Download - Buku 4 (Teori Kelistrikan)
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
1/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal i
BUKU IV
TEORI KELISTRIKAN
TUJUAN PELAJARAN : Setelah mengikuti pelajaran ini peserta mampumemahami dan menjelaskan teori kelistrikan sesuai
dengan SOP/IK (Instruksi Kerja), standard Perusahaan,
Instruction Manual dan Standar Pabrik
.
DURASI : 6 JP
PENYUSUN : RINTO MUHAIMIN SANALI
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
2/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal ii
DAFTAR ISI
TUJUAN PELAJARAN ................................................................................................................. i
DAFTAR ISI ................................................................................................................................ ii
DAFTAR GAMBAR ......................................................................Error! Bookmark not defined.
1. Daya Dan Energi ………………………………………………….................……….…...…..…. 1
1.1 Macam – Macam Beban …………………………………………………….….................….. 2
1.2Macam – Macam Daya ……………………………………….………………....................… 7
2.Transformator ……………………………………………………………………………............. 10
2.1 Prinsip kerja Transformator ……………………………………………….…………………… 11
2.2 Konstruksi dan Fungsi Bagian-bagian Transformator …………………….………………… 13
2.3 Tap Changer Transformator …………………………………………………………………… 17
2.4 Proteksi MekanikTransformator ………………………………………………………………… 18
3. Trafo Pengukuran …………….………….………….……….……………………..........……… 21
3.1 Proteksi …………………………………………………………………………………………… 21
3.2 Jenis-Jenis dan Fungsi Meter Indikator ……………………………………………………… 22
4. Sistem Kelistrikan …………………………………………………………………………........... 23
4.1 Proses Penyampaian Tenaga Listrik ke Pelanggan……………..…….….………………… 23
4.2 Sistem Kelistrikan Pemakaian Sendiri Unit Pembangkit ……………………………………. 27
4.3Sistem Listrik Darurat Pemakaian Sendiri ……………………………………….…………… 32
5. Switchyard …………………………………………………………………………….......……… 36
5.1 Macam-macam Switchyard …………………………………………….……………………. 36
6. Dasar Rele Proteksi Dan Meter Indikator …………..........……………………..............… 39
6.1 Proteksi ………………………………………………………………….….…………………… 39
6.2 Jenis-Jenis dan Fungsi Meter Indikator …………………………………….……………… 59
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
3/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal iii
7. Motor Listrik ……………………………………………………………………..………………… 61
7.1 Jenis-jenis Motor Listrik ………………………………………………….….………………… 62
7.2 Prinsip Kerja Motor Listrik …………………………………………………………….……… 62
7.3 Induksi AC Tiga Fasa dan Karakteristiknya ………………………………………………… 63
7.4 Metode Start Motor ………………………………………………………………….………… 66
8. Switchgear ……………………………………………………………………………….....…… 69
8.1 Fungsi Switchgear ……………………………………………………………………..……… 69
8.2 Type Switchgear ………………………………………………………………………………… 69
8.3 Peralatan Utama Switch Gear ………………………………………………..……………… 70
8.4 Operasi Switch Gear ………………………………………………………………………..… 70
8.5Proteksi Switch Gear ………………………………………………………………………….. 70
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
4/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal iv
DAFTAR GAMBAR
HalamanGambar 1. Arus Sefasa dengan Tegangan.............................................................. 2
Gambar 2. Arus Tertinggal dari Tegangan............................................................... 4
Gambar 3. Pengaruh Kapasitansi Terhadap Tegangan........................................... 5
Gambar 4. Kurva dan vektor beban kapasitif............................................................ 6
Gambar 5. Segitiga Daya.......................................................................................... 9
Gambar 6. komponen pokok Transformator............................................................. 10
Gambar 7. Prinsip Kerja Transformator.................................................................... 12
Gambar 8. Inti besi .................................................................................................... 13
Gambar 9. Belitan trafo............................................................................................. 14
Gambar 10. Bushing................................................................................................... 14
Gambar 11. Radiator.................................................................................................. 15
Gambar 12. Konservator............................................................................................. 15
Gambar 13. Silica gel.................................................................................................. 16
Gambar 14. Konstruksi konservator dengan rubber bag............................................ 16
Gambar 15. Pengubah tap berbeban dengan Tap Selector dan Arching................... 18
Gambar 16. Rele Buchloz........................................................................................... 19
Gambar 17. Rele Jansen............................................................................................ 19
Gambar 18. Rele Sudden Pressure............................................................................ 20
Gambar 19. Rele Suhu............................................................................................... 20
Gambar 20. Transformator Arus................................................................................. 21
Gambar 21. Trafo Tegangan...................................................................................... 21
Gambar 22a. topologi system kelistrikan...................................................................... 23
Gambar 22b. Konfigurasi sistem kelistrikan.................................................................. 24
Gambar 22c. proses penyampaian tenaga listrik ke pelanggan tegangan rendah....... 24
Gambar 23a. bagan pengaturan dan penyampaian tenaga listrik................................ 26
Gambar 23b. Single Line Diagram Sistem.................................................................... 26
Gambar 24. Single Line Diagram Sistem Pemakaian Sendiri dengan SST............... 28
Gambar 25. Single Line Diagram Sistem Pemakaian Sendiri tanpa SST.................. 29
Gambar 26a. sistem 11,5 kV Generator dan sistem 150 kV......................................... 30
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
5/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal v
Gambar 26b. Sistem 6 kV Unit 1.................................................................................. 30
Gambar 26c. Sistem 6 kV Unit 2.................................................................................. 31
Gambar 26d. Sistem 400 V PDC Unit 1........................................................................ 31
Gambar 26a. Sistem 400 V PDC Unit 2........................................................................ 32
Gambar 27. Single line diagram sistem listrik AC Darurat.......................................... 33
Gambar 28. Sistem Listrik DC.................................................................................... 34
Gambar 29. Sistem Listrik Diesel Emergency............................................................ 35
Gambar 30. menunjukkan single line diagram switchyard.......................................... 37
Gambar 31. Diagram sederhana GIS......................................................................... 38
Gambar 32. Perangkat proteksi.................................................................................. 40
Gambar 33. Contoh relay proteksi Siemens Siprotec................................................. 41
Gambar 34. Relay Buchholz....................................................................................... 43
Gambar 35. Relay jansen........................................................................................... 44
Gambar 36. Relay Sudden Pressure.......................................................................... 45
Gambar 37. Relay suhu.............................................................................................. 46
Gambar 38. Relay arus lebih...................................................................................... 47
Gambar 39. Skema relay tangki tanah....................................................................... 47
Gambar 40. Gambar skema umum relay differensial................................................. 48
Gambar 41. Ilustrasi relay differensial saat terjadi gangguan..................................... 48
Gambar 42. Contoh Wiring relay arus lebih pada motor listrik................................... 49
Gambar 43. Karakteristik relay instant........................................................................ 50
Gambar 44. Karakteristik relay invers......................................................................... 50
Gambar 45. Karakteristik relay definite time............................................................... 52
Gambar 46. Sistem Proteksi Generator dengan Multi Fungsi.................................... 53
Gambar 47. skema relay pengaman arus lebih.......................................................... 55
Gambar 48. Skema pengaman tegangan kurang....................................................... 55
Gambar 49. Skema pengaman tegangan lebih.......................................................... 56
Gambar 50. Skema pengaman hubung singkat ke tanah........................................... 56
Gambar 51. Skema pengaman reverse power........................................................... 56
Gambar 52. Skema pengaman loss of excitasi.......................................................... 57
Gambar 53. Skema pengaman temperatur................................................................ 57
Gambar 54. Skema pengaman overspeed................................................................. 58
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
6/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal vi
Gambar 55. Skema pengaman differensial generator................................................ 58
Gambar 56. Skema pengaman beban berlebih.......................................................... 58
Gambar 57. Skema pengaman arus urutan negatif.................................................... 59
Gambar 58. jenis – jenis motor listrik........................................................................... 62
Gambar 59. Batang Penghantar yang dialir arus listrik.............................................. 62
Gambar 60. Demontrasi Tangan kiri Fleming............................................................. 63
Gambar 61. Rotor Sangkar......................................................................................... 64
Gambar 62. Karakteristik Motor Rotor Sangkar.......................................................... 64
Gambar 63. Diagram Motor Rotor Lilit........................................................................ 65
Gambar 64. Karakteristik Motor Rotor Lilit (Wound Rotor)......................................... 66
Gambar 65. Start Motor dengan Tahanan Luar.......................................................... 67
Gambar 66. metode Start Delta.................................................................................. 68
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
7/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 1
TEORI KELISTRIKAN
1. Daya Dan Energi
Bila arus mengalir melalui suatu hambatan, maka timbul panas pada hambatan tersebut. Lalu
disebut apakah panas yang timbul itu ?, Dalam ilmu listrik ada dua istilah dan keduanya
mempunyai definisi yang sama. Istilah tersebut adalah “Daya” dan “Energi”.
Energi l istr ik
Energi listrik adalah kemampuan sistem listrik untuk melakukan kerja. Satuan pengukuran
energi listrik adalah Joule atau Watt jam.
Disebut kerja (usaha) telah dilakukan, apabila muatan sebesar Q (Coulomb) berpindah melalui
perbedaan tegangan V (Volt.)
Work = V . Q Joule
Q = I . t Coulomb
W = V . I . t Joule
Sedangkan daya listrik adalah laju (rate) dari kerja yang dilakukan. Karena Joule adalah satuan
kerja, maka daya di ukur dalam Joule per detik. Istilah yang lebih umum untuk satuan daya
adalah Watt.
