BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Transformator

Transformator adalah suatu peralatan listrik yang

berfungsi untuk emindahkan dan mengubah daya listrik

ke rangkaian listrik lainnya, dengan frekuensi sama dan

perbandingan transformasi tertentu melalui suatu

gandengan magnet dan bekerja berdasarkan prinsip

induksi elektromagnetis, dimana perbandingan tegangan

antara sisi primer dan sisi sekunder berbanding lurus

dengan perbandingan jumlah lilitan dan berbanding

terbalik dengan perbandingan arusnya.

Transformator terdiri atas dua buah kumparan

(primer dan sekunder) yang bersifat induktif, yang

terpisah secara elektris namun berhubungan secara

magnetis melalui jalur yang memiliki reluktansi

(reluctance) rendah. Apabila kumparan primer

dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, maka

fluks bolak-balik akan muncul di dalam inti (core) yang

dilaminasi, karena kumparan tersebut membentuk jaringan

tertutup, maka mengalirlah arus primer. Akibat adanya

fluks di arus primer, maka di kumparan primer terjadi

induksi (self induction) dan terjadi pula induksi di

kumparan sekunder karena pengaruh induksi dari kumparan

primer (mutual induction) yang menyebabkan timbulnya

fluks magnet di kumparan sekunder, serta arus sekunder

jika rangkaian sekunder dibebani sehingga energi

listrik dapat ditransfer keseluruhan (secara

magnetis).1

………………………………..……………….......… (2.1)

dimana : E = gaya gerak listrik (ggl) [Volt].

M = induksi bersama (Henry).

5

6

Perlu diingat hanya tegangan listrik bolak - balik

yang dapat ditransformasikan oleh transformator,

sedangkan dalam bidang elektronika, transformator

digunakan sebagai gandengan impedansi antara sumber dan

beban untuk menghambat arus searah sambil tetap

melakukan arus bolak-balik antara rangkaian. Tujuan

utama menggunakan inti (core) pada transformator adalah

untuk mengurangi reluktansi (tahanan magnetis) dan

rangkaian magnetis (common magnetic circuit).

Konstruksi transformator daya biasanya terdiri

atas bagian-bagian sebagai

berikut:1. Inti atau teras (core) yang dilaminasi2. Dua buah kumparan, kumparan primer dan kumparan sekunder3. Tangki4. Sistem pendingin5. Terminal6. Bis kabel (bushing)

Berdasarkan letak kumparan terhadap inti, transformator

terdiri dari dua buah macam konstruksi, yaitu :

1. Transformator jenis inti (core-type transformer)Dimana kumparan atau lilitan transformatormengelilingi inti, sedangkan konstruksi dari intitransformator jenis ini umumnya berbentuk huruf Latau huruf U.

Konstruksi (peletakan) kumparan pada prakteknya

diatur saling berhimpitan (interleaving) antara

kumparan primer dan kumparan sekunder dengan

maksud mengurangi kerugian magnetis (magnetic

leakage) berupa reaktansi induktif.

Kumparan tegangan

tinggi

diletakkan

sebelah

luar karena

pertimbangan isolasi tegangan tinggi lebihkompleks mengatasinya, dan lebih sering terkenagangguan dibanding tegangan rendah sehingga jikaterjadi kerusakan lebih mudah membuka kumparantersebut.

7

2. Transformator jenis cangkang (shell-type transformer)Pada transformator ini, kumparan atau belitantransformator dikelilingi oleh inti, sedangkankonstruksi intinya umumnya berbentuk huruf E,huruf I atau huruf F.

2.1.1

Prinsip Kerja Transformator

Prinsip kerja transformator adalah berdasarkan

hukum Ampere dan hokum Faraday, yaitu : arus listrik

dapat menimbulkan medan magnet dan sebaliknya medan

magnet dapat menimbulkan arus listrik.2

Gambar2.1

Prinsip Kerja Transformator

Jika pada salah satu kumparan pada trafo diberiarus bolak – balik maka jumlah garis gaya magnetberubah – ubah. Akibatnya pada primer terjadi induksi.Sekunder menerima garis gaya magnet dari primer yangjumlahnya berubah – ubah pula. Maka di sekunder jugatimbul induksi, akibatnya antara dua ujung terdapatbeda tegangan. Jumlah gaya garis (Φ) yang masukkumparan sekunder sama dengan jumlah garis gaya (Φ)yang keluar dari kumparan primer.

e1

e1 / e2

= - N1

= - N1

dan

/ - N2

e2 = - N2

atau

E1 / E2 = N1 / N2 ………………………………………………… (2.2)

8

dimana :

e1

e2

E1

E2

N1

N2

: GGL induksi sesaat pada sisi primer

: GGL induksi sesaat pada sisi sekunder

: GGL induksi pada sisi primer (volt) efektif

: GGL induksi pada sisi sekunder (volt)

