BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Transformator

Salah satu sebab mengapa arus bolak-balik banyak dipakai dalam

keperluan sehari-hari adalah kemungkinan mentransformasikan arus bolak-balik

tersebut lebih mudah, baik menaikkan maupun menurunkan tegangan. Untuk

keperluan mentransformasikan tegangan atau tenaga listrik digunakan

transformator.

Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan

mengubah energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik

lainnya melalui gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi

elektromagnetik. Transformator pada umumnya banyak dipergunakan untuk

sistem tenaga listrik maupun untuk rangkaian elektronik. Dalam sistem tenaga

listrik, transformator dipergunakan untuk memindahkan energi dari satu rangkaian

listrik ke rangkaian berikutnya tanpa merubah frekuensi.

Suatu transformator umumnya terdiri dari dua kumparan yang dililitkan

pada suatu rangka gulungan (koker) yang terbuat dari kertas keras, kemudian

dimasukkan lembaran-lembaran besi lunak bercampur silikon atau lembaran-

lembaran plat baja yang diklem menjadi satu. Kumparan pertama disebut

kumparan primer pada sisi input dan kumparan kedua disebut kumparan sekunder

pada sisi output.

Berdasarkan perbandingan tegangan input dan tegangan outputnya

transformator dapat dibedakan menjadi dua, yaitu Transformator Step Up dan

Transformator Step Down. Transformator Step Up adalah transformator yang

tegangan input transformator lebih kecil dari tegangan output transformator (Vin <

Vout). Dan Transformator Step Down adalah transformator yang tegangan input

transformator lebih besar dari tegangan output transformator (Vin > Vout).

Perubahan tegangan pada output tergantung pada ratio dari jumlah

gulungan primer dengan gulungan sekundernya. Jumlah gulungan primer adalah

6

7

N1 dan gulungan sekundernya adalah N2, selanjutnya untuk trafo ideal ratio

gulungan dan tegangan output adalah (Yon-Rijono, 1997) :

a=N 1

N 2………………………………………...……………… (2.1)

Dimana :

N1 : jumlah gulungan primer

N2 : jumlah gulungan sekunder

a : ratio gulungan

V 0=V 1

a……………………………………………… (2.2)

Dimana :

Vo : tegangan output

V1 : tegangan input

8

2.1 Prinsip Kerja Transformator

Apabila kumparan primer dihubungkan dengan sumber, maka akan

mengalir arus bolak-balik I1 pada kumparan tersebut. Arus I1 akan menimbulkan

fluks magnet yang berubah-ubah pada inti. Dengan adanya fluks magnet yang

berubah-ubah, pada kumparan akan timbul gaya gerak listrik (GGL) induksi.

Daya listrik dari kumparan primer dihantarkan ke kumparan sekunder dengan

perantara garis gaya magnet atau fluks magnet (Ф) yang dibangkitkan oleh aliran

listrik yang mengalir melalui kumparan primer.

Untuk dapat membangkitkan tegangan listrik pada kumparan sekunder,

fluks magnet yang dibangkitkan oleh kumparan primer harus berubah-ubah.

Untuk memenuhi hal ini, aliran listrik yang mengalir melalui kumparan primer

haruslah aliran listrik arus bolak-balik (AC).

Saat kumparan primer dihubungkan ke sumber listrik AC, pada kumparan

primer timbul gaya gerak magnet bersama yang bolak-balik juga. Dengan adanya

gaya gerak magnet ini, di sekitar kumparan primer timbul fluks magnet bersama

yang juga bolak-balik. Adanya fluks magnet bersama ini, pada ujung-ujung

kumparan sekunder timbul gaya gerak listrik sekunder yang mungkin sama, lebih

tinggi, atau lebih rendah dari gaya gerak listrik primer. Hal ini tergantung pada

perbandingan transformasi kumparan transformator tersebut. Gambar 2.1.

memperlihatkan bagian-bagian terpenting transformator.

9

Gambar 2.1 Bagian-bagian umum transformator

(Sumber: Berahim, H. 1991)

Keterangan gambar :

1 : inti

2 : gulungan primer di hubungkan ke sumber

3 : gulungan sekunder di hubungkan ke beban

V1 : tegangan primer

V2 : tegangan sekunder

I0 : arus primer

I2 : arus sekuder

Ep : GGL induksi pada kumparan primer

Es : GGL induksi pada kumparan sekunder

Np : jumlah lilitan kumparan primer

Na : jumlah lilitan kumparan sekunder

Ф : fluks magnet bersama (mutual fluks)

Z : Beban

2.2 Bagian-Bagian dari Transformator

2.2.1 Bagian Utama

a. 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 arus eddy (Eddy Current).

b. Kumparan Transformator

Terdiri dari beberapa lilitan berisolasi yang 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. Fluksi ini akan menginduksikan tegangan, dan bila pada

10

rangkaian sekunder ditutup (bila ada rangkaian beban) maka akan menghasilkan

arus pada kumparan ini. Jadi kumparan sebagai alat transformasi tegangan dan

arus.

c. Minyak Transformator

Minyak transformator disini berfungsi sebagai pengisolasi (isolator) dan

pendingin. Minyak sebagai isolator berfungsi mengisolasi kumparan di dalam

transformator supaya tidak terjadi loncatan bunga api listrik akibat tegangan

tinggi.

