soal ru dasar tenaga listrik

SOAL RESPONSI UMUM PRAKTIKUM DASAR TENAGA LISTRIK 2015-2016
Dasar Teori Listrik
Apa yang dimaksud dengan Tegangan?
Tegangan listrik (kadang disebut sebagai Voltase) adalah perbedaan potensi listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik, dinyatakan dalam satuan volt.
Apa yang dimaksud dengan Arus?
Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu. 
Jelaskan pengertian resistansi, induktansi dan kapasitansi?
Induktansi adalah Elemen rangkaian yang menyimpan energi di dalam suatu medan magnet.
Kapasitansi adalah Elemen rangkaian yang menyimpan medan energi dalam suatu medan listrik
Resistensi adalah elemen rangkaian yang memiliki kemampuan untuk menahan aliran arus listrik.
Jelaskan pengertian resistif, induktif dan kapasitif?
Beban resistif (R) yaitu beban yang terdiri dari komponen tahanan ohm saja (resistance), hanya mengkonsumsi beban aktif saja dan mempunyai faktor daya sama dengan satu. Tegangan dan arus sefasa
Beban induktif (L) yaitu beban yang terdiri dari kumparat kawat yang dililitkan pada suatu inti, Beban ini dapat mengakibatkan pergeseran fasa (phase shift) pada arus sehingga bersifat lagging. Beban jenis ini menyerap daya aktif dan daya reaktif. 
Beban kapasitif (C) yaitu beban yang memiliki kemampuan kapasitansi atau kemampuan untuk menyimpan energi yang berasal dari pengisian elektrik (electrical discharge) pada suatu sirkuit. Komponen ini dapat menyebabkan arus leading terhadap tegangan. Beban jenis ini menyerap daya aktif dan mengeluarkan daya reaktif.
Jelaskan pengertian resistor, inductor dan kapasitor?
Resistor adalah komponen pasif elektronika yang berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran listrik yang mengalir dalam suatu rangkain elektronika.
Induktor atau kumparan adalah salah satu komponen pasif elektronika yang tersusun dari lilitan kawat dan bisa menghasilkan medan magnet bila dialiri arus listrik dan sebaliknya bisa menghasilkan listrik bila diberi medan magnet. Induktor termasuk komponen elektronika yang bisa menyimpan muatan listrik.
kapasitor adalah komponen pasif elektronika yang dapat menyimpan muatan arus listrik di dalam medan listrik sampai batas waktu tertentu dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan arus listrik.
Jelaskan pengertian dibawah ini:
Magnet
Magnet atau magnit adalah suatu obyek yang mempunyai suatu medan magnet.
Medan Magnet
Medan magnet adalah suatu medan atau ruang yang dibentuk dengan menggerakan muatan listrik (arus listrik) yang menyebabkan munculnya gaya di muatan listrik lain yang bergerak.

Flux magnet
Fluks Magnet adalah ukuran magnetisme yang ditunjukkan oleh sebuah benda pada penampang dua dimensi. Fluks Magnet juga disebut sebagai elektromagnetisme dan digunakan untuk menghitung kerapatan medan magnet.
Medan listrik
Medan listrik adalah daerah disekitar muatan listrik yang jika muatan listrik lain diletakkan di ruangan ini maka akan terjadi gaya listrik.
Induksi elektromagnetik
Induksi elektromagnetik adalah gejala timbulnya gaya gerak listrik di dalam suatu kumparan/konduktor bila terdapat perubahan fluks magnetik pada konduktor tersebut atau bila konduktor bergerak relatif melintasi medan magnetik.
Jelaskan Bunyi Hukum dibawah ini !
Hukum kirchoff I dan II
Hukum kirchoff 1 berbunyi "Jumlah kuat arus yang masuk dalam titik percabangan sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari titik percabangan".
Hukum Kirchoff 2 berbunyi: "Dalam rangkaian tertutup, Jumlah aljabbar GGL (E) dan jumlah penurunan potensial sama dengan nol".
Hukum Ohm
Hukum ohm "Besar arus listrik (I) yang mengalir melalui sebuah penghantar atau Konduktor akan berbanding lurus dengan beda potensial atau tegangan (V) yang diterapkan kepadanya dan berbanding terbalik dengan hambatannya (R)".
Hukum Oersted
Hukum Oersted "Jika muatan listrik mengalir melalui kawat penghantar konduktor, maka akan timbul pengaruh magnetik disekitar kawar berarus tersebut".
Hukum Faraday
Bunyi Hukum Faraday 1 "Massa zat yang terbentuk pada masing-masing elektroda sebanding dengan kuat arus listrik yang mengalir pada elektrolisis tersebut" 
Bunyi Hukum faraday 2 "Massa dari macam-macam zat yang diendapkan pada masing-masing elektroda oleh sejumlah arus listrik yang sama banyaknya akan sebanding dengan berat ekivalen masing-masing zat tersebut"
Hukum Bio-Savart dan Gaya Lorentz
Hukum biot-savart "sebuah kawat apabila dialiri oleh arus listrik akan menghasilkan medan magnet yang garis-garis gayanya berupa lingkaran-lingkaran yang berada disekitar kawat tersebut. Arah dari garis-garis gaya (gaya lorentz) magnet ditentukan dengan kaidah tangan kanan".
Gaya Lorentz adalah gaya yang ditimbulkan oleh sebuah penghantar yang dialiri arus listrik dan penghantar tersebut berada dalam medan magnetic.














