BAB III DASAR TEORI
3.1 Gardu Induk
3.1.1 Definisi Umum
Gardu induk adalah suatu instalasi yang terdiri dari peralatan listrik yang berfungsi untuk :
1. Mengubah tenaga listrik tegangan tingi yang satu ke tegangan tinggi yang lainnya u tegangan menengah.
2. Pengukuran, pengawasan, operasi serta pengaturan pengamanan sistem tenaga listrik.
3. Pengaturan daya ke Gardu-Gardu Induk lain melalui tegangan tinggi dan Gardu- Gardu Distribusi melalui gawai tegangan menengah.
3.2 Klasifikasi Gardu Induk
Klasifikasi gardu induk dapat dibedakan menurut beberapa hal :
3.2.1 Menurut Lokasi dan Fungsi
Merurut lokasinya di dalam sistem tenaga listrik, fungsi dan tegangannya tinggi, menengah atau rendah maka gardu listrik dapat dibagi :
a. Gardu Induk Transmisi Gardu induk transmisi adalah gardu listrik yang mendapatkan daya dari
satuan transmisi atau sub-transmisi suatu sistem tenaga listrik kemudian menyalurkannya ke daerah beban industri, kota dan sebagainya melalui
saluran distribusi primer.
b. Gardu Induk Distribusi Gardu induk distribusi adalah gardu listrik yang mendapatkan daya
dari saluran distribusi primer yang menyalurkan tenaga listrik ke pemakai.
3.2.2 Menurut Penempatan Peralatannya
Menurut penempatannya, gardu induk dapat dibagi : a. Gardu Induk pemasangan dalam.
Gardu Induk dimana semua peralatannya switchgear, isolator dan sebagainya di pasang di dalam gedungruangan tertutup.
b. Gardu Induk pemasangan luar. Gardu Induk dimana semua peralatannya switchgear, isolator dan
sebagainya di tempatkan di udara terbuka.
3.2.3 Menurut Isolasi Yang Digunakan
a. Gardu Induk dengan Isolasi Udara Merupakan gardu induk yang menggunakan isolasi udara antara bagian
yang bertegangan yang satu dengan bagian yang bertegangan lainnya. Gardu Induk ini berupa gardu induk konvensional dan memerlukan tempat terbuka
yang cukup luas.
Gambar 3.1 Gardu Induk Konvensional
b. Gardu Induk yang Menggunakan Isolasi Gas SF 6 Gardu induk yang menggunakan gas SF 6 sebagai isolasi antara bagian
yang bertegangan yang satu dengan bagian lain yang bertegangan, maupun antara bagian yang bertegangan dengan bagian yang tidak bertegangan. Gardu
induk ini disebut Gas Insulated Substation atau Gas Insulated Switchgear GIS, yang memerlukan tempat yang sempit.
3.2.4 Menurut Sistem Rel Busbar
Rel busbar merupakan titik hubungan pertemuan connecting antara transformator daya, SUTT SKTT dengan komponen listrik lainnya, untuk menerima
dan menyalurkan tenaga listrik. Berdasarkan sistem rel busbar, gardu induk dibagi menjadi beberapa jenis, diantaranya :
a. Gardu Induk Sistem Ring Busbar Merupakan gardu induk yang busbarnya berbentuk ring. Pada gardu
induk jenis ini, semua rel busbar yang ada terhubung satu dengan lainnya dan membentuk ring cincin.
b. Gardu Induk Sistem Single Busbar Merupakan gardu induk yang mempunyai satu single busbar. Pada
umumnya gardu dengan sistem ini adalah gardu induk yang berada pada ujung akhir dari suatu sistem transmisi.
Gambar 3.2 Single Line Diagram Gardu Induk Single Line Busbar
c. Gardu Induk Sistem Double Busbar Merupakan gardu induk yang mempunyai dua double busbar. Gardu
induk ini sangat efektif untuk mengurangi terjadinya pemadaman beban, khususnya pada saat melakukan perubahan sistem manuver sistem. Jenis
gardu induk ini pada umumnya yang banyak digunakan.
