Pengertian Dan Cara Mengatasi Voltage Drop Pada Jaringan AC Permasalahan drop tegangan pada jaringan listrik telah menimbulkan banyak permasalahan, terutama untuk wilayah yang memiliki beban penggunaan yang melebihi kapasitas terpasang. Peralatan hanya beroperasional pada voltase tertentu dengan toleransi voltase tertentu. Namun, karena suatu sebab, listrik yang mengalir ke end user mengalami voltage drop hingga di bawah toleransi voltase kerja peralatan, sehingga berpotensi merusak peralatan. Untuk itu, masalah tersebut harus dapat diatasi dengan mengetahui factor penyebabnya. Yang dimaksud dengan voltage drop adalah besarnya penurunan voltase terukur akhir dibandingkan dengan voltase yang direncanakan. Terdapat banyak sekali penyebab voltage drop, bagian berikut ini akan menjelaskan secara umum beberapa penyebabnya. Setiap kabel pasti memiliki hambatan dalam, sehingga saat arus mengalir melalui konduktor tersebut, maka sepanjang kabel akan terjadi perubahan voltase. Semakin panjang sebuah kabel, maka voltage drop atau tegangan jatuh akan semakin besar. Terdapat 3 hal utama yang menyebabkan terjadinya voltage drop yaitu : 1. Besarnya arus yang mengalir. Semakin besar arus yang mengalir, maka akan semakin besar voltage drop yang terjjadi. 2. Impedansi atau tahanan dalam kabel. Semakin besar tahanan dalam sebuah kabel, maka akan semakin besar pula voltage drop yang akan terjadi. Hal ini berbanding terbalik dengan diameter kawat yang dilalui. Semakin besar diameter kawat, maka tahanan dalam akan semakin kecil. Demikian juga dengan panjang kabel, semakin panjang kabel, maka akan semakin besar tahanan dalam kabel, sehingga akan semakin besar voltage drop yang terjadi. 3. Beban yang melebihi kapasitas supply. Pada kondisi tersebut, tidak hanya peralatan yang mungkin mengalami kerusakan, tetapi seluruh jaringan dalam keadaan berbahaya. Impedansi sebuah kabel atau kawat sangat tergantung pada beberapa hal seperti yang telah di sebutkan di atas yaitu besarnya diameter, panjang kabel, bahan atau komposisi kabel atau kawat, serta suhu kawatnya. Besarnya tahanan dalam dinyatakan dalam Ohm/Km. Dalam aliran arus listrik AC, perhitungan dapat menggunakan asumsi factor beban pada kondisi arus arus maksimal sebuah jaringan. Nilai tersebut dapat diukur dengan mempertimbangkan factor efisiensi. Untuk sistem tiga phasa : Vr = (√3 x
ρ x L x I x Cos phi) : A • Vr = Drop Voltage • Ρ = Tahanan jenis • L = Panjang kawat penghantar • I = Besar Arus • Cos phi = Faktor daya • A = Luas Penampang Contoh Perhitungan Voltage Drop Instalasi Listrik 3 Fasa Suatu Pembangkit listrik dengan tegangan sebesar 440 Volt, Cos phi 0,80,dialirkan menggunakan Kabel tembaga dengan luas penampang 95mm² sepanjang 500 meter untuk menyuplai berbagai peralatan listrik dengan beban arus sebesar 200 Ampere. Berapa besar kerugian tegangan (Tegangan Drop) pada ujung kabel tersebut adalah :
Vr = Drop Voltage
ρ = Tahanan jenis Kabel bahan Tembaga 0,0000000172 Ohm.mm²/Meter
l = Panjang kawat penghantar (500 Meter) I =200 Ampere Cos phi = 0,80 A = 95 mm² atau 0,000095 m²
Vr = (√3 x ρ x L x I x Cos phi)/A Vr = (1,732 x 0,0000000172 Ωmm²/m x 500m x 200Amp x 0,80) : 0,000095
m²= 0,002383232 : 0,000095 m² Vr = 25,08 Volt
Maka dapat disimpulkan bahwa tegangan di ujung kawat adalah : V0-Vr 25,8 Volt V = 414.2 volt
– 440 –
Cara Mengatasi Masalah Voltage Drop
Mengganti ukuran kawat atau penghantar dengan diameter atau penampang yang lebih besar. Hal ini ternyata sangat signifikan. Menggunakan trafo step up pada gardu atau pada panel end user atau pemakai sebelum listrik disalurkan. Dengan demikian, maka voltase listrik dapat dikoreksi terlebih dahulu sebelum disalurkan ke user. Pemilihan konduktor dengan tahanan dalam yang kecil, voltase drop lebih kecil.
