pada primer ( E 1 ) besarnya sama, tetapi berbeda phasa 1800 terhadap tegangan sumber ( V 1 ).
3) Gaya gerak listrik induksi pada sekunder ( E 1 ) = a E1 , ketinggalan 90 0 terhadap
fluks magnet (Φo ). Dalam penggambaran, V 1 = - E1, dengan menganggap : 1) Rugi - rugi karena arus pusar dan rugi – rugi hysterisis di dalam inti besi tidak ada. 2) Rugi – rugi tahanan pada kawat tembaga tidak ada. 3) Fluks bocor pada kumparan primer maupun sekunder tidak ada. Karena transformator tidaklah mungkin ideal, maka rugi
– rugi yang ada harus
diperhitungkan yaitu : 1)
Arus primer tanpa beban ( Io ) sephasa dengan fluks magnet (Φo ), sebenarnya mendahului sebesar φe sehingga arus primer tanpa beban dapat diuraikan atas dua komponen, yaitu : Io = Im + Ih+e
Gambar. Diagram vektor transformator ideal tanpa beban
2) Besarnya ggl induksi E1 tidak lagi sama dengan V1, tetapi harus diperhitungkan terhadap penurunan tegangan karena adanya impedansi kumparan primer Z 1, sehingga diperoleh hubungan :
Dimana: R 1 : tahanan kumparan primer X1 : reaktansi induktif kumparan primer
Gambar. Diagram vektor transformator tak ideal tanpa beban
7.
Rugi – Rugi dan Efisiensi
Gambar. Blok diagram rugi – rugi pada transformator
I. Rugi Tembaga ( Pcu ) Rugi yang disebabkan arus mengalir pada kawat tembaga dapat ditulis sebagai berikut :
Pcu = I2 R (watt) Formula ini merupakan perhitungan untuk pendekatan. Karena arus beban berubah – ubah, rugi tembaga juga tidak konstan bergantung pada beban.
II. Rugi Besi ( Pi ) Rugi besi terdiri atas :
Rugi histerisis, yaitu rugi yang disebabkan fluks bolak – balik pada inti besi yang dinyatakan sebagai : Ph = k h f Bmaks1.6 ( watt ) K h = konstanta Bmaks = Fluks maksimum ( weber )
Rugi arus eddy , yaitu rugi yang disebabkan arus pusar pada inti besi. Dirumuskan sebagai : Pe = k e f 2 Bmaks2 K e = Konstanta Bmaks = Fluks maksimum (weber) Jadi, rugi besi ( rugi inti ) adalah : Pi = Ph + Pe
III. Efisiensi Efisiensi dinyatakan sebagai :
Pin = Daya input transformator Pout = Daya output transformator
Σ rugi-rugi = Pcu + Pi
TENAGA LISTRIK TERAPAN
A. Instalasi Listrik
Listrik ialah bahan bakar yang sempurna. Disebut demikian karena listrik dapat dengan mudah diubah kedalam bentuk energi yang lain. Listrik ialah salah satu bentuk energi yang mudah dan luas penggunaannya, misalnya untuk menghasilkan tenaga panas, tenaga mekanik, cahaya / penerangan, pendinginan dan lain-lain. Untuk membangkitkan, penyaluran dan pemakaian tenaga listrik, diperlukan adanya jaringan instalasi listrik. Instalasi berasal dari
kata “INSTALLATION” yang berarti memasang. Dalam buku
Peraturan Umum Instalasi Listrik (PUIL) disebutkan. “Instalasi listrik ialah jaringan perlengkapan yang membangkitkan, memakai, mengubah, mengatur, mengalihkan, mengumpulkan atau membagikan tenaga list rik “ Suatu jaringan instalasi listrik memerlukan perlengkapan untuk dapat bekerja sebagaimana mestinya. Perlengkapan yang dimaksud ialah : 1. Kawat penghantar 2. Alat Kontrol 3. Alat Pengaman 4. dan lain-lain Untuk pelaksanaan pemasangan instalasi listrik tidak sembarangan orang dapat melakukannya. Syaratnya harus masuk ke dalam anggota AKLI (Assosiasi Kontraktor Listrik Indonesia). Secara umum anggota AKLI disebut INSTALATUR. Jadi Instalatur ialah orang atau badan yang diberi wewenang oleh PLN (Perusahaan Listrik Negara) untuk melaksanakan pekerjaan instalasi listrik. Instalasi listrik adalah susunan perlengkapan listrik yang bertalian satu dengan yang lainnya, serta memiliki ciri terkoordinasi unnutk memiliki satu atau sejumlah tujuan tertentu. Jadi instalasi listrik merupakan saluran listrik termasuk alat-alatnya yang terpasang di dalam dan atau diluar bangunan untuk menyalurkan arus listrik setelah atau dibelakang pesawat pembatas/meter milik perusahaan. Energi listrik dari pembangkit sampai ke pemakai/konsumen, listrik disalurkan melalui saluran transmisi dan distribusi yang disebut instalasi penyedia listrik. Sedangkan saluran dari alat pembatas dan pengukur (APP) sampai ke beban disebut instalasi pemanfaatan tenaga listrik Penggolongan instalasi listrik terbagi menjadi beberapa macam dasar penggolongan, misalnya:
a. Berdasarkan pemakaian tenaga listriknya b. Berdasarkan tegangan yang dipergunakan c. Instalasi khusus dan lain-lain d. Berdasarkan Jumlah Fasa Macam-macam instlasi listrik itu antara lain adalah sebagai berikut 1. Menurut arus listrik yang disalurkan a. Instalasi arus searah Instalasi ini sudah jarang digunakan karena hanya digunakan pada pabrik (industri), rumah tangga tertentu, kapal laut, dan lain-lain. Alat pembangkit arus searah ialah generator arus searah dan listrik tenaga matahari (Solar Cell) .Instalasi ini umumnya memakai tegangan 110V, 220V, dan 440V b. Instalasi arus bolak-balik Instalasi ini biasanya memakai tegangan 125V, 220V, 330V, 500V, 1000V, 3000V, 5000V, 6000V, 15000V. Tegangan 5000V sedapat mungkin dihindari. Tegangan yang banyak dipergunakan adalah 220V, 380V, 6KV. Instalasi ini banyak dipakai secara umum baik di industri maupun untuk keperluan rumah tangga. Alat untuk membangkitkan arus bolak-balik digunakan alternator dan inverter 2. Menurut pemakaian tenaga listrik a. Instalasi penerangan/instalasi cahaya Instalasi ini diperlukan untuk menghasilkan cahaya atau penerangan untuk keperluan rumah tangga. Umumnya instalasi listrik ini memakai tegangan bolak-balik 125V atau 220V. b. Instalasi tenaga Umumnya instalasi listrik ini memakai tegangan bolak-balik ini memakai 220V atau 380V. Biasanya digunakan untuk memutar kipas angin, pompa air, mixer, blender dan motor-motor listrik yang lain. 3. Menurut tegangan yang digunakan a. Instalasi tegangan tinggi Dipergunakan di pembangkit arus bolak-balik pada motor dan arus bolak balik pada jala-jala transmisi Tegangannya antara 70.000 Volt (70 KV) sampai 150.000 Volt (150 KV). tegangan ini diperlukan pada jaringan transmisi jarak jauh seperti jaringan antara pusat pembangkit listrik misalnya PLTA Bakaru ke Gardu Induk di PLTU Tello. Tegangan tinggi diperlukan karena denga
n jarak yang jauh, tentu sebagian tegangan akan hilang (losses) dan berubah menjadi panas, maka tegangannya perlu dinaikkan dulu baru dikirimkan ke beban. b. Instalasi Tegangan Menengah Tegangannya antara 6.000 Volt (6 KV), 12.000 Volt (12 KV) dan 20.000 Volt (20 KV). Contohnya pada jaringan distribusi primer yaitu antara gardu hubung ke gardu distribusi. c. Instalasi tegangan rendah Dipakai pada instalasi penerangan rumah, instalasi dibengkel, dan jala-jala distribusi. Tegangannya antara 220 Volt, 380 Volt dan 600 Volt 4. Instalasi khusus Dipergunakan pada alat-alat atau pada industri-industri yang memerlukan tenaga listrik untuk keperluan khusus. Misalnya a. Instalasi didalam kapal laut dan psawat terbang b. Instalasi didalam perusahaan pertambangan c. Instalasi listrik didalam alat-alat transportasi 5. Berdasarkan jumlah fasa a. Instalasi listrik satu fasa, umumnya diperlukan untuk instalasi penerangan rumah tinggal sederhana dan semacamnya. b. Instalasi listrik tiga fasa, umumnya diperlukan untuk instalasi listrik penerangan dan tenaga pada rumah tinggal, bengkel, pabrik dan lain-lain yang memerlukan listrik dengan jumlah daya yang besar . Di pusat pembangkit tenaga listrik, generator digerakan oleh turbin dari bentuk energi lainnya antara lain : dari Air - PLTA; Gas - PLTG; Uap - PLTU; Diesel - PLTD; Panas Bumi - PLTP; Nuklir - PLTN. Energi listrik dari pusat pembangkitnya disalurkan melalui jaringan transmisi yang jaraknya relatif ja uh ke pemakai listrik/konsumen.
