BAB III

BAB III

LANDASAN TEORI

3.1.      Battery  Charger ^8]

Sistem kontrol pada gardu traksi, yang meliputi kontrol VCB, HSCB, LBS, relay proteksi, relay 64P, dan sistem kontrol lainnya, menggunakan tegangan 110 VDC untuk dapat operasi. Tegangan 110 VDC ini disuplai dari charger yang dilengkapi dengan battery. Baterai yang digunakan adalah baterai tipe SLA (Sealed Lead Acid) atau bias disebut dengan baterai maintenance free (kering). Keunggulan baterai jenis ini adalah tidak diperlukannya penambahan air secara manual dan berkala oleh petugas gardu traksi. Kapasitas baterai akan selalu dijaga dengan menggunakan charger. Charger yang dipakai merupakan rangkian rectifier yang terregulasi outputnya. Charger baterai ini memiliki dua metode operasi yaitu folat dan equalize, yang mana kedua operasi ini dapat saling berganti secara otomatis. Mode operasi yang normalnya aktif adalah folat. Mode operasi equalize akan aktif saat charger baterai tidak menerima input tegangan AC selama lebih dari 5 menit. Mode equalize ini akan dipertahankan sehingga level tegangan baterai sudah penuh kembali, dimana mode operasi float akan dipilih secara otomatis. Battery Charger ditunjukkan pada Gambar 3.1.

 

Gambar 3.1. Generator Set pada unit CRM

3.1.1  Trafo 6 KV ^[8]

                Yang merupakan panel yang berfungsi untuk mengatur input dan output tegangan 6 KV. Panel 6 KV terdiri dari beberapa panel seperti:

            a. Panel Incoming, berfungsi untuk menerima imput 6 KV dari trafo 20 KV/6 KV dan memberikan output ke busbar panel 6 KV. Panel ini dilengkapi dengan LBS.

            b. Panel Arrester, berfungsi untuk memproteksi sistem gardu traksi dari gangguan tegangan lebih akibat petir. Sistem jaringan PDL (Power Distribusi Line) menggunakan saluran udara sehingga berpotensi oleh gangguan petir.

            c. Panel Outgoing 1, berfungsi untuk memberikan output tegangan 6 KV. Output tegangan 6 KV ini akan diberikan ke trafo 6 KV/380 V untuk kebutuhan daya rendah serta control gardu traksi, dan menunjang sistem jaringa PDL ke gardu traksi tetangga. Panel outgoing dapat terdiri dari dua, tiga atau empat panel. Tergantung dari sistem jaringan PDL gardu traksi tersebut. Gardu traksi umumnya memiliki dua gardu traksi tetangga, namun ada gardu traksi yang memiliki tiga atau hanya satu gardu traksi tetangga.

3.1.2    Pnael 20 KV ^[8]

                Merupakan panel yang berfungsi untuk mengatur input dan output tegangan 20 kV. Panel 20 KV terdiri dari dari beberapa panel seperti :

a. Panel Incoming, berfungsi untuk menerima input 20 KV dari PLN. Panel incoming dilengkapi dengan switch LBS (Load Break Switch). LBS merupakan switch yang memiliki kemampuan dapat di-open saat kondisi sistem berbeban. Tegangan 20 KV dari PLN akan disambung ke busbar yang terhubung ke setiap panel 20 KV.

            b. Panel Arrester, berfungsi untuk memproteksi sistem gardu traksi dari gangguan tegangan lebih akibat petir. Setiap jaringan listrik 20 KV PLN berpotensi tersambar oleh petir. Arrester pada panel ini akan meminimalisir kerusakan sistem gardu traksi akibat tegangan lebih yang disebabkan oleh sambaran petir secara langsung maupun  tidak langsung.

            c. Panel Metering, berfungsi untuk mengukur semua parameter tengangan 20 KV, seperti tegangan, arus, faktor daya, beban sistem gardu traksi. Parameter ini akan ditampilkan di panel VCP.