Ingat selalu bahwa semakin jauh sebuah titik dari gardu utama, maka voltase akan semakin rendah.
Rugi Tegangan atau Tegangan jatuh (Drop Voltage) Besar tegangan listrik yang mengalir pada suatu kabel penghantar akan mengalami penurunan atau biasa disebut dengan Tegangan jatuh (Drop Voltage) saat melalui suatu penghantar dan mendapatkan Beban listrik.
Apa yang dimaksud dengan Tegangan jatuh (Drop Voltage) Tegangan Jatuh atau Drop Voltage adalah seberapa besar Penurunan atau kehilangan nilai Tegangan listrik yang mengalir pada suatu kabel penghantar dari nilai tegangan normal.
Atau bisa juga disebut bahwa Tegangan tegangan pangkal (Sumber) dengan besar instalasi listrik.
jatuh adalah selisih antara tegangan ujung (Beban) dari
besar suatu
Sebagai contoh, Besar tegangan listrik terukur dari suatu sumber listrik adalah 380 Volt, kemudian tegangan listrik tersebut dialirkan melalui suatu kabel penghantar menuju berbagai beban peralatan listrik, maka besar Tegangan listrik yang diterima berbagai peralatan listrik tersebut akan mengalami penurunan atau menjadi kurang dari 380Volt. Penurunan nilai tegangan ini disebut dengan kerugian tegangan atau Tegangan jatuh (Drop Voltage).
Faktor penyebab Kerugian Tegangan (Drop Voltage) Besarnya kerugian tegangan atau tegangan jatuh (Drop Voltage) yang terjadi pada suatu instalasi listrik, dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain:
Panjang kabel Penghantar
Semakin panjang kabel penghantar yang digunakan, maka semakin besar Kerugian tegangan atau Tegangan jatuh yang terjadi.
Besar arus
Semakin besar arus listrik yang mengalir pada penghantar, maka semakin besar Kerugian tegangan atau Tegangan jatuh yang terjadi.
Tahanan jenis (Rho)
Semakin besar tahanan jenis dari bahan penghantar yang digunakan, maka semakin besar Kerugian tegangan atau Tegangan jatuh yang terjadi. Tahanan Jenis (Rho) beberapa jenis bahan penghantar
Besar kecilnya tahanan jenis penghantar tergantung pada bahan penghantar yang digunakan.
Luas Penampang penghantar.
Semakin besar ukuran luas penampang penghantar yang digunakan, maka semakin kecil Kerugian tegangan atau Tegangan jatuh yang terjadi. Baca juga: Kenapa Jaringan Transmisi dan Distribusi memiliki Tegangan yang sangat Tinggi?
Rumus menghitung Kerugian Tegangan (Drop Voltage) Rumus untuk menghitung besarnya kerugian tegangan atau tegangan jatuh (Drop Voltage) pada instalasi listrik 3 phase.
Vr = (√3 x ρ x L x I x Cos phi) : A
Vr: Tegangan jatuh (Drop Voltage)
ρ: Tahanan jenis (rho)
L: Panjang kabel penghantar I: Besar Arus Cos phi: Faktor daya A: Luas Penampang
Contoh Perhitungan listrik 3 phase
Kerugian
tegangan
(Drop
Voltage)
pada
suatu
instalasi
Suatu Pembangkit listrik dengan tegangan sebesar 380 Volt, Cos phi 0,80, dialirkan menggunakan Kabel tembaga ukuran 95mm² sepanjang 500 meter untuk menyuplai berbagai peralatan listrik dengan beban arus sebesar 200 Ampere.
Berapa besar kerugian tegangan (Tegangan Drop) pada ujung kabel tersebut?