Mesin-Mesin Listrik
Gambarkan diagram mesin-mesin Listrik !
Jelaskan pengertian Motor induksi dan Motor sinkron !
Motor induksi adalah motor yang berputar karena adanya tegangan terinduksi yang timbul karena terpotongnya batang konduktor (rotor) oleh medan putar stator. Motor Sinkron adalah mesin sinkron yang digunakan untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Mesin sinkron mempunyai kumparan jangkar pada stator dan kumparan medan pada rotor

Jelaskan pengertian Generator induksi dan Generator snkron!
Generator induksi merupakan salah satujenis generator AC yang menerapkan prinsip motor induksi untuk menghasilkan daya. Generator induksi dioperasikan dengan menggerakkan rotornya secara mekanis lebih cepat daripada kecepatan sinkron sehingga menghasilkan slip negatif. Motor induksi biasa umumnya dapat digunakan sebagai sebuah generator tanpa ada modifikasi internal. Generator induksi sangat berguna pada aplikasi-aplikasi seperti pembangkit listrik mikrohidro, turbin angin, atau untuk menurunkan aliran gas bertekanan tinggi ke tekanan rendah, karena dapat memanfaatkan energi denganpengontrolan yang relatif sederhana. Generator induksi adalah generator yang menggunakan prinsip induksi elektromagnetik dalam pengoperasiannya. Generator ini dapat bekerja pada putaran rendah serta tidak tetap kecepatannya, sehingga generator induksi banyak digunakan pada pembangkit listrik dengan daya yang rendah seperti pada pembangkit listrik tenaga mikrohidro atau pembangkit listrik tenaga baru.
Generator sinkron merupakan mesin listrik arus bolak balik yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik arus bolak-balik. Energi mekanik diperoleh dari penggerak mula (prime mover) yang terkopel dengan rotor generator, sedangkan energi listrik diperoleh dari proses induksi elektromagnetik yang melibatkan kumparan rotor dan kumparan stator. Mesin listrik arus bolak-balik ini disebut sinkron karena rotor berputar secara sinkron atau berputar dengan kecepatan yang sama dengan kecepatan medan magnet putar.
Gambarkan dan jelaskan bagian-bagian konstruksi Mesin Induksi !
Gambarkan dan Jelaskan bagian-bagian konstruksi Mesin sinkron !
Jelaskan Prinsip kerja dari mesin induksi (Generator-Motor)!
Motor induksi bekerja berdasarkan induksi elektromagnetik dari kumparan stator kepada kumparan rotornya. Garis-garis gaya fluks yang diinduksikan dari kumparan stator akan memotong kumparan rotornya sehingga timbul emf (ggl) atau tegangan induksi dan karena penghantar (kumparan) rotor merupakan rangkaian yang tertutup, maka akan mengalir arus pada kumparan rotor.
Penghantar (kumparan) rotor yang dialiri arus ini berada dalam garis gaya fluks yang berasal dari kumparan stator sehingga kumparan rotor akan mengalami gaya Lorentz yang menimbulkan torsi yang cenderung menggerakkan rotor sesuai dengan arah pergerakan medan induksi stator. Pada rangka stator terdapat kumparan stator yang ditempatkan pada slot-slotnya yang dililitkan pada sejumlah kutup tertentu. Jumlah kutup ini menentukan kecepatan berputarnya medanstator yang terjadi yang diinduksikan ke rotornya. Makin besar jumlah kutup akan mengakibatkan makin kecilnya kecepatan putar medanstator dan sebaliknya. Kecepatan berputarnya medan putar ini disebut kecepatan sinkron.
Secara sistematis, prinsip kerja motor induksi tiga phasa dapat diuraikan sebagai beriku
1. Apabila sumber tegangan tiga phasa dipasang pada kumparan stator akan timbul medan putar dengan kecepatan ns = 120flp.
2. Medan putar stator tersebut akan memotong batang konduktor yang ada pada rotor.
3. Akibatnya pada kumparan rotor timbul tegangan induksi (ggl) sebesar:
E2s = 4,44 f2N2 m (untuk satu phasa)
E2s merupakan tegangan induksi pada saat rotor berputar
4. Karena kumparan rotor merupakan rangkaian yang tertutup, maka ggl (E) akan menghasilkan arus (I).
5. Adanya arus (I) di dalam medan magnet menimbulkan gaya (F) pada rotor.
6. Bila kopel mula yang dihasilkan oleh gaya (F) pada rotor yang cukup besar untuk memikul kopel beban, rotor akan berputar searah dengan medan putar stator.
7. Seperti yang telah dijelaskan pada bagian 3, tegangan induksi timbul karena terpotongnya batang konduktor rotor oleh medan putar stator. Artinya agar tegangan terinduksi diperlukan adanya perbedaan relatif antara kecepatan medan putar stator (ns) dengan kecepatan berputar rotor (nr).
8. Perbedaan kecepatan antara nr dan ns disebut slip (S) yang dinyatakan dengan
S = (ns – nr)/ns x 100%
9. Bila nr = ns, tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak akan mengalir pada kumparan jangkar rotor, dengan demikian tidak dihasilkan kopel. Kopel motor akan ditimbulkan apabila nr lebih kecil dari ns.
10. Dilihat dari cara kerjanya, motor induksi disebut juga sebagai motor tak serempak atau motor asinkron.


