Cibogo, 05 Maret 2007

Electricity for a better life

TEORI DASAR LISTRIK

PENDAHULUANArus Listrik dihasilkan oleh alat-alat

pembangkit :1. SISTEM PROSES STATIS

• Baterai / akumulator (listrik diperoleh melalui proses kimiawi)

NEXT

LoadAliran Elektron

Elektrolit

Aliran Ion Pos

AliranIon Neg

Hasil dari proses baterai :Listrik Arus Searah (DC : Direct Current)

ARUS SEARAH :Listrik Arus Searah (DC) adalah tenaga listrik dimana

aliran dan tegangannya adalah rata, tidak ada perubahan. Listrik DC murni diperoleh dari proses statis sedangkan

arus searah tidak murni (masih mempunyai ripple) diperoleh dari arus bolak-balik yang diratakan oleh diode

perata.

V

t

V

tArus Searah murni Arus Searah oleh

penyearah

NEXT

PENDAHULUANArus Listrik dihasilkan oleh alat-

alat pembangkit :2. SISTEM PROSES DINAMIS

• Dinamo / generator (listrik diperoleh melalui proses

mekanis dinamis)Hasil dari proses dinamis ini :

• Listrik Arus Bolak-balik (AC : Alternating Current)

NEXT

ARUS BOLAK – BALIK (AC) :Listrik AC adalah tenaga listrik dimana aliran arus dan

tegangannya bervariasi, bergelombang merupakan fungsi dari waktu dan berbentuk sinusoidal.

Listrik AC dibangkitkan dengan suatu proses dinamis berdasarkan hukum Faraday yaitu gerakan (putaran konduktor yang terletak pada suatu medan magnit

akan menimbulkan tegangan pada ujung-ujung konduktor.

S0ºU

90º

180º

270º

NEXT

ARUS BOLAK – BALIK (AC) :Listrik AC adalah tenaga listrik dimana aliran arus dan

tegangannya bervariasi, bergelombang merupakan fungsi dari waktu dan berbentuk sinusoidal.

Listrik AC dibangkitkan dengan suatu proses dinamis berdasarkan hukum Faraday yaitu gerakan (putaran konduktor yang terletak pada suatu medan magnit akan menimbulkan tegangan pada ujung-ujung

konduktor.

SU 0º

90º

180º

270ºV

t0˚ 90˚ 180˚ 270˚360˚

NEXT

Cycle : harga tertentu positif dan negatif dari fungsi bolak balik dimana untuk mencapai 1 cycle bergerak 360˚

Periode Waktu :waktu yang diperlukan oleh jumlah bolak balik agar membentuk 1 cycle

Frekuensi :Jumlah cycle per detik disebut frekuensi bolak balik

Amplitudo :Harga maksimum dari cycle positif atau negatif suatu besaran bolak balik

V

t0º 90º

180º

270º

360º

ARUS BOLAK BALIK

T

NEXT

S0ºU

90º

180º

270º

Persamaan tegangan AC dimana perputaran kumparan dengan percepatan tertentu :

V = Vmax sin ω.tNilai V sesaat adalah harga sesaat ketika berputar pada lokasi

atau titik tertentuNilai V max adalah nilai maximum baik positif maupun negatif.

Nilai max dicapai bila sin ω.t = 1 90˚ (+) dan 270˚ (-)

V

t0º 90º 180º 270º 360ºS0ºU

90º

180º

270º

Nilai rata-rata : 2π

x Vmax = 0,606 x Vmax

Nilai efektif : 1√2

x Vmax = 0,707 x Vmax

NEXT

PERBEDAAN ARUS SEARAH DAN ARUS BOLAK-BALIKARUS SEARAH ARUS BOLAK-BALIK

Tidak mempunyai frekuensi Mempunyai frekuensiTidak ada beda fasa Ada perbedaan fasa

Karakteristik terhadap waktu : searah

Karakteristik terhadap waktu : bolak-balik

Hanya ada 1 hambatan yaitu hambatan murni (R)

Ada 3 macam hambatan :Hambatan murni (R)

Hambatan induktansi (XL)Hambatan kapasitansi (XC)

Hanya ada 1 daya yaitu daya aktif (P)

Ada 3 macam daya :Daya aktif (watt)

Daya Reaktif (VAR)Daya Semu (VA)

