TUGAS DASAR KONVERSI ENERGI TRAFO GARDU INDUK

TUGAS DASAR KONVERSI ENERGI

TRAFO GARDU INDUK

KARNADI

D01110053

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS TANJUNGPURA

PONTIANAK

2011

TRAFO GARDU INDUK

A.PENDAHULUAN

Transformator atau transformer atau trafo adalah komponen elektromagnet yang dapat mengubah taraf suatu tegangan AC ke taraf yang lain. Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Tegangan masukan bolak-balik yang membentangi primer menimbulkan fluks magnet yang idealnya semua bersambung dengan lilitan sekunder. Fluks bolak-balik ini menginduksikan GGL dalam lilitan sekunder. Jika efisiensi sempurna, semua daya pada lilitan primer akan dilimpahkan ke lilitan sekunder.Transformator gardu induk adalah jenis trafo yang banyak digunakan pada sistem distribusi listrik di pembangkit-pembangkit listrik.

B.PRINSIP KERJA TRANSFORMATOR GARDU INDUK

Prinsip kerja trafo gardu induk umumnya sama dengan transformator pada umumnya yaitu bekerja berdasarkan induksi elektromagnet yang terjadi di dalam transformator.fluks magnet yang terjadi,GGL dan hubungan antara tegangan primer dan sekunder dapat dicari dengan cara-cara sebagai berikut:

Rumus untuk fluks magnet yang ditimbulkan lilitan primer adalah dan rumus untuk GGL induksi yang terjadi di lilitan sekunder adalah .

Karena kedua kumparan dihubungkan dengan fluks yang sama, maka

dimana dengan menyusun ulang persamaan akan didapat sedemikian hingga . Dengan kata lain, hubungan antara tegangan primer dengan tegangan sekunder ditentukan oleh perbandingan jumlah lilitan primer dengan lilitan sekunder.

C.RUGI-RUGI PADA TRANSFORMATOR

Perhitungan diatas hanya berlaku apabila kopling primer-sekunder sempurna dan tidak ada kerugian, tetapi dalam praktek terjadi beberapa kerugian yaitu:

1. kerugian tembaga. Kerugian dalam lilitan tembaga yang disebabkan oleh resistansi tembaga dan arus listrik yang mengalirinya.
2. Kerugian kopling. Kerugian yang terjadi karena kopling primer-sekunder tidak sempurna, sehingga tidak semua fluks magnet yang diinduksikan primer memotong lilitan sekunder. Kerugian ini dapat dikurangi dengan menggulung lilitan secara berlapis-lapis antara primer dan sekunder.
3. Kerugian kapasitas liar. Kerugian yang disebabkan oleh kapasitas liar yang terdapat pada lilitan-lilitan transformator. Kerugian ini sangat memengaruhi efisiensi transformator untuk frekuensi tinggi. Kerugian ini dapat dikurangi dengan menggulung lilitan primer dan sekunder secara semi-acak (bank winding)
4. Kerugian histeresis. Kerugian yang terjadi ketika arus primer AC berbalik arah. Disebabkan karena inti transformator tidak dapat mengubah arah fluks magnetnya dengan seketika. Kerugian ini dapat dikurangi dengan menggunakan material inti reluktansi rendah.
5. Kerugian efek kulit. Sebagaimana konduktor lain yang dialiri arus bolak-balik, arus cenderung untuk mengalir pada permukaan konduktor. Hal ini memperbesar kerugian kapasitas dan juga menambah resistansi relatif lilitan. Kerugian ini dapat dikurang dengan menggunakan kawat Litz, yaitu kawat yang terdiri dari beberapa kawat kecil yang saling terisolasi. Untuk frekuensi radio digunakan kawat geronggong atau lembaran tipis tembaga sebagai ganti kawat biasa.
6. Kerugian arus eddy (arus olak). Kerugian yang disebabkan oleh GGL masukan yang menimbulkan arus dalam inti magnet yang melawan perubahan fluks magnet yang membangkitkan GGL. Karena adanya fluks magnet yang berubah-ubah, terjadi olakan fluks magnet pada material inti. Kerugian ini berkurang kalau digunakan inti berlapis-lapisan.

D.BAGIAN BAGIAN TRANSFORMATOR GARDU INDUK

1.      Inti besi

Inti besi berfungsi untuk mempermudah jalan fluksi, yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melalui kumparan. Dibuat dari lempengan-lempengan besi tipis yang berisolasi, untuk mengurangi panas (sebagai rugi-rugi besi) yang ditimbulkan oleh “Eddy Current”.

2.      Kumparan trafo

Beberapa lilitan kawat berisolasi membentuk suatu kumparan. Kumparan tersebut diisolasi baik terhadap inti besi maupun terhadap kumparan lain dengan isolasi padat seperti karton, pertinax dan lain-lain.

Umumnya pada trafo terdapat kumparan primer dan sekunder. Bila kumparan primer dihubungkan dengan tegangan/arus bolak-balik maka pada kumparan tersebut timbul fluksi yang menginduksikan tegangan, bila pada rangkaian sekunder ditutup (rangkaian beban) maka akan mengalir arus pada kumparan ini. Jadi kumparan sebagai alat transformasi tegangan dan arus.

