Ttl_ 02-Ok_sistem Teg Ac

TEKNIK TENAGA LISTRIK

SISTEM TEGANGAN/ARUS BOLAK‐BALIK(SINUSOIDAL)

AGUS R UTOMO

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTROUNIVERSITAS INDONESIA

JAKARTA


1. SISTEM TENAGA LISTRIK

Teknik Tenaga Listrik adalah bagian dari ilmu teknik kelistrikan yangmempelajari masalah ketenagaan yang berkaitan dengan listrik.

Sistem Tenaga Listrik adalah Keterpaduan seluruh aspek dan komponentenaga listrik yang dioperasikan.

Secara mendasar sistem tenaga listrik terdiri dari :Sistem konversi energi primer menjadi tenaga listrik .Sistem transformasi daya listrik.Sistem penyaluran daya listrik.Sistem beban utilitas.

AGUS R.UTOMO ‐ DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO ‐ UNIVERSITAS INDONESIA ‐ JAKARTA 1

G BEBANT T


2. GELOMBANG TEGANGAN DAN ARUS SEARAH

Tegangan/Arus Searah tidak mengalami pembalikan (perubahan) polaritas


Vi

t

Vi

t

Vi

t

Vi

t

i

ii

iv v

vv



3. GELOMBANG TEGANGAN DAN ARUS SINUSOIDAL

S

U

U

S

V

t


3.1. SISTEM FASORSistem fasor adalah sistem transformasi dari suatu fungsi waktu menjadibentuk bidang kompleks, yang tergantung dari sistem putaran (sudut fasa, frekuensi dan amplitudo).

3.1.A. Bidang Kompleks


+j (Im)

‐Re +Re

Z

‐j (Im)

R

x

z = z ( cos + j sin ) z = R + jx

z = z j

j ( cos + j sin )

2 2z = R x

= 1j

z = z

Rektangular

Trigonometri

Eksponensial

Polar


3.1.B. IMPEDANSI


V

R

L

C

i idt

cdtdiLRiV 1

V = 0

V = VR + VL + VC

V = Ri + jXL i – jXC i

V = [R + j(XL – XC ) ] i

V = Z i

Z = R + j(XL – XC )

XL = L = 2 f L

C 2π1

ωC1XC f

[Volt]

[Volt]

[Volt]

[Ohm]

[Ohm]

[Ohm]

[Volt]

[Volt]

[Volt]

L = Induktansi [Henry]C = Kapasitansi [Farad]

R = Resistansi [Ohm]

f = Frekuensi [Hz]

= 2 f

Z = Impedansi [Ohm]


Diagram Vektor Impedansi


+ Im

‐ Im

+ Re

+ Im

‐ Im

+ Re

XL‐XCXL ‐ XC

R

L

C

R

L

C

X

X = XL ‐ XC = tan‐1 (X/R)


7

3.1.C. Fasor Tegangan dan Arus Sinusoidal (AC)

Vm

Im

0‐ 2

‐Vm

‐Im

v(t)

i(t)

(t)

= 2f = kecepatan sudut fasa [ radial/det]

i(t)=Im cos (t + )

v(t)=Vm cos (t)

Vm = Tegangan maksimum [Volt ; V]

Im = Arus maksimum [ Ampere ; A ]

= Sudut fasa [ radial]

AGUS R.UTOMO ‐ DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO ‐ UNIVERSITAS INDONESIA ‐ JAKARTA


8

a. Sistem Resistif

Fasa V = Fasa i , atau V dan i sefasa atauV dan i berhimpit.

a. Gelombang tegangan/arus AC 1 fasa b. Vektor tegangan (V) dan arus (I)

Gbr. 2. Gelombang tegangan/arus AC 1 fasa sistem Resistif

t

V iV

i

0

Vi



9

b. Sistem Induktif

i tertinggal/terlambat (lagging) fasa dariV sebesar

induktif lagging

V,i -

a. Gelombang tegangan/arus AC 1 fasa b. Vektor tegangan [ V ]dan arus [ I ]

Gbr. 3. Gelombang tegangan/arus AC 1 fasa sistem Induktif

t

V i

V

i

0

‐V

i



10

c. Sistem Kapasitif

i mendahului (leading) dariV sebesar .

