BAB 3 - TRANSFORMATOR DAN SISTEM DISTRIBUSI DAYA

Prinsip Kerja Transformator

Komponen Transformator (trafo)

Transformator (trafo) adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Transformator terdiri dari 3 komponen pokok yaitu: kumparan pertama (primer) yang bertindak sebagai input, kumparan kedua (skunder) yang bertindak sebagai output, dan inti besi yang berfungsi untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan.

Bagian-Bagian Transformator

Contoh Transformator                    Lambang Transformator
Pada skema transformator di samping, ketika arus listrik dari sumber tegangan yang mengalir pada kumparan primer berbalik arah (berubah polaritasnya) medan magnet yang dihasilkan akan berubah arah sehingga arus listrik yang dihasilkan pada kumparan sekunder akan berubah polaritasnya.



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
Simbol Transformator

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).

1. 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).

1. Sebanding dengan banyaknya lilitan sekunder (Vs ~ Ns).

1. Sebanding dengan besarnya tegangan primer ( VS ~ VP).

1. Berbanding terbalik dengan banyaknya lilitan primer,

• Trafo step up/down untuk menaikkan atau menurunkan tegangan.

• Trafo adaptor untuk mengubah tegangan dari arus AC ke arus DC.

• Trafo IF (frekuensi menengah) untuk penguat frekuensi menengah pada radio penerima.

• Trafo OT (Out Put) digunakan pada rangkaian penguat, receiver dan perangkat audio atau audio visual.

Sistem Distribusi Daya

Prinsip Kerja Transformator

Prinsip kerja dari sebuah transformator adalah sebagai berikut. Ketika Kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan arus listrik pada kumparan primer menimbulkan medan magnet yang berubah. Medan magnet yang berubah diperkuat oleh adanya inti besi dan dihantarkan inti besi ke kumparan sekunder, sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder akan timbul ggl induksi. Efek ini dinamakan induktansi timbal-balik (mutual inductance).

Berdasarkan perbandingan antara jumlah lilitan primer dan jumlah lilitan skunder transformator ada dua jenis yaitu:

Pada transformator (trafo) besarnya tegangan yang dikeluarkan oleh kumparan sekunder adalah:

 Sehingga dapat dituliskan:

Penggunaan Transformator

Transformator (trafo) digunakan pada peralatan listrik terutama yang memerlukan perubahan atau penyesuaian besarnya tegangan bolak-balik. Misal radio memerlukan tegangan 12 volt padahal listrik dari PLN 220 volt, maka diperlukan transformator untuk mengubah tegangan listrik bolak-balik 220 volt menjadi tegangan listrik bolak-balik 12 volt. Contoh alat listrik yang memerlukan transformator adalah: TV, komputer, mesin foto kopi, gardu listrik dan sebagainya.

Fungsi Trafo

Transformator banyak digunakan dalam teknik elektro. Dalam sistem komunikasi, transformator digunakan pada rentang frekuensi audio sampai frekuensi radio dan video, untuk berbagai keperluan. Dalam setiap peralatan yang dibuat dari rangkaian elektronika selalu menggunakan trafo atau transformator.  Yang dimaksud dengan trafo ini adalah alat yang berbentuk gulungan kawat yang ber – fungsi untuk memindahkan tenaga dari input ke output.

Trafo yang dipergunakan dalam rangkaian elektronika berbeda fungsi – nya dengan trafo yang dipergunakan untuk teknik listrik.  Pada trafo untuk keperluan rangkaian elektronika biasanya berbentuk kecil dan dengan arus yang kecil pula, baik untuk trafo input maupun trafo outputnya.

Sedangkan kalau pada teknik listrik, meskipun bentuknya hampir sama, namun berbeda fungsi, dalam arti memiliki tegangan arus yang tinggi.  Tetapi dalam bentuk skemanya sama saja, baik untuk trafo arus tinggi, arus rendah, arus sedang, trafo step down.

