BAB II LANDASAN TEORI

Tugas Akhir 2013 Universitas Mercubuana

BAB II LANDASAN TEORI

2.1

Teori Dasar Listrik Dalam teori listrik dikenal adanya besaran dan satuan listrik yaitu: Tegangan Listrik (beda potensial antara dua penghantar yang bermuatan listrik dalam Volt), sedangkan arus listrik (muatan lsitrik yang mengalir pada suatu penghantar dari yang berpotensial tinggi ke rendah dalam Ampere), Frekuensi (banyaknya siklus atau periode gelombang berjalan arus listrik Bolak-balik selama satu detik dalam Hertz), Hambatan/ tahanan hal-hal yang dapat menghambat proses mengalirnya arus listrik dalam Ohm). Daya Listrik (Daya semu dalam va, Daya nyata/aktif dalam watt, Daya reatif dalam var), Beban Listrik (Beban Resistif contoh lampu pijar, Beban induktif contoh transformator, motor listrik, Beban kapasitif contoh kapasitor). Dari ketiga Daya tersebut terdapat suatu hubungan yang dapat ditunjukkan pada Gambar,

Gambar 2.1. Segi Tiga Daya

10


Perbandingan antara besar daya aktif dengan daya semu disebut faktor daya (cos θ), θ adalah sudut yang dibentuk antara daya aktif dan daya semu. Faktor daya ini terjadi karena adanya pergeseran fasa yang disebabkan oleh adanya beban induktif/kumparan dan beban kapasitif. Dalam teori listrik arus bolak-balik penjumlahan daya dilakukan secara vektoris, yang dibentuk vektornya merupakan segitiga siku-siku, yang dikenal dengan segitiga daya. Sudut θ merupakan sudut pergeseran fasa, semakin besar sudutnya, semakin besar Daya Semu (S), dan semakin besar pula Daya Reaktif (Q), sehingga faktor dayanya (cosθ)semakin kecil. Daya reaktif adalah daya yang hilang, atau daya rugi-rugi sehingga semakin besar sudutnya atau semakin kecil faktor dayanya maka rugi-ruginya semakin besar.

(

)=

(

(

)

)

……………………………………… (2.1)

Dimana: P

= Daya Nyata

( Watt )

S

= Daya Semu

( VA )

fp ( cos φ )

= Faktor Daya

2.1.1 Arus Listrik Arus listrik adalah mengalirnya elektron secara terus menerus dan berkesinambungan pada konduktor akibat perbedaan jumlah elektron pada 11


beberapa lokasi yang jumlah elektronnya tidak sama. satuan arus listrik adalah Ampere. Arus listrik bergerak dari terminal positif (+) ke terminal negatif (-), sedangkan aliran listrik dalam kawat logam terdiri dari aliran elektron yang bergerak dari terminal negatif (-) ke terminal positif(+), arah arus listrik dianggap berlawanan dengan arah gerakan elektron.

Gambar 2.2. Arah arus listrik dan arah gerakan elektron.

“1 ampere arus adalah mengalirnya elektron sebanyak 624x10^16 (6,24151 × 10^18) atau sama dengan 1 Coulumb per detik melewati suatu penampang konduktor”

Rumus arus listrik adalah:

=

………………..……………………………………. (2.2)

Dimana: I

= Besarnya arus listrik yang mengalir

( Ampere )

Q

= Besarnya muatan listrik

( Coulomb )

12


t

= waktu

( Detik )

2.1.2 Kuat Arus Kuat Arus adalah arus yang tergantung pada banyak sedikitnya elektron bebas yang pindah melewati suatu penampang kawat dalam satuan waktu. Definisi : “Ampere adalah satuan kuat arus listrik yang dapat memisahkan 1,118 milligram perak dari nitrat perak murni dalam satu detik”. Rumus–rumus untuk menghitung banyaknya muatan listrik, kuat arus dan waktu:

=

=

=

………………………………………………..…. (2.3)

Dimana : Q

=

Banyaknya muatan listrik

( coulomb )

I

=

Kuat Arus

( Amper )

t

=

Waktu

( Detik )

Kuat arus listrik biasa juga disebut dengan arus listrik, muatan listrik memiliki muatan positip dan muatan negatif. Muatan positip dibawa oleh proton, dan muatan negatif dibawa oleh elektro. Satuan muatan ”coulomb 13


(C)”, muatan proton +1,6 x 10^-19C, sedangkan muatan elektron -1,6x 10^-19C. Muatan yang bertanda sama saling tolak menolak, muatan bertanda berbeda saling tarik menarik.

2.1.3 Rapat Arus Difinisi rapat arus ialah besarnya arus listrik tiap-tiap mm² luas penampang kawat.

Gambar 2.3. Kerapatan arus listrik.