Kapasitif Leading

a. Gelombang tegangan/arus AC 1 fasa b. Vektor tegangan [ V ]dan arus [ I ]

Gbr. 4. Gelombang tegangan/arus AC 1 fasa sistem kapasitif

t

V i

V

i

V

i



11

4. GELOMBANG TEGANGAN SINUSOIDAL (AC) 3 Fasa

Gbr. 5. Bentuk gelombang tegangan/arus boal-balik (AC) 3 Fasa

Va Vb Vc Va Vb Vc

90o 90o 90o 90oV

t0

+

-



12

4.1. Fasor Tegangan dan Arus Sinusoidal (AC) Tiga Fasa.

Va = Va 0o

Vb = Va 120o

Vc = Va 240o

V, i

Gbr. 6. Sistem Fasor Tegangan/Arus AC Tiga Fasa

Va

Vb

Vc

ic

ib

ia

240o

120o

120o

120o



13

4.2. Sistem Koneksi dan Tegangan AC 3 Fasa.

Gbr. 7. Sistem Koneksi dan Tegangan AC Tiga Fasa

c

b

a

VcaVbc

Vab

Vbn

Van

Vcn

a b

cSistem Delta

a b

cSistem Bintang

a b

c



14

Tegangan pada Sistem AC Tiga Fasa

Gambar 8. Tegangan AC 3 phasa pada jaringan (lines)

VL-n = Vp ; Van = Vbn = Vcn = 220 V

VL-L = VL ; Vab = Vbc = Vca = 380 V

VL-L = VL = 3 x Vp = 1.732 x Vp

VLa = Vab = 3 x 220 V = 1.732 x 220 V = 380 V

380 V380 V

380 V220 V

220 V

220 V



5. DAYA DAN FAKTOR DAYASecara umum :

Daya S = m.Vp.I [ VA ]m = Jumlah Phasa Untuk m = 3 Phasa

S = 3 Vp.I [ VA ]VL = 3 Vp S = 3 VL I [ VA ] Daya Nyata

P = 3 VL I cos [ Watt ] Daya AktivQ = 3 VL I sin [ VAr ] Daya Reaktiv

Cos = Faktor Daya (Power Factor) = pf

15AGUS R.UTOMO ‐ DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO ‐ UNIVERSITAS INDONESIA ‐ JAKARTA


16

Daya pada sistem AC terdiri dari 3 komponen : Komponen Daya Nyata (Real Power) ; S [ VA ] Komponen Daya Reaktif (Reactive Power) ; Q [ VAR ] Komponen Daya aktif (Active Power) ; P [ Watt ]

a. Daya Induktif b. Daya Kapasitif

Gbr.10. Daya Sistem AC

Watt

VAR

ind INDUKTIF

KAPASITIFWatt

VAR

kap



17

6. KOREKSI FAKTOR DAYA

Keterangan :komp = kompensasisbk = sebelum-

kompensasissk = sesudah –

kompensasi

Daya Aktiv P [ Watt ] nilainya tetap.

Daya Nyata S [ VA ] danDaya Q [VAR] nilainya berubah-ubah tergantung beban

Gambar 11. Segitiga Daya

Watt

VAR(ssk) VA

R(sbk)VA

R(komp)

01


18

Kondisi Aktual (Sebelum Kompensasi)VA(sbk) ; Q(sbk) ; pf(sbk) = cos 0 ; P (tetap)

( 8 )

Diinginkan (sesudah kompensasi)VA(ssk) ; Q(ssk) ; pf(ssk) = cos 1 ; P (tetap)

Q(komp) = Q(sbk) – Q(ssk) ( 9 )

VAR(komp) = VAR(sbk) – VAR(ssk) (10)

Q(komp) =VAR(komp) = P x (tan sbk - tan ssk) (11)


