II.1. Teknik Listrik Terapan

PT PLN (Persero)JASDIK

II. JARINGAN DISTRIBUSI PRAJABATAN D1

I. TEKNIK LISTRIK TERAPAN HAL - 1/17

1. ARUS BOLAK-BALIK.

Untuk melayani keperluan disediakan saluran 1 phasa dan 3 phasa

1.1. KARAKTERISTIK ARUS BOLAK-BALIK

Tidak seperti arus searah dimana besar dan polaritas dari arus/tegangan selalu tetap sepanjang waktu maka pada arus bolak-balik, besar dan polaritas dari arus/tegangan berubah-rubah terhadap waktu mengikuti bentuk fungsi sinus

Dari karakteristik tersebut maka kita kenal :

1. Tegangan / arus sesaat2. Tegangan / arus puncak / maksimum3. Tegangan / arus efektif

Perubahan Positif

Arus Berkurang pada arah Posistif

Arus Berkurang pada arah Posistif

Perubahan Negatif

Arus Bertambah pada arah Negatif

Arus Bertambah pada arah Negatif

1/30

1+

1-

Gambar - 1




Tegangan Arus

Nilai sesaat : e = V sin wt I = sin tNilai maks : V = V I = INilai efektif : Vef = V / √2 Ief = I / √2

Nilai efektif adalah nilai yang terukur pada alat ukur (Volt meter /Amper meter)Misalnya tegangan dirumah : 220 volt atau 380 volt.

1.2. BEBAN PADA ARUS BOLAK-BALIK

Pada sistem arus searah hanya mengenal beban resistive ( R ), tetapi pada sistem arus bolak balik beban merupakan “ Impedansi” ( Z ) yang biasa dibentuk dari unsur : R, L, C.

Contoh beban :

R (hambatan murni) : Lampu pijar, setrika listrik, heaterL ( hambatan induktif) : Reaktor, komparanC (hambatan kapasitas) : Kapasitor

Sifat hambatan L (XL) dengan C (XC) saling bertentangan /meniadakan.

XL = 2π.f.L, dan XC =

XL dan XC merupakan bagian imajiner dari impedansi Z




Hubungan dari tiga beban / hambatan digambarkan sebagai berikut :

Z = R + JXL

R

V

Z XL

φ

Z = R - JXC

R

V

Z-XC

φ

Z = R - JXL - JXC

(JXL > JXC)

R V

Z

XL

φ

-XC

(a)

R V

ZXL

φ

-XC

Z = R - JXL - JXC

(JXL < JXC)

V

Z

XL

φ -XC

V

Z

XL

φ

-XC

(c)

(b)

Gambar - 2




1.3. DAYA PADA ARUS BOLAK-BALIK

Karena beban Z mempunyai/membentuk pergeseran sudut terhadap V (sebagai referensi) maka arus beban Ib yang mengalirpun membentuk sudut yang sama searah dengan sudut dari Z sebesar φ.

Hal ini berakibat timbulnya 3 macam daya.

a. Daya aktif : P (watt)b. Daya reaktif : Q (VAR)c. Daya semu : S (VA)

Hubungan dari ketiga macam daya tersebut kita kenal sebagai “segitiga daya”.

Gambar : Segi Tiga Daya

Penjumlahan Vektor P dan QS =

QS

P

φ

Q

S

P

φ

Beban bersifat kapasitifBeban bersifat induktif




1.3.1 Rumus Dasar Arus Bolak Balik 1 phasa

1.3.2. Rumus-rumus Daya

1 Phasa :

S = V x I (VA)P = V x I x cos θ (Watt)Q = V x I j X sin θ (VAR)

V = Tegangan Phasa-netral (220 Volt)I = Arus Phasa

3 Phasa :

S = V x I x √3 (VA)P = V x I x √3 x cos θ (Watt)Q = V x I x √3 j X sin θ (VAR)

V = Tegangan Phasa-phasa (380 Volt)I = Arus Phasa

I2Z cosθ

V2Z CosθZ

I V cos θ

VZ P

Z cos θ

PZcos θ

PV cos θ

PI cos θ

IZ PI2 cos θ

V2 cos θP

VI

P I

U Z

θ = Sudut Phasa




2. IMPEDANSI

2.1. TAHANAN R

Tahanan dari suatu konduktor (kawat penghantar) dinyatakan oleh :

R =

Dimana : ρ = ResistivitasL = Panjang kawatA = Luas penampang dalam kawat

Dalam tabel-tabel yang tersedia sering kita jumpai penampang kawat diberikan dalam satuan “circular Mil” disingkat CM.