Minyak sebagai pendingin berfungsi mengambil panas yang ditimbulkan

saat transformator berbeban lalu melepaskannya dan melindungi komponen di

dalamnya terhadap oksidasi dan korosi.

d. Bushing

Hubungan antara transformator ke jaringan luar melalui sebuah bushing

yaitu sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator, yang sekaligus berfungsi

sebagai penyekat antara konduktor tersebut dengan tangki transformator.

e. Tangki dan Konservator

Pada umumnya bagian – bagian transformator yang terendam minyak trafo

ditempatkan di dalam tangki. Untuk menampung pemuaian minyak trafo, tangki

dilengkapi dengan konservator.

2.3.1 Peralatan Bantu

a. Pendingin

Pada inti besi dalam kumparan – kumparan akan timbul panas akibat rugi

besi dan rugi tembaga. Apabila panas tersebut mengakibatkan kenaikan suhu yang

berlebihan, akan merusak isolasi di dalam trafo. Untuk mengurangi kenaikan suhu

transformator yang berlebihan, maka perlu dilengkapi dengan alat

pendingin/sistem pendingin untuk menyalurkan panas keluar transformator.

Media yang dipakai pada pendingin dapat berupa Udara/gas, Minyak dan Air.

b. Tap Changer

11

Tap changer adalah alat perubah perbandingan transformasi untuk

mendapatkan tegangan operasi sekunder yang diinginkan dari jaringan tegangan

primer yang berubah – ubah. Tap changer yang bisa beroperasi untuk

memindahkan tap transformator dalam keadaan transformator tidak berbeban

disebut Off Load Tap Changer dan hanya dapat dioperasikan secara manual. Tap

changer yang dapat beroperasi untuk memindahkan tap transformator dalam

keadaan berbeban disebut On Load Tap Changer dan dapat dioperasikan secara

manual maupun otomatis.

c. Alat Pernafasan

Akibat pernafasan transformator tersebut maka permukaan minyak akan

selalu bersinggungan dengan udara luar. Udara luar yang lembab akan

menurunkan nilai tegangan tembus minyak transformator, maka untuk mencegah

hal tersebut pada ujung pipa penghubung udara luar dilengkapi dengan alat

pernafasan berupa tabung berisi kristal zat hygroskopis.

d. Indikator

Untuk mengawasi selama transformator beroperasi, maka perlu adanya

indikator pada transformator sebagai berikut :

12

Indikator suhu minyak

Indikator permukaan minyak

Indikator suhu winding

Indikator kedudukan tap

2.2 Transformator Tiga Fasa

Pada dasarnya transformator terdiri dari kumparan primer dan sekunder

yang dibelitkan pada inti ferromagnetik. Konstruksi transformator ada dua tipe

yaitu tipe inti ( core type ) dan tipe cangkang ( shell type ). Kedua tipe ini

menggunakan inti berlaminasi yang terisolasi satu sama lainnya, dengan tujuan

untuk mengurangi rugi - rugi arus eddy (Eddy Current).

2.4.1 Konfigurasi Transformator 3 fasa

Transformator 3 fasa pada dasarnya merupakan Transformator 1 fase yang

disusun menjadi 3 buah dan mempunyai 2 belitan, yaitu belitan primer dan belitan

sekunder. Ada dua metode utama untuk menghubungkan belitan primer yaitu

hubungan segitiga dan bintang (Δ dan Y ).

a. Transformator Hubungan Delta

Gambar 2.2 Transformator hubungan delta

(Sumber: Abdul Kadir, 1989)

Pada gambar 2.2 baik belitan primer dan sekunder dihubungkan secara delta.

Belitan primer terminal 1U, 1V dan 1W dihubungkan dengan suplai tegangan 3 fasa.

Sedangkan belitan sekunder terminal 2U, 2V dan 2W disambungkan dengan sisi

beban. Pada hubungan Delta (segitiga) tidak ada titik netral, yang diperoleh ketiganya

merupakan tegangan line ke line, yaitu L1, L2 dan L3.