            d. panel Outgoing, berfungsi untuk memberikan output 20 KV. Output 20 KV akan diberikan ke trafo 20 KV/1200 V, trafo 20 KV/380 V, serta trafo 20 KV/6 KV. Panel outgoing dapat terdiri dari dua atau tiga panel, tergantung dari konfigurasi sistem gardu traksi yang digunakan. Jika gardu traksi berfungsi sebagai supply jaringan PDL (Power Distribusi Line) 6 KV, maka panel outgoing 20 KV akan terdiri dari tiga panel. Panel outgoing terdiri dari Panel Circuit Breaker Dan Panel LBS yang di rangkai seri dengan fuse.

3.1.3    Transformator^[8]

                Atau trafo berfungsi untuk menurunkan atau menaikkan tegangan listrik arus bolak-balik. Pada sistem gardu traksi, terdapat tiga jenis trafo yang digunakan, yaitu :

            a. Trafo 20 KV/1200 trafo utama untuk mensuplai tegangan 1500 VDC pada LAA. Trafo ini akan menurunkan tegangan 20 KV yang di terima dari panel outgoing 20 KV menjadi tegangan 1200 V yang akan menjadi input silicon rectifier. Sisi primer trafo terdiri dari beberapa tap seperti 22 KV, 21 KV, 20 KV, 19 KV, serta 18 KV, sedangkan sisi sekunder terdiri dari dua lilitan tiga fasa dengan tegangan 1200 V. trafo ini memiliki dua output 1200 V yang berbeda konfigurasi vektornya yang akan digunakan oleh silicon rectifier 12 pulsa. Konfigurasi trafo yang dipakai biasanya adalah konfigurasi D-D/Y (delta-delta/wye), dimana input tegangan 20 KV dengan sistem tiga fasa delta, serta dual ouput tegangan 1200 V dengan sistem tiga fasa delta dan wye.

             b. Trafo 20 KV/380 V, merupakan trafo yang berfungsi untuk mensuplai tegangan 380 V yang digunakan untuk sistem control gardu traksi. Trafo ini akan menurunkan tegangan 20 KV dari panel outgoing 20 KV menjadi tegangan 380 V yang akan menjadi input panel AC/DC.

             c. Trafo 6 KV/380 , merupakan trafo cadangan untuk mensuplai beban 380 V jika trafo 20 KV/380 V mengalami gangguan atau sumber 20 KV hilang karena kerusakan jaringan PLN. Trafo ini menurunkan tegangan 6 KV dari panel outgoing 6 KV, yang berasal dari jaringan PDL 6 KV, menjadi tegangan 380 V yang akan menjadi input panel AC/DC.

             d. Trafo 20 KV/6 KV, merupakan trafo yang berfungsi untuk suplai utama jaringan PDL (Power Distribution Line) 6 KV. Jaringan PDL merupakan jaringan tegangan 6 KV untuk setiap persinyalan dan pintu perlintasan KA di Jakarta, yang berfungsi untuk mensuplai kebutuhan kontrol semua gardu traksi, mensuplai sistem persinyalan, dan pintu perlintasan KA. Sistem PDL ini memiliki beberapa sumber, sehingga apabila satu sumber PDL mengalami gangguan maka sumber yang lain akan mem-backup sistem. Dengan adanya sistem jaringan PDL, maka kontrol gardu traksi, sistem persinyalan dan pintu perlintasan KA mampu beroperasi secara terus menerus. Tidak semua gardu traksi berfungsi untuk mensuplai jaringan PDL. Trafo 20 KV/6 KV hanya digunakan pada gardu traksi yang akan mensuplai jaringan PDL.