Gambar 3.3 Single Line Diagram Gardu Induk Sistem Double Busbar
d. Gardu Induk Sistem Satu Setengah On Half Busbar Adalah gardu induk yang mempunyai dua double busbar. Pada
umumnya gardu induk jenis ini dipasang pada gardu induk di pembangkit tenaga listrik atau gardu induk yang berkapasitas besar. Dalam segi
operasional, gardu induk ini sangat efektif, karena dapat mengurangi pemadaman beban pada saat dilakukan perubahan system manuver system.
Sistem ini menggunakan 3 buah PMT dalam satu diagonal yang terpasang secara deret seri.
Gambar 3.4 Single Line Diagram Gardu Induk Satu Setengah Busbar
3.3. Peralatan Perlengkapan Gardu Induk
Gardu induk merupakan suatu sistem Instalasi listrik yang terdiri dari beberapa perlengkapan peralatan listrik dan menjadi penghubung listrik dari jaringan
transmisi ke jaringan distribusi primer. Gardu induk dilengkapi komponen utama sebagai fasilitas yang diperlukan sesuai dengan tujuannya serta mempunyai fasilitas
untuk operasi dan pemeliharaan. , Secara umum perlatan dan perlengkapan pokok yang ada di Gardu Induk terdiri dari :
3.3.1. Transformator Daya
Transformator daya atau tenaga merupakan peralatan listrik yang berfungsi untuk menyalurkan tenaga listrik dari tegangan tinggi ke tegangan menengah atau
sebaliknya mentransformasikan tegangan.
Gambar 3.5 Transformator Daya
3.3.2. Transformator Tegangan
Trafo tegangan adalah trafo yang berfungsi untuk menurunkan tegangan tinggi menjadi tegangan rendah, yang di perlukan untuk alat-alat ukur pengukuran dan alat
pengaman proteksi. Fungsi trafo tegangan potensial transformer : a. Memperkecil besaran tegangan pada system tenaga listrik menjadi besaran
tegangan untuk system pengukuran atau proteksi. b. Mengisolasi rangkaian sekunder tehadap rangkaian primer.
c. Memungkinkan standarisasi rating tegangan untuk peralatan sisi sekunder.
Gambar 3.6 Transformator Tegangan
3.3.3. Transformator Arus
Trafo arus disebut juga current transformer CT berfungsi untuk menurunkan arus yang besar pada tegangan tinggi menjadi arus yang kecil pada tegangan rendah
untuk keperluan pengukuran dan pengaman proteksi.
Gambar 3.7 Transformator Arus
3.3.4. Transformator Bantu Auxilliary Transformator
Transformator bantu adalah trafo yang berfungsi sebagai sumber tegangan AC 3 phasa 220 380 Volt yang digunakan untuk kebutuhan intern gardu induk, antara
lain untuk : a. Penerangan di swtich yard, gedung kontrol, halaman GI dan sekeliling GI
b. Alat pendingin AC. c. Pompa air dan motor-motor listrik, dan
d. Peralatan lain yang memerlukan listrik tegangan rendah.
3.3.5. Aresster
Aresster berfungsi untuk mengamankan instalasi peralatan listrik pada instalasi dari gangunan tegangan lebih yang di akibatkan oleh sambaran petir
lightning surge maupun yang disebabkan oleh surya hubung switching surge. Dalam keadaan normal tidak terjadi gangguan, LA bersifat isolatif atau tidak bisa
menyalurkan arus listrik. Dalam keadaan terjadi gangguan, LA bersifat konduktif sehingga dapat menyalurkan arus listrik ke bumi.
Gambar 3.8 Arrester
3.3.6. Busbar rel
Merupakan titik pertemuanhubungan antara trafo-trafo tenaga, Saluran Udara TT, Saluran Kabel TT dan peralatan listrik lainnya untuk menerima dan menyalurkan
tenaga listrikdaya listrik. Bahan dari rel terbuat dari bahan tembaga bar copper atau hollow conductor.
3.3.6. Saklar Pemisah PMS atau Disconneting Switch DS
Berfungsi untuk mengisolasikan peralatan listrik dari peralatan lain atau instalasi lain yang bertegangan. PMS ini boleh dibuka atau ditutup hanya pada
rangkaian yang tidak berbeban. Oleh karena itu pemisah tidak boleh dihubungkan atau dikeluarkan dari rangkaian listrik dalam keadaan berbeban. Cara pemasangan
PMS dibedakan ataspasangan dalam dan pasangan luar. Tenaga penggerak dari PMS adalah secara manual, motor, pneumatic atau angin dan hidrolis.
