Download - 06 Bab2 Hlman Backup
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