Jelaskan Prinsip kerja dari mesin Asinkron (Generator-Motor)!

















Transformator
Jelaskan Pengertian Transformator!
Pengertian Transformator
Transformator tenaga adalah suatu peralatan tenaga listrik yang berfungsi untuk menyalurkan tenaga/daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya.
Dalam operasi penyaluran tenaga listrik transformator dapat dikatakan sebagai jantung dari transmisi dan distribusi. Dalam kondisi ini suatu transformator diharapkan dapat beroperasi secara maksimal (kalau bisa terus menerus tanpa berhenti). Mengingat kerja keras dari suatu transformator seperti itu maka cara pemeliharaan juga dituntut sebaik mungkin. Oleh karena itu transformator harus dipelihara dengan menggunakan sistem dan peralatan yang benar, baik dan tepat. Untuk itu regu pemeliharaan harus mengetahui bagian-bagian transformator dan bagian-bagian mana yang perlu diawasi melebihi bagian yang lainnya.
Berdasarkan tegangan operasinya dapat dibedakan
menjadi transformator 500/150 kV dan 150/70 kV biasa disebut Interbus Transformator (IBT). Transformator 150/20 kV dan 70/20 kV disebut juga trafo distribusi. Titik netral transformator ditanahkan sesuai dengan kebutuhan untuk sistem pengamanan/proteksi. Sebagai contoh transformator 150/70 kV ditanahkan secara langsung di sisi netral 150 kV dan transformator 70/20 kV ditanahkan dengan tahanan rendah atau tahanan tinggi atau langsung di sisi netral 20 kV nya.

Sebutkan dan jelaskan jenis-jenis transformator!
Jenis-jenis transformator
1. Step-Up
Transformator step-up adalah transformator yang memiliki lilitan sekunder lebih banyak daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penaik tegangan. Transformator ini biasa ditemui pada pembangkit tenaga listrik sebagai penaik tegangan yang dihasilkan generator menjadi tegangan tinggi yang digunakan dalam transmisi jarak jauh.
2. Step-Down
Transformator step-down memiliki lilitan sekunder lebih sedikit daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penurun tegangan. Transformator jenis ini sangat mudah ditemui, terutama dalam adaptor AC-DC.
3. Autotransformator
Transformator jenis ini hanya terdiri dari satu lilitan yang berlanjut secara listrik, dengan sadapan tengah. Dalam transformator ini, sebagian lilitan primer juga merupakan lilitan sekunder. Fasa arus dalam lilitan sekunder selalu berlawanan dengan arus primer, sehingga untuk tarif daya yang sama lilitan sekunder bisa dibuat dengan kawat yang lebih tipis dibandingkan transformator biasa. Keuntungan dari autotransformator adalah ukuran fisiknya yang kecil dan kerugian yang lebih rendah daripada jenis dua lilitan. Tetapi transformator jenis ini tidak dapat memberikan isolasi secara listrik antara lilitan primer dengan lilitan sekunder.
Selain itu, autotransformator tidak dapat digunakan sebagai penaik tegangan lebih dari beberapa kali lipat (biasanya tidak lebih dari 1,5 kali).
4. Autotransformator variabel
Autotransformator variabel sebenarnya adalah autotransformator biasa yang sadapan tengahnya bisa diubah-ubah, memberikan perbandingan lilitan primer-sekunder yang berubah-ubah.
5. Transformator isolasi
Transformator isolasi memiliki lilitan sekunder yang berjumlah sama dengan lilitan primer, sehingga tegangan sekunder sama dengan tegangan primer. Tetapi pada beberapa desain, gulungan sekunder dibuat sedikit lebih banyak untuk mengkompensasi kerugian. Transformator seperti ini berfungsi sebagai isolasi antara dua kalang. Untuk penerapan audio, transformator jenis ini telah banyak digantikan oleh kopling kapasitor.
6. Transformator pulsa
Transformator pulsa adalah transformator yang didesain khusus untuk memberikan keluaran gelombang pulsa. Transformator jenis ini menggunakan material inti yang cepat jenuh sehingga setelah arus primer mencapai titik tertentu, fluks magnet berhenti berubah. Karena GGL induksi pada lilitan sekunder hanya terbentuk jika terjadi perubahan fluks magnet, transformator hanya memberikan keluaran saat inti tidak jenuh, yaitu saat arus pada lilitan primer berbalik arah.
7. Transformator tiga fase
Transformator tiga fase sebenarnya adalah tiga transformator yang dihubungkan secara khusus satu sama lain. Lilitan primer biasanya dihubungkan secara bintang like emoticon dan lilitan sekunder dihubungkan secara delta (\Delta).