1 Watt = 1 Joule per detik, sehingga
Energi atau Kerja (joule)
Daya =
Waktu (detik)
V . I . t
P = Watt
t
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
8/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 2
P = V . I Watt
1.1 Macam – Macam Beban
Rangkaian listrik arus bolak-balik yang merupakan beban generator pada dasarnya terdiri dari
tiga komponen, yaitu :
Resistif (tahanan = R)
Induktif (kumparan = L)
Kapasitif ( kapasitor = C)
Di dalam kenyataannya beban generator atau sistem tenaga listrik tidak pernah hanya terdiri
dari beban resistif murni saja, atau bebas induktif murni saja atau beban kapasitif murni saja,
tetapi merupakan gabungan dari dua atau tiga jenis beban tersebut.
A. Beban Resistif (R)
Rangkaian listrik yang hanya terdiri dari tahanan (resistor) disebut rangkaian tahanan murni.
Peralatan listrik yang mempunyai tahanan murni contohnya resistor elemen pemanas dan
lampu pijar. Pada peralatan ini nilai induktansi dan kapasitansinya dapat diabaikan.
Bila suatu rangkaian arus bolak-balik hanya terdiri dari tahanan murni, maka berlaku hukum
ohm dan formula lain sebagaimana yang diterapkan pada rangkaian arus searah. Pada
rangkaian tahanan murni arus sefasa dengan tegangan seperti diperlihatkan pada gambar1.
Gambar 1. Arus Sefasa dengan Tegangan
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
9/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 3
Pengaruh beban resistif pada generator akan menimbulkan reaksi jangkar pada stator
sehingga timbul medan magnit yang arahnya melawan medan magnit rotor, akibatnya putaran
rotor turun, Karena putaran turun maka frekuensi dan tegangan juga akan turun. Untuk
memulihkannya ke kondisi normal, maka putaran (aliran uap) harus di tambah.
Akibat timbulnya medan magnit pada stator, maka pada inti kumparan stator terjadi pemanasan
(kenaikan temperatur) atau biasanya di sebut core end heating.
A. Beban Induktif (L)
Arus listrik yang mengalir didalam penghantar akan menimbulkan medan magnet disekitarnya
dengan arah garis gaya magnetnya mengelilingi penghantar tersebut. Kuat medan magnet
tergantung pada besarnya arus yang mengalir. Jika arus yang mengalir naik, kuat medan
magnetnya juga naik melebar keluar dari pusat penghantar, demikianlah sebaliknya. Melebar
dan mengecilnya medan magnet akibat variasi arus bolak-balik yang mengalir menyebabkan
garis gaya magnet memotong penghantar dan membangkitkan gaya gerak listrik didalam
penghantar.
Arah dari ggl induksi ini sedemikian rupa, sehingga melawan gerakan arus yang
membangkitkannya (lihat hukum Lenz). Oleh karena itu ggl ini disebut ggl lawan. Bila arusdalam suatu rangkaian listrik berubah, rangkaian ini mencoba melawan perubahan itu. Sifat dari
rangkaian yang melawan perubahan disebut " induktansi " dan rangkaiannya disebut induktif.
Simbol untuk induktansi adalah L dan satuannya adalah Henry.
Didalam rangkaian induktif, jika arus naik rangkaian menyimpan energi didalam medan magnet.
Jika arus berkurang rangkaian mengeluarkan energi dari medan magnet tadi. Rangkaian yang
terdiri dari kumparan dengan inti besi mempunyai induktif yang lebih tingggi dibanding yang
hanya terdiri dari rangkaian penghantar saja. Oleh karena itu induktansi membangkitkan ggl
lawan yang melawan atau menunda perubahan arus, karena sifat ini maka suatu rangkaian
arus bolak-balik yang berisi induktansi tinggi (murni), menyebabkan arus tidak naik dan turun
secara bersamaan dengan tegangan. Arus tertinggal seperempat siklus atau 90º di belakang
tegangan sepanjang siklus atau dikatakan arus tidak sefasa lagi dengan tegangan dengan
sudut 90º, seperti pada gambar 2. Tetapi didalam penerapannya tidak ada rangkaian listrik
induktif murni.
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
10/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 4
Dalam rangkaian induktif selalu terdapat tahanan R, sehingga didalam rangkaian induktif arus
tertinggal dari tegangan dengan sudut kurang dari 90º. Besarnya sudut ini tergantung pada
seberapa besar kandungan tahanan induktansi.
Karena induktansi menyebabkan perlawanan terhadap aliran arus, maka disebut " Reaktansi
induktif "dan diberi simbol XL dengan satuan Ohm. Reaktansi induktif tidak hanya tergantung
pada induktansi , tetapi juga pada frekuensi. Hal ini karena makin tinggi frekuensi makin besar
laju perubahan arus dan medan magnetnya, sehingga makin besar ggl lawan yang dinduksikan,
seperti pada persamaan dibawah ini :
XL = 2 f L
Dimana :
XL = Reaktansi Induktif
= 3,14
f = frekuensi
L = induktansi
Gambar 2. Arus Tertinggal dari Tegangan
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
11/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 5
Pengaruh beban induktif terhadap generator adalah pemanasan pada kumparan rotor. Beban
induktif menyebabkan tegangan turun dan faktor daya rendah, sementara arus generator naik
akibat reaksi jangkar di stator. Akibat selanjutnya tegangan cenderung turun sehingga untuk
mengembalikan ke harga normal arus eksitasi harus ditambah. Penambahan arus eksitasi ini
akan menyebabkan pemanasan pada rotor.
B. Beban Kapasitif (C)
Apabila induktansi bersifat selalu melawan perubahan arus, maka kapasitansi bersifat menahan
perubahan tegangan. Kapasitansi timbul dalam rangkaian listrik karena terdapat bagian yang
dapat menyimpan muatan listrik. Untuk melihat pengaruh kapasitansi terhadap tegangan, lihat
gambar3 di bawah ini. Sebelum switch ditutup tegangan antara plat adalah nol dan tidak adaarus mengalir. Ketika switch ditutup, satu sisi plat terhubung ke terminal positif batere dan plat
yang lain keterminal negatif. Akibatnya elektron (arus listrik) akan mengalir dan memuati plat.
Pada mulanya arusnya besar, tapi makin lama makin kecil dan akhirnya arus berhenti mengalir
ketika muatan listrik di plat sudah penuh dan tegangan diantara plat sama dengan tegangan
batere (sumber).
Gambar 3.Pengaruh Kapasitansi Terhadap Tegangan
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
12/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 6
Kejadian memuati listrik ke dalam kedua plat hingga bertegangan disebut kapasitansi dan
rangkaian kedua plat disebut kapasitor atau kondensor. Jadi kapasitansi melawan perubahan
tegangan dan menunda timbulnya tegangan. Bila switch dibuka muatan listrik tetap berada di
dalam kedua plat atau kapasitor tetap menyimpan energi listrik. Muatan ini akan berkurang dan
bahkan habis (discharge), apabila diantara kedua plat dihubungkan kesuatu beban (rangkaian).
Proses pengisian (charging) dan pembuangan muatan (discharging) pada kapasitor akan terjadi
berulang-ulang, apabila kapasitor dihubungkan ke sumber arus bolak-balik lihat gambar 4.
Oleh karena kapasitansi memyebabkan penundaan timbulnya tegangan , maka arus dan
tegangan menjadi tidak sefasa. Didalam rangkaian kapasitif arus mendahului tegangan dengan
sudut 90°.
Tetapi karena tidak ada rangkaian listrik, yang hanya terdiri dari kapasitansi murni, melainkan
selalu dibarengi adanya tahanan (resistansi), maka besarnya sudut fasa anatara arus dan
tegangan tidak sampai 90°. Karena kapasitansi menyebabkan perlawanan terhadap perubahan
tegangan, maka disebut reaktansi kapasitif, dan diberi simbul X C dengan satuan Ohm.
Besarnya reaktansi kapasitif tidak hanya tergantung pada kapasitansi tetapi juga pada
frekuensi. Bila frekuensi atau kapasitansi naik, reaktansi kapasitif turun.
1
Reaktasi kapasitif = XC = ——— .......................(13)
2 f C
dimana C = kapasitansi
Xc = Reaktansi Kapasitif
Gambar 4. Kurva dan vektor beban kapasitif
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
13/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 7
Pengaruh beban kapasitif terhadap generator adalah meningkatnya suhu stator, karena adanya
penguatan medan magnet dari luar (sistem). Beban kapasitif menyebabkan tegangan
cenderung naik karena adanya penambahan eksitasi dari luar, akibatnya kumparan stator
menjadi lebih panas sedang arus eksitasi ke rotor menjadi kecil sehingga alternator cenderung
beroperasi ke daerah tidak stabil.
1.2 Macam-Macam Daya
Di dalam rangkaian arus bolak-balik ada tiga macam daya, yaitu :
- Daya nyata (aktif)
- Daya semu
- Daya reaktif
A. Daya Nyata
Daya nyata adalah daya yang dapat dilihat hasilnya dan merupakan hasil perkalian antara arus
dan tegangan dengan faktor daya (Cos ), dalam satuan watt dimana dirumuskan dengan
persamaan sebagai berikut :
P = V . I .Cos . Watt
Faktor daya adalah pergeseran fasa antara arus dan tegangan. Di dalam rangkaian arus bolak-
balik, beban rangkaian merupakan gabungan dari beban R, L dan C. Oleh karena itu selalu
timbul perbedaan fasa antara arus dan tegangan. Besarnya sudut pergeseran fasa tergantung
dari kandungan L dan C dalam rangkaian. faktor daya atau Cos merupakan perbandingan
antara hambatan R dan impedansi Z.
Bila dalam arus searah berlaku hukum Ohm untuk mencari hubungan antara, arus dan
hambatan, maka dalam arus bolak-balik formula tersebut berlaku. Tetapi hambatan arus bolak-
balik adalah impedansi Z. Impedansi adalah hasil penjumlahan secara aljabar dari R, XL, dan
XC atau ditulis :
Z = R2 + (XL - XC)2
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
14/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 8
Sehingga besarnya arus dapat dicari dengan menggunakan hukum Ohm.