Difenisi dari CM ialah penampang kawat yang mempunyai diameter 1 mil (0,001 inch).

CM = 1973 x 10-4 x (dalam CM) Atau

mm2 = 5,067 x 10-4 x (dalamCM)

Dalam satuan MKS :

ρ = Ohm Meter L = Meter A = m2

Dalam satuan CGS :

ρ = Mikro Ohm - Centimeter L = CmA = Cm2




Karena pada umumnya kawat-kawat penghantar terdiri dari kawat pilin (stranded conductors)Maka sebagai factor koreksi untuk memperhitungkan pengaruh dari pilin, panjang kawat dikalikan dengan 1,02 - 1,05 (2% - 5 % factor koreksi).

Dalam batas temperatur 100 C sampai dengan 1000 C, untuk kawat tembaga (Cu) dan aluminium (AL) berlaku rumus :

Rt2 = Rt1 l + αt1 (t2 – t1)

Dimana :

Rt2 = Tahanan pada temperatur t2

Rt1 = Tahanan pada temperatur t1

αt1 = Koefisien temperatur dari tahanan pada temperatur l1

Jika :

α t1 = sehingga T0 =

Maka :

Rt2 = Rt1

T0 adalah temperatur dimana tahanan kawat akan menjadi nol.

Untuk kawat :

Cu (100%) : α 20 = 0,00393

T0 = – 20 = 234,5 oC

Cu (97,5%) : α 20 = 0,00383

T0 = – 20 = 241,5 oC

AL (61%) : α 20 = 0,00403




T0 = – 20 = 228,1 oC

Tabel dibawah ini harg-harga T0 dan α untuk bahan-bahan konduktor standard.

Tabel-1 : Harga koefisien temperatur (T0 dan α) bahan konduktor standard

Material T0 (oC)Koefisien temperatur dari tahanan

α o α oo α 25 α 50 α 75 α 80 α 100

Cu (100%) 234,5 4,27 3,93 3,85 3,52 3,25 3,18 2,99Cu (97,5%) 241,0 4,15 3,83 3,76 2,44 3,16 3,12 2,93AL (61%) 228,1 4,03 2,83 3,95 3,60 3,30 3,25 3,05

Tabel-1 : Resistivitas ( bahan konduktor standard ).

Material Resistivitas dari tahanan (Ω.Cm)

ρo ρoo ρ25 Ρ50 ρ75 ρ80 ρ100

Cu (100%) 1,58 1,72 1,75 1,92 2,09 2,12 2,26Cu (97,5%) 1,63 1,77 1,80 1,97 2,14 2,18 2,31AL (61%) 2,60 2,83 2,89 3,17 3,46 3,51 3,74

Tahanan arus searah (DC) yang diperoleh dari perhitungan diatas harus dikalikan dengan factor :

1,0 untuk konduktor padat (solid)1,01 untuk konduktor pilin yang terdiri dari 2 lapis 1,02 untuk konduktor pilin yang lebih dari 2 lapis

Biasanya tahanan konduktor standard diberikan oleh pabrik yang diukur pada temperature 20oC, sehingga untuk pemakaian dilapangan harga R harus dikoreksi sesuai temperature rata-rata diluar (t2) dan dinyatakan dalam Ohm/Km.

3. HUKUM KIRCHOFFHukum Kirchoff I




Pada setiap rangkaian listrik, jumlah aljabar dari arus-arus yang bertemu disatu titik adalah nol.

Notasi : ∑ I = 0 I2 I4

Jadi :I 1+(-I2)+(-I 3)+(I 4)+(-I 5)=0I 1+I 4=I 2+I 3+ I 5

Jumlah arus yang masuk=jumlah I1 I3 I5 Arus yang keluar atau jumlah arus

Yang bertemu disatu titik adalahNol.