Lambang untuk trafo dalam skema biasa disingkat Tr atau OT yang berarti output trafo dan IT berarti input trafo.  Jenis komponen ini bermacam-macam.  Sesuai dengan fungsi kegunaannya maka trafo terbagi ke dalam beberapa jenis :

Sistem Jaringan Distribusi

            Pada dasarnya dalam sistem tenaga listrik, dikenal 3 (tiga) bagian utama seperti pada gambar 2.1 yaitu :

·         Pusat – pusat pembangkit tenaga listrik, merupakan tempat dimana terdapat mesin –mesin yang membangkitkan tenaga listrik, dilengkapi dengan gardu induk penaik tegangan dimana tegangan rendah yang dihasilkan generator dinaikan menjadi tegangan tertentu dengan transformator penaik tegangan.

·         Saluran – saluran transmisi/saluran udara tegangan tinggi (SUTT) berfungsi menyalurkan tenaga listrik dari gardu induk pusat pembangkit ke gardu induk yang lain dengan jarak yang jauh.

Fungsi sistem jaringan adalah menyalurkan dan mendistribusikan tenaga listrik dari pusat suplai (gardu induk) ke pusat – pusat /kelompok beban (gardu trafo/distribusi) dan konsumen dengan mutu memadai.

            Pada bagian berikut akan diberikan penjelasan lebih detail mengenai sistem jaringan distribusi.

2.2 Sistem Jaringan Distribusi

Jaringan distribusi berdasarkan letak jaringan terhadap posisi gardu distribusi, dibedakan menjadi 2 (dua) yaitu : [2]

·         Jaringan distribusi primer (jaringan distribusi tegangan menengah).

·         Jaringan distribusi sekunder (jaringan distribusi tegangan rendah).

Jaringan distribusi primer (JDTM) merupakan suatu jaringan yang letaknya sebelum gardu ditribusi berfungsi menyalurkan tenaga listrik bertegangan menengah (misalnya 6 kV atau 20 kV).hantaran dapat berupa kabel dalam tanah atau saluran/kawat udara yang menghubungkan gardu induk (sekunder trafo) dengan gardu distribusi atau gardu hubung (sisi primer trafo didtribusi).

Jaringan distribusi sekunder (JDTR) merupakan suatu jaringan yang letaknya setelah gardu distribusi berfungsi menyalurkan tenaga listrik bertagangan rendah (misalnya 220 V/380 V). Hantaran berupa kabel tanah atau kawat udara yang menghubungkan dari gardu distribusi (sisi sekunder trafo distribusi) ke tempat konsumen atau pemakai (misalnya industri atau rumah – rumah).

Sedangkan untuk gardu distribusi sendiri adalah suatu tempat/ sarana, dimana terdapat transformator step down yaitu transformator yang menurunkan tegangan dari tegangan menengah menajdi tegangan rendah(sesuai kebutuhan konsumen).

Berdasarkan konfigurasi jaringan, maka sistem jaringan distribusi dapat dikelompokan menjadi 3 (tiga) macam, yaitu sistem jaringan distribusi radial, loop dan spindel.

2.3 Sistem Jaringan Distribusi Radial.

            Bentuk jaringan ini merupakan bentuk yang paling sederhana, banyak digunakan dan murah. Dinamakan radial karena saluran ini ditarik secara radial dari suatu titik yang merupakan sumberdari jaringan itu dan dicabang – cabangkan ke titik – titik beban yang dilayani, seperti terlihat pada gambar 2.2.

Catu daya berasal dari satu titik sumber dan karena adanya pencabangan – pencabangan tersebut, maka arus beban yang mengalir disepanjang saluran menjadi tidak sama sehingga luas penampang konduktor pada jaringan bentuk radial ini ukurannya tidak sama sehingga luas penampamg konduktor pada jaringan bentuk radial ini ukurannya tidak sama karena arus yang paling besar mengalir pada jaringan yang paling dekat dengan gardu induk. Sehingga saluran yang paling dekat dengan gardu induk ini ukuran penampangnya relatif besar dan saluran cabang – cabangnya makin ke ujung dengan arus beban yang lebih kecil mempunyai ukuran konduktornya lebih kecil pula. Spesifikasi dari jaringan bentuk radial ini adalah :

a.    Bentuknya sederhana.

b.    Biaya inverstasinya murah.

c.    Kualitas pelayanan dayanya relatif jelek, karena rugi tegangan dan rugi daya yang terjadi pada saluran relatif besar.

d.    Kontinuitas pelayanan daya kurang terjamin sebab antara titik sumber dan titik beban hanya ada satu alternatif saluran sehingga bila saluran tersebut mengalami pemadaman total, yaitu daerah saluran sesudah atau dibelakang titik gangguan selama gangguan belum teratasi.