: jumlah lilitan kumparam primer

: jumlah lilitan kumparan sekunder

Berdasarkan hukum kekekalan energi, maka bila

dianggap tidak ada kerugian daya yang hilang, daya yang

dilepas oleh primer sama dengan daya yang diterima oleh

sekunder :

E1 . I1 = E2 . I2 …………………………………………………………… (2.3)

2.1.2

Jenis Transformator

Menurut pasangan lilitannya, trafo dibedakan atas :

Trafo 1 belitanTrafo 2 belitanTrafo 3 belitan

Pada trafo 1 belitan, maka lilitan primer merupakan

bagian dari lilitan sekunder atau sebaliknya, trafo

belitan ini lebih dikenal sebagai auto trafo. Trafo 2 belitan

mempunyai 2 belitan, yaitu sisi tegangan tinggi dan

sisi tegangan rendah, dimana primer dan sekunder

berdiri sendiri. Sedangkan pada trafo 3 belitan mempunyai

belitan primer, sekunder, tertier, masing – masing

berdiri sendiri pada tegangan yang berbeda.

Menurut fungsinya, transformator dikelompokkan menjadi 3jenis, yaitu :

Transformator dayaTransformatordistribusiTransformatorpengukuran

9

Sedangkan menurut jumlah phasanya dibedakan menjadi trafo 1phasa dan

trafo 3 phasa.

2.1.3. Hubungan Lilitan Transformator

Menurut Zuhal, Dasar Tenaga Listrik. 1991 secara umum

dikenal tiga macam hubungan lilitan untuk sebuah

transformator tiga phasa, yaitu : hubungan bintang,

hubungan delta, dan hubungan zig – zag.

2.1.3.1 Hubungan Bintang

Arus transformator tiga phasa dengan kumparan yangdihubungkan secara

bintang yaitu, IA, IB, dan IC, masing – masing berbeda phasa 120o.

Untuk beban yang seimbang :

IN = IA + IB + IC = 0

VAB + VAN + VBN = VAN – VBN

VBC = VBN – VCN

VCA = VCN - VAN

Gambar2.2

Rangkaian hubungan bintang

10

Dari vektor diagram diketahui bahwa untuk hubungan

bintang berlaku hubungan :

VAB = VAN atau VL = VP

IP = IL

Jadi besarnya daya pada hubungan bintang (VA)

= 3 VP IP

= 3 (VL / ) IL

= VL IL ………………………………………………………..………. (2.4)

2.1.3.2 Hubungan Delta

Tegangan transformator tiga phasa dengan kumparan

yang dihubungkan secara delta, yaitu VAB, VBC dan VCA,

masing – masing berbeda phasa 120o.

VAB + VBC + VCA = 0

(a)

Gambar2.3

(b)

Rangkaian hubungan delta

11

IB = IBC – IAB

IC = ICA - IBC

Dari vektor diagram diketahui arus IA (arus jala– jala) adalah

x IAB (arus

fasa). Tegangan jala – jala dalam hubungan delta sama denganteganganphasanya.

V.A. hubungan delta = VP IP =3VL (

)

= VL IL …………....………………… (2.5)

2.1.3.3 Hubungan Zig – Zag

Masing – masing lilitan tiga phasa pada sisi

tegangan rendah dibagi menjadi dua bagian dan masing –

masing dihubungkan pada kaki yang berlainan.

(a)

Gambar2.4

(b)

Rangkaian hubungan zig-zag

Perhatikan gambar a dan b. Hubungan silang atau

zig – zag digunakan untuk keperluan khusus seperti pada

transformator distribusi dan transformator converter.

12

2.1.4. Rugi – Rugi dan Efisiensi TransformatorRugi – rugi pada transformator ada 2 macam, yaitu

rugi tembaga (PCu) dan rugi besi (Pi). Dimana rugi besisendiri terdiri atas rugi histerisis dan rugi „aruseddy‟.

2.1.4.1 Rugi Tembaga (PCu)

Adalah rugi yang disebabkan oleh arus beban yang

mengalir pada kawat tembaga. Besarnya adalah :

PCu = I2 . R …………………………………………………………….… (2.6)

dimana :

PCu

I

R

: rugi tembaga (watt)

: arus beban yang mengalir pada kawat tembaga ( Ampere)

: tahanan kawat tembaga (Ω)

Karena arus beban berubah – ubah, rugi tembaga juga

tidak tetap tergantung pada beban.

2.1.4.2 Rugi Besi (Pi)

Rugi besi terdiri atas :

A. Rugi Histerisis (Ph), yaitu rugi yang disebabkan

fluks bolak – balik pada inti besi.

B. Rugi Arus Eddy (Pe), yaitu rugi yang disebabkan

arus pusar pada inti besi.