V
I =
Z
Daya nyata merupakan daya yang menghasilkan panas setara dengan panas yang dihasilkan
peralatan tersebut bila dialiri arus searah.
B. Daya Semu (Apparent power)
Daya semu adalah daya yang mengabaikan adanya beban induktif dan beban kapasitif, atau
perkalian antara arus dan tegangan dengan satuan Volt ampere.
P = V . I Volt ampere
Suatu rangkaian listrik arus bolak-balik secara teoritis tidak mungkin hanya terdiri dari beban R,
sehingga arus sefasa dengan tegangan. Oleh karena itu daya ini disebut daya semu, karena
dalam prakteknya kemungkinan arus sefasa dengan tegangan kecil sekali.
C. Daya Reaktif (Reaktif power)
Daya reaktif adalah daya hasil perkalian antara arus dan tegangan dengan sinus , dan
satuannya adalah Voltampere reaktif (Var).
P = V . I sin Voltampere reaktif (Var)
Ini adalah daya yang tidak menghasilkan kerja (panas) atau daya yang tidak berguna (Wattless
power), tetapi selalu timbul di dalam rangkaian arus bolak-balik. Daya ini tidak menghasilkan
panas tetapi memerlukan arus untuk energis atau memuati rangkaian induktif atau kapasitif.
Hubungan diantara ketiga daya dapat membentuk suatu segitiga dan disebut segitiga daya
(gambar 5).
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
15/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 9
Gambar 5. Segitiga Daya
Daya semu (S)2 = Daya nyata (P)2 + Daya reaktif (Q)2
S2 = P2 + Q2
Sudut antara daya nyata dengan daya semu adalah sudut , dan faktor daya juga dapat
dinyatakan sebagai perbandingan antara daya nyata dengan daya semu.
P
Faktor daya : Cos =
S
P
QS
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
16/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 10
2. Transformator
Transformator (trafo) adalah suatu mesin listrik statis yang berfungsi untuk
mentransformasikan daya listrik arus bolak – balik (AC) dari suatu level tegangan tinggi
ke level tegangan rendah atau sebaliknya. Pada umumnya transformator terdiri dari 3
komponen pokok yaitu: kumparan primer yang terhubung dengan sumber tegangan
bolak – balik (AC) yang bertindak sebagai masukan (input), kumparan sekunder yang
terhubung dengan beban listrik bolak – balik (AC) yang bertindak sebagai keluaran
(output), dan inti besi yang berfungsi untuk memperkuat medan magnet yang
dihasilkan. Pada gambar 6 dibawah ini diperlihatkan komponen pokok transformator.
a. konsep dasar b. bentuk fisik sederhana
c. simbol trafo secara umum
Gambar 6.komponen pokok Transformator
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
17/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 11
2.1 Prinsip Kerja Transformator
Prinsip kerja dari sebuah transformator dapat diperlihatkan seperti pada gambar 7. Ketika
kumparan primer di hubungkan dengan sumber tegangan AC (Vp) maka akan mengalir arus
pada kumparan primer (Ip). Perubahan arus (Ip) pada kumparan primer menimbulkan medan
magnet yang berubah berupa fluks magnet (ɸ). Fluks magnet (ɸ) yang berubah tersebut
diperkuat oleh adanya inti besi sehingga dihantarkan ke kumparan sekunder, fluks magnet (ɸ)
tersebut akan memotong kumparan primer (Np) dan sekunder (Ns) sehingga pada ujung –
ujung kumparan primer dan sekunder akan timbul gaya gerak listrik (GGL) Primer (ep) dan
Sekunder (es). Polaritas dari GGL induksi tersebut berlawanan dengan sumbernya yang dapat
dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut :
N = Jumlah Lilitan ( Turn)
E = Gaya Gerak Listrik (Volt )
Nilai GGL induksi yang dihasilkan juga dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai
berikut:
dimana:
Es = Tegangan induksi
f = frekwensi
Ns = jumlah lilitan
Ǿm = flux maksimum
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
18/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 12
Gambar 7. Prinsip Kerja Transformator
Hubungan antara tegangan primer, jumlah lilitan primer, tegangan sekunder, dan jumlah lilitan
sekunder, dapat dinyatakan dalam persamaan :
Vp = tegangan primer (volt)
Vs = tegangan sekunder (volt)
Np = jumlah lilitan primer
Ns = jumlah lilitan sekunder
Berdasarkan perbandingan antara jumlah lilitan primer dan jumlah lilitan skunder transformator
ada dua jenis yaitu:
1. Transformator step up yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik rendah
menjadi tinggi, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan sekunder lebih
banyak daripada jumlah lilitan primer (Ns > Np).
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/64/Transformer3d_col3.svg
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
19/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 13
2. Transformator step down yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik tinggi
menjadi rendah, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan primer lebih banyak
daripada jumlah lilitan sekunder (Np > Ns).
2.2 Konstruksi dan Fungsi Bagian – bagian Transformator
1. Inti Besi
Inti besi transformator seperti diperlihatkan pada gambar 8 digunakan sebagai media jalannya
flux yang timbul akibat induksi arus bolak balik pada kumparan yang mengelilingi inti besi
sehingga dapat menginduksi kembali ke kumparan yang lain. Dibentuk dari lempengan –
lempengan besi tipis berisolasi yang di susun sedemikian rupa untuk mengurangi panas
(sebagai rugi-rugi besi) yang ditimbulkan oleh Eddy Current.
Gambar 8 Inti besi
2. Belitan (Winding )
Belitan terdiri dari batang tembaga berisolasi yang mengelilingi inti besi, dimana saat arus bolak
balik mengalir pada belitan tembaga tersebut, inti besi akan terinduksi dan menimbulkan fluxmagnetik. Fluksi ini akan menginduksikan tegangan, dan bila pada rangkaian sekunder ditutup
bila ada rangkaian beban) maka akan menghasilkan arus pada kumparan ini. Jadi kumparan /
belitan sebagai alat transformasi tegangan dan arus.Isolasi yang biasa digunakan untuk inti besi
adalah isolasi padat seperti karton, pertinax dan lain-lain.Belitasn transformator diperlihatkan
seperti pada gambar 9.
http://lumbanrajateddy.files.wordpress.com/2012/03/inti-besi.jpg
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
20/76
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
21/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 15
Pada transformator minyak dengan sirkulasi minyak natural, minyak panas akan bergerak ke
bagian atas transformator. Minyak tersebut kemudian masuk ke radiator, dan di dalam radiator
minyak akan didinginkan baik secara alamuah maupun secara paksa dengan menggunakan
fan. Minyak dari radiator kemudian turun ke bagian bawah radiator dan masuk lagi ke tangki
transformator bagian bawah.
Gambar 11. Radiator
5. Konservator
Saat terjadi kenaikan suhu operasi pada transformator, minyak isolasi akan memuai sehingga
volumenya bertambah. Sebaliknya saat terjadi penurunan suhu operasi, maka minyak akanmenyusut dan volume minyak akan turun. Konservator (gambar 12) digunakan untuk
menampung minyak pada saat transformator mengalami kenaikan suhu.
Gambar 12.Konservator
http://lumbanrajateddy.files.wordpress.com/2012/03/radiator.jpg
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
22/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 16
6. Silica Gel
Seiring dengan naik turunnya volume minyak di konservator akibat pemuaian dan penyusutan
minyak, volume udara didalam konservator pun akan bertambah dan berkurang. Penambahan
atau pembuangan udara didalam konservator akan berhubungan dengan udara luar. Agar
minyak isolasi transformator tidak terkontaminasi oleh kelembaban dan oksigen dari luar, maka
udara yang akan masuk kedalam konservator akan difilter melalui silicagel (gambar 13).
Gambar 13. Silica gel
Untuk menghindari agar minyak trafo tidak berhubungan langsung dengan udara luar, maka
saat ini konservator dirancang dengan menggunakan brether bag/rubber bag (gambar 14), yaitu
sejenis balon karet yang dipasang didalam tangki konservator.
Gambar 14. Konstruksi konservator dengan rubber bag
http://lumbanrajateddy.files.wordpress.com/2012/03/konstruksi-konservator.jpghttp://lumbanrajateddy.files.wordpress.com/2012/03/konstruksi-konservator.jpg
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
23/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 17
2.3 Tap changer Transformator
Pengubah tap adalah alat pengubah perbandingan transformasi suatu transformator
untuk mendapatkan tegangan operasi sekunder yang lebih baik sesuai dengan yang
diinginkan. Pada transformator yang menggunakan pengubah tap, kumparan
tarnsformator tersebut memiliki sejumlah tap yang dapat dipindah-pindahkan.
Perbandingan transformasi transformator dapat diubah dengan menambah atau
mengurangi jumlah belitan dengan cara mengubah posisi tap.
A. Pengubah tap berbeban (On-Load Tap Changer / OLTC)
Pengubah tap berbeban seperti pada gambar 15 berfungsi untuk memindahkan tap
transformator pada saat transformator berbeban. Ketika terjadi perpindahan tap akan
timbul busur api / arching, oleh karena itu harus dilakukan dengan sistem tertentu untuk
meminimalkan busur api tersebut.
Bagian-bagian pengubah tap berbeban adalah sebagai berikut:
Tap selector, yang berfungsi untuk memilih tap yang dikehendaki pada kumparan
transformator.
Arching switch atau diverter switch, yang berfungsi sebagai kontak antara yang
berpindah sebelum perpindahan tap selektor, sehingga busur api atau arching
hanya terjadi di diverter / archin switch. Diverter switch terendam minyak
transformator dalam ruangan tersendiri yang tepisah dengan tangki utama
transformator.
Resistor atau ada yang menggunakan reactor / induktor, yang berfungsi untuk
mengurang busur api yang timbul saat perpindahan tap.