3.1.4    Silicon Rectifier ^[8]

            Merupakan salah satu komponen utama gardu traksi yang berfungsi untuk menyearahkan tegangan 1200 VAC menjadi 1500 VDC. Saat ini teknologi silicon rectifier yang digunakan untuk sistem gardu traksi adalah rectifier 12 pulsa, sehingga rectifier ini memerlukan dual input 1200 VAC dari trafo 20 KV/ 1200 V sebagaimana yang sudah dijelaskan dibagian trafo. Semikonduktor yang digunakan rectifier untuk penyearahan adalah diode versi presspack. Adapun metode pendingin yang dipakai adalah dengan sistem heatpipe. Rectifier juga dilengkapi dengan arrester untuk tegangan DC untuk melindungi rectifier dari sambaran petir pada jaringan LAA. Duty class rectifier yang digunakan harus memenuhi standar JEC-2410 class S, dengan persyaratan pembebanan sebagai berikut: 100% - kontinu, 150% - selama 2 jam, 200% - selama 5 menit, 300% - selama 1 menit.

3.1.5    Panel DC Switchgear ^[8]

                Merupakan panel yang berfungsi untuk mengatur input dan output tegangan 1500 VDC. Panel DC Swtichgear terdiri dari beberapa panel seperti terdiri dari :

             a. Panel negative, berfungsi untuk menerima input negarif 1500 VDC dari silicon rectifier dan memberikan output ke rel KRL. Panel negative menggunakan switch tipe DS (Disconnening Swtich) karena panel negative merupakan tempat arus balik rel, sehingga panel negative ini tidak memerlukan proteksi unukt memutus sambungan dari rectifier ke jalur rel secara cepat. Panel negative dilengkapi dengan relay 64P yang berfungsi untuk mendeteksi gangguan tanah (Ground Falut). Jika terjadi ground fault pada gardu traksi, yang ditandai dengan kenaikan beda tegangan antara negative rectifier dan sistem ground dimonitor, relay 64P akan mengirim perintah open pada HSCB yang mensuplai tempat yang mengalami ground fault tersebut.

             b. Panel maen feeder, berfungsi untuk menerima input positif 1500 VDC dari rectifier dan memberikan output ke busbar DC feeder. Panel main feeder menggunakan switch tipe HSCB (High Speed Ciruit Breaker) yang mampu untuk memutus sambungan dari rectifier ke jaringan LAA secara cepat jika terjadi kondisi fault pada sistem. Panel main feeder dilengkapi dengan relay proteksi  yang berfungsi untuk mendeteksi berbagai gangguan yagn mungkin terjadi pada jaringan LAA seperti over / under voltage, over current, short circuit, dan thermal overload. Jika salah satu gangguan sistem terjadi, relay proteksi akan memerintah HSCB segera trip untuk mencegah kerusakan yang dapat terjadi. Selain fungsi proteksi, relay proteksi juga berfungsi untuk memonitor dan merekam kondisi tegangan 1500 VDC. 

             c. Panel DC feeder, berfungsi untuk memberikan output positif 1500 vdc dari busbar DC feeder ke LAA. Sebagaimana panel main feeder, DC feeder juga dilengkapi dengan HSCB dan relay proteksi. DC feeder terdiri dari beberapa panel, tergantung dengan jumlah LAA yang akan disuplai. Gardu traksi pada ujung line rute KRL biasanya hanya memiliki 2 panel DC feeder yang akan mensuplai satu LAA bagian hulu dan satu LAA bagian hilir. Adapun gardu traksi yang berbeda ditengah line rute KRL biasanya memiliki 4 panel DC feeder yang akan mensuplai dua LAA bagian hulu dan dua LAA bagian hilir.

             d. Panel bypass, berfungsi sebagai panel backup jika salah satu panel DC feeder mengalami kerusakan atau sedang dalam kondisi maintenance. Panel bypass memiliki spesifikasi yang sama dengan panel DCfeeder, namun output dari panel bypass tidak langsung mensuplai jaringan LAA. Panel bypass akan terhubung dengan setiap panel DC feeder dengan mengunakan motorized DS yang terdapat disetiap panel tersebut. Jika salah satu panel DC feeder tidak beroperasi, operator dapat meng-close DS pada panel tersebut, sehingga jaringan LAA tetap mendapat suplai 1500 VDC dari panel bypass.    