Gambarkan dan Jelaskan bagian-bagian konstruksi transformator ! (gambar gk lengkap! Lengkapi sendiri!)
1. Bagian utama transformator, terdiri dari :
a) Inti besi
Inti besi berfungsi untuk mempermudah jalan fluks, 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 pusar atau arus eddy (eddy current).

b) Kumparan transformator
Beberapa lilitan kawat berisolasi membentuk suatu kumparan, dan kumparan tersebut diisolasi, baik terhadap inti besi maupun terhadap kumparan lain dengan menggunakan isolasi padat seperti karton, pertinax dan lain-lain.
Pada transformator terdapat kumparan primer dan kumparan sekunder. Jika kumparan primer dihubungkan dengan tegangan/arus bolak-balik maka pada kumparan tersebut timbul fluks yang menimbulkan induksi tegangan, bila pada rangkaian sekunder ditutup (rangkaian beban) maka mengalir arus pada kumparan tersebut, sehingga kumparan ini berfungsi sebagai alat transformasi tegangan dan arus.

c) Kumparan tertier
Fungsi kumparan tertier diperlukan adalah untuk memperoleh tegangan tertier atau untuk kebutuhan lain. Untuk kedua keperluan tersebut, kumparan tertier selalu dihubungkan delta atau segitiga. Kumparan tertier sering digunakan juga untuk penyambungan peralatan bantu seperti kondensator synchrone, kapasitor shunt dan reactor shunt, namun demikian tidak semua transformator daya mempunyai kumparan tertier.



d) Minyak transformator
Sebagian besar dari transformator tenaga memiliki kumparan-kumparan yang intinya direndam dalam minyak transformator, terutama pada transformator-transformator tenaga yang berkapasitas besar, karena minyak transformator mempunyai sifat
sebagai media pemindah panas (disirkulasi) dan juga berfungsi pula sebagai isolasi (memiliki daya tegangan tembus tinggi) sehingga berfungsi sebagai media pendingin dan isolasi. 
Minyak transformator harus memenuhi persyaratan, yaitu:
kekuatan isolasi tinggi
penyalur panas yang baik, berat jenis yang kecil, sehingga partikel-partikel dalam minyak dapat mengendap dengan cepat
viskositas yang rendah, agar lebih mudah bersirkulasi dan memiliki kemampuan pendinginan menjadi lebih baik
titik nyala yang tinggi dan tidak mudah menguap yang dapat menimbulkan baha
tidak merusak bahan isolasi padat
sifat kimia yang stabil
Minyak transformator baru harus memiliki spesifikasi seperti tampak pada Tabel 1 di bawah ini.

 
Tabel 1. Spesifikasi Minyak Isolasi Baru.

Untuk minyak isolasi pakai berlaku untuk transformator berkapasitas > 1 MVA atau bertegangan > 30 kV sifatnya seperti ditunjukkan pada Tabel 2.



Tabel 2. Spesifikasi Minyak Isolasi Pakai.

e) Bushing
Hubungan antara kumparan 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.

f) Tangki dan konservator
Pada umumnya bagian-bagian dari transformator yang terendam minyak transformator berada atau (ditempatkan) di dalam tangki. Untuk menampung pemuaian pada minyak transformator, pada tangki dilengkapi dengan sebuah konservator. 
Terdapat beberapa jenis tangki, diantaranya adalah:

Jenis sirip (tank corrugated) Badan tangki terbuat dari pelat baja bercanai dingin yang menjalani penekukan, pemotongan dan proses pengelasan otomatis, untuk membentuk badan tangki bersirip dengan siripnya berfungsi sebagai radiator pendingin dan alat bernapas pada saat yang sama. Tutup dan dasar tangki terbuat dari plat baja bercanai panas yang kemudian dilas sambung kepada badan tangki bersirip membentuk tangki corrugated ini. Umumnya transformator di bawah 4000 kVA dibuat dengan bentuk tangki corrugated.