13

Gambar2.5

Diagram rugi-rugi transformator

Sumber. Zuhal. Dasar Tenaga Listrik. 1991 hal 34

2.1.4.3 Efisiensi Transformator (η)

Efisiensi menunjukkan tingkat keefisiensian kerja

suatu peralatan, dalam hal ini transformator yang

merupakan perbandingan rating output (keluaran) terhadap

inputnya (masukkan) yang dinyatakan dengan persamaan

berikut :

Efisiensi (η) = =

maka persentase effesiensi adalah :

Dengan 𝛴rugi

=

= PCu + Pi

x 100% …………… (2.7)7

2.1.5

Transformator Distribusi

Trafo distribusi yang digunakan di Indonesia saat

ini pada umumnya adalah trafo produksi dalam negeri.

Ada lima pabrik trafo di Indonesia yaitu :

Trafo distribusi yang digunakan di Indonesia saat ini

pada umumnya adalah trafo produksi dalam negeri. Ada

lima pabrik trafo di Indonesia yaitu: PT. UNINDO, PT.

TRAFINDO dan PT. ASATA di Jakarta; PT. MURAWA di

Medan : PT. Bambang Djaja di Surabaya. Ditinjau dari

jumlah fasanya trafo distribusi ada dua

14

macam, yaitu trafo satu fasa dan trafo tiga fasa. Trafo

tiga fasa mempunyai dua tipe yaitu tipe tegangan

sekunder ganda dan tipe tegangan sekunder tunggal.

Sedang trafo satu fasa juga mempunyai dua tipe yaitu

tipe satu kumparan sekunder dan tipe dua kumparan

sekunder saling bergantung, yang di kenal dengan trafo

tipe "NEW JEC". Gambar 2.6 memperlihatkan sebuah trafo

distribusi tiga fasa kelas 20 kV produksi PT. UNINDO

Jakarta menurut standarisasi DIN, Jerman Barat. Bak

trafo dapat diisi dengan minyak trafo biasa atau

askarel (suatu bahan buatan) dan kelas ini untuk

kapasitas daya lebih kecil dari 1000 kVA.8

Gambar2.6

Trafo Distribusi kelas 20 kV

Keterangan-keterangan gambar 2.6 adalah:1. Rele Buchcolz2. Indikator permukaanminyak3. Penapas Pengering4. Untuk pembukaan5. lubang untuk tarikan

6. Sumbat pengeluaran minyak7. Pelat-nama8. Apitan untuk hubungan tanah9. Kantong-thermometer10. Alat untuk merubah kedudukan tap

Transformator distribusi merupakan salah satu alat

yang memegang peranan penting dalam sistim distribusi.

Trafo distribusi digunakan untuk mengubah tegangan

menengah menjadi tegangan rendah. Transformator

distribusi membagi / menyalurkan arus atau energi

listrik dengan tegangan distribusi supaya jumlah energi

yang tercecer dan hilang sia – sia di perjalanan tidak

terlalu banyak.

15

Trafo distribusi dapat berphasa tunggal atau phasa

tiga dan ukurannya berkisar dari kira – kira 5 kVA

smpai 500 kVA. Impedansi trafo distribusi ini pada

umumnya sangat rendah, berkisar dari 2% untuk unit-unit

yang kurang dari 50 kVA sampai dengan 4% untuk unit-

unit yang lebih besar daripada 100 kVA.

2.1.6

Perhitungan Arus Beban Penuh dan Arus Hubung Singkat

Telah diketahui bahwa daya transformator

distribusi bila ditinjau dari sisi tegangan tinggi

(primer) dapat dirumuskan sebagai berikut :

S =dimana :

…………….……………………………………………….. (2.8)

S

V

I

: daya transformator (kVA)

: tegangan sisi sekunder transformator (V)

: arus jala – jala (A)

Dengan demikian, untuk menghitung arus beban penuh

(full load) dapat menggunakan rumus :

IFL =

dimana :

………………………………………………………....……… (2.9)

IFL

S

V

: arus beban penuh (A)

: daya transformator (kVA)

: tegangan sisi sekunder transformator (V)

Sedangkan untuk menghitung arus hubung singkat pada

transformator digunakan rumus :ISC =

………………..…………………………………. (2.10)

16

dimana :

ISC

S

V

%Z

2.1.7

: arus hubung singkat (A)

: daya transformator (kVA)

: tegangan sisi sekunder transformator (kV)

: persen impedansi transformator

Losses Akibat Adanya Arus Netral Pada Penghantar NetralTransformer

Sebagai akibat dari ketidakseimbangan beban antara

tiap – tiap phasa pada sisi sekunder trafo ( phasa R,

phasa S, phasa T) mengalirlah arus di netral trafo.

Arus yang mengalir pada penghantar netral trafo

inimenyebabkan losses (rugi- rugi). Untuk menghitung losses

pada penghantar netral trafo ini dapat dirumuskan

sebagai berikut :

PN = IN2 . RN ………………………………………………...........…….. (2.11)

dimana :

PN

IN

RN

: losses pada penghantar netral trafo (watt)

: arus yang mengalir pada netral trafo (A)

: tahanan penghantar netral trafo (Ω)

Sedangkan losses yang diakibatkan karena arus netral

yang mengalir ke tanah (ground) dapat dihitung dengan

perumusan sebagai berikut :

PG = LG2 . RG ………………………………………………………….... (2.12)

dimana :

PG

LG

RG

: losses akibat arus netral yang mengalir ke tanah (ground).