Mekanis penggerak, yang berfungsi untuk menggerakan diverter switch dan tap
selector, yang terdiri dari motor penggerak tuas, dan gear-gear.
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
24/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 18
Gambar 15. Pengubah tap berbeban dengan Tap Selector dan Arching/Diverter Switch
2.4 Proteksi Mekanik Transformator
1. Rele Bucholz
Pada saat transformator mengalami gangguan internal yang berdampak kepada suhu yang
sangat tinggi dan pergerakan mekanis didalam transformator, maka akan timbul tekanan aliran
minyak yang besar dan pembentukan gelembung gas yang mudah terbakar. Tekanan ataugelembung gas tersebut akan naik ke konservator melalui pipa penghubung dan rele bucholz
(gambar16).
Tekanan minyak maupun gelembung gas ini akan dideteksi oleh rele bucholz sebagai indikasi
telah terjadinya gangguan internal.
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
25/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 19
Gambar 16. Rele Buchloz
2. Rele Jansen
Sama halnya seperti rele Bucholz yang memanfaatkan tekanan minyak dan gas yang terbentuk
sebagai indikasi adanya ketidaknormalan / gangguan, hanya saja rele jansen ini seperti
diperlihatkan gambar 17 digunakan untuk memproteksi kompartemen OLTC. Rele ini jugadipasang pada pipa saluran yang menghubungkan kompartemen OLTC dengan konservator.
Gambar 17. Rele Jansen
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
26/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 20
3. Sudden Pressure
Rele sudden pressure iniseperti gambar 18 didesain sebagai proteksi tekanan lebih pada trafo
dimana rele tersebut akan bekerja mentripkan CB pengapit trafo bila di dalam tangki trafo terjadi
tekanan berlebih.
Gambar18. Rele Sudden Pressure
4. Rele Thermal
Suhu pada transformator yang sedang beroperasi akan dipengaruhi oleh kualitas tegangan jaringan, losses pada trafo itu sendiri dan suhu lingkungan. Suhu operasi yang tinggi akan
mengakibatkan rusaknya isolasi kertas pada transformator.Untuk mengetahui suhu operasi dan
indikasi ketidaknormalan suhu operasi pada transformator digunakan rele thermal seperti
diperlihatkan gambar 19. Rele thermal ini terdiri dari sensor suhu berupa thermocouple, pipa
kapiler dan meter penunjukan
Gambar 19. Rele Suhu
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
27/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 21
3. Trafo Pengukuran.
Pengukuran tegangan dan arus yang sangat tinggi, misalnya di switch gear secara
langsung dengan volt meter atau amper meter dipanel ruang kontrol adalah sangat
berbahaya.demikian pula sinyal deteksi untuk proteksi tegangan tinggi tidaklah mungkin
menggunakan tegangan tinggi langsung ke peralatan proteksi, karena selain sangat
berbahaya terhadap manusia juga memerlukan perlatan yang sangat besar. Untuk
keperluan pengukuaran dan proteksi tegangan yang relatif tinggi, disediakan trafo
tegangan (VT) dan trafo arus ( CT ) yang out putnya adalah tegangan dan arus yang
randah.
3.1 Transformator arus.
Konstruksi dasar dari trasformator arus (CT) diperlihatkan pada gambar 20.
Gambar 20. Transformator Arus.
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
28/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 22
Konduktor utama merupakan kumpuran primer yang menghidupkan GGL dan oleh karena ituarus yang mengalir dalam kumparan sekunder sebanding dengan aliran arus primer, standar
yang bisa digunakan untuk relay- relay proteksi dan instrument adalah 5,1 dan 0,5 amper.
Keluaran (Skunder) Trafo arus sirkuit tidak boleh terbuka, jika sisi primer nya sedang ada arus
yang mengalir, jika sirkuitnya sekunder, maka trafo harus dihubungkan singkat.
3.2 Transformator Tegangan.
Transformator tegangan ada dua macam yaitu transformator tegangan belitan ( Wound VT) dan
transformator tegangan kapasitor (Capasitor VT ) lihat gambar 21.transformator tegangan
belitan pada dasarnya adalah suatu transformator daya kecil yang out put dayanya hanya
sampai beberapa ratus volt amper. Tipe ini digunakan pada tegangan sampai 150 kV, tetapi
penggunaan TV tipe ini menjadi sangat mahal dan mudah rusak, kadang – kadang akibat
bencana alam.oleh karena itu, utuk tegangan 150 kv, dan yang lebih tinggi digunakan tipe ke
dua. Trasformator tegangan kapasitor adalah suatu pembagi tegangan dengan transformator
belitan kecil yang dipasang pada sisi tegangan rendah dari susunan kapasitor.Karena
transformator belitan hanya untuk melayani tegangan –tegangan yang relatif rendah, maka
masalah isolasi menjadi berkurang. Tegangan sekunder distandarkan pada 110 V, setara
dengan tegangan phasa 63,5 V.
Gambar 21. Trafo Tegangan.
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
29/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 23
4. Sistem Kelistrikan
4.1 Proses Penyampaian Tenaga Listrik Ke Pelanggan
Tenaga listrik dibangkitkan dalam Pusat-pusat Listrik seperti PLTA, PLTU, PLTG, PLTGU,
PLTP dan PLTD kemudian dinaikkan tegangannya oleh transformator penaik tegangan (step up
transformer) kemudian disalurkan melalui saluran transmisi. Saluran transmisi tegangan tinggi
di PLN kebanyakan mempunyai tegangan 70 KV, 150 KV dan 500 KV. Khusus untuk 500 KV,
salurannya disebut tegangan ekstra tinggi (SUTET).Seperti diperlihatkan pada gambar 45a dan
45b tentang topologi dan konfigurasi system kelistrikan.
Saluran transmisi biasanya menggunakan saluran udara.Harganya jauh lebih murah daripadakabel tanah sehingga saluran transmisi PLN kebanyakan berupa saluran udara.Kerugian
saluran udara dibandingkan dengan kabel tanah adalah bahwa saluran udara mudah terganggu
misalnya karena petir, kena pohon, layang-layang dan lain-lain.
Setelah tenaga listrik disalurkan melalui saluran transmisi hingga ke gardu induk (GI) untuk
diturunkan tegangannya melalui transformator penurun tegangan (step down transformer)
menjadi tegangan menengah atau yang juga disebut sebagai tegangan distribusi primer.
Tegangan distribusi primer yang dipakai PLN adalah 20 KV, 12 KV dan 6 KV. Kecenderungan
saat ini menunjukkan bahwa tegangan distribusi primer di PLN yang berkembang adalah 20 KV
Gambar 22a.topologi system kelistrikan
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
30/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 24
Gambar 22b. Konfigurasi sistem kelistrikan
Jaringan setelah keluar dari GI disebut sebagai jaringan distribusi, sedangkan jaringan antar
pusat listrik dengan GI biasa disebut jaringan transmisi. Setelah tenaga listrik disalurkan melalui
jaringan distribusi primer maka kemudian tenaga listrik disalurkan tegangannya ke dalam gardu-
gardu distribusi menjadi tegangan rendah dengan tegangan 380/220 V atau 220/127 V, untuk
selanjutnya disalurkan ke rumah-rumah pelanggan (konsumen) PLN melalui sambungan rumah
seperti diperlihatkan pada gambar 22 di bawah ini.
Gambar 22c.proses penyampaian tenaga listrik ke pelanggan tegangan rendah
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
31/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 25
Pelanggan-pelanggan yang mempunyai daya tersambung besar tidak dapat disambung melalui
jaringan tegangan rendah melainkan disambung langsung pada jaringan tegangan menengah
bahkan ada pula yang disambung langsung pada jaringan tegangan tinggi, tergantung besarnya
daya tersambung.
Dari gambar 22b terlihat bahwa di pusat listrik maupun di GI selalu ada transformator
pemakaian sendiri guna melayani keperluan tenaga listrik yang diperlukan dalam pusat listrik
maupun GI misalnya untuk keperluan penerangan, mengisi batere listrik dan menggerakkan
berbagai motor listrik.
Setelah tenaga listrik melalui jaringan tegangan menengah (JTM), jaringan tegangan rendah
(JTR) dan sambungan rumah (SR) maka tenaga listrik selanjutnya melalui alat pembatas daya
dan KWH meter.Rekening listrik pelanggan tergantung kepada daya tersambung serta
pemakaian KWH nya, oleh karenanya PLN memasang pembatas daya dan KWH meter.
Setelah melalui KWH meter, tenaga listrik kemudian memasuki instalasi rumah yaitu instalasi
milik pelanggan. Instalasi PLN pada umumnya hanya sampai dengan KWH meter dan sesudah
KWH meter instalasi listrik pada umumnya adalah instalasi milik pelanggan. Dalam instalasi
pelanggan tenaga listrik langsung memasuki alat-alat listrik milik pelanggan seperti lampu,
setrika, lemari es, pesawat radio, pesawat televisi dan lain-lain.
Agar sistem tenaga beroperasi secara efisien, diperlukan sistem pengaturan yang ada pada
tiap sub sistem, baik yang bersifat konvesional dengan melibatkan operator maupun otomatis
berbasis komputer. Sistem pengaturan tenaga listrik dalam sistem kelistrikan diatur oleh Pusat
pengatur dan penyaluran tenaga listrik seperti yang diperlihatkan gambar 23a.
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
32/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 26
Gambar 23a bagan pengaturan dan penyampaian tenaga listrik
Secara umum akan diperlihatkan single line diagram system kelistrikan pada gambar 23b yang
merupakan lingkup pekerjaan dalam pengaturan system tenaga.