Gambar. Instalasi Penyediaan dan Pemanfaatan Tenaga Listrik
Keterangan : G : Generator
GI
: Gardu Induk
GH
: Gardu Hubung
GD
: Gardu Distribusi
TT
: Jaringan tegangan tinggi
TM
: Jaringan tegangan menengah
TR
: Jaringan tegangan rendah
APP
: Alat pembatas dan pengukur
Pusat tenaga listrik pada umumnya terletak jauh dari pusat bebannya. Energi listrik disalurkan melalui jaringan transmisi. Karena tegangan generator pembangkit umumnya relatif rendah (6kV-24kV). Maka tegangan ini dinaikan dengan transformator daya ke tegangan yang lebih tinggi antara 30kV-500kV. Tujuan peningkatan tegangan ini, selain memperbesar daya hantar dari saluran (berbanding lurus dengan kwadrat tegangan), juga untuk memperkecil rugi daya dan susut tegangan pada saluran. Penurunan tegangan dari jaringan tegangan tinggi / ekstra tinggi sebelum ke konsumen dilakukan dua kali. Yang pertama dilakukan di gardu induk (GI), menurunkan tegangan dari 500kV ke 150kV atau dari 150kV ke 70kV. Yang kedua dilakukan pada gardu distribusi dari 150 kV ke 20 kV, atau dari 70kV ke 20 kV Saluran listrik dari sumber pembangkit tenaga listrik sampai transformator terakhir, sering disebut juga sebagai saluran transmisi, sedangkan dari transformator terakhir sampai konsumen disebut saluran distribusi atau saluran primer. Ada dua macam saluran transmisi / distribusi PLN yaitu saluran udara (overhed lines) dan saluran kabel bawah tanah (undergound cable). Kedua cara penyaluran tersebut mesing-masing mempunyai keuntungan dan kerugian. Dari segi keindahan, saluran bawah tanah lebih disukai dan juga tidak mudah terganggu oleh cuaca buruk : hujan, petir angin dan sebagainya. Namun saluran bawah tanah jauh lebih mahal dibanding saluran udara, tidak cocok untuk daerah banjir karena bila terjadi gangguan / kerusakan, perbaikannya lebih sulit.
Gambar. Saluran penghantar udara untuk bangunan-bangunan kecil (mengganggu keindahan pandangan)
1. Alat Ukur dan Pembatas (APP)
Instalasi dari pembangkitan sampai dengan alat pembatas/pengukur (APP) disebut Instalasi Penyediaan Tenaga Listrik . Dari mulai APP sampai titik akhir beban disebut
Instalasi Pemanfaatan Tenaga Listrik. Untuk mengetahui besarnya tenaga listrik yang
digunakan oleh pemakai / pelanggan listrik (untuk keperluan rumah tangga, sosial, usaha/bangunan komersial, gedung pemerintah dan instansi), maka perlu dilakukan pengukuran dan pembatasan daya listrik. APP merupakan bagian dari pekerjaan dan tanggung jawab pengusaha ketenagalistrikan (PT. PLN), sebagai dasar dalam pembuatan rekening listrik. Pada sambungan tenaga listrik tegangan rendah, letak penempatan APP dapat dilihat pada gambar berikut ini :
Gambar. Diagram satu garis sambungan tenaga listrik tegangan menengah
Keterangan:
GD : Gardu Distribusi TR : Jaringan tegangan Rendah SLP : Sambungan Luar Pelayanan SMP : Sambungan Masuk Pelayanan SLTR : Sambungan Tenaga Listrik Tegangan Rendah APP : Alat Pengukur dan Pembatas PHB : Papan Hubung Bagi IP : Instalasi Pelanggan SLTR yang menghubungkan antara listrik penyambungan pada GD / TR merupakan penghantar dibawah atau diatas tanah. Seperti telah dijelaskan dimuka bahwa pengukuran yang dimaksud adalah untuk menentukan besarnya pemakaian daya dan energi listrik. Adapun alat ukur / instrumen yang digunakan adalah alat pengukur : Kwh, KVARh, KVA maksimum, arus listrik dan tegangan listrik. Sistem pengukurannya ada dua macam, yaitu :
Pengukuran primer atau juga disebut pengukuran langsung, terdiri dari pengukuran primer satu fasa untuk pelanggan dengan daya dibawah 6.600VA pada tegangan 220V / 380V, dan pengukuran primer tiga fasa untuk pelanggan dengan daya diatas 6.600V sampai dengan 33.000VA pada tegangan 220V / 380V.