: arus netral yang mengalir ke tanah (A)

: tahanan pembumian netral trafo (Ω)

17

2.2 Faktor Daya

Pengertian faktor daya (cos φ) adalah perbandingan

antara daya aktif (P) dan daya semu (S). Dari

pengertian tersebut, faktor daya (cos φ) dapat

dirumuskan sebagai berikut :

FaktorDaya

= ( daya aktif / daya semu )

=(P/S)= ( V.I.cosφ / V.I ) ……….......……………………. (2.13)= cos φ

Untuk penjelasan tentang daya-daya dapat dilihat pada segitigadaya berikut ini :

Gambar2.7

Segitiga Daya

Daya Semu (S)Daya Aktif (P)Daya Reaktif(Q)

= V.I (VA) ……………………..………… (2.14)= V.I.cos φ (Watt) ……………………..…. (2.15)= V.I.sin φ (VAR) ……………………..… (2.16)

2.3

2.3.1

Ketidakseimbangan Beban

Pengertian Tentang Beban Tidak Seimbang

Yang dimaksud dengan keadaan adalah suatu keadaan dimana :

Ketiga vektor arus / tegangan sama besarketiga vektor saling membentuk sudut 120o satu sama lain.

Sedangkan yang dimaksud dengan keadaan tidak

seimbang adalah keadaan dimana salah satu atau kedua

syarat keadaan seimbang tidak terpenuhi.

Ketidakseimbangan beban pada suatu sistem

distribusi tenaga listrik selalu terjadi dan penyebab

ketidakseimbangan tersebut adalah pada beban-beban

satu fasa pada pelanggan jaringan tegangan rendah.

Akibat ketidak seimbangan beban tersebut muncullah

arus di netral trafo. Arus yang mengalir di netral

trafo ini menyebabkan terjadinya losses (rugi-rugi),

yaitu losses akibat adanya arus netral pada penghantar

netral trafo dan losses akibat arus netral yang

mengalir ke tanah.

Kemungkinan keadaan tidak seimbang ada 3, yaitu :

1. Ketiga vektor sama besar tetapi tidak membentuk

sudut 120 derajat satu sama lain

2. Ketiga vektor tidak sama besar tetapi membentuk

sudut 120 derajat satu sama lain

3. Ketiga vektor tidak sama besar dan tidak

membentuk sudut 120 derajat satu sma lain

Untuk lebih jelasnya dapat digambarkan dengan vektor diagram aruspada gambar2.13

(a) (b)

Gambar 2.13 Vektor diagram arus 14

Gambar 2.13 (a) menunjukkan vektor diagram arus

dalam keadaan seimbang. Di sini terlihat bahwa

penjumlahan ketiga vektor arusnya (IR, IS, IT) adalah

sama dengan nol sehingga tidak muncul arus netral (IN).

Sedangkan pada gambar 2.13 (b) menunjukkan vektor

diagram arus yang tidak seimbang. Di sini terlihat

bahwa penjumlahan ketiga vektor arusnya (IR, IS, IT)

tidak sama dengan nol sehingga muncul sebuah besaran

yaitu arus netral (IN) yang besarnya bergantung dari

seberapa besar faktor ketidakseimbangannya.

Pada dasarnya, ada 3 sumber penyebab terjadinya ketidakseimbangansistem 3fasa ini, yaitu 15 :1. Tidak seimbang tegangan sejak pada sumbernya:Tegangan tak simetris pada output generator 3 fasabisa saja terjadi (walaupun jarang) karena kesalahanteknis pada ketiga berkas kumparan dayanya (jumlahlilitan atau resistansi).

2. Tidak seimbang tegangan pada salurannya:Hal demikian dapat disebabkan oleh beberapa faktor, antara lain:A. Konfigurasi ketiga saluran secara total tidak

seimbang, sehingga total kapasitansinya tidakseimbang. Keadaan demikian dapat terjadi padapenyaluran jarak jauh dan bertegangan tinggi,

dimana jarak rata-rata masing-masing saluran fasaterhadap tanah tidak sama.

B. Resistansi saluran tidak sama karena jenis bahankonduktor yang berbeda

C. Resistansi saluran tidak sama karena ukuran

konduktor tidak sama (besar R dipengaruhi oleh

besar q).

D. Resistansi saluran tidak sama karena jarak antara

masing-masing saluran fasa dengan beban tidak

sama (besar R dipengaruhi oleh jarak l).