Arus listrik mengalir dalam kawat penghantar secara merata menurut luas penampangnya. Arus listrik 12 A mengalir dalam kawat berpenampang 4mm², maka kerapatan arusnya 3A/mm² (12A/4 mm²), ketika penampang penghantar mengecil 1,5mm², maka kerapatan arusnya menjadi 8A/mm² (12A/1,5 mm²). Kerapatan arus berpengaruh pada kenaikan temperatur. Suhu penghantar dipertahankan sekitar 300°C, dimana kemampuan hantar arus kabel sudah ditetapkan dalam tabel Kemampuan Hantar Arus (KHA).

14


Tabel 2.1. Kemampuan Hantar Arus (KHA)

Berdasarkan tabel KHA kabel pada tabel diatas, kabel berpenampang 4 mm², 2 inti kabel memiliki KHA 30A, memiliki kerapatan arus 8,5A/mm². Kerapatan arus berbanding terbalik dengan penampang penghantar, semakin besar penampang penghantar kerapatan arusnya mengecil. Rumus-rumus dibawah ini untuk menghitung besarnya rapat arus, kuat arus dan penampang kawat:

=

=

=

……………………………………………. (2.4)

Dimana: J

=

Rapat arus

[ A/mm²]

I

=

Kuat arus

[ Amp]

A

=

luas penampang kawat

[ mm²]

15


2.1.4 Tahanan dan Daya Hantar Penghantar Penghantar dari bahan metal mudah mengalirkan arus listrik, tembaga dan aluminium memiliki daya hantar listrik yang tinggi. Bahan terdiri dari kumpulan atom, setiap atom terdiri proton dan elektron. Aliran arus listrik merupakan aliran elektron. Elektron bebas yang mengalir ini mendapat hambatan saat melewati atom sebelahnya. Akibatnya terjadi gesekan elektron denganatom dan ini menyebabkan penghantar panas. Tahanan penghantar memiliki sifat menghambat yang terjadi pada setiap bahan.  Tahanan didefinisikan 1 Ω (satu Ohm) adalah tahanan satu kolom air raksa yang panjangnya 1063 mm dengan penampang 1 mm² pada temperatur 0° C.  Daya hantar didefinisikan sebagai berikut: Kemampuan penghantar arus atau daya hantar arus sedangkan penyekat atau isolasi adalah suatu bahan yang mempunyai tahanan yang besar sekali sehingga tidak mempunyai daya hantar atau daya hantarnya kecil yang berarti sangat sulit dialiri arus listrik.

Rumus untuk menghitung besarnya tahanan listrik terhadap daya hantar arus:

=

=

………………………………………………. (2.5) 16


Dimana : R

=

Tahanan/resistansi

[ Ω/ohm]

G

=

Daya hantar arus /konduktivitas

[Y/mho]

Gambar 2.4. Resistansi Konduktor

Tahanan

penghantar

besarnya

berbanding

terbalik

terhadap

luas

penampangnya dan juga besarnya tahanan konduktor sesuai hukum Ohm. Bila suatu penghantar dengan panjang l , dan diameter penampang q serta tahanan jenis ρ (rho), maka tahanan penghantar tersebut adalah :

=

……………………………………………. (2.6)

17


Dimana : R

=

Tahanan kawat

[ Ω/ohm]

l

=

Panjang kawat

[meter/m]

ρ

=

Tahanan jenis kawat

[Ωmm²/meter]

A

=

Luas penampang kawat

[mm²]

Faktot-faktor yang mempengaruhi nilai resistant atau tahanan, karena tahanan suatu jenis material sangat tergantung pada : •

Panjang penghantar.

•

Luas penampang konduktor.

•

Jenis konduktor .

•

Temperatur.

Tahanan penghantar dipengaruhi oleh temperatur, ketika temperatur meningkat ikatan atom makin meningkat akibatnya aliran elektron terhambat. Dengan demikian kenaikan temperatur menyebabkan kenaikan tahanan penghantar. Suatu saluran transmisi akan mempunyai resistansi dan induktansi seri, yang bersama-sama membentuk impedansi seri dari kawat-kawat penghantar, serta konduktansi dan kapasitansi shunt dari dielektrikum yang terdapat di antara penghantar-penghantar, yang bersama-sama membentuk admitansi shunt dari saluran.

18


Gambar 2.5. Saluran Transmisi ditinjau dari Sudut Rangkaian

 Konduktansi Konduktansi (G) didefinisikan sebagai ukuran kemampuan suatu bahan untuk mengalirkan muatan dan dalam standar SI mempunyai satuan siemens (S). Nilai konduktansi yang besar menunjukkan bahwa bahan tersebut mampu mengkonduksikan arus dengan baik, tetapi nilai konduktansi yang rendah menunjukkan bahan itu susah mengalirkan muatan. Secara matematis, konduktansi merupakan kebalikan dari resistansi. Jadi

=

[siemens, S] ………………………………….… (2.7)

Dimana: R

=

Resistansi

[Ω/ohm].

19


 Admitansi Admitansi adalah perbandingan arus listrik efektif terhadap tegangan efektifnya untuk isyarat (sinyal) listrik bolak-balik (yang berbentuk sinusoida). Lambang admitansi adalah Y dengan satuan Siemens. Jadi admitansi berlaku dalam suatu kalang (lingkaran arus) AC (alternating current).