PQ sbk

o)(tan

PQ ssk )(

1tan


19

Bila (tan sbk - tan ssk ) = fm (12)

maka Q = fm x P [ VAR ] (13)

atau VAR = fm x Watt [ VAR ] (14)

fm = faktor pengali (multiplier factor), lihat Tabel Faktor Koreksi

Besaran kapasitor atau daya VAR kompensasi yang diperlukan untuk mendapatkan faktor daya diinginkan dapat dihitung (lihat formula dalam tabel 2.3)



20

6. CONTOH PERHITUNGAN

1. Suatu sistem memiliki peralatan-peralatan sebagai berikut :1. Motor 1 200 HP ; 3 fasa ; 4 kV ; pf = 0.85 ; = 0.752. Motor 2 40 HP ; 3 fasa ; 4 kV ; pf = 0.82 ; = 0.553. Motor 3 250 kW ; 3 fasa ; 4 kV ; pf = 0.80 ; = 0.654. Heater 100 kW ; 3 fasa ; 4 kV ; pf = 0.84 ;

Hitung :1. Total kVA yang diperlukan !2. Faktor daya (Pf/cos ) sistem !3. Arus total yang mengalir pada sistem !4. kVAR yang terjadi5. Besaran kVAR kompensasi (kVARkomp) yang diperlukan bila

dikehendaki sistem memiliki pf sebesar 95 % (lagging = induktif).



21

6. kVA setelah dikompensasi.7. kVAR sistem setelah dikompensasi8. Arus total sistem yang mengalir

Jawab :Diasumsikan peralatan beroperasi pada saat bersamaan.

Sebelum dikompensasi

Peralatan Efisiensi kVAM1 ; 200 HP; pf = 0.85 ; = 0.75 ; (200x 0.746)/(0.85x0.75) = kVAM2 ; 40 HP; pf = 0.82 ; = 0.55 ; (40 x 0.746)/(0.82x0.55) = kVACnv ; 250 HP; pf = 0.80 ; = 0.65 ; (250x 0.746)/(0.80x0.65) = kVAHtr ; 100 kW; pf = 0.84 ; = 0.84 ; (100)/(0.84) = kVA

Total kVA = X kVA



22

Segi Tiga Daya

Watt

VAR(ssk) VA

R(sbk)VA

R(komp)



23

Arus total sistem yang mengalir : I = (kVA)/(3 . V) = (X)/(3 x 620) = Z kA = A

Sistem dikompensasi (faktor daya dikoreksi) – Lihat segi tiga daya

Diperlukan kVAR kompensator

kVAR(komp) = P . fm - (lihat tabel fm) fm = 1.005kVAR(komp) = 530 x 1.005 = 533 kVAR

Sesudah dikompensasi (faktor daya dikoreksi) :

kVAssk = kW/pfssk = 530 kW/0.95 = 558 kVAArus total sistem Issk = (kVAssk/(3 .V) = (558/(3.380)=850 A.



24

kVAR sistem setelah dikoreksi :

Energi yang dapat dihemat

Total kW = (200 x 0.746) + (40 x 0.746) + 250 + 100 = 530 kWFaktor Daya (pf) sistem (awal) = kW/kVA = 530/878 = 0.6 = 60 %

Angka-angka (merah) bukan angka yang benar, tetapi harus disesuaikan dengan kaidah (rumus-rumusa) yang berlaku.



7. SOAL‐SOAL LATIHAN1. Suatu beban tiga fasa tidak seimbang, terhubung delta atau segitiga (lihat

gambar di bawah) dihubungkan dengan sumber daya tiga fasa pula yangmemiliki tegangan efektif sebesar 240 Volt.

a. Hitung arus masing‐masing saluran. b. Hitung arus yang mengalir pada masing‐masing beban. c. Hitung faktor daya total (sistem)

25AGUS R.UTOMO ‐ DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO ‐ UNIVERSITAS INDONESIA ‐ JAKARTA

A

B

C

Z1 Z2

Z3

IAB

IBC

ICA Z1 = 25 90o Ohm

VBC

VABVCA

Z2 = 20 0o Ohm

Z1 = 15 30o Ohm


2. Suatu sistem tiga fasa seimbang terdiri dari 1 unit beban hubungan deltadengan impedansi 10 ‐ 36.9o Ohm dan beban dengan hubungan Y. Keduamacam beban disuplai daya tiga fasa dengan VL = 141.4 240o V. Apabilaarus yang mengalir IP = 40.44 13.41o A, maka hitunglah impedansi bebanhubungan Y !