Vr: Rugi tegangan atau Tegangan jatuh (Drop Voltage)
ρ: Tahanan jenis Kabel bahan Tembaga 0,0000000172 Ohm.mm²/Meter
L: Panjang kabel penghantar (500 Meter) I: Besar Arus (200 Ampere) Cos phi: Faktor daya (0,80) A: Luas Penampang (95 mm² atau 0,000095 m²)
Vr = (√3 x ρ x L x I x Cos phi) : A Vr = (1,732 x 0,0000000172 Ωmm²/m x 500m x 200Amp x 0,80) : 0,000095 m² Vr = 0,002383232 : 0,000095 m² Vr = 25,08 Volt
Rugi Tegangan Kerugian Tegangan (Drop Voltage) pada ujung kabel instalasi listrik tersebut adalah sebesar: 25,08 Volt.
Besar Tegangan Akhir Maka, Besar tegangan listrik yang sampai pada ujung kabel penghantar adalah sebesar: 380 Volt - 25,08 Volt = 354,92 Volt.
Persentase rugi tegangan Persentase Rugi tegangan: (25,08 Volt : 380 Volt) x 100% Persentase Rugi tegangan: 6,6 %
Kesimpulan: Untuk meminimalkan Kerugian tegangan yang terjadi pada penghantar listrik, dapat dilakukan dengan cara memperbesar ukuran Kabel penghantar yang digunakan.
Kenapa Kabel Listrik pada umumnya menggunakan bahan Tembaga? Jawabannya adalah 1. karena Bahan Tembaga termasuk jenis Konduktor yang cukup baik dalam menghantarkan arus Listrik, dengan Nilai hambatan jenis (rho) yang lebih kecil,dan tentunya semakin kecil tahanan jenis (Rho), akan semakin sedikit kerugian listrik yang akan terjadi. Hal ini adalah alasan pertama mengapa Tembaga baik digunakan sebagai Kabel penghantar listrik, lalu, pertanyaannya, apakah tembaga memiliki Tahanan jenis (rho) yang paling kecil dibanding Bahan Konduktor lainnya? Jawabannya: Tidak. Meskipun masih terdapat bahan Konduktor lainnya yang memiliki nilai Hambatan jenis (rho) yang lebih kecil dibanding Tembaga, namun mengapa Tembaga yang umum digunakan sebagai bahan penghantar listrik? 2. Alasan kedua adalah dari segi ekonomis. sebagai contoh bahan Perak yang memiliki tahanan jenis lebih kecil dibanding tembaga, sehingga seharusnya Perak akan lebih baik digunakan untuk menghantarkan listrik dengan kerugian tegangan yang tentunya kebih sedikit, namun mengapa kabel berbahan Perak jarang digunakan? Jawabannya adalah Harga bahan Perak lebih mahal dibanding Tembaga, sehingga Tembaga dinilai lebih ekonomis digunakan sebagai Bahan Kabel penghantar Listrik. 3. Alasan ketiga, adalah karena bahan Tembaga termasuk bahan yang mudah melebur, mudah menyerap panas, dan juga mudah melepaskan Panas tersebut, sehingga saat dialiri arus listrik bila terjadi gangguan kabel dapat putus, atau terjadi peningkatan suhu yang cukup cepat. Peningkatan suhu bahan tembaga yang cukup cepat ini, akan digunakan sebagai pemicu berfungsi berbagai alat pengaman listrik yang bekerja berdasarkan Thermo (Panas), seperti MCB, Sekring, dan lain sebagainya. 4. Alasan keempat, Tembaga memiliki kelenturan yang cukup baik, sehingga mudah digunakan saat pemasangan jaringan atau instalasi listrik. 5. Alasan kelima, Tembaga memiliki memiliki bobot cukup ringan.
Massa
jenis
yang
cukup
kecil,
sehingga
Bahan Penghantar listrik dan hambatan jenis (Rho) Besar Hambatan suatu penghantar dipengaruhi oleh panjang dan nilai hambatan jenis dari bahan penghantar listrik tersebut.Pada suatu instalasi listrik, memerlukan berbagai bagian di dalamnya, baik itu bagian utama maupun bagianbagian sebagai pelengkap instalasi listrik tersebut. Namun secara umum, pada setiap Instalasi listrik Terdapat tiga bagian utama.