=

(Siemens)

Admitansi adalah kebalikan dari impedansi. =

1

Untuk resistansi Untuk

reaktansi

,⇒

=

=

induktif

(Suseptansi Induktif)

( Konduktansi ) ⟹

⇒

Untuk reaktansi Kapasitif Kapasitif)

= =

= =

= =

= − (Suseptnsi

Jika diketahui Z1 = R, Z2 = XL = jωL, Z3 = XC = -j/ωC, maka admitansi total adalah: 1 1

= =

1 1 1 + + 1 2 3

1

+

1

+

1

−

=

1

−

1

+ 20


1

=

1

=

+ ±

1

− ⇒

=

−

1

Jadi jika diketahui impedansi kompleks, kompleksnya adalah; =

Dimana :

⇒

−

±

±

maka admitansi

…………………………………… (2.8)

Z

=

Impedansi

R

=

Resistansi

X

=

Reaktansi

jx

=

Reaktansi Induktif

-jx

=

Reaktansi Kapasitif

Y

=

Admitansi

G

=

Konduktansi

B

=

Suseptansi

jB

=

Suseptansi Kapasitif

-jB =

=

Suseptansi Induktif

 Impedansi Impedansi adalah ukuran nilai tahanan suatu komponen terhadap arus yang melaluinya dan ukuran nilainya adalah ohm (Ω). Secara umumnya untuk menjelaskan apa itu impedansi adalah seberapa besar sirkuit (dalam hal ini adalah capacitor) menghambat laju arus listrik. 21


Semakin kecil nilai impedansi, maka semakin baik. Impedansi semakin kecil juga berarti semakin kecil pula disipasi panas dari komponen tersebut. Impedansi dan hambatan (resistansi) keduanya memiliki satuan yang sama yaitu ohm. Dalam koordinat Kartesius,

=

+

………………………………………………. (2.9)

Dimana: =

Impedansi

(Ω)

=

Resistansi

(Ω)

=

Reaktansi

(Ω)

=

Bilangan Imajiner

 Kapasitansi Kapasitansi atau kapasitans adalah ukuran jumlah muatan listrik yang disimpan (atau dipisahkan) untuk sebuah potensial listrik yang telah ditentukan. Bentuk paling umum dari piranti penyimpanan muatan adalah sebuah kapasitor dua lempeng/pelat/keping. Jika muatan di lempeng/pelat/keping adalah +Q dan –Q, dan V adalah tegangan listrik antar lempeng/pelat/keping, maka rumus kapasitans adalah:

=

……………………………………………………... (2.10) 22


Dimana: C

=

Kapasitansi yang diukur

( Farad )

Q

=

Muatan yang diukur

( coulomb )

V

=

Voltase yang diukur

( volt )

Unit SI dari kapasitansi adalah farad; 1 farad = 1 coulomb per volt.

2.1.5 Potensial atau Tegangan Potensial listrik adalah fenomena berpindahnya arus listrik akibat lokasi yang berbeda potensialnya.dari hal tersebut, kita mengetahui adanya perbedaan potensial listrik yang sering disebut “potential difference atau perbedaan potensial”. satuan dari potential difference adalah Volt. Satu Volt adalah beda potensial antara dua titik saat melakukan usaha satu joule untuk memindahkan muatan listrik satu coulomb. Rumus beda potensial atau tegangan adalah:

=

………………………………………………. (2.11)

Dimana: V

=

Beda potensial atau tegangan

( Volt )

W

=

Usaha

( Joule )

Q

=

Muatan listrik

( Coulomb )

23


2.1.6 Hukum Ohm Pada suatu rangkaian tertutup, Besarnya arus I berubah sebanding dengan tegangan V dan berbanding terbalik dengan beban tahanan R, atau dinyatakan dengan Rumus :

=

=

=

…………………………………….…………..

(2.12)

Dimana; I

=

Arus listrik

( Ampere )

V

=

Tegangan

( Volt )

R

=

Resistansi atau tahanan

( Ohm )

•

Rumus untuk menghitung Daya (P), dalam satuan watt adalah:

P=IxV P=IxIxR P = I² x R

…………………………………………… (2.13)

Dimana; P

=

Daya Listrik

( Watt )

I

=

Arus listrik

( Ampere ) 24


V

=

Tegangan

( Volt )

R

=

Resistansi atau tahanan

( Ohm )

2.1.7 Hukum KIRCHOFF Pada setiap rangkaian listrik, jumlah aljabar dari arus-arus yang bertemu di satu titik adalah nol (ΣI=0).