Gambar 23b. Single Line Diagram Sistem
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
33/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 27
4.2 Sistem Kelistrikan Pemakaian Sendiri Unit Pembangkit
Setiap pusat listrik biasanya memiliki sistem pemakaian sendiri yang bertegangan lebih rendah
dari tegangan yang dibangkitkan oleh generator. Sistem pemakaian sendiri ini berfungsi untuk
mengoperasikan peralatan-peralatan bantu, instalasi penerangan, peralatan kontrol dan rele
proteksi.
Untuk sistem pemakaian sendiri yang berkapasitas besar biasanya bertegangan menengah 6,3
kV atau 10 kV. Tegangan menengah ini digunakan untuk mengoperasikan peralatan seperti
Main Cooling Water Pump (MCWP), Mill, Boiler Feed Pump (BFP) dan lain sebagainya.
Sedangkan sistem pemakaian sendiri yang berkapasitas rendah biasanya bertegangan rendah
380 V seperti untuk Kompressor , Seal air Fan dan lain sebagainya. Sistem pemakaian sendiri
yang berkapasitas besar dan rendah ini didistribusikan melalui panel penghubung
(switchboard).Untuk kebutuhan tegangan DC, sistem pemakaian sendiri yang bertegangan
rendah disalurkan ke sistem penyearah (rectifier) dan selanjutnya disimpan oleh baterai.
Dalam kondisi generator beroperasi (On) suplai pemakai sendiri akan berasal dari trafo unit
service transformer (UST) atau Unit Auxiliary Transformer (UAT) dan pada saat kondisi
generator tidak beroperasi (Off) maka suplai pemakaian sendiri berasal dari jaringan luar
melalui Station Service Transformer (SST) seperti diperlihatkan pada gambar 24, sedangakan
untuk konfigurasi jaringan pembangkit yang tidak mempunyai Station Service Transformer
(SST) maka suplai pemakaian sendiri yang berasal dari jaringan luar melalui trafo utama
generator dan Unit Auxiliary Transformer (UAT) seperti yang diperlihatkan pada gambar25.
Dengan demikian, peralatan-peralatan bantu dan instalasi penerangan serta suplai peralatan
kontrol dan proteksi tetap bisa berfungsi jika generator utama trip karena gangguan atau ke luar
jaringan
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
34/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 28
Gambar 24. Single Line Diagram Sistem Pemakaian Sendiri dengan SST
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
35/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 29
Gambar25. Single Line Diagram Sistem Pemakaian Sendiri tanpa SST
Adapun untuk mengetahui sistem tenaga/ daya listrik dan distribusi tenaga listrik pada Unit
pembangkit khususnya PLTU, maka secara keseluruhan dapat dilihat pada single line diagram
sederhana ( diagram kutub tunggal) yang diperlihatkan pada gambar26, yang merupakan
diagram garis tunggal (single line diagram) dari PLTU Asam - Asam
GCB GCB
Town Trafo 2
Town Trafo 1
TrafoUtama#
1
G Gen 1 G Gen 2
Motor 400 V
CWP FAN Mill BFP
CPL
Aux-1 Trafo
Aux-2 Trafo
Motor 400 V
CWP FAN Mill
1-1
1-2
1-3
2-1
2-2
2-3
3-1
3-2
3-3
TrafoUtama#
1
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
36/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 30
Gambar 26a. sistem 11,5 kV Generator dan sistem 150 kV
Gambar 26b. Sistem 6 kV Unit 1
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
37/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 31
Gambar 26c. Sistem 6 kV Unit 2
Gambar 26d. Sistem 400 V PDC Unit 1
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
38/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 32
Gambar 26e. Sistem 400 V PDC Unit 2
4.3 Sistem Listrik Darurat Pemakaian Sendiri.
A. Fungsi Sistem Listrik Darurat.
Yang dimaksud dengan sistem listrik darurat adalah suatu sarana / fasilitas instalasi listrik yang
digunakan untuk pemasok daya listrik keperalatan bantu unit pembangkit seperti penerangan,
kontrol dan proteksi, pompa-pompa tegangan rendah pada saat pasok/supply utama ke
peralatan bantu hilang / lepas. Sehingga peralatan bantu utamanya masih tetap mendapatkan
pasokan daya.
Pada umumnya pemasok daya listrik pada saat kondisi darurat. Berasal dari Diesel generator
(genset) yang kapasitasnya cukup untuk memasok beban-beban penting (essential load)
melalui Bus tegangan rendah atau berasal dari Battery station lengkap dengan inverter/
Converter melalui transformator daya untuk mengisi bus tegangan rendah.
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
39/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 33
Bahkan ada yang telah menggunakan UPS (Uninterruptible Power Supply) khususnya pada
pembangkit-pembangkit yang terpasang setelah tahun 1980.Kelebihan peralatan ini adalah
dapat menjamin kontinuitas pasokkan energi listrik.
B. SistemListrik AC.
Sistem listrik AC pada Emergency power supply pada umumnya berupa UPS ( power supply
yang tidak terputus). Pada sistem ini dapat dilihat dari gambar27 sederhana berikut
Gambar 27. Single line diagram sistem listrik AC Darurat
Bila power supply utama hilang maka Bus 230 V AC sesaat akan diisi dari baterai untuk
mensuplai ke inverter dan dari inverter mensuplaibeban, melalui Bus230 V AC akan terisi
kembali secara teknis sistem seperti diatas dapat digunakan sebagai pemasok tenaga listrik
pada keadaan darurat
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
40/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 34
C. Sistem Listrik DC.
Seperti terlihat pada gambar 28, Pada saat operasi normal baterai diisi (charge) oleh rectifier
sampai penuh, tetapi begitu pemasok utama lepas, maka static switch masuk (on) untuk
mengalirkan energi listrik yang tersimpan pada station baterai ke bus TR (Tegangan Rendah)
melalui transformator daya (TA), Begitu Diesel Generator operasi dan siap masuk ke Bus TR,
maka pemasok diambil alih oleh D/G. Untuk sistem control yang memerlukan suplai DC maka
akan tetap disuplai dari sistem Panel DC.
Gambar 28. Sistem Listrik DC.
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
41/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 35
D. Diesel Emergency
Pada umumnya Diesel emergency diperlukan untuk memasok tenaga listrik ke beban-beban
essential ( seperti reinjection pompa, treatment water pump, dan lain-lain) melalui Bus tegangan
rendah 380 V AC. Yang pada kondisi normalnya dipasok dari unit Auxiliary Transformer (UAT)
yang diambilkan melalui Bus tegangan menengah baik dari generator transformer, ataupun
station service transformer (seperti gambar 29).
Diesel Emergency yang terpasang pada pembangkit umumnya mempunyai sistem startingnya
dengan baterai direncankan mampu memikul beban pemakaian sendiri bila suplai utama trip.
Operasi emergency Diesel tersebut secara otomatis pada saat turbin trip atau tidak ada
tegangan pada Bus essensial 380 V AC.
Selain dapat dioperasi secara automatis dapat pula dioperasikan secara manual lewat local
panel, begitu pula dalam pengendaliannya selain dapat dikendalikan dari local juga dapat di
kendalikan dari control Room.
Gambar29. Sistem Listrik Diesel Emergency
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
42/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 36
5. Switchyard
Switchyard seperti pada gambar 30.merupakan suatu area untuk menghubung dan melepasperalatan. Dalam hal ini switchyard berperan untuk melakukan penyambungan/pelepasan arus
bolak-balik antara unit pembangkit dengan saluran transmisi baik yang di sengaja ( keinginan
operator) maupun yang tidak disengaja (karena gangguan). Karena penyambungan/pelepasan
arus listrik yang tinggi sering dan pasti menimbulkan busur api listrik yang cukup kuat. Maka
peralatan-peralatan yang terpasang dalam switch yard juga harus dilengkapi peredam akibat
busur api yang di timbulkannya, disamping jarak antara peralatan yang terpasang (ada) di
design sangat aman.
Peralatan-peralatan utama switchyard antara lain :
CB (Circuit Breaker)
DS (Disconecting Switch)
Bus
Isolator
Peralatan Proteksi
Peralatan bantu proteksi
5.1 Macam-macam Type Switchyard
A. Konvensional Switchyard
Yang dimaksud dengan konvensional Switch yard adalah switchyard yang terpasang diluar
gedung jadi semua peralatan baik itu CB, DS, Bus, Isolator dan peralatan proteksi terpasang
diluar ruangan artinya berhubungan langsung dengan udara sehingga bila terjadi
penghubungan /pelepasan arus listrik akan dapat diketahui secara langsung.
Pada umumnya switchyard konvensional membutuhkan tempat /areal yang cukup luas, dari
segi pemeliharaannya harus cukup mendapatkan perhatian.Seperti kotornya isolator akibat
debu yang menempel padanya.Terpasang ditempat terbuka sehingga berdasarkan tipenya
termasuk outdoor switchyard.
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
43/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 37
Gambar 30.menunjukkan single line diagram switchyard .
B. GIS (Gas Insulated Switchgear)
GIS merupakan seperangkat peralatan yang menjalankan fungsinya sebagai switchyard
tegangan tinggi switchyard, hanya untuk GIS berada pada ruang tertutup yang di isolasi dengan
menggunakan gas SF6.
Konstruksi dan diagram rangkaian GIS 150 KV secara sederhana diperlihatkan pada gambar 55
Dari gambar terlihat bahwa komponen-komponennya seperti Bus bar, Circuit Breaker (CB),
Trafo pengukuran ( CT dan PT ),Disconecting switch (DS), High speed Earthing switch,
Maintanance earthing Switch berada dalam suatu tabung yang didalamnya berisi gas SF 6.
Pada umumnya GIS dipasang pada daerah-daerah yang tingkat polusi udaranya tinggi, baik
akibat kontaminasi air laut yang mudah menimbulkan korosi pada peralatan, tingkat
kelembaban udara yang tinggi dan sebagainya.
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
44/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 38
Salah satu kelebihan dipasangnya GIS adalah cukup rendah tingkat gangguan yang
disebabkan dari pengaruh lingkungan bahkan bisa dikatakan tidak ada tetapi ditinjau dari sisi
ekonomisnya, memang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan out door switch gear
(Switchyard).