3.1.6.   Panel AC/DC ^[8]

Merupakan panel yang berfungsi untuk mendistribusikan tegangan low voltage AC 380 V untuk keperluan beban utility dan tegangan DC 110 V untuk keperluan beban kontrol  . Panel AC/DC memiliki dua input tegangan AC 380 V, yaitu dari trafo 20 KV/380 V (yang bersumber dari jaringan PLN 20 KV) dan dari trafo  6 KV/380 V (yang bersumber dari jaringan PDL 6 KV). Di dalam panel AC/DC terdapat COS (Change Over Switch) yang akan mendeteksi kedua sumber. Normalnya panel AC/DC disuplai dari trafo 20 KV/380V, namun jika sumber ini mengalami gangguan COS akan mengganti input suplai menjadi dari trafo 6 KV/380 V. Jika sumber dari trafo 20 KV/380 V sudah normal kembali, maka COS akan mengganti kembali input suplai menjadi dari trafo tersebut. Output panel AC/DC tegangan AC 380 V berfungsi untuk mensuplai peralatan seperti charger baterai, exhaust fan, penerangan, serta soket listrik bangunan. Output tegangan AC 220 V berfungsi untuk mensuplai heater pada panel 20 KV, 6 KV, serta DC Switchgear, panel VCP, dan fire alarm. Output tegangan DC 110 V berfungsi untuk mensuplai rangkian kontrol pada panel 20 KV, 6 KV, serta DC Switchgear, panel Interkoneksi, dan panel LBD.

3.1.7. Panel Interkoneksi ^[8]

            Merupakan panel PLC yang menghubungkan panel VCP dengan panel 20 KV, panel 6 KV, transformator, silicon rectifier, DC Swtichgear, serta panel AC/DC. Panel interkoneksi bergfungsi mengumpulkan semua data status sistem gardu traksi yang ada dari setiap panel dan komponen, lalu data tersebut akan dikirm ke panel VCP untuk ditampilkan di display dan direkam ke siitem logger. Komponen-komponen yang vital untuk dimonitor statusnya adalah kondisi VCB,LBS,HSCB, suhu dan tekanan oli transformator, serta suhu rectifier. Untuk memonitor status-status tersebut, setiap komponen memiliki fasilitas dry contact. Status dry contact ini dapat dibaca oleh interkoneksi sebagai status komponen yang dimonitor. Selain meminitor status gardu traksi, panel interkoneksi juga berfungsi untuk meneruskan perintah dari panel VCP ke panel 20 KV, panel 6 KV, serta DC Switchgear. Sebagai contoh, jika operator memrintahkan Vacuum Circuit Breaker (VCB) pada panel 20 KV untuk open close pada display panel VCP, panel interkoneksi akan menterjemahkan perintah tersebut ke VCB yang bersangkutan. Perintah yang bisa diteruskan oleh panel interkoneksi adalah open close VCB, open atau close HSCB, open LBS, serta open atau close HSCB. Hubungan antara panel interkoneksi dengan panel-panel lainnya dapat dilihat pada sekma berikut :

             Panel interkonesi menggunakan komponen-komponen utama sebagai berikut :

a.       PLC Embedded pc untuk memproses semua data masuk dan keluar panel interkoneksi..

b.      Card DI (Digital Input) dan DO (Digital Output) sebagai antamuka antara PLC dengan relay.

c.       Card Ethernet Module untuk komunikasi data antara panel interkoneksi dengan DC Swtichgear serta panel VCP dengan menggunakan komunikasi data,

Relay sebagai antarmuka antara panel interkoneksi dengan dry contact pada komponen-komponen dipanel 20 KV, 6 KV, trafo, dan rectifier