3. Tidak seimbang pada resistansi bebannya:Karena besar I (arus beban) ditentukan oleh besar

R(beban), maka pada keadaan 3φ: RR ≠ RS ≠ RT, maka arusbebannya: IR ≠ IS ≠ IT. Akibat lanjutnya adalah : bilaresistansi saluran dianggap sama dengan R, maka rugitegangan yang terjadi pada sistem 3φ adalah IRR ≠ ISR ≠ITR atau VR ≠ VS ≠ VT dan rugi daya IR2R ≠ IS2R ≠ IT2Ratau PR ≠ PS ≠ PT sehingga: V(T)R ≠ V(T)S ≠ V(T)T dimanaV(T) = tegangan pada sisi terima (konsumen). Kondisi takseimbang pada tegangan sisi terima akibat tidakseimbangnya beban ini adalah suatu hal yang palingsering terjadi dalam praktek, antara lain oleh adanyasambungan-sambungan di luar perhitungan danperencanaan. Upaya teknis memang perlu dilakukan, agardiperoleh keadaan pembebanan yang seimbang. Pada sistem3 fasa yang menggunakan saluran netral (baca salurannol), dalam keadaan beban simetris maka arus yang lewatsaluran nol adalah benar-benar nol (netral), tetapibila terjadi keadaan tak simetris, maka sebagian arus(berupa arus resultan) akan lewat saluran netral ini,sehingga saluran tersebut menjadi tidak netral lagi.

2.4.2

Penyaluran Daya Pada Keadaan Arus Seimbang

Misalnya daya sebesar P disalurkan melalui suatu

saluran dengan penghantar netral. Apabila pada

penyaluran daya ini arus – arus phasa dalam keadaan

seimbang, maka besarnya daya dapat dinyatakan sebagai

berikut :

P = 3 . [V] . [I] . cos φ ………………………………………………….. (2.17)

dengan :

P

V

: daya pada ujung kirim

: tegangan pada ujung kirim

cos φ : faktor daya

Daya yang sampai ujung diterima akan lebih kecil

dari P karena terjadi penyusutan dalam saluran. Hal ini

dibuat dengan asumsi bahwa arus pemuatan kapasitif pada

saluran cukup kecil sehingga dapat diabaikan. Dengan

demikian besarnya arus di ujung kirim sama dengan arus

di ujung terima. Apabila tegangan dan faktor daya pada

ujung terima berturut-turut adalah V‟ dan φ‟,daya pada

ujung terima adalah :

P‟ = 3 . [V‟] . [I] . cos φ ………………..……………………………..… (2.18)

Selisih antara P pada persamaan memberikan susut daya saluran,yaitu :

P1 = P – P‟

= 3 . [I] . [V] cos φ – [V‟] cos φ‟ ……………………………… (2.19)

Dengan R adalah tahanan kawat penghantar tiap phasa, jadipersamaan berubahmenjadi:

P1 = 3 . [I]2 . R ……………………………………………………………. (2.20)

2.4.3

Penyaluran Daya Pada Keadaan Arus Tak Seimbang

Jika [I] adalah besaran arus phasa dalam penyaluran

daya sebesar P pada keadaan seimbang, maka pada

penyaluran daya yang sama tetapi dengan keadaan tak

seimbang besarnya arus-arus phasa dinyatakan dengan

koefisien a, b dan c sebagai berikut :

[IR] = a [I]

[IS] = b [I] ……………………………………………. (2.21)

[IT] = c [I]

dengan IR, IS, IT berturut – turut adalah arus di phasa R, S, T. 16

Telah disebutkan diatas bahwa faktor daya di ketiga

phasa dianggap sama walaupun besarnya arus berbeda.

Dengan anggapan seperti itu besarnya daya yang

disalurkan dapat dinyatakan sebagai berikut :

P (a + b + c) . [V] . [I] . cos φ ………………………………………….… (2.22)

Apabila persamaan tersebut menyatakan daya yangbesarnya sama, maka keduapersamaan itu dapat diperoleh persyaratan untuk koefisien a, b, cyaitu :

a + b + c = 3 …………….………………………………………………… (2.23)

2.5 Ketidakseimbangan arus

Arus listrik akan mengalir dari sumbernya melalui

penghantar menuju ke beban. Mengalirnya arus listrik

tersebut menuju ke beban sangat tergantung pada besarnya

konsumsi energi listrik dari beban tersebut. Makin

besar konsumsi energi listrik suatu beban, maka makin

besar pula arus yang mengalir ke beban tersebut.

Untuk sistem dengan sirkuit tiga fasa, akan rentan

sekali terjadi ketidaksamaan besarnya arus yang

mengalir di antara penghantar – penghantar ketiga

fasanya, yang disebut ketidakseimbangan arus.

Ketidakseimbangan arus tersebut akan terjadi

apabila daya beban dari masing – masing fasa dari

ketiga fasa transformator tidak seimbang, dalam halini

apabila impedansi bebannya tidak sama.

