TEORI LISTRIK TERAPAN
1. RUGI TEGANGAN 1.1. PENDAHULUAN Kerugian tegangan atau susut tegangan dalam saluran tenaga listrik adalah berbanding lurus dengan panjang saluran dan beban, berbanding terbalik dengan penampang saluran. Kerugian ini dalam persen ditentukan dalam batas-batas tertentu. Misalnya di PT. PLN (Persero) berlaku pada tegangan rendah ± 5 %, - 10 % dari tegangan pelayanan. 1.2. DALAM PUIL . Pada instalasi bangunan rugi tegangan dihitung dari alat pengontrol adalah maksimum 2 % untuk instalasi lampu pijar dan maksimum 5 % untuk instalasi alat-alat listrik lainnya, misalnya motor listrik. Rugi tegangan untuk tegangan di atas 1 kilo volt, effek induktansi, effek kapasitansi mempunyai nilai disamping resistansi. Perhitungan kerugian dalam menghitung resistant saja adalah sederhana, sedangkan perhitungan yang melibatkan induktansi dan kapasitansi tidak. Namun untuk menghitung jala-jala saluran sederhana yang tidak terlalu kompleks, hal ini dapat diabaikan. Oleh karenanya rugi tegangan dihitung oleh sebab nilai resistansinya saja. Tetapi untuk jaringan distribusi tegangan rendah dan tegangan menengah harus dihitung juga pengaruh induktansi dan kapasitansinya, karena nilainya cukup berarti.
2. TERMINOLOGI P
: Beban dalam watt
f
: Tegangan antar 2 saluran ( fasa - netral)
q : Penampang saluran (mm²) ∆ : rugi tegangan (volt) ∆U : Rugi tegangan dalam % L
: Panjang rute saluran (bukan panjang kawat).
: Daya hantar jenis tembaga = 56, besi = 7, Alumunium = 32,7 I
: Arus beban.
3. SISTEM ARUS BOLAK-BALIK SATU FASA
Hitungan praktis dalam arus bolak-balik beban tanpa beban induksi (misalnya lampu) : 3.1.
Rugi tegangan dalam % q = L x U x 2 [mm²] atau q = L x I x 2 mm² ExExUx
Expx
Rugi tegangan dalam volt q= L xUx2 E x ∆ x
mm²] atau q = L x I x 2 [mm² ∆ x
Lanjutan 3.1.
3.2.
Rugi tegangan dalam volt q = L x P x 2 mm²] atau q = L x I x 2 [mm² E x ∆ x ∆ x Contoh -1 : Pada ujung panjang 250 meter diberi beban 12 lampu @ 75 watt, tegangan 115 volt. Rugi tegangan maksimum 2 %. Berapa penampang saluran ? q = L x P x 2 = 250 x 12 x 75 x 200 = 30.38 mm² E² x ∆U x 115 x 115 x 2 x 56 Jadi kita memilih memakai kawat 35 mm² Sehingga rugi tegangan menjadi 30,38 x 2 % = 1,7 % 35 Atau dalam volt : ∆ = L x P x 2 = 250 x 12 x 75 x 2 = 1,99 volt. Exqx 115 x 35 x 56
Lanjutan 3.2.
Contoh - 2 : Instalasi arus bolak-balik pada jarak 20 meter dari PHB dibebani 14 Ampere dan 25 meter kemudian dibebani 16 Ampere . Berapa penampang kawat yang di perlukan : Tegangan yang di pakai 127 Volt, rugi tegangan maksimum 2,5 L1 L2 = 25 meter Volt PHB
P1 = 14 A
P2 = 16 A
Batasan rugi tegangan pada P2 adalah 2,5 Volt. Misalkan rugi tegangan pada P1 = 1,5 Volt, pada L2 = 1 volt perhitungan di bagi dua : Penghantar L1 q = L x I x 2 mm² = 20 x ( 14 + 16 ) x 2 = 14,3 mm² ∆ x 1,5 x 56 penghantar L2 q = L x I x 2 = 25 x 16 x 2 = 14,3 mm² ∆ x 1 x 56
Lanjutan 3.2.