3.2.1.   Panel VCP (Visual Control Panel) ^[8]

            Merupakan panel Human Machine Interface (HMII) yang berfungsi untuk memonitor keadaan sistem gardu traksi dan menerima perintah open atau close switch (baik VCB,HSCB ataupun LBS) dari operator. Operasi panel VCP ini berbasis touchscreen (layar sentuh) yang menampilkan sistem gardu traksi secara keseluruhan. Panel VCP akan mengirim perintah dari operator ke panel interkoneksi untuk meng-open / close switch di panel MV atau langsung ke panel DC Switchgear untuk meng-open / close HSCB. Data yang digunakan panel VCP untuk komunikasi adalah Modbus. Panel VCP juga dapat dihubungkan dengan sistem SCADA terpusat seperti pada OCC Manggarai. Panel VCP menggunakan komponen-komponen:

  a. Display Touchscreen, untuk menampilkan status sistem gardu traksi serta interface operator untuk memerintahkan switch open atau close.

  b. Hubswitch, untuk menerima dan mengirim data dari dan ke panel interkoneksi.

   c. Industrial, untuk memproses data serta me-record semua event yang terjadi di gardu traksi.

   d. Printer, untuk mencetak hasil  record data yang ada.

3.2.2.   LBD Panel Linked Breaking Device (LBD) ^[8]

            Merupakan panel yang menghubungkan gardu traksi yang satu dengan gardu traksi yang berbeda di sebelahnya untuk menghasilkan intertripping. Intertripping ini adalah suatu metode proteksi memutus HSCB di DC Swtichgear untuk mencegah kondisi sistem yang tidak diharapkan seperti short cicuit, ground fault dan emergency.

            Akibat adanya trip dari HSCB DC Switchgear dari gardu traksi disebelah yang disebabkan oleh kesalahan sisstem. Kedua gardu traksi ini saling bertukar status data melalui panel LBD dengan menggunakan kabel fiber optic sebagai interface media komunikasi dan TCP/IP Ethernet sebagai komunikasi protocol. Setiap tejadi kesalahan sistem yang menyebabkan HSCB trip, panel LBD akan mengirim perintah trip ke gardu traksi tetangga. Ketika status ini diterima panel LBD sebelah, HSCB di DC Switchgear akan trip juga. Panel LBD menggunakan komponen-komponen:

   a. Display, untuk memperlihatkan sistem LBD gardu traksi dan gardu traksi tetangganya.

   b. PL, untuk memproses data sistem LBD.

   c. ODF, sebagai terminal fibre optic untuk komunikasi antar gardu traksi.

   d. Modem Optic.

   e. Ethernet, unuk mengkonversi data Ethernet ke optic.

   f. Relay, unutk memrintahkan fasilitas intertrip pada HSCB di DC Switchgear.

          Sudah banyak proyek gardu traksi yang dikerjakan oleh LEN. Proyek gardu traksi yang pertama kali adalah gardu traksi di Parung Panjang (3000 KW) pada tahun 2008. Setahun setelah itu tahun 2009 LEN mengerjakan gardu traksi di Maja (3000 KW) dan Cilekit (3000 KW). Pada tahun 2010, Indonesia mendapat bantuan pinajamn dari KFW (Kreditansalt Fur Wiederaufbau) Jerman, untuk pengerjaan proyek gardu traksi.

          LEN merupakan perusahaan yang ditunjuk pemerintah untuk mengerjakan proyek KFW ini yang meliputi gardu traksi di lokasi Kedung Badak (1500 KW), Cilebut (3000 KW), Bojong Gede (4000 KW), Citayam (4000 KW), Pasar Senen(4000 KW), dan sistem SCADA untuk mengontrol gardu traksi ini secara jarak jauh (remote) di OCC Manggarai. Kemudian di tahun 2011, LEN mengerjakan proyek gardu traksi di Lenteng Agung (4000 KW), Pasar Minggu (4000 KW), dan Jatinegara (3000 KW). Pada tahun 2012 ini Tim Gardu Traksi LEN sedang mengerjakan gardu traksi Klender  (4000 KW), Pesing (4000 KW) dan tangerang (4000 KW).