3.3.7. Pemutus Tenaga PMT atau Circuit Breaker CB
Pemutus tenaga PMT adalah peralatan atau saklar untuk menghubungkan atau memutuskan suatu rangkaianjaringan listrik sesuai dengan ratingnya. PMT
memutuskan hubungan daya listrik bila terjadi gangguaan, baik dalam keadaan berbeban maupun tidak berbeban dan proses ini di lakukan dengan cepat. Pada waktu
menghubungkan atau memutus beban, akan terjadi tegangan recovery yaitu suatu fenomena tegangan lebih dan busur api, oleh karena itu sakelar pemutus dilengkapi
dengan media peredam busur api tersebut, seperti media udara dan gas SF6.
Gambar 3.9 Pemutus Tenaga
3.3.8. Sakelar Pentanahan
Sakelar ini untuk menghubungkan kawat konduktor dengan tanah bumi yang berfungsi untuk menghilangkan mentanahkan tegangan induksi pada konduktor
pada saat akan dilakukan perawatan atau pengisolasian suatu sistem. Sakelar pentanahan ini dibuka dan ditutup apabila sistem dalam keadaan tidak bertegangan
PMS dan PMT sudah membuka.
3.3.8. Kompensator
Kompensator didalam sistem penyaluran tenaga listrik disebut juga alat pengubah fasa yang dipakai untuk mengatur jatuh tegangan pada saluran transmisi
atau transformator, dengan mengatur daya reaktif atau dapat pula dipakai untuk menurunkan rugi daya dengan memperbaiki faktor daya. Alat tersebut ada yang
berputar dan ada yang stationer, yang berputar adalah kondensator sinkron dan
kondensator asinkron, sedangkan yang stationer adalah kondensator statis atau kapasitor shunt dan reaktor shunt.
3.3.9. Rele Proteksi dan Papan Alarm
Rele proteksi yaitu alat yang bekerja secara otomatis untuk mengamankan suatu peralatan listrik saat terjadi gangguan, menghindari atau mengurangi terjadinya
kerusakan peralatan akibat gangguan dan membatasi daerah yang terganggu sekecil mungkin. Semua manfaat tersebut akan memberikan pelayanan penyaluran tenaga
listrik dengan mutu dan keandalan yang tinggi. Sedangkan papan alarm atau announciator adalah sederetan nama-nama jenis gangguan yang dilengkapi dengan
lampu dan suara sirine pada saat terjadi gangguan, sehingga memudahkan petugas untuk mengetahui rele proteksi yang bekerja dan jenis gangguan yang terjadi.
3.3.10. Baterai
Sumber tenaga untuk sistem kontrol dan proteksi selalu mempunyai keandalan dan stabilitas yang tinggi, maka batere dipakai sebagai sumber tenaga kontrol dan
proteksi pada gardu induk. Peranan dari baterai sangat penting karena pada saat gangguan terjadi, baterai sebagai sumber tenaga untuk menggerakkan alat-alat
kontrol dan proteksi. Bentuk fisik baterai yang digunakan pada gardu induk menurut bahan elektrolit yang digunakan dibedakan menjadi dua, yaitu:
a. Baterai timah hitam lead acid storage batery : bahan elektrolitnya adalah larutan asam belerang. Baterai timah hitam ada dua macam yaitu:
1 Lead-antimony 2 Lead-calcium
b. Baterai alkali alkali stroge batery : bahan elektrolitnya adalah larutan alkali patassium hydroxide. Batery alkali ada dua macam yaitu:
1 Nickel-iron-alkaline storage batery NI-Fe batery. 2 Nickel-cadmium battery Ni-Cd battery.
3.4. Bagian-Bagian dari Transformator 3.4.1. Bagian Utama
3.4.1.1.Inti Besi
Inti besi adalah tempat melekatnya kumparan dan berfungsi sebagai jalannya fluks magnetik. Besi yang digunakan untuk inti transformator biasanya mempunyai
kadar silikon yang tinggi dan diproses agar memiliki permeabilitas yang tinggi dan rugi-rugi histeris yang kecil pada operasi normal. 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 Eddy Current. Ada dua jenis inti yang biasanya digunakan pada trafo, yang membedakan tipe inti ini adalah cara
pemasangan kumparan primer dan skundernya. Kedua jenis inti tersebut adalah: 1. Tipe inti core.