3.      Kumparan tertier

Kumparan tertier diperlukan untuk memperoleh tegangan tertier atau untuk kebutuhan lain. Untuk kedua keperluan tersebut, kumparan tertier selalu dihubungkan delta. Kumparan tertier sering dipergunakan juga untuk penyambungan peralatan bantu seperti kondensator synchrone, kapasitor shunt dan reactor shunt, namun demikian tidak semua trafo daya mempunyai kumparan tertier.

4.      Minyak trafo

Sebagian besar trafo tenaga kumparan-kumparan dan intinya direndam dalam minyak-trafo, terutama trafo-trafo tenaga yang berkapasitas besar, karena minyak trafo mempunyai sifat sebagai media pemindah panas (disirkulasi) dan bersifat pula sebagai isolasi (daya tegangan tembus tinggi) sehingga berfungsi sebagai media pendingin dan isolasi.

E.KOMPONEN LAIN YANG BERHUBUNGAN DENGAN TRAFO GARDU INDUK

Gardu induk merupakan suatu sistem Instalasi listrik yang terdiri dari beberapa perlengkapan peralatan listrik dan menjadi penghubung listrik dari jaringan transmisi ke jaringan distribusi perimer. Perlengkapan peralatan listrik tersebut antara lain:

1. Busbar atau Rel
Merupakan titik pertemuan/hubungan antara trafo-trafo tenaga, Saluran Udara TT, Saluran Kabel TT dan peralatan listrik lainnya untuk menerima dan menyalurkan tenaga listrik/daya listrik. Ada beberapa jenis konfigurasi busbar yang digunakan saat ini, antara lain:

- Sistem cincin atau ring, semua rel/busbar yang ada tersambung satu sama lain dan membentuk seperti ring/cicin.

gambar 1. Sistem Cincin atau ring

- Busbar Tunggal atau Single busbar, semua perlengkapan peralatan listrik dihubungkan hanya pada satu / single busbar pada umumnya gardu dengan sistem ini adalah gardu induk diujung atau akhir dari suatu transmisi.

Gambar 2. Sistem busbar tunggal atau single busbar

- Busbar Ganda atau double busbar, Adalah gardu induk yang mempunyai dua / double busbar . Sistem ini sangat umum, hamper semua gardu induk menggunakan sistem ini karena sangat efektif untuk mengurangi pemadaman beban pada saat melakukan perubahan.

Gambar 3. Sistem Busbar Ganda atau double Busbar.

- Busbar satu setengah atau one half busbar, gardu induk dengan konfigurasi seperti ini mempunyai dua busbar juga sama seperti pada busbar ganda, tapi konfigurasi busbar seperti ini dipakai pada Gardu induk Pembangkitan dan gardu induk yang sangat besar, karena sangat efektif dalam segi operasional dan dapat mengurangi pemadaman beban pada saat melakukan perubahan sistem. Sistem ini menggunakan 3 buah PMT didalam satu diagonal yang terpasang secara seri.

Gambar 4. Sistem Busbar satu setengah atau one half busbar.

2. Ligthning Arrester
biasa disebut dengan Arrester dan berfungsi sebagai pengaman instalasi (peralatan listrik pada instalasi Gardu Induk) dari gangguan tegangan lebih akibat sambaran petir (ligthning Surge) maupun oleh surja hubung ( Switching Surge ).

3. Transformator instrument atau Transformator ukur
Untuk proses pengukuran digardu induk diperlukan tranformator instrumen. Tranformator instrument ini dibagi atas dua kelompok yaitu:

- Transformator Tegangan, adalah trafo satu fasa yang menurunkan tegangan tinggi menjadi tegangan rendah yang dapat diukur dengan Voltmeter yang berguna untuk indikator, relai dan alat sinkronisasi.

- Transformator arus, digunakan untuk pengukuran arus yang besarnya ratusan amper lebih yang mengalir pada jaringan tegangan tinggi. Jika arus yang mengalir pada tegangan rendah dan besarnya dibawah 5 amper, maka pengukuran dapat dilakukan secara langsung sedangkan untuk arus yang mengalir besar, maka harus dilakukan pengukuran secara tidak langsung dengan menggunakan trafo arus (sebutan untuk trafo pengukuran arus yang besar). Disamping itu trafo arus berfungsi juga untuk pengukuran daya dan energi, pengukuran jarak jauh dan rele proteksi.

- Transformator Bantu (Auxilliary Transformator), trafo yang digunakan untuk membantu beroperasinya secara keseluruhan gardu induk tersebut. Dan merupakan pasokan utama untuk alat-alat bantu seperti motor-motor listrik 3 fasa yang digunakan pada motor pompa sirkulasi minyak trafo beserta motor motor kipas pendingin. Yang paling penting adalah sebagai pemasok utama sumber tenaga cadangan seperti sumber DC, dimana sumber DC ini merupakan sumber utama jika terjadi gangguan dan sebagai pasokan tenaga untuk proteksi sehingga proteksi tetap bekerja walaupun tidak ada pasokan arus AC.