Penjumlahan secara aljabar

Penjumlahan secara vektoris

Tidak dpt ditransformasikan

Dpt ditransformasikan (trafo) NEXT

BESARAN LISTRIKBESARAN SIMBO

LSATUAN DASAR

SATUAN TURUNANNYA10-6 10-3 103 106 109

Tegangan V Volt mVolt kV

Arus A Ampere mA kA

Tahanan Ω Ohm μΩ mΩ kΩ MΩ GΩ

Induktansi H Henry μH mH

Kapasitansi

F Farrad μFDaya Semu VA Volt Ampere kVA MVA

Daya Aktif W Watt kW MW GW

Daya Reaktif

VAR Volt Amp.Reaktif

kVAR MVAR

Energi Aktif

Wh Watt hour kWh MWh GWhEnergi

Reaktif VARh Volt Amp. Re.

hourkVARh MVARh GVARh

Frekuensi Hz Hertz kHz MHz

Faktor Daya cos φ Tidak memiliki satuanNEXT

HUKUM OHM

Bila tegangan (V) diterapkan pada sepotong kawat logam , sebagaimana diperlihatkan dalam gambar diatas , arus (I) yang mengalir melalui kawat tersebut sebanding dengan tegangan (V) yang membentang antara dua titik didalam kawat itu.Sifat ini dikenal sebagai hukum Ohm [ George Simon Ohm ] V = I R atau I = G V Dimana :G = konduktansi [ siemen (s) atau mho ] R =R = Resistansi [ ohm ( ) ]

A I

V+ -

+

-

V

I

R =

A

1G

• CONTOH :• Suatu beban yang mempunyai tahanan R = 22 dihubungkan

ke sumber tegangan (V) yang besarnya 220 Volt. Berapa besar arus ( I ) dan daya (P) yang akan mengalir pada rangkaian tersebut ?

I =VR

= 220 22

=10 Ampere

P = V x I= 220 x 10 (V.A)= 2.200 VA

Hukum Ohm : V = I x R

NEXT

Diketahui konduktor suatu jaringan listrik panjangnya 1 km dengan penampang 70 mm² terbuat dari aluminium ( = 0,027 mm²/m). Bila konduktor dialiri arus sebesar 10

ampere, berapa jatuh tegangan pada konduktor tersebut ?

VS = 220 V R

R = lA 100

070

= 0,386

Jatuh tegangan (V drop ) =

I x R = ( 10 x 0,386 ) Volt = 3,86 Volt

VR = ?I

Contoh aplikasi hukum Ohm di jaringan PLN

Rencana mengerjakan soal :

V = I x R I = diketahui R = tidak diketahuiR = diketahui

jatuh tegangan

RpNEXT

BEBAN PADA ARUS BOLAK BALIK

Pada beban arus bolak balik merupakan “IMPEDANSI” (Z)Yang biasa dibentuk dari unsur : R, L, C

R V

Z XL Z -XC

R V

XL dan XC merupakan bagian imajiner dar impedansi Z

XL = 2π.f.L dan XC = 1/2 π.f.C

JENIS BEBAN DAN VEKTOR

Macam macam beban :Jenis beban Simbol Sifat bebanContoh beban

RESISTORTahanan murni

INDUKTORReaktansiinduktif

KAPASITORReaktansi kapasitif

( R )

( L / XL )

( C / XC )

Sefase (berimpit)

EE

I

I

Tertinggal (laging)E

E

I

I

E

EI

IMendahului (leading)

Lampu PijarSeterika ListKompor List.Dll.

Kumparan List.Motor List.Trafodll

KondensatorKapasitorPhase Gapdll

BEBAN INDUKTIF & BEBAN KAPASITIF

BEBAN INDUKTIF

BEBAN KAPASITIF

V

V

S

S

-j Xc

jXL

R

R

V

I

V

I

S Q(positif)

P(positif)

Laggingtertinggal

Leadingmendahului

(positif)

(negatif)

S

P(positif)

Q(negatif)

RANGKAIAN LISTRIKRANGKAIAN LISTRIK

00

+

A

-+

0 0

-

Syarat arus mengalir :1. Adanya sumber tegangan2. Adanya alat penghubung3. Adanya beban4. Rangkaian dalam keadaan

tertutupNEXT

RANGKAIAN SERI

Sifat-sifat Rangkaian seri :Arus tidak terbagi dan besarnya sama disemua resistansi yang diserikan ( I1 = I2 = I3 )

Tegangan berbeda tergantung nilai resistansinya ( V1 V2 V3 )

R total > R terbesar yang diserikan

R total = R yang diserikan

R total = R1 + R2 + R3

+ -

R3

E

V1 V2 V3

R1 R2

HUBUNGAN SERIER1 R2 R3

+ -

Rtot = R1 + R2 + R3

IE

Itot = I1 = I2 = I3

Etot = E1 + E2 + E3

Itot = EtotRtot

Rtot EtotItot =

Hubungan Serie- Arus I sama besar- Teg. Dijumlahkan- R total lebih besar

PT PLN (Persero) Udiklat Pandaan

Contoh Aplikasinya

Berapa besar nilai tegangan baterai yang terhubung sebagaimana rangkaian diatas ?????