Tiga bagian utama pada instalasi listrik, yaitu: 1. Sumber listrik Sumber listrik atau disebut juga pembangkit listrik adalah suatu alat yang dapat menghasilkan energi listrik. Beberapa contoh sumber listrik, antara lain: Genset, Listrik tenaga surya (Solar cell), Batre, dan lainnya.
2. Penghantar Listrik Penghantar listrik adalah suatu bahan yang memiliki sifat dapat menghantarkan listrik dengan baik, penghantar listrik ini berfungsi untuk menghantarkan listrik dari sumber listrik menuju beban listrik. Penghantar listrik yang biasa digunakan, antara lain: Kabel listrik berbahan tembaga dan aluminium .
3. Beban listrik Beban listrik adalah segala sesuatu alat yang bekerja dengan menggunakan energi listrik sebagai sumber tenaga. Seperti : Lampu, Kipas angin, Electromotor, dan lainnya. Dalam ilmu kelistrikan sendiri, kita mengenal istilah
Hukum Ohm , yang berbunyi:
“Besaran Arus Listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar listrik akan berbanding lurus dengan nilai Tegangan dan berbanding terbalik dengan Resistan / hambatan (Ohm)".
Penghantar Listrik memiliki peranan yang sangat penting dalam setiap instalasi listrik, oleh karena itu tahanan/hambatan (Resistan) penghantar listrik.
dibutuhkan suatu bahan yang memiliki nilai yang sekecil mungkin untuk digunakan sebagai
Karena semakin kecil Tahanan atau hambatan dari penghantar tersebut, akan semakin kecil kerugian-kerugian listrik yang terjadi dalam suatu instalasi listrik. Besar kecilnya nilai Tahanan atau hambatan yang dihasilkan suatu penghantar listrik, dipengaruhi oleh panjang penghantar dan Tahanan atau hambatan jenis dari bahan penghantar listrik itu sendiri. Untuk mengetahui seberapa besar tahanan atau hambatan yang dihasilkan dari penghantar listrik dalam suatu instalasi listrik, maka digunakan rumus sebagai berikut, Rumus mengetahui nilai tahanan penghantar:
Keterangan:
R = Nilai Resistan / hambatan dalam satuan Ohm (Ω) ρ = Nilai hambatan jenis bahan penghantar dalam satuan Ohm meter (Ω mm²/m)
l = Panjang penghantar dalam satuan meter (m)
A = Luas penampang penghantar dalam satuan meter kuadrat (mm²)
Dari rumus diatas, dapat kita simpulkan bahwa:
Kesimpulan:
Semakin panjang jarak suatu penghantar listrik yang terpasang akan semakin besar nilai tahanan atau hambatan penghantar tersebut. Semakin besar nilai tahanan atau hambatan jenis ( ρ ) dari bahan penghantar, semakin besar nilai hambatan penghantar tersebut. Semakin besar luas penampang tahanan penghantar tersebut.
suatu
penghantar,
akan
semakin
kecil
nilai
Oleh karena itu, untuk menghasilkan nilai hambatan yang sekecil mungkin, dibutuhkan penghantar dengan luas penampang yang besar. Atau dengan memilih bahan untuk suatu penghantar listrik yang memiliki hambatan jenis ( ρ ) yang kecil. Penghantar listrik yang umumnya dipakai pada suatu instalasi listrik menggunakan penghantar yang berbahan Tembaga, ini karena bahan Tembaga memiliki
nilai hambatan jenis ( ρ ) yang cukup kecil dan baik untuk menghantarkan listrik. Berikut beberapa jenis bahan penghantar yang sering dipakai sebagai penghantar listrik beserta nilai hambat an jenisnya ( ρ ):
Tahanan jenis (RHO) beberapa bahan penghantar listrik
Aluminium punya nilai hambatan jenis (ρ)sebesar : 0,0000000265 Ohm / meter.
Tembaga punya nilai hambatan jenis(ρ) sebesar : 0,0000000172 Ohm / meter.
Perak punya nilai hambatan jenis ( ρ) sebesar : 0,0000000159 Ohm / meter.