Jenis tangki Conventional Beradiator, Jenis tangki terdiri dari badan tangki dan tutup yang terbuat dari mild steel plate (plat baja bercanai panas) ditekuk dan dilas untuk dibangun sesuai dimensi yang diinginkan, sedang radiator jenis panel terbuat dari pelat baja bercanai dingin (cold rolled steel sheets). Transformator ini umumnya dilengkapi dengan konservator dan digunakan untuk 25.000,00 kVA, yang ditunjukkan pada Gambar 2.


Gambar 2. Transformator Tipe Conventional Beradiator (Sumber Trafindo, 2005)

Hermatically Sealed Tank With N2 Cushined, Tipe tangki ini sama dengan jenis conventional tetapi di atas permukaan minyak terdapat gas nitrogen untuk mencegah kontak antara minyak dengan udara luar

2. Peralatan Bantu

a) Pendingin
Pada inti besi dan kumparan-kumparan akan timbul panas akibat rugi-rugi besi dan rugi-rugi tembaga. Bila panas tersebut mengakibatkan kenaikan suhu yang berlebihan, akan merusak isolasi transformator, maka untuk mengurangi adanya kenaikan suhu yang berlebihan tersebut pada transformator perlu juga dilengkapi dengan sistem pendingin yang bergungsi untuk menyalurkan panas keluar transformator. Media yang digunakan pada sistem pendingin dapat berupa
udara, gas, minyak dan air. 

Sistem pengalirannya (sirkulasi) dapat dengan cara:
Alamiah (natural)
Tekanan/paksaan (forced)

Tabel 3. Tipe Pendinginan Transformator

keterangan: A = air (udara), O = Oil (minyak), N = Natural (alamiah), F = Forced (Paksaan / tekanan)

b) Tap Changer (perubah tap)
Tap Changer adalah perubah perbandingan transformator untuk mendapatkan tegangan operasi sekunder sesuai yang diinginkan dari tegangan jaringan/primer yang berubah-ubah. Tap changer dapat dilakukan baik dalam keadaan berbeban (on-load) atau dalam keadaan tak berbeban (off load), dan tergantung jenisnya.

c) Alat pernapasan
Karena adanya pengaruh naik turunnya beban transformator maupun suhu udara luar, maka suhu minyak akan berubah-ubah mengikuti keadaan tersebut. Bila suhu minyak tinggi, minyak akan memuai dan mendesak udara di atas permukaan minyak keluar dari dalam tangki, sebaliknya bila suhu minyak turun, minyak menyusut maka udara luar akan masuk ke dalam tangki. Kedua proses di atas disebut pernapasan transformator. Permukaan minyak transformator akan selalu bersinggungan dengan udara luar yang menurunkan nilai tegangan tembus pada minyak transformator, maka untuk mencegah hal tersebut, pada ujung pipa penghubung udara luar dilengkapi tabung berisi kristal zat hygroscopis.

d) Indikator
Untuk mengawasi selama transformator beroperasi, maka perlu adanya indicator yang dipasang pada transformator. Indikator tersebut adalah sebagai berikut:
indikator suhu minyak
indikator permukaan minyak
indikator sistem pendingin
indikator kedudukan tap, dan sebagainya.

3. Peralatan Proteksi

a) Relay Bucholz
Relay Bucholz adalah relai yang berfungsi mendeteksi dan mengamankan terhadap gangguan transformator yang menimbulkan gas.

Timbulnya gas dapat diakibatkan oleh beberapa hal, diantaranya adalah:
Hubung singkat antar lilitan pada atau dalam phasa
Hubung singkat antar phasa
Hubung singkat antar phasa ke tanah
Busur api listrik antar laminasi
Busur api listrik karena kontak yang kurang baik.

b) Relai Tekanan Lebih
Relai ini berfungsi hampir sama seperti Relay Bucholz. Fungsinya adalah mengamankan terhadap gangguan di dalam transformator. Bedanya relai ini hanya bekerja oleh kenaikan tekanan gas yang tiba-tiba dan langsung mentripkan pemutus tenaga (PMT). Alat pengaman tekanan lebih ini berupa membran yang terbuat dari kaca, plastik, tembaga atau katup berpegas, sebagai pengaman tangki transformator terhadap kenaikan tekan gas yang timbul di dalam tangki yang akan pecah pada tekanan tertentu dan kekuatannya lebih rendah dari kekuatan tangki transformator

c) Relai Diferensial
Berfungsi mengamankan transformator terhadap gangguan di dalam transformator, antara lain adalah kejadian flash over antara kumparan dengan kumparan atau kumparan dengan tangki atau belitan dengan belitan di dalam kumparan ataupun beda kumparan.