Gambar 2.6. Loop arus Kirchoff

Jadi: I1 + (-I2) + (-I3) + I4 + (-I5 ) = 0 I1 + I4 = I2 + I3 + I5

…………………………… (2.14)

25


2.2

Sistem Distribusi Daya Listrik Sistem tenaga listrik merupakan suatu sistem yang terpadu oleh hubungan-hubungan peralatan dan komponen listrik seperti: generator, transformator, jaringan tenaga listrik dan beban-beban listrik atau pelanggan. Pendistribusian tenaga listrik adalah bagian dari suatu proses sistem tenaga listrik yang secara garis besar dapat dibagi menjadi tiga tahap yaitu: 1)

Proses produksi di pusat-pusat pembangkit tenaga listrik (PLTA, PLTG, PLTU)

2) Proses penyaluran daya/transmisi dengan tegangan tinggi (30, 70, 150, 500 KV) dari pusat-pusat pembangkit ke gardu-gardu induk. 3)

Proses

pendistribusian

tenaga

listrik

dengan

tegangan

menengah/melalui jaringan Distribusi primer (misal 11 atau 20 KV) dan tegangan rendah/jaringan distribusi sekunder (110, 220, 380 V).

Jaringan distribusi adalah semua bagian dari suatu sistem yang menunjang pendistribusian tenaga listrik yang berasal dari gardu-gardu induk. Sedangkan komponen-komponen jaringan distribusi adalah Jaringan distribusi primer (suatu jaringan dengan system 20 KV), gardu distribusi (suatu sistem dengan peralatan utama trafo untuk menurunkan tagangan), jaringan Distribusi sekunder (suatu jaringan dengan system tegangan 110 V, 220 V, 380 V). Klasifikasi jaringan distribusi menurut strukturnya antara lain:

26


1) Struktur jaringan radial 2) Struktur jaringan loop 3) Struktur jaringan spindle 4) Struktur jaringan Hantaran Penghubung (Tie Line) 5) Struktur jaringan Gugus atau Kluster

2.3

Perangkat Rele Proteksi Sistem proteksi/pengaman suatu tenaga listrik yang membentuk suatu pola pengaman tidaklah hanya relay pengaman saja tetapi juga Current Transformer [CT] dan Voltage Transformer [VT] yang merupakan perangkat instrumen pada relay pengaman, sumber daya DC merupakan sumber untuk mengoperasikan relay pengaman dan pemutus tenaga PMT/CB yang akan menerima perintah akhir dari relay pengaman. Jadi sistem proteksi/pengaman tenaga listrik adalah satu kesatuan antara CT, VT, Relay, sumber DC, dan PMT. Adanya kesalahan dari salah satu komponen tersebut akan berakibat sistem tersebut tidak jalan. Relay proteksi dapat merasakan adanya gangguan pada peralatan yang diamankan dengan mengukur atau membandingkan besaran-besaran yang diterimanya, misalnya arus, tegangan, daya, sudut fasa, frekuensi, impedansi dan sebagainya, dengan besaran yang telah ditentukan, kemudian mengambil

keputusan untuk seketika ataupun dengan

perlambatan waktu membuka pemutus tenaga.

27


Tugas relay proteksi juga berfungsi menunjukkan lokasi dan macam gangguannya. Dengan data tersebut memudahkan analisa dari gangguannya. Dalam beberapahal relay hanya memberi tanda adanya gangguan atau kerusakan, jika dipandang gangguan atau kerusakan tersebut tidak membahayakan. Dari uraian di atas maka relay proteksi pada sistem tenaga listrik berfungsi untuk: a) Merasakan, mengukur dan menentukan bagian sistem yang terganggu serta memisahkan secepatnya sehingga sistem lainnya yang tidak terganggu dapat beroperasi secara normal. b) Mengurangi kerusakan yang lebih parah dari peralatan yang terganggu. c) Mengurangi pengaruh gangguan terhadap bagian sistem yang lain yang tidak terganggu di dalam sistem tersebut serta mencegah meluasnya gangguan. d) Memperkecil bahaya bagi manusia. Untuk mendapatkan daerah pengaman yang cukup baik, dalam sistem tenaga listrik terbagi di dalam suatu daerah pengaman yang cukup dengan pemutusan subsistem seminimum mungkin.Untuk memenuhi fungsi di atas, relay proteksi harus memenuhi persyaratan berikut: 1. Selektif 2. Reliable (Dapat Diandalkan) 3. Cepat 4. Sensitif 5. Ekonomis dan Sederhana.

28


Proteksi terdiri dari seperangkat peralatan yang merupakan sistem yang terdiri dari komponen-komponen berikut:

2.3.1 Relay Relay, sebagai alat perasa untuk mendeteksi adanya gangguan yang selanjutnya memberi perintah trip kepada Pemutus Tenaga (PMT). Relay adalah komponen elektronika berupa saklar elektronik yang digerakkan oleh arus listrik. Secara prinsip, relay merupakan tuas saklar dengan lilitan kawat pada batang besi(solenoid) di dekatnya. Ketika solenoid dialiri arus listrik, tuas akan tertarik karena adanya gaya magnet yang terjadi pada solenoid sehingga kontak saklar akan menutup. Pada saat arus dihentikan, gaya magnet akan hilang, tuas akan kembali ke posisi semula dan kontak saklar kembali terbuka.Relay biasanya digunakan untuk menggerakkan arus/tegangan yang besar (misalnya peralatan listrik 4 ampere AC 220 V) dengan memakai arus/tegangan yang kecil (misalnya 0.1 ampere 12 Volt DC). Relay yang paling sederhana ialah relay elektromekanis yang memberikan pergerakan mekanis saat mendapatkan energi listrik. Secara sederhana relay elektromekanis ini didefinisikan sebagai berikut : 

Alat yang menggunakan gaya elektromagnetik untuk menutup (atau membuka) kontak saklar.