Untuk mengetahui besar ketidakseimbangan arus darisuatu trafo maka dapat digunakan cara :

Mengetahui besarnya arus – masing – masing di ketigaphasanya.Menjumlahkan arus – arus tersebut dan kemudian di rata –rataMemilih arus yang memiliki deviasi terbesar dengan rata– rataNilai dari deviasi tersebut dibagi dengan rata – rata

Nilai yang diperolehdikalikan 100%. Maka diperoleh besarketidakseimbangan arus dalam %.

Ketidakseimbangan arus =

……....... (2.24)

Jadi besarnya ketidakseimbangan suatu trafo dapatdilihat dari ketidakseimbanganpada arus tiap-tiap phasanya.

2.6 Beban ListrikMenurut sifatnya, beban listrik terdiri dari :

a. Resistor (R) yang bersifat resistifb. Induktor (L) yang bersifat induktifc. Capasitor (C) yang bersifat capasitif

Beban listrik adalah piranti /peralatan yangmenggunakan / mengkonsumsi

energi listrik. Jenis beban listrik yang akan di bahassecara garis besar adalah sebagai berikut :

-

-

Untuk penerangan dengan lampu-lampu pijar,pemanas listrik yang bersifat resistif.Untuk peralatan yang menggunakan motor-motorlistrik (pompa air,alat pendingin/AC/Freezer/kulkas, peralatanlaboratorium), penerangan dengan lampu tabungyang menggunakan balast/trafo bersifat induktif(lampu TL, sodium, merkuri, komputer, TV, dll).

Jika beban resistif diaktifkan (dinyalakan), maka

arus listrik pada beban ini segera mengalir dengan

cepatnya sampai pada nilai tertentu (sebesar nilai arus

nominal beban) dan dengan nilai yang tetap hingga tidak

diaktifkan (dimatikan).

Lain halnya dengan beban induktif, misalnya pada

motor listrik. Begitu motor diaktifkan (digerakkan),

maka saat awal (start) menarik arus listrik yang besar

(3 sampai 5 kali nilai arus nominal), kemudian turun

kembali ke arus nominal.

Gambar 2.14 Rangkaian macam-macam Beban Sistem 3 fasa, 4kawat

2.6.1

Klasifikasi Beban Listrik

Secara umum beban yang dilayani oleh sistemdistribusi listrik ini dibagi dalam beberapa sektoryaitu sektor perumahan, sektor industri, sektorkomersial dan sektor usaha. Masing-masing sektor bebantersebut mempunyai karakteristik- karakteristik yangberbeda, sebab hal ini berkaitan dengan pola konsumsienergi pada masing-masing konsumen di sektor tersebut.Karakteristik beban yang banyak disebut dengan polapembebanan pada sektor perumahan ditujukan oleh adanyafluktuasi konsumsi energi elektrik yang cukup besar.Hal ini disebabkan konsumsi energi elektrik tersebutdominan pada malam hari.

Sedang pada sektor industri fluktuasi konsumsienergi sepanjang hari akan hampir sama, sehinggaperbandingan beban puncak terhadap beban rata-ratahampir mendekati satu. Beban pada sektor komersial danusaha mempunyai karakteristik yang hampir sama, hanyapada sektor komersial akan mempunyai beban puncak yanglebih tinggi pada malam hari.

Berdasarkan jenis konsumen energi listrik, secaragaris besar, ragam bebandapat diklasifikasikan ke dalam :

1. Beban rumah tangga, pada umumnya beban rumah

tangga berupa lampu untuk penerangan, alat rumah

tangga, seperti kipas angin, pemanas air, lemari

es, penyejuk udara, mixer, oven, motor pompa air

dan sebagainya. Beban rumah tangga biasanyamemuncak pada malamhari.

2. Beban komersial, pada umumnya terdiri ataspenerangan untuk reklame, kipas angin, penyejukudara dan alat – alat listrik lainnya yangdiperlukan untuk restoran. Beban hotel jugadiklasifikasikan sebagi beban komersial (bisnis)begitu juga perkantoran. Beban ini secaradrastis naik di siang hari untuk bebanperkantoran dan pertokoan dan menurun di waktusore.

3. Beban industri, dibedakan dalam skala kecildan skala besar. Untuk skala kecil banyakberopersi di siang hari sedangkan industri besarsekarang ini banyak yang beroperasi sampai 24jam.

4. Beban fasilitas umum, merupakan beba untukpelayanan umum seperti

penerangan jalan, taman dan lainnya. Peneranganjalan umum dalam jumlah besar akan berdampakpada konsumsi daya listrik.

5. Beban lain – lain, merupakan kumpulan beban –beban yang belum bias dimasukkan dalamkelompok beban tersebut.

Pengklasifikasian ini sangat penting artinya bila

kita melakukan analisa beban untuk suatu sistem yang

sangat besar. Perbedaan yang paling prinsip dari empat

jenis beban diatas, selain dari daya yang digunakan dan

juga waktu pembebanannya. Pemakaian daya pada beban

rumah tangga akan lebih dominan pada pagi dan malam

hari, sedangkan pada beban komersil lebih dominan pada

siang dan sore hari. Pemakaian daya pada industri akan

lebih merata, karena banyak industry yang bekerja

siang-malam. Maka dilihat dari sini, jelas pemakaian

daya pada industri akan lebih menguntungkan karena

kurva bebannya akan lebih merata. Sedangkan pada beban

fasilitas umum lebih dominan pada siang dan malam hari.