d) Relai Arus lebih
Berfungsi mengamankan transformator jika arus yang mengalir melebihi dari nilai yang diperkenankan lewat pada transformator tersebut dan arus lebih ini dapat terjadi oleh karena beban lebih atau gangguan hubung singkat. Arus lebih ini dideteksi oleh transformator arus atau current transformator (CT).

e) Relai Tangki Tanah
Alat ini berfungsi untuk mengamankan transformator bila ada hubung singkat antara bagian yang bertegangan dengan bagian yang tidak bertegangan pada transformator.

f) Relai Hubung Tanah
Fungsi alat ini adalah untuk mengamankan transformator jika terjadi gangguan hubung singkat satu phasa ke tanah.

g) Relai Thermis
Alat ini berfungsi untuk mencegah/mengamankan transformator dari kerusakan isolasi pada kumparan, akibat adanya panas lebih yang ditimbulkan oleh arus lebih. Besaran yang diukur di dalam relai ini adalah kenaikan suhu.


Jelaskan Prinsip kerja dari Transformator!
Prinsip Kerja Transformator sebenarnya bertujuan untuk menaikan dan atau menurunkan arus tegangan. Arus tegangan yang akan di naikan dan atau di turunkan oleh transformator tersebut adalah arus tegangan bolak – balik, secara umum arus tegangan bolak – balik tersebut lebih dikenal dengan AC. Sebagai pengantar, transformator biasanya dapat anda lihat dan temukan di beberapa barang – barang kelistrikan, seperti televisi, radio, komputer dan peralatan – peralatan yang berhubungan dengan listrik lainnya. yang jelas alat – alat yang berhubungan dengan listrik tersebut memang memerlukan penyesuai dalam hal tegangan atau arus. Sebagai contoh, televisi yang memerlukan tegangan 50 volt pada listrik di rumah dengan tegangan 220 volt.
Gambar Tentang Prinsip Kerja Transformator

Maka di gunakan transformator pada televisi tersebut untuk merubah tegangan listrik AC atau tegangan bolak – balik sebesar 220 volt menjadi tegangan atau arus listrik 50 volt pada televisi tersebut. Karena prinsip kerja transformator yang dapat mengubah tegangan tersebut maka transformator selalu dapat di temukan di hampir semua alat – alat yang ada hubungannya dengan listrik. Terdapat tiga bagian pada sebuah transformator yaitu, kumparan yang terdiri dari kumparan primer dan skunder, dan kumparan utama atau kumparan primer. Bagi anda yang ingin menghitung jumlah lilitan sekunder yang dibutuhkan juga sebenarnya cukup mudah, ada rumus fisika yang dapat anda gunakan untuk menghitungnya.
Rumus yang digunakan untuk menghitung lilitan sekunder adalah besar tegangan listrik yang dibutuhkan alat elektronik anda dibagi besarnya tegangan listrik di rumah anda dikali dengan jumlah banyaknya lilitan primer yang terdapat pada transformator. Contoh, tegangan listrik yang dibutuhkan untuk charger hp 10 volt pada tegangan listrik rumah sebesar 220 volt dan jika kumparan primer yang terdapat pada transformatornya adalah 1.100 lilitan, jadi rumus menghitungnya 10 volt per 220 volt dikali 1100 maka hasilnya adalah 50. Angka 50 tersebut adalah jumlah dari lilitan skundernya.Prinsip kerja transformator merupakan hal yang harus dimengerti oleh orang yang mengambil jurusan kelistrikan atau elektro, karena seperti yang sudah diketahui bersama, transformator hampir pasti ada disetiap peralatan elektronik.


Tuliskan Persamaan-Persamaan yang digunakan dalam trasformator!

A. Besaran Utama

Susunan trafo daya pada dasarnya adalah seperti pada gambar dibawah ini


Gambar1. Prinsip kerja transformator

Pada inti besi berbahan ferromagnetis b dililitkan gulungan primer sebanyak n1 , dan lilitan sekunder sebanyakn2 . Bila lilitan primer diberi tegangan bolak-balik (AC) dengan harga efektif sebesar V1 dengan frekuensi f , maka dalam inti besi b akan timbul fluks magnet Φ. Hubungan antara V1 dengan Φ bagi tegangan bolak-balik berbentuk sinus adalah :

V1 = 4,44 f n1 Φ (1)

Dengan adanya fluks magnet Φ , maka pada lilitan sekunder yang juga melingkupi fluks magnet tersebut akan diinduksikan tegangan sekunder sebesar

V2 = 4,44 f n2 Φ (2)

 Dari kedua persamaan diatas kalau kita bagi maka akan kita dapatkan persamaan :

V1 / V2 = n1 / n2 (3)