Gambar 31 Diagram sederhana GIS
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
45/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 39
6. Dasar Rele Proteksi Dan Meter Indikator.
6.1 Proteksi
6.1.1 Pendahuluan
Keandalan dan kemampuan suatu sistem tenaga listrik dalam melayani konsumen sangat
tergantung pada sistem proteksi yang digunakan.Oleh sebab itu dalam perencangan suatu
sistem tenaga listrik, perlu dipertimbangkan kondisi-kondisi gangguan yang mungkin terjadi
pada sistem, melalui analisa gangguan. Dari hasil analisa gangguan, dapat ditentukan sistem
proteksi yang akan digunakan, seperti: spesifikasi switchgear, rating circuit breaker (CB) serta
penetapan besaran-besaran yang menentukan bekerjanya suatu relay (setting relay) untuk
keperluan proteksi.
proteksi sistem tenaga listrik adalah sistem proteksi yang dipasang pada peralatan-peralatan
listrik suatu sistem tenaga listrik, misalnya generator, transformator, jaringan dan lain-lain,
terhadap kondisi abnormal operasi sistem itu sendiri. Kondisi abnormal itu dapat berupa antara
lain: hubung singkat, tegangan lebih, beban lebih, frekuensi sistem rendah, asinkron dan lain-
lain.
Tujuan dari sistem proteksi adalah sebagai berikut :
1. Mengurangi kerusakan peralatan yang terganggu ,maupun peralatan yang dilewati oleh
arus gangguan.
2. Mengisolir bagian sistem yang terganggu sekecil mungkin dan secepat mungkin.
3. Mencegah meluasnya gangguan.
Adapun fungsi dari sistem proteksi adalah sebagai berikut :
1. Mendeteksi adanya gangguan atau keadaan abnormal pada bagian sistem yang
diamankan
2. Melepas bagian sistem yang terganggu , sehingga bagian sistem yang lainnya masih
dapat terus beroperasi .
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
46/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 40
Dalam aplikasinya, sistem proteksi terdiri dari beberapa peralatan pendukung.Berikut ini
gambar 32 adalah skema secara umum dari sistem proteksi beserta peralatan pendukung yang
digunakan.
Gambar 32.Perangkat proteksi
Relai pengaman sebagai elemen perasa / pengukur untuk mendeteksi gangguan .
Pemutus tenaga [ pmt ] sebagai pemutus arus dalam sirkuit tenaga untuk melepas
bagian sistem yang terganggu.
Trafo arus dan atau trafo tegangan mengubah besarnya arus dan atau tegangan dari
sirkuit primer ke sirkuit sekunder [ relai ].
Batere / aki sebagai sumber tenaga untuk mentripkan pmt dan catu daya untuk relaistatik dan relai bantu.
Wiring untuk menghubungkan komponen komponen proteksi sehingga menjadi satu
sistem.
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
47/76
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
48/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 42
Klasifikasi proteksi trafo berdasarkan kapasitas trafo adalah sbb :
No Jenis ProteksiKapasitas (MVA)
< 10 Antara 10 s.d 30 > 30
1 Relai Suhu
2 Relai Bucholz
3 Relai Jansen
4 Relai Tekanan Lebih
5 Relai Differential -
6 Relai Tangki Tanah - -
7 Relai Hubung Tanah Terbatas (REF) - -
8 Relai Beban Lebih (OLR) -
9 Relai Arus Lebih (OCR)
10 Relai Hubung Tanah (GFR)
11 Pelebur (Fuse) - -
Berikut ini penjelasan tentang fungsi dari jenis-jenis relai pada transformator sebagai berikut:
1. Relay Buchollz
Relay Buchholz seperti pada gambar 34 berfungsi untuk mengamankan trafo dari gangguan
internal trafo yang menimbulkan gas dimana gas tersebut timbul akibat adanya :
a. hubung singkat antar lilitan dalam fasa.
b. Hubung singkat antar fasa
c. Hubung singkat antar fasa ke tanah
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
49/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 43
d. Busur api antara laminasi
e. Busur api listrik karena kontak yang kurang baik
Gambar 34 Relay Buchholz
Cara kerja relay bucholz adalah gas yang timbul di dalam trafo akan mengalir melalui pipa dan
tekanan gas ini akan mengerjakan relay dalam 2 tahap, yaitu :
Mengerjakan alarm (bucholz 1st) pada kontak bagian atas (1).
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
50/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 44
Mengerjakan perintah trip ke PMT pada kontak bagian bawah (2).
Analisa gas yang timbul pada relay bucholz adalah sebagai berikut :
H2 dan C2H2 menunjukkan adanya busur api pada minyak antara bagian-bagian konstruksi
H2, C2H2 dan CH4 menunjukkan adanya busur api sehingga isolasi phenol terurai, misalnya
terjadi gangguan pada sadapan.
H2, C2H4 dan C2H2 menunjukkan adanya pemanasan pada sambungan inti.
H2, C2H, CO2 dan C3H4 menunjukkan adanya pemanasan setempat pada lilitan inti.
2. Relay Jansen
Relay jansen (gambar 35) adalah relay yang digunakan untuk mengamankan trafo dari
gangguan di dalam tap changer yang menimbulkan gas. Relay ini dipasang pada pipa yang
menuju konservator.
Cara kerja relay jansen pada prinsipnya sama dengan relay bucholz akan tetapi hanya
punya satu kontak tripping.
Gambar 35 Relay jansen
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
51/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 45
3. Relay Sudden Pressure
Relay sudden pressure (gambar 36) digunakan untuk melindungi trafo dari gangguantekanan berlebih yang disebabkan oleh gangguan di dalam trafo.
Gambar 36.Relay Sudden Pressure
Terdapat 2 jenis relay sudden pressure :
a. Type Membran
Berupa plat tipis yang di desain sedemikian rupa yang akan pecah apabila menerima tekanan
melebihi desainnya. Membrane ini hanya sekali pakai sehingga jika pecah harus diganti yang
baru.
b. Type Valve
Berupa suatu katup yang ditekan oleh sebuah pegas yang di desain sedemikian rupa sehingga
apabila terjadi tekanan di dalam trafo melebihi tekanan pegas maka akan membuka dan
membuang tekanan keluar bersama sama sebagian minyak.
Apabila tekanan di dalam trafo sudah turun atau lebih kecil dari tekanan pegas maka valve akan
menutup kembali.
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
52/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 46
4. Relay Suhu
Relay suhu (gambar 37) berfungsi untuk melindungi trafo dari temperatur yang berlebih. Apabilatemperatur trafo melebihi batas yang ditentukan maka relay suhu akan bekerja. Besar kenaikan
suhu adalah sebanding dengan faktor pembebanan dan suhu udara luar trafo.
Gambar 37 Relay suhu
Relay suhu dibedakan menjadi dua jenis, yaitu relay suhu winding (belitan) dan relay suhu Oil
(Minyak trafo). Kedua jenis relay tersebut bekerja dalam 2 tahap, yaitu :
Tahap 1 : mengerjakan alarm
Tahap 2 : memerintahkan trip ke PMT
5. Relay Arus lebih
Relay arus lebih (gambar38) berfungsi untuk melindungi trafo dari gangguan hubung singkat
antar fasa di dalam maupun di luar daerah pengaman trafo
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
53/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 47
Gambar 38 Relay arus lebih
Relay arus lebih bekerja dengan prinsip instant, yaitu relay tersebut akan bekerja seketika
ketika terdeteksi adanya arus gangguan. Sehingga dengan cepat dapat mengamankan trafo
dan peralatan lain dari kerusakan. Adapun relay lebih bekerja dengan prinsip waktu tunda, yaitu
relay akan bekerja dengan waktu delay yang telah ditentukan, sehingga dapat mengamankan
trafo dalam waktu tertentu.Relay arus lebih biasanya di beri kode relay 51 dan dipasang pada
sisi primer dan sisi sekunder trafo.
6. Relay Tangki Tanah
Relai tangki tanah (gambar 39) berfungsi untuk mengamankan trafo terhadap hubung singkat
antara fasa dengan tangki trafo dan titik netral trafo yang di tanahkan.
Gambar .39 Skema relay tangki tanah
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
54/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 48
Relay tangki tanah biasa diberi kode relay 51G dan dipasang dengan skema seperti gambar 39
diatas. Relay ini bekerja jika terjadi kebocoran arus dari belitan ke tangki trafo, arus dari tangki
akan mengalir ke tanah dan akan terdeteksi oleh relay arus lebih melalui CT. Kemudian relay
akan mentripkan PMT di kedua sisi (primer dan sekunder).
7. Relay Differensial
Fungsi dari relay differensial adalah untuk Mengamankan trafo dari gangguan hubung singkat
yang terjadi di dalam daerah pengamanan trafo. Relay ini bekerja dengan cara membandingkan
arus yang masuk dan arus yang keluar.
Gambar 40 Gambar skema umum relay differensial
Dari gambar 40 di atas dapat dilihat bahwa dalam kondisi normal arah arus Ip dan Is adalah
berlawanan dan mempunyai besar yang sama maka relay differensial tidak dialiri arus. Relay ini
bekerja apabila terjadi perbedaan arus antara sisi primer dan sisi sekunder. Perbedaan arus
tersebut disebabkan oleh gangguan yang terdapat di diaerah pengamanan trafo.
Gambar 41. Ilustrasi relay differensial saat terjadi gangguan
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
55/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 49
6.1.2Proteksi Motor
Mayoritas beban pemakaian sendiri pada pembangkit listrik (terutama PLTU) adalah motorlistrik. Motor listrik digunakan sebagai penggerak pompa, fan, valve dan lain sebagainya. Oleh
karena itu motor lostrik harus dilindungi dari ancamangangguan yang mungkin terjadi pada
motor tersebut.