2.6.2

Karakteristik Umum Beban Listrik

Karakteristik beban diperlukan agar sistem tegangan

dan pengaruh thermis dari pembebanan dapat dianalisis

dengan baik. Analisis tersebut termasuk dalam

menentukan keadaan awal yang akan di proyeksikan dalam

perencanaan selanjutnya. Penentuan karakteristik beban

listrik suatu gardu distribusi sangat penting artinya

untuk mengevaluasi pembebanan gardu distribusi

tersebut, ataupun dalam merencanakan suatu gardu

distribusi yang baru. Karakteristik beban ini sangat

memegang peranan penting dalam memilih kapasitas

transformator secara tepat dan ekonomis. Di lain pihak

sangat penting artinya dalam menentukan rating

peralatan pemutus rangkaian, analisa rugi-rugi dan

menentukan kapasitas pembebanan dan cadangan tersedia

dan suatu gardu. Karakteristik beban listrik suatu

gardu sangat tergantung pada jenis beban yang

dilayaninya. Hal ini akan jelas terlihat dan hasil

pencatatan kurva beban suatu interval waktu. Berikut

ini beberapa faktor yang menentukan karaktristik beban.

1. Faktor Beban (load factor)

Faktor beban adalah perbandingan antara beban

rata – rata terhadap beban puncak yang diukur

dalam suatu periode tertentu. Beban rata – rata

dan beban puncak dapat dinyatakan dalam kilowatt,

kilovolt – amper, amper dan sebagainya, tetapi

satuan dari keduanya harus sama. Faktor beban

dapat dihitung untuk periode tertentu biasanya

dipakai harian, bulanan atau tahunan. Beban puncak

yang dimaksud disini adalah beban puncak sesaat

atau beban puncak rata-rata dalam interval

tertentu (demand maksimum), pada umumnya dipakai

demand maksimum 15 menit atau 30 menit. Faktor

beban dapat diketahui dari kurva

bebannya.Sedangkan untuk perkiraan besaran faktor

beban di masa yang akan datang dapat didekati

dengan kata data statistik yang ada berdasarkan

jenis bebannya.

2. Beban Harian

Faktor beban harian, bervariasi menurut

karakterstik dari daerah beban tersebut, apakah

daerah pemukiman, daerah industri, perdagangan

ataupun gabungan dari bermacam pemakai/pelanggan,

juga bagimana keadaan cuaca atau juga apakah hari

libur dan sebagainya.

3. Faktor Beban harian rata – rata

Faktor beban harian rata – rata , merupakandasar dari pada faktor

beban tahunan total.

4. Faktor Penilaian Beban

Faktor-faktor

penilaian

beban adalahfaktor

yang dapat

memberikan gambaran mengenai karakteristik beban,baik dari segi kuantitas pembebanannya maupun darisegi kualitasnya. Faktor-faktor ini sangat bergunadalam meramalkan karakteristik beban masa datangatau dalam menentukan efek pembebanan terhadapkapasitas sistem secara menyeluruh.

5. Jenis Beban Tersambung

Suatu cara yang baik adalah untuk bermuladengan mencatat semua

jenis alat pemakaian listrik yang dapat disambungoleh para konsumen atau pelanggan pada systempenyedia tenaga listrik. Alat – alat pemakaiantenaga listrik itu secara umum dapat dibagi empatkelompok besar : penerangan, tenaga, pemanasan /pendinginan dan keperluan yang berlainan.

6. Beban Penerangan

Data kelompok penerangan termasuk lampu –

lampu pijar dan fluoresen, neon, uap merkuri, uap

sodium dan lampu metal halide. Semua lampu

tersebut dapat dijalankan dengan arus searah

maupun arus bolak – balik. Lampu – lampu pijar

beroperasi pada faktor daya satu. Keluaran

cahayanya menurun banyak dengan penurunan tegangan

sebanyak 5% akan menurun cahaya dengan 15% untuk

kemudian menurunl ebih deras lagi. Masa manfaatnya

biasa dirancang untuk selama 1000 jam nyala, namun

akan cepat menurun bilamana tegangan dinaikkan.

Lampu – lampu fluoresen dan neon pada umumnya

memiliki factor daya yang sangat rendah, yaitu

hingga 50%. Karena nya lampu – lampu ini

dilengkapi dengan kapasitor sehingga faktor daya

itu menjadi lebih tinggi

dan hamper mencapai nilai 1. Lampu – lampu uap

merkuri (tekanan tinggi) dan uap sodium (tekanan

tinggi dan tekanan rendah) serta lampu metal

halide beroperasi dengan faktor daya sebesar 70%

hingga 80%.