Untuk melokalisisr gangguan pada bentuk radial ini biasanya dilengkapi dengan peralatan pengaman, fungsinya untuk membatasi daerah yang mengalami pemadaman total, yaitu daerah saluran sesudah atau dibelakang titik gangguan selama gangguan belum teratasi.

2.4 Sistem Jaringan Distribusi Loop.

            Jaringan ini merupakan bentuk tertutup, disebut juga bentuk jaringan ring.

Susunan rangkaian saluran membentuk ring, seperti terlihat pada gambar 2.3 yang memungkinkan titik beban terlayani dari dua arah saluran, sehingga kontinuitas pelayanan lebih terjamin serta kualitas dayanya menjadi lebih baik, karena drop tegangan dan rugi daya saluran menjadi lebih kecil.

Bentuk sistem jaringan distribusi loop ini ada 2 macam yaitu :

a.    Bentuk open loop, bila dilengkapi dengan normallly open switch yang terletak pada salah satu bagian gardu distribusi, dalam keadaan normal rangkaian selalu terbuka.

b.    Bentuk close loop, bila dilengkapi dengan normally close switch yang terletak pada salah satu bagian diantara gardu distribusi, dalam keadaan normal rangkaian selalu tertutup.

Struktur jaringan ini merupakan gabungan dari dua buah struktur jaringan radial, dimana pada  ujung dari dua buah jaringan dipasang sebuah pemutus (PMT), pemisah (PMS). Pada saat terjadi gangguan, setelah gangguan dapat diisolir, maka pemutus atau pemisah ditutup sehingga aliran daya lidtrik ke bagian yang tidak terkena gangguan tidak terhenti. Pada umumnya penghantar dari struktur ini mempunyai struktur yang sama, ukuran konduktor tersebut dipilih sehingga dapat menyalurkan seluruh daya listrik beban struktur loop, yang merupakan jumlah daya listrik beban dari kedua struktur radial.

Jaringan distribusi loop mempunyai kualitas dan kontinuitas pelayanan daya yang lebih baik, tetapi biaya investasi lebih mahal dan cocok digunakan pada  daerah yang padat dan memerlukan keandalan tinggi.

2.5 Sistem Jaringan Distribusi Spindel

Jaringan distribusi spindel (seperti gambar 2.4) merupakan saluran kabel tanah tegangan menengah (SKTM) yang penerapannya sangat cocok di kota – kota besar.

Adapun operasi sistem jaringan sebagai berikut :

a.    Dalam keadaan normal semua saluran digardu hubung (GH) terbuka sehingga semua SKTM beroperasi radial.

b.    Dalam keadaan normal saluran ekspress tidak dibebani dan dihubungkan dengan rel di gardu hubung dan digunakan sebagai pemasok cadangan dari gardu hubung.

c.    Bila salah satu seksi dari SKTM mengalami gangguan, maka saklar beban di kedua ujung seksi yang terganggu dibuka. Kemudian seksi – seksi sisi gardu induk (GI) mendapat suplai dari GI, dan seksi – seksi gardu hubung mendapat suplai dari gardu hubung melalui saluran ekspress.

Sistem jaringan distribusi spindel sangat cocok untuk memenuhi kebutuhan – kebutuhan antara lain :

a.    Peningkatan keandalan atau kontinuitas pelayanan sistem.

b.    Menunukan atau menekan rugi – rugi akibat gangguan.

c.    Sangat baik untuk mensuplai daerah beban yang memiliki kerapatan beban yang cukup tinggi.

d.    Perluasan jaringan mudah dilakukan.