Besi punya nilai hambatan jenis ( ρ ) sebesar : 0,0000000971 Ohm / meter.
Tahanan Jenis (Rho) adalah: Besar tahanan dalam satuan Ohm, yang dihasilkan suatu bahan penghantar listrik yang memiliki ukuran panjang 1 meter dan diameter 1mm2 .
Hambatan jenis memiliki satuan (Ω mm²/m). Selain itu Hambatan jenis suatu bahan penghantar juga dapat dipengaruhi oleh besar suhu saat pengukuran. Demikianlah artikel mengenai Hambatan jenis penghantar listrik, semoga dapat menambah pengetahuan yang bermanfaat buat kita semua.
Tegangan Jatuh (Drop Tegangan) Jatuh tegangan merupakan besarnya tegangan yang hilang pada suatu penghantar. Jatuh tegangan pada saluran tenaga listrik secara umum berbanding lurus dengan panjang saluran dan beban serta berbanding terbalik dengan luas penampang penghantar. Besarnya jatuh tegangan dinyatakan baik dalam persen atau dalam besaran Volt. Besarnya batas atas dan bawah ditentukan oleh kebijaksanaan perusahaan kelistrikan. Perhitungan jatuh tegangan praktis pada batas-batas tertentu dengan hanya menghitung besarnya tahanan masih dapat dipertimbangkan, namun pada sistem jaringan khususnya pada sistem tegangan menengah masalah indukstansi dan kapasitansinya diperhitungkan karena nilainya cukup berarti (PT.PLN (Persero),2010: hal 20). Tegangan jatuh secara umum adalah tegangan yang digunakan pada beban. Tegangan jatuh ditimbulkan oleh arus yang mengalir melalui tahanan kawat. Tegangan jatuh V pada penghantar semakin besar jika arus I di dalam penghantar semakin besar dan jika tahanan penghantar Rℓ semakin besar pula . Tegangan jatuh merupakan penanggung jawab terjadinya kerugian pada penghantar karena dapat menurunkan tegangan pada beban. Akibatnya hingga berada di bawah tegangan nominal yang
dibutuhkan. Atas dasar hal tersebut maka tegangan jatuh yang diijinkan untuk instalasi arus kuat hingga 1.000 V yang ditetapkan dalam persen dari tegangan kerjanya (Daryanto,2010: hal 18 & 42).
Toleransi tegangan pelayanan yang diijinkan Sesuai dengan standar tengangan yang ditentukan oleh PLN (SPLN), perancangan jaringan dibuat agar jatuh tegangan di ujung diterima 10%. Tegangan jatuh pada jaringan disebabkan adanya rugi tegangan akibat hambatan listrik (R) dan reaktansi (X). Jatuh tegangan phasor Vd pada suatu penghantar yang mempunyai impedansi (Z) dan membawa arus (I) dapat dijabarkan dengan rumus :
Vd =
I.Z………………………………………………………………….1
Dalam pembahasan ini yang dimaksudkan dengan jatuh tegangan (∆V) adalah selisih antara tegangan kirim ( Vk) dengan tegangan terima ( V maka jatuh tegangan T) , dapat didefinisikan adalah : ∆V
=
( Vk )
– (V T )………………………………………………..2
Karena adanya resistansi pada penghantar maka tegangan yang diterima konsumen (Vr) akan lebih kecil dari tegangan kirim (Vs), sehingga tegangan jatuh ( Vdrop) merupakan selisih antara tegangan pada pangkal pengiriman (sending end) dan tegangan pada ujung penerimaan (receiving end) tenaga listrik. Tegangan jatuh relatip dinamakan regulasi tegangan V R ( voltage regulation) dan dinyatakan oleh rumus :
……………………………………………………….3 Dimana :
Vs = tegangan pada pangkal pengiriman
Vr = tegangan pada ujung penerimaan
Untuk menghitung jatuh tegangan, diperhitungkan reaktansinya, maupun faktor dayanya yang tidak sama dengan satu, maka berikut ini akan diuraikan cara perhitunganya. Dalam penyederhanaan perhitungan, diasumsikan beban –bebannya merupakan beban fasa tiga yang seimbang dan faktor dayanya (Cos φ) antara 0,6 s/d 0,85. tegangan dapat dihitung berdasarkan rumus pendekatan hubungan sebagai berikut :
(∆V ) =
I ( R . cos φ + X . sin φ ) L………………………………..4
Dimana : =
I
R
X =
=
Arus beban ( Ampere ) Tahanan rangkaian ( Ohm ) Reaktansi rangkaian ( Ohm )
Pada kabel konduktor pasti memiliki nilai impedansi dan sehingga setiap kali arus mengalir melalui kabel tersebut, akan ada jatuh tegangan disepanjang kabel, yang dapat diturunkan dengan Hukum Ohm (yaitu V = IZ ). Penurunan tegangan tersebut tergantung pada dua hal, yaitu : 1. Aliran arus melalui kabel-semakin tinggi arus, semakin besar tegangan drop. 2. Impedansi konduktor-semakin besar impedansi, semakin besar tegangan drop
Impedansi kabel Impedansi kabel merupakan fungsi dari ukuran kabel (luas penampang) dan panjang kabel.Umumnya produsen kabel akan melampirkan data kabel yg diproduksinya spt nilai resistansi kabel & reaktansi kabel dalam satuan Ω / km.