Hukum Kirchoff II

Jumlah aljabar dari hasil kali arus dan tahanan pada setiap konduktor dalam suatu rangkaian tertutup (mesh) , sama dengan jumlah aljabar dari ggl.

a. b c∑ I R = ∑ GGL = ∑E

E R1 R2 1. abef = E = I1 . R1

2. acdf = E = I2 R2

3. bcdeb = 0 = 12 R2 - I1R1

f e d

4. RANGKAIAN LISTRIK




4.1. Rangkaian Impedansi Seri

Z1 Sebuah rangkaian listrik yang terdiri dari 3 buah Impedansi yang disambung seri, arus yang mengalir pada setiap Impedansi sama besarnya karena rangkaian seri.

V I Z2

Z3

Menurut hukum Kirchoff II :V = I.Z1 + I.Z2 + I.Z3 = I ( Z1 + Z2 + Z3 ) = I x Z tot

Apabila :Z1 = R1 + jX1 Z2 = R2 + jX2Z3 = R3 + jX3

V = I (R1 + jX1 + R2 + jX2 + R3 + jX3) = I

riil imaginer

Ztot =

COTOH SOAL :

Diketahui :Z1 = 60 + j 80 Z2 = 80 - j 60 Z3 = 80 + j 60 V = 200 Volt.

Tentukan : besarnya- Arus (I)- Impedansi total (Ztot).

Jawab :Ztot = 60 + j 80 + 80 - j 60 + 80 + j 60 = 220 + j 80




= 234

I = = 0,85 Amp.

Tegangan masing-masing Impedansi :VZ1 = 100 x 0,85 = 85 Volt.

VZ2 = 100 x 0,85 = 85 Volt.

VZ3 = 100 x 0,85 = 85 Volt.

4.2. Rangkaian Impedansi Paralel.

Suatu rangkaian listrik yang terdiri dari dua buah Impedansi yang disambung Paralel Tegangan yang kita pilih sebagai referensi :Hikum Kirchoff I

II = I1 + I2

I1 = I1 I2

I2 = V Z1 Z2

Ztot = Z1 // Z2 atau Ztot =

CONTOH SOAL

Diketahui suatu rangkaian listrik seperti gambar diatas dengan :Z1 = 60 + j80 Z2 = 40 – j30




V = 200 Volt.

Tentukan :Arus Itot, I1, I2

Impedansi Ztot.

Jawab :Z1 = 60 + j80 = 100

Z2 = 40 – j30 = 50 Tegangan V sebagai referensi, sehingga.V = 200 = 200 + j0 Volt.

Arus I1 = = = 2 = 1,2 – j1,6 Amp.

Arus I2 = = = 4 = 3,2 + j2,4 Amp.

Arus Itot = I1 + I2 = 4,4 + j0,8 = 4,47

Ztot =

= = 44,74

= 44,01 – j8

5. JATUH TEGANGAN

Dalam penyediaan tenaga listrik disyaratkan suatu level standard tertentu untuk menentukan kwalitas tegangan pelayanan.

Secara umum ada tiga hal yang perlu dijaga kwalitasnya.




1. Frekwensi (50 Hz)2. Tegangan SPLN.No.1; 1985 (220/380 Volt : + 5%; - 10%)3. Keandalan

5.1. JATUH TEGANGAN (VOLTAGE DROP = ∆ V)

Akibat terjadinya rugi tegangan pada saluran maka tegangan khususnya ditempat pelanggan rugi paling jauh dari sumber (gardu distribusi) akan lebih kecil dari tegangan nominal.Rugi tegangan pada saluran yang menyebabkan adanya jatuh tegangan (∆V) dapat dinyatakan dengan rumus sebagai berikut :

∆ V = Vs - Vr

Dimana :

Vs = tegangan pengiriman dari sumber Vr = tegangan penerimaan disisi beban

Dalam gambar-4 diberikan rangkaian pengganti dari saluran distribusi.