NEXT

12 V 12 V 12 V 12 V 12 V 12 V 12 V 12 V

V = ??

1 2 3 4 5 6 7 8

I

Semua baterai R1 = R2 = R3 = R4 = R5 = R6 = R7 = R8

R =VI R = V karena I juga satu nilai berapapun harganya

Vseri = V1 + V2 + V3 + V4 + V5 + V6 + V7 + V8

Vseri = 8 x 12 volt = 96 Volt

R2

R3

I1

I2

I3

E

I

+ -

R1

Sifat-sifat Rangkaian Paralel : Arus terbagi dan besarnya berbeda sesuai nilai resistansinya Tegangan sama pada setiap resistansi yang diperolehkan R total < R terkecil yang diparalelkan 1

Rtotal=

1R1

+1R2

+1R3

RANGKAIAN PARALEL

HUBUNGAN PARALEL

+

-E

II1 I2 I3

R1 R2 R3

Itot = I1 + I2 + I3Etot = E1 = E2 = E3

1 1 1 1= + +Rtot R1 R2 R3

Itot =EtotRtot

Rtot =EtotItot

Hubunga paralel- Tegangannya sama- Arus dijumlahkan- R total lebih kecil

TRANSFORMASI DARI RANGKAIAN Y KE RANGKAIAN DAN SEBALIKNYA

R1

R2R3 Ra

Rb Rc

x

yzyz

R1 = Rb Rc

Ra + Rb + Rc

R2 = Ra Rc

Ra + Rb + Rc

R3 = Ra Rb

Ra + Rb + Rc

Ra =R1R2 + R2R3 + R3R1

R1

Rb =R1R2 + R2R3 + R3R1

R2

Rc = R1R2 + R2R3 + R3R1

R3

PENGARUH PANAS PADA TAHANAN LISTRIK

Aliran listrik menimbulkan panas di konduktor yang dipengaruhi oleh adanya tahanan pada konduktor tersebut.

Akibatnya nilai tahanan listrik akan mengalami perubahan yang besarnya dinyatakan dengan rumus :

Dimana : = koeff. temp. konduktor ; t = (Tt – To)0

Rt = Ro (1 + t)

Semakin tinggi panas, maka nilai tahanan akan semakin besar

Rt > Ro

NEXT

PENGARUH PANAS TERHADAP LOGAM

t R

Jika kenaikannya linear

xtRo

Rt

t1Karena x/Ro = o = koefisien temperatur tahanan pada 0C

Rt = Ro ( 1 + o t )dimana :Rt = Resistansi pada t CRo = Resistansi pada 0 Ct = Temperatur pada t C

o = koefisien temperatur tahanan pada 0 C

Rt = Ro + xtRt = Ro ( 1 + x/Ro t )

WAN JABARLAN CMIWAN JABARPanas

Hukum Arus Kirchhoff ( Hukum Kirchhoff I )

Hukum Arus Kirchhoff ( Robert Kirchhoff )Jumlah aljabar dari arus-arus pada semua cabang yang bertemu disatu titik yang sama adalah nol

I = 0I2

Titik simpul

I1

I3

I1 + I2 + I3 = 0

dalam bentuk matematis , untuk n cabang yang bertemu di satu simpul I1 + I2 + ……. + In = 0

HUKUM KIRCHOFF IHUKUM KIRCHOFF IContoh soal :Contoh soal :

Hitung I5, bila I1 = I4 = 3 A, I2 = 5 A, I3 = 4 AJawab :Jawab :

I3I4

I1

I2

I5 1 + (- I5) = 0

I1 + I2 + (-I3) + (-I4) + (-I5) = 0Hitung I5, bila I1 = I4 = 3 A, I2 = 4 A, I3 = 5 AJawab

I1 + I2 +(-I3) +(-I4) + (-I5)= 03 +5 +(- 4) +(-3) +(-I5)= 0

I5 = 1 A

3 + 4 + (-5) + (-3) + (- I5) = 03 + 4 – 5 – 3 = I5 I5 = - 1 A

NEXT

Kaidah lintasan tertutup ( Hukum Tegangan Kirchhoff )

Hasil penjumlahan aljabar tiap ggl dalam sembarang lintasan tertutup lintasan tertutup sama dengan hasil penjumlahan aljabar hasil kali IRIR dalam lintasan tertutup yang bersangkutan

E E = = I R I R

E1 E2

RII

+ +--

EE11 – E – E22 = = I R I R

Harga sesaat Osciloscop Harga pada saat kita melihat tinggi gelombang tsb.