1. Penghantar L1 q = L x I x 2 mm² = 20 x ( 14 x 16 ) x 2 = 14,3 mm² ∆ x 1,5 x 56 2. Penghantar L2 q = L x I x 2 = 25 x 16 x 2 = 14,3 mm² ∆ x 1 x 56 Jadi penghantar yang diambil dengan penampang 16 mm² Contoh-3 : Berapa penampang hantaran yang diperlukan untuk penyambungan dengan syarat-syarat : E = 115 Volt. P = 140 Ampere L = 20 meter ∆ = 2 % atau 2,3 Volt. q = L x I x 2 = 20 x 140 x 2 = 43,4 mm² ∆ x 2,3 x 56 Dipilih hantaran 50 mm²
4. PERTIMBANGAN PROTEKSI ARUS
Pada contoh nomor 3 untuk penampang 50 mm², dengan rugi tegangan 2,3 Volt, dan arus beban 140 Ampere, sudah mencukupi . Namun arus nominal proteksi arus terdekat adalah 160 Ampere (tidak tersedia normalisasi 140 Ampere) maka diambil hantaran dengan penampang lebih tinggi dari 160 Ampere yaitu dengan penampang 70 mm². Sehingga rugi tegangan menjadi : Exq x =
∆ = L x I x 200
115 x 70 x 50
= 1,24 %
20 x 140 x 200
5. SISTEM ARUS BOLAK - BALIK 3 FASA
5.1. Bila diketahui besarnya arus I : ∆ = 1,73 x L x I x Cos Volt Xq q = 1,73 x L x I x Cos [mm²] 5.2. Bila diketahui beban dalam watt ∆ = L x
U
[ Volt]
xqxE q = L
x U
x ∆ x E
mm²
Lanjutan 5.2.
Contoh -1 : Berapa rugi tegangan suatu motor 3 fasa, beban 190 Ampere dihubungkan dengan saluran 3 fasa, panjang 150 meter ukuran Cu 3 x 95 mm². I = 190 Ampere Cos = 0,88 E = 220 Volt (fasa - fasa) = 8,15 Volt ∆ = 1,73 x L x I xCos xq Atau = 8,15 x 100 % = 3,7 % 220 Contoh 2 : Saluran arus bolak-balik 3 fasa panjang 80 meter tersambung 20 lampu X 100 watt, beban terbagi rata pada ke tiga fasa, tegangan = pelayanan 190 Volt fasa-fasa. Berapa penampang saluran jika rugi tegangan dibatasi 2 % ( 3,8 Volt) = 3,86 mm2 q = L x U 80 x 2000 mm² x∆VxE 56 x 3,8 x 190
Lanjutan 5.2.
Contoh 3 : Suatu motor 3 fasa daya 10 PK harus dipotong dan disambung dengan kabel tanah , panjang kabel 112 meter, E = 220 Volt fasa-fasa, kerugian tegangan yang diperbolehkan 5 atau 11 Volt. Berapa ukuran kabel yang diperlukan? I = P = 10 x 736 = 27,5 Ampere 3 x E x Cos 3 x 220 x 0,85 q = 1,73 x 112 x 27,5 x 0,85 = 7,35 mm² 56 x 11 Jadi ukuran kabel 3 X 10 mm² yang dipakai Dapat pula kita menggunakan rumus : q = L x U = 112 x (10 x 736) = 7,26 mm² x ∆ x E 56 x 11 x 220 Jika di ketahui daya guna (rendemen) motor 0,83 maka : q = 1,2 x (10 x 736) = 7,35 mm²
6. FAKTOR INDUKSI & RUGI TEGANGAN Pada uraian sebelumnya telah kita jelaskan bahwa untuk jaring diatas tanah harus diperhatikan adanya faktor induksi. Kerugian ini penting untuk diperhatikan, dari tabel dibawah ini dapat dibaca dengan faktor berapa suatu hasil perhitungan dari suatu saluran masih harus dikalikan. Besarnya faktor perkalian sangat bergantung atas jarak penghantar.
Cos : 0,9 Pena m pang salura n
Cos : 0,8 Cos : 0,7 Jarak antar saluran (cm)
Cos : 0,6
40
50
60
40
50
60 40 50 60 40 50 60
10
1,1
1,1
1,1
1,15
1,16
1,16
1,2
1,21
1,22
1,27
1,28
1,29
16
1,15
1,16
1,16
1,23
1,24
1,25
1,32
1,34
1,34
1,41
1,43
1,44
25
1,22
1,23
1,24
1,34
1,36
1,37
1,47
1,49
1,5
1,61
1,63
1,65
35
1,3
1,31
1,32
1,47
1,48
1,5
1,63
1,66
1,68
1,83
1,86
1,89
Lanjutan 6.