Bilamana dipergunakan kapasitor maka faktor daya

itu dapat ditingkatkan

hingga mendekati 100%.

7. Beban Tenaga

Beban tenaga pada umunya terdiri atasberbagai jenis motor listrik.

Motor arus searah tidak begitu banyak dipakai.Yang terbanyak digunakan adalah motor induksi,terutama dari jenis motor kurung. Motor sinkronjuga tidak begitu banyak dipergunakan, kecualiuntuk keperluan – keperluan khusus. Jenis motoryang banyak dipakai adalah dengan daya beberapapuluh watt (fractional horsepower motors). Motor – motorini umumnya satu phasa, terdapat pada berbagaialat seperti mesin cuci, kipas angin, lemari es,dan lain sebagainya. Motor jenis ini pada umumnyaberoperasi dengan faktor daya 50% hingga 70%.Karenanya sering dilengkapi dengan starter, alatyang besar seperti lemari es dapat mengakibatkankedap – kedip, atau flicker pada lampu.

Motor induksi atau motor tak serempak banyakdipakai di pabrik

dan industri. Bilamana beroperasi pada bebanpenuh, faktor daya dapat mencapai 80% atau lebih.Pada beban rendah, faktor daya akan banyakmenurun. motor induksi kecil hingga 1-2 kW,biasanya phasa tunggal. Untuk motor yang lebihbesar pada umumnya dibuat untuk tiga phasa. Motorsinkron, atau motor serempak biasanya dipakai pada

daya yang agak besar, yaitu untuk koreksi faktordaya instalsi besar atau jaringan perusahaanlistrik karena faktor dayanya dapat diatur.

8. Faktor Diversitas

Faktor diversitas adalah perbandingan antarajumlah beban puncak

dari masing – masing pelanggan dari satu kelompokpelanggan dengan beban puncak dari kelompokpelanggan tersebut. Didefinisikan sebagai

perbandingan antara jumlah demand dari unit-unitbeban terhadap demandmaksimum dari keseluruhan beban.

9. Faktor Kebersamaan (waktu)

Faktor kebersamaan (waktu) adalah perbandingan

antara beban puncak (kebutuhan maks) dari suatu

kelompok pelanggan (beban) dengan beban puncak

dari masing – masing pelanggan dari kelompok

tersebut.

10. Kebutuhan “Demand”

Kebutuhan sistem elektrik didefinisikan sebagai

beban pada terminal terima secara rata-rata dalam

suatu universal waktu tertentu. Satuan beban

tersebut dapat berupa Kilowatt, Kilovoltampere,

Ampere dan Kiloampere.

11. Selang Kebutuhan “Demand Interval”

Interval Kebutuhan merupakan periode yangdijadikan dasar untuk

terima secara rata-rata. Pemilihan periode inidapat terjadi mulai dari selang 15 menit, selang30 menit, selang 60 menit ataupun lainnya. Padakondisi-kondisi tertentu kebutuhan pada selang 15menit sama dengan kebutuhan pada selang 30 menit.Pernyataan kebutuhan ini harus diekspresikan dalamsuatu selang waktu dimana kebutuhan tersebutdiukur.

12. Kebutuhan Maksimum “Maksimum Demand”

Kebutuhan Maksimum didefinisikan sebagai kebutuhan

terbesar yang dapat terjadi dalam suatu selang

tertentu. Jadi, kebutuuhan maksimum dapat

dikatakan dalam selang waktu 1 jam, 1 minggu,

harian dll.

13. Diversitas Kebutuhan “Diseverisfied Demand”

Diversitas kebutuhan dikaitkan dengan beban

komposit, dengan beban yang tidak saling

berhubungan pada selang waktu tertentu. Jadi,

diversitas kebutuhan merupakan perbandingan jumlah

maksimum masing- masing

beban komposit tersebut terhadap kebutuhan

maksimum seluruh beban komposit.

14. Faktor Kebutuhan (DF = demand factor)

Didefinisikan sebagai perbandingan antarabeban puncak dengan

beban terpasang dengan kata lain merupakan derajat pelayananserentakada seluruh beban terpasang.

15. Faktor Coincident (CF = coincident factor)

Didefinisikan sebagai perbandingan antara

demand maksimum seluruh beban dengan jumlah demand

maksimum masing-masing unit beban.

16. Faktor Rugi-rugi Beban (LLF = Loss factor)

Didefinisikan sebagai perbandingan antara

rugi dan rata-rata terhadap rugi daya pada beban

puncak pada periode waktu tertentu. Faktor rugi-

rugi beban merupakan rugi-rugi sebagai fungsi

waktu, berubh sesuai dengan fungsi dari waktu

kuadrat. Oleh karena itu, factor rugi-rugi ini

tidak dapat ditentukan langsung dari faktor beban.

17. Faktor Penggunaan (UF = utility factor)

Didefenisikan sebagai perbandingan antara

demand maksimum dengan kapasitas nominal dari

sistem pencatu daya.