Saklar yang digerakkan (secara mekanis) oleh daya/energi listrik. Dalam pemakaiannya biasanya relay yang digerakkan dengan arus

DC dilengkapi dengan sebuah dioda yang di-paralel dengan lilitannya dan

29


dipasang terbaik yaitu anoda pada tegangan (-) dan katoda pada tegangan (+). Ini bertujuan untuk mengantisipasi sentakan listrik yang terjadi pada saat relay berganti posisi dari on ke off agar tidak merusak komponen di sekitarnya. Konfigurasi dari kontak-kontak relay ada tiga jenis, yaitu:  Normally Open (NO), apabila kontak-kontak tertutup saat relay dicatu.  Normally Closed (NC), apabila kontak-kontak terbuka saat relay dicatu. Change Over (CO), relay mempunyai kontak tengah yang normal tertutup, tetapi ketika relay dicatu kontak tengah tersebut akan membuat hubungan dengan kontak-kontak yang lain. Penggunaan relay perlu memperhatikan tegangan pengontrolnya serta kekuatan relay men-switch arus/tegangan. Biasanya ukurannya tertera pada body relay. Misalnya relay 12VDC/4 A 220V, artinya tegangan yang diperlukan sebagai pengontrolnya adalah 12Volt DC dan mampu men-switch arus listrik (maksimal) sebesar 4 ampere pada tegangan 220 Volt. Sebaiknya relay difungsikan 80% saja dari kemampuan maksimalnya agar aman, lebih rendah lagi lebih aman.Relay jenis lain ada yang namanya reedswitch atau relay lidi. Relay jenis ini berupa batang kontak terbuat dari besi pada tabung kaca kecil yang dililitin kawat. Pada saat lilitan kawat dialiri arus, kontak besi tersebut akan menjadi magnet dan saling menempel sehingga menjadi saklar yang on.

30


Ketika arus pada lilitan dihentikan medan magnet hilang dan kontak kembali terbuka (off).

Gambar 2.7. Relay

Prinsip Kerja Relay Relay terdiri dari Coil & Contact, coil adalah gulungan kawat yang mendapat arus listrik, sedang contact adalah

sejenis saklar yang

pergerakannya tergantung dari ada tidaknya arus listrik dicoil. Contact ada 2 jenis : Normally Open (kondisi awal sebelum diaktifkan open), dan Normally Closed (kondisi awal sebelum diaktifkan close).

Secara

sederhana berikut ini prinsip kerja dari relay : ketikaCoil mendapat energi listrik (energized), akan timbul gaya elektromagnet yang akan menarik armature yang berpegas, dan contact akan menutup.

31


Gambar 2.8. Prinsip Kerja Relay

Rele dibedakan dalam dua kelompok: 1. Komparator, mendeteksi dan mengukur kondisi abnormal, dan membuka/menutup kontak (trip). 2. Auxiliary relay, dirancang untuk dipakai di auxiliary circuit yang dikontrol oleh rele komparator, dan membuka/menutup kontak-kontak lain (yang umumnya berarus kuat).

2.3.2 Trafo arus ( CT) Trafo arus dan/atau trafo tegangan sebagai alat yang mentransfer besaran listrik primer dari sistem yang diamankan ke rele (besaran listrik sekunder).

32


I. Trafo Arus (CT ) a. Defenisi dan Fungsi Sistem pengukuran besaran listrik pada jaringan tenaga listrik yang berkapasitas besar, harus menggunakan trafo pengukuran, yaitu trafo arus ( current transformer ) untuk besaran arus dan trafo tegangan (potential transformer) untuk besaran tegangan dan merubahnya menjadi besaran pengukuran (sekunder). Dengan besaran sekunder ini, maka peralatan ukur (meter dan proteksi) dapat dirancang lebih fleksibel, sehingga hasil pengukurannya lebih akurat dan presisi. Trafo arus adalah trafo yang dirancang khusus untuk fungsi pengukuran arus pada rangkaian primer dan mengkonversinya menjadi besaran sekunder. Fungsi trafo arus (CT):  Mengkonversi besaran arus pada sistem tenaga listrik dari besaran primer menjadibesaran sekunder untuk keperluan sistem metering dan proteksi.  Mengisolasi rangkaian sekunder terhadap rangkaian primer.  Standarisasi besaran sekunder, yaitu 1 A, 2 A dan 5 A.

b. Prinsip Kerja Trafo Arus Prinsip Kerja Prinsip kerja trafo arus adalah sebagai berikut :

33


Gambar 2.9. Rangkaian pada Trafo Arus

Untuk trafo yang dihubung singkat: .