( berubah-ubah sesuai dengan waktu )

t

e e(t) = Emaks sin tEmaks

PEMBACAAN HARGA GELOMBANG LISTRIK

HARGA RATA-RATA Harga rata-rata Harga seperti pada arus searah yang mempunyai

luasan yang sama dengan luasan gelombang

pada perioda yang sama

T t

e

Luas = Luas

T Vrata-rata = f(t) dtT

0

Vrata-rata = f(t) dt1T

T

0

HARGA EFEKTIF Harga efektif AC Voltmeter ( rms = root mean square )

P = 500 WDC

I = 10 A ; t = 1 detik

AC P = 500 WI = 10 A ; t = 1 detik

Harga efektif yaitu harga pada AC yang memberi tenaga yang sama

pada DC, jika energinya sama dan periodanya sama Energi DC = Energi AC

I2 R t = R i2 dtT

0

Ieff = i2 dt1T

T

0

JATUH TEGANGAN (VOLTAGE DROP)

Mutu penyediaan tenaga listrik dipengaruhi oleh 3 hal :

1. Frequensi (50 Hz)2. Tegangan (+5 % - !0 %)3. Keandalan (kontinuitas)

∆V = Vs - Vr

Dimana : ∆V = Tegangan dropVs = Tegangan pengirim dari sisi sumberVr = Tegangan penerima di sisi beban

I

~ Vs VL

R XL

Is = Ir = I = arus pada saluranZ = R + jXL= impedansi saluran

RANGKAIAN PENGGANTI SALURAN

Vr

REGULASI TEGANGAN

VR = (Variasi turun naik tegangan) x 100 %Variasi dibatasi 10 % maksimum

Sesuai SPLN no. 72 ; tahun 1987

JTM = 5 %JTR = 4 %Trafo = 3 %SP = 1 %

JATUH TEGANGAN ( VOLTAGE DROP )

1. SATU TITIK BEBAN

R j X

I

V ( tegangan terima )

Beban

V = E – V VOLTAGE DROP

E = V + I ( R + j X )dimana : R : tahanan jaringan ( /km ) X : reaktansi jaringan ( /km )

E ( tegangan kirim )

RUMUS PENDEKATAN

E

V V1 V2

I

Jika kecil , maka beban sebagai pendekatan

V = V1 + V2

= IR cos + IX sin = I ( R cos + X sin )

2. BEBAN TERSEBARV1 V2 V3 V4

1 2 3

BEBAN 1

BEBAN 2 BEBAN 3Untuk menentukan V total dengan cara terlebih dahulu

menentukan titik pusat beban yaitu dengan cara metode momen

V1V2 V3 V4

I1 I2 I3

1 2 3

Itotal . eq = I1 1 + I2 2 + I3 3 eq = I1 1 + I2 2 + I3 3

I1 + I2 + I3

V1 eq

Itotal

V total = I total eq ( R cos + X sin )

Itotal . eq = I1 1 + I2 2 + I3 3 eq = I1 1 + I2 2 + I3 3

I1 + I2 + I3

Cara ini hanya bisa digunakan kalau : Jenis dan panjang konduktor sepanjang jaringan sama Sudut kecil

DAYA LISTRIK

• S = V x I• P = S x cos φ = V x I x cos φ• Q = S x sin φ = V x I x sin φ

P

QS

S2 =P2 + Q2 S = P2 + Q2√

S = daya semuPLN menjual dalam VAVA itu tegangan x arus

PENGERTIAN DASAR SEGITIGA DAYA LISTRIK

Daya listrik

Daya kompleks / Daya sejati [ S ] kVA , MVA( Apparent power )Daya Reaktif / Daya buta [ Q ] kVAr, MVAr( Reactive power )Daya aktif / Daya nyata [ P ] kW , MW( Real power )

S = P + j Q

QS

P

DAYA ARUS BOLAK BALIK SATU FASA

Macam Daya : •Daya Semu (S)•Daya Aktif (P) •Daya Reaktif (Q)

Segi tiga Daya :S Q

Pφ

Cos φ =

Sin φ =

Tan φ =

PSQSQP

Rumus Daya : • S = E . I (VA)• P = E . I . Cos φ (Watt)• Q = E . I . Sin φ (Var)

DAYA SEMU ( VA )

DAYA AKTIF ( WATT )

DAYA REAKTIF ( VAR )

CA

B

COS

B/CSIN

A/C

RUMUS ABC

C = √(A2+B2)C2 = A2 + B2

Power Factor / Faktor Daya (cos )

Tetangga anda berlangganan 450 VA.