          Pada awalnya proyek gardu traksi ini menggunakan sistem yang semuanya  built up dari luar negeri seperti sistem dari Siemens atau Secheron. Namun semenjak proyek gardu traksi di Jatinegera, Tim Gardu Traksi LEN sudah bertindak sebagai sistem integrator serta memproduksi sendiri panel-panel kontrol seperti panel interkoneksi, panel VCP (Visual Control Panel) serta panel LBD (Linked Breaking Device), disamping masih menggunakan produk jadi dari luar negeri untuk silicon rectifier dan DC Switchgear.

           Sebagai sistem integrator, LEN bertanggung jawab untuk mengintegrasikan komponen-komponen gardu traksi baik dari sistem power maupun sistem kontrol gardu trakasi. Proses pengintergrasian mencakup penyambungan ouput 1500 VDC ke sistem LAA, serta penyambungan output 6 KV ke sistem PDL. Penyambungan ke sistem LAA dan PDL itu sendiri memerlukan modifikasi jaringa LAA dan PDL yang sudah ada. Semua proses pengintergrasian ini sudah dikuasai oleh Tim Gardu Traksi LEN. Di massa yang akan datang, Tim Gardu Traksi LEN bekerja sama dengan Divisi Pusat Teknologi dan Inovasi berencana untuk memproduksi sendiri silicon rectifier yang akan dipergunakan dalam sistem gardu traksi yang akan memeberikan nilai tambahan yang cukup signifikan.

             Adapun kapasitas baterai akan selalu dijaga dengan menggunakan charger. Charger yang dipakai merupakan ragnkaian rectifier yang terregulasi ouputnya. Charger baterai ini memiliki dua mode operasi yaitu float dan equalize, yang mana kedua operasi ini dapat saling berganti secara otomatis. Mode opersi yang normalnya aktif adalah float. Mode operasi equalize akan aktif saat charger baterai tidak menerima input tegangan AC selama lebih dari 5 menit. Mode operasi equalize ini akan dipertahankan sehingga level tegangan baterai sudah penuh kembali, dimana mode operasi float akan dipilih secara otomatis.

3.2.3.   Trip^[8]

            Trip berfungsi sebagai trigger (pemicu) agar mesin genset yang digunakan mati secara paksa dan otomatis jika terjadi sesuatu yang tidak normal pada sistemnya. Hal ini dilakukan untuk menghindari kerusakan mesin genset yang bekerja tidak sesuai dengan sistemnya. Ada beberapa macam jenis pada sistem pengaman trip antara lain : temperatur air pendingin tinggi, emergency stop, tekanan minyak pelumas rendah, reverse power (pengisian ulang tenaga), over speed (putaran lebih).

3.2.4.   Sekering^[1]

            Sekering adalah suatu alat yang digunakan sebagai pengaman dalam suatu rangkaian listrik apabila terjadi kelebihan muatan listrik atau suatu hubungan arus pendek. Sekering mempunyai kesanggupan untuk membatasi arus, sehingga apabila rangkaian mengalami gangguan, dapat diputuskan sebelum arus melebihi harga maksimum. Jika suatu sekering dilewati arus di atas arus kerjanya, maka pada waktu tertentu sekering tersebut akan lebur (putus). Besarnya arus yang dapat meleburkan suatu sekering dalam waktu 4 jam dibagi arus kerja disebut faktor peleburan berkisar 1 hingga 1,5.

3.2.5.   Grounding^[1]

            Grounding merupakan bagian penting bagi alat kelistrikan. Grounding atau di sebut juga pentanahan mempunyai hubungan erat dengan perlindungan suatu sistem terhadap arus gangguan agar mengalir masuk ke tanah sehingga tidak merusak peralatan. Pemasangan pentanahan ini pada bagian badan (body). Dalam pelaksanaanya grounding berfungsi :

·         Pentanahan sistem, berupa pengadaan hubungan dengan tanah untuk suatu titik pada penghantar arus dari sistem. Pada umumnya titik tersebut adalah titik netral dari suatu mesin, transformator, atau untuk rangkaian listrik tertentu.

·         Pentanahan peralatan sistem, berupa pengadaan hubungan dengan tanah untuk suatu bagian atau bagian yang tidak membawa arus dari sistem. Bagian-bagian ini misalnya : Semua logam seperti saluran tempat kabel, kerangka mesin, batang pemegang sakelar, penutup kotak sakelar.