2. Tipe cangkang shell.
Gambar 3.10 Inti Besi
3.4.1.2 Kumparan Transformator
Kumparan pada transformator adalah kawat penghantar yang dialiri oleh arus listrik dibagian primer dan skunder yang dililitkan pada inti besi transformator untuk
mencegah mengalirnya arus dari kumparan tersebut ke inti besi atau bagian lain dari transformator biasanya kawat kumparan tersebut dibatasi dengan isolasi padat
seperti karton, pertinax dan lain-lain. Umumnya pada transformator terdapat
kumparan primer dan skunder. Bila kumparan primer dihubungkan dengan tegangan arus bolak-balik maka pada kumparan tersebut akan terjadi fluksi. Fluksi ini akan
menginduksikan tegangan dan bila pada rangkaian sekunder dihubungkan dengan beban maka akan menghasilkan arus pada kumparan ini. Jadi kumparan sebagai alat
transformasi tegangan dan arus. Jumlah lilitan transformator pada bagian primer dan sekunder juga menentukan apakah transformator berfungsi sebagai penaik step up
atau penurun tegangan step down.
Gambar 3.11 Susunan Kumparan dari Transformator
3.4.1.3.Minyak Transformator
Minyak transformator mempunyai fungsi ganda yaitu sebagai bahan isolasi dan bahan pendingin transformator. Sebagai bahan isolasi, minyak akan mengisi
ruangan antara kumparan primer dan skunder sehingga tidak akan menimbulkan breakdown antara kumparan tersebut. Sebagai bahan pendingin minyak dipilih karena
minyak dapat mensirkulasikan panas dengan baik. Jenis minyak transformator yang biasa dipakai di indonesia pada umumnya adalah Shel Dialla B. Sebagai minyak
transformator pasti mempunyai sifat sebagai media pemindah panas disirkulasi dan juga berfungsi pula sebagai isolasi memiliki daya tegangan tembus tinggi, maka
minyak transformator harus memenuhi persyaratan yaitu: a. Kekuatan isolasi tinggi
b. Penyalur panas yang baik, berat jenis yang kecil, sehingga partikel-partikel dalam minyak dapat mengendap dengan cepat.
c. Viskositas yang rendah, agar lebih mudah bersirkulasi dan memiliki kemampuan pendinginan menjadi lebih baik.
d. Titik nyala yang tinggi dan tidak mudah menguap yang dapat menimbulkan bahaya
e. Tidak merusak bahan isolasi padat. f. Sifat kimia yang stabil.
3.4.1.4 Tangki Konservator
Tangki konservator merupakan tempat untuk menampung pemuaian minyak dari minyak yang ada di dalam transformator, minyak pada transformator dalam
keadaan tertentu akan memuai oleh panas akibat temperatur yang tinggi. Hasil pemuaian dari minyak ditampung didalam tangki yang bernama tangki konservator.
Saat terjadi kenaikan suhu operasi pada transformator, minyak isolasi akan memuai sehingga volumenya bertambah. Sebaliknya saat terjadi penurunan suhu operasi,
maka minyak akan menyusut dan volume minyak akan turun.
Gambar 3.12 Tangki Konservator
3.4.1.5 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.
Gambar 3.13 Bushing
3.4.2 Bagian Peralatan Bantu Transformator 3.4.2.1 Pendingin Transformator
Transformator umumnya diisi minyak sebagai bahan isolasi antara kumparan dengan kumparan dan kumparan dengan tangki. Transformator tenaga umumnya
dilengkapi dengan sistem pendingin yang dimaksudkan agar transformator dapat bekerja sesuai rating yang tertera pada spesifikasinya.