=

.

…………………………………… (2.15)

Untuk trafo pada kondisi tidak berbeban:

Dimana:

= =

>

……………………………………

(2.16)

……………………………………. (2.17) ℎ

<

Dimana: E1

=

Tegangan lilitan primer

( Volt )

E2

=

Tegangan lilitan sekunder

( Volt )

I1

=

Arus lilitan primer

( Ampere )

I2

=

Arus lilitan sekunder

( Ampere )

N1

=

Jumlah lilitan primer 34


N2

=

Jumlah lilitan sekunder

Adapun rangkaian ekivalen trafo arus adalah sebagai berikut :

Gambar 2.10. Rangkaian Ekivalen

Tegangan induksi pada sisi sekunder adalah = 4,44 . . . .

…………………………...… (2.18)

Tegangan jepit rangkaian sekunder adalah =

=

.(

+ .

)

……………………………... (2.19) ………………………………. (2.20)

Dalam aplikasinya harus dipenuhi U1>U2

Dimana: B

=

Kerapatan fluksi

( Tesla )

A

=

Luas penampang

( m² )

F

=

Frekuensi

( Hz )

N1

=

Jumlah lilitan primer 35


N2

=

Jumlah lilitan sekunder

U1

=

Tegangan sisi primer

( Volt )

U2

=

Tegangan sisi sekunder

( Volt )

Zb

=

Impedansi / tahanan beban trafo arus

( Ohm )

Zkawat =

Impedansi / tahanan kawat dari terminasi CT ke instrument ( Ohm )

Zinti

=

Impedansi / tahanan internal instrumen, misalnya relai proteksiatau peralatan meter

( Ohm )

Diagram Fasor Arus dan Tegangan pada Trafo Arus (CT)

Gambar 2.11. Diagram Fasor Arus dan Tegangan pada Trafo Arus

36


c. Aplikasi Trafo Arus Berdasarkan penggunaan, trafo arus dikelompokkan menjadi dua kelompok dasar,yaitu; trafo arus metering dan trafo arus proteksi. a) Trafo arus metering Trafo arus pengukuran untuk metering memiliki ketelitian tinggi pada daerah kerja (daerah pengenalnya) antara 5% - 120% arus nominalnya, tergantung dari kelas dan tingkat kejenuhan.Tingkat kejenuhan trafo arus metering relatif lebih rendah dibandingkan trafo arus proteksi. Penggunaan trafo arus pengukuran untuk Amperemeter, Watt-meter, VARh-meter, Energi-meter dan cos φ meter.

b) Trafo Arus Proteksi Trafo arus proteksi memiliki ketelitian tinggi sampai arus yang besar yaitu padasaat terjadi gangguan, dimana arus yang mengalir mencapai beberapa kali dariarus pengenalnya dan trafo arus proteksi mempunyai tingkat kejenuhan cukup tinggi. Penggunaan trafo arus proteksi untuk relai arus lebih (OCR dan GFR), relai beban lebih, relai diferensial, relai daya dan relai jarak. Perbedaan mendasar trafo arus pengukuran dan proteksi adalah pada titik saturasinya seperti pada kurva saturasi dibawah (Gambar 2.11).

37


Gambar 2.12. Kurva kejenuhan CT untuk Metering dan Proteksi

Trafo arus untuk metering dirancang supaya lebih cepat jenuh dibandingkan trafo arus proteksi sehingga konstruksinya mempunyai luas penampang inti yang lebih kecil (Gambar 2.13).

Gambar 2.13. Luas Penampang Inti Trafo Arus

c) Trafo arus berdasarkan rasio transformasi  Rasio tunggal (single ratio) Contoh rasio trafo arus: 38


– 150 – 300 / 5 A, 150 – 300 / 5 – 5 A – 400 – 800 – 1600 / 5 A, 400 – 800 – 1600 / 5 – 5 – 5 A.

Gambar 2.14. Trafo Arus Rasio Tunggal 150 – 300 / 5 – 5 A

 Rasio ganda (double ratio) Contoh rasio trafo arus: – 150 – 300 / 5 A dan 1000 – 2000 / 5 A, – 800 – 1600 / 5 A dan 1000 – 2000 / 5 A

Gambar 2.15. Trafo Arus Rasio Ganda 800-1600 / 5-5-5 A dan 1000-2000 / 5 A 39


d) Trafo arus berdasarkan jumlah inti pada sekunder  Trafo arus dengan inti tunggal (single core) Contoh: 150 – 300 / 5 A, 200 – 400 / 5 A, atau 300 – 600 / 1 A.  Trafo arus dengan inti banyak (multi core) Trafo arus dengan inti banyak dirancang untuk berbagai keperluan yangmempunyai sifat pengunaan yang berbeda dan untuk menghemat tempat.

d. Pengenal ( Rating) Trafo Arus a) Pengenal Beban (Rated Burden ) Pengenal beban adalah pengenal dari beban trafo arus dimana akurasi trafo arusmasih bisa dicapai dan dinyatakan dalam satuan VA. Umumnya bernilai 2.5, 5, 7.5,10, 15, 20, 30 dan 40 VA.

b) Pengenal Arus Kontinyu (Continuous Rated Current ) Pengenal arus kontinu adalah arus primer maksimum yang diperbolehkan

mengalirsecara

terus-menerus

(arus

nominal).