Dengan kata lain, tegangan lilitan-lilitan suatu transformator adalah sebanding dengan jumlah lilitannya masing-masing.
Jika lilitan sekunder diberi beban, sehingga akan mengalir arus sebesar I2 , maka arus ini juga akan membentuk fluks pada inti besi sebesar Φ2 , yang akan mengubah besarnya Φ awal. Bila hal ini terjadi, maka keseimbangan antara V1 dan Φ pada persamaan (1) akan terganggu. Hal ini akan menyebabkan mengalirnya arus I1 pada primer, yang berakibat timbulnya fluks Φ1 . Arus I1 nilainya sedemikian besar, sehingga Φ1 akan meniadakan pengaruh Φ2, atau dengan kata lain Φ1 = Φ2.
Karena Φ1 sebanding dengan n1 I1 , dan Φ2 sebanding dengan n2 I2 , maka akan timbul persamaan :

n1 I1 = n2 I2 atau I1 / I2 = n2 / n1 (4)

Bila tegangan sebanding dengan jumlah lilitan, maka arus akan berbanding terbalik dengan jumlah lilitan. Persamaan (3) dan (4) adalah rumus dasar transformator dalam keadaan ideal. Perkalian antara persamaan (3) dan (4) menghasilkan :

V1 I1 / V2 I2 = 1 atau V1 I1 = V2 I2 (5)

Dari persamaan tersebut jelas bahwa daya yang disalurkan lewat lilitan primer sama dengan daya yang diberikan oleh sekunder.

Keadaan diatas adalah keadaan pada trafo yang ideal. Trafo ideal cirinya ialah bahwa fluks Φ yang timbul dengan sendirinya jika primer diberi tegangan V1 , dan I2 = I1 = 0. Jadi untuk membentuk fluks tidak diperlukan suatu arus apapun. Hal ini sebenarnya tidak mungkin terjadi, karena untuk membentuk fluks Φ diperlukan arus yang diambil dari sumber V1 yang disebut arus magnetisasi atau arus beban nol I0.
Nilai fluks per satuan penampang disebut induksi magnet B .

B = Φ / Aeff (6)

Di dalam inti trafo arus yang membentuk fluks magnet adalah arus magnetisasi yang merupakan arus bolak-balik dengan frekuensi f. Karenanya fluks di dalamnya juga akan berubah-ubah sesuai dengan frekuensi arus tersebut. Magnetisasi inti secara bolak-balik ini akan menimbulkan kerugian yang disebut kerugian histeresis. Kerugian histeresis ini besarnya sebanding dengan luas jerat histeresis tersebut. Kecuali dari jenis bahan inti trafo, luas jerat histeresis juga tergantung dari besarnya Induksi maksimum Bm yang dicapai dalam magnetisasi bolak-balik itu. Kerugian hiteresis ini sebanding dengan (Bm)2. Besarnya nilai induksi maksimum Bm dapat diperoleh dari :

Bm = Φ / Aeff = V1 / 4,44 f n1 Aeff (7)

Dari persamaan (1) dan (7), maka daya semu trafo dapat ditulis dengan persamaan :

P = V1 I1
= 4,44 f n1 Bm Aeff I1 (8)

Kalau penampang kawat primer adalah q1 , maka jika kita memakai besaran padat arus dengan persamaan s = I1 / q1 (A/mm2) , dari persamaan (8) akan kita dapatkan :

P = V1 I1
= 4,44 f n1 Bm Aeff q1 s
= 4,44 f Bm s Aeff ( n1 q1 ) (9)


Karena n1 I1 = n2 I2 , maka bila padat arus diambil sama dengan padat arus sekunder, akan diperoleh :

n1 q1 s = n2 q2 s karena besaran s sama maka n1 q1 = n2 q2

Dapat juga kita tulis n1 q1 = ½ ( n1 q1 + n2 q2 ) sehingga kita peroleh :

P = 2,22 f Bm s Aeff ( n1 q1 + n2 q2 ) (10)

( n1q1 + n2q2 ) tidak lain adalah luas jendela inti yang ditempati oleh penampang-penampang kawat primer dan sekunder, sisanya ditempati oleh kertas isolasi dan ruang udara antar kawat.
Jika luas jendela dimisalkan Acu , maka dapat ditulis :

( n1 q1 + n2 q2 ) = 100 c Acu (11)

dimana c adalah suatu konstanta yang disebut faktor pengisian. Faktor 100 karena Acu akan dinyatakan dalam cm2, sedangkan q1 dan q2 dinyatakan dalam mm2.
Dari persamaan (10) dan (11) dapat kita peroleh :

P = 222 f Bm s c ( Aeff Acu ) (12)