3.2.6.   MCCB^[1]

            MCCB (modulate case circuit breaker) merupakan alat pengaman yang dalam proses operasinya mempunyai dua fungsi yaitu sebagai pengaman dan sebagai alat penghubung. Jika dilihat dari segi pengaman, maka  MCCB dapat berfungsi sebagai pengaman gangguan arus hubung singkat dan arus beban  lebih. Pada jenis tertentu, pengaman ini mempunyai kemampuan pemutusan yang dapat diatur sesuai dengan yang diinginkan. Bentuk dari MCCB (modulate case circuit breaker) ditunjukkan pada Gambar 3.9 berikut:

Gambar 3.9. modulate case circuit breaker

Keterangan:

1. BMC material for base and cover

2. Arc chute

3. Mounting for ST or UVT connection block

4. Trip-free mechanism

5. Moving contacts

6. Clear and IEC-complaint maekings

7. Magnetic trip unit

8. Compact size

3.3.      Arus Listrik^[3]

            Arus listrik didefinisikan sebagai aliran muatan listrik melalui sebuah konduktor. Arus ini bergerak dari potensial tinggi ke potensial rendah, dari kutub positif ke kutub negatif, dari anoda ke katoda. Arah arus listrik ini berlawanan arah dengan arus elektron. Muatan listrik dapat berpindah apabila terjadi beda potensial. Beda potensial dihasilkan oleh sumber listrik, misalnya baterai atau akumulator. Setiap sumber listrik selalu mempunyai dua kutub, yaitu kutub positif (+) dan kutub negatif (–) seperti yang terlihat pada Gambar 3.10.

Gambar 3.10. Kutub pada rangkaian

Garis yang lebih panjang menyatakan kutub positif, sedangkan yang pendek menyatakan kutub negatif. Alat yang diberi daya oleh baterai dapat berupa bola lampu seperti pada Gambar 3.11.(a). Ketika rangkaian ini terbentuk, muatan dapat mengalir melalui kawat pada rangkaian, dari satu kutub baterai ke kutub yang lainnya. Aliran muatan seperti ini disebut arus listrik yang ditunjukkan Gambar 3.11.(b).

Gambar 3.11. (a) Rangkaian listrik sederhana, (b) skema rangakaian listrik

Rumus arus listrik yang dihitung dengan tegangan listrik (V) maka,

I =

Keterangan

I           : kuat arus listrik (ampere)

V         : tegangan listrik (volt)

R         : resistansi / tahanan listrik (ohm)

Rumus arus listrik yang dihitung dengan muatan listrik (Q) maka,

I =

Keterangan :

I           : arus listrik (ampere)

q          : besarnya muatan listrik (coulumb)

t           : waktu (sekon)

3.3.1.   Arus Listrik Searah (Direct Current/DC) ^[7]

            Arus listrik DC (Direct Current) adalah arus listrik yang selalu mengalir dalam satu arah. Jika arus DC dihasilkan oleh sumber teganganya (V) tetap dan disalurkan pada penghantar yang memiliki hambatan (R) yang tetap, maka besar kuat arusnya (I) juga akan tetap. Berdasarkan perjanjian yang masih digunakan saat sampai saat ini, arah kuat arus DC selalu keluar dari kutub positif ke kutub negatif sumber tegangan DC seperti pada Gambar 3.13. Arus DC hanya mengalir satu arah sehingga pada pemasangan amperemeter dan voltmeter pada rangkaian DC harus memperhatikan polaritas ujung-ujung rangkaian yang hendak dihubungkan ke kutub-kutub meter. Pemasangan yang benar adalah kutub yang potensialnya lebih rendah (positif) harus dipasang ke kutub positif meter dan begitu  sebaliknya. Bentuk arus DC yang dihasilkan ditunjukkan Gambar 3.12.