Jumlah total peralatan listriknya 400 watt (cos φ = 0,8).

Karena anda dianggap ahli listrik, tetangga anda mengeluh kepada anda mengapa MCB sering trip bila seluruh peralatan listriknya

menyala ?

NEXT

Intinya : 400 watt itu = berapa VA ?

PERBAIKAN FAKTOR DAYA

Contoh :

P = 80 kW ; S = kVA

Pf = = = o,8 = 80 % PS

80100

Faktor daya cos adalah perbandingan antara dayanyata P(W) dengan daya semu S(VA) yang biasadinyatakan dengan angka desimal atau persentase

Pf 60% 70% 80% 90% 100%P(kW) 600 600 600 600 600Q(kVAr) 800 612 450 291 0S(kVA) 1000 857 750 667 600

Daya semu S lebih kecil untuk P yang tetap

Daya nyata P lebih besar untuk S yang tetap

Pf 60% 70% 80% 90% 100%P(kW) 360 42 480 540 600Q(kVAr) 480 428 360 262 0S(kVA) 600 600 600 600 600

1. Daya aktif (P) yang menghasilkan kerja2. Daya reaktif (Q) yang membangkitkan medan magnit untuk memutar motor listrik tersebut.

Daya yang dipakai motor listrik mempunyai 2 komponenantara lain :

Pemasangan Kapasitor

So = kVA

P = kW

Pfo S1=kVA

Pf1Q Qo

QQ1Q(c)

= P.Tg o= P.Tg 1= P.(tg o-tg1

1o

Penempatan Kapasitor

Kapasitor TR

a. Pada terminal motor – motormukuran besarb. Untuk kumpulan beberapa motor kecil yang tidak bekerja terus menerus kapasitor dapat ditempatkan pada ujung instalasic. Penempatan didaerah pusat beban apabila sulit untuk menempatkan di lokasi a atau b ditempatkan pada sisi beban dari APP jika hanya bertujuan untuk menghindarai tagihan kelebihan VAR.

kWh hilang (sistem 20 kV) = 0,46 I t dimana : I = arus listrik ( ampere ) t = waktu ( menit ) cos = 0,8P = 3 EL IL cos Energi = P x t Energi = 3 E I cos x t V3*20kV*I*0,8 menit = 0,46 I t ( kWh ) kWh yang hilang pada penyulang 20 kV

Menghitung kWh yang hilang

Prosentase beban transformator

I beban

I nominal

X 100 %

% =

I nominal S = 3 E I

Sisi primer 50 kVA20 kV 350 kVA400V 3

Sisi sekunder

Contoh pada transformator dg kapasitas 50 kVA; 3 phasa :

HUBUNGAN SISTEM BINTANG ( Y )

IS

IT

I0

R

S

T

0

x y z

u v w

u

xy

v

zw

I1

I2

I3

I = 0IR + IS + IT - I0 = 0

Hubungan Bintang ( Y )

4 kawat Beban tidak seimbang ( jaringan distribusi )3 kawat Beban seimbang

IR

HUBUNGAN BINTANG

0

120°A

C

B

ERT

ER

E’TES

E’SET

E’R

ERT = ER – ET

ESR = ES – ER

ETS = ET - ES

OAC = sama sisiOAB = sama kakiOB = ½3 OAOB = ½3 EFASAERT = 2 OBERT = 2 ½3 EFASA

= 3 EFASA

Keistimewaan Hubungan Bintang ( Y ) ELINE = 3 EFASA

ILINE = IFASA

HUBUNGAN SISTEM DELTA ( )

z x y

u v wI3

I1I2

R

ST

IR

IS

IT

IR = I1 – I3IS = I2 – I1IT = I3 – I2

Keistimewaan Hubungan delta ( ) ELINE = EFASA

ILINE = 3 IFASABiasanya motor fasa tiga , dapat diatur hubungan -Y melalui saklarYang berguna untuk mengatur arus awal dari motor fasa tiga Hubungan Bintang ( Y ) EFASA = ELINE/3 IFASA kecil/turun Hubungan Delta ( ) EFASA = ELINE IFASA arus stabil

TERIMA KASIH

“ SUMBANGAN terbesar adalah BERPARTISIPASI “

rusli@pln.co.id – PT. PLN (Persero) Dist. Bali AJ Bali Utara