Isolasi kumparan yang terdiri dari kertas kraft mempunyai batas panas yang diijinkan sesuai dengan kelas isolasi spesifikasi transformator demikian juga minyak
isolasi transformator mempunyai batas panas yang diijinkan, apabila panas-panas tersebut dilampaui maka isolasi akan rusak dan secara keseluruhan transformator
tersebut akan rusak. Panas tersebut harus direduksi dengan memasang sistem pendingin yaitu kipas-kipas radiator dan pompa minyak. Gambar pendingin Riben
dan kipas ditunjukan pada gambar di bawah ini:
Gambar 3.14 Pendingin Kipas – Kipas Radiator
3.4.2.2 Tap Changer
Tap changer adalah alat perubah perbandingan transformasi untuk mendapatkan tegangan operasi sekunder yang lebih baik diinginkan dari tegangan
jaringanprimer yang berubah-rubah. Tap changer yang hanya bisa beroperasi untuk memindahkan tap transformator dalam keadaan transformator tidak berbeban
disebut Off Load Tap Changer dan hanya dapat dioperasikan manual. Tap changer yang dapat beroperasi untuk memindahkan tap transformator, dalam keadaan
transformator berbeban disebut On Load Tap Changer dan dapat dioperasikan secara manual atau otomatis.
Ada dua cara kerja tap changer: 1. Mengubah tap dalam keadaan transformator tanpa beban.
2. Mengubah tap dalam keadaan transformator berbeban On Load Tap ChangerOLTC.
3.4.2.3 Alat Pernafasan
Karena pengaruh naik turunnya beban transformator, maka suhu minyak pun akan berubah-ubah mengikuti keadaan tersebut. Bila suhu minyak tinggi maka
minyak akan memuai dan mendesak udara di atas permukaan minyak keluar dari tangki, sebaliknya apabila suhu minyak turun maka minyak akan menyusut sehingga
udara luar akan masuk ke dalam tangki. Kedua proses di atas disebut pernapasan transformator. Akibat pernapasan 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 pernapasan, berupa tabung berisi kristal zat hygroskopis.
Gambar 3.15 Alat Pernafasan Transformator
3.4.2.4 Indikator
Berfungsi untuk mengawasi selama transformator beroperasi, maka perlu adanya indikator yang terpasang pada transformator, dan indikator yang biasa
digunakan sebagai berikut: 1. Indikator suhu minyak
2. Indikator permukaan minyak 3. Indikator winding temperatur
4. Indikator kedudukan tap
Gambar 3.16 Indikator Winding Temperature
3.5 Peralatan Proteksi pada Transformator
Proteksi transformator daya berfungsi untuk mencegah kerusakan transformator sebagai akibat adanya gangguan yang terjadi dalam petakbay transformator. Tujuan
pemasangan relay proteksi pada transformator daya adalah untuk mengamankan peralatan sistem sehingga kerugian akibat gangguan dapat dihindari atau dikurangi
menjadi sekecil mungkin dengan cara : 1 Mencegah kerusakan transformator akibat adanya gangguanketidak normalan
yang terjadi pada transformator atau gangguan pada bay transformator. 2 Mendeteksi adanya gangguan atau keadaan abnormal lainnya yang dapat
membahayakan peralatan atau sistem. 3 Melepaskan memisahkan bagian sistem yang terganggu atau yang mengalami
keadaan abnormal lainnya secepat mungkin sehingga kerusakan instalasi yang terganggu atau yang dilalui arus gangguan dapat dihindari atau dibatasi
seminimum mungkin dan bagian sistem lainnya tetap dapat beroperasi. 4 Memberikan pengamanan cadangan bagi instalasi lainnya.
5 Memberikan pelayanan keandalan dan mutu listrik yang tbaik kepada konsumen. Serta mengamankan manusia terhadap bahaya yang ditimbulkan oleh listrik
Trafo tenaga diamankan dari berbagai macam gangguan, diantaranya dengan peralatan proteksi sesuai SPLN 52-1:1983 Bagian Satu C yaitu
Pola Pengamanan Transformator 15066, 15020 KV DAN 6620 KV.
Macam-macam peralatan proteksi pada transformator, yaitu :
a. Relay bucholz
Relay bucholz adalah alat atau rele untuk mendeteksi dan mengamankan terhadap gangguan di dalam transformator yang menimbulkan gas. Gas yang timbul
diakibatkan oleh karena: 1. Hubung singkat antar lilitandalam fasa.
2. Hubung singkat antar fasa. 3. Hubung singkat antar phasa ke tanah.
4. Busur api listrik antar laminasi. 5. Busur api listrik karena kontak yang kurang baik.
b. Relay tekanan lebih sudden pressure relay