Menghitung Jatuh Tegangan (Voltage Drop) Untuk sistem suplay tegangan AC , metode menghitung jatuh tegangan (voltage drop) adalah dengan berdasarkan faktor beban dengan mempertimbangkan arus beban penuh pada suatu sistim. Tetapi jika beban memiliki arus startup tinggi (misalnya motor) , maka tegangan drop dihitung dengan berdasarkan pada arus start up motor tersebut serta faktor daya .
Untuk sistem tiga phasa : V3f = [S3 I ( RcCosf + XcSinf ) L] / 1000
Dimana : V3f , Tegangan Jatuh (Voltage Drop) Tiga Phasa I,adalah arus beban penuh atau arus nominal atau arus saat start (A) Rc ,adalah resistan si ac kabel ( Ω / km ) Xc ,adalah reaktansi ac kabel ( Ω / km ) Cosf , adalah faktor daya beban ( pu ) L,adalah panjang kabel ( m)
Untuk sistem fase tunggal : V1f = [2 I ( RcCosf + XcSinf ) L] / 1000
Dimana : V1f , Tegangan Jatuh (Voltage Drop) Satu Phasa I,adalah arus beban penuh atau arus nominal atau arus saat start (A) Rc ,adalah resistansi ac kabel ( Ω / km ) Xc ,adalah reaktansi ac kabel ( Ω / km ) Cosf , adalah faktor daya beban ( pu ) L ,adalah panjang kabel ( m)
Untuk sistem DC : Vdc = [2 I
Rc L] / 1000
Dimana : Vdc , Tegangan Jatuh (Voltage Drop) Tegangan DC I ,adalah arus beban penuh atau arus nominal atau arus saat start (A) Rc ,adalah resistansi dc kabel ( Ω / km ) L ,adalah panjang kabel ( m)
Tegangan Jatuh (Voltage Drop) Maksimum egangan Jatuh (Voltage Drop) Maksimum merupakan drop tegangan tertinggi yang diperbolehkan timbul sepanjang kabel yang dialiri oleh arus listrik. Bila drop tegangan yang timbul melebih batas maksimum, maka ukuran kabel yang lebih besar harus dipilih. Tegangan Jatuh (Voltage Drop) disepanjang kabel lebih ditentukan karena beban konsumen (misalnya peralatan) sehingga tegangan yang sampai diinput peralatan tidak melebihi batas toleransi. Ini berarti, jika tegangan pada alat tersebut lebih rendah dari tegangan minimum , maka alat tidak dapat beroperasi dengan benar . Secara umum, sebagian besar peralatan listrik akan beroperasi normal pada tegangan serendah 80 % dari tegangan nominal. Sebagai contoh, jika tegangan nominal adalah 230VAC, maka sebagian besar peralatan dapat dijalankan pada > 184VAC. Pemilihan ukuran untuk kabel penghantar yang baik adalah ukuran yang hanya mengalami drop tegangan sebesar kisaran 5 - 10% pada beban penuh .