3. Suatu motor induksi 3 fasa, 50 Hz, 4000 V, 3350 kW, hubungan Y, beropersasidengan keadaan tidak seimbang. Hasil pengukuran menunjukkan :VAB = 4.09 kV, P1 = 0.91 MW, pf1 = 0.92VBC = 4.1 kV , P2 = 0.69 MW , pf2 = 0. 81VCA = 4.08 kV, P3 =0. 88 MW , pf3 = 0.80Hitung :Daya Reaktiv ( Q ) dalam kVAR masing‐masing, dan keseluruhan.Daya Nyata ( S ) dalam MVA masing‐masing dan keseluruhaan.Daya Aktiv (P) dalam MW dan faktor daya keseluruhan.Besaran kapasitor kompensasi yang harus dipasang bila pf keseluruhandiinginkian sebesar 0.95.

26


Sistem sinusoidal Satu FasaDaya Aktif P = V. I cos [ Watt ]Daya Nyata S = V.I [ VA ]Daya Reaktif Q = V.I sin [VAR]Faktor daya pf = cos

Kondisi sistem keseluruhan (total)Daya Aktif Ptotal = Pi [ Watt ]Daya Reaktiv Qtotal = Qi [ VAR ]Sudut Daya = tan‐1 (Qtot/Ptot)Faktor Daya pf = cos (tot)Daya Nyata S = Ptotal/cos (tot) [ VA ]

Sistem sinusoidal Tiga FasaDaya Aktif P = 3 Vp. Ip cos = 3 VL. IL cos [ Watt ]Daya Nyata S = 3 Vp. Ip = 3 VL. IL [ VA ]Daya Reaktif Q = 3 Vp. Ip sin = 3 VL. IL sin [VAR]Faktor daya pf = cos

27


Data Teknis Peralatan 3 Fasa, 50 Hz, 4 kV

Peralatan

Daya(Aktif=Output)

FaktorDaya Efisiensi

DayaNyata

DayaReaktif

SudutDaya

[ HP ] [ kW ] (pf = cos ) η [ % } S [ kVA ] Q [ kVAR]

Motor 1 200 149.20 0.85 75 234.04 180.32 50.39

Motor 2 40 29.84 0.82 55 66.16 59.05 63.19

Motor 3 250 0.80 65 480.77 410.66 58.67

Heater 100 0.84 119.05 64.59 32.86

TOTAL 529.04 0.60 889.14 714.62 53.49

28


KONDISI AWAL (SEBELUM DIKOMPENSASI)Total Daya Nyata yang diperlukan S = 889.14 kVADaya Reaktif yang terjadi Q = 714.62 kVARDaya Aktif yang terjadi P = 529.04 kWFaktor Daya sistem pf = cos = 0.6Sudut daya (total) = 54o. Arus yang mengalir I = 128.34 A

KONDISI SETELAH DIKOMPENNSASI (BARU) Faktor daya baru (diinginkan) pf = cos = 0.95 Sudut daya (total) baru = 18.19o.Daya Aktif (baru) P = 529.04 kWDaya Nyata (baru) S= 556.88 kVADaya Reaktif baru Q =173.89 kVARArus sistem yang mengalir I = 80.38 A

Kompensasi Reaktif yang diperlukan Qk= 540.73 kVAR

29

Ttl_ 02-Ok_sistem Teg Ac

Documents

Transcript of Ttl_ 02-Ok_sistem Teg Ac