Gambar 42. Contoh Wiring relay arus lebih pada motor listrik
1. Relay arus lebih
Relay arus lebih berfungsi untuk melindungi motor dari gangguan hubung singkat antar fasa.
Gangguan hubung singkat dapat meyebabkan kerusakan pada belitan motor. Relay arus lebih
bersifat instant, jadi jika ada gangguan harus segera mengisolasi motor yang dilindungitersebut.
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
56/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 50
Gambar 43. Karakteristik relay instant
2. Relay overload
Overload pada motor listrik disebabkan oleh pembebanan berlebih pada motor sehingga
putaran motor semakin berat. Semakin berat beban motor maka konsumsi arus listrik motor
semakin besar, sehingga jika dibiarkan dalam waktu yang lama maka arus overload
menyebabkan pemanasan pada belitan yang dapat merusak belitan tersebut.
Relay overload bersifat invers. Adapun grafik invers adalah sebagai berikut :
Gambar 44 Karakteristik relay invers
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
57/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 51
Dari gambar 44 di atas dapat dilihat bahwa semakin besar arus yang mengalir pada motor
maka waktu yang dibutuhkan untuk mentripkan motor semakin cepat.
3. Relay unbalance
Unbalance pada motor terjadi apabila ada ketidakseimbangan arus pada fasa sumber.
Fenomena ini akan menyebabkan timbulnya arus urutan negative (negative sequence) yang
dapat menyebabkan pemanasan pada motor.
4. Relay hubung singkat ke tanah
Relay hubung singkat ke tanah berfungsi untuk mengamankan motor dari gangguan arus
hubung singkat antara fasa dengan tanah.
5. Relay longstart
Relay long start current adalah relay yang digunakan untuk mengamankan motor dari gangguan
arus start yang lama. Seperti kita ketahui ketika motor listrik pertama kali dhidupkan maka akan
mengkonsumsi arus yang lebih besar dari arus nominal. Arus start tersebut bias mencapai 6
kali dari arus nominalnya. Pada kondisi normal, arus start tersebut hanya berlangsung sesaat
saja dan arus kembali ke arus nominal setelah motor berputar pada putaran nominal. Relay
long start berfungsi mengamankan motor ketika arus start tersebut berlangsung lebih lama dari
kondisi normal agar tidak terjadi pemanasan pada belitan motor. Relay longstart bersifat definite
time (karakteristik tunda waktu).
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
58/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 52
Gambar 45 Karakteristik relay definite time
6. Relay temperature
Relay temperature pada motor digunakan untuk mengamankan motor listrik dari gangguan
temperature yang berlebih. Temperature berlebih bias disebabkan oleh gangguan mekanik
maupun gangguan elektrik. Gangguan mekanik contohnya adalah kegagalan sstem pendingin
dan lain sebagainya. gangguan elektrik contohnya adalah overload, longstart dan lain
sebagainya
6.1.2 Proteksi Generator
Generator adalah peralatan utama pembangkit yang berfungsi untuk mengubah energy gerakmenjadi energy listrik.Dalam operasinya generator harus dilindungi dari berbagai macam
gangguan yang mungkin terjadi pada operasi generator. Peralatan yang digunakan untuk
melindungi generator antara lain adalah sebagai berikut :
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
59/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 53
Gambar 46. Sistem Proteksi Generator dengan Multi Fungsi
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
60/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 54
Gambar 46. Sistem Proteksi Generator dengan Multi Fungsi
1. Relay hubung singkat
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
61/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 55
Relay ini berfungsi mengamankan generator dari gangguan beban lebih atau gangguan hubung
singkat.
Gambar 47 skema relay pengaman arus lebih
2. Relay Under Voltage
Relay ini berfungsi untuk mengamankan generator dari tegangan kurang (undervoltage). Under
voltage pada generator biasanya disebabkan oleh :
Generator mengalami beban lebih.
AVR generator mengalami kerusakan.
Gangguan hubung singkat di system.
Gambar 48 Skema pengaman tegangan kurang
3. Relay Over Voltage
Relay ini berfungsi untuk mengamankan tegangan berlebih. Tegangan berlebih dapat
disebabkan oleh lebasnya beban. Dengan lepasnya beban maka akan menyebabkan generator
mengalami kenaikan tegangan dan frekuensi.
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
62/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 56
Gambar 49 Skema pengaman tegangan lebih
4. Relay pengaman hubung singkat ke tanah
Relay ini berfungsi untuk mengamankan hubung singkat fasa dengan tanah. Apabila terjadihubung singkat fasa dengan tanah maka dapat menyebabkan kerusakan pada belitan stator.
Gambar 50 Skema pengaman hubung singkat ke tanah
5. Relay reverse Power
Reverse power adalah fenomena dimana generator berubah menjadi motor. Jadi, generator
tidak diputar oleh prime mover tapi diputar oleh daya dari system, sehingga nilai daya aktif
generator tersebut adalah negative.
Gambar 51 Skema pengaman reverse power
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
63/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 57
6. Relay Loss Off Excitation
Relay Loss Of Excitation berfungsi untuk mengamankan generator dari gangguan kehilanganeksitasi. Gangguan ini dapat menyebabkan daya reaktif balik dari system ke generator dan juga
menghasilkan panas yang berlebih pada ujung belitan stator generator.
Gambar 52 Skema pengaman loss of excitasi
7. Relay Temperatur
Over temperature pada generator antara lain disebabkan oleh pembebanan yang melebihi
kapasitas generator dan kerusakan pada system pendingin. Akibat dari gangguan ini adalah
dapat menyebabkan kerusakan pada isolasi belitan generator.
Gambar 53 Skema pengaman temperatur
8. Relay Frekuensi
Overspeed pada generator dapat disebabkan oleh gangguan pada system sehingga beban
lepas kemudian governor tidak dapat mengembalikan ke putaran normal. Akibat dari overspeed
adalah dapat menyebabkan vibrasi dan dapat menyebabkan kerusakan pada bearing dan shaft.
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
64/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 58
Gambar 54 Skema pengaman overspeed
9. Relay differensial
Relay differensial generator mempunyai fungsi yang sama dengan relay differensial pada trafo,yaitu untuk melindungi dari gangguan yang berasal dari dalam daerah pengamanan generator.
Gambar 55 Skema pengaman differensial generator
10. Relay beban lebih
Beban berlebih pada generator yang bertahan lama dapat menyebabkan arus pada stator yang
berlebih, sehingga akan menimbulkan panas yang berlebih pada belitan stator generator.
Gambar 56 Skema pengaman beban berlebih
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
65/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 59
11. Relay negative sequence
Negative sequence (arus urutan negative) adalah arus yang timbul apabila terjadi ketidakseimbangan antar fasa.Arus ini dapat menyebabkan pemanasan rotor generator apabila
bertahan lama.
Gambar 57 Skema pengaman arus urutan negatif
6.2 Jenis-Jenis dan Fungsi Meter Indikator
Meter Indikator adalah suatu alat ukur yang digunakan untuk besaran dan tergantung
dari fungsinya masing-masing.
Diantara jenis-jenis meter indikator yang terdapat pada sistem kelistrikan adalah :
1. Volt Meter :
Untuk mengukur beda potensial ( tegangan ) dengan simbol ( Kv, V ).
2. Amper Meter :
Untuk mengukur besaran arus listrik dengan simbol ( KA, A ).
3. Watt Meter :
Untuk mengukur daya aktif ( Watt ) dengan simbol ( MW, KW, W ).
4. Var Meter :
Untuk mengukur daya buta atau reaktif dengan simbol ( MVAR, KVAR, VAR ).
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
66/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 60
5. Frekuensi Meter :
Untuk mengukur gelombang/priode arus bolak-balik dalam detik ( Hz ).
6. Cos φ Meter :
Sudut yang dibentuk antara beban aktif dan reaktif, untuk stabilitas generator.
7. Synkronoskop Indikator :
Untuk mengetahui perbedaan sudut fasa listrik antara 2 sistem
Indikator-Indikator
1. Lampu ( Merah, Biru dan Putih ) :
Merah ( operasi ), Biru (Standby ) dan Putih trip
2. Bendera atau Indikator :
Untuk mengetahui kedudukan kontak utama dan Proteksi
Kedudukan breaker :
- Bendera merah : berarti breaker sedang masuk
- Bendera biru : berarti breaker standby
- Close and Open dan Trip Indikator.- Bendera Merah dan Biru dan Putih Indikator.
- relay : indikator bendera putih adalah trip, indikator bendera biru posisi normal.
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
67/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 61
7. Motor Listrik
7.1Jenis-Jenis Motor Listrik.
Motor listrik berdasarkan jenis sumber tegangannya dibagi dalam :
A. Motor arus searah (DC)
Motor Shunt
Motor Seri
Motor Compound
B. Motor arus bolak-balik (AC)
Moto r Tiga Fasa
Motor Sinkron
Motor Induksi (Asinkron)
Motor Rotor Sangkar (Squirrel – Cage Rotor)
Motor Rotor Lilit ( Wound Rotor)
Motor Satu Fasa
Motor Induksi Satu fasa
Motor Split Satu fasa Mator Kapasitor
Motor Shaded Pole
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
68/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 62
Adapun klasifikasi motor listrik dapat dikelompokkan sebagaimana diperlihatkan gambar 58
dibawah ini
Gambar 58.jenis – jenis motor listrik
7.2Prinsip Kerja Motor Listrik.