13

Dalam hubungan delta-delta (gambar 2.3), tegangan pada sisi primer (sisi

masukan) dan sisi sekunder (sisi keluaran) adalah dalam satu fasa. Dan pada

aplikasinya, jika beban imbang dihubungkan ke saluran 1-2-3, maka hasil arus

keluaran adalah sama besarnya. Hal ini menghasilkan arus line imbang dalam saluran

masukan A-B-C. Seperti dalam beberapa hubungan delta, bahwa arus line adalah 1,73

kali lebih besar dari masing-masing arus Ip (arus primer) dan Is (arus sekunder) yang

mengalir dalam lilitan primer dan sekunder. Power rating untuk transformator 3 fasa

adalah 3 kali rating transformator tunggal.

Gambar 2.3 Diagram hubungan delta-delta transformator 3 fasa dihubungkan pembangkit listrik

dan beban

(Sumber: AREVA T&D, 2008)

14

b. Transformator Hubung Bintang

Gambar 2.4 Transformator hubungan bintang

(Sumber : Abdul Kadir, 1989)

Pada hubungan bintang ujung-ujung dari ketiga lilitan disatukan, dan titik

tempat penyatuan dari ujung-ujung lilitan akan menjadi titik netral. Ketika

transformator dihubungkan secara bintang-bintang, yang perlu diperhatikan

adalah mencegah penyimpangan dari tegangan line ke netral (fase ke netral). Cara

untuk mencegah penyimpangan adalah menghubungkan netral kumparan primer

ke netral sumber yang biasanya dengan cara ditanahkan (ground). Cara lain

adalah dengan menyediakan transformator dengan lilitan ke tiga, yang disebut

lilitan ”tertiary”. Tidak ada beda fasa antara tegangan line transmisi masukan dan

keluaran (primer & sekunder) untuk transformator yang dihubungkan bintang-

bintang.

15

Gambar 2.5 Hubungan bintang-bintang

(Sumber: AREVA T&D, 2008)

2.5 Kebisingan

Kebisingan didefinisikan sebagai bunyi yang didengar sebagai

rangsangan-rangsangan pada telinga oleh getaran-getaran melalui media elastic

manakala bunyi-bunyi tersebut tidak diinginkan (Suma’mur, 1996). Kebisingan

adalah bunyi yang tidak diinginkan dari usaha atau kegiatan dalam tingkat dan waktu

tertentu yang dapat menimbulkan gangguan kesehatan manusia dan kenyamanan

lingkungan (Keputusan Menteri Lingkungan Hidup No.KEP-48/MENLH/1996).

Tingkat kebisingan adalah ukuran energi bunyi yang dinyatakan dalam satuan

Desibel disingkat dB

Namun secara sederhana kebisingan dapat didefinisikan sebagai suatu

suara yang menggangu orang yang sedang membaca, maka suara itu adalah

kebisingan bagi orang yang sedang membaca itu meskipun mungkin orang lain

tidak terganggu oleh suara tersebut.

2.6 Jenis dan Karakter Kebisingan

Berdasarkan sifat dan spektrum frekuensi bunyi, kebisingan dapat dibagi

atas (Suma’mur, 1996) :

16

a. Kebisingan yang kontinyu dengan frekuensi yang luas. Kebisingan ini

relatif tetap dalam batas kurang lebih 5 dB untuk periode 0,5 detik

berturut-turut. Misalnya mesin, kipas angin.

b. Kebisingan yang kontinyu dengan frekuensi yang sempit. Kebisingan ini

juga relatif tetap, akan tetapi ia mempunyai frekuensi yang tertentu saja

(pada frekuensi 500, 1000, 4000 Hz). Misalnya gergaji serkuler, katup gas.

c. Kebisingan yang terputus-putus. Kebisingan ini tidak terjadi secara terus

menerus, melainkan ada periode relatif tenang. Misalnya kebisingan lalu

lintas, kebisingan di lapangan terbang.

d. Kebisingan impulsif. Kebisingan jenis ini memiliki perubahan tekanan

suara melebihi 40 dB dalam waktu cepat dan biasanya mengejutkan

pendengaran. Misalnya suara tembakan, ledakan petasan, bom, atau

meriam.

e. Kebisingan impulsif berulang. Sama dengan kebisingan impulsif hanya

saja terjadi secara berulang-ulang. Misalnya mesin tempa.

2.4 Dampak Kebisingan

Pengaruh kebisingan pada tenaga kerja adalah adanya gangguan-gangguan

suara-suara, pembicara terpaksa berteriak-teriak selain memerlukan ekstra tenaga

juga menambah kebisingan (DepKes RI, 2003).