Pengukuran sekunder tiga fasa atau disebut juga pengukuran tak langsung (menggunakan trafo arus) digunakan pada pelanggan dengan daya 53KVA sampai dengan 197KVA. Sedangkan yang dimaksud dengan pembatasan adalah pembatasan untuk menentukan
batas pemakaian daya sesuai dengan daya tersambung. Alat pembatas yang digunakan adalah
Pada sistem tegangan rendah sampai dengan 100A digunakan MCB dan diatas 100A digunakan MCCB; pelebur tegangan rendah; NFB yang bisa disetel.
Pada sistem tegangan menengah biasanya digunakan pelebur tegangan menengah atau rele. :
Berikut ini adalah contoh gambar alat ukur Kwh dan KVARh
Gambar. Kwh meter satu fasa analog dan digital
Gambar. Kwh meter tiga fasa analog dan digital
Gambar. Kwh meter tiga fasa dan KVARh
2. Instalasi Penerangan dalam Rumah (Rumah Tinggal)
Instalasi listrik dipergunakan untuk menyalurkan tenaga listrik ke alat-alat yang memerlukan instalasi. Instalasi ini perlu dilengkapi dengan perlengkapan misalnya: a. Kawat penghantar b. Pengaman lebur c. Kotak pembagi (PHB) d. Dll Perlengkapan listrik ini ditempatkan dalam ruangan. Dan keadaan ruangan tersebut tergantung pada tempat dan keperluan kerja. Ruangan pun dapat dibagi-ba gi lagi menjadi beberapa bagian ruangan yaitu a. Ruangan biasa b. Ruangan lembab c. Ruangan yang mengandung gas yang mudah terbakar dan lain-l ain. Untuk itu semua ada syarat-syarat instalasi listrik baik untuk tegangan tinggi maupun untuk tegangan rendah. Syarat-syarat instlasi listrik: a. Syarat ekonomis Syarat ekonomis adalah instalasi listrik harus dibuat sedemikian rupa sehingga harga keseluruhan dari instalasi listrik itu ongkos pemasangan dan ongkos pemeliharaan semurah mungkin. Rugi-rugi daya listrik yang hilang harus sekecil mungkin. b. Syarat keamanan Syarat keamanan adalah instalasi listrik harus dibuat sedemikian rupa sehingga kemungkinan timbul kecelakaan sangat kecil. c. Syarat keandalan
Syarat keandalan adalah kelansungan pemberian atau pengaliran arus listrik pada beban atau konsumen harus terjamin secara baik. Jadi, instalasi listrik harus direncanakan sedemikian rupa sehingga kemungkinan terputusnya atau terhentinya aliran listrik dangat kecil. 3. Gambar Instalasi Listrik
a. Gambar Situasi Gambar situasi adalah untuk menyatakan letak bangunan dimana instalasi akan dipasang, serta rencana penyambungan dengan jarigan PLN. b. Gambar Instalasi Meliputi rencana penempatan semua peralatan listrik yang akan dipasang dan sarana pelayanannya, misalnya 1. Titik lampu 2. Saklar 3. Kotak kontak 4. Dan peralatan hubung bagi Rencana penyambungan peralatan listrik dengan alat pelayanan, misalnya antar lampu dengan saklar hubungan antara perlatan listrik dan sarana pelayanannya dengan perlengkapan hubung bagi yang bersangkutan. Data teknis yang penting dari setiap peralatan listrik yang dipasang. c. Diagram Instalasi Garis Tunggal Meliputi 1. Diagram perlengkapan hubung bagi dengan keterangan mengenai ukuran atau daya nominal pada setiap komponennya 2. Keterangan mengenai beban yang terpasang dan pembaginya 3. Ukuran dan jenis hantaran yang akan digunakan 4. Sistem pertanahannya d. Gambar perincian atau keterangan yang diperlukan Meliputi 1. Perkiraan ukuran fisik, perlengkapan hubung bagi 2. Cara pemasangan alat-alat listriknya 3. Cara pemasangan kabelnya 4. Cara kerja instalasi kontrolnya