Umumnya dinyatakan pada pengenal trafoarus, contoh: 300 / 5 A.

c) Pengenal Arus Sesaat (Instantaneous Rated Current) Pengenal arus sesaat atau sering disebut short time rated current adalah arus primer maksimum (dinyatakan dalam nilai rms) yang

40


diperbolehkan mengalir dalam waktu tertentu dengan sekunder trafo arus terhubung singkat sesuai dengan tanda pengenal trafo arus (name plate), contoh:Ith= 31.5 kA / 1 s.

d) Pengenal Arus Dinamik (Dynamic Rated Current ) Pengenal arus dinamik adalah perbandingan

, dimana Ipeak

adalah arus puncak primer maksimum trafo arus yang diijinkan tanpa menimbulkan kerusakan dan Irated adalah arus nominal primer trafo arus, contoh: Idyn = 40 kA

e. Ketelitian/Akurasi Trafo Arus Ketelitian trafo arus dinyatakan dalam tingkat kesalahannya. Semakin kecil kesalahan sebuah trafo arus, semakin tinggi tingkat ketelitian / akurasinya. a. Batas Ketelitian Arus Primer (Accuracy Limit Primary Current) Batas ketelitian arus primer adalah batasan kesalahan arus primer minimum dimana kesalahan komposit dari trafo arus sama atau lebih kecil dari 5% atau 10% pada saat sekunder dibebani arus pengenalnya.

41


b. Faktor Batas Ketelitian (Accuracy Limit Factor / ALF) Faktor batas ketelitian disebut juga faktor kejenuhan inti adalah batasan perbandingan nilai arus primer minimum terhadap arus primer pengenal dimanakesalahan komposit dari trafo arus sama atau lebih kecil dari 5% atau 10% pada sekunder yang dibebani arus pengenalnya. ALF merupakan perbandingan dari

.

Contoh: CT 5P20 dengan rasio 300/1 A, artinya accuracy limit factor (ALF) = 20, maka batas ketelitian trafo arus tersebut adalah : ≤ 5% pada nilai 20 x Arus pengenal primer atau ≤ 5% * 300 A pada pengukuran arus primer 20 * 300 A, atau ≤ 15 A pada pengukuran arus primer 6000 A.

c. Kelas Ketelitian Trafo Arus Metering Trafo arus metering memiliki ketelitian tinggi untuk daerah pengukuran sampai 1,2 kali nominalnya. Daerah kerja trafo arus metering antara : 0.1 – 1.2 x INtrafo arus. Kelas ketelitian trafo arus metering dinyatakan dalam prosentase kesalahan rasio pengukuran baik untuk arus maupun pergeseran sudut fasa, seperti pada Tabel 2.2 dan 2.3 di bawah.

42


Tabel 2.2 Batas Kesalahan Trafo Arus Metering

Tabel 2.3 Batas Kesalahan Trafo Arus Metering

Gambar 2.16 Kurva Faktor Batas Ketelitian

43


d. Kelas Ketelitian Trafo Arus Proteksi 1. Kelas P Kelas ketelitian trafo arus proteksi dinyatakan dalam pengenal sebagai berikut: 15 VA, 10P20. 15 VA = Pengenal beban (burden) trafo arus, sebesar 15 VA. 10 P

= Kelas proteksi, kesalahan 10 % pada pengenal batas akurasi.

20

= Accuracy Limit Factor, batas ketelitian trafo arus s.d. 20 kali arus pengenal.

Tabel 2.4: Kesalahan Rasio dan Pergeseran Fasa Trafo Arus Proteksi

2. Kelas TPX, TPY dan TPZ Trafo arus yang mempunyai sirkit tanpa ataupun dengan celah udara

sertamempunyai

tipikal

konstanta

waktu

sekunder,

dikelompokkan sebagai berikut:

44


-

Kelas TPX (non gapped core ) Trafo arus TPX adalah trafo arus tanpa celah udara dengan konstanta waktu lebihlama dari 5 detik, umumnya 5 s.d. 20 detik.Trafo arus jenis ini mempunyaiketelitian tinggi, arus magnetisasi

yang

sangat

rendah,

presisi

pada

transformasikomponen AC dan DC.  Cocok untuk semua jenis proteksi.  Faktor remenensi KR≈ 0.8  Trafo arus jenis ini mempunyai inti yang besar sehingga berat dan mahal.  Dapat dikombinasikan dengan trafo arus jenis TPY.  Pengguna ( user ) harus menyertakan nilai minimum dari Vknee dan nilai rmsmaksimum dari arus eksitasi.  Trafo arus jenis TPX ini pada umumnya digunakan pada sistem tegangan tinggi / tegangan ekstra tinggi untuk proteksi: Busbar, CCP, dan REF