Gambar 3.12. Bentuk arus DC dan lambang arus DC

Gambar 3.13. Skema rangkaian arus searah (direct current/DC)

3.3.2.   Arus Listrik Bolak-Balik (Alternating Current/AC) ^[7]

            Arus dan tegangan listrik AC (Alternating Current) adalah arus listrik yang arahnya selalu berbalik arah secara teratur (periodik). Gambaran arusnya seperti Gambar 3.15 dalam selang waktu tertentu bagian atas sumber AC berpolaritas positif sementara bagian bawahnya berpolaritas negatif sehingga arus listrik dalam rangkaian AC mengalir berlawanan arah jarum jam dan berulang secara periodik.

            Untuk mengetahui kuat arus dan beda potensial dalam listrik AC digunakan amperemeter dan voltmeter. Amperemeter dan voltmeter yang dipasang dalam rangkaian AC tidak perlu memerhatikan polaritas ujung mana yang positif atau negatif karena arus AC selalu berubah-ubah arahnya. Bentuk arus AC ditunjukkan pada Gambar 3.14.

Gambar 3.14. Bentuk arus AC dan lambang arus AC

Gambar 3.15. Skema rangkaian arus bolak-balik (alternating current/AC)

            Sistem kelistrikan 3 fasa merupakan sistem kelistrikan arus bolak balik

(AC = Alternating Current) yang dihasilkan oleh generator listrik 3 fasa dengan standard frekuensi yang dihasilkan 50 Hz maupun 60 Hz. Pada umumnya sistem 3 fase menggunakan sistem tiga tegangan seimbang yang sama besarnya, dengan berbeda fasa antara tegangan fasa yang satu dengan fasa yang lain sebesar 120^o. Gambaran ringkasnya gelombang listrik ( gelombang sinus ) yang dihasilkan oleh generator listrik 3 fasa seperti pada Gambar 3.16.

Gambar 3.16. Gelombang listrik 3 fasa

            Ketiga tegangan fasa itu dibangkitkan oleh sebuah medan fluks yang berputar di dalam area kumparan stator yang identik disusun terpisah sebesar 120^o antara yang satu dengan yang lain dalam suatu generator listrik sistem fasa tiga. Khusus di indonesia besar tegangan sistem listrik 3 fasa telah di standar kan oleh PLN sebesar 380 V dengan Frekuensi yang dikeluarkan sebesar 50 Hz. Sistem 3 fasa yang di hasilkan oleh generator listrik tergantung dari sistem sambungan pada output kumparannya, sistem ini meliputi sistem 3 fasa dengan 4 kawat ataupun sistem 3 fasa dengan 3 kawat. Jika listrik 3 fasa dengan 4 kawat yang di hasilkan oleh generator maka generator tersebut umumnya kumparan stator dihubungkan secara bintang, sedangkan jika sistem kelistrikan 3 fasa dengan 3 kawat maka generator tersebut umumnya kumparan stator dihubungkan secara delta. Sistem 4 kawat yang dimaksud adalah untuk menciptkan 3 buah fasa dengan 1 titik netral, jika tegangan antar fasa yang di hasilkan oleh generator sebesar 380 Volt maka secara otomatis tegangan fasa ke netral sebesar 220 Volt. Berikut Gambar 3.17 adalah gambaran dari output sebuah generator listrik 3 fasa:

Gambar 3.17. Skematik rangkaian segitiga (kiri) dan bintang (kanan)

            Dari dua gambar diatas menjelaskan dua buah hubungan kumparan stator yang dihubungkan secara delta maupun dengan hubungan star. Untuk output generator listrik dengan hubungan delta seperti gambar diatas biasanya dengan daya yang besar sehingga perlu menggunakan trafomator step-up dengan hasil akhir menggunakan trafo distribusi dengan menghasilkan titik netral sehingga bisa disalurkan pada beban. Untuk output generator listrik 3 fasa dengan hubungan star seperti gambar diatas merupakan Output yang bisa langsung di gunakan oleh beban sebab output sudah sesuai standard tegangan yang ada di indonesia dan sudah menghasilkan titik netral.