Jadi bila suatu inti trafo dengan ukuran tertentun maka hasil luas penampang besi dengan luas jendelanya adalah sebanding dengan daya trafo yang mungkin dibuat oleh inti tersebut. Tin ggal tergantung dari pembebanan besi dengan Bm serta pembebanan tembaga dengan s.
Bila selanjutnya Acu dipilih sebanding dengan Aeff untuk berbagai ukuran inti, maka ada hubungan Acu = m Aeff , sehingga dapat kita tulis :

P = 222 f Bm s c m Aeff2
atau Aeff = P / 2,22 f Bm s c m

dimana Aeff : Luas penampang inti besi
P : Daya trafo
f : frekuensi ( di Indonesia 50 Hz )
Bm : Induksi maksimal ( 0,9 ... 1,1 Wb/m2 )
s : Kepadatan arus ( 1,5 ... 5 A/mm2 )
c : faktor pengisian ( 0,45 ... 0,7 )
m : Acu/Aeff
Jika kita ambil besar Bm = 1,0 Wb/m2 = 10-4 Wb/cm2 , s = 3 A/mm2 , c = 0,5 , dan m = kita ambil perkiraan besarnya 0,6 maka persamaan diatas dapat kita sederhanakan menjadi :

Aeff = P / 222 x 50 x 10-4 x 3 x 0,5 x 0,6
= P / 1
Aeff = P (13)


B. Perhitungan Inti Transformator dan Kawat Tembaga
Untuk menentukan lebar penampang inti b dipakai pendekatan

b = Aeff / 1,5 hingga Aeff (14)

setelah ketemu lebar penampang inti tinggal menentukan panjang inti besi

h = Aeff / b (15)


Gambar2. Dimensi trafo

Untuk menentukan diameter kawat sekunder yang akan digunakan , lebih dulu dihitung arus sekundernya :

I2 = P2 / V2

penampang kawat sekunder

q2 = I1 / s nilai padat arus s antara 1,5 ... 5 A/mm2

diameter kawat sekunder

d2 = 4 / φ x q2
= 4 / φ x I2 / s
= 4 / φ x I2 / s jika s kita pakai besaran 3A/mm2
maka = ( 4 / 3,14 x 3 ) I2
= ( 0,424 ) I2
d2 = 0,7 I2 (16)

jumlah lilitan sekunder per volt perlu ditambahkan 10% dari totalnya, gunanya untuk memperhitungkan kerugian tegangan pada waktu trafo diberi beban sehingga persamaannya

n2 / V = 110% x ( 1 / 4,44 f Bm Aeff )

Jika kita pilih nilai f = 50Hz , dan Bm = 10-4 Wb/cm2 , maka

n2 / V = 1,1 x ( 1 / 4,44 x 50 x 10-4 ) x ( 1 / Aeff )
= 49,549 x 1 / Aeff
n2 / V 50 / Aeff (17)

Efisiensi transformator adalah perbandingan antara daya listrik keluaran dengan daya listrik pada masukannya. Pada transformator ideal efisiensinya 100 %, tetapi pada kenyataannya efisiensi tranformator tidak akan bisa mencapai 100 % , hal ini disebabkan karena sebagian energi terbuang menjadi panas atau energi bunyi.
Efisiensi trafo untuk tegangan rendah kira-kira hanya 90%, sehingga dalam perencanaan suatu trafo setelah ditentukan daya keluaran sekundernya, agar bisa mendekati maksimal dayanya, maka daya primer kita tambahkan 10% nya
P1 = ( 100 % + 10 % ) x P2
P1 = 1,1 x P2 (18)

Sehingga dapat kita cari nilai arus primernya

I1 = P1 / V1

Untuk menetukan diameter kawat primer jika dipakai padat arus 3 A/mm2 maka rumusnya sama seperti waktu menetukan diameter kawat sekunder :

d1 = 0,7 I1 (19)

Jumalah lilitan per volt jika kita pilih nilai f = 50Hz , dan Bm = 10-4 Wb/cm2 , maka :

n1 / V = 1 / 4,44 f Bm Aeff

= ( 1 / 4,44 x 50 x 10-4 ) x ( 1 / Aeff )

n1 / V = 45 / Aeff (20)

Setelah diameter kawat dan jumlah lilitan sekunder maupun primer sudah ditentukan perlu pengecekan apakah gulungan dapat masuk ke dalam jendela dengan baik. Langkah pengecekan dapat menggunakan rumus :

c = ( n1 q1 + n2 q2 ) / Acu (21)

Dimana Acu = x . y ( dalam mm2 ) lihat gambar 2 untuk ukuran x dan y
Nilai c yang baik adalah antara 0,45 ... 0,7 . Kalau lebih besar dari 0,7 kemungkinan gulungan kawat tidak dapat masuk kedalam jendela inti. Jika hasil dari c kurang dari 0,45 berarti inti besi kurang dimanfaatkan dengan baik sehingga kurang ekonomis.