Berikut ini dampak yang diakibatkan kebisingan terhadap pendengarnya

(Suma’mur, 1996) :

a. Gangguan Fisiologis

Naiknya tekanan darah, nadi menjadi cepat, emosi meningkat, vaso

kontriksi pembuluh darah (kesemutan), otot menjadi tegang atau metabolisme

tubuh meningkat. Semua hal ini sebenarnya merupakan mekanisme daya tahan

tubuh manusia terhadap keadaan bahaya secara spontan. Kebisingan juga dapat

menurunkan kinerja otot yaitu berkurangnya kemampuan otot untuk melakukan

kontraksi dan relaksasi, berkurangnya kemampuan otot tersebut menunjukkan

terjadi kelelahan pada otot.

17

b. Gangguan Psikologis

Pengaruh kebisingan terhadap tenaga kerja adalah mengurangi

kenyamanan dalam bekerja, mengganggu komunikasi, mengurangi konsentrasi,

dapat mengganggu pekerjaan dan menyebabkan timbulnya kesalahan karena

tingkat kebisingan yang kecil pun dapat mengganggu konsentrasi. Sehingga

muncul sejumlah keluhan yang berupa perasaan lamban dan keengganan untuk

melakukan aktivitas. Kebisingan mengganggu perhatian tenaga kerja yang

melakukan pengamatan dan pengawasan terhadap suatu proses produksi atau hasil

serta dapat membuat kesalahan-kesalahan akibat terganggunya konsentrasi.

c. Gangguan Patologis Organis

Pengaruh kebisingan terhadap alat pendengaran yang paling menonjol

adalah menimbulkan ketulian yang bersifat sementara hingga permanen (DepKes

RI, 2003). Kebisingan dapat menurunkan daya dengar dan tuli akibat kebisingan.

Pengaruh utama dari kebisingan kepada kesehatan adalah kerusakan pada indera-

indera pendengar yang menyebabkan ketulian progresif. Pemulihan terjadi secara

cepat sesudah dihentikan kerja di tempat bising untuk efek kebisingan sementara.

18

2.5 Dengung Transformator

Secara teori dengung transformator disebabkan oleh fenomena yang

disebut Magnetostriktif (Federal Pacific, 2012). Dalam istilah yang sangat

sederhana ini berarti bahwa jika sepotong baja lembaran dimagnetisasi, lembaran

baja itu akan memperpanjang dirinya sendiri. Ketika magnetisasi dihilangkan,

lembaran baja itu akan kembali ke kondisi aslinya. Transformator dimagnetisasi

oleh tegangan dan arus bolak-balik sehingga inti baja lembaran akan memanjang

dan memendek ke kondisi semula, masing-masing dua kali selama satu siklus

penuh. Perpanjangan dan kontraksi tidak seragam, sehingga perpanjangan dan

kontraksi bervariasi di seluruh lembaran baja.

Sebuah inti transformator dibuat dari banyak lembaran baja khusus. Hal

ini dibuat untuk mengurangi efek pemanasan. Jika perpanjangan dan kontraksi

seperti yang dijelaskan di atas sedang berlangsung diseluruh lembaran baja, dan

setiap lembaran baja berhubungan secara tidak teratur dengan lembaran baja

lainnya. Maka bisa didapatkan gambaran lembaran baja bergerak menggeliat

ketika magnetisasi dibangkitkan. Kejadian ini tidak bisa dilihat oleh mata

telanjang karena dimensinya sangat kecil. Kejadian inilah yang yang kemudian

dapat menyebabkan getaran. Getaran ini yang kemudian menghasilkan suara.

Tingkat fluks akan menentukan jumlah magnetostriktif (perpanjangan dan

kontraksi) dan kemudian menyebabkan dengung.

2.6 Pengukuran Kebisingan

Pengukuran kebisingan ini dimaksudkan untuk mengetahui dan

memperoleh data kebisingan objek di suatu tempat, dimana pada laporan ini

pengukuran dilakukan di Gardu Induk Gianyar tepatnya pada transformator satu.

Alat yang digunakan untuk melakukan pengukuran kebisingan adalah Sound

Level Meter. Alat Sound Level Meter adalah alat untuk mengukur level kebisingan

yang mampu mengukur kebisingan diantara 30 dB hingga 130 dB.

Untuk perhitungan sumber kebisingan berupa titik untuk setiap jarak yang

berbeda dapat dihitung dengan persamaan (Rau dan Wooten, 1990):

19

L 2=L1−10 log( d 2d 1 )

2

.................................................................................... (2.3)

Keterangan :

d2 : jarak titik kedua

d1 : jarak titik pertama

L2 : tingkat kebisingan pada titik 2

L1 : tingkat kebisingan pada titik 1