Transformator bantu sering disebut sebagai trafo pemakaian sendiri sebab selain fungsi utama diatas, juga digunakan untuk penerangan, sumber untuk sistim sirkulasi pada ruang baterai, sumber pengggerak mesin pendingin (Air Conditioner) karena beberapa proteksi yang menggunakan elektronika/digital diperlukan temperatur ruangan dengan temperatur antara 20ºC -28ºC.

Untuk mengopimalkan pembagian sumber tenaga dari transformator bantu adalah pembagian beban yang masing-masing mempunyai proteksi sesuai dengan kapasitasnya masing-masing. Juga diperlukan pembagi sumber DC untuk kesetiap fungsi dan bay yang menggunakan sumber DC sebagai penggerak utamanya. Untuk itu disetiap gardu induk tersedia panel distribusi AC dan DC.

4. Sakelar Pemisah (PMS) atau Disconnecting Switch (DS)
Berfungsi untuk mengisolasikan peralatan listrik dari peralatan lain atau instalasi lain yang bertegangan. PMS ini boleh dibuka atau ditutup hanya pada rangkaian yang tidak berbeban. Mengenai Sakelar pemisah akan dibahas pada postingan selanjutnya.

5. Sakelar Pemutus Tenaga (PMT) atau Circuit Breaker (CB)
Berfungsi untuk menghubungkan dan memutuskan rangkaian pada saat berbeban (pada kondisi arus beban normal atau pada saat terjadi arus gangguan). Pada waktu menghubungkan atau memutus beban, akan terjadi tegangan recovery yaitu suatu fenomena tegangan lebih dan busur api, oleh karena itu sakelar pemutus dilengkapi dengan media peredam busur api tersebut, seperti media udara dan gas SF6. Mengenai PMT atau CB ini sudah dibahas pada artikel sebelumnya di sini dan sini.

6. Sakelar Pentanahan
Sakelar ini untuk menghubungkan kawat konduktor dengan tanah / bumi yang berfungsi untuk menghilangkan/mentanahkan tegangan induksi pada konduktor pada saat akan dilakukan perawatan atau pengisolasian suatu sistem. Sakelar Pentanahan ini dibuka dan ditutup hanya apabila sistem dalam keadaan tidak bertegangan (PMS dan PMT sudah membuka)

7. Kompensator
Kompensator didalam sistem Penyaluran tenaga Listrik disebut pula alat pengubah fasa yang dipakai untuk mengatur jatuh tegangan pada saluran transmisi atau transformator, dengan mengatur daya reaktif atau dapat pula dipakai untuk menurunkan rugi daya dengan memperbaiki faktor daya. Alat tersebut ada yang berputar dan ada yang stationer, yang berputar adalah kondensator sinkron dan kondensator asinkron, sedangkan yang stationer adalah kondensator statis atau kapasitor shunt dan reaktor shunt.

7. Peralatan SCADA dan Telekomunikasi
Data yang diterima SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) interface dari berbagai masukan (sensor, alat ukur, relay, dan lain lain) baik berupa data digital dan data analog dan dirubah dalam bentuk data frekwensi tinggi (50 kHz sampai dengan 500 kHz) yang kemudian ditransmisikan bersama tenaga listrik tegangan tinggi. Data frekwensi tinggi yang dikirimkan tidak bersifat kontinyu tetapi secara paket per satuan waktu. Dengan kata lain berfungsi sebagai sarana komunikasi suara dan komunikasi data serta tele proteksi dengan memanfaatkan penghantarnya dan bukan tegangan yang terdapat pada penghantar tersebut. Oleh sebab itu bila penghantar tak bertegangan maka Power Line Carrier (PLC) akan tetap berfungsi asalkan penghantar tersebut tidak terputus. Dengan demikian diperlukan peralatan yang berfungsi memasukkan dan mengeluarkan sinyal informasi dari energi listrik di ujung-ujung penghantar. Materi ini akan dibahas lebih lanjut pada artikel selanjutnya.

8. Rele Proteksi dan Papan Alarm (Announciator)
Rele proteksi yaitu alat yang bekerja secara otomatis untuk mengamankan suatu peralatan listrik saat terjadi gangguan, menghindari atau mengurangi terjadinya kerusakan peralatan akibat gangguan dan membatasi daerah yang terganggu sekecil mungkin. Kesemua manfaat tersebut akan memberikan pelayanan penyaluran tenaga listrik dengan mutu dan keandalan yang tinggi. Sedangkan papan alarm atau announciator adalah sederetan nama-nama jenis gangguan yang dilengkapi dengan lampu dan suara sirine pada saat terjadi gangguan, sehingga memudahkan petugas untuk mengetahui rele proteksi yang bekerja dan jenis gangguan yang terjadi.

F.APLIKASI TRAFO GARDU INDUK

   

Gambar 1.Perawatan trafo gardu induk di PLTD Jati Luhur,Jawa tengah.

Gambar 2.Perawatan trafo gardu induk di PLTD Siantan.