Motor listrik adalah mesin yang mengu bah energi l istr ik menjadi energi mekanik . Prinsip
kerjanya berdasarkan hukum gaya lorenz dan kaiadah tangan kir i Fleming , yang
menyatakan bahwa : Apabila sebatang konduktor yang dialiri arus listrik ditempatkan didalam
medan magnit maka konduktor tersebut akan mengalami gaya. Lihat gambar.59
Gambar 59. Batang Penghantar yang dialir arus listrik
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
69/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 63
Arah dari gaya yang dialami oleh konduktor tersebut ditunjukan oleh kaidah tangan kiri Fleming
(gambar 60). Gaya tersebut dialami oleh setiap batang konduktor pada rotor, sehingga
menghasilkan putaran dengan torsi yang cukup untuk memutarkan beban yang dikopel dengan
motor. Kecepatan putaran dan besarnya torsi jualah yang menentukan sesuatu motor itu sesuai
untuk pekerjaan.
Gambar.60. Demontrasi Tangan kiri Fleming
7.3 Induksi AC Tiga Fasa dan Karakteristiknya
Motor yang paling banyak dipakai di industri adalah jenis motor induksi .Motor Induksi terdiri
dari stator dengan tiga kumparan yang ditempatkan secara simetris pada alur-alurnya. Disebut
motor induksi karena arus yang mengalir pada rotor adalah arus induksi sebagai akibat dari
timbulnya GGL induksi pada konduktor-konduktor pada rotor yang disebabkan medan putar
stator. Ada dua jenis motor induksi tiga fasa yang banyak dipakai di industri yaitu jenis rotor
sangkar (squirrel cage) dan rotor lilit (wound rotor) yang disebut motor slip-ring.
A. Karakteristik Motor Induksi
1. Motor Rotor Sangkar .
Bila daya pertama kali diberikan pada motor dalam keadaan diam, stator bereaksi sebagai lilitan
primer transformator dengan menghasilkan fluks magnit yang berputar dengan kecepatan
sinkron. Rotor yang menjadi kumparan sekunder dihubung singkat, akan mengalir arus sirkulasi
yang tinggi dan sebagai akibatnya arus start pada stator juga tinggi.
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
70/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 64
Setelah rotor berputar searah dengan putaran medan stator, selisih putaran antara rotor dengan
medan putar stator menjadi kecil, menyebabkan arus sirkulasi rotor turun dan arus stator juga
berkurang.
Hubungan antara arus stator dan kecepatan putaran rotor ditunjukan pada gambar.61. Arus
sesaat pada rotor dipengaruhi oleh frekuensi suplai, tahanan dan induktansi rotor adalah
impedansi rotor yang menjadi faktor yang membatasi besarnya arus rotor.
Gambar.61. Rotor Sangkar
Karena pada motor frekuensi rotor akan berubah saat kecepatan motor berubah, maka sebagai
konsekuensinya torsi yang dihasilkan dapat berubah. Hubungan antara torsi dengan kecepatan
putaran rotor ditunjukan pada gambar 62.
Gambar. 62 Karakteristik Motor Rotor Sangkar
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
71/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 65
2. Motor Rotor Lilit
Ada tiga pengaruh nilai tahanan pada rangkaian motor induksi yaitu :
Mengurangi arus rotor, dan sebagai akibatnya arus stator juga menjadi berkurang.
Torsi start dapat naik karena arus rotor dan medan magnet stator mendekati sefasa.
Slip speed naik.
Dengan mengubah tahanan rotor melalui tahanan asut dari rangkaian luar pada motor slip-ring
dengan rotor lilit, maka torsi yang dihasilkan dapat diatur. Seperti yang terlihat pada gambar 63
dan 64
Gambar.63. Diagram Motor Rotor Lilit.
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
72/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 66
Gambar.64. : Karakteristik Motor Rotor Lilit (Wound Rotor)
Sifat – sifat utama dari mo tor ind uksi AC tiga fasa antara lain :
Self starting
Medan magnet berputar secara elektrik
Menghasilkan tenaga putaran yang besar dibandingkan dengan motor satu fasa
Arah putaran dari motor mudah dibalik hanya dengan membalik salah satu kutub
dari tegangan AC yang dipakai.
7.4 Metode Start Motor
Salah satu kelemahan motor induksi yaitu kecepatannya tidak dapat bervariasi kecuali dengan
peralatan khusus. Tetapi kelemahan yang sangat mengganggu adalah arusnya sangat besar
pada saat start. Arus start ini dapat mencapai 6 kali arus beban penuh. Usaha untuk
mengurangi arus start yang tinggi terus dilakukan antara lain dengan memperbesar tahanan
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
73/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 67
rotor. Tetapi pengurangan arus start harus mempertimbangkan torsi yang cukup untuk
percepatan.
a. Start Motor Dengan Tahanan Luar
Pada motor induksi dengan rotor belitan seperti gambar 64, tahanan luar dipasang atau
disambungkan kerotor belitan melalui slip ring yang dipasang pada poros.
Motor distart dengan membuat tahanan maksimum dalam sirkuit rotor. Begitu motor naik
putarannya tahanan rotor dikurangi secara berangsur-angsur hingga terhubung singkat pada ke
3 slip ring. Dalam kondisi ini daya yang dihasilkan pada rotor sama seperti pada rotor sangkar.
b. Methode Start Motor Sangkar
Sebagaimana telah dikatakan bahwa besarnya arus start (arus mula) motor jenis rotor sangkar
adalah sampai 6 kali arus beban penuh. Misalnya untuk motor 150 Hp (110 kW) , 3.3.KV. Arus
beban penuh kira-kira 230 A, maka arus start yang diserap menjadi kira-kira 1150 sampai 1330
A. Oleh karena itu start langsung tidak dapat dilakukan karena arus yang besar memerlukan
sumber pasok yang cukup dan diameter kabel yang besar, sehingga harus digunakan metode
lain untuk menstart motor ukuran besar.
Gambar 65. Start Motor dengan Tahanan Luar
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
74/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 68
Metode yang lebih umum digunakan ialah dengan menurunkan tegangan suplai dan ini dapat
dicapai dengan :
Metode start bintang / delta
Metode start auto tranformator
Metode start dengan sangkar ganda
- Start dengan metode bintang / segi tiga
Pada gambar terlihat bahwa kedua ujung tiap pasa kumparan (semua ada 6 ) dibawa keluar
motor dan dihubungkan pada saklar khusus yang mempunyai 3 posisi, “ START “ , “OFF” ,
“RUN“ . Pada posisi “START“ kumparan terhubung bintang dan pada posisi “RUN“ kumpa ran
terhubung delta . Dengan demikian tegangan tiap fasa waktu start adalah 1/ 3 dari
tegangan pasoknya dan torsi start juga akan berkurang menjadi (1/ 3 ) 2 atau 1/3 dari torsi
jika distart langsung.
Penurunan torsi start merupakan salah satu keburukan dari metode ini, selain itu pengawatan
pada saklar pemindah dan pemindahan dari hubungan bintang ke segi tiga juga relatif rumit.
Prosedur start motor adalah memindahkan handel saklar dari posisi off ke posisi Start dan
menunggu sesaat hingga motor berjalan dengan kecepatan operasi. Selanjutnya handel
dipindahkan dengan cepat dari posisi Start melalui Off ke posisi Run. Pada beberapa instalasi,gerakan dari posisi Start ke posisi Run dilakukan secara otomatis.
Gambar 66. metode Start Delta
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
75/76
Simple Inspiring PerformIing Phenomenal 69
8. Switchgear
8.1 Fungsi Switchgear.
Switch gear merupakan suatu piranti yang berguna untuk mengendalikan distribusi energi listrik
atau untuk mengendalikan dan melindungi peralatan (beban) yang dihubungkan ke bus
bar.(Rel).
Switchgear dapat pula disebut sebagai pemutus beban (arus listrik) yang dapat dipindah-
pindahkan (dikeluarkan dari biliknya).
8.2 Type Switchgear
Sebagai peralatan yang berfungsi untuk memutus beban ( arus listrik ). Maka ketika
menghubungkan maupun memutus arus listrik, selalu terjadi loncatan busur api yang melintasi
kedua. Semakin besar daya yang dihubungkan atau diputus maka semakin besar pula busur
api yang timbul.
Untuk mengantisipasi timbulnya besar api ini pemutus dilengkapi dengan pemadam busur api.
Ditinjau dari jenis pemadamannya, maka switchgear yang biasa digunakan dapat digolongkanmenjadi 5 type yaitu :
a. Air Circuit Breaker (ACB)
b. Air Blast Circut Breaker (ABCB)
c. Vaccum Circuit Breaker (VCB)
d. Gas Circuit Breaker (GCB)
e. Oil Circuit Breaker (OCB)
Sedangkan berdasarkan sumber tegangan yang terhubung padanya maka switchgear dapat
digolongkan atas tiga type, yaitu :
a. Switchgear Tegangan Rendah (380 V)
b. Switchgear Tegangan Menengah (6 KV)
-
8/19/2019 Buku 4 (Teori Kelistrikan)
76/76
8.3 Peralatan Utama Switchgear
Sebagai piranti pemutus beban maka switchgear mempunyai beberapa komponen utama,
antara lain:
1. Mekanisme penggerak
2. Kontak (kontak utama dan kontak busur) kedua kontak ini digerakkan oleh mekanisme
penggerak.
3. Are Chutes (pemadam busur api ) berfungsi sebagai peredam busur api selama proses
pembukaan breaker pada saat terjadi arus beban lebih, hubung singkat dan lepas breaker.
8.4 Operasi Switchgear
Switchgear yang terpasang pada unit pembangkit pada umumnya dapat dioperasikan dari dua
tempat yaitu :
Local
Control Room
Di dalam pengoperasian switchgear peerlu kita mengetahui beberapa hal diantaranya.
Beban yang akan dipasok energi listrik lewat switchgear tersebut telah aman dari adanyahubung singkat pada beban.
Pastikan peralatan proteksi pada switchgear telah terpasang
Pastikan pemisah beban (PMS/DS) telah masuk
Setelah beberapa hal diatas telah terpenuhi dan aman maka PMT/CB dapat dioperasikan.
8.5 Proteksi Switchgear