Gambar-. Rangkaian Pengganti Saluran Distribusi

IS = Ir = I = arus pada saluranZ = R + JX = impedansi saluran

~ VS

Vr

VL

Z

I rJXRIS

Vr

VS

IZ

IX

V’s

I

Vr

IR




Gambar-. Diagram Phasor Saluran

Dengan rumus pendekatan :

Vs = Vs1 maka ∆ V = Vs1 – Vr∆ V = I R cos θ + I jJ X sin θ∆ V = I (R cos θ + jJ X sin θ)

Dimana :

I = arus penghantar phasa (ampere)R = resistansi/tahanan penghantar phasa (Ω/km)jX = reaktansi saluran (Ω/km)θ = sudut daya (beda sudut antara I dan E)

Maka :

∆ V = I . L (R cos θ + J X sin θ )

Untuk saluran 3 phasa

∆ V = √ 3 . I . L (R cos θ + J X sin θ )

Bila beban terpusat diujung

∆ V = √ 3 . I . L (R cos θ + J X sin θ )

Bila beban merata sapanjang saluran

∆ V =




Sesuai SPLN No. 72 ; tahun 1987 ∆ V max sebagai berikut :

JTM = 5% Trafo = 3%

JTR = 4% saluran Pelayanan = 1%

Nilai ∆ V biasa berubah-ubah tergantung fluktuasi bebanUntuk optimasi jaringan nilai untuk dapat diambil nilai maksimum sesuai SPLN No. 72;198

5.2. REGULASI TEGANGAN (VR)

Regulasi tegangan dapat dinyatakan sebagai berikut :

VR (%) = x 100%

Biasanya VR dibatasi sebesar 10% maksimum.

6. PERBAIKAN FAKTOR DAYA

6.1. Pengaruh Faktor Daya




Faktor daya (cos θ ) adalah perbandingan antara daya nyata P (watt) dengan daya semu S (VA) yang biasa dinyatakan dalam angka decimal atau persentasi.

Contoh :

P = 80 KW ; S = 100 KVA

P.F = = = 0,8 = 8%

Pengaruh dari nyata dari peningkatan PF pada suatu sirkuit adalah untuk mengurangi arus yang mengalir lewat sirkuit tersebut sehingga memperoleh beberapa keuntungan antara lain :

1. Daya semu S lebih kecil untuk P yang tetap

P.F 60% 70% 80% 90% 100%

P (KW) 600 600 600 600 600Q (KVAR) 800 612 450 291 0S (KVA) 1000 857 750 667 600

2. Daya nyata P lebih besar untuk S yang tetap

P.F 60% 70% 80% 90% 100%

P (KW) 360 42 480 540 600 Q (KVAR) 480 428 360 262 0 S (KVA) 600 600 600 600 600

3. Mengurangi rugi tegangan.

4. Mengurangi ukuran kemampuan transformator, kabel, peralatan hubung sehingga biaya investasi awal lebih rendah.

6.2. Pemasangan Kapasitor

Daya yang dipakai oleh motor-motor dalam industri mempunyai dua komponen :

5. Daya nyata P yang menghasilkan kerja.

P

S

80

100




6. Daya reaktip Q yang diperlukan untuk membangkitkan medan magnet agar motor-motor dapat berputar.

Dengan diperlukannya daya reaktip tersebut maka peraltan seperti motor-motor, transformator (peralatan induktip) memerlukan daya yang lebih besar dari sumber.

Fungsi penggunaan kapasitor adalah untuk meningkatkan P.F dengan cara mensuplai daya reaktip bila dipasang pada atau dekat peralatan induktip.

Keperluan besarnya daya reaktif dari kapasitor dapat dilihat dari segi tiga daya sebagai berikut :

Q = P x tg θo

Q1 = P x tg θ1

Q(C) = P x (tg θo – tg θ1) KVAR

6.3. Penempatan kapasitor

Untuk mendapatkan hasil yang optimal dari pemasangan kapasitor maka perlu penempatan yang tepat.

Kapasitor TRa. Pada terminal motor-motor ukuran besarb. Untuk kumpulan beberapa motor-motor kecil atau motor-motor yang tidak

bekerja terus menerus kapasitor ditempatkan pada ujung instansic. Penempatan didaerah pusat beban apabila sulit untuk menempatkan dilokasi

a. atau b. Ditempatkan pada sisi beban dari APP jika hanya bertujuan untuk menghindari tagihan kelebihan VAR.

KVAR

KVAR

KVAR

KVAR

KVAR KVAR

QQO

SO = KVA

S1 = KVA

PFO

PF1

P - KW

II.1. Teknik Listrik Terapan

Documents

Transcript of II.1. Teknik Listrik Terapan