-

Kelas TPY (Anti Remanence Gapped Core ) Trafo arus TPY adalah trafo arus yang memiliki celah udara kecil (pada inti) dengan konstanta waktu 0.2 s.d. 5 detik. Trafo arus jenis ini hampir sama dengan trafoarus jenis TPX namun transformasi komponen DC tidak seteliti trafo arus TPX.

45


 Kesalahan transien lebih besar pada konstanta waktu yang kecil.  Faktor remenensi KR< 0.1  Trafo arus jenis ini mempunyai inti yang besar sehingga berat dan mahal.  Cocok untuk semua jenis proteksi.  Toleransi konstanta waktu sekunder ± 20 % jika Ts < 2 detik dan CT digunakan untuk proteksi penghantar (LP).

-

Kelas TPZ (linear core ) Trafo arus TPZ adalah trafo arus yang memiliki celah udara besar (pada inti) dengan konstanta waktu 60 milidetik ±10%. Arus magnetisasi 53% dari arus sekunder pada keadaan tunak ( steady state ).  Faktor remenensi KR≈ 0  Ukuran core 1/3 dari tipe TPX dan TPY untuk keperluan yang sama,  Hanya dapat dikombinasikan dengan trafo arus jenis TPZ saja.

46


2.3.3 Pemutus Tenaga (PMT) A. Pengertian Pemutus Tenaga Pemutus tenaga (PMT) adalah suatu alat otomatis yang mampu memutus / menutup rangkaian pada semua kondisi yaitu kondisi gangguan maupun kondisi normal, atau dapat juga sebagai alat yang dibutuhkan untuk mengontrol jaringan tenaga listrik dengan membuka circuit dengan menutup circuit (sebagai sakelar) dengan membawa beban secara pengawasan manual atau otomatis, sedangkan jika dalam keadaan gangguan atau keadaan tidak normal PMT dapat membuka dengan bantuan rele yang mendeteksi, sehingga gangguan dapat dipisahkan.

B. Jenis-jenis Pemutus Tenaga Selama beroperasi pada keadaan normal PMT dapat dibuka danditutup

tanpa

menimbulkan

akibat

yang

merugikan.

Dalam

keadaangangguan atau keadaan yang tidak normal relay akan mendeteksi dan menutup rangkaian tripping dari PMT maka akan menggerakkan mekanisme penggerak untuk membuka kontak-kontak PMT.Berdasarkan media pemadam busur api listrik PMT dibedakanmenjadi : 1. PMT dengan menggunakan banyak minyak (Bulk Oil CB) 2. PMT dengan menggunakan sedikit minyak (Small Oil CB) 3. PMT dengan menggunakan udara hembus (Air Blast CB) 4. PMT dengan menggunakanruang hampa udara (VacuumCB) 5. PMT dengan menggunakan gas

47


2.3.4 Baterai Bateri merupakan suatu alat yangmenghasilkan energi listrik dengan proses reaksi kimia. Baterai dapat berupa susunan beberapa sel atau satu sel saja.Tiap sel dari baterai terdiri dari elektroda positif (anoda) dan elektroda negatif atau katoda, dan larutan elektrolit.Jenis elektroda dan elektrolit pada baterai tergantung dari pabrik yang memproduksi baterai tersebut.Baterai digunakan sebagai sumber penghasil arus searah atau DC.Di gardu-gardu induk maupun pusat-pusat pembangkit tenaga listrik baterai ini berfungsi sebagai: 1. Sumber tenaga motor-motor untuk PMT, PMS, tap changer, trafo tenaga dan sebagainya. 2. Sumber tenaga untuk alat-alat kontrol ,tanda-tanda isyarat (signal dan alarm) 3. Tenaga untuk peralatan telekomunikasi (PLC) 4. Tenaga untuk penerangan darurat 5. Tenaga untuk relay proteksi Gambar di bawah menunjukkan susunan dasar suatu baterai:

Gambar.2.17 Susunan dasar suatu baterai

48


2.3.5 Pengawatan (wiring) Pengawatan/wiring

berfungsi

menyalurkan

atau

meneruskan

besaran-besaran sinyal listrik dari perangkat proteksi yang satu ke perangkat

proteksi lainnya.Kerusakan atau kelainan pada sistem

pengawatan dapat berakibat gagalnya fungsi proteksi. Kerusakan/kelainan pada sistem pengawatan antara lain : 

Putus.



Lepas pada sambungan atau terminal.



Hubung singkat atau hubung tanah.



Kontak longgar.

49

BAB II LANDASAN TEORI

Recommend Documents