Contoh 4. Pada ujung saluran udara 3 fasa tersambung beban 4000 watt : E = 220 Volt (fasa – fasa) Cos = 0,9 d = 40 cm L = 280 m q = 35 mm2 Dari tabel untuk penampang 35 mm2, cos = 0,9 dan d = 40 cm harus menggunakan faktor kali 1,3, maka rugi tegangan menjadi : ∆V=L x PX 1,3 volt xqxE X 1,3 volt = 3,38 volt. = 280 x 4000 56 x 35 x 220
7. MASALAH DISTRIBUSI PERLETAKAN BEBAN Untuk saluran dengan besar penampang sama, jumlah total daya beban dapat dipermudah dengan menjumlahkan secara aljabar dan menghitung pada jarak dari titik suplai sama dengan seolah-olah saluran dengan satu beban tersambung di ujung. Besarnya cos tiap beban sama. 7.1. Beban terpusat di ujung saluran. Panjang saluran L = panjang saluran. Besar beban = besar beban tersambung di ujung Faktor L = 1 7.2. Beban tersebar merata Besar beban = Jumlah total daya beban Faktor L = ½ Panjang saluran dihitung = ½L 7.3. Beban berat ke ujung saluran Besar beban = jumlah total daya Faktor L = 2/3 Panjang saluran dihitung = 2/3 x L 7.4. Beban berat ke pangkal saluran : Besar beban = jumlah total daya Faktor L = 1/3 Panjang saluran dihitung = 1/3 x L
8. METODE MOMEN LISTRIK 8.1. Metode ini dipakai pada sistem 3 fasa dengan besarnya cos sama dan penampang saluran sama. 8.2. Perhitungannya merupakan metode pendekatan namun kekurangannya dapat dikompensasi dengan standarisasi parameter (penampang saluran, rugi tegangan) - Terminologi Tanda-tanda yang dipakai adalah : Sistem TR P = daya aktif
Kw
U = Tegangan pelayanan
V
R = Tahanan penghantar
/ km
X = Reaktansi penghantar
/ km km
L = Panjang penghantar = Beda fasa Jarak tegangan relatif Pada TR = ∆U = r + tg x P x L x 10 U U²
5
(%)
9. MOMEN LISTRIK
9.1. Beban listrik P (kw) berjarak L dari titik pasok (sumber) Hasil kali M = P x L disebut momen listrik. 9.2. Momen listrik dari suatu hantaran yang menyebabkan jatuh tegangan 1 % adalah: M=
1 . 105
x
U2
[kw . Km]
r + x tan
10. GRAFIK MOMEN LISTRIK r pada 20Ω/km untuk BCC r pada 50Ω/km untuk twisted cable x = 0,35 / km untuk BCC x = 0,1 / km untuk twisted cable atau kabel tanah cos = 0,95 s/d 0,7 Pada grafik dapat dibaca moment listrik [kw.km] untuk berbagai penampang kabel twisted dan cos untuk jatuh tegangan 1 % pada tegangan antar fasa 400 volt. Contoh 1 : Beban 3 fasa, 30 kw, cos = 0,8, E = 4000 volt, L = 500 meter Berapa ukuran kabel untuk ∆ U = 6 %. M = P.L = 30 x 0,5 = 15 kW.km M1 = M/D = 15/6 = 2,5 kW.km Garis mendatar 2,5 kW memotong garis faktor daya 0,8 dalam batas kabel 70 mm2 → dipakai kabel twisted ukuran 70 mm2 Pada kenyataan grafik ML untuk penampang 70 mm 2 pada faktor daya 0,8 = 3,2 Jadi jatuh tegangan = 15/3,2 = 4,69 %
Lanjutan 10.
Contoh 2 : Sebuah pabrik berjarak 600meter dari gardu distribusi dipasok dengan saluran kabel twisted 50 mm2 daya kebutuhan 30 kW cos = 0,8 Berapa rugi tegangan ? ML = 30 x 0,6 = 18 kW.km Pada grafik ML untuk penampang 50 mm2 pada cos 0,8 = 1,81 kW. Jadi ∆U = ML/ML1% = 18/1,18 = 15,25 % Contoh 3 Penyulang A memakai kabel twisted 50 mm2 memasok dua beban P1 dan P2 Jarak Gardu ke P1 = 100 meter ; P1 = 20 kw, cos 0,8 Jarak P1 ke P2 = 300 meter ; P2 = 15 kw, cos 0,9 Berapa jatuh tegangan total ? MLP1 = 20 x 0,1 = 2 kW.km ; MLP1 = 1,5, cos 0,8 MLP2 = 15 x (0,3 + 0,1) = 6 kW.km ; MLP2 = 1,86, cos 0,9 ∆U = 2/1,81 + 6/1,86 = 4,3 %.
